大学物理实验全集 上

教案测量不良导体的导热系数

林一仙

一实验目的

1、用稳态平板法测量不良导体的导热系数

2、用物体的散热速率求传热速率

3、掌握热电偶测量温度的方法

二实验仪器

导热系数仪、杜瓦瓶，热电偶、FPZ-1型多量程直流数字电压表、游

标卡尺、停表

三实验原理

（-）稳态平板法

鸳S

Nth

口为热流量，入为该物质的导热系数，也称热导率，卜样品厚度，

A-样品面积。所谓稳态指的是高温物体传热的速率等于低温物体散热

的速率时，系统便处于一个稳定的热平衡状态。

（二）实验装置及方法

样品盘

A-加热铜盘，P-散热铜盘；d-样品盘的直径，h-样品盘的厚度;

9「加热铜盘的温度，92-散热铜盘的温度。

（三）冷却法测量散热铜盘的散热速率

哥”©华；2是曲线在。2点的斜率，如下图

e

.2=4力加pCpde

“一九加

四教学内容与步骤

1、测量样品盘的厚度h和直径d,并记录散热铜盘的质量。

2、系统的调整，三个盘的顺序，固定的顺序，先固定加热盘，再用

三个螺丝固定三个盘。用220V加热15分钟，同时将热电偶相应插入

各个插孔。提问应该怎样判断热端冷端？应该怎样使用数字电压表？

3、提问：接下来应该做的实验内容是什么？稳态的测量，散热曲线

的观测，各个详细的步骤可以看书。特别注意稳态的判断以及散热范

围，风扇的开与关。

五注意事项

1、数字电压表调零要用调零旋钮和调零开关

2、量程选择20mv

3、散热铜盘上的洞要与杜瓦瓶同侧

六考核内容

1、预习报告内容是否完整，原理图、公式、表格等是否无误。

2、检查三个盘是否装好，热电偶是否接对，毫伏计是否调零。

3、检查实验数据是否有误。

物理实验课教案

实验名称：金属线胀系数的测定

指导老师：林一仙

时间：2007/2008学年第一学期

1目的

1）学习用电热法测量金属线胀系数；

2）学习利用光杠杆法测量微小长度变化量；

3）掌握图解法处理数据的方法。

2仪器

控温式固体线胀系数测定仪（型号GXC-S）光杠杆尺读望远镜游标卡尺

3实验原理及方法

3.1原理概述

（a）、热膨胀原理：当温度升高时，金属杆的长度会发生变化，这种变化可用线胀系数

来衡量。当温度变化不大时可用平均线胀系数a来描述。即

1（L2-L,）

L[«2—。）

式中心和心分别为物体在温度外和f2时的长度，一般固体材料的a值很小，所以

AL=Q-A也很小，因此本实验成功的关键之一就是测准AL的问题，我们采用光杠杆

法测量AL。

（b）、热传导和热平衡原理：

温度总是从高温往低温传递，因此只要存在温差就会有热传导在进行，那么就不会处

在平衡的状态。从观察方法来看，当温度不变时就表明系统处于热平衡的状态。只有在平衡

状态下测出的温度和刻度才能相对应。

动态平衡：指温度在某一个小范围内波动（一般不超过0.5度）。

（c）、加热器的结构

温度探头是放在样品（铜管）的空腔中的，因此温度探头不能及时测到样品的温度，

必须等到样品和空腔中的空气达到热平衡状态时温度探头测出的温度才是样品的真实温度。

3.2原理图

图2光杠杆放大原理图

从图2可知:

LJH/^N

=—（N-N）=

1o2D

1ANH_HAN

所以可得:

