華理大物實(shí)驗(yàn)報(bào)告

.51/511實(shí)驗(yàn)名稱電橋法測(cè)中、低值電阻一.目的和要求1.掌握用平衡電橋法測(cè)量電阻的原理和方法;2.學(xué)會(huì)自搭電橋,且用交換法測(cè)量電阻來(lái)減小和修正系統(tǒng)誤差;3.學(xué)會(huì)使用QJ-23型惠斯登電橋測(cè)量中值電阻的方法;4.學(xué)會(huì)使用QJ-42型凱爾文雙臂電橋測(cè)量低值電阻的方法;二.實(shí)驗(yàn)原理直流平衡電橋的基本電路如下圖所示。圖中稱為比率臂,為可調(diào)的標(biāo)準(zhǔn)電阻,稱為比較臂,為待測(cè)電阻。在電路的對(duì)角線〔稱為橋路接點(diǎn)BC之間接入直流檢流計(jì),作為平衡指示器,用以比較這兩點(diǎn)的電位。調(diào)節(jié)的大小,當(dāng)檢流計(jì)指零時(shí),B,C兩點(diǎn)電位相等；,即；。因?yàn)闄z流計(jì)中無(wú)電流,所以,,得到電橋平衡條件。三.實(shí)驗(yàn)儀器直流電源,檢流計(jì),可變電阻箱,待測(cè)電阻,元器件插座板,QJ24a型惠斯登直流電橋,QJ42型凱爾文雙臂電橋,四端接線箱,螺旋測(cè)微計(jì)四.實(shí)驗(yàn)方法1.按實(shí)驗(yàn)原理圖接好電路；2.根據(jù)先粗調(diào)后細(xì)調(diào)的原則,用反向逐次逼近法調(diào)節(jié),使電橋逐步趨向平衡。在調(diào)節(jié)過(guò)程中,先接上高值電阻Rm,防止過(guò)大電流損壞檢流計(jì)。當(dāng)電橋接近平衡時(shí),合上KG以提高橋路的靈敏度,進(jìn)一步細(xì)調(diào)；3.用箱式惠斯登電橋測(cè)量電阻時(shí),所選取的比例臂應(yīng)使有效數(shù)字最多。五.數(shù)據(jù)記錄與分析1.交換法研究自搭電橋的系統(tǒng)誤差-RA/RB=100/100RB/RA=100/100ΔRS儀<Ω>σRS<Ω>ΔR’S儀<Ω>σRS’<Ω>RS<Ω>R’S<Ω>RX2294.7300.90.30.20.30.2RX31976.02015.02121,其中是電阻箱示值,是所用轉(zhuǎn)盤個(gè)數(shù),,,所以,2.不同比例臂對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響RA/RBRS<Ω>RX1<Ω>結(jié)論100/10051.051.0比例臂越小,有效數(shù)字位數(shù)越多,測(cè)量結(jié)果越精確。100/1000500.650.06100/100005125.651.2563.用箱式惠斯登電橋測(cè)量電阻RX比率CRS<Ω>RX<Ω>結(jié)果RX10.01509850.98比例臂C的選取應(yīng)使有效數(shù)字位數(shù)最多,從而提高測(cè)量精度RX20.12990299.0RX31199019904.用開(kāi)爾文電橋測(cè)量低值電阻銅棒平均直徑d＝3.975mm〔多次測(cè)量取平均〔末讀數(shù)－初讀數(shù)銅棒長(zhǎng)度/mm240.00280.00320.00360.00400.00440.00電阻值/10-3Ω1.461.691.952.192.422.68電阻,由下圖中的擬合直線得出斜率,則電阻率六.分析討論題當(dāng)惠斯登電橋平衡后,若互換電源與檢流計(jì)位置,電橋是否仍保持平衡？試說(shuō)明之。答：電橋仍保持平衡。在互換電源與檢流計(jì)位置前,電橋平衡條件為,互換位置后的電橋線路如下。在新橋路內(nèi),若,檢流計(jì)無(wú)電流通過(guò),A,D兩點(diǎn)電位相等。則有,因而有的關(guān)系。這樣。即就是互換位置前的平衡條件。所以電橋仍保持平衡。2實(shí)驗(yàn)名稱靜電場(chǎng)測(cè)繪一.目的與要求1.學(xué)習(xí)用模擬法測(cè)繪靜電場(chǎng)的分布。2.加強(qiáng)對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)度和電勢(shì)的概念。二.實(shí)驗(yàn)原理由于靜電實(shí)驗(yàn)條件苛刻且不穩(wěn)定,而穩(wěn)恒電流的電場(chǎng)和相應(yīng)的靜電場(chǎng)的空間是一致的,在一定的條件下,可以用穩(wěn)恒電流的電場(chǎng)來(lái)模擬測(cè)繪靜電場(chǎng)。靜電場(chǎng)與穩(wěn)恒電流場(chǎng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系為靜電場(chǎng)穩(wěn)恒電流場(chǎng)導(dǎo)體上的電荷±Q電場(chǎng)強(qiáng)度介電常數(shù)電位移=無(wú)荷區(qū)電勢(shì)分布極間電流I電場(chǎng)強(qiáng)度電導(dǎo)率電流密度=無(wú)源區(qū)電勢(shì)分布根據(jù)上表中的對(duì)應(yīng)關(guān)系可知,要想在實(shí)驗(yàn)上用穩(wěn)恒電流場(chǎng)來(lái)模擬靜電場(chǎng),需要滿足下面三個(gè)條件：⑴電極系統(tǒng)與導(dǎo)體幾何形狀相同或相似。⑵導(dǎo)電質(zhì)與電介質(zhì)分布規(guī)律相同或相似。⑶電極的電導(dǎo)率遠(yuǎn)大于導(dǎo)電質(zhì)的電導(dǎo)率,以保證電極表面為等勢(shì)面。以無(wú)限長(zhǎng)同軸柱狀導(dǎo)體間的電場(chǎng)為例,來(lái)討論二者的等效性。設(shè)真空靜電場(chǎng)中圓柱導(dǎo)體A的半徑為,電勢(shì)為；柱面導(dǎo)體B的內(nèi)徑為,且B接地。導(dǎo)體單位長(zhǎng)度帶電±〔即線密度。根據(jù)高斯定理,在導(dǎo)體A、B之間與中心軸距離為r的任意一點(diǎn)的電場(chǎng)大小為<1>電勢(shì)為〔2導(dǎo)體A的電勢(shì)可表示為〔3于是在距中心處〔4此時(shí)的場(chǎng)強(qiáng)為〔5將A、B間充以電阻率為ρ、厚度為的均勻?qū)щ娰|(zhì),不改變其幾何條件及A、B的電位,則在A、B之間將形成穩(wěn)恒電流場(chǎng)。設(shè)場(chǎng)中距中心線r點(diǎn)處的電勢(shì)為,在處寬度為的導(dǎo)電質(zhì)環(huán)的電阻為〔6從到的導(dǎo)電質(zhì)的電阻為〔7電極A、B間導(dǎo)電質(zhì)的總電阻為〔8由于A、B間為穩(wěn)恒電流場(chǎng),則〔9即〔10比較〔10和〔4式可知,電流場(chǎng)中的電勢(shì)分布與靜電場(chǎng)中完全相同,可以用穩(wěn)恒電流場(chǎng)模擬描繪靜電場(chǎng)。根據(jù)〔4可以導(dǎo)出或〔11三.實(shí)驗(yàn)儀器靜電場(chǎng)描繪儀,坐標(biāo)紙。四.實(shí)驗(yàn)操作步驟1.測(cè)量長(zhǎng)的同軸圓柱體間的電場(chǎng)分布。〔1按照實(shí)驗(yàn)面板提示,選擇檢流計(jì)法,調(diào)整好儀器,選?！?移動(dòng)探針,分別取測(cè)量電位為,,三個(gè)等勢(shì)面,每組均勻分布8點(diǎn)等勢(shì)點(diǎn),測(cè)出各等勢(shì)點(diǎn)的坐標(biāo),并列表記錄,將數(shù)據(jù)輸入電腦處理,得到測(cè)量半徑〔對(duì)應(yīng)有三個(gè)測(cè)量半徑?！?將三個(gè)等勢(shì)面的,并與〔11式的理論值理比較,并求百分誤差。2.測(cè)量平行輸電線間的電場(chǎng)分布〔1按照實(shí)驗(yàn)面板提示,選擇電壓法,調(diào)整好儀器,仍選；〔2移動(dòng)探針,分別取測(cè)量電位為,,,,三個(gè)等勢(shì)面,每組均勻分布8點(diǎn)等勢(shì)點(diǎn),曲率較大出取點(diǎn)應(yīng)稍密。五.數(shù)據(jù)記錄1.同軸電纜電流場(chǎng)模擬同軸圓柱帶電靜電場(chǎng)等勢(shì)圓測(cè)繪〔1電極半徑：正極,負(fù)極〔2等勢(shì)點(diǎn)坐標(biāo)坐標(biāo)序號(hào)1V等勢(shì)點(diǎn)坐標(biāo)3V等勢(shì)點(diǎn)坐標(biāo)5V等勢(shì)點(diǎn)坐標(biāo)X1<cm>Y1<cm>X2<cm>Y2<cm>X3<cm>Y3<cm>12.136.704.556.755.856.7523.652.665.704.156.455.3537.200.907.503.457.754.90413.186.059.604.008.865.20513.207.8911.007.309.606.15610.3511.509.859.258.218.3077.5012.108.159.957.828.5585.1011.656.549.836.908.45各等勢(shì)圓的圓心坐標(biāo)和半徑計(jì)算結(jié)果電勢(shì)值<V>135X0<cm>7.687.777.73Y0<cm>6.556.726.69Rp<cm>5.613.281.86〔3等勢(shì)圓理論半徑的計(jì)算及比較根據(jù)〔11式及,當(dāng)時(shí),,；當(dāng)時(shí),,；當(dāng)時(shí),,；2.平行輸電線電流場(chǎng)模擬等值異號(hào)點(diǎn)電荷靜電場(chǎng)等勢(shì)線簇測(cè)繪六.分析討論題1.根據(jù)測(cè)繪的等勢(shì)線和電場(chǎng)線的分布,試分析哪些地方場(chǎng)強(qiáng)較強(qiáng),那些地方場(chǎng)強(qiáng)較弱？答：根據(jù)〔11式,電場(chǎng)強(qiáng)度的大小與半徑成反比,越靠近內(nèi)電極A,電場(chǎng)越強(qiáng),電場(chǎng)線越密。2.對(duì)電極和導(dǎo)電紙的電導(dǎo)率各有什么要求,為什么？?jī)烧呦嗷ソ佑|的要求對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有什么影響,為什么？答：導(dǎo)電紙的電導(dǎo)率應(yīng)較小,而電極的電導(dǎo)率遠(yuǎn)大于導(dǎo)電紙的電導(dǎo)率,以保證電極表面為等勢(shì)面,3實(shí)驗(yàn)名稱剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測(cè)量〔扭擺一.實(shí)驗(yàn)要求與目的1.用扭擺測(cè)定多種形狀物理的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和彈簧的扭轉(zhuǎn)系數(shù)；2.觀察剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與質(zhì)量分布的關(guān)系；3.驗(yàn)證平行軸定理；二.實(shí)驗(yàn)原理將物體在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)θ角。在彈簧恢復(fù)力矩作用下,物體就開(kāi)始繞垂直軸作往返扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)虎克定律,彈簧受扭轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的恢復(fù)力矩Ｍ與所轉(zhuǎn)過(guò)的角度θ成正比,即〔1式中：ｋ為彈簧的扭轉(zhuǎn)常數(shù)。根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)定律Ｍ＝Ｉβ〔式中,Ｉ為物體繞轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,β為角加速度得〔2令,忽略軸承摩擦阻力矩,由式〔１、式〔２得上述方程表示扭擺運(yùn)動(dòng)為簡(jiǎn)諧振動(dòng),角加速度與角位移成正比,且方向相反。