惠州学院大学物理实验报告

实验1长度测量物理实验中常用的长度测量仪器米尺、游标卡尺、螺旋测微器（千分尺）、读数显微镜（比长尺）等。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；分度值是仪器所标示的最小分划单位。分度值的大小反映仪器的精密程度。一般来说，分度值越小，仪器越精密，仪器本身的“允许误差”（尺寸偏差）相应也越小。学习使用这些仪器，要注意掌握它们的构造特点、规格性能、读数原理、使用方法以及维护知识等，并注意要以后的实验中恰当地选择使用。长度是一个基本物理量，许多其他的物理量也常常化为长度量进行测量；许多测量仪器的长度或角度等读数部分也常常用米尺刻度或根据游标、螺旋测微等原理制成；这些仪器的读数规则以及读数时要尺量避免视差，要注意检查或校准零点等，要实验中都是具有普遍意义的。【实验目的】1.游标卡尺、螺旋测微器、读数显微镜的测量原理和使用方法；2.一般仪器的读数规则；3.实验数据处理方法。【实验仪器】游标卡尺、螺旋测微器、读数显微镜、待测铁环、小钢珠等。【预习思考题】1.用一10分度的游标卡尺测量一长度为6.8mm的物体，则游标的哪个刻度与主尺的哪个刻度对齐？2.用50分度的卡尺在金属丝三个不同的部位分别进行测量数据如下：2.02mm；2mm；2.020mm；其中有误的是哪组，造成错误的原因是什么？【实验原理】一.游标卡尺游标卡尺的种类较多，常用的有十分度、二十分度和五十分度三种，但其工作原理是相同的，下面就以十分度为例作以介绍。1.游标卡尺的构造：卡尺结构如图1所示主要由两部分组成，即可移动的游标部分A和主尺部分B组成，主尺左端有量爪C和C'。附尺的左端有量爪D和D',量爪C、D(又称外卡)用来测量外径和长度,量爪C'、D'(又称内卡)用来测量内径深度,尺G用来测量深度,K为固定螺钉。2.测量原理：（十分游标为例）游标卡尺的主尺的最小刻度为1mm，游标上共有10个等分刻度，全长为9mm，也就是每个刻度为0.9mm，比主尺上刻度小0.1mm。当量爪并拢时游标的零刻度线与主尺的零刻度对齐，此时示数为0。如图1。使用游标卡尺时，可一手拿物体，另一手持尺，要特别注意保护量爪不被磨损。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，并切忌把被夹紧的物体在卡内挪动。GKD/DC/CBA

