大学物理实验指导书电子版

1、大学物理实验指导书(电子版 ) PAGE 47 / 80大学物理实验指导书(电子版)上海海运学院2010.05目录 HYPERLINK l _TOC_250015 绪论 3 HYPERLINK l _TOC_250014 实验数据的处理方法 7实验一. 长度的测量 9实验二. 测量钢丝杨氏模量 11 HYPERLINK l _TOC_250013 实验三. 扭摆法测定物体转动惯量 13 HYPERLINK l _TOC_250012 实验四. 空气比热容比测定实验 17 HYPERLINK l _TOC_250011 实验五. 线膨胀系数测定18实验六. 常用电学仪器的使用- 19 HYPER

2、LINK l _TOC_250010 实验七. 惠斯登电桥测电阻22 HYPERLINK l _TOC_250009 实验八. 电位差计测电动势24 HYPERLINK l _TOC_250008 实验九. 电表改装 26 HYPERLINK l _TOC_250007 实验十. 示波器的使用 28 HYPERLINK l _TOC_250006 实验十一 . 等厚干涉的应用31实验十二 . 用光栅测定光波的波长33 HYPERLINK l _TOC_250005 实验十三 . 旋转液体物体特性测量34实验十四 . 波尔共振36 HYPERLINK l _TOC_250004 实验十五 . 用

3、梁的弯曲测量材料的杨氏模量38 HYPERLINK l _TOC_250003 实验十六 . 仿真实验偏振光的研究39 HYPERLINK l _TOC_250002 实验十七 . 光纤传输技术42 HYPERLINK l _TOC_250001 实验十八 . 激光全息照相44实验十九 . 迈克尔逊干涉仪的应用46 HYPERLINK l _TOC_250000 实验二十 . 光拍法测量光速49实验二十一 . 光电效应 52实验二十二 . 霍尔效应及其应用 55实验二十三 . 荷质比实验 58实验二十四 . 金属电子逸出功实验 62实验二十五 . 声速测量 66 实验二十六 . 夫兰克赫兹实验

4、 69 实验二十七 . 密立根油滴实验 73实验二十八 . 多量程直流电表的设计 77绪论早在五十年代，我国物学家钱三强就指出：今天的科学技术发展可以概括为“科学技术化和技术的科学化”，也就是说：科学和技术关系越来越密切，科学与技术相互渗透。因此教育界普遍关心的问题，不仅是工艺和设计程序的传授而应把重点放在创造精神和研究能力的培养上。为此，必须注意和加强学生实验技能的培养和训练。加强实验技能的培养，不是一门普通物理实验课所能完成的，各种实验技术都是一门专门的学问，但是任何复杂的实验工作总离不开基本物理量的测量。一物理实验课的任务主要有下述三个方面：对学生进行实验基本知识、方法、技能技巧方面的培

5、养的训练。要求学生掌握一些常用物理量的测量方法，基本上具备观察现象测量数据。处理和分析结果到完整地写出实验报告的能力。在实验中通过自己动手、观察、测量、分析、更深入理解物理理论。培养严肃认真、实事求是的科学作风和爱护国家财产、遵守纪律的优良品德。二测量与误差基本概念测量可分为直接测量与间接测量两种。直接测量就是用量具或电表直接与被测之量比较所得的量。间接测量就是测出与待测量有一定关系的诸量，然后计算出该待测量。一个物理量在客观上有着确定的数值成为真值。测量值与真值之间的差别称为误差。误差按其产生原因与性质分为两类：系统误差产生系统误差的主要原因：仪器、测量方法和计算方法的不完善。偶然误差产生偶

6、然误差的主要原因：人的感觉器官的限制及实验环境等干扰。偶然误差的出现服从统计规律，因此通过多次测量求平均值的方法可以减小偶然误差。粗大误差明显超出规定条件下预期的误差。实验中尽量避免。不确定度测量不确定度是表征被测量量的真值以一定的概率落在某一个量值范围内的不肯定程度的一个估算。一般用U 表示。不确定度分类：A 类不确定度：统计分析方法评定，记作U A ；B 类不确定度：非统计分析方法评定，记作U B ；合成不确定度：将A 类不确定度和B 类不确定度用一定规则合成，常用公式UU AU B 。直接测量结果的不确定度计算对某个物理量测量几次，每次测量结果分别为nl1 ,l 2 ,l 3 li ,l

7、 n ，求出算术平均值：求标准偏差ll ili 1nn2l ili 1贝塞尔公式lna A 类不确定度 U AtU Alnt（系数t查书本第六页表 1）n注：测量次数6 到 10 次时1n B 类不确定度 U BU B合成不确定度仪 （仪 查书本第七页表2）结果表示U lU AU BllUl不确定度与测量结果平均值之比称为相对不确定度。UEll间接测量的不确定度计算100%设 Nf( x, y, z)，则不确定度传递公式：222UU2f2ff2NxU yU zxyzU N结果表示：NNU NEN100%N三有效数字及其运算什么叫有效数字？在测量和计算时，正确而有效地表示测量和运算结果的数字，称

8、为有效数字。它由若干位可靠数加一位估计数构成。处理有效数字时应注意几点：凡数字后面的“0”是有效数字；在数字前面的“0”不是有效数字；有效数字与小数点位置无关。运算规则加减法只保留一位可疑数字；乘除法以最少有效数字位数为标准；不确定度的有效数字只取一位。计算结果的表示要求：NNU N（ U N保留一位有效数字，N和UN 对齐）四实验报告的要求实验报告两个部分来完成，在实验之前先作预习部分。预习前留一页空白页在实验结束后再完成实验部分，数据数据写在预习前空白页，预习部分和实验部分的报告做在同一份实验报告纸上。实验报告包括：1.实验名称。2. 目的要求 .。 3 .简单原理。4.步骤。5.使用器材