此方程的解;式中：Ａ為簡(jiǎn)諧振動(dòng)的角振幅；為初相位角；ω為圓頻率。此簡(jiǎn)諧振動(dòng)的周期〔3由式〔３可知,只要實(shí)驗(yàn)測(cè)得物體扭擺的擺動(dòng)周期,并在Ｉ和ｋ中任何一個(gè)量已知時(shí)即可計(jì)算出另一個(gè)量。本實(shí)驗(yàn)測(cè)量形狀規(guī)則物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,它的質(zhì)量和幾何尺寸通過(guò)量具直接測(cè)量得到,再算出本儀器彈簧的ｋ值。若要測(cè)定其他形狀物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,只需將待測(cè)物體安放在本儀器頂部的各種夾具上,測(cè)定其擺動(dòng)的周期,由式〔３即可算出該物體繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。理論分析證明,若質(zhì)量為ｍ的物體繞通過(guò)質(zhì)心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為I0時(shí),當(dāng)轉(zhuǎn)軸平行移動(dòng)距離ｘ時(shí),則此物體對(duì)新軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量變?yōu)镮0＋mx2。這就是轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的平行軸定理。三.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容〔1熟悉儀器的構(gòu)造和使用方法?！?測(cè)定扭擺彈簧的扭轉(zhuǎn)常數(shù)?！?測(cè)定塑料圓柱體、金屬圓筒、木球與金屬細(xì)桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,并與理論計(jì)算值相比較,求百分誤差?！?改變滑塊在細(xì)桿的位置,驗(yàn)證轉(zhuǎn)動(dòng)慣量平行軸定理。2.實(shí)驗(yàn)步驟〔1分別測(cè)出圓柱體直徑,圓筒內(nèi)外徑以及細(xì)桿長(zhǎng)度,并分別測(cè)出它們的質(zhì)量。①圓柱體直徑、圓筒內(nèi)外徑、球體直徑及細(xì)桿長(zhǎng)度測(cè)量3次,取平均值；其中,圓柱體直徑、圓筒外徑和細(xì)桿長(zhǎng)度用大游標(biāo)卡尺測(cè)量,圓筒內(nèi)徑用小游標(biāo)卡尺測(cè)量。②圓柱體、圓筒、球體及細(xì)桿的質(zhì)量用電子天平測(cè)量1次.〔2物盤、圓柱體、圓筒、球體和細(xì)桿的擺動(dòng)周期。①調(diào)整扭擺基座底腳螺釘,使水平儀中氣泡居中。②裝上金屬載物盤,并調(diào)整光電探頭的位置使載物盤上擋光桿處于其缺口中央且能遮住發(fā)射紅外線的小孔。使用轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)試儀測(cè)定擺動(dòng)周期T0；使用累積放大法測(cè)量10個(gè)周期,測(cè)量3次,取平均值。③將塑料圓柱體、金屬圓筒垂直放在載物盤上,測(cè)定其擺動(dòng)周期T1、T2,使用累積放大法測(cè)量10個(gè)周期,測(cè)量3次,取平均值。④取下載物金屬盤,裝上木球,測(cè)定擺動(dòng)周期T3〔計(jì)算木球的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量時(shí),應(yīng)扣除支架的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,使用累積放大法測(cè)量10個(gè)周期,測(cè)量3次,取平均值。⑤取下木球,裝上金屬細(xì)桿〔金屬細(xì)桿中心必須與轉(zhuǎn)軸重合。測(cè)定擺動(dòng)周期T4〔計(jì)算金屬細(xì)桿轉(zhuǎn)動(dòng)慣量時(shí),應(yīng)扣除支架的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,使用累積放大法測(cè)量10個(gè)周期,測(cè)量3次,取平均值?！?計(jì)算出各物體繞中心對(duì)稱軸轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的理論值。圓柱體；圓筒；球體；細(xì)長(zhǎng)桿〔4由載物盤擺動(dòng)周期T0,塑料圓柱體的擺動(dòng)周期T1及圓柱體理論轉(zhuǎn)動(dòng)慣量值,算出彈簧的扭轉(zhuǎn)系數(shù)k及載物盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量?！?計(jì)算各物體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的實(shí)驗(yàn)值?！?驗(yàn)證轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的平行軸定理。測(cè)出兩滑塊質(zhì)量ms及其內(nèi)外徑Ds內(nèi)、Ds外和長(zhǎng)度Ls,將滑塊對(duì)稱放置在細(xì)桿兩邊的凹槽內(nèi),此時(shí)滑塊質(zhì)心離轉(zhuǎn)軸距離分別為５.００ｃｍ,１０.００ｃｍ,１５.００ｃｍ,２０.００ｃｍ,２５.００ｃｍ,測(cè)定擺動(dòng)周期Ｔ。分別計(jì)算出對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量實(shí)驗(yàn)值〔計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量時(shí),應(yīng)扣除支架的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：將測(cè)量值與平行軸定理理論值比較,求出實(shí)驗(yàn)值與理論值的百分差,其中兩滑塊繞質(zhì)心轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：〔7測(cè)出的各項(xiàng)有關(guān)數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī),檢查實(shí)驗(yàn)結(jié)果。四.數(shù)據(jù)記錄物體名稱質(zhì)量幾何尺寸周期轉(zhuǎn)動(dòng)慣量理論值實(shí)驗(yàn)值百分誤差金屬載物盤8.21＝0.54558.228.210.821塑料圓柱714.99.99413.32＝0.8926＝0.892609.99813.349.99213.339.9941.333金屬圓通720.39.99816.59=1.6878＝1.68210.39.99816.609.99816.599.9989.3541.6599.3569.3549.354木球985.510.79211.91＝1.1478＝1.14800.0210.79411.9110.79011.9010.7921.191金屬細(xì)桿132.061.00〔已知22.48＝4.0931＝4.09010.0822.4822.492.2481.各物體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量理論值的計(jì)算圓柱體：＝=圓筒：＝＝球體：＝=細(xì)長(zhǎng)桿：＝=2.扭轉(zhuǎn)系數(shù)k的計(jì)算由＝0.821s,＝1.333s,＝＝＝3.各物體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的實(shí)驗(yàn)值計(jì)算1載物盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量＝＝2金屬圓筒的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量＝＝相對(duì)誤差3木球的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量＝＝相對(duì)誤差4細(xì)長(zhǎng)桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量＝＝相對(duì)誤差4.驗(yàn)證轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的平行軸定理：滑塊質(zhì)量：240.1g；滑塊幾何尺寸：長(zhǎng)度＝3.318cm；外徑＝3.504cm；內(nèi)徑＝0.596cm；兩滑塊繞過(guò)質(zhì)心轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量理論值：=周期實(shí)驗(yàn)值：理論值：百分誤差5.0025.7425.7425.752.5741.27221.28250.810.0033.2833.2833.263.3274.86844.88400.315.0042.9742.9442.964.29610.846510.88650.420.0053.6453.6453.635.36419.196219.29000.525.0064.8764.8964.856.48729.967130.09450.4如圖中線性擬合的結(jié)果,直線的斜率為478.103310-3,也就是說(shuō),實(shí)驗(yàn)測(cè)量,百分誤差為0.4%,同時(shí),擬合所得的截距為,理論計(jì)算值為,相對(duì)誤差為0.3%。六.提問(wèn)與討論1.彈簧扭轉(zhuǎn)系數(shù)如何求得？金屬載物臺(tái)繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為,對(duì)應(yīng)的周期為,載物臺(tái)上放上規(guī)則幾何物體后的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為,此時(shí)周期為,根據(jù)周期公式有2.什么是測(cè)量周期的累積放大法？實(shí)驗(yàn)中每次測(cè)量10個(gè)周期,測(cè)量三次,再求平均,這樣是為了消除測(cè)量單個(gè)周期引起的誤差。3.如何驗(yàn)證平行軸定理？將滑塊對(duì)稱放置在細(xì)桿兩邊的凹槽內(nèi),此時(shí)滑塊質(zhì)心離轉(zhuǎn)軸距離為x,若質(zhì)量為ｍ的物體繞通過(guò)質(zhì)心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為I0時(shí),則此物體對(duì)新軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量變?yōu)镮0＋mx2。這是轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的平行軸定理。在實(shí)驗(yàn)中,分別將x取不同的值,同時(shí)根據(jù)測(cè)得的周期算出對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,驗(yàn)證這些實(shí)驗(yàn)點(diǎn)是否呈線性關(guān)系,這就是平行軸定理的驗(yàn)證。4實(shí)驗(yàn)名稱用波爾共振儀研究受迫振動(dòng)一.目的與要求1.研究波爾共振儀中彈性擺輪受迫振動(dòng)的幅頻特性和相頻特性；2.觀察在一定阻尼矩下的共振現(xiàn)象,測(cè)量阻尼系數(shù)；3.學(xué)習(xí)用頻閃法測(cè)定運(yùn)動(dòng)物體的某些量。二.