GKD/DC/CBA图1游标尺3.游标卡尺的读数原理——差示法：游标卡尺在构造上的主要特点是：游标上p个分格的总长与主尺上（p-1）个分格的总长相等。设y代表主尺上一个分格的长度。x代表游标上一个分格的长度。则有：（1.1）那么，主尺与游标上每分格的差值是：（1.2）差值δx正是游标能读准的最小数值,就是游标尺的分度值,按上述原理的方法称为差示法。以p=10的游标卡尺例，主尺上一分格长是1mm，那么游标上10分格的总长等于9mm，这样游标上一个分格的长度是0.9mm，。这种把游标等分为10个分格（即p=10）的游标卡尺叫做“十分游标”。“十分游标”的，这是由主尺的刻度值和游标尺刻度之差给出的。因此，不是估读的。它是游标卡尺能读准的最小数值，即是游标卡尺的分度值。还有一种常见的游标是“二十游标”，即将主尺上的19mm等分为游标上的20格。这样它们的分度值为：另一种常用的游标是五十分游标（p=50），即主尺上49mm等分为游标上的50格，五十分游标的分度值。游标上刻有0、1、2、……、9，以便于读数，五十分游标的读数结果写到百分之一毫米这一位上。表1列出常见的几种游标卡尺刻度：表1几种游标卡尺刻度Y(主尺每个刻度长，mm）111n(游标上总的刻度数目）102050δx(分度值，mm)0.10.050.02需要提醒的是：游标卡尺不要求估读。4.读数方法游标卡尺测量之前,把量爪C、D合拢,检查游标“0”刻度线和主尺的“0”刻度线是否对齐,若未对齐,则有系统误差,应读出“零点值”,(又叫“零差”),在以后测量的长度中应加上或减去“零点值”,才是被测物体的实际长度。检查零点后,移动游标,将被测物体放在量爪C、D之间轻轻卡住,就可读数。让被测长度L的起端与主尺的零线重合,设L的末端即游标的“0”线在主尺的K与(K+1)条刻度线之间.因为游标与主尺的分度不同,所以游标的第m条刻度线与主尺的某一条刻线即(K+m)条刻度对齐,则游标“0”刻度线与主尺上第K条刻线的距离是：ΔL＝my-mx＝m(y-x)(2)所以被测长度(即主尺的“0”刻度与游标的“0”刻度线之间的距离L)为:L＝ky+m(y-x)或L＝ky+mδx被测长度L等于游标“0”刻重线在所对主尺上读出的整刻度线的数值(Ky)加上游标分度值δx和游标上与主尺某一刻度线对齐的游标刻度线号数(m)的乘积如图2(a)所示，所以L＝43.50mm。有时游标的刻度线并不与主尺的刻度线完全对齐，应取游标上与主尺对得较好的两条刻度线号数的平均值为m。如图2(b)所示m＝5.5，所以L＝43.55mm。图2游标尺的读数法二.螺旋测微计(千分尺)1、构造原理螺旋测微计是比游标尺更精密的长度测量仪器，对于螺距为y的螺旋，每转一周螺旋将向轴线方向移动一个螺距y。如果转了1/n周(n是沿螺旋一周总的刻度线数目)螺旋将沿轴线移1/n的距离，1/n称为螺旋测微计的分度值。因此借助螺旋的转动把沿轴线方向移动不易测量的微小距离，转变为圆周上一点移动的较大距离表示这就是所谓机械放大原理。螺旋测微计就是根据此原理制成的。常见的螺旋测微计的结构如图3所示，它的主要部分是一根微动螺杆，其螺距是0.5mm，当螺杆旋转一周时，螺杆就沿轴线前进或后退0.5mm。当螺杆外部附有一个微分筒，沿着微分筒的圆周有50条等分刻度线，当微分筒转过一条刻度线时，测微螺杆就移动0.5/50mm＝0.01mm，因此螺旋测微计的分度值是0.01mm，即千分之一厘米，千分尺就由此而得名。实验室常用的螺旋测微计的量程是25mm，分度值为0.01mm。1.尺架2.微动螺杆1.尺架2.微动螺杆3.锁紧装置4.固定套管5.微分筒6.棘轮7.测砧图3螺旋测微计测量前先检查“0”点。轻轻转动棘轮，推动螺杆前进，当听到“喀、喀”声时就停止转动(注意：绝对不允许使劲转动微分筒，这样极容易损坏螺旋测微计内部的螺纹)，这时的零点读数若不为零，就有零差出现。其校正方法如下:设零点的读数为L。，待测物体的读数为L，则待测物体的实际长度:L'＝L-L。其零差值可正可负，顺刻度线列中的L。记为正值，逆刻度线序列的L。记为负值。如图4(a)中，L。＝-0.010mm，而(b)中，L。＝+0.022mm.测量时，将待测物体的表面刚好接触，听到“喀、喀”的声音就停止转动，然后以微分筒前沿为第一读数准线，在固定套管标尺(主标尺)上读出整刻度值，(每个刻度为0.5mｍ)再以固定套管标尺上的水平线为第二读数准线，在微分筒上读出小于主尺一个刻度数，估读到最小刻度的1/10，即0.001mm这一位上。两个读数之和就是测量读数，如图5，读数为1.图4螺旋测微计的零差图5螺旋测微计的读数图4螺旋测微计的零差图5螺旋测微计的读数三.读数显微镜（测距显微镜，比长仪）读数显微镜是用来测量微小距离或微小距离变化的。其构造分为机械部分和光具部分，它装在一个由丝杆带动的滑动台上，这个滑动台连同显微镜可以按不同方向安装。可以对准前方、上下、左右移动；或对准下方，左右移动。滑动台安装在一个大底座上，如图6所示。读数显微镜的量程一般为几个厘米，分度值为0.001厘米。常见的一种读数显微镜的机械部分是根据螺旋测微器原理制造的，一个与螺距为1毫米的丝杆联动的刻度圆盘上有100个等分格。因此，它的分度值是0.001厘米。还有一种类型是用带0.01毫米标尺的测量目镜来测量微小位移。读数显微镜的操作步骤：1.将读数显微镜适当安装，对准待测物；2.调节显微镜的目镜，以清楚地看到叉丝（或标尺）；3.调节显微镜的聚集情况或移动整个仪器，使待测物成像清楚，并消除视差，即眼睛上下移动时，看到叉丝与待测物成像清楚，并清除视差，即眼睛上下移动时，看到叉丝与待图6读数显微镜测物成的像之间无相对移动；4.先让叉丝对准待测物上一点（或一条线）A，记下读数；转动丝杆，对准另一点B，再记下读数，两次读数之差即AB之间的距离。注意两次读数时丝杆必须只向一个方向移动，以避免螺距差。[实验内容和实验步骤]1.使用游标卡尺测量圆柱体的外径、内径、高；2.使用螺旋测微计测量钢球的直径；3.使用读数显微镜测量小钢丝的直径。4.[数据记录及处理]1.记录圆柱体的外径D、内径d、高h填于表1中，并计算圆柱体的体积。表1圆柱体的外径、内径和高仪器：游标卡尺最小分度：_________零点δ：__________测量次数1234?56789平均值外径D/mm