L2D（，]-/（））2LDkt

3.3方法

控温式固体线胀系数测定仪（型号GXC-S）是采用电热法对金属杆进行加热，加热原

理如图1。由于电热法有热惯性，所以只有等到温度达到最大时才会有一个短暂的平衡，此

时才能读出样品的温度和相应的刻度读数。

由于固体线膨胀幅度很小，所以必须通过放大以后才能测量，这里用到的是光杠杆放

大的方法，原理如图2。

4教学内容

原理和方法

5教学组织及教学要求

1）线胀系数的定义，热传导原理和热平衡原理要讲一下；

2）光杠杆系统的调节和线胀系数仪的操作示范及讲解；卡尺的用法示范。

3）读出与室温相对应的第•组温度和刻度；

4）当温度升到最高时的读数作为测量点，一般波动时间为1-2分钟，之后就会下降。所以

一般温度30秒不变就可以读数了。

6实验教学的重点与难点

（-）＞重点：

热膨胀原理和热传导原理及热平衡原理，微小变化量测量原理；

（二）、难点：

望远镜的调节

1、对称的调节：

调整望远镜使其与光杠杆镜面在同一高度，望远镜上有缺口和准星，从缺口和准星连成

的线上瞄准光杠杆镜面的中心看到镜子里有刻度尺的像，这时就说明刻度尺和望远镜互为对

称关系，如果没有看到刻度尺的像就要往左或往右移动整个支架直到看到刻度尺的像为止。

2、望远镜的调节：

拿掉镜头盖，调节望远镜的目镜，使十字叉丝清晰，再调节望远镜右侧的调焦旋钮使能

看见光杠杆（同时要配合调节望远镜的高度和角度），调节望远镜使十字叉丝的交点在镜子

的中心。望远镜右侧的螺丝松开就可以转动望远镜（改变角度），或者上下移动望远镜（改

变高度），调好以后把螺丝旋紧就可以固定望远镜。

3、清晰度的调节：

逆时针调节望远镜的调焦旋钮使能看清镜子里刻度的像。调节刻度尺使十字叉丝的交点

在零刻度上或附近。

7实验中容易出现的问题

1）找到了镜子却看不到镜子里的像，这有可能是镜面不够竖直或者第一步没调节到位以至

于刻度尺和望远镜没有对称。检查问题所在并解决。

2）开关一直跳（如果跳一两次后不跳就不用管它），那么就把电源开关关掉再重新预置：统

一每次都关掉电源再重新预置另一个预置温度，这种情况是可以避免的。

3）温度显示屏上数值不变但单位在闪动，系统紊乱了，那么就把电源开关关掉再重新预置；

4）系统会自动将预置温度变为110度，这时就要重新预置，但为了避免这种情况发生，耍

常常关注温度的变化。

8实验参考数据

1）样品的长度直接给出：L=49.50cm,H=8.130cm;D=147cm;温度每隔10度伸长量大

约为0.3cm

2）应该将室温和相应的刻度读下来，这样就有七个点，最后一个点根据各人的情况选择测

量。要注意最低的的温度和最高的温度大概要相差50度左右。

3）数据处理方法：

作图法，注意要用坐标纸；要讲一下处理方法。

9实验结果检查方法

I）D要用望远镜测距的方法得到，所以只有三个有效数字；

2）H的读数最后位是偶数；并且大约为8cm不会差太多。

10课堂实验预习检查题目

1实验目的

2实验仪器

3实验涉及的物理量和主要的计算公式

4实验步骤、内容和注意事项

5数据记录表格（三线格）

11思考题

1）两根材料相同、粗细长度不同的金属杆，在同样的温度变化范围内，线胀系数是否相同？

为什么？

2）根据实验的误差计算，分析和判断哪个量对实验的精密度影响最大？为什么？

3）你有什么其他方法来测量长度的微小变化？

教案光的等厚干涉与应用

林一仙

—目的

1、观察光的等厚干涉现象，加深理解干涉原理

2、学习牛顿环干涉现象测定该装置中平凸透镜的曲率半径

3、掌握读数显微镜的使用方法

4、掌握逐差法处理数据的方法

二仪器

读数显微镜，钠光灯，牛顿环装置

三原理

牛顿环装置是一个曲率半径相当大的平凸透镜放在一平板玻璃上，这

样两玻璃间形成空气薄层厚度e与薄层位置到中央接触点的距离r,

凸透镜曲率半径R的关系为：

2R

A

根据干涉相消条件易得第K级暗纹的半径与波长人及牛顿环装置中

平凸透镜的凸面曲率半径R存在下述关系：

2,2

R=1=dK.

KA4K/1

根据d：与K成正比的性质采取逐差法处理实验数据

22

瓦;优产奴咫小-小

四教学内容和步骤

1、牛顿环装置的调整，相应的提出问题，怎样将干涉图样调到装

置的中心？

2、显微镜的调节，焦距怎么调？叉丝怎样调节？干涉图样不清晰

怎么办？反光镜怎么用？刻度尺怎么读？

3、读数方法，要防止螺距差。读完一组之后要把牛顿环转90度再

重新读一组。

4、用逐差法处理数据，忽略仪器误差。

五注意事项

1、仪器轻拿轻放，避免碰撞。

2、镜头不可用手触摸，有灰尘时用擦镜纸轻轻拂去不能用力擦拭。

调焦及调鼓轮时不可超出可调范围。为防止产生螺距误差，测量过程

中鼓轮只能往一个方向转动，不许中途回倒鼓轮。

六主要考核内容

1、预习报告内容是否完整，原理图、公式、表格等是否无误。

2、看是否将干涉图样调出来，数据是否有误等。

教案1迈克尔逊干涉实验

一实验目的

1、了解迈克尔逊干涉仪的结构；

2、掌握迈克尔逊干涉仪的结构；

3、观察光的等倾干涉现象并掌握波长的方法；

4、掌握逐差法处理数据。

二实验仪器

H「Ne激光器、扩束透镜、迈克尔逊干涉仪

迈克尔逊干涉仪的光学系统如图。它由分光板G、补偿板H、定反射镜Mi和动反射

镜M2组成。M1和M2互相垂直，分光板和补偿板是一对材料和外型完全相同的平板光学玻

璃，它们相互平行并分别和Mi、、M?成大致45度夹角，分光板的次数不同引起的光程差。

来自点光源(或扩展光源)的光，入射到分光板上，分为强度相同的光线“1”和光线“2”