原理簡(jiǎn)述波爾共振儀是采用扭轉(zhuǎn)擺輪在彈性力矩作用下自由擺動(dòng),在電磁阻尼力矩作用下作受迫振動(dòng)來(lái)研究其特性的。當(dāng)擺輪在有空氣阻尼和電磁阻尼的媒質(zhì)中運(yùn)動(dòng)并受到策動(dòng)力矩的作用,其運(yùn)動(dòng)方程為令,,〔為系統(tǒng)的固有頻率,為阻尼系數(shù)則有當(dāng)振動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)其振幅它和策動(dòng)力矩的相位差其共振圓頻率和振幅分別為,三.實(shí)驗(yàn)儀器ZKY-BG波爾共振儀〔同濟(jì)大學(xué)四.實(shí)驗(yàn)方法1.測(cè)量系統(tǒng)固有頻率在擺輪自由振動(dòng)時(shí),振幅將不斷衰減,需測(cè)量在不同振幅時(shí)相應(yīng)的系統(tǒng)固有頻率。測(cè)量在不同振幅時(shí)的振動(dòng)周期,根據(jù),計(jì)算系統(tǒng)固有圓頻率。初始振幅應(yīng)不小于160度。2.測(cè)量阻尼系數(shù)選擇"阻尼振蕩",確定一定的電磁阻尼力矩〔選中"阻尼1"狀態(tài),測(cè)量10個(gè)周期下各次的振幅。根據(jù)阻尼振動(dòng)為,=,利用對(duì)數(shù)逐差法,隔5項(xiàng)逐差,,求出值。3.測(cè)定受迫振動(dòng)的幅頻特性和相頻特性確定阻尼狀態(tài)〔"阻尼1"不變,選中"強(qiáng)迫振蕩",調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速旋鈕在4-5左右,打開(kāi)"電機(jī)",待受迫振動(dòng)穩(wěn)定后,改變周期為"10",進(jìn)行測(cè)量。并用頻閃法測(cè)量受迫振動(dòng)與周期性策動(dòng)力矩的改變電機(jī)轉(zhuǎn)速〔策動(dòng)力矩的周期,待穩(wěn)定后重復(fù)測(cè)量一次,共測(cè)量9個(gè)點(diǎn),每次均要用頻閃法測(cè)量相位差。五.數(shù)據(jù)處理1.擺輪振幅與系統(tǒng)固有頻率關(guān)系振幅θ〔度周期T0〔秒固有頻率ω0〔秒-1振幅θ〔度周期T0〔秒固有頻率ω0〔秒-1振幅θ〔度周期T0〔秒固有頻率ω0〔秒-11561.63573.84131061.63653.8394801.63703.83821391.63603.84601041.63633.8399791.63683.83871311.63583.84101031.63653.8394781.63703.83821261.63623.8401911.63683.8387571.63733.83751241.63603.8406891.63663.8392561.63713.83801231.63623.8401881.63683.8387531.63733.83751081.63653.8394861.63663.8392521.63713.83801071.63633.8399851.63683.83872.阻尼系數(shù)振幅〔度振幅〔度振幅〔度振幅〔度11541020.41201149980.41902142940.41252137900.42023130860.41323126830.41744120790.41804116760.42295110720.42385107700.424310T=16.363s,T=1.6363s==0.4159,==0.4208=,==0.05083=0.051433.幅頻特性和相頻特性關(guān)系曲線強(qiáng)迫力矩周期T〔秒頻率ω〔秒振幅θ〔度扭簧對(duì)應(yīng)的固有周期T0〔秒扭簧對(duì)應(yīng)的固有頻率ω0〔秒相位差測(cè)量值〔度相位差理論值〔度頻率比率ω/ωr1.68233.7349691.63703.828225260.97311.66203.78051011.63653.839441410.98471.64513.81931241.63603.840654540.99041.64513.81931401.63603.840667670.99451.63963.83211491.63573.841380800.99761.63413.84501511.63573.841394941.00101.62923.85661441.63603.84061071071.00421.62373.86971301.63623.84011201201.00771.61713.88551121.63653.83941321321.01201.60833.9067901.63683.83871431431.01771.58883.9547591.63733.83751561571.0305θ～ω/ωr幅頻特性曲線如用直角坐標(biāo)紙圖示法作圖,則橫坐標(biāo)取1cm=0.0100,縱坐標(biāo)取1cm=10°,坐標(biāo)原點(diǎn)〔0.960,40為宜。φ～ω/ωr相頻特性曲線如用直角坐標(biāo)紙圖示法作圖,則橫坐標(biāo)取1cm=0.0100,縱坐標(biāo)取1cm=20°,坐標(biāo)原點(diǎn)〔0.960,-180為宜。六.分析討論本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)由控制儀采集,一般情況下數(shù)據(jù)記錄不會(huì)有誤,但應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1.在作自由振蕩和阻尼振蕩時(shí),連桿的位置應(yīng)使有機(jī)玻璃刻度盤刻線對(duì)準(zhǔn)零刻度,否則位相差測(cè)量有較大誤差。2.在作自由振蕩和阻尼振蕩時(shí),初位移應(yīng)≥160o,使不同振幅所對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)固有頻率的測(cè)量值覆蓋受迫振動(dòng)的測(cè)量范圍。3.周期測(cè)量產(chǎn)生的誤差,可能來(lái)自于阻尼電流的不穩(wěn)定而引起電磁阻尼力矩的變化和光電門的松動(dòng)。4.受迫振動(dòng)要等到整個(gè)振動(dòng)達(dá)到平衡時(shí),即振幅不再變化、電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的周期和擺輪的轉(zhuǎn)動(dòng)周期不變且相等時(shí)才能打開(kāi)測(cè)量開(kāi)關(guān)。5實(shí)驗(yàn)名稱分光計(jì)一.目的與要求：1.了解分光計(jì)的結(jié)構(gòu)及基本原理,學(xué)習(xí)分光計(jì)的調(diào)整技術(shù)；2.學(xué)習(xí)用自準(zhǔn)法和反射法測(cè)量三棱鏡的頂角；3.通過(guò)測(cè)量三棱鏡的最小偏向角求玻璃棱鏡的折射率。二.原理簡(jiǎn)述：1.自準(zhǔn)法測(cè)三棱鏡頂角。光路如圖所示,光線垂直射入,記下方位角,然后使光線垂直入射于,記下沿原路反射回來(lái)的方位角,則。2.最小偏向角法測(cè)玻璃三棱鏡的折射率。在棱鏡中,經(jīng)兩次折射后的出射光線與入射光線的夾角稱為偏向角。棱鏡的頂角,棱鏡材料的折射率及最小偏向角的關(guān)系為。三.實(shí)驗(yàn)儀器：型分光計(jì),三棱鏡,平面反射鏡,汞燈。四.實(shí)驗(yàn)方法：1.分光計(jì)的調(diào)整。〔1目測(cè)粗調(diào),使望遠(yuǎn)鏡、平行光管、載物臺(tái)大致成水平狀態(tài)；〔2自準(zhǔn)法細(xì)調(diào),實(shí)現(xiàn)綠色小十字和準(zhǔn)線中的豎線相重合；〔3調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡光軸垂直旋轉(zhuǎn)中心軸：轉(zhuǎn)動(dòng)游標(biāo)盤實(shí)現(xiàn)豎直線的重合,"減半逼近調(diào)節(jié)法"實(shí)現(xiàn)水平線的重合；〔4調(diào)整平行光管,使狹縫像在水平、豎直狀態(tài)都能被十字線的水平線上下平分。2.自準(zhǔn)法測(cè)三棱鏡頂角。將毛面對(duì)著平行光觀,轉(zhuǎn)動(dòng)游標(biāo)盤,使面對(duì)準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡,調(diào)節(jié)游標(biāo)盤微調(diào)螺絲,使綠色小十字與劃絲上部十字完全重合,記下雙游標(biāo)讀數(shù),；轉(zhuǎn)動(dòng)游標(biāo)盤,使面對(duì)準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡,同樣記下,,可得出頂角,,。3.最小偏向角的測(cè)量。打開(kāi)汞燈,在視野中找到黃、綠、紫三條譜線,朝一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)游標(biāo)盤,找到最小偏向角,固定游標(biāo)盤,調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡微調(diào)螺絲,分別使三條譜線與豎直劃絲重合,記下此時(shí)讀數(shù),〔,和,,重復(fù)測(cè)量5次。取下三棱鏡,再次轉(zhuǎn)動(dòng)游標(biāo)盤,使望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)平行光管,調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡微調(diào)螺絲使豎直劃絲與白光狹縫重合,記下游標(biāo)讀數(shù),五.數(shù)據(jù)記錄：1.自準(zhǔn)法測(cè)三棱鏡頂角：〔分光計(jì)游標(biāo)：1234562.測(cè)量玻璃三棱鏡的折射率：123456,六.數(shù)據(jù)處理：1.三棱鏡頂角由,,。次數(shù)123456,頂角的測(cè)量結(jié)果為百分誤差為2.最小偏向角：次數(shù)123456黃光綠光紫光,,,此棱鏡對(duì)三種不同波長(zhǎng)光的最小偏向角分別為：3.玻璃三棱鏡折射率的測(cè)量：根據(jù)公式,可以計(jì)算得；；折射率的標(biāo)準(zhǔn)誤差根據(jù)公式計(jì)算的各折射率的標(biāo)準(zhǔn)誤差為：；；七、分析討論題1.分光計(jì)為什么要調(diào)整到望遠(yuǎn)鏡與儀器中心軸線正交？不正交對(duì)測(cè)量結(jié)果有何影響?答：只有望遠(yuǎn)鏡與儀器中心軸線正交才能在轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡〔或載物臺(tái)測(cè)量不同位置〔或測(cè)量面的光線時(shí)保證所測(cè)光線都在視場(chǎng)中,且與分劃板準(zhǔn)線的相對(duì)位置不變,使測(cè)量正常準(zhǔn)確進(jìn)行。不正交將使測(cè)量結(jié)果誤差增大,降低測(cè)量準(zhǔn)確度。2.反射法測(cè)三棱鏡頂角時(shí),棱鏡應(yīng)放在什么位置,才能保證望遠(yuǎn)鏡中能我到兩個(gè)面的反射狹縫像？答：應(yīng)使三棱鏡頂角A正對(duì)平行光管。6實(shí)驗(yàn)名稱衍射光柵〔汞光譜波長(zhǎng)測(cè)量一.目的與要求：1.觀察光柵的衍射光譜,理解光柵衍射基本規(guī)律；2.進(jìn)一步熟悉分光計(jì)的調(diào)節(jié)與使用；3.測(cè)定光柵常量和汞原子光譜部分特征波長(zhǎng)。二.原理簡(jiǎn)述：1.衍射光柵,光柵常量。光柵由大量相互平行、等寬、等距的狹縫〔或刻痕構(gòu)成。原制光柵是用金剛石刻刀在精制的平行平面的光學(xué)玻璃上刻劃而成的。刻痕處,光射到它上面向四處散射而透不過(guò)去,兩刻痕之間相當(dāng)于透光狹縫。光柵上若刻痕寬度為,刻痕間距為,則稱為光柵常量,它是光柵基本參數(shù)之一。2.