9、。6.记录和计算。7.误差讨论和分析其中 1， 2， 3， 4 为预习内容五习题答案1（1） 0.000150公里1.504310公里1.50110公里（2） 5890毫米 = 5.890210 毫米5.890 米2（1） 27（ 2） 7.0106（3） 3.2810（4） 1.13103（ 5） 6.010 5（6） 1.0（1） 8.90.1厘米 3（ 2） 0.0085 0.0001 单位（3） ( 6.20.1)10 3（ 4） (3.170.02)104（5） (1.36XIUXNR23500.2XIU2RR U22I( 7.032.850.7)10V77VEX10V10%U122

10、122( xy )N() U xz()U y(z22z2)U zNR3312.1EN3%UNNRU2.11392R1U2R 22R30.2UEN0.210%U22N(T) U2D(2 DT ) U22T4N1394E N3%5(aia)2a2.00cmi 1an10.02cmU AUaL1.052aUAU2B0.021cmU B0.05cm0.05cm2.000.05cm8.00cmULs U s sN(4) U22a8.00.2cm4.00cm 2(2a) U a8.00.2cm2224 (1)0.05)103（ 6） (3.090.02)101(2)1(3)(4)5(1)Ea0.2cm2%

11、EL2%0.2cmES2%(2)(3)6n9m36.123g10 6 (4m1169410)710.002 gU Am0.002 gU B0.004 g2UU A20.004gUBm36.12470.004 gEm0.01%d8.044mm106 (1d419419)22910. 002 mmU Add8.0440.002mm0.004mmU B0.004mm4UU AU B0.004mmh50.856mm10( 444d44 )910 .02 mmU Adh50.86mmmmU B0.02mmU220.03mmUUAB3U V(2dh ) 2 U2(d 24) 2 U23 mm2V2585m

12、mdh22V25853mmm20.35g0.007872 g / mm 3212U()U mVm(V 2) U V0 .000023g / mm0.007870.00002 g / mm38.x97531y46.6949636.1255625.50422715.4828245.304216l xx21(xi )(nx ) 240l xy( xi1yi )(xi nyi )206.848448mm2ibk5.1712111Rb2.19mm 4实验数据的处理方法在物理实验中，选择好的数据处理方法十分重要。常用的有图示法，图解法，逐差法等。一、 图示法任意两个物理量之间的关系即可从用一个解析函数表示

13、，这时图示法就成为一种主要的表示方法了，图示法的另一优点是物理量之间的关系，可用曲线表示，一目了然。在很多场合下应用图线来解决实际问题十分方便，因此图示法是实验技能中的一项基本功，应该很好地掌握它。具体作法如下：作图必须用毫米方格纸。确定坐标确定纵坐标和横坐标分别表示哪个物理量，通常以横坐标为自变量，纵坐标为因变量并划两条粗线表示纵轴和横轴。写上坐标名称、单位，并在两个坐标轴上每隔一定的距离写上标度。标度时应做到：图上观测点的坐标读数的有效字位数要能表示出估读位。标尺的选择应使图线显示其特点。标度应划分得当，以不用计算就能直接读出图线上每一点的坐标为宜。通常取1：1， 1： 2， 1： 5 的

14、比例。使图线占据图纸的大部分，不要偏于一角或一边，可以采用横轴和纵轴的标度不同， 或者两轴交点不从零开始标值，以便调整图线的大小和位置。画实验点及描绘曲线画点将实验点用 +、，等符号表明在图纸上，同一曲线上的坐标点要用统一符号。联线穿过所有实验点画出的代表曲线，画点联线应注意两点：用削尖的硬铅笔用透明的直尺或曲线板写图名在图纸上端空旷位置写出实验名称、图纸名称。二、图解法由实验求得两物理量的关系曲线后，利用此曲线可以求得第三个物理量，这种方法称为图解法。物理实验中遇到的图线大多是直线，故可用直线方程式表示：ymxy0求直线的斜率和截距的方法如下：在直线的两端任取a 和 b，用与实验点不同的符号

15、将它们表示出来，并在旁边注明坐标读数。然后将该二点坐标值代入直线方程式y1mx1y0y2mx2y0解之，得直线的斜率y1x2my2x1如果 x 轴起点为零，则可直接从图上读出截距y0 ，因 0 时， 0 否则在求出斜率m 后，以直线上任一点的坐标（x， y）带入y合适的经验公式了。mxy中即可算出截距，于是得到和实验图线相举例：如根据欧姆定律：，根据二点公司求直线斜率的方法可得三、逐差法逐差法是物理实验中常用的数据处理方法之一。逐差法就是把实验测量数据逐项相减，或分成高、低两组对应项相减。例如测得八组数据1x1, x2 ,x3, x4 , x5, x6 , x7 ,x8。用逐差法可以得到x(

16、x844x4 )( x7x3 )( x6x2 )( x5x1 )这样处理了以充分利用数据，保持了多次测量的优点。实验一 长度的测量一.目的要求学习误差及有效数字的基本知识掌握游标原理，学会正确使用游标卡尺学会正确使用螺旋测微仪，了解其结构和原理二. 原理物理实验中最常用的长度测量仪器是游标卡尺，螺旋测微器（千分尺），通常用量程和分度值表示这些仪器的规格。量程是测量范围；分度值是仪器所表示的最小分划单位。分度值的大小反映仪器的精密程度，洋来说，分度值越小，一起越精密，仪器本身的“允许误差”响应也越小，学习使用这些仪器，要主义掌握它们的构造特 点，规格性能，读数原理，使用方法及维护知识等。游标卡尺