的相干光，并分别由Mi和M2反射后投射到光屏上(对于扩展光源用眼睛正对着观察)产

生干涉现象。由于Mi和M2垂直，可以等价地看成M2的虚象和M|形成一个厚度d为的空

气隙，d的大小随M2的位置改变而改变，所以两光线的光程差可由下式确定：

A=IdCosi'(1)

式中i'为光线“1”对M?的入射角。当d一定时，△由i'确定，i'相同的方向上光程差

相等，形成了等倾干涉条纹。且满足：

IdCosi'=kAk=0、1、2、3......(2)

呈亮条纹：

2dCosi'=3+1）5k=0、1、2、3...（3）

呈暗条纹。条纹呈明暗相间的同心环，这和牛顿环干涉条纹相似，但不同的是本同心环外侧

干涉级别低，越靠圆心干涉级别越高。圆心干涉级别最高。现分析•下（2）式。对于第级

亮条纹，有：

2dCosi'k=kA.（4）

当d增大时，为了保证（4）式仍成立i「必须也增大，即k级亮条纹往外扩大，反之，减小

时，ij也必须减小，k级亮条纹往内缩小。特别地考虑i'=0（即圆心）处。满足：

2d-kA（5）

时为亮条纹。那么，d增大时，中心亮条纹的级别K增大，中心往外冒出亮条纹，d减小时,

中心亮条纹级别减小，亮条纹往中心收进。每当d改变一时，中心处就冒出或收进一个干

2

2

涉条纹。当d改变〃一时，中心处就冒出或收进n个干涉条纹。根据这种现象，可以测定光

2

波波长。

假设动镜M2原在位置Di上，现移动M2的位置，同时观察并计算中心亮条纹冒出或收进的

数目，当M2移至位置D2时，相应地冒出或收进的亮条纹数目N。就有：

N-1=|D2-D,|

.2|£）,-D,|

四教学内容

1、检查预习报告，特别对数据记录表格进行检查

2、实验装置的调整，提问4-Ne激光器所发的光线与定镜之间的关系，应该怎样调整？（反

射回来的光线应该出现在H「Nc激光器的头部面板上）

3、示范并提问第二个问题，光斑重合的时候应该出现干涉图样，如果没有图则扩束之后仍

然无法得到干涉图样，那么应该怎样调整？

4、提醒几个要点

a、动镜的位置应调到40~50mm之.间

b、如果不能产生干涉那么要检查当调节定镜背后的三个螺丝时;出现在Hc-Nc激光器

的头部面板上的光线是否相应会动？以及对重合的斑点进行检查（换个点看看）

c、干涉图样的中心应该全部出现，利用哪个部份？

5、用逐差法处理数据

五注意事项

1、使用干涉仪时不要使工作台震动；

2、切勿用手或其他物品触摸其光学表面；

3、切勿正对着光学表面讲话。

教案光的等厚干涉与应用

林一仙

目的

5、观察光的等厚干涉现象，加深理解干涉原理

6、学习牛顿环干涉现象测定该装置中平凸透镜的曲率半径

7、掌握读数显微镜的使用方法

8、掌握逐差法处理数据的方法

二仪器

读数显微镜，钠光灯，牛顿环装置

三原理

牛顿环装置是一个曲率半径相当大的平凸透镜放在一平板玻璃上，这

样两玻璃间形成空气薄层厚度e与薄层位置到中央接触点的距离r,

凸透镜曲率半径R的关系为：

厂2

e=----

2R

图20—1

根据干涉相消条件易得第K级暗纹的半径与波长人及牛顿环装置中

平凸透镜的凸面曲率半径R存在下述关系：

R=心=d史

KA.4K/1

根据d：与K成正比的性质采取逐差法处理实验数据

四教学内容和步骤

5、牛顿环装置的调整，相应的提出问题，怎样将干涉图样调到装

置的中心？

6、显微镜的调节，焦距怎么调？叉丝怎样调节？干涉图样不清晰

怎么办？反光镜怎么用？刻度尺怎么读？

7、读数方法，要防止螺距差。读完一组之后要把牛顿环转90度再

重新读一组。

8、用逐差法处理数据，忽略仪器误差。

五注意事项

3、仪器轻拿轻放，避免碰撞。

4、镜头不可用手触摸，有灰尘时用擦镜纸轻轻拂去不能用力擦拭。

调焦及调鼓轮时不可超出可调范围。为防止产生螺距误差，测量过程

中鼓轮只能往一个方向转动，不许中途回倒鼓轮。

六主要考核内容

3、预习报告内容是否完整，原理图、公式、表格等是否无误。

4、看是否将干涉图样调出来，数据是否有误等。

七参考数据

g(mm2)

