大學物理實驗指導書(電子版)

1、大學物理實驗指導書(電子版) 上海海運學院2010.05目錄緒論 3 實驗數(shù)據(jù)的處理方法 7實驗一.長度的測量 9實驗二.測量鋼絲楊氏模量 11實驗三.扭擺法測定物體轉(zhuǎn)動慣量 13實驗四.空氣比熱容比測定實驗 17實驗五.線膨脹系數(shù)測定 18實驗六.常用電學儀器的使用 - 19實驗七.惠斯登電橋測電阻 22實驗八.電位差計測電動勢 24實驗九.電表改裝 26實驗十.示波器的使用 28實驗十一.等厚干涉的應用 31實驗十二.用光柵測定光波的波長33實驗十三.旋轉(zhuǎn)液體物體特性測量34實驗十四.波爾共振36實驗十五.用梁的彎曲測量材料的楊氏模量38實驗十六.仿真實驗偏振光的研究39實驗十七.光纖傳輸

2、技術42實驗十八.激光全息照相44實驗十九.邁克爾遜干涉儀的應用46實驗二十.光拍法測量光速49實驗二十一.光電效應52實驗二十二.霍爾效應及其應用55實驗二十三.荷質(zhì)比實驗58實驗二十四.金屬電子逸出功實驗62實驗二十五.聲速測量66實驗二十六.夫蘭克赫茲實驗 69實驗二十七.密立根油滴實驗73實驗二十八.多量程直流電表的設計77緒論早在五十年代，我國物學家錢三強就指出：今天的科學技術發(fā)展可以概括為“科學技術化和技術的科學化”，也就是說：科學和技術關系越來越密切，科學與技術相互滲透。因此教育界普遍關心的問題，不僅是工藝和設計程序的傳授而應把重點放在創(chuàng)造精神和研究能力的培養(yǎng)上。為此，必須注意和

3、加強學生實驗技能的培養(yǎng)和訓練。加強實驗技能的培養(yǎng)，不是一門普通物理實驗課所能完成的，各種實驗技術都是一門專門的學問，但是任何復雜的實驗工作總離不開基本物理量的測量。一物理實驗課的任務主要有下述三個方面：1. 對學生進行實驗基本知識、方法、技能技巧方面的培養(yǎng)的訓練。要求學生掌握一些常用物理量的測量方法，基本上具備觀察現(xiàn)象測量數(shù)據(jù)。處理和分析結果到完整地寫出實驗報告的能力。2. 在實驗中通過自己動手、觀察、測量、分析、更深入理解物理理論。3. 培養(yǎng)嚴肅認真、實事求是的科學作風和愛護國家財產(chǎn)、遵守紀律的優(yōu)良品德。二測量與誤差1. 基本概念測量可分為直接測量與間接測量兩種。直接測量就是用量具或電表直接

4、與被測之量比較所得的量。間接測量就是測出與待測量有一定關系的諸量，然后計算出該待測量。一個物理量在客觀上有著確定的數(shù)值成為真值。測量值與真值之間的差別稱為誤差。誤差按其產(chǎn)生原因與性質(zhì)分為兩類： 系統(tǒng)誤差產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的主要原因：儀器、測量方法和計算方法的不完善。 偶然誤差產(chǎn)生偶然誤差的主要原因：人的感覺器官的限制及實驗環(huán)境等干擾。偶然誤差的出現(xiàn)服從統(tǒng)計規(guī)律，因此通過多次測量求平均值的方法可以減小偶然誤差。 粗大誤差明顯超出規(guī)定條件下預期的誤差。實驗中盡量避免。2不確定度測量不確定度是表征被測量量的真值以一定的概率落在某一個量值范圍內(nèi)的不肯定程度的一個估算。一般用表示。不確定度分類： A類不確定度

5、：統(tǒng)計分析方法評定，記作； B類不確定度：非統(tǒng)計分析方法評定，記作； 合成不確定度：將A類不確定度和B類不確定度用一定規(guī)則合成，常用公式。3直接測量結果的不確定度計算對某個物理量測量幾次，每次測量結果分別為，求出算術平均值： 求標準偏差 貝塞爾公式 A類不確定度 （系數(shù)查書本第六頁 表1） 注：測量次數(shù)6到10次時 B類不確定度 （查書本第七頁表2） 合成不確定度 結果表示 不確定度與測量結果平均值之比稱為相對不確定度。4 間接測量的不確定度計算設，則不確定度傳遞公式： 結果表示： 三有效數(shù)字及其運算1. 什么叫有效數(shù)字？在測量和計算時，正確而有效地表示測量和運算結果的數(shù)字，稱為有效數(shù)字。它由

6、若干位可靠數(shù)加一位估計數(shù)構成。2. 處理有效數(shù)字時應注意幾點： 凡數(shù)字后面的“0”是有效數(shù)字； 在數(shù)字前面的“0”不是有效數(shù)字； 有效數(shù)字與小數(shù)點位置無關。3. 運算規(guī)則 加減法只保留一位可疑數(shù)字； 乘除法以最少有效數(shù)字位數(shù)為標準； 不確定度的有效數(shù)字只取一位。計算結果的表示要求：（保留一位有效數(shù)字，和對齊）四實驗報告的要求實驗報告兩個部分來完成，在實驗之前先作預習部分。預習前留一頁空白頁在實驗結束后再完成實驗部分，數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)寫在預習前空白頁，預習部分和實驗部分的報告做在同一份實驗報告紙上。實驗報告包括：1. 實驗名稱。 2. 目的要求.。 3 .簡單原理。4. 步驟。 5.使用器材。 6.記錄