17、结构游标卡尺又主尺和游标组成。包括卡尺的主尺，刀口，钳口，尾尺各个组成部分。原理游标的 n个分度格长与主尺的n1个分度格长相等，设主尺的最小分度值a（通常为 1mm），游标的最小分度值为b，则 nb(n1)a ， aba ， ab就称为游标的n精度值，常用的有测量mm， 0.02mm两种。用钳口或刀口卡住物体，进行读数。螺旋测微器（千分尺）螺旋测微器结构的主要部分是一个微动螺旋杆，螺距是0.5，因此，当螺旋杆旋转一周时，它轴线方向只前进0.5，螺旋杆和螺旋柄连着的，在柄上附有沿园周的刻 度，共有50 等分格，当螺旋杆沿轴线方向前进0.5/50，即 0.01 时，螺旋柄上的刻度转过一分格，这就是

18、所谓机械放大原理。读数时，从固定标尺上读出鉴格数（每格0.5）， 0.5 以下的读数则由螺旋柄园周上的刻度读出，估读到0.001 这一位上。使用时先要记录初读数。三. 实验内容：用游标卡尺测薄片尺寸（图1-1）并计算薄片的面积； 用螺旋测微器测金属丝的直径并计算其横截面积值；用游标卡尺测量金属棒尺寸并计算其体积。四.注意事项使用游标尺时，一手拿物体，另一手执尺，要特别注意保护量爪不磨损，使用时轻轻把物体卡住即行读数，不允许用来测量粗糙的物体，并切忌把夹紧的物体在卡口内挪动。使用螺旋测径器，记录零点读数，并对测量数据作另点修正，螺旋测径器的另点可以调整，可见仪器说明书。记录另点及将待测物体夹紧测

19、量时，应轻轻转动棘轮旋柄推进螺杆，不要直接拧转螺杆，以免夹得太紧，影响测量结果及损坏仪器，只要听到在转动小棘轮时发出喀喀的声音，就不要再推进螺杆而可以进行读数了。图 1-1五.参考数据：使用的三种工具游标卡尺，螺旋测微计，米尺的B 类不确定度分别为0.02,0.002,0.11.单位：项目次数123456平均a39.9839.9840.0040.0239.9640.0240.00b25.0025.0224.9825.0025.0225.0225.00c8.008.028.028.047.988.008.01h8.008.048.048.028.048.008.0240.03 0.0325.00

20、 0.038.01 0.038.02 0.03周长 2(3.075+3.206+1.804)=146.04 146.0 0.1 ()面积EL0.03%3=935（ mm2 ）2初读数 0.001123456平均7.9457.9467.9507.9517.9487.9487.948128.1128.2128.1128.0128.3128.2128.2次数项 目 直径 d 长度 L7.948 0.004128.2 0.7249.61mmS49.610.05mm2E0.SU S0.05mm1%次数123456平均项目外径 D121.0021.0220.9620.9821.0021.0221.00内径

21、 D28.028.007.967.988.008.028.00高 H30.1030.1430.1230.1630.1430.1230.13电阻丝截面积：S2D1=21.00 0.03D2=8.00 0.0330.13 0.03V8921mm3实验二 测定钢丝的杨氏模量一. 目的学会测量杨氏弹性模量的一种方法；掌握光杠杆放大法测量微小长度的原理；学会用逐差法处理数据。二原理任何物体在外力作用下都要发生形变，根据虎克定律：FlY（ 2-1 ）Sl（ 1）式中比例系数Y 就称为材料的杨氏弹性模量，即YFlSl（ 2-2 ）F外力 ，l钢丝伸长量， S钢丝截面积， l钢丝原长度本实验采用光杠杆放大法测

22、量微小长度l 值，其结果比较准确。图 2-1 为光杠杆放大原理图。开始时光杠杆反射镜与标尺在同一平面，在望远镜中读到标尺读数P0 ，当钢丝受力伸长时带动光杠杆反射镜后足尖下降l ，镜面发现转动一个微小角度，这时在望远镜读数为P1 ， P1P0 为放大后钢丝伸长量N ，因为角度微小图 2-1若很小， tg2n得lbNbD4D4 Fld所以YSbN：式中 S 钢丝横截面积Sd， N 小镜偏转前后的读数差，b 光24杆杆常数， D 为两次反射镜面与标尺的距离。三光路调节：1、将光杠杆前两足尖放在平台槽内，后尖放在圆形托盘上，并使平面镜与平台面积本垂直。2、调节望远镜高度，使其与光杠杆基本处于等高位置

23、。3、调节二次反射镜的倾角螺丝，看到照明标尺在光杠杆反射镜的二次反射像。4、将望远镜对准照明标尺在光杆杆里的像，注意“等高同轴”要领。四测量步骤1、按下数显屏的“开关”键，显示屏显示“”。2、将数据拉力从某一负载开始，先测加载过程，每间隔2 记录 8 个数据。隔1-2 分后，每减少2 记 录 一 次 读 数 ， 记 入 表 格 中 。、测量完毕后调节液压调节螺杆到最外端，使显示屏显示“”后关闭电源。、用钢卷尺测出二次反射镜面到标尺距离。、用螺旋测微计测出钢丝直径。、取下光杆杆，在白纸上印出三个点，测高。、用钢卷尺测量钢丝长度l 。五参考数据45671618202266.368.971.975.

