力热学实验指导书(补做实验)

大学物理（力热学）实验指导书大学物理（力热学）实验指导书--#-五、实验报告要求1．自己设计数据记录表格。2．对实验观察现象进行分析。附录一THQDB-1型单摆实验仪使用说明THQDB-1型单摆实验仪由光电计时器、实验架两部分组成图一THQDB-1型单摆实验仪面板THQDB-1型单摆实验仪测试面板如图所示1．开启主机电源后参量显示“——”，数据显示“————”若情况异常（死机），可按复位键，即可恢复正常。按键“置数”、“执行”、“查询”、“返回”有效。开机默认周期数为30，执行数据皆空，为0。2．置数（预置测量周期数n）按“置数”键，参量显示“n=”，数据显示“30”，按“上调“键，周期数依次加1，按“下调”键，周期数依次减1，周期数可在1—60范围内任意设定，再按“置数”键确认，显示“StEnd”。更改后的周期数不会保存，一旦切断电源或按“复位”键，便又恢复为默认周期数30。周期数只要预置完毕，除切断电源、复位和再次置数外，其他操作均不改变预置的周期数。3．执行“置数”结束后，即可进行测量。测量时先将摆球拉起（摆角小于5。）再按“执行”键，计时仪器显示“P100.000”。然后在与摆角指示板平面平行面内轻轻释放小球，让其自由摆动，，当小球通过光电门时开始计时，这时计时指示灯点亮。随着小球摆动，仪器开始连续计时，直到周期数等于设定值时，停止计时，计时指示灯熄灭。此时仪器显示第一次测量的总时间。重复上述步骤，可进行多次测量。本机设定重复测量的最多次数为5次，即Pl、P2、P3、P4、P5,超过5次时，又从P1开始。执行键还具有重新测量功能，例如要重新测量第三组数据，拉起小球按执行键直到出现“P300.000”后放开小球，即可重新测量第三组数据。4．查询按“查询”键，可查询每次测量的周期（C1-C5）和多次测量的周期平均值CA,及当前的周期数n,若显示“no”表示没有数据。5．返回按“返回”键，系统将无条件的回到初始状态，参量显示“FU”，数据显示“————”，这一操作将清除当前状态的所有执行数据，但预置周期数不改变。6．复位按“复位”键，实验所得数据全部清除，所有参数恢复初始时的默认值。注意事项：1．在使用过程中，若遇强磁场等原因而使系统死机，请按“复位”键或关闭电源重新启动。但以前的一切数据都将丢失。2．为提高测量精度，可先让摆球自由摆动，当小球离开光电门时，再按“执行”键进行计时。实验架：实验架的基本结构如图二所示，实验前先调节底座上的螺丝使摆线处于摆角指示板0刻线，调整光电门的位置，使小球位于光电门中心并恰好挡住光电门小孔。实验时不需要调节线夹和摆角指示板的位置，可通过线长调节装置改变摆长。摆长改变后需重新调整光电门的位置。图二THQDB-1型单摆实验仪机械装置简图附录二THQDC-1型导热系数测定仪使用说明1．实验仪的供电测定仪后面板配有带保险丝管（2A）的220V单相交流电源三芯插座，另配有三芯插头电源线一根。箱内设有一只降压变压器，为电路板提供多组低压交流电源。2．漏电断路器测定仪面板配有漏电断路器，作为电源总开关。（一）适用范围DZ47LEII-32型漏电断路器适用于交流50Hz单相220V的电路中，作为人身触电和设备漏电保护之用，并可用于线路的过载及短路保护。（二）正常工作条件（1）最高空气温度为+40°C，最低空气温度为-5°C；（2）海拔高度不超过2000m；（3）空气相对湿度不大于90%；（4）安装位置的外磁场，在任何方向不应超过地磁场的5倍；（5）无显著摇动和振动的地方；（6）本漏电断路器适用的污染等级为2级；（三）使用与维护（1）漏电断路器的漏电、过载短路特性均由生产公司整定，使用中不可任意调节。