7、和計算。7. 誤差討論和分析其中1，2，3，4為預習內(nèi)容五習題答案1（1）公里公里公里（2）毫米=毫米米2（1）27 （2）7.0 （3）3.28 （4） （5） （6）1.03（1）8.9±0.1 （2）0.0085±0.0001 單位 （3） （4）（5） （6） 4(1) (2) (3) (4) 5(1) (2) (3) 6 7 8.x97531y46.6949636.1255625.50422715.4828245.304216 實驗數(shù)據(jù)的處理方法在物理實驗中，選擇好的數(shù)據(jù)處理方法十分重要。常用的有圖示法，圖解法，逐差法等。一、 圖示法任意兩個物理量之間的關系即可從

8、用一個解析函數(shù)表示，這時圖示法就成為一種主要的表示方法了，圖示法的另一優(yōu)點是物理量之間的關系，可用曲線表示，一目了然。在很多場合下應用圖線來解決實際問題十分方便，因此圖示法是實驗技能中的一項基本功，應該很好地掌握它。具體作法如下：1. 作圖必須用毫米方格紙。2. 確定坐標確定縱坐標和橫坐標分別表示哪個物理量，通常以橫坐標為自變量，縱坐標為因變量并劃兩條粗線表示縱軸和橫軸。寫上坐標名稱、單位，并在兩個坐標軸上每隔一定的距離寫上標度。標度時應做到： 圖上觀測點的坐標讀數(shù)的有效字位數(shù)要能表示出估讀位。 標尺的選擇應使圖線顯示其特點。標度應劃分得當，以不用計算就能直接讀出圖線上每一點的坐標為宜。通常取

9、1：1，1：2，1：5的比例。 使圖線占據(jù)圖紙的大部分，不要偏于一角或一邊，可以采用橫軸和縱軸的標度不同，或者兩軸交點不從零開始標值，以便調(diào)整圖線的大小和位置。3. 畫實驗點及描繪曲線畫點將實驗點用+、，等符號表明在圖紙上，同一曲線上的坐標點要用統(tǒng)一符號。聯(lián)線穿過所有實驗點畫出的代表曲線，畫點聯(lián)線應注意兩點： 用削尖的硬鉛筆 用透明的直尺或曲線板寫圖名在圖紙上端空曠位置寫出實驗名稱、圖紙名稱。二、 圖解法由實驗求得兩物理量的關系曲線后，利用此曲線可以求得第三個物理量，這種方法稱為圖解法。物理實驗中遇到的圖線大多是直線，故可用直線方程式表示：求直線的斜率和截距的方法如下：在直線的兩端任取a和b，

10、用與實驗點不同的符號將它們表示出來，并在旁邊注明坐標讀數(shù)。然后將該二點坐標值代入直線方程式解之，得直線的斜率如果x軸起點為零，則可直接從圖上讀出截距，因x=0時，y=y0否則在求出斜率m后，以直線上任一點的坐標（x，y）帶入 中即可算出截距yo，于是得到和實驗圖線相合適的經(jīng)驗公式了。舉例：如根據(jù)歐姆定律：V=RI，根據(jù)二點公司求直線斜率的方法可得三、逐差法逐差法是物理實驗中常用的數(shù)據(jù)處理方法之一。逐差法就是把實驗測量數(shù)據(jù)逐項相減，或分成高、低兩組對應項相減。例如測得八組數(shù)據(jù)。用逐差法可以得到這樣處理了以充分利用數(shù)據(jù)，保持了多次測量的優(yōu)點。實驗一 長度的測量一. 目的要求1. 學習誤差及有效數(shù)字

11、的基本知識2. 掌握游標原理，學會正確使用游標卡尺3. 學會正確使用螺旋測微儀，了解其結構和原理二. 原理物理實驗中最常用的長度測量儀器是游標卡尺，螺旋測微器（千分尺），通常用量程和分度值表示這些儀器的規(guī)格。量程是測量范圍；分度值是儀器所表示的最小分劃單位。分度值的大小反映儀器的精密程度，洋來說，分度值越小，一起越精密，儀器本身的“允許誤差”響應也越小，學習使用這些儀器，要主義掌握它們的構造特點，規(guī)格性能，讀數(shù)原理，使用方法及維護知識等。1. 游標卡尺結構游標卡尺又主尺和游標組成。包括卡尺的主尺，刀口，鉗口，尾尺各個組成部分。 原理 游標的個分度格長與主尺的個分度格長相等，設主尺的最小分度值（