内径d/mm高h/mm

用平均值的标准误差公式计算，计算不确定度，用不确定度表示最终测量结果.2.记录小钢球的直径并计算其体积，见表2。表2小钢球的直径仪器：螺旋测微计最小分度：___________零点δ：_________测量次数123456789平均值直径D/mm

体积V/mm３

计算多次测量直径的标准不确定度；标准不确定度的B类分量；测直径的合成标准不确定度；间接测量量体积的合成标准不确定度。3.记录并计算钢丝直径。记录表格自拟，等精度测量d1，d2，…，dn，计算钢丝直径的平均值及其标准误差。[注意事项]1.游标卡尺不要求估读；2.螺旋测微计：(1)记录零点读数，并对测量数据作零点修正。螺旋测微器的零点可以调整，各种牌号的螺旋测微计调零点的不同，可见仪器说明书。(2)记录零点及将待测物体夹测量时，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，只要听到转动小棘轮时发出喀、喀的声音，就不要再推进螺杆而进行读数了。3.读数显微镜注意两次读数时丝杆必须只向一个方向移动，以避免螺距差。[思考题]1.用游标卡尺、螺旋测微器测长度时，怎样读出毫米以下的数值?2.何谓仪器分度值?米尺、20分度游标卡尺和螺旋测微器的分度值各为多少?如果用它们测量约七厘米的长度，问各能读得几位有效数字?3.使用螺旋测微器时应注意些什么?4.有一角游标，主尺29度(29分格)对应于游标30个分格，问这个角游标的分度值是多少?有效数字最后1位应读到哪一位?5.已知一游标卡尺的游标刻度有50个，用它测得某物体的长度为5.428cm，在主尺上的读数是多少?通过游标的读数是多少?游标上的哪一刻线与主尺上的某一刻线对齐?6.小制作：⑴用硬纸片制作一个准确度为1/10（mm）游标尺；⑵利用硬纸板给半圆仪加一个准确度为6′的角游标。实验2用单摆测重力加速度重力加速度g是一个重要的地球物理常数，准确地测定它的量值，在理论、生产以及科学研究方面都有很大的意义。单摆法测重力加速度历史悠久，至今仍是一种简单而有效的方法，从设计思想和实验技能来看，本实验也能使我们得到不少教益。因为单摆的周期只与摆长和重力加速度有关，所以只要测得单摆的周期和摆长就可以计算得出重力加速度。[实验目的]用单摆测定当地重力加速度；学习使用秒表、游标卡尺。[实验仪器]带孔小钢球一个，约1m长的线绳一条，铁架台、米尺、秒表、游标卡尺。[预习思考题]1．用单摆测量重力加速度是根据什么物理原理？重力加速度的计算式是怎样的？2．该实验需要测量哪些量？各用什么测量工具？读数各有几位数字？计算出来的重力加速度是几位有效数字？3．怎样测量单摆周期？从何处开始计时？到何处停止计时？测30-50个周期有什么好处？？[实验原理]做简谐运动时，其周期为，故有,因此测出单摆的摆长和振动周期T，就可以求出当地的重力加速度的数值。图1单摆[实验内容和实验步骤]1．做单摆：如图1，取约1米2．用米尺量出悬线长l，准确到毫米，用游标卡尺测摆球直径，算出半径r，也准确到毫米，则摆长为l+r（注意悬线长即摆绳长的量法），将数据记录于表1中。3．把单摆从平衡位置拉开一个角度放开它，用秒表测量单摆完成50次全振动所用的时间，求出完成一次全振动所需要的时间，这个平均时间就是单摆的周期；算出。4．反复测量六次，再算出测得周期数值的平均值。4．把测得的周期（用平均值）和摆长的数值代入公式，求出重力加速度g的值来。[数据记录及处理]1．将所测数据列于表1中：表１单摆测重力加速度次数l/mmr/mml+r/mm50个周期时间t50／s／s／s2123456秒表型号：；仪器标准差δ仪=2．对测量６次的t50的平均周期进行误差处理；３．以摆长L=l+r为横坐标，周期的平方为纵坐标，作出—L图线，验证谐振动周期与摆长关系，并求出图线的斜率k和截距Ｓ０；４．