（2）漏电断路器在使用运行一定时期后，（一般每隔一个月）需在合闸通电的状况下，按动试验按钮（漏电断路器右上方黑色“T”志），检查漏电保护性能是否可靠断开。（3）漏电断路器因漏电动作后，将有漏电指示按钮指示。（4）漏电断路器因被控制电路发生故障而分断后需查明原因（如保险丝熔断），排除故障后应先按下漏电指示按钮方能合闸。3・PID智能温度调节器（一）面板说明及操作说明（5）（也（（5）（也（?）（1）调节输出指示灯（2）报警1揩示灯⑺报警2指不灯⑷小1辅助挂口二惟指示忙⑸显示歸换（兼歩数设置畫入丿⑹数据榕兼孑动/自动切换及程序设置进入1⑺数据减少夔（兼程序运們/■會停揀作）（8）数据用扫缱（兼程序停止攥作）（?）给定僮显示商（10）漏蜃值显示窗图三面板说明及操作说明（二）显示状态如图四所示。仪表上电后，将进入显示状态①，此时仪表上显示窗口显示测量值（PV）,下显示窗口显示给定值（sv）o心口键可切换到显示状态②，此时下显示窗口显示输出值。状态①、②同为仪表的基本状态，在基本状态下，sv窗口能用交替显示的字符来表示某些状态，如输入的测量信号超出量程（因传感器规格设置错误、输入断线或短路均可能引起）时，!仪表上电si¥£^so.o|I帝皿葫60喘|;给定值为］（XWI：（自池态）°（手就劉11iInw虫nw||〔亶［叵亘二J辙出上黒癱数为轧|下—宕|口叩冷图四显示状态则闪动显示“oral”此时仪表将自动停止控制，并将输出固定在参数oPL定义的值上。OUT输出指示灯：输出指示在线性电流输出时通过亮/暗变化反映输出电流的大小。（三）基本使用操作（1）显示切换：按v键可以切换不同的显示状态①、②。（2）修改数据：仪表下显示窗口显示的数值除自动输出值不可直接修改外，其余数据均可通过键来修改下显示窗口显示的数值。例如：需要设定给定值时，可将仪表切换到显示状态①，即可通过按」……、广―或—键来修改下显示窗口显示的数值。AI仪表同时具备数据快速增减法和小数点移位法。按―键减小数据，按………键增加数据，可修改数值位的小数点同时闪动（如同光标）。按键并保持不放，可以快速的增加减小数值，并且速度会随右移加快（3级速度）。而按:厶〕键则可直接移动修改数据的位置（光标），操作快捷。（3）手动/自动切换：在显示状态②下，按键A/M（即UD键），可以使仪表在自动及手动两种状态下进行无扰动切换。在显示状态②且仪表处于手动状态下，直接按__键或GD键可增加及减少手动输出值。通过对run参数设置（详见后文），也可使仪表不允许由面板按键操作来切换至手动状态，以防止误入手动状态。（4）设置参数：在基本状态（显示状态①或②下按：…「•键并保持约2秒钟，即进入参数设置状态（显示状态③）。在参数设置状态下键，仪表将依次显示各参数，例如控制方式Ctrl、速率参数P、输入规格Sn、小数点位置Dip、输出方式oPl、输出下限oPL、输出上限oPH、运行状态run等。用••厶等键可修改参数值，

按】i按】i「键并保持不放，可返回显示上参数。如果没有按键操作，约30秒钟后会自动退出设置参数状态。（四）手动自整定由于自整定执行时采用位式调节，其输出将定位在由参数oPL及oPH定义的位置。如果环境温度不稳定，在P、I、D参数设置很恰当的情况下控温效果不好，可以采用手动自整定模式。当被控温度响应快速时，手动自整定方式能获得更准确的控稳效果。实验时可在显示状态②手动状态下根据温度变化设定输出值，控制温度在设定值±1°C范围内。（五）功能及设置（参数功能说明）（1）控制方式Ctrl本测定仪采用AI人工智能调节/PID调节，允许从面板启动执行自整定功能。设置参数Ctrl=1。