光柵方程,光柵光譜。當(dāng)一束平行單色光垂直入射到光柵平面上時(shí),光波將發(fā)生衍射。光衍射角滿足光柵方程,。光會(huì)疊加,衍射后的光波經(jīng)過(guò)透鏡會(huì)聚后,在焦平面上將形成分隔得較遠(yuǎn)的一條列對(duì)稱分布明條紋。如果入射光波含幾種不同波長(zhǎng)的復(fù)色光,會(huì)形成衍射光譜。普通低壓汞燈每一級(jí)有4條特征譜線：紫光,綠光,黃光和。3.光柵常量與汞燈特征譜線波長(zhǎng)的測(cè)量光垂直入射到光柵上,若已知,測(cè)出相應(yīng)的,就可以算出光柵常量；反之,若已知,測(cè)出,可以計(jì)算。三.實(shí)驗(yàn)儀器分光計(jì)、光柵、雙面反射鏡、汞燈四.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.分光計(jì)調(diào)整與觀察汞燈衍射光譜?！?認(rèn)真調(diào)整好分光計(jì)；〔2將光柵放于載物臺(tái)上。通過(guò)調(diào)平螺絲使光柵平面與平行光管光軸垂直。轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡觀察汞燈衍射光譜。中央零級(jí)為白色,望遠(yuǎn)鏡分別轉(zhuǎn)到左右時(shí)均可以看到第一級(jí)的4條彩色譜線；〔3調(diào)節(jié)平行光管狹縫寬度,以能夠分辨出兩條緊靠的黃色譜線為準(zhǔn)；2.光柵常量與光譜線波長(zhǎng)的測(cè)量。以綠光譜線的波長(zhǎng)作為已知,測(cè)出第一級(jí)綠光明條紋的衍射角。為了消除偏心差,同時(shí)讀下,雙游標(biāo)的讀數(shù)。五.數(shù)據(jù)記錄次數(shù)綠光123456次數(shù)紫光123次數(shù)黃光〔內(nèi)123次數(shù)黃光〔外123六.數(shù)據(jù)處理根據(jù)公式得到綠光每次測(cè)量的衍射角,,,,,那么,,即。光柵常數(shù)不同波長(zhǎng)光在此光柵下的衍射角,測(cè)量波長(zhǎng)值及相對(duì)誤差分別為紫光：,,；黃光〔內(nèi)：,,；黃光〔外：,,。七.分析討論題1.試結(jié)合測(cè)量的百分誤差分析其產(chǎn)生的原因？答：在正常的誤差范圍內(nèi),一般產(chǎn)生誤差的原因：分光計(jì)沒(méi)有嚴(yán)格的調(diào)整好。平行光不是真正的平行光,兩軸線沒(méi)嚴(yán)格正交。視察沒(méi)有完全消除。測(cè)量時(shí)十字準(zhǔn)線沒(méi)有對(duì)準(zhǔn)光譜線的中間。移動(dòng)望遠(yuǎn)鏡時(shí)手不是拿著架子轉(zhuǎn)動(dòng),而是拿著目鏡轉(zhuǎn)動(dòng)。兩人讀數(shù)的誤差等等。2.如果光柵平面和分光計(jì)轉(zhuǎn)軸平行,但光柵上刻線和轉(zhuǎn)軸不平行,那么整個(gè)光譜會(huì)有何變化？對(duì)測(cè)量結(jié)果有無(wú)影響？答：會(huì)出現(xiàn)光譜線不水平。對(duì)測(cè)量結(jié)果略有影響,但在誤差要求范圍之內(nèi),影響可不予考慮。7實(shí)驗(yàn)名稱拉伸法測(cè)量金屬材料楊氏模量一.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.學(xué)習(xí)用拉伸法測(cè)量金屬絲楊氏模量,掌握光杠桿測(cè)定微小伸長(zhǎng)量的原理；2.初步學(xué)會(huì)調(diào)節(jié)使用望遠(yuǎn)鏡；3.學(xué)習(xí)處理數(shù)據(jù)的一種方法—逐差法。二.實(shí)驗(yàn)原理1.楊氏模量根據(jù)虎克定律,在彈性限度內(nèi),物體的應(yīng)力與應(yīng)變成正比：其中比例系數(shù)就是該材料的楊氏彈性模量,簡(jiǎn)稱楊氏模量。在實(shí)驗(yàn)中測(cè)量鋼絲的楊氏模量,其截面為圓形,其直徑為時(shí),相應(yīng)的截面積,是較大長(zhǎng)度的微小伸長(zhǎng)量,無(wú)法用一般的長(zhǎng)度測(cè)量?jī)x器測(cè)量,因此實(shí)驗(yàn)中用光杠桿法進(jìn)行測(cè)量,測(cè)量公式于是可得實(shí)驗(yàn)中的楊氏模量測(cè)量公式：光杠桿鏡架結(jié)構(gòu)光杠桿鏡架結(jié)構(gòu)可見(jiàn)隨所加外力在彈性限度內(nèi)是線形變化的。2.光杠桿實(shí)驗(yàn)中是一微小變化量,變化在數(shù)量級(jí)。因此實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是尋找測(cè)量微小變化量的方法和裝置,這里我們采用了光學(xué)放大方法——光杠桿來(lái)實(shí)現(xiàn)。設(shè)在鋼絲下端未加砝碼時(shí),從望遠(yuǎn)鏡中讀得標(biāo)尺讀數(shù)記為,當(dāng)增加砝碼時(shí),鋼絲伸長(zhǎng)量為,足隨圓柱體夾頭一起下降,于是光杠桿鏡架繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)。根據(jù)反射定律,平面鏡法線轉(zhuǎn)動(dòng)角,反射線將轉(zhuǎn)過(guò),此時(shí)從望遠(yuǎn)鏡中讀得的標(biāo)尺讀數(shù)為。因?yàn)闉橐晃⑿×?所以也很小,近似有和。于是由三角函數(shù)關(guān)系可得：由于遠(yuǎn)大于,則必然遠(yuǎn)大于。這樣,就將一個(gè)原來(lái)數(shù)值小的鋼絲長(zhǎng)度變化量轉(zhuǎn)化成一個(gè)數(shù)據(jù)較大的標(biāo)尺的讀數(shù)變化量。從這里可以明顯的看出光杠桿裝置的放大作用。光杠桿的放大倍數(shù)即為3、誤差傳遞公式及儀器的選擇通過(guò)計(jì)算公式我們可以得出楊氏模量的相對(duì)誤差傳遞的推導(dǎo)公式由推導(dǎo)公式中可見(jiàn),的不確定度占了很大比例,因此測(cè)量時(shí)應(yīng)選擇精確度較高的儀器來(lái)測(cè)量,實(shí)驗(yàn)中選擇螺旋測(cè)微計(jì)來(lái)測(cè)量。而測(cè)量時(shí),由于是長(zhǎng)度很大的量上的微小變化,不能用游標(biāo)卡尺或螺旋測(cè)微計(jì)測(cè)量,所以實(shí)驗(yàn)中采用了光杠桿法來(lái)測(cè)量。三、儀器記錄螺旋測(cè)微計(jì),游標(biāo)卡尺,米尺,尺讀望遠(yuǎn)鏡,楊氏模量測(cè)定儀。四.操作步驟1.首先檢查、布置儀器〔1調(diào)節(jié)楊氏模量測(cè)定儀腳架的底腳螺絲,使水準(zhǔn)氣泡居中,此時(shí)兩支柱鉛直?！?在鋼絲下端掛上砝碼掛鉤,使鋼絲拉直,并檢查鋼絲下端夾頭能否在平臺(tái)圓孔中自由上下滑動(dòng),減少摩擦帶來(lái)的誤差?！?將光杠桿放在平臺(tái)上,兩前足放于凹槽中,后足放在圓柱夾尖的上端,注意不要與鋼絲相碰。調(diào)整望遠(yuǎn)鏡和光杠桿處于同一高度,并使望遠(yuǎn)鏡大致水平,光杠桿鏡面及標(biāo)尺大致鉛直。2.調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡〔1旋轉(zhuǎn)目鏡,調(diào)目鏡與叉絲間的距離到能清楚看見(jiàn)叉絲；〔2移動(dòng)鏡尺裝置,在望遠(yuǎn)鏡外沿鏡筒上方瞄準(zhǔn)器方向看光杠桿鏡面,直到能看到反射回來(lái)的標(biāo)尺像,并用瞄準(zhǔn)器對(duì)準(zhǔn)標(biāo)尺像。然后調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡物鏡焦距,使標(biāo)尺像聚焦在叉絲平面上,并適當(dāng)調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡俯仰,應(yīng)可看見(jiàn)像?！?消除視差,上下左右晃動(dòng)眼睛,同時(shí)觀察像的相對(duì)位置有無(wú)改變,如有改變,則調(diào)節(jié)物鏡距離直至像的相對(duì)位置不變動(dòng)。至此,望遠(yuǎn)鏡調(diào)節(jié)完成,測(cè)量過(guò)程中不要再變動(dòng)儀器的相對(duì)位置,包括放置望遠(yuǎn)鏡的桌子不可震動(dòng),否則要從頭再調(diào)。3.記錄實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)望遠(yuǎn)鏡中的標(biāo)尺讀數(shù),然后依次增加砝碼,記錄下標(biāo)尺讀數(shù),到第8個(gè)為止〔第8個(gè)不讀數(shù),再依次減少砝碼,記錄對(duì)應(yīng)的標(biāo)尺讀數(shù)。對(duì)應(yīng)的和數(shù)值取平均,可以消除摩擦和滯后等帶來(lái)的系統(tǒng)誤差。4.其他數(shù)據(jù)的測(cè)量〔1用卷尺測(cè)量鋼絲長(zhǎng)度和光杠桿鏡面到標(biāo)尺的垂直距離?！?取下光杠桿,在平整的紙上壓出三個(gè)足痕,自足畫(huà)一垂直于足連線的垂線,用游標(biāo)卡尺量出垂線長(zhǎng)度。〔3用螺旋測(cè)微計(jì)測(cè)量鋼絲的直徑。在不同位置均勻取點(diǎn)測(cè)量6次。五.數(shù)據(jù)記錄與處理1.鋼絲形變測(cè)量F/N04.99.814.719.624.529.434.3X增/cm-0.400.000.440.901.301.852.212.63X減/cm-0.410.020.400.851.351.792.252.64/cm-0.400.010.420.881.321.822.232.642.鏡尺距：D=137.9cm,cm,cmcm3.鋼絲長(zhǎng)度：L=92.45-2.00=90.45cm,,4.鋼絲直徑d:,次數(shù)123456平均D/mm0.5010.4980.5020.5030.5010.5060.5020.0035.光杠桿常數(shù)：b=7.508mm,,6.逐差法求伸長(zhǎng)量,并求出楊氏模量∵上式求和號(hào)內(nèi)共16項(xiàng)均為單次測(cè)量,各項(xiàng)的測(cè)量?jī)x器誤差cm∴對(duì)式的各量求偏導(dǎo)數(shù)后,根據(jù)誤差傳遞的推導(dǎo)式可得cmcm,∴即7.圖解法求楊氏模量：據(jù),則。將鋼絲形變測(cè)量數(shù)據(jù),作～Fi圖如下,為一直線,求出直線得斜率k=0.0899,則六.分析討論題本實(shí)驗(yàn)中哪些量的測(cè)量誤差對(duì)結(jié)果影響較大,如何改進(jìn)？答：從誤差傳遞公式〔相對(duì)誤差來(lái)看：,因?yàn)?所以d的測(cè)量誤差對(duì)結(jié)果影響較大,我們可以進(jìn)行多次測(cè)量來(lái)減小其誤差。另外,由于值較小所以就較大,改進(jìn)的方法有兩種：〔1增加測(cè)量次數(shù)；〔2增加放大倍數(shù),即在一定的范圍內(nèi),增加D值。8實(shí)驗(yàn)名稱陰極射線示波器一.目的與要求1.了解示波器的主要構(gòu)成部分以及示波器顯示波形的原理；2.學(xué)習(xí)示波器的調(diào)節(jié),觀察各種信號(hào)的波形。3.利用李薩如圖形測(cè)量未知信號(hào)頻率。二.原理1.示波器顯示波形的原理示波器雖然具有多種類型或型號(hào),它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上都包含幾個(gè)基本的部分：示波管、水平放大器、豎直放大器、掃描發(fā)生器、觸發(fā)同步和直流電源等。