24、866.368.771.875.866.368.871.875.8NN i412.6(NiN)2UNA0.4cmUNB0.02cmN3NU N12.60.4cm2、钢丝直径d次数d()10.0795千分尺的仪器误差取20.07930.00430.0794初读数 0.003mm45平均0.07920.07960.0794ddUd0.07940.0004cm3、其他数据测量标尺到二次反射镜距离779.8，钢丝长度l409.5mm ,光杠杆腿长84.59E4FlDSbN489.8409.52 ) 2103779.81031.891011 ( N / m 2 )4(0.07941084.5910312

25、.6103U E0.6Y11211EE10( N / m )Y公认100%E(1.90.6)10(N / m )26%1、标尺读数记录次数i拉力示值加载减载”( ” )/2逐差值（）（）()()()40853.653.453.512.811056.456.656.512.321259.159.259.212.631463.163.463.212.6Y公认六注意事项：1、对于钢丝不直或钻头夹具夹的不紧将出现假伸长，为此，必须用力将钻头卡夹紧钢丝。同时，在测量前应将金属丝拉直并施加相当的预拉力。2、对于钢丝在加外力后，要经过一段时间才能达到稳定的伸长量，这种现象称为滞后效应，这段时间称为驰豫时间。

26、为此每次加力后应等到显示器数据稳定后再进行测量读数。3、本实验所用的数字测力秤的误差为10g 。实验三扭摆法测定物体转动惯量转动惯量是刚体转动时惯性大小的量度，是表明刚体特性的一个物理量。刚体转动惯量除了与物体的质量有关，还与转轴的位置和质量分布（即形状、大小和密度分布）有 关。如果刚体形状简单，且质量分布均匀，可以直接计算出它绕特定转轴的转动惯量。对于形状复杂，质量分布不均匀的刚体，计算将极为复杂，通常采用实验方法来测定，例如机械部件，电动机转子和枪炮的弹丸等。转动惯量的测量，一般都是使刚体以一定形式运动，通过表征这种运动特征的物理量与转动惯量的关系，进行转换测量。本实验使物体作扭转摆动，由

27、摆动周期及其其它参数的测定计算出物体的转动惯量。一. 实验目的熟悉扭摆的构造，使用方法，掌握数字式计时仪的正确使用；掌握用扭摆测定几种不同形状物体的转动惯量，并与理论值进行比较；改变滑块在细长杆上的位置，验证转动惯量平行轴移动定理。二实验原理扭摆的构造见图（3-1 ）所示，在其垂直轴1 上装有一根薄片状的螺旋弹簧2 ，用以产生恢复力矩。在轴的上方可以装上各种待测物体。垂直轴与支座间装有轴承，使摩擦力矩降低。图 3-1扭摆构造图将物体在水平面内转过一角度后，在弹簧的恢复力矩作用下，物体就开始绕垂直轴作往返扭转运动。根据虎克定律，弹簧受扭转而产生的恢复力矩M 与所转过的角度成正比，即MK式中， K

28、 为弹簧的扭转常数。根据转动定律MI（3-1 ）式中， I为物体绕转轴的转动惯量，为角加速度，由上式得M I（3-2 ）令2K I，且忽略轴承的摩擦阻力矩，由式（3-1 ）与（ 3-2 ）得d 2 dt 2 KI2上述方程表示扭摆运动具有角简谐振动的特性：角加速度与角位移成正比，且方向相反。此方程的解为（ t ）式中， A 为谐振动的角振幅，为初相位角，为角速度。此谐振动的周期为T 2 2I（ 3-3 ）K利用公式（ 3-3 ）测得扭摆的摆动周期后，在I 和 K 中任何一个量已知时即可计算出另一个量。若仪器的弹簧扭转常数K 为已知值，则可算出物体的转动惯量：KT 2I24（3-4 ）实验中可用

29、一个几何形状有规则的物体，它的转动惯量可以根据它的质量和几何尺寸用理论公式直接计算得到，计算出仪器弹簧的K 值。若要测定其它形状物体的转动惯量，只需将待测物体安放在本仪器顶部的各种夹具上，测定其摆动周期，由公式（3-4 ）即可算出该物体绕转动轴的转动惯量。理论分析证明，若质量为m 的物体绕通过质心轴的转动惯量为I 0 ，当转轴平行移动距离 x 时，则此物体对新轴线的转动惯量变为Imx2 。这称为转动惯量的平行轴定理。0K 值的计算是本实验中必须解决的，由于圆柱绕其中轴的转动惯量理论值需要测量的量少，且测量的精度也比较高，因此我们这里以圆柱的转动惯量理论值作为已知求K 值， 圆柱的转动惯量为圆柱

30、与盘的转动量实验值为12I柱m柱 D 柱82(3-5)4IK T 柱盘(3-6)盘的转动惯量实验值为柱的转动惯量实验值为柱 盘22IKT盘422(3-7)IK T 柱盘I(3-8)由(5) 、(6) 、（ 7）、（ 8）可得柱42盘1 mD 2K8柱柱T422柱盘 T 2（3-9 ）盘于是（ 9）就可以作为K 值的测量式。由于各台仪器的弹簧形状各不尽同，因而K 值也不相同。三实验步骤用游标卡尺分别测出圆柱体的外径，金属圆筒的内径、外径、球体直径，滑块的内径、外径和长度，用钢皮尺测金属细长杆长度（各测量3 次）。记入表3-1 中。调节扭摆基座底脚螺丝，使水准仪气泡居中。装上金属载物盘，并调整光电