由斜率k计算出当地重力加速度g；与公认值比较，算出百分误差；５．以微型计算机，用最小二乘法拟合作图求解．[注意事项]１．选择材料时应选择细轻又不易伸长的线，长度一般在1m左右，小球应选用密度较大的金属球，直径应较小，最好不超过2cm；2．单摆悬线的上端不可随意卷在铁夹的杆上，应夹紧在铁夹中，以免摆动时发生摆线下滑，摆长改变的现象；3．注意摆动时摆角不能超过5°；4．摆球摆动时，要使之保持在同一个竖直平面内，不要形成圆锥摆；l5．测量就从球通过平衡位置时开始计时，因为在此位置摆球速度最大，易于分辨小球过此位置的时刻。[思考题]1、测定重力加速度时：①摆球就选用，摆线宜选用。②测摆线的长度用，要求准确到，测小球直径用，要求准确到，测量摆动30-50次时间用。2、某同学测定的g的数值比当地公认值大，造成的原因可能是。①摆球质量太大了；②摆长太长了；③摆角太大了（摆角仍小于10°）；④量摆长时从悬点量到球的最下端；⑤计算摆长时忘记把小球半径加进去；⑥摆球不是在竖直平面内做简谐振动，而是做圆锥摆运动；⑦计算周期时，将（n-1）次全振动误记为n次全振动；3、为了提高周期的测量精度，下列哪些做法是可取的？A、用秒表直接测量一次全振动的时间；B、用秒表测30至50次人振动的时间，计算出平均周期；C、在平衡位置启动秒表和结束计时；D、在最大位移处启动秒表和结束计时；E、用秒表测100次全振动时间，计算平均周期；F、在平衡位置启动秒表，并开始计算，当摆球第30次经过平衡位置时制动秒表，若读数为t，则T=t/30。秒表的使用和读数秒表如图2所示。秒表的读数等于内侧分针的读数与外侧秒针的读数之和。注意：当内侧分针没有超过半格时，外侧秒针读小于30的数字；超过半格时，外侧秒针读大于30的数字。机械式停表只能精确到0.1s，读数时不需估读。图2秒表实验3在气垫导轨上测加速度在物理实验中，由于摩擦的存在，使某些力学实验结果的误差很大，甚至使有些实验无法进行。气垫导轨是一种阻力极小的力学实验装置。是一个长1.5m的三角形铝合金空腔，其一端封闭，另一端为进气口。利用小型气源将压缩空气压入导轨空腔，再从导轨表面上的小孔喷出气流，在导轨与滑行器之间形成一层很薄的气膜，将滑行器浮起，使滑行器能在导轨上作近似不受阻力的直线运动，极大地减小了在力学实验中由于摩擦力的存在而出现的误差，使实验结果接近理论值，实验现象更加真实、直观和易于接受，从而可以进行一些较为精确的定量研究。工业上应用气垫技术，还可以减少机械或器件的磨损，延长使用寿命，提高速度和机械效益。所以，在机械、纺织、运输等工业生产中已得到广泛的应用，如气垫船、空气轴承等。[实验目的]1、熟悉气垫导轨的调整和数字计时器的使用。2、观察匀速直线运动、匀变速直线运动，验证匀变速直线运动的规律。3、学习在气垫导轨上测滑块的速度和加速度的方法。[实验仪器与用具]气垫导轨、气源、电脑计时器、滑块、垫块、钢卷尺等。（见图1）14321432（1滑块、2气垫导轨、3电脑计时器、4气源）图1气垫导轨[实验原理]物体做直线运动时，如果在某时刻t到t+Δt的时间间隔内，物体运动通过的位移为Δx，则物体在该Δx的时间间隔内的平均速度为该时刻t的瞬时速度v为显然，Δx越小，就越接近于瞬时速度v。在实验中要测量物体在某时刻（或某位置）的瞬时速度是无法实现的。通常是选取较小的Δx，以保证Δt很小，在一定的误差范围内用平均速度代替瞬时速度。如图2所示，在气垫导轨组成的斜面上，A、B均是光电门，分别用v1和v2表示滑块通过光电门时的瞬时速度，用t表示滑块从A滑到B所用的时间。滑块由静止出发沿斜面下滑作匀加速直线运动（摩擦阻力忽略不计），则有图2测速原理由上式可见，只要测出、和t就可算出物体的加速度。