12、通常為），游標的最小分度值為，則 ，就稱為游標的精度值，常用的有，兩種。 測量 用鉗口或刀口卡住物體，進行讀數(shù)。2.螺旋測微器（千分尺）螺旋測微器結構的主要部分是一個微動螺旋桿，螺距是0.5mm，因此，當螺旋桿旋轉(zhuǎn)一周時，它軸線方向只前進0.5mm，螺旋桿和螺旋柄連著的，在柄上附有沿園周的刻度，共有50等分格，當螺旋桿沿軸線方向前進0.5/50mm，即0.01mm時，螺旋柄上的刻度轉(zhuǎn)過一分格，這就是所謂機械放大原理。讀數(shù)時，從固定標尺上讀出鑒格數(shù)（每格0.5mm），0.5mm以下的讀數(shù)則由螺旋柄園周上的刻度讀出，估讀到0.001MM這一位上。使用時先要記錄初讀數(shù)。三. 實驗內(nèi)容：用游標卡尺測薄

13、片尺寸（圖1-1）并計算薄片的面積；用螺旋測微器測金屬絲的直徑并計算其橫截面積值；用游標卡尺測量金屬棒尺寸并計算其體積。四.注意事項1.使用游標尺時，一手拿物體，另一手執(zhí)尺，要特別注意保護量爪不磨損，使用時輕輕把物體卡住即行讀數(shù)，不允許用來測量粗糙的物體，并切忌把夾緊的物體在卡口內(nèi)挪動。2.使用螺旋測徑器，記錄零點讀數(shù)，并對測量數(shù)據(jù)作另點修正，螺旋測徑器的另點可以調(diào)整，可見儀器說明書。3.記錄另點及將待測物體夾緊測量時，應輕輕轉(zhuǎn)動棘輪旋柄推進螺桿，不要直接擰轉(zhuǎn)螺桿，以免夾得太緊，影響測量結果及損壞儀器，只要聽到在轉(zhuǎn)動小棘輪時發(fā)出喀喀的聲音，就不要再推進螺桿而可以進行讀數(shù)了。圖1-1五.參考數(shù)據(jù)

14、：使用的三種工具游標卡尺，螺旋測微計，米尺的B類不確定度分別為0.02mm,0.002mm,0.1mm1. 單位：mm項目 次數(shù)123456平均a39.9839.9840.0040.0239.9640.0240.00b25.0025.0224.9825.0025.0225.0225.00c8.008.028.028.047.988.008.01h8.008.048.048.028.048.008.02a=40.03±0.03mmb=25.00±0.03mmc=8.01±0.03mmh=8.02±0.03mm周長L=2(3.075+3.206+1.804)

15、=146.04mm L=L±UL=146.0±0.1 (mm) 面積S=ab-ch=3=935（）2初讀數(shù) 0.001mm次數(shù)項目123456平均直徑d7.9457.9467.9507.9517.9487.9487.948長度L128.1128.2128.1128.0128.3128.2128.2d=7.948±0.004mmL=128.2±0.7mm電阻絲截面積： 次數(shù)項目123456平均外徑D121.0021.0220.9620.9821.0021.0221.00內(nèi)徑D28.028.007.967.988.008.028.00高H30.1030.14

16、30.1230.1630.1430.1230.13D1=21.00±0.03mm D2=8.00±0.03mm H=30.13±0.03mm 實驗二 測定鋼絲的楊氏模量一. 目的1學會測量楊氏彈性模量的一種方法；2掌握光杠桿放大法測量微小長度的原理；3學會用逐差法處理數(shù)據(jù)。二原理任何物體在外力作用下都要發(fā)生形變，根據(jù)虎克定律：（2-1）（1） 式中比例系數(shù)就稱為材料的楊氏彈性模量，即（2-2） 外力 ，鋼絲伸長量 ，鋼絲截面積 ，鋼絲原長度本實驗采用光杠桿放大法測量微小長度值，其結果比較準確。 圖2-1為光杠桿放大原理圖。開始時光杠桿反射鏡與標尺在同一平面，在望遠

17、鏡中讀到標尺讀數(shù)，當鋼絲受力伸長時帶動光杠桿反射鏡后足尖下降，鏡面發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)動一個微小角度，這時在望遠鏡讀數(shù)為，為放大后鋼絲伸長量，因為角度微小圖2-1若很小， 得所以 ：式中S鋼絲橫截面積，N小鏡偏轉(zhuǎn)前后的讀數(shù)差，b光桿桿常數(shù)，D為兩次反射鏡面與標尺的距離。三光路調(diào)節(jié)：1、將光杠桿前兩足尖放在平臺槽內(nèi)，后尖放在圓形托盤上，并使平面鏡與平臺面積本垂直。2、調(diào)節(jié)望遠鏡高度，使其與光杠桿基本處于等高位置。3、調(diào)節(jié)二次反射鏡的傾角螺絲，看到照明標尺在光杠桿反射鏡的二次反射像。4、將望遠鏡對準照明標尺在光桿桿里的像，注意“等高同軸”要領。四測量步驟1、按下數(shù)顯屏的“開關”鍵，顯示屏顯示“”。2、將數(shù)據(jù)拉力