31、探头的位置使载物盘上档光杆处于其缺口中央且遮住发射接收红外光线的小孔，测定其摆动周期T盘 。记入表3-2 中。将塑料圆柱体垂直放在载物台上，测出摆动周期T盘 柱 。记入表3-2 中。用金属圆筒代替塑料圆柱体，测出摆动周期T盘 筒 。记入表3-2 中。取下载物金属盘，装上球体并测出它的摆动周期T球 。记入表 3-2 中。T细杆取下球体，装上金属细杆（金属细杆中心必须与转轴重合），测出摆动周期。记入表3-2 中。将滑块对称的放置在细杆两边的凹槽（此时滑块质心离转轴的距离分别为5.00 ，10.00 ， 15.00 ， 20.00 ， 25.00 厘米），测定细杆的摆动周期。记入表3-4 中。记下塑

32、料圆柱体、金属圆筒、实心球、金属细杆和滑块的质量。四参考数据测量各种形状物体的转动惯量次数项目123平均项目载物盘内容金属载物盘摆动 10周期所需的时间（ s）周期 T（ S）0.8561.7201.4121.3852.329单位： 10-2m塑料圆柱体外径D 柱10.01810.01610.01410.016金属圆筒内径D 内9.3549.3549.3549.354金属圆筒外径D 外9.9869.9909.9869.987实心球直径D 柱11.25411.25211.25211.253金属细杆长度L60.9260.9260.9360.92滑块内径 d 内0.6120.6000.6080.60

33、7滑块外径 d 外3.5023.5003.5023.501滑块长度L 13.3003.2983.3003.299实心球塑料圆柱金属细杆1载物盘8.56金属圆筒17.2014.13体13.8523.3028.5617.2014.1213.8623.2938.5617.2014.1213.8523.29平均8.5617.2014.1213.8523.29质量：m柱 712.5 克,m筒 713.0 克，m球 1171.1 克，m杆 132.6 克,m块 239.9 克13.3617.2522.2727.8433.645 次摆动周期5T （ S）13.3617.2522.2727.8433.6413

34、.3617.2622.2927.8433.65物体名称转动惯量理论值(X10)-42转动惯量实验值(X10)-42百分误差2金属载物盘I盘KT42 5.522K T 柱盘塑料柱体I 柱18m柱 D 柱 8.9352I 柱4=8.9382 I盘0.04%1222K T 筒盘金属圆筒I筒m8筒( D 外D内 )I 筒 I 盘0.3%=16.714=16.772实心球I球 1 m210球2D 球14.830IKT 球1%球42 15.032金属细杆I细杆 1 m12杆2L40.82IKT 细杆细杆42 40.880.1%二滑块的质心绕转轴的转动惯量理论值I 滑块 =211622m 滑（ d外d内 ）

35、1122滑 L1 =0.8138 X10-22其中： d 外为滑块的外径，d 内为滑块的内径，L 1 为滑块的长度。2.验证转动惯量平行轴定理：滑块质心离转轴距离x（ 10-2m）5.0010.0015.0020.0025.00摆动周期 T （S）2.6723.4484.4545.5686.728实验值IK42T 20.53810.89711.4952.3373.412（ 10-2 2）理论值 细杆 2 m 滑 x2 I 滑块（ 10-2 2）0.53690.89671.4982.3363.416百分误差0.2%0.04%0.02%0.04%0.01%思考题解答 ：怎样测量不规则物体的转动惯量

36、？答：先用已知的转动惯量测出装置的K 值，然后设计一个能使该物体能以要测的转动惯量的轴转旋转的装置，按实验介绍测量其转动惯量，最后将该不规则物体固定于装置上，测出两者复合转动惯量，再求出该物体的转动惯量。12若两个滑块不对称放置时，怎样验证平行轴定理？答：只将验证公式中的离转轴的距离。2 mx2 项换成m( x2x 2 ), 其中x1、x2 分别为滑块1 和滑块 2一. 实验目的实验四 空气比热容比测定实验用绝热膨胀法测定空气的比热容比；观测热力学过程中状态变化及基本物理规律；学习气体压力传感器核电流型集成温度传感器的原理及使用方法。二、实验原理气体的比热容比CP，也可称为气体的绝热系数，它是

37、一个重要的物理量，经常CV出现在热力学方程中。如图4-1 所示，实验时先关闭放气阀，将原处于环境大气压强室温 T0 的气体送入储气瓶。这时关闭充气阀，取瓶内一部分气体为研究对象，这部分企图P0 ，状态为I ( P1 ,V1 ,T1 ) 。然后突然打开放气阀放气，放气过程可认为是绝热膨胀过程，放气结束关闭阀门，这时瓶内气体状态为I ( P0 ,V2 , T2 ) ， V2 为储气瓶容积。在关闭放弃阀后，温度将伸高，当温度达到T1 ，这时记作状态III(P2 ,V2 ,T1 ) 。绝热膨胀过程：I 到状态，有PV rP V r（4-1 ）1 102图 4-1图I 到为等温线有：P1V1P2V2（4

38、-2 ）由（ 1）（ 2）式得到：r三、实验步骤lg( P1) / lg( P1) P0P 2（ 4-3 ）用式气压计测定大气压。开启电源并预热20 分钟。把放气阀关闭，充气阀打开，用打气球把空气缓缓地打进储气瓶，用压力传感器和温度传感器测量压强均匀稳定时的压力P 和温度T 记录进表格。11突然打开放气阀，当储气瓶的压力降低至环境大气压强时迅速关闭放气阀。当储气瓶温度上升到T 记下储气瓶压强P 。1215用公式（ 3）计算比热容比数值。四、参考数据：P1P0P2P0(P 2(P / 2000 )/ 2000)10 5 Pa10 5 Parlg( P1PP01P ) / lg( P1 P)TPT