（2）速率参数PP与每秒内仪表输出变化100%时测量值对应变化的大小成反比，当Ctrl=l时，其数值定义如下：P=1000-每秒测量值升高值（测量单位是0.1C或1个定义单位）如仪表以100%功率加热并假定没有散热时，电炉每秒升1C，则P=10001^10=100P值类似PID调节的比例带，但变化相反。P值越大，比例、微分作用成比例增强，而P值越小，比例、微分作用相应减弱。P参数与积分作用无关。设置速率参数P=33.0。（3）微分参数I、积分参数d设置微分参数1=30，积分参数d=0.1。（4）输出周期CtlCtl参数值在0.5-125秒（0表示0.5秒）之间设置，它反映仪表运算调节的快慢。Ctl值越大，比例作用增强，微分作用减弱。Ctl值越小，则比例作用减弱，微分作用增强。Ctl值大于或等于5秒时，则微分作用被完全消除，系统成为比例或比例积分调节。（5）输入规格SnSn用于选择输入规格，本测定仪采用Pt100测温控温，输入规格为Pt100,设置参数Sn=21。（6）小数点位置dIP本测定仪设置参数dIP=1，显示格式为000.0,小数点在十位，温度显示分辨率为0.1C。（7）输出方式oP1本测定仪采用4~20mA线性电流输出，设置oP1=4。（8）输出下限oPL限制调节输出最小值。输出范围为0〜110。设置oPL=2〜5。输出下限oPL应根据环境温度设置，环境温度越低，oPL设置越高；反之，环境温度越高，oPL设置越低。(9)输出上限oPH限制调节输出最大值。输出范围为0〜110,且oPH>oPL。设置oPH=50。(10)运行状态runrun参数定义自动/手动工作状态，本测定仪设置run=1，用于自动调节状态，也可手动操作。4．加热散热及测温装置待测样品(1)材料：有机玻璃、橡胶、胶木。(2)尺寸：半径R]=60mm=0.06m，厚度h]=5mm=0.005m。加热盘、散热盘(1)材料：黄铜。散热盘尺寸：半径R2=60mm=0.06m，厚度h2=12mm=0.012m。散热盘质量：m=1.136Kg(参考值)。加热丝功率：300W。测温传感器：热电阻Pt100。温度表测温范围：0〜200°C。最小分辨率：0.1Co(3)测温精度：±0.3C。5.控温装置PID智能温度控制加AI人工智能调节，可控硅调节输出。控温精度：±1C。6．计时器(1)计时范围：0〜999s。最小分辨率：1s。计时精度：10-5s。7．冷却装置风扇：DC24V，2.4W。8．使用注意事项(1)加热盘温度设定值不得高于110C，实验时应随时观察加热盘温度变化。(2)实验装置温度较高，实验过程中不要触摸高温盘，以防烫伤。PID智能温度调节器出厂前各参数均设置好，实验时可以修改加热盘温度设定值SV,修改其它参数时应谨慎，否则影响控温效果。实验过程中Pt100金属部分不要裸露在外，且插入深度要一致，否则影响测温精度。实验应在室内温度基本稳定及无风的条件下进行，否则将影响控温效果。测定仪面板上有0〜220V加热电源，连接和分开加热电源线时均应先关闭电源总开关，以防触电。

附录三THQZL-1型液体表面张力系数测量实验仪使用说明一、技术指标1．工作电源：2．传感器量程：3．输出灵敏度：4．测试用金属圆环：内径d1外径d2：5．电压表：量程：6．定标专用小砝码：7．实验平均相对误差:二、实验仪器AC220V±AC220V±10V0〜10g10.8±0.2mV/g32.6+0.1mm35.0-0.1mm0〜199.9mV精度：0.5%1g±0.3mgW3%（一）实验仪部分：图五实验仪面板结构图实验仪主要用于显示作用在传感器上力的大小及提供测试台工作电源，其面板如图五所示。由调零电位器、高精度电阻应变式传感器工作电源、数字电压表等组成。图五实验仪面板结构图-■-'：■p巾：,讥J.'Trl'LXL-■-'：■p巾：,讥J.'Trl'LXL--.，.込£.