示波管是示波器的關(guān)鍵部件,當(dāng)電子槍被加熱發(fā)出電子束后,經(jīng)電場(chǎng)加速打在熒光屏上就形成一個(gè)亮點(diǎn),電子束在到達(dá)熒光屏之前要經(jīng)過(guò)兩對(duì)相互垂直的電偏轉(zhuǎn)板,如果沒(méi)有偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的作用,電子束將打在熒光屏的中央；如果施加了偏轉(zhuǎn)電場(chǎng),電子束〔亮點(diǎn)的位置就會(huì)發(fā)生偏移。如果只在豎直〔Y軸偏轉(zhuǎn)板上加一交變的正弦電壓Uy=U0sinωt,則電子束的亮點(diǎn)將隨電壓的變化在豎直方向來(lái)回運(yùn)動(dòng)。由于Ux=0,所以光點(diǎn)在X軸方向無(wú)位移,在熒光屏上將顯示一條豎直亮線。如果只在水平〔X軸偏轉(zhuǎn)板上加上一個(gè)與時(shí)間成正比的鋸齒波掃描電壓Ux=KT〔它可由示波器內(nèi)的掃描發(fā)生器產(chǎn)生的,電子束將在水平方向作周期性地從一邊勻速移動(dòng)到另一邊,如果鋸齒波的周期較長(zhǎng),在熒光屏上可以看到電子束的移動(dòng)過(guò)程,如果鋸齒波的周期足夠短,熒光屏上將只顯示一條水平亮線。如果在水平偏轉(zhuǎn)板加上一個(gè)鋸齒波電壓的同時(shí),在豎直偏轉(zhuǎn)板加上一個(gè)周期性變化的電信號(hào),電子束在水平勻速移動(dòng)的同時(shí)還在豎直方向隨周期性電信號(hào)的變化而移動(dòng),熒光屏上將顯示出加在豎直偏轉(zhuǎn)板上的電信號(hào)的變化規(guī)律——波形。當(dāng)豎直方向電信號(hào)的周期與水平方向鋸齒波電壓的周期相同或?yàn)槠湔麛?shù)倍,熒光屏上的圖形將通過(guò)一次次的掃描得到同步再現(xiàn),從而顯示出豎直方向電信號(hào)穩(wěn)定的波形。2.李薩如圖形如果在示波器的X軸和Y軸上都輸入正弦波電壓,且使它們的頻率相等或成整數(shù)比,屏幕上將呈現(xiàn)光點(diǎn)特殊形狀的軌跡圖形,稱為李薩如圖形。三.儀器ST16B示波器,DF1631功率函數(shù)信號(hào)發(fā)生器,THF-1簡(jiǎn)易函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。四.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1.描繪示波器機(jī)內(nèi)正弦波〔市電波形方法：把示波器校準(zhǔn)信號(hào)接入示波器的Y輸入端口,示波器X輸入的觸發(fā)方式選擇"自動(dòng)",即可看到50Hz的正弦交流信號(hào)。通過(guò)調(diào)節(jié)選擇時(shí)間掃描旋鈕,可以改變屏幕顯示的波形的個(gè)數(shù)。兩個(gè)和三個(gè)完整周期的波形描繪如下：2.描繪信號(hào)發(fā)生器三角波和方波信號(hào)的波形方法：把DF1631功率函數(shù)信號(hào)發(fā)生器電壓輸出端口接入示波器的Y輸入端口,示波器X輸入的觸發(fā)方式選擇"自動(dòng)"；分別選擇信號(hào)發(fā)生器輸出波形為三角波和方波,同時(shí)適當(dāng)選擇示波器Y輸入電壓旋鈕和X輸入時(shí)間掃描旋鈕,可以改變屏幕顯示的波形的個(gè)數(shù)。三個(gè)完整周期的波形描繪如下：3.描繪李薩如圖形特征變化圖方法：把示波器校準(zhǔn)信號(hào)接入示波器的Y輸入端口,把DF1631功率函數(shù)信號(hào)發(fā)生器電壓輸出端口接入示波器的X輸入端口,此時(shí)示波器X輸入的觸發(fā)方式選擇"外接"。選擇信號(hào)發(fā)生器輸出波形正弦波,改變信號(hào)發(fā)生器輸出頻率分別為50Hz、25Hz和150Hz。適當(dāng)選擇示波器Y輸入電壓旋鈕和X輸入時(shí)間掃描旋鈕,可以在屏幕顯示不同的李薩如圖形。波形描繪如下：fy:fx=50:50時(shí)的李薩如圖像特征變化圖<a>相位差為0<b>相位差為pi/4<c>相位差為pi/2<d>相位差為3pi/4<e>相位差為pify:fx=50:25時(shí)的李薩如圖像特征變化圖<a>相位差為pi/4<b>相位差為pi/3〔c相位差為pi/2<d>相位差為2pi/3<e>相位差為3pi/4fy:fx=50:150時(shí)的李薩如圖像特征變化圖<a>相位差為0<b>相位差為pi/4<c>相位差為pi/2<d>相位差為3pi/4<e>相位差為pi4.利用李薩如圖形測(cè)量未知頻率THF-1簡(jiǎn)易函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的頻率方法：把THF-1簡(jiǎn)易函數(shù)信號(hào)發(fā)生器信號(hào)接入示波器的Y輸入端口,把DF1631功率函數(shù)信號(hào)發(fā)生器電壓輸出端口接入示波器的X輸入端口,此時(shí)示波器X輸入的觸發(fā)方式選擇"外接"。選擇兩信號(hào)發(fā)生器輸出波形均為正弦波。適當(dāng)選擇示波器Y輸入電壓旋鈕和DF1631功率函數(shù)信號(hào)發(fā)生器電壓輸出幅度,使屏幕顯示圖像大小合適。通過(guò)頻率調(diào)節(jié)旋鈕改變DF1631功率函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出頻率,同時(shí)觀察示波器屏幕的圖像變化。當(dāng)屏幕出現(xiàn)一個(gè)較穩(wěn)定橢圓時(shí),此時(shí)DF1631功率函數(shù)信號(hào)發(fā)生器所顯示頻率即為THF-1簡(jiǎn)易函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)的頻率。所測(cè)該THF-1簡(jiǎn)易函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出頻率為：1.803KHz。5.描繪THF-1簡(jiǎn)易函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出的半波整流、全波整流和衰減波波形。五.分析討論題示波器能否用來(lái)測(cè)量直流電壓？如果能測(cè),則應(yīng)如何進(jìn)行？答：示波器能測(cè)量直流電壓。具體進(jìn)行測(cè)量時(shí)應(yīng)按下述步驟：示波器X軸輸入鋸齒波掃描,即"自動(dòng)"位置。將Y軸輸入耦合開(kāi)關(guān)撥至"DC"位置。使"Y輸入"端接地,觀察時(shí)基線位置,將其移至屏幕某一確定位置。確定未知電壓在屏幕上位置：將待測(cè)直流電壓接入"Y輸入"端時(shí),基線在Y方向產(chǎn)生位移,選擇適當(dāng)"Y衰減"檔時(shí),使基線的位移控制在屏幕的有效工作范圍內(nèi),記下此時(shí)基線在Y軸方向的位置。定標(biāo)：保持步驟4的各旋鈕位置不變,將"Y輸入"端與帶有電壓數(shù)字指示的直流穩(wěn)壓電源相接。分別記下直流電壓在1V,2V,3V……時(shí)屏幕上的基線在Y軸方向移動(dòng)所處位置,并標(biāo)上對(duì)應(yīng)的電壓值,將待測(cè)電壓時(shí)基線所示位置與上述標(biāo)定值比較,即可確定待測(cè)直流電壓值。9實(shí)驗(yàn)名稱用交流電橋測(cè)量電感和電容一.目的與要求1.掌握交流電橋的基本原理和調(diào)節(jié)方法。2.學(xué)會(huì)使用交流電橋測(cè)電容、電感及其有關(guān)參數(shù)。二.原理簡(jiǎn)述I4I4電橋平衡時(shí)=0,C、D兩點(diǎn)的電位相等上式各量分別為四臂上復(fù)數(shù)電壓,平衡時(shí)滿足條件圖1〔1圖1如果把阻抗寫成如下形式,,,其中為幅模,為幅角,代入〔1式得=〔2從而得到交流電橋平衡的另一種表達(dá)式1.用比較法測(cè)電感L及品質(zhì)因素Q電路圖如圖2,待測(cè)電感LX〔其損耗電阻為RX,由圖可知===圖2=圖2其中,R=R3+RL〔RL為L(zhǎng)3的損耗電阻。則當(dāng)電橋平衡時(shí),可得：=按實(shí)部、虛部分別相等,則得,〔5電感器LX的品質(zhì)因素Q=〔62.用比較法測(cè)電容C及損耗因素電路圖如圖3。待測(cè)電容CX用的是串聯(lián)型等效電路<適用于測(cè)量損耗小的電容>。由圖可知=,==,=當(dāng)電橋平衡時(shí),可得：=按實(shí)部、虛部相等分別相等,則得：圖3,〔7圖3電容損耗因素三.實(shí)驗(yàn)儀器THMJ-2型R、L、C交流電路綜合實(shí)驗(yàn)箱,萬(wàn)用表,XC2810A型LCR自動(dòng)測(cè)量?jī)x。四.實(shí)驗(yàn)方法1.測(cè)量電感Lx及其品質(zhì)因素Q<1>按圖2連接線路,R2、R3、R4接TR1、TR2、TR3,L3用TL。為方便計(jì)算取R2=R4,選取f＝1000Hz,交替調(diào)節(jié)TL和TR2直至電橋達(dá)到平衡〔交流指零表趨向于0,讀出TL值及TR2值。<2>用LCR自動(dòng)測(cè)量?jī)x測(cè)出L3的損耗電阻RL。<3>將待測(cè)電感Lx1換成Lx2,重復(fù)上述步驟進(jìn)行測(cè)量。根據(jù)各測(cè)量值,依照式〔5,算出Lx1、Lx2及Rx1、Rx2,并根據(jù)頻率計(jì)的讀數(shù),由式〔6算出品質(zhì)因素Q1、Q2。<4>選取Lx1用五個(gè)不同頻率測(cè)電感和品質(zhì)因素。方法同上。2.測(cè)量電容C及損耗因素<1>按圖3連接線路,CS用TC,R2、R3、R4接TR1、TR2、TR3,R2=R4=1KΩ,f＝1000Hz。交替調(diào)節(jié)TC和TR2,直至電橋趨向平衡,記錄TC和TR2的值。根據(jù)〔7式算出Cx和Rx的值。<2>再根據(jù)f,由〔8式算出損耗因素。<3>三個(gè)待測(cè)電容Cx1、Cx2和Cx3都用上述方法測(cè)量。<4>另外選Cx1用5個(gè)不同頻率進(jìn)行測(cè)量。五.數(shù)據(jù)處理表1f＝1000Hz時(shí)電感的測(cè)量〔R2＝R4＝1K測(cè)量值待測(cè)元件Lx132117.957.2175.132175.11.1Lx2542.217.059.2559.20.5計(jì)算公式：。表2不同頻率時(shí)電感的測(cè)量〔R2＝R4＝7K頻率f/Hz50110.44747100113.55151501118.433334999101.4313110007403.13131從表中可以看出,當(dāng)頻率較低〔小于100Hz時(shí),電感測(cè)量值變化較大。表3電容的測(cè)量〔f＝1000Hz,R2＝R4＝1K測(cè)量值待測(cè)元件Cx10.49000.49000Cx20.03400.03400Cx30.00700.00700計(jì)算公式：表4不同頻率時(shí)電容的測(cè)量〔R2＝R4＝7K頻率f/Hz5010050010001003500.502.300.4860.4870.4850.4820.483從表4可以看出：測(cè)量結(jié)果基本上不受頻率影響。六.分析討論1.試結(jié)合實(shí)驗(yàn)分析,測(cè)量結(jié)果的誤差主要來(lái)源于電橋中的哪些因素。答：誤差主要來(lái)源于以下因素：〔1調(diào)節(jié)元件的誤差,其中〔2導(dǎo)線電阻及接觸電阻。〔3頻率選擇的影響,不同頻率時(shí)感抗、容抗不同,而電感、電容一般都存在能耗。〔4調(diào)節(jié)平衡時(shí),交流指零表一般不能調(diào)到零。2.頻率在實(shí)驗(yàn)中的影響答：從測(cè)量結(jié)果來(lái)看,不同頻率對(duì)電感的影響較大,而對(duì)電容基本上沒(méi)有影響。10實(shí)驗(yàn)名稱吊片法測(cè)量液體的表面張力一.目的與要求：1.學(xué)習(xí)吊片法測(cè)量液體表面張力的原理和方法；2.學(xué)習(xí)表面活性劑臨界膠束濃度的測(cè)量方法。二.原理簡(jiǎn)述：由于液相和氣相的密度差異,在液體表面存在著收縮張力,使表面積縮到最小。表面上單位長(zhǎng)度上的張力稱為表面張力.