18、從某一負載開始，先測加載過程，每間隔2Kg記錄8個數(shù)據(jù)。隔1-2分后，每減少2Kg記錄一次讀數(shù)，記入表格中。、測量完畢后調(diào)節(jié)液壓調(diào)節(jié)螺桿到最外端，使顯示屏顯示“”后關閉電源。、用鋼卷尺測出二次反射鏡面到標尺距離。、用螺旋測微計測出鋼絲直徑。、取下光桿桿，在白紙上印出三個點，測高。、用鋼卷尺測量鋼絲長度。五參考數(shù)據(jù)1、標尺讀數(shù)記錄次數(shù)i拉力示值（Kg）加載Pi (cm)減載Pi”(cm)Pi=(Pi+Pi”)/2 (cm)逐差值（cm）Ni=Pi+4-Pi0853.653.453.512.811056.456.656.512.321259.159.259.212.631463.163.463.2

19、12.641666.366.366.351868.968.768.862071.971.871.872275.875.875.8 2、鋼絲直徑d 千分尺的儀器誤差取0.004mm 初讀數(shù)0.003mm次數(shù)12345平均d(cm)0.07950.07930.07940.07920.07960.0794 3、其他數(shù)據(jù)測量標尺到二次反射鏡距離D=779.8mm，鋼絲長度,光杠桿腿長b=84.59mm 六注意事項：1、對于鋼絲不直或鉆頭夾具夾的不緊將出現(xiàn)假伸長，為此，必須用力將鉆頭卡夾緊鋼絲。同時，在測量前應將金屬絲拉直并施加相當?shù)念A拉力。2、對于鋼絲在加外力后，要經(jīng)過一段時間才能達到穩(wěn)定的伸長量，這

20、種現(xiàn)象稱為滯后效應，這段時間稱為馳豫時間。為此每次加力后應等到顯示器數(shù)據(jù)穩(wěn)定后再進行測量讀數(shù)。3、本實驗所用的數(shù)字測力秤的誤差為。實驗三 扭擺法測定物體轉(zhuǎn)動慣量轉(zhuǎn)動慣量是剛體轉(zhuǎn)動時慣性大小的量度，是表明剛體特性的一個物理量。剛體轉(zhuǎn)動慣量除了與物體的質(zhì)量有關，還與轉(zhuǎn)軸的位置和質(zhì)量分布（即形狀、大小和密度分布）有關。如果剛體形狀簡單，且質(zhì)量分布均勻，可以直接計算出它繞特定轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量。對于形狀復雜，質(zhì)量分布不均勻的剛體，計算將極為復雜，通常采用實驗方法來測定，例如機械部件，電動機轉(zhuǎn)子和槍炮的彈丸等。轉(zhuǎn)動慣量的測量，一般都是使剛體以一定形式運動，通過表征這種運動特征的物理量與轉(zhuǎn)動慣量的關系，進行轉(zhuǎn)

21、換測量。本實驗使物體作扭轉(zhuǎn)擺動，由擺動周期及其其它參數(shù)的測定計算出物體的轉(zhuǎn)動慣量。一.實驗目的1熟悉扭擺的構造，使用方法，掌握數(shù)字式計時儀的正確使用；2掌握用扭擺測定幾種不同形狀物體的轉(zhuǎn)動慣量，并與理論值進行比較；3改變滑塊在細長桿上的位置，驗證轉(zhuǎn)動慣量平行軸移動定理。二實驗原理扭擺的構造見圖（3-1）所示，在其垂直軸1 上裝有一根薄片狀的螺旋彈簧2 ，用以產(chǎn)生恢復力矩。在軸的上方可以裝上各種待測物體。垂直軸與支座間裝有軸承，使摩擦力矩降低。 圖3-1 扭擺構造圖將物體在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)過一角度后，在彈簧的恢復力矩作用下，物體就開始繞垂直軸作往返扭轉(zhuǎn)運動。根據(jù)虎克定律，彈簧受扭轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的恢復力矩M

22、與所轉(zhuǎn)過的角度成正比，即（3-1）式中，K 為彈簧的扭轉(zhuǎn)常數(shù)。根據(jù)轉(zhuǎn)動定律式中，I 為物體繞轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量，為角加速度，由上式得（3-2）令，且忽略軸承的摩擦阻力矩，由式（3-1）與（3-2）得2上述方程表示扭擺運動具有角簡諧振動的特性：角加速度與角位移成正比，且方向相反。此方程的解為Acos（t）式中，A 為諧振動的角振幅，為初相位角，為角速度。此諧振動的周期為T2 （3-3）利用公式（3-3）測得扭擺的擺動周期后，在I和K 中任何一個量已知時即可計算出另一個量。若儀器的彈簧扭轉(zhuǎn)常數(shù)K為已知值，則可算出物體的轉(zhuǎn)動慣量：（3-4）實驗中可用一個幾何形狀有規(guī)則的物體，它的轉(zhuǎn)動慣量可以根據(jù)它的質(zhì)量

23、和幾何尺寸用理論公式直接計算得到，計算出儀器彈簧的K值。若要測定其它形狀物體的轉(zhuǎn)動慣量，只需將待測物體安放在本儀器頂部的各種夾具上，測定其擺動周期，由公式（3-4）即可算出該物體繞轉(zhuǎn)動軸的轉(zhuǎn)動慣量。理論分析證明，若質(zhì)量為的物體繞通過質(zhì)心軸的轉(zhuǎn)動慣量為，當轉(zhuǎn)軸平行移動距離時，則此物體對新軸線的轉(zhuǎn)動慣量變?yōu)?。這稱為轉(zhuǎn)動慣量的平行軸定理。值的計算是本實驗中必須解決的，由于圓柱繞其中軸的轉(zhuǎn)動慣量理論值需要測量的量少，且測量的精度也比較高，因此我們這里以圓柱的轉(zhuǎn)動慣量理論值作為已知求值，圓柱的轉(zhuǎn)動慣量為 (3-5)圓柱與盤的轉(zhuǎn)動量實驗值為 (3-6)盤的轉(zhuǎn)動慣量實驗值為 (3-7)柱的轉(zhuǎn)動慣量實驗值為