KdK(mm)dK(mm)(转90度)dK(mm)

1027.3454.81527.2224.8224.81823.21

22.53022.400

1227.5415.21927.4355.2335.22627.31

22.32222.202

1427.7355.59027.6085.5985.59431.29

22.14522.010

1627.9075.94527.7955.9605.95235.43

21.96221.835

1828.0796.29127.9656.2976.29439.61

21.78821.668

2028.2356.60328.1256.6176.61043.69

21.63221.508

2228.3856.90528.2686.9136.90947.73

21.48021.355

2428.5317.19628.4157.2057.20051.84

21.35521.210

2628.6557.47028.5557.4837.47655.89

21.19521.072

2828.8057.73728.6857.7507.74459.97

21.06820.935

3028.9418.00628.8088.0038.00464.06

20.93520.805

3229.0628.25428.9408.2528.25368.11

20.80820.688

g(mm2)

KdAK(mm)dK(mm)(转90度)dAK(mm)

1029.8059.79029.7409.9059.84896.98

20.01519.835

1230.23810.66330.19010.79510.729115.11

19.57519.395

1430.64811.47330.59511.60511.539133.15

19.17518.990

1631.02512.23030.96512.36312.296151.19

18.79518.602

1831.37512.93031.32513.07513.002169.05

18.44518.250

2031.70513.59031.66213.75413.672186.92

18.11517.908

2232.02514.23031.98514.40014.315204.92

17.79517.585

2432.32514.83732.28515.00014.918222.56

17.48817.285

2632.62815.43335.58515.60015.516240.76

17.19516.985

2832.90815.97832.86216.16716.072258.32

16.93016.695

3033.17816.53033.14816.73216.631276.59

16.64816.425

3233.43017.04233.41517.25017.146293.98

16.38816.165

教案2霍尔元件灵敏度测定及应用

日的

1、进一步了解霍尔效应;

2、掌握霍尔元件灵敏度及其特性的测量方法。

3、测定电磁铁磁场特性

二仪器

VAAH电压测量双路恒流电源，SH500霍尔效应实验装置，MR-1磁阻效应实验装置。

三原理

1、霍尔效应及其霍尔灵敏度

将金属片置于磁场中，让磁场垂直通过薄片平面。沿薄片的纵向通以电流，则在薄片的

两侧面会出现微弱的电压。这就是霍尔效应，横向产生的电压叫霍尔电压，符号VH。

VH=RH电(I)

nnt

a

霍尔系数RH=(en)」=C；n为薄片中载流子的浓度，e为电子带电量，d为薄片的厚

度。

VH=K£B(2)

KH——霍尔灵敏度，它表示该元件产生霍尔效应的强弱，即在单位磁感应强度8和单

位控制电流I时，产生霍尔电压的大小。

2、电磁铁气隙的磁场

本实验利用电磁铁装置产生一个已知的磁场

(3)

以)---真空磁导率；N----励磁线圈的匝数；IM---线圈中的励磁电流;

L,——气隙距离；L,——铁芯磁路平均长度；小——铁芯相对磁导率;

本实验内=1500

3、电磁铁气隙中心的磁场系数

人巨=一%-(4)

