螺旋體積測微器

一、課題的產生

上初二物理課時，我們學到了液體和固體體積的測量方法。由于測量工具是量杯和量筒，所以測量精確度不高。另外，量筒內液面呈現彎月形狀，也易造成讀數困難，產生較大誤差。于是，我們想發明一種操作比較簡單，又便于推廣應用的高精確度液體、固體體積測量工具及液體量取工具。

二、思路和方案

醫用注射器可以作液體體積測量工具，也能作為液體量取工具。它的測量精確度由儲液筒的內直徑及最小刻度所決定，如2mL的測量精確度能達到0.1mL(圖1)。

在長度的測量中，螺旋測微器(圖2)的測量精確度能達到0.01mm。另外，通過體積V與長度L的關系，我們能間接測出物體的體積V 。

于是，我們決定用類似注射器的圓柱形容器儲液，用螺旋測微器的螺旋讀數原理(如圖3、圖4所示）來測量液體、固體的體積。將原來螺旋測微器標注長度的刻度改為標注體積，數值的讀取方法不變。定名為“螺旋體積測微器”，其模型如圖3、圖5、圖7所示。

三、結構與技術原理

把注射器與測量長度的螺旋測微器合二為一，具體方案是把類似注射器的儲液筒固定在螺旋測微器的固定端(左)上，螺旋型體積測微器的儲液筒一端安裝有針頭，另一端安裝有一個活塞，活塞旋進到零刻度處，儲液筒內體積為零。要抽取被測液體時，旋轉螺桿，活塞后退，液體從儲液筒的針頭進入儲液筒，使針頭上揚，排出可能存在的氣泡，就可準確讀取被測液體體積了。以規格2mL的螺旋測微器為例，如圖4所示，測得體積為0.2780mL。

為了能夠測量固體的體積，在儲液筒的末端開有一個圓形的固體投放口，被測固體由此放入儲液筒內，如圖5所示。

活塞與螺桿的連接有兩種方式，一種是活塞固定在螺桿的末端，另一種是活塞通過軸承或軸套與螺桿連接，后一種連接方式的特點是螺桿轉動而活塞不轉動，活塞在儲液筒里只做前進和后退的平動。如圖6、圖7所示。儲液筒、活塞的材料可選用玻璃，也可選用透明的工程塑料。

四、使用方法

1、液體體積的測量(以水為例)：把針頭插入水中(非被測水)，后移(旋退)螺桿活塞吸入少量水。前移(旋進)螺桿使活塞移到固定刻度的0刻度處，排出儲液筒內的水，這時儲液筒前端與活塞之間的微小空間被水填滿(這樣做是為了減小系統誤差)，再把針頭插入被測水中，后移(旋退)螺桿活塞完全吸入被測水。使針頭上揚，針頭部位抬高，前移(旋進)螺桿排出儲液筒內可能出現的氣泡，當針頭頂端剛好出現小液珠時，讀取該液體體積數值U，如圖8、圖9所示。

2、固體體積的測量(采用二次讀數法，媒介液體以水為例)：把針頭插入水中，后移(旋退)活塞吸入適量水。使針頭上揚，前移(旋進)活塞排出儲液筒內可能出現的氣泡，當看到針頭頂端剛好出現小液珠時，讀取該液體體積數值U1。再后移(旋退)活塞至儲液筒的固體投放口露出，把被測固體放入儲液筒里，前移(旋進)活塞至固體投放口封閉，然后使針頭上揚，仔細排出儲液筒內的氣體，當看到針頭處剛好出現小液珠時，讀取固、液總體積U2，U2-U1 就是被測固體的體積，即U固=U2-U1。

3、一定體積液體的量取：把針頭插入待量液體中，后移(旋退)活塞吸入液體。使吸入液體的體積略大于需要體積，使針頭上揚，前移(旋進)活塞移到需要體積處，排出儲液筒內可能出現的氣泡和多余的液體。一定體積液體的量取即告完成。