力学的基本实验

1、力学的基本实验一、重力加速度的测量要求：1、掌握利用单摆测量重力加速度的原理2、能正确熟练使用实验仪器测量出所需要的量。注意：在记录数据时有效数据的位数3、能正确进行数据处理，计算不确定度，表示出实验结果。4、能分析实验误差的原因。参考资料：见普通物理学实验力学部分二、不规则形状物体密度的测量要求：1、掌握测量不规则形状物体密度的原理（包括待测物体密度大于液密度体或小于液体密度的情况）2、能正确熟练使用实验仪器测量出所需要的量。注意：在记录数据时有效数据的位数3、能正确进行数据处理，计算不确定度，表示出实验结果。4、能分析实验误差的原因。附录：参考资料：密度的测量密度是物质的基本特性之一，表征

2、单位体积中所含物质的多少，它与物质的结构及纯度等有关。密度测定研究在工业及科研等领域有着广泛的应用，如工业上常用来作原料成分的分析和纯度的鉴定。测量密度实验方法有多种类型，如用流体静力称衡法、流体静力天平测量法、比重瓶法，浮计测定法等。本实验是用流体静力称衡法测定密度。一、实验目的.学习用流体静力称衡法测定不规则固体与流体密度。.单据天平的使用方法及操作规程。.用不确定度方法分析测量结果。二、实验仪器物理天平、烧杯、待测物等。三、实验原理根据物质密度定义，确定质量m和体积V之间的关系为(3-7-1)对于形状规则及密度均匀的物体，只要测定质量m和体积V就可求得0但对于不规则形状物体，常采用流体静

3、力称衡法间接地测出物体V,是比较方便的。.固体物体密度大于水的密度根据阿基米德原理，物体在液体中所受的浮力等于它所排开液体重量。将待测物体分别放在空气和液体中称衡，分别得到物体在空气中的重量为W1m1g，全部浸入液体中的视重为W2m2g,则物体所受的浮力为(3-7-2)F(mhm)2)g式中m1和m2是待测物体在空气中及全浸入水中称衡时相应的天平祛码质量。浸在液体中的物体要受到向上的浮力，浮力的大小等于所排开液体的质量与重力加速度g的乘积,即F0Vg(3-7-3)式中0为液体密度。将式(373)代人式(372)并经整理得到m10(3-7-4)mm2由式(374)可知，用静力称衡法测定物体的密度

4、。经上述分析.最终转化为质量的测量。.固体物体密度小于水的密度如果待测物体的密度小于液体的密度，用上述方法待测物体无法浸没在水中，这时可将另一重物用细绳悬挂在待测物体下面、先将重物浸没水中而使待测物体露在液面之上(图371(a),用天平称衡，相应的质量为m3,再将待测物体连同重物全部浸没在水中(图371(b),用天平称衔，相应的质量为m4O则物体在液体中所受浮力为F (m3mU)g(3-7-5)A71r-rfiAnvOE，惕/*TO/rm,/1/EJiFnn门”r/*WI3O.V13S.0一i_40.0一一4立。二驰。一二15501一,/=他bpakg/m表3-6-3看力不变时弦中装连的涮定福

5、率/Hr”S1n=2一-1A*ffnyu/(tr/i)hn773*Il“1rEg册M(TSiFeP*3/eA,/nil/rmW75i一，tw4.125i150I=N1p=kgm七、注意事项.改变挂在弦线一端的祛码时，要使砧码稳定后再进行测量。.在移动劈尖调整驻波段时，磁铁应在两劈尖之间，且不能处于波节位置；要等波形稳定后再记录数据。八、思考题.弦线的粗细和弹性对实验有什么影响？如何选择？.在本实验中产生驻波的条件是什么？.在图361,除了波节和波腹外，你能指出驻波还有什么特征吗？七、气垫导轨上的力学实验一一速度和加速度的测量要求：1、掌握气垫导轨上测量滑块速度和加速度的原理和方法。2、能正确熟

6、练选择使用实验仪器测量出所需要的量。注意：在记录数据时有效数据的位数3、能正确进行数据处理（作图法），表示出实验结果附录：参考资料：速度和加速度的测量【目的及要求】1）掌握气垫导轨和光电计时装置的调整与使用方法。2）了解低摩擦情况下研究力学问题的方法。3）掌握在气垫导轨上测量物体速度和加速度的方法。4）掌握测量瞬时速度的方法。【仪器及装置】气垫导轨及滑块、MUJ1型计算机通用计数器、光电门、气泵等。【原理】（1）瞬时速度的测量。一个作直线运动的物体，在时间t内经过的位移为S则该物体在t时间内的平均速度为,SV（3.3-1）t为了精确地描述物体在某点的瞬时速度，应该把t取得越小越好。t越小，所计

7、算出的平均速度越接近瞬时速度。当t一0时，平均速度趋近于一个极限，即安lim年=limv3*3-2）是物体在该点的瞬时速度。但是在实验中，直接测量极限值是不可能的。因此，本实验中采用作图法来达到目的。先测量不同的微小有限量t及相应时段的位移量s,求得各t内物体的平均速度V,然后用作图法或回归法得出平均速度V与t的趋势规律，最后由趋势图上得出或由趋势函数求得t=0时的值V,此值即为物体通过测量点时的瞬时速度V。由于t=0的点在t的实测范围外，故此法在数学上称为外推法。（请阅读附录1）上某一固实验中采用两块挡光板，将其中一块挡光板沿运动方向固定在滑块前端，另一块根据测量需要固定在滑块的不同位置上。