39、02PP12212（ 105 Pa ）（）()（）()（ 105 Pa ）（ 105 Pa ）114.51517.028.81516.61.06941.02651.3451.0121116 71525.829.81525.41.07041.02701.353117.31506.234.71505.81.07081.02941.432118.01511.428.91511.01.07111.02661.3041.358理论1.4021.358E1.4023%注意事项：1.402打开放气阀放气时，当听到放气声结束应迅速关闭放气阀，提早或推迟关闭放气阀都会影响实验结果。2实验要求环境温度基本不变，如

40、发生环境温度不断下降的情况，可在远离实验仪器处适当加温，以保证实验正常进行。一、实验目的实验五线膨胀系数测定测定铁、铜、铝棒的线膨胀系数；测量其他固体物质的线膨胀系数；分析影响测量精度的诸因素；观察某些合金材料在金相组织发生变化温度附近出现线膨胀的突变现象；掌握使用千分表和温度控制仪的操作方法。二、实验原理物质在一定温度内，原长为l 的物体受热后伸长量l 与温度的增加量近似成正比，与原长 l 也成正比，即l? l ?t 。一般固体在温度升高时，它的长度将发生变化。固态物质当温度改变1 C 时，其长度变化与在0 C 时的比值，成为该物质的线膨胀系数。如果一根金属棒在0 C 时长为L 0 ，那么在

41、温度为t C 时的长度为：LtL0 (1t ) 。实际上金属的线膨胀系数不是一个常数，只是在某一温度区域内近似与常数。三、实验步骤接通电加热器与温控仪输入输出接口和温度传感器的航空插头。旋转千分表固定架螺栓，转动固定架致使被测样品能插入紫铜管内，再插入低导热体，用力压紧后转动固定架，在安装千分表架时注意被测物体与千分表测量头保持在同一直线。安装千分表在固定架上，并且扭紧螺栓，不试千分表转动，再向前移动固定架，使千分表读数在 0.2-0.4 ，固定架给予固定。然后稍用力压一下千分表滑络端，使它与绝热体有良好的接触，再转动千分表圆盘读数为零。接通温控仪的电源，设定需加热的数值，一般可分别增加温度为

42、25 C ， 30 C ，35 C ， 40C ， 45C ， 50C 。按确定键开始加热。每次设定温度测完后，按复位键，重新设定所需温度，当显示值上升到大于设定值，电脑自动控制到设定值，正常情况下在30 C 左右波动。当温度达到设定温度附近（与设定温度相差0.3 C），例如温度达到24.9C 时，千分表的指针基本不动，学生可记录千分表的读数Li ，为了计算方便，达到下一个设定值时，也要记录千分表读数Li换不同金属样品，分别测量并计算各自的线膨胀系数。四、电加热箱的结构和使用要求使用要求（ 1）被测物体尺寸控制于8400mm；（ 2）整体要求平稳，因伸长量极小，故仪器不应有振动；（ 3）千分表

43、安装适当固定且与被测物体有良好的接触（读数在宜，然后在转动表壳校零）；（ 4）被测物体与千分表探头需保持在同一直线。结构如图5-10.2mm处较为适五、恒温控制仪使用说明面板操作简图如图5-2使用要求（ 1）面包电源接通数字显示为表示该公司产品符号，A*.*表示当时传感器温度，表示等待设定温度。（ 2）按升温键，数字由零逐渐增大至所需的设定值，最高可选80 度。（ 3）如果数字显示高于设定的温度，可按降温键直至到所需的温度设定值。（ 4）当数字设定值达到实验者所需的值时，可按确定键，开始对样品加热，同时指示灯亮，发光频闪与加热频率成正比。（ 5）确定键也可用作选择键，可观察当时的温度值和先前的

44、设定值。（ 6）实验者如果需要改变设定值可按复位键，重新设置。实验六常用电学仪器的使用一实验目的了解电路的组成和各部分的作用；掌握常用电学仪表的性能、用法、正确连接电路的方法；用欧姆定律测量未知电阻；4。学习作图法分析和处理问题。二常用电学仪器介绍一般用电线路中，通常总是由电源、用电设备（负载）、控制设备、测量仪表等部分组成的。这些部分用导线连接通路，称为电路。一、电源电源是把其他形式能量转换成电能、提供电路能量的装置。电源分为直流电源和交流电源两种。交流电源：用符号“”或“”表示交流电。常用的交流电有380V 和 220V 两种，频率为 50。直流电源：用符号“”或“”表示直流电。常用的直流

45、电有干电池，蓄电池和晶体管稳压电源等。直流电源使用时，正负极不能接错，要严防短路，以免电流过大损坏电 源。二、电阻电阻可用来改变电路中电流、电压的大小。电阻分为固定式和可变式两种。下面介绍常用的两种可变电阻。滑线变阻器滑线变阻器有两种接法（ 1）变流器接法：如图6-1 所示。（ 2）分压器接法：如图6-2 所示。图 6-1变流电路图 6- 2 分压电路旋转式电阻箱实验室常用的21 型直流电阻箱的面板如图6-3 （ a），其内部是若干个采用锰铜合金线绕成的具有高稳定的固定电阻元件，按一定的方式接在特殊的变换开关装置上组成，如图 6-3 （ b）。图 6-321 型直流电阻箱面板上有六个开关旋钮和

46、四个接线柱。每个旋钮的圆盘上都标有0、1、 2、 9 等数字，靠旋钮边缘的面板上刻有箭头，并有0.1 、 1、 10、等字样，这些数字为倍率。表 1 电阻箱各旋盘倍率的准确度旋盘倍率0.1110100100010000准确度5%0.5%0.2%0.1%0.1%0.1%三、磁电式仪表磁电式仪表测量的是偏转角度，把电流的标准量变换为角度的标准量，然后与被测流的标准角度相比较，实现比较测量。1直流检流计或将被测的量进行某种变换后才能实现的直接比较测量的方法称为间接比较测量法。检测电路中有无电流通过即电流方向的一起称为检流计。磁电式检流计有指针式和复射式两种。磁电式检流计的主要技术特性是：（ 1）电流