IMKHICH1M

R——中心磁场的磁场系数

四教学内容

(-)磁感应强度一定，变化控制电流时霍尔元件灵敏度测定

接好线路，并打开恒流源后面的开关，在一定的ICH，IM值下，调节霍尔元件在气隙里的位

置和角度，使霍尔电压VH显示的数值最大为止。

1、IM=200mA,依次改变：ICH=1.00,2.00,3.00,4.00,5.00,6.00,7.00,8.00,9.00,10.00mA,测量

出相应的霍尔电压VH的值。

2、利用开关心总依次改变IM与ICH电流的方向，记录相应的数值。

3、用逐差法处理数据。

(-)控制电流一定，电磁铁气隙中心磁场系数的测定

1、连接线路，调节霍尔元件在气隙里处于垂直与中心位置。

2、ICH=1.00mA,依次改变IM=100，200,300,400,500,600,700,800mA测量出

对应的霍尔电压VH值，并利用开关的《2依次改变IM与ICH电流的方向，记录相应

的数值。

3、用作图法处理数据。

五注意事项

1、元件的控制电流ICH最大不能超过30mA,否则将损坏元件。

2、霍尔片很脆，不可受撞击，故实验操作时应小心谨慎，调节时动作应缓慢。

实验1物体密度的测量

林一仙

—目的

1、了解卡尺、千分尺的读数原理；

2、掌握卡尺、千分尺和物理天平的使用方法；

3、掌握形状规则物体的密度测量方法。

二仪器

游标卡尺、千分尺、物理天平

三实验原理

（-）游标卡尺

1、结构

游标卡尺是由主尺和游标尺组成，包括内量爪、外量爪、尾尺这三种测量方法。

2、读数原理

a、主尺读数方法：如果游标上“0”刻度线在主尺上K-K+1毫米之间的某一

位置，那么就读为K；

b、游标的读数：如果游标上第P条刻度线与主尺上某刻度线对齐，那么就读

为P・△。

所以物体的长度为L=K+P・A。（△为精确度）

3、注意事项

测量前应检查零点读数，校准。

（-）千分尺

1、结构

千分尺的量程是25mm,精确度为0.001cm。它的主要部分是测微螺旋，由一根精密

的测微螺杆和有毫米刻度的固定套管组成。固定套管外有一微分筒，微分筒上沿圆周刻

有50个等分格，当微分筒旋转一周，测微螺杆正好沿轴线方向移动•个螺距0.5mm,

这是千分尺的机械放大原理。

2、读数方法

固定套管的标尺刻在水平线的上下，上面刻度线是整毫米数，下面刻度线在上面二

刻度线的中间，表示0.5mm。读数时应该先从固定套管上读出整数格（每格0.5mm）,再

以固定套管上的水平线为读数准线，读出微分筒上的分格数（每格0.01mm）,估计到最

小分格的十分之一o即0.001mm这一位。

3、注意事项

（1）测量前应检查零点读数，校准；

（2）使用时应注意棘轮旋柄发出的响声；

（3）千分尺用完，测砧间应留一点间隙。

（三）物理天平

1、结构

主要由制动架、横梁、指针和称盘组成。

2、物理天平的操作方法

（a）、调节水平

(1)调节水平螺丝中的任一个，使水准仪上的气泡处在顶部或底部位置。

(2)同步调节(即同方向旋转)两个水平螺丝，使气泡位于水准仪的中央，这时天平

就处于水平状态。

(b)、调节零点平衡

游码拔到零位置，称盘挂在刀口上，支起横梁，指针若在标尺中间，或在标中

间往左右等幅振动，则天平平衡。

(c)、称衡

左物右码；

称衡完毕要放下横梁。

3、注意事项

a、天平的负载量不得超过其最大称量；

b、常常止动；

c、取祛码勿用手拿。

四实验步骤

1、游标卡尺的使用

测量铜柱体的直径和高，分别重复6次；计算高H,直径D的测量平均值和测量

的不确定度。

2、千分尺的使用

测量小钢球的直径d,重复6次；计算它的平均值和不确定度。

3、物理天平的使用

测量铜柱和钢球的质量各一次；计算铜柱体和钢球的的密度和测量的不确定度。

五数据及处理

表1铜柱体直径与高度的测量数据(cm)

次序123456平均S

D2.4882.4862.4842.4862.4842.4842.4850.0011

H2.9022.9022.9082.9042.9022.9042.9040.00234

经检验以上数据没有坏值

D=口土认口=2485±0.002(cm)

H=H+Ull=2.904±0.002(cm)

表2小钢球直径测量数据(mm)

次序123456平均S

X。0.0020.0020.0040.0030.0010.002——

一—

Xd9.5229.5219.5189.5209.5209.520

d9.5249.5239.5229.5239.5219.5229.5228.37X10-4

以上数据经检验没有坏值

xlO2.4x10~3mm

d=d±IL=9.522±0.003(mm)

铜柱体的的密度计算：

M=117.05g；m=0.03g

V3

V^-D-H

4

M4M117.05x4

p—---=---------=--------------------------

V7rD2H3.14X2.4852X2.904

=1.78x10-3=o178%

3

Mj=£ixp=0.178%x8.310=0.02(g/cm)

3

P=P±U=8.3l±0.02(g/cm)

P(P=68.3%)

瓦=0.18%

小钢球密度的计算:

M=3$3g；〃皿=*=箸=0.03g

V=-£>3

6

M6M6x3.53=7.81(g/c，/)

p=k=而3.14x0.95223

=A/72.3X10-6+0.9x10-6

=9xl0-3=0.9%

Up=E°xp=0.9%X7.81=0.07(g/cm3)

3

p=p±Wp=7.81±0.07(g/cW)

(P=68.3%)