8、使滑块从倾斜的气垫导轨定位置自由下滑，当挡光板通过光电门时，两块挡光板对光电门的两次遮光自动开启、关闭光电计时器，这样就可得到不同的距离s,通过测量点（光电门所在位置）的时间t,然后通过作图外推法则可求出滑块过测量点的瞬时速度设在倾斜的气垫导轨上滑块的加速度为a,测量点到开始下滑点的距离为S,（如图3.3一1所示），则滑块上挡光板（S）通过测量点时所经历的时间t与平均速度V分别为& V2S 1 一28 23花1 -7 - - -， -7 2aS Lb滑块挡光板i3.北电门时.气单导鼬图3.3-1可见，在这种方法下，若S2S,则平均速度；就很接近瞬时速度v（v=V12aS）其相对误差为(3, 3

9、-3)u空812sl实验时，对于很小的S与较大的S,一般均能保证S2S,而且由于S与S均在静态下测量，可以保证有较高的精度:t在实验中采用光控电脑计数，精度很高。因此上述实验方法是一种高精度的速度测量方法，且实验中的采样数不需太多。（2）加速度的测量。当滑块在气垫导轨上做匀加速直线运动时，滑块通过A、B两点（前后两个光电计数器R、P2,如图3.32所示）的瞬时速度分别为Va、Vb,滑块在A、B两点之间运动的时间为tAB,则滑块的加速度为VaVbatAB(3.3-4)a。实验中由外推法得到Va、Vb,由光电计数器测出tAB,则可由上式计算出滑块的加速度【内容及步骤】（1）气垫导轨的调整。1）气垫

10、导轨的性能及调整、使用方法请阅读附录I之一。2）先打开气泵给气垫导轨送气，然后将滑块放在气垫导轨上，调节气垫导轨下的单脚螺丝，使气垫导轨处于水平状态（滑块在气垫导轨上各处都能保持静止状态或在气垫导轨上做匀速直线运动)（2）计数器的调整。MUJI型电脑通用计数器的调整和测量速度、加速度的方法请阅读2.2,1.3节。（3）测量速度及加速度。1）在调水平后的气垫导轨单脚螺丝下加30.00mm厚的垫块，便导轨倾斜，如图3.32所示（光电门1、光电门2分别位于气垫导轨上的P1、P2处，其引线应分别插入计数器后面板的插孔内）。将两块挡光板之一固定在滑块前端（沿运动方向），另一块挡光板固定于S=40.00m

11、m左右处（参见图3.33）。将滑块放在气垫导轨上的某一固定位置处。S图 3. 3-32）射饨川6滑板郦旭如鼠直至Bl标为国（耨），并且显示器中显制鼠点髓醯机水）；麟序檐E回嫌施画上骼嵬牌福星示T标粗篁艘在钺上白杆济捌翻腿弱期睇一高二版门的悯岖也及通陋个光电位醐附M4在显示时间之曲相应的提示符!2p每斓量记录髀，臧豳进脩鼠m量$赏常培林能续表3,J4也4）背。板阿里分别调为S=5&00mm,沁00mm0饰叫8&OQmm.90,Qfenm左右.亶复上面的测量。注意：固定在滑块前端的挡光板不能移动。请实验者思考一下，为什么？【数据处理】（1）分别计算滑块通过两个光电门的平均速度，挡光板的有效遮光宽度

12、为GGt=StSo,Vt一。将计算结果填入表3.32。tt（2）用外推法（作图）分别求滑块通过两光电门的瞬时速度。在坐标纸上分别作V1ti、V2t2图线，沿直线推至ti0,直线与M轴的交点即为所求瞬时速度vi0（3）计算滑块的加速a。表*31序号档光板宽度S/urni时闱测跑求效123436Jnf*!“工门t?3tLnt】E4hItr”a丁，LStill5；1表33-2字号有浅遮力宽胆G/nrni节均附间平均连度vijAm/s）平均时间iir/rnif平均建建曾和/血4，12mdFKrdE1计算滑决通过两此电口之间的时间的平均值2=叁2“7361=2）即算加速度的测量值工日-I%。整“一h3）

13、计算加速度的理论值：aoDg（其中h为垫块厚度，D为气垫导轨下单螺丝到双螺丝之间的距离，参见图3.32,g为重力加速度）。4)测量结果的相对误差：E100%=a0(4)估算G=80.00mm对应的V的不确定度。1)G的不确定度。仪器误差限:ins=0. 02mm；B分量以UGUjins,3相对不确定度：Eg100%G(P=0.683)G的测量结果表示：GGUgEgti的不确定度A分量：St1仪器误差限：62二(t1it1)5t10.005ms；insB分量：Ut1合成不确定度:utl相对不确定度:E上100%tt1t1的测量结果表示：t1t1Ut1(P=0.683)Et1GVi的不确te度及结果表达：Vit1相对不确定度：E%.Eg2Et12不确定度：Uv1uEv1(P=0.683)测量结果：ViViUvimsEv1【注意事项】1）测量中应保证滑块每次均从同一位置下滑，使第一块遮光板的前沿到光电门的距离始终保持不变。2）各不同气垫导轨上的滑块及相应配件不能互换