：•（二）测试台部分测试台主要用于液体表面张力的测量，其结构图如图六所示。其装置包括测试台底座、水平调节螺钉，水平仪、升降调节螺钉、支撑悬臂、导向悬臂、悬挂线、均质圆环、10g高精度电阻应变式传感器、支撑杆等组成。图六测试台结构图三、使用步骤：1．预热：开机，预热时间不少于15分钟。2．调水平：调节测试台底部三个水平调节螺丝，使水平仪指示在中心位置。3．环的测量与清洁：均质圆环的表面状况与测量结果有很大的关系。实验前应将金属圆环在酒精溶液中浸泡20〜30秒，然后用净水洗净凉干，此步骤可在预热时完成。4．高精度金属铂片式电阻应变传感器的定标：每个传感器的灵敏度都有所不同，在实验前，应先将其定标。步骤如下：（1）旋转调零电位器，将仪器数显显示值调零。（2）将砝码盘挂在传感器梁外端的悬挂线上，记录此时的读数值。（3）在砝码盘加上砝码，分别使传感器受力为1g、2g、3g、4g、5g、6g、7g、8g，记录这些砝码重量m作用下，数字电压表相应的读数值U（注意：放砝码时不可用手，一定要用镊子，以免定标时增大误差）。（4）用逐差法求出传感器灵敏度K,也可用最小二乘法拟合求K值及拟合线性相关系数r。5．测量水的表面张力系数：（1）将蒸馏水盛于玻璃器皿中，注意不要盛的太满，蒸馏水的高度在1/2〜2/3之间然后将其放置于托盘之上。（2）将凉干后的金属圆环挂在传感器的悬挂线上。调节升降调节螺钉，将液体升至靠近环的下底部，圆环的底面应与水平面平行，调节升降调节螺钉将托盘升至最高，视金属圆环下底部刚好浸没于水面之下便可，如浸入水面太深，可调节传感器高度。由于圆环是否与水面平行对实验结果有很大的影响，出厂前已经调试好，请勿用力拉扯，更不可将金属圆环或吊线折弯，以免增大实验误差。（3）罩上防护罩（另配）：使防护罩开口处与测试仪升降调节螺丝于同一位置。防护罩可起到防风、防尘等作用，减小实验误差。（4）调节升降调节旋钮，使其渐渐上升，将圆环的下沿部分全浸没水面。然后反向调节升降螺钉，使水面逐渐下降。这时，金属圆环底部和水面间形成一环形液膜，记录即将拉断水膜前一瞬间数字电压表读数值U1和水膜拉断后一瞬间数字电压表读数值U2。注意：调节使水面下降时，应使其缓缓下降，下降时水面应保持静止，吊环也不可晃动，否则会增大实验误差。四、注意事项：1．实验中注意事项：定标时，放砝码注意一定要用镊子，切勿用手。均质圆环及吊绳在公司出厂之前已调试好，请勿用力拉扯或折弯。实验时圆环表面光洁程度与实验有很大关系，请勿划伤或使其形变。实验时如果用蒸馏水，要注意水的洁净度，否则会影响实验误差。调节使水面下降时，应使其缓缓下降，下降时水面应保持静止，吊环也不可晃动，否则会增大实验误差。2．安全注意事项：实验盛水的容器为玻璃器皿，一定要注意安全。测试仪其余部分均为金属部件，请注意安全，切勿用其玩耍。注意用电安全。附录四THQSS-1型声速测试仪使用说明一、概述THQSS-1型声速测试仪是观察、研究声波在不同介质中传播现象，测试声波在不同介质中传播速度的声学实验仪器，它是利用压电陶瓷超声换能器来测试超声波在空气和液体中的传播速度。选用频率特性大致相等的二只压电陶瓷换能器，一只作发射用，另一只作接收用。在发射端加正弦信号激励引起振动，在空气中形成超声波；再利用压电陶瓷正压电效应在接收端接收超声波。用驻波法或相位比较法测试声波在空气和液体中的传播速度，使学生加深对波的传播、干涉、驻波、振动合成等理论知识的理解。仪器在使用时需配双踪示波器。二、仪器结构THQSS-1型声速测试仪主要部件由两个压电陶瓷超声换能器、丝杆移动机构、摇手鼓轮、数显容栅尺和一个有机玻璃水槽组成。压电陶瓷超声换能器可以把电能转换为声能作超声波发射器用，也可以把声能转换为电能作超声波接收器用。