Ep=0.9%

物理实验教案

实验名称：物体密度的测定

指导老师：林一仙

时间：2006/2007学年第二学期

1目的

4、了解卡尺、千分尺的读数原理；

5、掌握卡尺、千分尺和电子天平的使用方法；

6、掌握形状规则物体的密度测量方法。

2仪器

游标卡尺、千分尺、电子天平

3实验原理

3.1游标卡尺

4、结构

游标卡尺是由主尺和游标尺组成，包括内量爪、外量爪、尾尺这三种测量方法。

5、读数原理

a、主尺读数方法：如果游标上“0”刻度线在主尺上K-K+1毫米之间的某一

位置，那么就读为K；

b、游标的读数：如果游标上第P条刻度线与主尺上某刻度线对齐，那么就读

为P4

所以物体的长度为L=K+P・（A为精确度）

6、注意事项

测量前应检查零点读数，校准。

3.2千分尺

7、结构

千分尺的量程是25mm,精确度为0.001cm。它的主要部分是测微螺旋，由一根精密

的测微螺杆和有毫米刻度的固定套管组成。固定套管外有一微分筒，微分筒上沿圆周刻

有50个等分格，当微分筒旋转一周，测微螺杆正好沿轴线方向移动一个螺距0.5mm,

这是千分尺的机械放大原理。

8、读数方法

固定套管的标尺刻在水平线的上下，上面刻度线是整亳米数，下面刻度线在上面二

刻度线的中间，表示0.5mm。读数时应该先从固定套管上读出整数格（每格0.5mm）,再

以固定套管上的水平线为读数准线，读出微分筒上的分格数（每格0.01mm）,估计到最

小分格的十分之一。即0.001mm这一位。

9、注意事项

（1）测量前应检查零点读数，校准；

（2）使用时应注意棘轮旋柄发出的响声；

（3）千分尺用完，测砧间应留一点间隙。

3.3电子天平

1)电子天平的操作方法

(a)、调节水平

调节底脚螺丝使水准仪里的气泡在中央。

(b)、调节零点平衡

按一下面板上标有“zero”字样的按键。

(c)、称衡

如果屏幕显示“0.00g”即可将物体放进去称重，如果不是就按面板上的“unit”

键,直到出现“0.00g”。

2)注意事项

天平的负教量不得超过其最大称量：600g；

4教学内容

实验原理：卡尺的测量原理，千分尺的测量原理，天平的测量原理；

操作示范；

5实验教学组织及教学要求

讲解原理，测量要求，测量的注意事项；

让学生自行操作：

检查数据，并要求整理。

6实验教学的重点与难点

基本测量是其他实验的基础因此都应该掌握；

难点：千分尺的调零和天平调水平与调平衡。

7实验中容易出现的问题

容易把千分尺的零点读错。

8实验参考数据

表1铜柱体宜径与高度的测量数据(cm)

次序123456平均S

D2.4882.4862.4842.4862.4842.4842.4850.0011

H2.9022.9022.9082.9042.9022.9042.9040.00234

M=117.05g

表2小钢球直径测量数据(mm)

次序123456平均S

0.0020.0020.0040.0030.0010.002——

Xo

9.5229.5219.5189.5209.5209.520——

xd

d9.5249.5239.5229.5239.5219.5229.5228.37X10-4

m=3.53g

9实验结果检查方法

卡尺最后一位是偶数，铜柱的直径和高相差约为0.420cm

小钢球就照参考数据。

10课堂实验预习检查题目

实验目的，实验原理，实验内容及步骤，注意事项，记录数据表格。

11思考题

1)测量铜柱和钢球的直径时，为什么要选择不同方位多次测量？

2）说明千分尺测量时，若旋动微分筒来卡紧测件进行测量时，为什么会有较大误差？

3）若天平的两臂长不完全相同，对测量有什么影响，应如何加以修正？

物理实验教案

实验名称：物体速度、加速度的测量

指导老师：林一仙

时间：2006-2007学年第二学期

1目的

1）学会使用气垫导轨和数字毫秒计。

2）掌握测量速度和加速度。

2仪器

气垫导轨、滑块，数字毫秒计，弹簧。

3实验原理

3.1速度和加速度的测量

物体作直线运动时，如果在at时间间隔内，通过的位移为△*,则物体在at的时间间

隔内的平均速度V为：

当At趋近于零时，平均速度的极限值就是该时刻（或是该位置）的瞬时速度。

当滑块在气垫导轨上运动时，通过测量滑块上的档光板经过光电门的档光时间at和测

量档光板的宽度（见图2-1）。即可求出滑块在At时间内的平均速度V。由于档光板宽

度比较窄，可以把平均速度近似地看成滑块通过光电门的瞬时速度。档光板愈窄，相应的△

t就愈小，平均速度就更为准确地反映滑块在经过光电门位置时的瞬时速度。

在水平的气轨上的滑块，如果受到水平方向的恒力作

用，则滑块在气轨上作匀加速度运动，分别测量滑块通过LAXJ

两个光电门时的初速度V1和末速度V2，并测出两个光电卜

门的间距S,则滑块的加速度a为:

在水平的气轨的倾斜度调节螺丝下面，垫进垫块。图2-1

挡光板

如图2-2所示，使导轨倾斜，滑块在斜面上所受的合力为mgSina是一个常量，因此，滑

块作加速度直线运动，即：

式中L为导轨地脚螺丝间的距离，h为垫块的厚度。由（2）（3）两式可得:

