大學(xué)物理學(xué)試驗(yàn)指導(dǎo)書

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大學(xué)物理學(xué)試驗(yàn)指導(dǎo)書

大學(xué)物理試驗(yàn)力學(xué)部分

試驗(yàn)一長度與體積的測量

試驗(yàn)類型：驗(yàn)證

試驗(yàn)類別：專業(yè)主干課試驗(yàn)學(xué)時(shí)：2

所屬課程：大學(xué)物理

所涉及的課程和知識點(diǎn)：誤差原理有效數(shù)字

一、試驗(yàn)?zāi)康?/p>

通過本試驗(yàn)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生把握測長度的幾種常用儀器的使用，并會正確讀數(shù)。練習(xí)作好記錄和誤差計(jì)算。二、試驗(yàn)要求

（1）分別用游標(biāo)卡尺、螺旋測微計(jì)測金屬圓筒、小鋼球的內(nèi)外徑及高度，并求體積。（2）練習(xí)屢屢等精度測量誤差的處理方法。三、試驗(yàn)儀器設(shè)備及材料

游標(biāo)卡尺，螺旋測微計(jì)，金屬圓柱體，小鋼球，銅絲四、試驗(yàn)方案

1、用游標(biāo)卡尺測量并計(jì)算所給樣品的體積。

2、分別用千分尺和讀數(shù)顯微鏡測量所給金屬絲的直徑。數(shù)據(jù)處理

注意：有效數(shù)字的讀取和運(yùn)用，自擬表格，按有關(guān)規(guī)則進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

描述試驗(yàn)過程（步驟）以及安全本卷須知等,設(shè)計(jì)性試驗(yàn)由學(xué)生自行設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案。五、考核形式實(shí)際操作過程試驗(yàn)報(bào)告六、試驗(yàn)報(bào)告

試驗(yàn)原理，試驗(yàn)步驟，試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，誤差分析和處理。

對試驗(yàn)中的特別現(xiàn)象、試驗(yàn)操作的成敗、試驗(yàn)的關(guān)鍵點(diǎn)等內(nèi)容進(jìn)行整理、解釋、分析總結(jié)，回復(fù)思考題，提出試驗(yàn)結(jié)論或提出自己的看法等。七、思考題

1、游標(biāo)卡尺測量長度時(shí)如何讀數(shù)？游標(biāo)本身有沒有估讀數(shù)？

2、千分尺以毫米為單位可估讀到哪一位？初讀數(shù)的正負(fù)如何判斷？待測長度如何確定？

試驗(yàn)二單擺

試驗(yàn)類型：設(shè)計(jì)

試驗(yàn)類別：專業(yè)主干課試驗(yàn)學(xué)時(shí)：2

所屬課程：大學(xué)物理

所涉及的課程和知識點(diǎn)：力學(xué)單擺周期公式

一、試驗(yàn)?zāi)康?/p>

通過本試驗(yàn)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生把握使用停表和米尺，測準(zhǔn)單擺的周期和擺長。利用單擺周期公式求當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣榷?、試?yàn)要求

（1）測擺長為1m時(shí)的周期求g值。

（2）改變擺長，每次減少10cm，測相應(yīng)周期T，作T—L圖，驗(yàn)證單擺周期公式。三、試驗(yàn)儀器設(shè)備及材料單擺、米尺、游標(biāo)卡尺、停表。四、試驗(yàn)方案

利用試驗(yàn)臺上所給的設(shè)備及材料，自己制作一個(gè)單擺，然后設(shè)計(jì)試驗(yàn)步驟測出單擺的周期，再根據(jù)單擺的周期公式計(jì)算當(dāng)?shù)氐闹亓铀偎佟?/p>

改變擺長，探討對試驗(yàn)結(jié)果的影響并分析誤差產(chǎn)生的原因五、考核形式實(shí)際操作過程試驗(yàn)報(bào)告六、試驗(yàn)報(bào)告

試驗(yàn)原理，試驗(yàn)步驟，試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，誤差分析和處理。

對試驗(yàn)中的特別現(xiàn)象、試驗(yàn)操作的成敗、試驗(yàn)的關(guān)鍵點(diǎn)等內(nèi)容進(jìn)行整理、解釋、分析總結(jié)，回復(fù)思考題，提出試驗(yàn)結(jié)論或提出自己的看法等。七、思考題

1、為什么測量周期不宜直接測量擺球來回一次搖擺的周期？試從誤差分析來說明。2、在室內(nèi)天棚上掛一單擺，擺長很長，你設(shè)法用簡單的工具測出擺長？不許直接測量擺長。