此外，设加速度的理论值为，根据牛顿第二定律可得：当θ很小时，有，则有由上式可见，在已知本地区重力加速度g的情况下，只要测出h和L，就可算出物体加速度的理论值。[实验内容和实验步骤]1、接信号线，插导气管；2、将电脑计时器调至“加速度a”功能，并按下转换键，将遮光板宽度设定为“3.03、导轨调平：调节导轨单腿。有二种方法：a:静态调平，调节到滑块在导轨不滑动。b:动态调平，将光电门的距离调节在40-60cm之间，给滑块速度，让滑块滑动，通过二个光电门的时间相同。本实验是用动态调平；光电门的距离调节在40-60cm之间，给滑块速度，速度不能太大或太小，当遮光板宽度设定为“3.04、用钢卷尺测出L,并在导轨单腿下垫两个垫块，垫下垫块时不能移动导轨单腿的位置；5、让滑块在导轨自由滑下，记录通过二个光电门的时间和速度。要求测量6次；6、用游标卡尺测量垫块的高度h，遮光板宽度Δx。6、整理仪器，让老师检查数据。[数据记录及处理]表1测加速度a数据h=mm；L=mm；Δx=mm次数Δt1/msΔt2/mst/msv1/cm.s-1v2/cm∙s-1a/cm∙s-2123456g=9.7882m∙s-2（当地的重力加速度）;m∙s-2;m∙s-2；[思考题]1、滑块在导轨滑下是时候能不能有初速度？2、L是二个光电门的距离吗？[注意事项]先清洁导轨和滑块表面，用棉花蘸酒精把导轨和滑块的表面清洁干净开机：先开气源，后放滑块；关机：先把滑块从导轨上拿下，然后再关气源。不允许在气源未开时将滑块在导轨上来回摩擦；每次测量时，滑块下滑的起点应放到同一位置。[MUJ-5C计时计数测速仪简介]MUJ-5C计时计数测速仪前面板如图3所示。图3MUJ-5C计时计数测速仪前面板MUJ-5C计时计数测速仪可简称为“电脑计时器”。本仪器以单片微机为核心，配有合理的控制程序，操作简单，使用方便。具有计时1、计时2、加速度a、碰撞、重力加速度、周期T、计数、信号源、等8种功能。现将部分功能介绍如下：1、计时1（s1）：测量对任意光电门的挡光时间，可连续测量。自动存入前20个数据，按下“取数”键可查看。计时2（s2）：测量光电门两次挡光的间隔时间，可连续测量。自动存入前20个数据，按下“取数”键可查看。3、加速度（a）：测量带有U型遮光板的滑行器通过两个光电门的时间或速度及通过两个光电门之间这段位移所用的时间或加速度。测量时本机会循环显示下列数据：1——第一个光电门×××××——第一个光电门的测量值（Δt1或v1）2——第二个光电门×××××——第二个光电门的测量值（Δt2或v2）1-2——第一至第二个光电门×××××——第一至第二个光电门的测量值（t或a）注意：如果要进行新的测量，则必须按“功能”键清零。4、周期（T）：测量周期可选用两种方法，即设定周期数和不设定周期数。a）设定周期数：按下“转换”键不放，确认显示出您所需的周期数时放开此键即可。待弹簧振子运动平稳后，按一下“功能”键即可开始测量。每完成一个周期，显示的周期数就会自动减1。当最后一个周期完成后，即显示累计时间值。按“取数”键可显示前20个周期当中每个周期的测量值。不设定周期数：在周期数显示为0时，每完成一个周期，显示的周期数会自动加1。按下“转换”键即停止测量。约1秒后，显示累计时间值。按“取数”键，可提取单个周期的时间值。实验4杨氏弹性模量的测定长度的微小变化，用一般测量长度的工具，不易被测准，有时甚至是很困难的。光杠杆镜尺法是一种测量微小的长度变化的简单方法，它可以实现非直接接触式的放大测量，所以常被采用。杨氏模量是描述固体材料抵抗形变能力的重要物理量，是工程技术上极为重要的常用参数，是工程技术人员选择材料的重要依据之一。[实验目的]学会一种测定杨氏弹性模量的方法；验证胡克定律；掌握光杠杆、镜尺法测长度微小变化的原理，学会望远镜尺组的使用；学会采用逐差法。[实验仪器与用具]杨氏弹性模量仪、光杠杆、望远镜及标尺、砝码及码钩、螺旋测微计、卷尺、游标卡尺。