液體的許多現(xiàn)象與表面張力有關(guān),例如:毛細(xì)現(xiàn)象、潤(rùn)濕現(xiàn)象、泡沫的形成等。液體表面張力和物質(zhì)種類、溫度、濃度、電解質(zhì)、有機(jī)醇含量等多種因素有關(guān)。測(cè)量液體表面張力的方法很多,如吊片法、毛細(xì)管上升下降法、吊環(huán)法等等。θθ本實(shí)驗(yàn)采用吊片法,如圖1所示,將蓋玻片、云母片、濾紙等豎平板插入液體,使其底邊與液面接觸,測(cè)定吊片脫離液體所需與表面張力相抗衡的最大拉力F,也可將液面緩慢地上升至剛好與吊片接觸,并將吊片加工成粗糙表面和處理得非常潔凈,使吊片被液體濕潤(rùn),接觸角θ→0,cosθ→1,同時(shí)吊片厚度t和底邊長(zhǎng)lθθ圖1吊片法測(cè)量表面張力示意圖圖1吊片法測(cè)量表面張力示意圖圖2表面活性劑性質(zhì)隨濃度變化圖吊片法直觀可靠,不僅可以測(cè)量純液體<如水,乙醇等>和溶液的表面張力,還可以用來(lái)測(cè)量表面活性劑的臨界膠束濃度<cmc>.表面活性劑是一類能顯著降低水的表面張力的物質(zhì),它的分子一般是由親油基和親水基兩部分組成。從圖2表面活性劑水溶液表面張力隨濃度的變化曲線可以看到,少量的表面活性劑加到水中,就能使表面張力急劇下降,當(dāng)濃度增大到某一臨界值時(shí),表面張力降至最低,繼續(xù)增大濃度,表面張力又幾乎保持恒定。其中的臨界點(diǎn)〔圖中陰影部分,稱為臨界膠束濃度cmc,是表征表面活性劑表面活性的重要參數(shù)之一。如圖2所示,在cmc附近,表面活性劑的洗滌作用、密度等許多性質(zhì)都會(huì)發(fā)生很大變化,使用表面活性劑時(shí),濃度一般要比cmc稍大,否則其性能不能充分發(fā)揮,而濃度過(guò)高是不必要的。圖2表面活性劑性質(zhì)隨濃度變化圖三.實(shí)驗(yàn)儀器：高精度的電子天平〔最小讀數(shù)為1mg,剪刀,精密濾紙,毫米尺,200mL燒杯,滴管,去離子水,高濃度的十二烷基苯磺酸鈉水溶液儲(chǔ)備液〔C0=4.18%。四.實(shí)驗(yàn)方法：1.測(cè)量純水的表面張力〔a將干凈濾紙剪成邊長(zhǎng)約2.0cm的長(zhǎng)方形小條,測(cè)量底邊長(zhǎng)l后,固定在與天平相連的掛鉤上,調(diào)整紙片,使下底邊保持在水平狀態(tài)；〔b一定量的去離子水加入潔凈的燒杯內(nèi)并置于伸降臺(tái)上,調(diào)節(jié)升降臺(tái),待紙片為液體潤(rùn)濕后,將紙片脫離液面,此時(shí)天平讀數(shù)m0為吊片的質(zhì)量,將天平置"0"；〔c接觸法測(cè)量最大拉力：調(diào)節(jié)升降臺(tái),使液面緩緩上升,直至吊片底邊剛好和液面接觸,記錄下天平的讀數(shù)m；〔d脫離法測(cè)量最大拉力：升高液面,使部分吊片浸入液面以下,調(diào)節(jié)升降臺(tái)使液面緩緩下降,直到吊片即將脫離液面,記錄下此時(shí)的讀數(shù)m’；〔e重復(fù)操作步驟〔c、〔d,共測(cè)量6次；2.脫離法測(cè)量表面活性劑水溶液的臨界膠束濃度cmc〔a稱出潔凈燒杯重量m杯,然后加入約35ml的去離子水,用天平稱出水和燒杯總量為m水+杯,取下燒杯后置天平為"0"；〔b用滴液管滴加1滴表面活性劑儲(chǔ)備液,輕輕搖晃,待溶液混合均勻后,用脫離法<參見(jiàn)操作1<d>>測(cè)量濃度為C1的表面活性劑溶液的天平增量m1’；〔c逐漸增加表面活性劑的加入量,記錄下不同濃度下Ci下的天平增量mi’,直到表面張力基本上不再變化,記錄下總的滴加量n總；〔d稱出燒杯的總質(zhì)量m總.五.數(shù)據(jù)記錄與處理：1.純水表面張力的測(cè)量表I純水表面張力測(cè)量〔l=2.10cm,Δm儀=0.002g,Δl儀=0.05cmTimes123456averagem〔g0.2880.2890.2880.2900.2890.2890.289m'〔g0.2950.2930.2930.2930.2930.2950.293接觸法：,脫離法測(cè)量數(shù)據(jù)處理同上：,,,A=5.6%從天平的讀數(shù)來(lái)看,本實(shí)驗(yàn)測(cè)量水的表面張力的重復(fù)性很好,隨機(jī)誤差小于儀器誤差；脫離法測(cè)量得到的表面張力大于接觸法,說(shuō)明吊片正好和液面接觸時(shí),由于表面張力的作用,部分吊片被拉入液面以下,該部分吊片受到浮力的作用,使的天平測(cè)量得到的拉力偏小,而脫離法則消除了浮力的影響,測(cè)到的表面張力更加準(zhǔn)確；脫離法、接觸法測(cè)量得到的水的表面張力,均小于室溫下的標(biāo)準(zhǔn)值,由多種原因造成,如水的純度、溫度等,詳見(jiàn)分析討論第2題。2.十二烷基苯磺酸鈉表面活性劑水溶液臨界膠束濃度cmc的測(cè)量表II表面活性劑水溶液表面張力隨濃度變化〔Δm儀=0.002g,Δl儀=0.05cml=2.00cm,m杯=101.640g,m杯+水=133.806g,m總=166.770g,C0=4.18%N/dropmi/gC<wt%>Υ<mN/m>10.2090.002051.250.1930.010147.380.1800.016244.1110.1650.022240.4150.1610.030339.4200.1670.040340.9250.1690.050241.4360.1620.071939.7510.1650.101240.4圖3表面活性劑表面張力隨濃度的變化圖3表面活性劑表面張力隨濃度的變化m水=m杯+水-m杯=32.166gΔm滴=m總-m杯+水=166.770-133.806=0.798g,單滴溶液m滴=0.798/51=0.0156g濃度c和相應(yīng)的表面張力數(shù)據(jù)結(jié)果如表I所示,數(shù)據(jù)處理舉例如下：當(dāng)N=15滴時(shí),C15=4.18%×<15×0.0156>/<15×0.0156+32.166>=0.0303%表面活性劑水溶液表面張力隨濃度變化如圖1所示,cmc≈0.0303%〔wt%,和理論值0.0418%比較接近。六.分析討論：1.吊片用濾紙為材料,有什么優(yōu)點(diǎn)和不足？濕濾紙和水溶液的接觸角→0,可以避開(kāi)接觸角的測(cè)量,濾紙的厚度和邊長(zhǎng)相比非常小,可以忽略不計(jì),同時(shí)濾紙價(jià)格便宜,便于更換,濾紙邊長(zhǎng)也可以根據(jù)需要即時(shí)調(diào)整；不足之處是溶液中的表面活性劑可能粘附在紙片上,使表面張力的測(cè)量不夠準(zhǔn)確。2.分析純水的表面張力與室溫下公認(rèn)值有誤差的可能原因。純水表面張力和溫度、水的純度、吊片清潔程度、接觸角,以及吊片邊長(zhǎng)長(zhǎng)度、吊片的位置、天平的精確程度、讀數(shù)穩(wěn)定性等等多種因素有關(guān),因此測(cè)量得到的表面張力和理論值可能會(huì)存在一定的差距。11實(shí)驗(yàn)名稱溫度電測(cè)法一.目的與要求1.掌握電阻溫度計(jì)測(cè)量溫度的基本原理和方法。2.學(xué)習(xí)采用不平衡電橋測(cè)非電量的標(biāo)定方法。3.了解熱電偶測(cè)溫原理。4.學(xué)習(xí)標(biāo)定熱電偶的方法。5.進(jìn)一步熟悉電勢(shì)差計(jì)的使用方法。二.原理1.電阻溫度計(jì)與不平衡電橋在－50～150℃范圍內(nèi)銅電阻的阻值隨溫度變化的關(guān)系為：式中R0,Rt分別為溫度0度和溫度t度時(shí)的電阻值,A、B、C為參數(shù)。利用金屬的這種性質(zhì)來(lái)測(cè)量介質(zhì)溫度的儀器稱為電阻溫度計(jì)。它一般由銅電阻和不平衡電橋組成。圖1不平衡電橋如果Rt、RA、RB和R配合適當(dāng),可使電橋平衡,電流計(jì)G中無(wú)電流流過(guò)。若溫度變化使Rt值變化,則電橋處于不平衡狀態(tài),G中有電流流過(guò)。一定的溫度t對(duì)應(yīng)一定的Rt,而Rt又對(duì)應(yīng)于一定的It和G的偏轉(zhuǎn)量。所以只要事先對(duì)G標(biāo)定,就可以根據(jù)G的偏振量連續(xù)地測(cè)量溫度。G的標(biāo)定利用教材p183頁(yè)銅電阻Rt與t的關(guān)系。在圖1中取一標(biāo)準(zhǔn)電阻箱代替Rt,使RA：RB＝1：1。若從－50℃開(kāi)始標(biāo)定,則R取41.7；若從0℃開(kāi)始標(biāo)定,則取R為53.0。然后取電阻箱的阻值為41.7〔或53.0可使電橋平衡,在G指針指零處,刻上－50℃〔或0℃。然后依次取電阻箱的阻值為附表中所列的數(shù)值,并在指針相應(yīng)偏轉(zhuǎn)的各個(gè)位置刻上相應(yīng)的溫度值。這樣,在電阻箱換回Rt后,就可以由不平衡電橋中電流計(jì)的偏轉(zhuǎn)量直接讀出溫度。2.熱電偶測(cè)溫原理與標(biāo)定圖2熱電偶示意圖把兩種不同的金屬兩端彼此焊接組成閉合回路,若兩接點(diǎn)的溫度不同,回路中就產(chǎn)生溫度差電動(dòng)勢(shì)。這兩種金屬的組合叫熱電偶。溫差電動(dòng)勢(shì)的大小除了和組成的熱電偶材料有關(guān)外,還決定于兩接點(diǎn)的的溫度差。將一端的溫度t0固定<稱為冷端,實(shí)驗(yàn)中利用冰水混合物>,另一端的溫度t改變<稱為熱端>,溫差電動(dòng)勢(shì)亦隨之改變。電動(dòng)勢(shì)和溫差的關(guān)系較復(fù)雜,其第一級(jí)近似式為式中a稱為熱電偶的溫差電系數(shù),其大小取決于組成熱電偶的材料。熱電偶可以用電測(cè)量溫度。用一只已知α值的熱電偶,一端溫度固定不變,另一端與待測(cè)物體接觸,再用電位差計(jì)測(cè)出熱電偶回路的電動(dòng)勢(shì),就可以求出待測(cè)溫度。由于溫差電動(dòng)勢(shì)較低,因此在實(shí)驗(yàn)中利用電位差計(jì)來(lái)測(cè)量。用實(shí)驗(yàn)測(cè)定溫差電動(dòng)勢(shì)與測(cè)溫端溫度的關(guān)系曲線,稱為溫差電偶的定標(biāo)。定標(biāo)方法有兩種：〔１定點(diǎn)法。利用已知的幾個(gè)固定點(diǎn)溫度,例如：水的沸點(diǎn)、水的三相點(diǎn)、氮的三相點(diǎn)、某些純金屬的凝固點(diǎn)等,作為已知溫度,測(cè)出溫差電偶在這些已知溫度下的電動(dòng)勢(shì),用最小二乘法以多項(xiàng)式擬合實(shí)驗(yàn)曲線,求出溫差電系數(shù)等常數(shù)。〔２比較法。用標(biāo)準(zhǔn)測(cè)溫儀〔水銀溫度計(jì)與未知溫差電偶置于同一恒溫加熱器中,改變溫度進(jìn)行對(duì)比,也可作出Ｅ～ｔ定標(biāo)曲線,本實(shí)驗(yàn)即采用比較法對(duì)銅－康銅溫差電偶進(jìn)行定標(biāo)。三.儀器1.銅電阻、電阻箱、標(biāo)準(zhǔn)電阻、微安表、穩(wěn)壓電源、開(kāi)關(guān)、恒溫裝置、溫度計(jì)2.銅－康銅熱電偶、電勢(shì)差計(jì)、保溫瓶、控溫保溫管式電爐、水銀溫度計(jì)四.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟〔一電阻溫度計(jì)的標(biāo)定與測(cè)溫1.按圖1連接電路,Rt處接標(biāo)準(zhǔn)電阻箱。2.標(biāo)定,在微安表上各偏轉(zhuǎn)量處刻上對(duì)應(yīng)的溫度。本實(shí)驗(yàn)標(biāo)定范圍為0～100℃3.檢驗(yàn),用標(biāo)定好的電阻溫度計(jì)分別測(cè)量不同溫度的水溫,同時(shí)與水銀溫度計(jì)測(cè)出的結(jié)果進(jìn)行比較?！捕犭娕紭?biāo)定1.連接電路。將熱電偶的電壓端接到電位差計(jì)上"未知"端。注意極性,對(duì)銅-康銅熱電偶中康銅斷開(kāi),對(duì)應(yīng)冷端為正,相反為負(fù)。電路如圖3所示。圖32.