試驗(yàn)三牛頓其次定律的驗(yàn)證

試驗(yàn)類型：驗(yàn)證

試驗(yàn)類別：專業(yè)主干課試驗(yàn)學(xué)時(shí)：2

所屬課程：大學(xué)物理

所涉及的課程和知識點(diǎn)：力學(xué)牛頓其次定律摩擦

一、試驗(yàn)?zāi)康?/p>

通過本試驗(yàn)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生把握氣墊導(dǎo)軌的使用，使學(xué)生通過在氣墊導(dǎo)軌上驗(yàn)證牛頓其次定律，更深刻的理解牛頓其次定律的物理本質(zhì)。二、試驗(yàn)要求

驗(yàn)證當(dāng)m一定時(shí)，a∝F,當(dāng)F一定時(shí)，a∝1／m。三、試驗(yàn)儀器設(shè)備及材料

氣墊導(dǎo)軌，數(shù)字毫秒計(jì)，光電門，氣源四、試驗(yàn)方案

1、調(diào)整氣墊導(dǎo)軌水平。

在導(dǎo)軌的端部防備安裝好滑輪，使其轉(zhuǎn)動自如，細(xì)心調(diào)整好導(dǎo)軌的水平。

調(diào)整氣墊導(dǎo)軌水平是試驗(yàn)前的重要準(zhǔn)備工作，要細(xì)致耐心地反復(fù)調(diào)整，可按以下兩種方法中的任一種方法調(diào)整：

（1）靜態(tài)調(diào)平法：導(dǎo)軌接通氣源，滑行器置在導(dǎo)軌某處，用手輕輕地把滑行器壓在導(dǎo)軌上，再輕輕地放開，

觀測滑行器的運(yùn)動狀態(tài)，連續(xù)做幾次。假使滑行器在導(dǎo)軌上靜止不動，或稍有左右移動，則導(dǎo)軌是水平的；如滑行器都向同一方向運(yùn)動，說明導(dǎo)軌不平。細(xì)心、認(rèn)真調(diào)理水平螺釘，直到滑行器在導(dǎo)軌任意位置上基本保持靜止不動，或稍有左右移動。一般要在導(dǎo)軌上選取幾個(gè)位置做這樣的調(diào)理。

（2）動態(tài)調(diào)平法：將氣軌與記時(shí)器協(xié)同進(jìn)行調(diào)平，儀器接通電源，儀器功能選擇在“S2〞擋上，兩個(gè)光電門間距不小于30cm卡裝在導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌兩端裝上彈射器，滑行器裝上擋光片（如1cm一種），給氣軌通氣讓滑行器以一定的速度從導(dǎo)軌的左端向右端滑行，先后通過兩個(gè)光電門G1和G2，記時(shí)器就分別記錄下來擋光片通過兩個(gè)光電門的時(shí)間?t1和?t2。若?t1>?t2，滑行器通過G2的光電門時(shí)間短，說明滑行器運(yùn)動速度加快，導(dǎo)軌左高右低；若?t1

器一直在吸熱，故混合過程的初溫應(yīng)是與B點(diǎn)對應(yīng)的t1，此值高于投物時(shí)記錄下來的溫度。同理，水溫高于室溫后，量熱器向環(huán)境散熱，故混合后的最高溫度是C點(diǎn)對應(yīng)的溫度t2，此值也高于溫度計(jì)顯示的最高溫度。

在圖1-1中，吸熱用面積BOE表示，散熱用面積COF表示，當(dāng)兩面積相等時(shí)，說明試驗(yàn)過程中，對環(huán)境的吸熱與放熱相消。否則，試驗(yàn)將受環(huán)境影響。試驗(yàn)中，力求兩面積相等。三、試驗(yàn)儀器設(shè)備及材料

量熱器，溫度計(jì)，物理天平，秒表，加熱器，小量筒，待測物（金屬塊）。四、試驗(yàn)方案

1、用物理天平稱衡被測金屬塊的質(zhì)量m，然后將其吊在加熱器當(dāng)中的筒中加熱（直至水沸騰），并用溫度計(jì)測出室溫t室。

2、將量熱器內(nèi)筒擦清白，用天平稱出內(nèi)筒和攪拌器的質(zhì)量m1，然后向量熱器內(nèi)注入適量(約為其容積的

12～)低于室溫的冷水，稱得其質(zhì)量為m0+m1，從而求出水的質(zhì)量m0。23開始測水溫并記時(shí)間，每隔30s測一次，連續(xù)測6次。