[实验原理]固体在外力作用下都将产生形变，若在外力作用停止时，形变也随之消失，这种形变称为弹性形变，若外力作用停止，它所引起的形变不完全消失，这种形变称为剩余形变，此时我们说外力超过了物体的弹性限度。胡克定律指出：在物体弹性限度以内，应力和应变成正比。即应力＝E×应变比例系数E称为弹性模量，它完全由材料的性质决定。形变的最简单形式是伸长形变。一粗细均匀的金属,丝，长为L，横截面积为S，将其上端固定，下端挂质量为m的砝码，则金属丝内应力，在应力作用下，伸长，相对伸长（应变）。根据胡克定律，在弹性限度以内应力与应变成正比，即所以（1）根据（1）式，只要测出等式右边各量，杨氏弹性模量便可求得。各量中可由米尺量出，可用螺旋测微器测出直径后算出，F可由外加砝码直接读出，唯有伸长量，由于甚微，不能直接测得。为了测量准确起见，需要用特别的方法量度它。在这个实验中采用光杠杆法测量伸长量。图1为杨氏模量测定仪外观，待测钢丝的上端由立柱顶横梁上的螺旋夹住，再经上端夹具夹紧，下端穿过中部平台夹具夹紧，夹具下悬挂砝码，当钢丝伸长或缩短时，夹具也随之上下移动。光杠杆由一平面反射镜M与前后脚构成，它的后足搁在夹具上，两前足（其连线作为转动轴）搁在固定平台的横槽里，当钢丝伸长时，夹具下降，光杠杆镜面将随着向上仰一微小角度，光杠杆镜面转过的微小角度可用望远镜与直尺来测量。如图3所示。如图3所示，设钢丝未伸长时，从望远镜看镜反射的直尺上的刻度为，当钢丝伸长ΔL，光杠镜后足向下移动，光杠杆转到Mˊ位置，即转过角，这时望远镜的叉丝对准的是直尺上刻度，刻度的变化量为由于平面镜转过角，所以入射光线与反射光线的夹角（也即ΔS所对的角）为2。图3中可知其中为光杠杆后足到前足连线的距离，是标尺至光杠杆镜面的距离。由于很小，所以有因此，（2）图2光杠杆结构图3光杠杆放大现在把（2）式改写，即有，由于，所以光杠杆把微小长度放大了倍。把（2）式代入（1）式得[实验内容和实验步骤]仪器调节在模量仪上挂上一个砝码将钢丝拉直，调节底脚螺丝，使模量仪铅直。将光杠杆放在平台上，后足在夹具上，前足在平台的横槽上，尽量使镜面在铅直平面内并无左右偏斜。在离光杆镜1.5－2.0m处放置望远镜及标尺，并使望远镜与光杠杆约在同一高度，望远镜的轴线尽量与镜面垂直。沿着望远镜筒的上边缘看光杠杆镜面，左右上下改变望远镜的目镜和物镜位置，直至目测到光杠杆镜中有标尺的像为止，然后调节望远镜的目镜和物镜，使从望远镜中能清晰看到叉丝和标尺的像。转动望远镜的目镜，使望远镜中的十字叉丝的横线成水平，使标尺的刻度线与叉丝横线平行。测量顺次加砝码（第1个砝码是把钢丝拉直，每次1千克，共8次），记录望远镜中标尺相应的读数（见表1），然后顺次减去1千克砝码，记录读数（见表1）当钢丝在一个砝码时用螺旋测微器测钢丝直径d（在上、中、下段测量）各5次（见表2），取其平均值，算出钢丝的横截面积。用卷尺分别测量和L。取下光杠杆放在纸上轻压，连接两前足足迹，则后足足迹至此连线的垂直距离就是值，用游标卡尺测1次。用逐差法计算E值用逐差法处理数据，算出每4千克所对应的标尺差ΔS，求ΔS的平均值，代入（3）式计算E值，此时F为4×9.7882牛顿。[数据记录及处理]1.用光杠杆测△S表1测△S的数据表i/kg1234/㎝（加）/㎝（减）/㎝（加）/㎝（减）2.用千分尺测金属丝直径表2.用千分尺测金属丝直径d的数据零点读数：d1/d2/d3/d（平均）计算d的平均值及钢丝截面积S：3.用米尺测金属丝的长度4.用米尺测标尺到平面镜的距离5.用游标卡尺测光杠杆后脚到两前脚连线的垂直距离6.计算值[思考题]1．杨氏模量：公式中哪些量容易测量？哪些量不易测量？2．本实验要解决的关键问题是△L的测量精度，为了能准确测量微小的伸长量△L，本实验采用什么特殊方法？