校準(zhǔn)工作電流先將電位差計(jì)上功能開(kāi)關(guān)K調(diào)至"標(biāo)準(zhǔn)",調(diào)節(jié)面板右上角的"電流調(diào)節(jié)"旋鈕,使檢流指"0",此時(shí)工作電流即調(diào)好了。3.測(cè)出室溫下的初始電動(dòng)勢(shì)先將K撥至"未知",然后,調(diào)節(jié)右下方的讀數(shù)盤,使檢流計(jì)指"0",同時(shí)讀出溫度計(jì)和電位差計(jì)上讀數(shù)盤的數(shù)值。要注意的面板上"倍率"開(kāi)關(guān),根據(jù)電勢(shì)差太小,合理選擇倍率。4.加熱測(cè)測(cè)量自40℃起,每升高20℃測(cè)量一組t和E,測(cè)量到260℃。五.數(shù)據(jù)處理與分析1.電阻溫度計(jì)的標(biāo)定與測(cè)溫〔1電阻溫度計(jì)標(biāo)定表頭示意圖電阻溫度計(jì)最小刻度5℃?！?水溫測(cè)定記錄酒精溫度計(jì)最小分度為1℃；銅電阻溫度計(jì)最小分度為5℃。酒精溫度計(jì)銅電阻溫度計(jì)冷水19.318熱水54.653熱電偶標(biāo)定次數(shù)t0〔℃〔冷端t〔℃〔熱端δt〔℃〔溫差E〔mV140400.2102060601.125380802.01541001003.05551201204.1946140140519981801806.99892002007.852102202208.678112402409.4801226026010.310圖4熱電偶的E～δt關(guān)系從圖4中的擬合結(jié)果可以得到,本實(shí)驗(yàn)所使用的銅－康銅熱電偶的溫差電系數(shù)a=0.04810-3℃-1。12實(shí)驗(yàn)名稱霍爾法測(cè)量鐵磁材料的磁滯回線和磁化曲線一.目的與要求1.了解產(chǎn)生霍爾效應(yīng)的機(jī)理。2.了解用霍爾效應(yīng)測(cè)量磁場(chǎng)的原理和基本方法3.認(rèn)識(shí)鐵磁物質(zhì)的磁化規(guī)律,測(cè)定樣品的磁化曲線。4.測(cè)繪樣品的磁滯回線,測(cè)定樣品的Hc、Br、Hm、Bm二.原理1.鐵磁材料的磁化及磁導(dǎo)率鐵磁物質(zhì)的磁化過(guò)程很復(fù)雜,這主要是由于它具有磁滯的特性。一般都是通過(guò)測(cè)量磁化場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度Ｈ和磁感應(yīng)強(qiáng)度Ｂ之間的關(guān)系來(lái)研究其磁性規(guī)律的。圖1起始磁化曲線和磁滯回線當(dāng)鐵磁物質(zhì)中不存在磁化場(chǎng)時(shí),Ｈ和Ｂ均為零,即圖１中Ｂ～Ｈ曲線的坐標(biāo)原點(diǎn)０。隨著磁化場(chǎng)Ｈ的增加,Ｂ也隨之增加,但兩者之間不是線性關(guān)系。當(dāng)Ｈ增加到一定值時(shí),Ｂ不再增加〔或增加十分緩慢,這說(shuō)明該物質(zhì)的磁化已達(dá)到飽和狀態(tài)。Ｈm和Ｂm分別為飽和時(shí)的磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度〔對(duì)應(yīng)于圖中ａ點(diǎn)。如果再使Ｈ逐漸退到零,則與此同時(shí)Ｂ也逐漸減少。然而Ｈ和Ｂ對(duì)應(yīng)的曲線軌跡并不沿原曲線軌跡ａ０返回,而是沿另一曲線ａｂ下降到Ｂr,這說(shuō)明當(dāng)Ｈ下降為零時(shí),鐵磁物質(zhì)中仍保留一定的磁性,這種現(xiàn)象稱為磁滯,Ｂr稱為剩磁。將磁化場(chǎng)反向,再逐漸增加其強(qiáng)度,直到Ｈ＝－Ｈc,磁感應(yīng)強(qiáng)度消失,這說(shuō)明要消除剩磁,必須施加反向磁場(chǎng)Ｈc。Ｈc稱為矯頑力。它的大小反映鐵磁材料保持剩磁狀態(tài)的能力。圖１表明,當(dāng)磁場(chǎng)按Ｈm→０→－Ｈc→－Ｈm→０→Ｈc→Ｈm次序變化時(shí),Ｂ所經(jīng)歷的相應(yīng)變化為Ｂm→Ｂr→０→－Ｂm→－Ｂr→０→Ｂm。于是得到一條閉合的Ｂ～Ｈ曲線,稱為磁滯回線。所以,當(dāng)鐵磁材料處于交變磁場(chǎng)中時(shí)〔如變壓器中的鐵心,它將沿磁滯回線反復(fù)被磁化→去磁→反向磁化→反向去磁。在此過(guò)程中要消耗額外的能量,并以熱的形式從鐵磁材料中釋放,這種損耗稱為磁滯損耗?？梢宰C明,磁滯損耗與磁滯回線所圍面積成正比。2.Ｂ～Ｈ曲線的測(cè)量方法將待測(cè)的鐵磁材料做成環(huán)形樣品,繞上一組線圈,在環(huán)形樣品的中間開(kāi)一極窄的均勻氣隙,在線圈中通以勵(lì)磁電流,則鐵磁材料即被磁化,氣隙中的磁場(chǎng)應(yīng)與鐵磁材料中的磁場(chǎng)一致。如果樣品截面的線度與氣隙的寬度比例恰當(dāng),則氣隙中有一定區(qū)域的磁場(chǎng)是均勻的。若在線圈中通過(guò)的電流為I,則磁化場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度H為其中N為磁化線圈的匝數(shù),為樣品平均磁路長(zhǎng)度。變化通電線圈中的勵(lì)磁電流,磁場(chǎng)強(qiáng)度H也作相應(yīng)的變化,用特斯拉計(jì)測(cè)得氣隙中均勻磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B與H的對(duì)應(yīng)關(guān)系,即能得到該鐵磁材料的磁滯回線和磁化曲線,從中測(cè)得剩磁、矯頑力及飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度等表征鐵磁材料基本磁特性的物理量三.儀器HM–1霍爾法磁化曲線與磁滯回線實(shí)驗(yàn)儀,其中包括：SXG–2000數(shù)字式毫特計(jì)〔實(shí)驗(yàn)儀的右側(cè),量程2000mT；IS600恒流電源〔實(shí)驗(yàn)儀的左側(cè),可調(diào)恒定電流0~600.0mA；實(shí)心鐵芯樣品〔繞有2000匝勵(lì)磁線圈,截面長(zhǎng)2.00cm、寬2.00cm,氣隙間隔2.0mm,樣品的平均磁路長(zhǎng)度為24.00cm四.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1.鐵磁材料磁隙磁場(chǎng)分布的測(cè)量和樣品退磁樣品氣隙中的磁場(chǎng)分布與橫向位置X有關(guān),測(cè)試時(shí),應(yīng)將毫特計(jì)的霍爾探頭置于磁感應(yīng)強(qiáng)度最大值的均勻區(qū)域內(nèi)。我們可以測(cè)量樣品中剩磁的磁感應(yīng)強(qiáng)度B與X的關(guān)系,來(lái)確定測(cè)試磁化曲線和磁滯回線時(shí)探頭的放置位置。轉(zhuǎn)動(dòng)霍爾探頭支架上的鼓輪,將探頭平行地插入氣隙,注意不能與樣品接觸。線圈通以一定的直流電流,用毫特計(jì)沿X方向等間隔〔1.0mm測(cè)出磁場(chǎng)分布,以均勻區(qū)域內(nèi)最大值處為測(cè)量點(diǎn)。由于鐵磁材料中有剩磁存在,在測(cè)量磁化曲線和磁滯回線前必須對(duì)樣品進(jìn)行退磁處理。在測(cè)量點(diǎn),將勵(lì)磁電流調(diào)到600mA,然后減小到零,再把電流反向,調(diào)到600mA,然后也調(diào)到零。這樣,不斷改變電流方向,同時(shí)逐漸減小勵(lì)磁電流的大小,重復(fù)上述過(guò)程直至毫特計(jì)示值為零,退磁完成。2.起始磁化曲線的測(cè)量。勵(lì)磁電流I以50mA為間隔從零開(kāi)始逐漸增加,直至磁感應(yīng)強(qiáng)度B趨向飽和,即測(cè)得起始磁化曲線。3.磁滯洄線的測(cè)量。為了得到一個(gè)中心對(duì)稱而穩(wěn)定的磁滯回線,在測(cè)量磁滯回線之前必須對(duì)樣品進(jìn)行反復(fù)磁化,稱為磁鍛煉。磁鍛煉是這樣實(shí)現(xiàn)的：當(dāng)測(cè)量起始磁化曲線B增加得十分緩慢〔即達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí),勵(lì)磁電流Im,保持Im不變,把雙刀換向開(kāi)關(guān)來(lái)回?fù)軇?dòng)10次即可。在拉動(dòng)開(kāi)關(guān)時(shí),觸點(diǎn)從接觸到斷開(kāi)的時(shí)間應(yīng)該長(zhǎng)些。磁鍛煉后就可以測(cè)量磁滯回線。調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流從飽和電流Im開(kāi)始,每隔50mA減小到零,然后雙刀換向開(kāi)關(guān)將電流換向,電流反向從零增加〔每隔50mA到–Im,這樣使勵(lì)磁電流I經(jīng)Im→0→-Im→0→Im變化〔每隔50mA,記錄相應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B值。由勵(lì)磁電流I可得到H。在直角坐標(biāo)紙上作鐵磁材料樣品的起始磁化曲線和磁滯回線,讀出該樣品的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm、矯頑力HC以及剩磁Br。由于H數(shù)據(jù)有效數(shù)字比較多,在直角坐標(biāo)紙上畫(huà)出B~H曲線不易,我們可以作B~I曲線,二者變化規(guī)律相同,同樣在圖上可讀出Bm和Br,至于矯頑力HC,可以先讀出IC〔即對(duì)應(yīng)于HC的電流,再用公式H=計(jì)算得到。五.數(shù)據(jù)處理與分析1.鐵磁材料磁隙磁場(chǎng)分布X<mm>-10.0-9.0-8.0-7.0-6.0-5.0B<mT>113.5124.3124.5124.9124.8124.8X<mm>-4.0-3.0-2.0-1.00.01.0B<mT>124.8124.7124.6124.5124.5124.5X<mm>2.03.04.05.06.07.0B<mT>124.4124.4124.3124.2124.1123.8X<mm>8.09.010.0B<mT>121.9106.178.3磁隙磁場(chǎng)分布曲線如下圖所示：2.鐵磁材料起始磁化曲線測(cè)量點(diǎn)位置XB=-2.0；勵(lì)磁電流I<mA>0.052.2100.1150.2199.7251.9299.1磁感應(yīng)強(qiáng)度B<mT>0.217.841.578.0124.7175.0214.6勵(lì)磁電流I<mA>350.4399.9451.5500.4551.7600.1磁感應(yīng)強(qiáng)度B<mT>255.4290.7323.0347.4369.0385.73.鐵磁材料磁滯洄線勵(lì)磁電流I<mA>600.1549.7499.5450.2399.7350.1299.1磁感應(yīng)強(qiáng)度B<mT>385.7380.1373.8366.5356.7346.4331.6勵(lì)磁電流I<mA>249.7199.6149.897.149.20.2-50.1磁感應(yīng)強(qiáng)度B<mT>311.9284.8249.8204.7159.2111.760.6勵(lì)磁電流I<mA>-101.6-151.0-200.6-250.2-300.0-350.4-399.9磁感應(yīng)強(qiáng)度B<mT>8.3-41.1-90.0-137.7-185.9-232.8-275.0勵(lì)磁電流I<mA>-450.3-500.7-552.2-601.8-548.7-500.7-450.3磁感應(yīng)強(qiáng)度B<mT>-313.2-344.1-369.1-387.0-382.2-376.3-369.0勵(lì)磁電流I<mA>-400.3-350.1-298.3-250.2-200.2-150.1-101.5磁感應(yīng)強(qiáng)度B<mT>-359.2-349.2-334.0-314.9-287.7-252.2-208.8勵(lì)磁電流I<mA>-49.40.450.9100.4151.7200.4253.9磁感應(yīng)強(qiáng)度B<mT>-160.8-110.8-58.7-7.645.595.3149.2勵(lì)磁電流I<mA>300.4350.2400.5451.2502.7550.3600.3磁感應(yīng)強(qiáng)度B<mT>194.1239.8281.6318.1347.8369.0385.9如圖可知,飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm=379.7mT；剩磁Br=114.7mT；利用公式,矯頑力為：飽和磁化強(qiáng)度為：13實(shí)驗(yàn)名稱RC串聯(lián)電路暫態(tài)過(guò)程的研究一.