24、(3-8)由(5)、(6)、（7）、（8）可得 （3-9）于是（9）就可以作為值的測量式。由于各臺儀器的彈簧形狀各不盡同，因而值也不相同。三實驗步驟1用游標卡尺分別測出圓柱體的外徑，金屬圓筒的內(nèi)徑、外徑、球體直徑，滑塊的內(nèi)徑、外徑和長度，用鋼皮尺測金屬細長桿長度（各測量3次）。記入表3-1中。2調(diào)節(jié)扭擺基座底腳螺絲，使水準儀氣泡居中。3裝上金屬載物盤，并調(diào)整光電探頭的位置使載物盤上檔光桿處于其缺口中央且遮住發(fā)射接收紅外光線的小孔，測定其擺動周期。記入表3-2中。4. 將塑料圓柱體垂直放在載物臺上，測出擺動周期。記入表3-2中。 5. 用金屬圓筒代替塑料圓柱體，測出擺動周期。記入表3-2中。6.

25、 取下載物金屬盤，裝上球體并測出它的擺動周期 。記入表3-2中。7. 取下球體，裝上金屬細桿（金屬細桿中心必須與轉(zhuǎn)軸重合），測出擺動周期。記入表3-2中。 8. 將滑塊對稱的放置在細桿兩邊的凹槽（此時滑塊質(zhì)心離轉(zhuǎn)軸的距離分別為5.00，10.00，15.00，20.00，25.00厘米），測定細桿的擺動周期。記入表3-4中。9. 記下塑料圓柱體、金屬圓筒、實心球、金屬細桿和滑塊的質(zhì)量。四參考數(shù)據(jù)1. 測量各種形狀物體的轉(zhuǎn)動慣量 單位：10-2m 次數(shù) 項目123平均塑料圓柱體外徑D柱10.01810.01610.01410.016金屬圓筒內(nèi)徑D內(nèi)9.3549.3549.3549.354金屬圓筒

26、外徑D外9.9869.9909.9869.987實心球直徑D柱11.25411.25211.25211.253金屬細桿長度L60.9260.9260.9360.92滑塊內(nèi)徑d內(nèi)0.6120.6000.6080.607滑塊外徑d外3.5023.5003.5023.501滑塊長度L13.3003.2983.3003.299 項目 內(nèi)容金屬載物盤載物盤金屬圓筒實心球載物盤塑料圓柱體金屬細桿擺動10周期所需的時間（s）18.5617.2014.1313.8523.3028.5617.2014.1213.8623.2938.5617.2014.1213.8523.29平均8.5617.2014.1213

27、.8523.29周期T（S）0.8561.7201.4121.3852.329質(zhì)量：712.5克,713.0克，1171.1克，132.6克,239.9克物體名稱轉(zhuǎn)動慣量理論值(X10-4kgm2)轉(zhuǎn)動慣量實驗值(X10-4kgm2)百分誤差金屬載物盤5.52塑料柱體8.935=8.9380.04%金屬圓筒=16.71=16.770.3%實心球14.83015.031%金屬細桿40.8240.880.1%二滑塊的質(zhì)心繞轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量理論值I滑塊=2m滑（）+m滑=0.8138 X10-2kgm2其中：d外為滑塊的外徑，d內(nèi)為滑塊的內(nèi)徑，L1為滑塊的長度。2. 驗證轉(zhuǎn)動慣量平行軸定理：滑塊質(zhì)心離

28、轉(zhuǎn)軸距離x（10-2m）5.0010.0015.0020.0025.005次擺動周期5T（S）13.3613.3613.3617.2517.2517.2622.2722.2722.2927.8427.8427.8433.6433.6433.65擺動周期（S）2.6723.4484.4545.5686.728實驗值（10-2 kgm2 ）0.53810.89711.4952.3373.412理論值I=I細桿2 m滑x2I滑塊（10-2 kgm2 ）0.53690.89671.4982.3363.416百分誤差0.2%0.04%0.02%0.04%0.01%思考題解答：1. 怎樣測量不規(guī)則物體的轉(zhuǎn)

29、動慣量？答：先用已知的轉(zhuǎn)動慣量測出裝置的K值，然后設計一個能使該物體能以要測的轉(zhuǎn)動慣量的軸轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)的裝置，按實驗介紹測量其轉(zhuǎn)動慣量，最后將該不規(guī)則物體固定于裝置上，測出兩者復合轉(zhuǎn)動慣量，再求出該物體的轉(zhuǎn)動慣量。2. 若兩個滑塊不對稱放置時，怎樣驗證平行軸定理？答：只將驗證公式中的項換成,其中、分別為滑塊1和滑塊2離轉(zhuǎn)軸的距離。實驗四 空氣比熱容比測定實驗一.實驗目的1用絕熱膨脹法測定空氣的比熱容比；2觀測熱力學過程中狀態(tài)變化及基本物理規(guī)律；3學習氣體壓力傳感器核電流型集成溫度傳感器的原理及使用方法。二、實驗原理氣體的比熱容比，也可稱為氣體的絕熱系數(shù)，它是一個重要的物理量，經(jīng)常出現(xiàn)在熱力學方程中。