2hs

4教学内容

4.1.1接通数字毫秒计

1）将数字毫秒计开关打开，显示屏上显示“P”，表示数字毫秒计处于待测状态。

2）将输入选择键置于白炽灯，光电门上的小灯珠亮。

3）将功能/修改键置于p。

4）将时标/预置键置于0.1ms（即显示屏上的左边第1位）。

5）用铅笔杆对任一光电门作短暂挡光，毫秒计开始计时，显示屏上左边第1位出现“一”

杆，若再档一下光，毫秒计就显示数据，表示毫秒计光电系统正常工作。

6）按复位键进行更换测量方式。然后重新选用功能/修改键设定仪器测量方式。

4.1.2调节气垫导轨水平

1）滑块静止判断法：通气后将滑块置于导轨上的任何位置，若滑块都能静止不动（或

基本上不动），则可认为导轨已调平，否则，继续调单脚螺丝，直到水平为止。

2）滑块运动判断法：将功能/修改键置于22方式，滑块插上空心档光板，让运动的滑

块以一定速度先后通过相距约50cm的两个光电门，若毫秒计上，显示的两个时间（E”E3）两

近似相等，则可认为导轨己调水平，否则要继续调节螺旋，直到水平为止。

3）调水平后，在导轨的一端垫上一块厚1.00cm的垫块，使导轨倾斜。

4）调整光电门的位置。将光电门Si置于标尺100.00cm处，S2置于标尺的50.00cm处，

使SiS2=50.00c，。

5）让滑块从导轨的高端自由滑下，测出滑块经过第一个光电门和第二个光电门的档光

时间△九和42。（用空心档光片，挡光片的宽度为以。）重复测量8次，并确定滑块经过两

光电门位置的速度、加速度及其不确定度。

6）把垫块换到导轨的另一端，按照步骤5再测，两次取平均值。

7）用（4）式计算重力加速度。

5实验教学组织及教学要求

讲解原理，测量要求，测量的注意事项；

让学生自行操作；

检查数据，并要求整理。

6实验教学的重点与难点

重点：掌握测量速度和加速度的方法。

难点：气垫导轨的水平调节。

7实验中容易出现的问题

1）水平调节，有时候是气垫导轨的问题。

2）光电门易不挡光，主要是因灯泡的光没有对准接收光管。

3）滑块漂不起来，可能是气孔赌塞，就要通孔。

特别注意:还没有通气时不要把滑块放在导轨上,同时做完实验要把滑块从

导轨上取下。

8实验参考数据

表1

ti(s)

t2（S）t|（s）（垫块在另一端）t2(s)(另一端)Ax(cm)S(cm)h(cm)L(cm)

0.02

550.03750.03060.04401.0050.001.00135.00

0.02550.03770.03060.0442

0.02560.03780.03060.0445

0.02550.03830.03080.0440

0.02540.03800.03050.0443

0.02550.03800.03070.0446

0.02540.03810.03060.0439

0.02540.03810.03050.0441

表2

ti(s)

t2（S）tl（s）（垫块在另一端）t2(s)(另一端)Ax(cm)S(cm)h(cm)L(cm)

0.02

800.04140.02870.04431.0050.001.00135.00

0.02800.04210.02830.0436

0.02820.04240.02810.0439

0.02800.04180.02880.0436

0.02800.04150.02840.0436

0.02810.04150.02860.0438

9实

验结果检查方法

垫块在两端的数据应该尽量接近。

10课堂实验预习检查题目

实验目的，实验原理，实验内容及步骤，注意事项，记录数据表格。

11思考题

实验2物体速度加速度测量

1实验目的

1）学会使用气垫导轨利数字毫秒计。

2）掌握测量速度和加速度。

3）观测、验证简谐振动的运动规律。

2实验仪器

气垫导轨、滑块，数字毫秒计，弹簧。

3实验原理

3.1速度和加速度的测量

物体作直线运动时，如果在at时间间隔内，通过的位移为△*,则物体在at的时间间

隔内的平均速度V为：

v=—（1）

当at趋近于零时，平均速度的极限值就是该时刻（或是该位置）的瞬时速度。

当滑块在气垫导轨上运动时，通过测量滑块上的档光板经过光电门的档光时间at和测

量档光板的宽度Ax（见图2-1）。即可求出滑块在At时间内的平均速度v。由于档光板宽

度比较窄，可以把平均速度近似地看成滑块通过光电门的瞬时速度。档光板愈窄，相应的△

t就愈小，平均速度就更为准确地反映滑块在经过光电门位置时的瞬时速度。

在水平的气轨上的滑块，如果受到水平方向的恒力作

用，则滑块在气轨上作匀加速度运动，分别测量滑块通过

两个光电门时的初速度V）和末速度丫2，并测出两个光电

门的间距S,则滑块的加速度a为：

在水平的气轨的倾斜度调节螺丝下面，垫进垫块。

挡光板

如图2-2所示，使导轨倾斜，滑块在斜面上所受的合力为mgSina是一个常量，因此，滑

块作加速度直线运动，即：

a=gSina=g](3)