3、將加熱的金屬塊迅速投放入量熱器中，立刻蓋好蓋，記錄下來物體放入量熱器的時(shí)間和溫度；進(jìn)行攪拌并觀測溫度計(jì)示值，每10s測一次水溫，直到溫度由最高均勻下降，再每隔30s測一次水溫，連續(xù)測6次為止。

4、用小量筒測出溫度計(jì)沒入水中的體積（試驗(yàn)中溫度計(jì)一定要沒入水中，但不能碰見金屬塊）。5、測出大氣壓強(qiáng)，查附表得到水的沸點(diǎn)，該溫度即為金屬塊加熱后的溫度t2。6、按圖1-1繪制t??圖，求出混合前的初溫t1和混合溫度?。

7、將上述各測定值代入式(2)求出被測物的比熱容及其標(biāo)準(zhǔn)偏差。比熱容的單位為J?kg?1??C?1。水的比熱容c0為4.187?103J?kg?1??C?1。量熱器(包括攪拌器)是鋁制的，其比熱容c1為

0.88?103J?kg?1??C?1。

1、量熱器中溫度計(jì)位置要適中，不要使它靠近放入的高溫物體，由于未混合好的局部溫度可能很高。2、t1的數(shù)值不宜于比室溫低的過多(控制在2～3℃左右即可)，由于溫度過低可能使量熱器附近的溫度降到露點(diǎn)，致使量熱器外側(cè)出現(xiàn)凝結(jié)水，而在溫度升高后這凝結(jié)水蒸發(fā)時(shí)將散失較多的熱量。

3、攪拌時(shí)不要過快，以防止有水濺出。五、考核形式

試驗(yàn)操作平均成績占30%，試驗(yàn)報(bào)告平均成績占30%，期末考試成績占40％。六、試驗(yàn)報(bào)告

1、試驗(yàn)預(yù)習(xí)：包括試驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅辉囼?yàn)內(nèi)容和原理；用到的試驗(yàn)器材；采用的試驗(yàn)方法，步驟和操作過程，并根據(jù)需要合理設(shè)計(jì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表格。

2、試驗(yàn)過程：實(shí)際試驗(yàn)中采用的試驗(yàn)方法，步驟和操作過程及本卷須知，試驗(yàn)現(xiàn)象和原始數(shù)據(jù)的記錄。3、數(shù)據(jù)處理和試驗(yàn)結(jié)論：試驗(yàn)數(shù)據(jù)的計(jì)算處理，分析以及試驗(yàn)結(jié)論等。

4、結(jié)果分析和試驗(yàn)結(jié)論：根據(jù)相關(guān)理論知識對所得到的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行解釋和分析，包括試驗(yàn)的結(jié)果是否與理論相吻合以及原因，試驗(yàn)后的心得體會和建議。

七、思考題

1、混合法的理論依據(jù)是什么？

2、量熱器中所放水的多少對試驗(yàn)有何影響？

3、分析本試驗(yàn)中哪些因素會引起系統(tǒng)誤差？測量時(shí)應(yīng)怎樣才能減小誤差。

試驗(yàn)二熱功當(dāng)量的測定

試驗(yàn)類型：驗(yàn)證型試驗(yàn)類別：基礎(chǔ)課試驗(yàn)學(xué)時(shí)：3所屬課程：大學(xué)物理

一、試驗(yàn)?zāi)康?/p>

1．用電熱法測量熱功當(dāng)量。

2．學(xué)會一種熱量散失的修正方法—修正終止溫度。二、試驗(yàn)要求

1、進(jìn)一步學(xué)習(xí)量熱器的使用。

2、把握電熱法測量熱功當(dāng)量的試驗(yàn)原理。

3、進(jìn)一步熟悉熱量散失的修正法——修正終止溫度。

BCFG圖2－1JHME??VAD?4、會正確連接試驗(yàn)電路，弄清電表的正負(fù)極與電源正負(fù)極的接法。

儀器裝置如圖2-1所示，M與B分別為量熱器的內(nèi)外兩個(gè)圓筒，C為絕緣墊圈，D為絕緣蓋，J為兩個(gè)銅金屬棒，用以引入加熱電流，F(xiàn)是繞在絕緣材料上的加熱電阻絲，G是攪拌器，H為溫度計(jì)，E為穩(wěn)壓電源。