30、如圖4-1所示，實驗時先關閉放氣閥，將原處于環(huán)境大氣壓強，室溫的氣體送入儲氣瓶。這時關閉充氣閥，取瓶內(nèi)一部分氣體為研究對象，這部分企圖狀態(tài)為。然后突然打開放氣閥放氣，放氣過程可認為是絕熱膨脹過程，放氣結束關閉閥門，這時瓶內(nèi)氣體狀態(tài)為，為儲氣瓶容積。在關閉放棄閥后，溫度將伸高，當溫度達到，這時記作狀態(tài)。絕熱膨脹過程：I到II狀態(tài)，有 （4-1）圖4-1 P-V圖I到III為等溫線有： （4-2）由（1）（2）式得到： （4-3）三、實驗步驟 1用ForTon式氣壓計測定大氣壓。開啟電源并預熱20分鐘。 2把放氣閥關閉，充氣閥打開，用打氣球把空氣緩緩地打進儲氣瓶，用壓力傳感器和溫度傳感器測量壓強均

31、勻穩(wěn)定時的壓力和溫度記錄進表格。 3突然打開放氣閥，當儲氣瓶的壓力降低至環(huán)境大氣壓強時迅速關閉放氣閥。 4當儲氣瓶溫度上升到記下儲氣瓶壓強。5用公式（3）計算比熱容比數(shù)值。四、參考數(shù)據(jù)： （）（mV）(mV) （mV）(mV)（）（）1.0121114.51517.028.81516.61.06941.02651.34511671525.829.81525.41.07041.02701.353117.31506.234.71505.81.07081.02941.432118.01511.428.91511.01.07111.02661.304 注意事項：1打開放氣閥放氣時，當聽到放氣聲結束應迅

32、速關閉放氣閥，提早或推遲關閉放氣閥都會影響實驗結果。 2實驗要求環(huán)境溫度基本不變，如發(fā)生環(huán)境溫度不斷下降的情況，可在遠離實驗儀器處適當加溫，以保證實驗正常進行。實驗五 線膨脹系數(shù)測定一、實驗目的1測定鐵、銅、鋁棒的線膨脹系數(shù)；2測量其他固體物質(zhì)的線膨脹系數(shù)；3分析影響測量精度的諸因素；4觀察某些合金材料在金相組織發(fā)生變化溫度附近出現(xiàn)線膨脹的突變現(xiàn)象；5掌握使用千分表和溫度控制儀的操作方法。二、實驗原理物質(zhì)在一定溫度內(nèi)，原長為的物體受熱后伸長量與溫度的增加量近似成正比，與原長也成正比，即。一般固體在溫度升高時，它的長度將發(fā)生變化。固態(tài)物質(zhì)當溫度改變時，其長度變化與在時的比值，成為該物質(zhì)的線膨脹系

33、數(shù)。如果一根金屬棒在時長為，那么在溫度為時的長度為：。實際上金屬的線膨脹系數(shù)不是一個常數(shù)，只是在某一溫度區(qū)域內(nèi)近似與常數(shù)。三、實驗步驟1接通電加熱器與溫控儀輸入輸出接口和溫度傳感器的航空插頭。2旋轉(zhuǎn)千分表固定架螺栓，轉(zhuǎn)動固定架致使被測樣品能插入紫銅管內(nèi)，再插入低導熱體，用力壓緊后轉(zhuǎn)動固定架，在安裝千分表架時注意被測物體與千分表測量頭保持在同一直線。3安裝千分表在固定架上，并且扭緊螺栓，不試千分表轉(zhuǎn)動，再向前移動固定架，使千分表讀數(shù)在0.2-0.4mm，固定架給予固定。然后稍用力壓一下千分表滑絡端，使它與絕熱體有良好的接觸，再轉(zhuǎn)動千分表圓盤讀數(shù)為零。4接通溫控儀的電源，設定需加熱的數(shù)值，一般可分

34、別增加溫度為，。按確定鍵開始加熱。5每次設定溫度測完后，按復位鍵，重新設定所需溫度，當顯示值上升到大于設定值，電腦自動控制到設定值，正常情況下在左右波動。當溫度達到設定溫度附近（與設定溫度相差），例如溫度達到時，千分表的指針基本不動，學生可記錄千分表的讀數(shù)，為了計算方便，達到下一個設定值時，也要記錄千分表讀數(shù)6換不同金屬樣品，分別測量并計算各自的線膨脹系數(shù)。四、電加熱箱的結構和使用要求1使用要求（1）被測物體尺寸控制于；（2）整體要求平穩(wěn)，因伸長量極小，故儀器不應有振動；（3）千分表安裝適當固定且與被測物體有良好的接觸（讀數(shù)在處較為適宜，然后在轉(zhuǎn)動表殼校零）；（4）被測物體與千分表探頭需保持在