式中L为导轨地脚螺丝间的距离，h为垫块的厚度。由（2）（3）两式可得:

（匕2-片比

(4)

2hs

图2-2气垫导轨示意图

4实验内容及步骤

4.1.1接通数字毫秒计

1）将数字毫秒计开关打开，显示屏上显示“P”，表示数字毫秒计处于待测状态。

2）将输入选择键置于白炽灯，光电门上的小灯珠亮。

3）将功能/修改键置于R。

4）将时标/预置键置于0.1ms（即显示屏上的左边第1位）。

5）用铅笔杆对任一光电门作短暂挡光，毫秒计开始计时;显示屏上左边第1位出现“一”

杆，若再档一下光，毫秒计就显示数据，表示毫秒计光电系统正常工作。

6）按复位键进行更换测量方式。然后重新选用功能/修改键设定仪器测量方式。

4.1.2调节气垫导轨水平

1）滑块静止判断法：通气后将滑块置于导轨上的任何位置，若滑块都能静止不动（或

基本上不动），则可认为导轨已调平，否则，继续调单脚螺丝，直到水平为止。

2）滑块运动判断法：将功能/修改键置于尸2方式，滑块插上空心档光板，让运动的滑

块以一定速度先后通过相距约50cm的两个光电门，若毫秒计上，显示的两个时间（E”E3）两

近似相等，则可认为导轨已调水平，否则要继续调节螺旋，直到水平为止。

3）调水平后，在导轨的一端垫上一块厚1.00cm的垫块，使导轨倾斜。

4）调整光电门的位置。将光电门Si置于标尺100.00cm处，S2置于标尺的50.00cm处，

使SiS2=50.00cm。

5）让滑块从导轨的高端自由滑下，测出滑块经过第一个光电门和第二个光电门的档光

时间△人和加2。（用空心档光片，挡光片的宽度为Av。）重复测量8次，并确定滑块经过两

光电门位置的速度、加速度及其不确定度。

6）把垫块换到导轨的另一端，按照步骤5再测，两次取平均值。

7）用（4）式计算重力加速度。

五数据处理要求

1）时间测量数据记录表格。

--------------------------------------------------------------------------------ti（s）

t2（s）&（s）（垫块在另—•端）t2（s）（另■—端）Ax（cm）S（cm）h（cm）L（cm）

--------------------------------------------------------------------------------0.02

550.03750.03060.04401.0050.001.00135.00

0.02550.03770.03060.0442

0.02560.03780.03060.0445

0.02550.03830.03080.0440

0.02540.03800.03050.0443

0.02550.03800.03070.0446

0.02540.03810.03060.0439

0.02540.03810.03050.0441

2）计算速度、加速度测量平均值及不确定度。

£=0.0411$0.0008h；〃8=*=s；=0.000865

；UA=S7,。Ut

E,=2.1%

Am0.0005

t=0.0280s〃=Sr=0.00066s

24UBKF'

0.00072.?E,=2.6%

u12

Ac1.00

K==0.243〃?/s；=E,、-2.1%(Ax=c)

T0.0411

Ar1.00

V==0.357m/5；Ev=Et=2.6%(Ar=c)

20.0280

t2

0.3572—0.2432*102

=6.84〃?/s2

2x0.5000

£2=2幺=5.2%:£,=2幺=4.2%

匕V2疗V,

"=M+吟=，］:乂］7尸+::乂二片F

=V(0.3572x5.2%)2+(0.2432x4.2%］

=V0.000044+0.0000062=0.007

。M20.007

H---------=---------------------------=10%

"AV20.3572-0.2432

3）计算重力加速度测量平均值及不确定度。

仅2-片,

g—=6.84x1.3500=9.23»i/52

2hsh

u.

"="=乖=10%

秣8=EgXg=10%x9.28=\m!s2

4)实验结果

g=g±〃=9±1(〃?/$2)

<8(p=0.683)

£(,=10%

六注意事项

1气垫导轨使用注意事项

1）导轨表面和滑块都是经仔细加工，两者配套使用，不要随意更换。实验中严禁敲、

碰、划伤破坏表面的光洁度。导轨未通入压缩气体时，不许将滑块放在导轨上面滑动，滑块

要夹装或调整档光板时，要把滑块从导轨上取下，装好后再放上去，以防挫伤表面。

2）实验前，导轨表面和滑块内表面要用棉花沾少许酒精擦洗干净。实验完毕，要先取

下滑块，把所有的附件放入附件盒，然后再关掉气源。

2数字毫秒计的使用注意事项：

毫秒计是精密仪器，使用前应仔细阅读有关附录，如果仪器发生故障，要及时向教师反

映，不得自行随意乱按面板按键。

4）时间测量数据记录表格。

ti(s)

t2(s)t](s)(垫块在另一端)t2(s)(另一端)Ax(cm)S(cm)h(cm)L(cm)