压电陶瓷超声换能器有一固定谐振频率f0,当外加电信号的频率等于其谐振频率f0时，压电陶瓷超声换能器产生机械谐振，这时产生的声波最强。声速测试仪结构如图七所示，S1是发射换能器，发射换能器固定不动，实验时将THQSS-1型声速测试仪信号源换能器接口输出信号接至发射换能器S1；S2是接收换能器，实验时将接收换能器信号输出接至示波器，用于观测接收到的电信号。发射换能器与接收换能器相对放置，两个换能器之间的距离可以通过摇动摇手鼓轮改变，其距离可以从数显容栅尺的显示屏上读出。水槽可以装待测的液体，两个换能器经过防水胶封装后可以用来测试声波在液体介质（如水）中的传播速度。图七声速测试仪结构图三、技术指标1．压电陶瓷换能器谐振频率：35KHz〜40KHz；谐振点阻抗：800〜1000Q；发射头激励信号：<15V；PP最大发射功率：6W,可承受的连续电功率不小于15W。2．有效测试距离：100〜300mm。3．读数精度：0.01mm。四、维护和保养1．丝杆和导轨是仪器的精密部件,使用时不要用力过猛,避免碰撞,以免对丝杆和导轨造成损伤,平时应定期对丝杆和导轨加油,以防设备生锈,缩短使用寿命。2．发射换能器和接收换能器应配对使用,不可随意更换,以免造成混乱,因为每台设备换能器的发射谐振频率和接收谐振频率都经过仔细装调配对,不同设备的换能器的谐振频率有可能不一样。3．仪器不使用时,应放在室内架子上,使仪器离地最少10cm。4．使用完毕后,要用干燥清洁的抹布将测试架及螺杆清洁干净,仪器应该在清洁干净的场所使用,避免阳光直接暴晒和剧烈震动。5．测试声波在水中的传播速度时,注意不要将水溅到数显容栅尺上,如果不小心溅到，应在60°C以下的温度使之干燥。附录五TH－I型智能转动惯量实验仪使用说明一、产品简介TH-I型智能转动惯量实验仪是我企业研制、开发的智能化物理实验仪器，广泛用于高校物理实验室测量物体转动和摆动的周期以及旋转体的转速。能自动记录、存贮，处理多组实验数据，并能精确计算出多组实验数据的平均值。TH-I型智能转动惯量实验仪采用新型的单片机作控制系统，具有精度高、功能强、产品性能稳定、可靠等优点。二、性能指标1．供电电源AC220V±10％50Hz2．信号输入方式光电传感器信号输入或TTL、CMOS的脉冲电平3．显示方式参量、数据通过数码管显示，状态指示由发光二极管指示4．操作方法键盘操作5．计时精度0.001S6．最大计时1000.000S7．功耗V1W8．环境温度—5°C40°C9．体积220mmX204mmX100mm(LXWXH)三、使用说明TH-I型智能转动惯量实验仪测试面板图如图八所示。开启主机电源后摆动指示灯亮，参量显示“P1”，数据显示“”，若情况异常（死机），可按复位键，即可恢复正常。按键“功能”、“置数”、“执行”、“查询”、“自检”、“返回”有效。开机默认状态为“摆动”，默认周期数为10，执行数据皆空，为0。功能选择按“功能”键，可以选择扭摆、转动两种功能（开机及复位默认值为摆动）。3．置数按“置数”键，参量显示“）=”，数据显示“10”，按“上调”键，周期数依次加1,按“下调”键，周期数依次减1，周期数能在1－20范围内任意设定，再按“置数”键确认，显示“F1end”或“F2end”。更改后的周期数不具有记忆功能，一旦切断电源或按“复位”键，便恢复原来的默认周期数。周期数一旦预置完毕，除切断电源、复位和再次置数外，其它操作均不改变预置的周期数。

置数上调下调扶行自检返回UUU计吋转动摆动复位◎图八TH-IUUU计吋转动摆动复位◎4．执行按“执行”键，数据显示为“000.0”，表示仪器已处在等待测量状态，此时，当被测的往复摆动物体上的挡光杆第一次通过光电门时，由“数据显示”给出累计的时间，同时仪器