47、常数：即检流计指针在标度尺上偏转1 小格所代表的电流值。（ 2）内阻：检流计内部的电阻。（ 3）使检流计指针以最短的时间稳定在平衡位置而不振动的外电路的电阻称为外临界电阻，这段时间称为阻尼时间。直流电流表直流电流表示在检流计两端并联低电阻，电表的零分度线在标度盘的最左端。直流电压表通常在电流表上串联分压电阻就构成了电压表。直流电流表、电压表的主要参数：（）量程：即满刻度电流或电压值。（）内阻：通常电流表内阻非常小，以减小电流表的电压降，电压表的内阻非常大，以避免对电路产生分流作用。（）精度等级：电流表，电压表的精度等级分为0.1 、0.2 、0.5 、1.0 、 1.5 、2.5 、共 7 个

48、等级，准确度为级的电表简称为级电表，其测量最大误差允许为：xm表常用电学仪表的符号介绍注意事项：AmK % （Am 为所用电表的量程）（ 1）使用前如果磁电式仪表的指针不在零分度线上，可用小螺丝刀或接线叉轻轻旋转零调节器，使指针指零，成为机械调零。（ 2）读数时的视线应正对指针并于标度盘垂直。对附有反射镜的标度盘，只能在指针与指针在反射镜中的像重合时才能读取数据。仪器布置和电路连接：仪器布置操作之前，首先把电路图中每个符号代表的意思、各仪器的作用搞清楚。对初学者， 可按电路图布置仪器。接线能力提高后，应按照“接线方便，易于操作，易于观察，保证安全”的原则布置仪器电路连接从电源正极开始，按电路分

49、回路逐个接线。检查接好电路后，先复查电路连接是否正确。确认无误后，请教师检查，经同意后接通电源进行实验。通电在通电合闸的同时，应仔细观察整个电路上的所有仪器。5拆线，归整测的实验数据后，先断开电源。用理论知识判断数据是否正确，确认后才能拆线。用安培表和伏特表测定电阻根据欧姆定律，如果测得了通过电阻RxI求出阻值。常用测量电路有两种，如图6-4 和图 6-5 所示。对于一定的阻值选用适当的电路测量。VRx 的电流强度I 和两端的电压V ，即可利用三.实验步骤图 6- 4内接法图 6-5外接法开关放在断开位置，按图6-4 将器材布置在适当位置，然后连接导线，经教师检查无误后通电。调节稳压电源使输出

50、电压E 为 1011 伏，调节滑线变阻器，使电流表和电压表有适当的读数，逐次记录下相应的电流值和电压值。为了作图方便，电压应取等间隔的整数值。改换另一种线路，重复步骤1、2。将Rx 1 换成Rx2 ，重复步骤1、2、3。5记下Rx1 和 Rx2 上的标称值。四.注意事项： 1接电线时不得带电操作，即必须让电源处于断电状态下接线。2测量大电阻Rx1 时，电流表用小量程。测量小电阻Rx2 时，电流表用大量程。2、掌握箱式惠斯登电桥和检流计的使用方法二.原理电桥是一种以测量电阻或与电阻有一定函数关系的参量（加温度）的比较式仪器，它是通过被测电阻与标准电阻进行比较而获得最后测量结果的。惠斯登电桥由四个

51、电阻臂串联成一个封闭器边形，相交于四个顶点，在两顶点接电源u 称电源对角线，则在两顶点接电源u 称电源对角线，就可构成一个电的通路，电源和检流计好象答接在两对顶点间的 “桥”一样，故称之为电桥。工作原理：惠斯登电桥含有三个已知电阻Ra， Rb， R和待测电阻Rx ，当变动电阻Ra， Rb， R ，总可以使检流计G 中的电流I g0 ，此时说明U bc0 故I 1RxRxRI 2 RaI 1 RI 2 RbRaRb或 Rx RbRa R可简记为电桥线路相对臂的电阻乘积相等。惠斯登电桥用于测量中值电阻（1 10），惠氏电桥主要特点是使用方便，测量时，除电源和检流计及保护电阻外，不需要其它附件，测量

52、范围广，精度较高。在滑线式电桥中，我们用电阻a 和b 来代替 Ra 和Rb 。三.实验步骤：实验七惠斯登电桥测电阻.目的要求1、学会用惠斯登电桥的方法测定未知电阻的方法（ 1）按图接线，保护电阻用10 K的线绕式电位器。R 用标准电阻箱，先测量Rx1 。（ 2）使 0，滑线上滑动接能器放在导线中央处，先按下电源的开关k，再按上滑动接能点 C，观察检流计偏转方向。（ 3）调节电阻箱R 为一任意数值，若为200，按步骤（ 2）观察检流计偏转方向，若二次检流计指针偏转方向相反，则电阻Rx1 的值应较0 欧姆为大，较200 欧姆为小。（ 4）用同样的方法继续调节R，使检流计指针不偏转为止，然后把保护电