目的與要求1.學(xué)習(xí)如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法研究有關(guān)RC串聯(lián)電路的暫態(tài)過(guò)程。2.加深對(duì)電容特性的認(rèn)識(shí)和對(duì)RC電路特性的理解。3.用電壓表測(cè)和來(lái)研究RC串聯(lián)電路充放電電壓曲線。4.研究不同R<或C>的RC串聯(lián)電路的各種特性。5.由實(shí)驗(yàn)測(cè)量,并計(jì)算常數(shù),將此值與理論公式求得的值進(jìn)行比較。6.用示波器觀察RC串聯(lián)電路的充放電電壓曲線和時(shí)間常數(shù)。7.用示波器觀察方波作用下的RC電路波形,進(jìn)一步研究電容的充放電特性。二.原理如下圖所示,在RC串聯(lián)電路中,當(dāng)開(kāi)關(guān)K撥向1時(shí),電源通過(guò)電阻R對(duì)電容C進(jìn)行充電。當(dāng)電容器充電達(dá)到穩(wěn)定后,把開(kāi)關(guān)K撥向2,此時(shí)電容C通過(guò)R放電。這兩個(gè)過(guò)程就是RC電路的暫態(tài)過(guò)程。RC串聯(lián)電路對(duì)于電容C的充放電過(guò)程,用電容兩端的電壓可以表征為：〔充電過(guò)程〔放電過(guò)程從中可以看到,充放電的上升和下降時(shí)間取決于參量RC,稱為RC電路時(shí)間常數(shù),其大小標(biāo)志著暫態(tài)過(guò)程的快慢。同時(shí),也是反映暫態(tài)過(guò)程快慢的一個(gè)重要參量,即在放電過(guò)程中,下降到初始值的一半時(shí)所需的時(shí)間。,理論上證明,充放電電壓曲線的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間即是。三.儀器各種不同量值的電阻電容、數(shù)字電壓表、穩(wěn)壓電源、示波器、開(kāi)關(guān)、秒表。四.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1.用電壓法測(cè)量充放電曲線。2.用示波器觀察輸入方波時(shí)的暫態(tài)過(guò)程。五.數(shù)據(jù)處理與分析1.用電壓法測(cè)量充放電曲線R=50000；C=1000μF充電數(shù)據(jù)：t/sU/Vt/sU/Vt/sU/V50.1343600.99201701.4068100.2690701.07351901.4273150.3584801.13342101.4413200.4698901.19322301.4512250.56351001.24352501.4586300.63031101.27812701.4633350.70711201.31292901.4664400.77931301.33803101.4693450.83461401.35983301.4714500.89351501.37943501.4728放電數(shù)據(jù)：t/sU/Vt/sU/Vt/sU/V51.3571600.49091700.0753101.2274700.40891900.0547151.1134800.34862100.0408201.0253900.28922300.0306250.93461000.24372500.0234300.85061100.20302700.0183350.77811200.17282900.0146400.70711300.14633100.0119450.64711400.12173300.0101500.58441500.10413500.0086RC串聯(lián)電路充放電電壓曲線圖理論上證明,充放電電壓曲線的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間即是,直接從圖中可以讀出,當(dāng)R=50000,C=1000μF時(shí),s。又因?yàn)?；所?實(shí)驗(yàn)測(cè)量的＝＝54.15s而理論的時(shí)間常數(shù)＝500001000μF＝50.00s,時(shí)間常數(shù)的相對(duì)誤差為＝2.用示波器觀察輸入方波時(shí)的暫態(tài)過(guò)程固定電容C＝0.22μF,改變不同的R的阻值,觀察在電壓幅值為1.5V,頻率f=2000Hz,即周期T=0.5ms的方波作用下RC串聯(lián)電路的充放電過(guò)程。三種典型的曲線如下：〔說(shuō)明：圖中僅畫(huà)出了在第一個(gè)方波周期作用下的充放電過(guò)程,在連續(xù)方波作用下,第三個(gè)圖的曲線將是在一個(gè)電壓值上的鋸齒波形狀。〔1當(dāng)C＝0.22μF,R=0.02273K,此時(shí)。如圖可見(jiàn),充電時(shí),電路能夠迅速充電；而放電時(shí),電路能夠快速放電?！?當(dāng)C＝0.22μF,R=0.2273K時(shí),此時(shí)。如圖可見(jiàn),充電的半個(gè)周期內(nèi),電路幾乎恰好能夠充滿；而在放電的半個(gè)周期內(nèi),電路幾乎恰好能夠放完。〔3當(dāng)C＝0.22μF,R=2.273K時(shí),此時(shí)。如圖可見(jiàn),充電的半個(gè)周期內(nèi),電路所充電還不到一半〔0.6V左右；而進(jìn)入放電的半個(gè)周期后,電路也不能將所充的電放完〔0.37V左右。因此,在連續(xù)的方波左右下,充放電曲線穩(wěn)定后,看到的將是一個(gè)幅值介于0.0V－1.5V之間的鋸齒波。14實(shí)驗(yàn)名稱聲速的測(cè)量一.目的與要求〔1共振干涉法〔駐波法和相位比較法〔行波法測(cè)量聲速的原理和方法?！?加強(qiáng)對(duì)駐波及振動(dòng)合成等理論的理解?！?了解壓電換能器的功能和培養(yǎng)綜合使用儀器的能力。二.原理聲速v、聲源振動(dòng)頻率f和波長(zhǎng)λ之間的關(guān)系為：v=fλ〔1可見(jiàn),只要測(cè)得聲波的頻率f和波長(zhǎng)λ,就可求得聲速v。其中聲波頻率f可通過(guò)頻率計(jì)測(cè)得。本實(shí)驗(yàn)的主要任務(wù)是測(cè)量聲波波長(zhǎng)λ,常用的方法有駐波法和相位法。一.相位法波是振動(dòng)狀態(tài)的傳播,也可以說(shuō)是相位的傳播。在波的傳播方向上的任何兩點(diǎn),如果其振動(dòng)狀態(tài)相同或者其相位差為2π的整數(shù)倍,這兩點(diǎn)間的距離應(yīng)等于波長(zhǎng)的整數(shù)倍,即<n為一正整數(shù)>〔2利用這個(gè)公式可精確測(cè)量波長(zhǎng)。若超聲波發(fā)生器發(fā)出的聲波是平面波,當(dāng)接受器端面垂直于波的傳播方向時(shí),其端面上各點(diǎn)都具有相同的相位。沿傳播方向移動(dòng)接收器時(shí),總可以找到一個(gè)位置使得接受到的信號(hào)與發(fā)射器的激勵(lì)電信號(hào)同相。繼續(xù)移動(dòng)接受器,直到找到的信號(hào)再一次與發(fā)射器的激勵(lì)電信號(hào)同相時(shí),移過(guò)的這段距離就等于聲波的波長(zhǎng)。二.駐波法按照波動(dòng)理論,發(fā)生器發(fā)出的平面聲波經(jīng)介質(zhì)到接收器,若接收面與發(fā)射面平行,聲波在接收面處就會(huì)被垂直反射,于是平面聲波在兩端面間來(lái)回反射并疊加。當(dāng)接收端面與發(fā)射頭間的距離恰好等于半波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí),疊加后的波就形成駐波。此時(shí)相鄰兩波節(jié)〔或波腹間的距離等于半個(gè)波長(zhǎng)〔即λ/2。當(dāng)發(fā)生器的激勵(lì)頻率等于駐波系統(tǒng)的固有頻率〔本實(shí)驗(yàn)中壓電陶瓷的固有頻率時(shí),會(huì)產(chǎn)生駐波共振,波腹處的振幅達(dá)到最大值。聲波是一種縱波。由縱波的性質(zhì)可以證明,駐波波節(jié)處的聲壓最大。當(dāng)發(fā)生共振時(shí),接收端面處為一波節(jié),接收到的聲壓最大,轉(zhuǎn)換成的電信號(hào)也最強(qiáng)。移動(dòng)接收器到某個(gè)共振位置時(shí),如果示波器上出現(xiàn)了最強(qiáng)的信號(hào),繼續(xù)移動(dòng)接收器,再次出現(xiàn)最強(qiáng)的信號(hào)時(shí),則兩次共振位置之間的距離即為λ/2。三.儀器聲速測(cè)量?jī)x,示波器,信號(hào)發(fā)生器四.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1.用駐波法測(cè)空氣中的聲速〔1按圖1連接電路,使S1和S2靠近并留有適當(dāng)?shù)目障?使兩端面平行且與游標(biāo)尺正交。圖1駐波法測(cè)聲速實(shí)驗(yàn)裝置圖〔2根據(jù)實(shí)驗(yàn)室給出的壓電陶瓷換能片的振動(dòng)頻率f〔約為40KHZ左右,將信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率調(diào)至f附近,緩慢移動(dòng)S2,當(dāng)在示波器上看到正弦波首次出現(xiàn)振幅較大處,固定S2,再仔細(xì)微調(diào)信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率,使熒光屏上圖形振幅達(dá)到最大,讀出共振頻率f?！?在共振條件下,將S2移近S1,再緩慢移開(kāi)S2,當(dāng)示波器上出現(xiàn)振幅最大時(shí),記下S2的位置L0?！?由近及遠(yuǎn)移動(dòng)S2,逐次記下各振幅最大時(shí)S2的位置為L(zhǎng)1、L2、…L11,共測(cè)12個(gè)以上?！?用逐差法算出聲波波長(zhǎng)的平均值。2.用相位法測(cè)空氣中的聲速圖2相位法測(cè)聲速實(shí)驗(yàn)裝置圖<1>按圖2連接電路。<2>將示波器"秒/格"旋鈕旋至X-Y檔,信號(hào)發(fā)生器接示波器CH2通道,用李薩如圖形觀察發(fā)射波與接收波的位相差〔示波器的使用請(qǐng)參見(jiàn)實(shí)驗(yàn)十四的附錄。<3>在共振條件下,使S2靠近S1,然后慢慢移開(kāi)S2,當(dāng)示波器上出現(xiàn)45°傾斜線時(shí),微調(diào)游標(biāo)卡尺的微調(diào)螺絲,使圖形穩(wěn)定,記下S2的位置。<4>繼續(xù)緩慢移開(kāi)S2,依次記下示波器上出現(xiàn)直線時(shí)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)L1’、L2‘…L11<5>用逐差法算出聲波波長(zhǎng)的平均值。<6>記下室溫t℃,根據(jù)聲速的理論公式計(jì)算t℃時(shí)聲速的理論值：式中：T=<t+273.15>K；V0=331.45m/s<為T0=273.15K時(shí)的聲速>。V的單位為m/s。3.用駐波法測(cè)水中的聲速方法同步驟1,此時(shí)只是把S1和S2放入水槽中。此時(shí)壓電陶瓷換能片的振動(dòng)頻率f約為250KHZ左右。五.數(shù)據(jù)處理與分析1.逐差法〔1