3．如何根据实验室提供的仪器对公式中各量、d、、选择合适的测量工具？[注意事项]仪器的安装和调节要细致，应认真仔细地做好这一步。加砝码时要轻放，轻取，待形变稳定之后才读数。在观测过程中不得触动望远镜及光杠杆。实验5研究滑动变阻器的分压电路和限流电路滑动变阻器在电路中可以作限流器用，也可以作分压器用，应当如何选用这两种不同的形式，主要取决于电路中的需要。例如，有时需要负载电压有较大幅度的变化，有时需要能够做到细微的调节。哪一种电路能满足这些要求，这就需要我们研究两种电路的输出特性。【实验目的】掌握滑线变阻器在电路中的作用及连接方法。研究滑线变阻器的分压特性3．研究滑线变阻器的限流特性。【实验仪器】直流电源一台、直流电流表一块、直流电压表一块、附刻度的滑动变阻器R（1KΩ／1A）一个、电阻箱RL（0－99999.9Ω）一个、开关1个、导线若干。【实验原理】图1图2所示的两种电路中，滑动变阻器（最大阻值为R）对负载RL的电压、电流强度都起控制调节作用，通常把图1电路称为分压接法，图2电路称为限流接法。对分压接法：A、C两端输出可调电压UAC与UAB比值为：对限流接法：电路中可变电流I与最大电流I0的比值为：【实验内容和实验步骤】分压特性的研究图3分压特性的研究按图3接好实验电路。取RL/R为10（RL=10000Ω，R=1KΩ）调整滑线变阻器滑动端变化，测输出电压UAC值，填入记录表1-1内。取RL/R为1（RL=1000Ω，R=1KΩ）调整滑线变阻器滑动端变化，测输出电压UAC值，填入记录表1-1内。取RL/R为0.1（RL=100Ω，R=1KΩ）调整滑线变阻器滑动端变化，测输出电压UAC值，填入记录表1-1内。注意：电路中最大电压E＝10V（C端滑动到B端时的电压UAB）表1-1：记录分压特性实验数据输出电压UAC/V滑动端位置（全长为L）00.2L0.4L0.6L0.8L1L