53、阻调至0，再调节滑动接能点，使检流计指针不再有偏转为止，记录R，Rx 1 。（ 5）对调 R 和 Rx1 的位置，重新测量一次。a 和b 之值，即可算出（ 6）用同样的方法测量另一电阻（ 7）用箱式惠斯登电桥重测一遍。Rx1 和 Rx2 的串联、并联值。附：箱式惠斯登电桥使用方法。（图略）比例臂即B 为电源开关，C 为检流计开关。四只转盘电阻即为电阻箱R，先使检流计指针与“ 0”重合，被测电阻接到Rx 两接线柱上，适当调节此比例臂与R 的阻值，使按钮“ B”和“ G”按下时，检流计没有电流流过，则可由Rx 之值四. 参考数据未知电阻R()R ()(对调前 )(对调后 )n /RR测RR ()R

54、XR测U R（X）RX 1RX 2RX串RX并待测电阻507.6 0.51973 22479 2403.4 0.4Rx 的不确定度为：URX(UR) 2( 110R) 2n0.4U R 的计算方法参照实验六常用电学仪器中有关旋转式电阻箱的讲述。 箱式惠斯登电桥测量未知电阻比例臂ABR()RXAR BRX并0.1420.6420.6 滑线式惠斯登电桥测量Rx比例臂之值R ，得出507.4507.85/0.4507.61973.91971.55/1.61972.72481.62477.15/1.62479.3403.7403.25/0.2403.4RX 1120002000RX 20.1528.9

55、528.9RX串125062506实验八电位差计测电动势.目的要求：研究电位差计的原理、滑浅式电位差计的构造成。用电位差计测定电池的电动势。应用电位差计校准伏将计的读数。二.原理：直流电位差计是目前电工仪表检修中不可缺少的标准仪器，它的优点是可以测量一般电工仪表扬不能测量的微小电势，从几微伏到几伏。并且损耗被测电势的能量极小，因 此，在测量时，不会使被测电动势失去原来的数值。如果配以一定的标准附件，如标准电阻，分压箱米，还可以测量电流，较高的电压、电功率、电阻等等，用途较广。线路原理（见实验讲义）二、实验方法：（ 1）An 取 50.93E 3zAn ，那时双刀双掷开关k 2 打向E 3 。调

56、节 R，使检流计无偏转，些时1.018650.93伏,开关k2 倒向Ex ，调节An ，些时检流计无偏转，记下An 的长度，ExAn 0.02校准伏特计读数，按图将分压器线路接好，将k2 板向电压表处，用电位差计测量的电压值校正伏特计上的读数，调节滑线变阻器R 使伏特计的读数分别0.250V， 0.500V，0.750V，1.000V， 1.250V， 1.500V等约为 6 个数据，同时用电位差计测出各相应的伏特数。三. 实验故障排除（ 1 ） 检流计指针一直往一边偏转，应检查电源是否打开，电源正负与标准电池正负相接无误，或标准电池接线不佳。（ 2 ） 辅助电源E 用劲 V ，不得取任意值。

57、辅助电源的电压值与电阻系、限变变阻器R阻值（此实验中采用110）相匹配使电阻丝统每厘米上的电压降为0.02V 。四. 注意事项 ：（ 1）电位差计直接读数法的调整，要注意电源电压E（辅助电源）线变阻器值和木板报式电位差计阻值的配合，使即 E 必须大于2V 。An 在 50.93处电阻系An 上的电压降能调节1.0186V，（ 2）注意 E、E x 、E 3 正极必须与正极相接，负极与负极相接，如正负极接反，电位差计算无法处于平衡位置。（ 3）指针式检流计前必须串联保护电阻，（用可调电阻箱、电位器或固定电阻10K左右都可）。（ 4）测量 E x 的值须根据理论上的计算大致范围内去测量，不要盲目的

58、在电阻丝上找取数值。（ 5）图 -2中因分压器R 1 阻值较大，（为2.6） E 为干电池（ 1.5V ），所以， E 1处没有加开关，这样尽管线路一直接通，但耗电量还是较小的。（ 6）调节 R 使电阻丝上每上电压降为0.2 伏后，一般情况下不须再调节，如测量时间过长或线路有所变动时，仍需再调节，使线路何持标准化状态。五. 参考数据：伏特表读数（V ）电位差计长度读数电位差计电压读数An1 (cm)0.02An1 (V )电位差计读数伏特表读数（V ）An1 An 276.3078.25E x1 Ex 21.526V1.565V0.25012.450.2490-0.0010.50024.980

59、.499600.75037.400.7480-0.0021.00049.950.9990-0.0011.25062.391.248-0.0021.50073.981.477-0.003用毫米方格纸作图，横坐标为伏特表读数，纵坐标为电位差计读数- 伏特表读数。实验九 电表改装微安表只允许通过微小的电流，一般只能测量很小的电流和电压，如果要用它来测量较大的电流或电压，就必须进行改装以扩大其量限，经过改装的微安表具有测量较大的电流、电压和电阻等多种用途。若在表内再配以将交流变直流的整流电路，则它还可以测量交流电压等有关量。一.原理（一）、分流法扩大直流电流表的量程分流电阻 R并 与表头内阻及扩大倍率

60、的关系：Rr0并（ 9-1）n1式中 ,r0 为表头内阻，n 为量程扩大倍数。（二）、分压法把电流表改装成电压表分压电阻 R串 与改装表的量程V ，电流表量程I 0 和 表头内阻VRg 的关系：R串r0I 0（ 9-2）式中： V 改装后电压量程；I 0改装前电流表的量程；r0 改装前电流表内阻。二. 实验步骤：图 9-1 电流表扩大量程图 9-2 电流表改装成电压表1.将 0100 A 电流表改装成01000 A 电流表(1). 查电流表身上的电流表内阻(2). 利用（ 9-1）式计算并联电阻(3). 用一个电阻箱作为并联电阻1000 A 电流表r 0R并R并 ，然后并联在0 100 A 电