35、同一直線。2結構如圖5-1五、恒溫控制儀使用說明1面板操作簡圖如圖5-22使用要求（1）面包電源接通數(shù)字顯示為FdHc表示該公司產(chǎn)品符號，A*.*表示當時傳感器溫度，b=.=表示等待設定溫度。（2）按升溫鍵，數(shù)字由零逐漸增大至所需的設定值，最高可選80度。（3）如果數(shù)字顯示高于設定的溫度，可按降溫鍵直至到所需的溫度設定值。（4）當數(shù)字設定值達到實驗者所需的值時，可按確定鍵，開始對樣品加熱，同時指示燈亮，發(fā)光頻閃與加熱頻率成正比。（5）確定鍵也可用作選擇鍵，可觀察當時的溫度值和先前的設定值。（6）實驗者如果需要改變設定值可按復位鍵，重新設置。實驗六 常用電學儀器的使用一實驗目的1了解電路的組成和

36、各部分的作用；2掌握常用電學儀表的性能、用法、正確連接電路的方法；3用歐姆定律測量未知電阻；4。學習作圖法分析和處理問題。二常用電學儀器介紹 一般用電線路中，通?？偸怯呻娫?、用電設備（負載）、控制設備、測量儀表等部分組成的。這些部分用導線連接通路，稱為電路。一、 電源電源是把其他形式能量轉(zhuǎn)換成電能、提供電路能量的裝置。電源分為直流電源和交流電源兩種。交流電源：用符號“AC”或“”表示交流電。常用的交流電有380V和220V兩種，頻率為50Hz。直流電源：用符號“DC”或“”表示直流電。常用的直流電有干電池，蓄電池和晶體管穩(wěn)壓電源等。直流電源使用時，正負極不能接錯，要嚴防短路，以免電流過大損壞電

37、源。二、 電阻電阻可用來改變電路中電流、電壓的大小。電阻分為固定式和可變式兩種。下面介紹常用的兩種可變電阻。1滑線變阻器滑線變阻器有兩種接法（1）變流器接法：如圖6-1所示。（2）分壓器接法：如圖6-2所示。圖6-1 變流電路 圖6-2 分壓電路2旋轉(zhuǎn)式電阻箱實驗室常用的ZX21型直流電阻箱的面板如圖6-3（a），其內(nèi)部是若干個采用錳銅合金線繞成的具有高穩(wěn)定的固定電阻元件，按一定的方式接在特殊的變換開關裝置上組成，如圖6-3（b）。圖6-3 ZX21型直流電阻箱面板上有六個開關旋鈕和四個接線柱。每個旋鈕的圓盤上都標有0、1、2、9等數(shù)字，靠旋鈕邊緣的面板上刻有箭頭，并有×0.1、&#

38、215;1、×10、等字樣，這些數(shù)字為倍率。表1電阻箱各旋盤倍率的準確度旋盤倍率0.1110100100010000準確度5%0.5%0.2%0.1%0.1%0.1%三、 磁電式儀表磁電式儀表測量的是偏轉(zhuǎn)角度，把電流的標準量變換為角度的標準量，然后與被測流的標準角度相比較，實現(xiàn)比較測量。 1直流檢流計或?qū)⒈粶y的量進行某種變換后才能實現(xiàn)的直接比較測量的方法稱為間接比較測量法。檢測電路中有無電流通過即電流方向的一起稱為檢流計。磁電式檢流計有指針式和復射式兩種。磁電式檢流計的主要技術特性是：（1）電流常數(shù)：即檢流計指針在標度尺上偏轉(zhuǎn)1小格所代表的電流值。（2）內(nèi)阻：檢流計內(nèi)部的電阻。（3）

39、使檢流計指針以最短的時間穩(wěn)定在平衡位置而不振動的外電路的電阻稱為外臨界電阻，這段時間稱為阻尼時間。2直流電流表直流電流表示在檢流計兩端并聯(lián)低電阻，電表的零分度線在標度盤的最左端。3.直流電壓表 通常在電流表上串聯(lián)分壓電阻就構成了電壓表。 直流電流表、電壓表的主要參數(shù)： （）量程：即滿刻度電流或電壓值。（）內(nèi)阻：通常電流表內(nèi)阻非常小，以減小電流表的電壓降，電壓表的內(nèi)阻非常大，以避免對電路產(chǎn)生分流作用。（）精度等級：電流表，電壓表的精度等級分為0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0共7個等級，準確度為級的電表簡稱為級電表，其測量最大誤差允許為：（為所用電表的量程）表常用電學儀表的符

40、號介紹注意事項：（1）使用前如果磁電式儀表的指針不在零分度線上，可用小螺絲刀或接線叉輕輕旋轉(zhuǎn)零調(diào)節(jié)器，使指針指零，成為機械調(diào)零。 （2）讀數(shù)時的視線應正對指針并于標度盤垂直。對附有反射鏡的標度盤，只能在指針與指針在反射鏡中的像重合時才能讀取數(shù)據(jù)。儀器布置和電路連接：1.儀器布置操作之前，首先把電路圖中每個符號代表的意思、各儀器的作用搞清楚。對初學者，可按電路圖布置儀器。接線能力提高后，應按照“接線方便，易于操作，易于觀察，保證安全”的原則布置儀器2.電路連接 從電源正極開始，按電路分回路逐個接線。 3檢查 接好電路后，先復查電路連接是否正確。確認無誤后，請教師檢查，經(jīng)同意后接通電源進行實驗。4