10

1.0

0.1

表1-2：计算分压特性相关数据（UAB＝10V，R=1KΩ）RAC/R00.20.40.60.81.0UAC/UABRL/R=10RL/R=1.0RL/R=0.1限流特性的研究按图4接好实验电路。取RL/R为5、1、0.5，分别测定电流I值。注意：电路中最大电流I0=10mA（C端滑动到A端时的电流）。输出电流IAC/mA滑动端位置（全长为L）00.2L0.4L0.6L0.8L1L

5

1

0.5

表2-1：限流特性数据【数据记录及处理】分压特性的研究：1、计算UAC/UAB值填入表1-2；2、以UAC/UAB为纵轴、RAC/R为横轴作UAC/UAB～RAC/R图；3、说明RL/R值的变化对图形的影响。图4限流特性的研究UAC/UAB1．00.80.60.40.20．20．40．60．81．01．2RAC/R限流特性的研究计算I/I0值，填入自行设计表格2-2中2、以I/I0为纵轴、RAC/R为横轴作I/I0～RAC/R图;3、说明RL/R值的变化对图形的影响【思考题】1．使用分压器和限流器时输出电压的调节范围有何不同。2．当负载电阻R比较大时，采用什么样的电路，输出电压随滑臂移动距离的线性较好，且变化率较大？3．在负载电阻较小时，为了在输出低电压段获得较精细的调节，可使用何种电路？4．当负载电阻R较大时，为了获得较大范围的输出电压，而又能做到比较精细调节，可采用何种电路？【注意事项】连接电路时注意电源、电表的极性，对于电源，电流从“＋”（正）极流出；对于电表，电流从“＋”（正）极流入。ABC改变滑线变阻器ABC记录数据时要保证有效数字位数。【实验器材简介】图5滑线变阻器1、滑线变阻器（图5）：结构特点：有两个固定端—A、B，一个活动端——C。移动C端，则C端与A、B端间的电阻发生变化。根据电路的要求，选择相应的接线端子连线。2、电阻箱（图6）：阻值范围0～99999.9W为减少系统误差，应根据所要选择的阻值用不同的端子接线。例如，需要9W，则用‘0’及‘9.9’端子接线。99999.999999.99.90.90步进旋钮图6电阻箱3、直流毫伏表图7直流毫伏表选择合适量程，指针不要超过满量程，防止指针正偏过大打弯指针。注意正、负极性，防止指针反偏打弯指针。实验6电桥的使用电桥是一种利用电位比较的方法进行测量的仪器，因为具有很高的灵敏度和准确性，在电测技术和自动控制测量应用极为广泛。电桥可分为直流电桥与交流电桥。直流电桥又分直流单电桥和直流双电桥。直流单电桥（惠斯通电桥）适于测量10～106Ω中阻值电阻。直流双电桥（开尔文电桥）适于测量10-5～10Ω低阻值电阻。[实验目的]1.了解直流单电桥和双电桥的结构及工作原理；2.掌握电桥测电阻的方法。[实验器材]1、QJ-23型携带式单电桥臂一台；2、QJ-44型携带式双电桥一台；图1单臂电桥原理图A图1单臂电桥原理图AR1BCDR2REKGRX4、待测电阻器多个，低阻值铜线2根，导线2根。[实验原理]1.单电桥测电阻原理惠斯通电桥是最常用的直流电桥，单臂电桥原理如图1。由三个精密电阻及一个待测电阻组成四个桥臂。对角A、C两端接电源，B、D之间连接一个检流计作"桥"，直接比较两端的电位。当达到平衡时桥两端电位相等，Ig=0。此时。RxRRxRxC1C2P1P2图2四线接法Rxr1r2r3r4接电源回路接高电阻图3四线接法等效电路图2.双电桥测低电阻的原理图4双臂电桥原理图G1I121I2P2P图4双臂电桥原理图G1I121I2P2P＇2P＇1P1rRC1C22C＇C1＇I3I2I3I3R