41、通電 在通電合閘的同時，應仔細觀察整個電路上的所有儀器。 5拆線，歸整 測的實驗數(shù)據(jù)后，先斷開電源。用理論知識判斷數(shù)據(jù)是否正確，確認后才能拆線。 用安培表和伏特表測定電阻 根據(jù)歐姆定律，如果測得了通過電阻的電流強度和兩端的電壓，即可利用求出阻值。 常用測量電路有兩種，如圖6-4和圖6-5所示。對于一定的阻值選用適當?shù)碾娐窚y量。圖6-4 內(nèi)接法 圖6-5 外接法 三.實驗步驟1開關放在斷開位置，按圖6-4將器材布置在適當位置，然后連接導線，經(jīng)教師檢查無誤后通電。 2調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電源使輸出電壓E為1011伏，調(diào)節(jié)滑線變阻器，使電流表和電壓表有適當?shù)淖x數(shù)，逐次記錄下相應的電流值和電壓值。為了作圖方便，電

42、壓應取等間隔的整數(shù)值。 3改換另一種線路，重復步驟1、2。 4將換成，重復步驟1、2、3。 5記下和上的標稱值。 四.注意事項： 1接電線時不得帶電操作，即必須讓電源處于斷電狀態(tài)下接線。 2測量大電阻時，電流表用小量程。測量小電阻時，電流表用大量程。實驗七 惠斯登電橋測電阻 一.目的要求1、學會用惠斯登電橋的方法測定未知電阻的方法2、掌握箱式惠斯登電橋和檢流計的使用方法二.原理電橋是一種以測量電阻或與電阻有一定函數(shù)關系的參量（加溫度）的比較式儀器，它是通過被測電阻與標準電阻進行比較而獲得最后測量結果的?；菟沟请姌蛴伤膫€電阻臂串聯(lián)成一個封閉器邊形，相交于a,b,c,d四個頂點，在a,c兩頂點接電

43、源u稱電源對角線，則在b,d兩頂點接電源u稱電源對角線，就可構成一個電的通路，電源和檢流計好象答接在兩對頂點間的“橋”一樣，故稱之為電橋。工作原理：惠斯登電橋含有三個已知電阻和待測電阻，當變動電阻，總可以使檢流計G中的電流，此時說明故 或可簡記為電橋線路相對臂的電阻乘積相等?；菟沟请姌蛴糜跍y量中值電阻（110），惠氏電橋主要特點是使用方便，測量時，除電源和檢流計及保護電阻外，不需要其它附件，測量范圍廣，精度較高。在滑線式電橋中，我們用電阻來代替。三.實驗步驟：（1） 按圖接線，保護電阻用10的線繞式電位器。R用標準電阻箱，先測量。（2）使R=0，滑線上滑動接能器放在導線中央處，先按下電源的開關

44、k，再按上滑動接能點C，觀察檢流計偏轉(zhuǎn)方向。（3）調(diào)節(jié)電阻箱R為一任意數(shù)值，若為200，按步驟（2）觀察檢流計偏轉(zhuǎn)方向，若二次檢流計指針偏轉(zhuǎn)方向相反，則電阻的值應較0歐姆為大，較200歐姆為小。（4）用同樣的方法繼續(xù)調(diào)節(jié)R，使檢流計指針不偏轉(zhuǎn)為止，然后把保護電阻調(diào)至0，再調(diào)節(jié)滑動接能點，使檢流計指針不再有偏轉(zhuǎn)為止，記錄R，之值，即可算出。（5）對調(diào)R和的位置，重新測量一次。（6）用同樣的方法測量另一電阻和的串聯(lián)、并聯(lián)值。（7）用箱式惠斯登電橋重測一遍。附：箱式惠斯登電橋使用方法。（圖略）比例臂即B為電源開關，C為檢流計開關。四只轉(zhuǎn)盤電阻即為電阻箱R，先使檢流計指針與“0”重合，被測電阻接到兩接

45、線柱上，適當調(diào)節(jié)此比例臂與R的阻值，使按鈕“B”和“G”按下時，檢流計沒有電流流過，則可由，得出之值四. 參考數(shù)據(jù) 滑線式惠斯登電橋測量未知電阻(對調(diào)前)(對調(diào)后)507.4507.85/0.4507.6507.6±0.51973.91971.55/1.61972.71973±22481.62477.15/1.62479.32479±2403.7403.25/0.2403.4403.4±0.4待測電阻的不確定度為：的計算方法參照實驗六常用電學儀器中有關旋轉(zhuǎn)式電阻箱的講述。 箱式惠斯登電橋測量 未知電阻比例臂1200020000.1528.9528.91250625060.1420.6420.6實驗八 電位差計測電動勢一.目的要求：1 研究電位差計的原理、滑淺式電位差計的構造成。2 用電位差計測定電池的電動勢。3 應用電位差計校準伏將計的讀