1．電熱法測熱功當(dāng)量

強(qiáng)度為I安培的電流在t秒內(nèi)通過電熱絲，電熱絲兩端的電位差為U伏特。則電場力做功為W＝IUt（2－1）

這些功全部轉(zhuǎn)化為熱量，此熱量可以用量熱器來測量。設(shè)m1表示量熱器內(nèi)圓筒和攪拌器（一般質(zhì)料一致，否則應(yīng)分別考慮）的質(zhì)量，C1表示其比熱。m2表示電流引入銅金屬棒和電阻絲的質(zhì)量，C2表示其比熱。m3表示量熱器內(nèi)圓筒中水的質(zhì)量，C3表示水的比熱，V表示溫度計(jì)沉入水中的體積，T0和Tf表示量熱器內(nèi)圓筒及圓筒中水的初始溫度和終止溫度，那么量熱器內(nèi)圓筒及圓筒中的水等由導(dǎo)體發(fā)熱所得的熱量Q為

Q＝（m1C1＋m2C2＋m3C3＋1.9V）（Tf－T0）（2－2）所以，熱功當(dāng)量

J?W?QIUt焦耳/卡（2－3）

(m1C1?m2C2?m3C3?1.9V)(Tf?T0)J的標(biāo)準(zhǔn)值J0＝4.1868焦耳/卡。

2．散熱修正

假使試驗(yàn)是在系統(tǒng)（量熱器內(nèi)筒及筒中的水等）的溫度與環(huán)境的溫度平衡時(shí)，對電阻通電，那么系統(tǒng)加熱后的溫度就高于室溫θ。試驗(yàn)過程中將同時(shí)伴隨散熱作用，這樣，由溫度計(jì)讀出的終止溫度的數(shù)值T2必需比真正的終止溫度的數(shù)值Tf低。（即假設(shè)沒有散熱所應(yīng)達(dá)到的終溫為Tf）。為了修正這個(gè)溫度的誤差，試驗(yàn)時(shí)在

相等的時(shí)間間隔內(nèi)，記錄下來相對應(yīng)的溫度，然后以時(shí)間為橫坐標(biāo)，溫度為縱坐標(biāo)作圖，如圖2－2所示。圖中AB段表示通電以前系統(tǒng)與環(huán)境達(dá)到熱平衡后的穩(wěn)定階段，其穩(wěn)定溫度（即室溫）也就是系統(tǒng)的初溫T0，BC段表示在通電時(shí)間t內(nèi)，系統(tǒng)溫度的變化狀況。由于溫度的變化存在滯后的現(xiàn)象，因而斷電后系統(tǒng)的溫度還將略為上升，如CD段所示，T0ABtPt1t－2TfT2T(℃)ΔTFDECΔTt2t(分)DE段表示系統(tǒng)的自然冷卻過程。

圖2－2根據(jù)牛頓冷卻定律，當(dāng)系統(tǒng)的溫度T與環(huán)境的溫度θ相差不大時(shí)，由于散熱，系統(tǒng)的冷卻速率dTdt?K(T??)?FT?b（2－4）

即冷卻速率v?dT與系統(tǒng)的溫度T成線性關(guān)系。

dt當(dāng)系統(tǒng)自T0升溫到T2時(shí)，其冷卻速率相應(yīng)從0增大到v??T。所以在BD升溫過程中，系統(tǒng)的平均冷卻速

t2率v?1v?1?T，在此過程中由于散熱而使系統(tǒng)最終產(chǎn)生的誤差

22t22t2?T?vt1?t1?T

（2－5）

系統(tǒng)的真正終溫Tf?T2??T?T2?t1?T（2－6）

2t2數(shù)據(jù)處理時(shí)，還可用作圖的方法求Tf值。如圖(2—2)所示，將DE線段往左外延，再通過P點(diǎn)（t1/2點(diǎn)）作橫坐標(biāo)軸的垂線與DE的外延線交于F點(diǎn)，則F點(diǎn)對應(yīng)的溫度就是系統(tǒng)修正后的終止溫度Tf。

假使系統(tǒng)起始加熱的溫度T0不等于室溫，則由于開始時(shí)的溫度冷卻速率不為零，系統(tǒng)的溫度修正值不能用（2－5）式。從牛頓冷卻定律知，當(dāng)系統(tǒng)與環(huán)境的溫度相差不大時(shí)（小于15℃），其溫度冷卻速率與溫度差成正比。于是，可得開始加熱時(shí)的冷卻速率其中v0?T0??v，v為用溫度計(jì)測得系統(tǒng)的終止溫度T2時(shí)的冷卻速率，

T2??可從圖2－2求得（v??T）。所以在BD升溫過程中系統(tǒng)的平均冷卻速率

t2v?1(v0?v)?1(T0??v?v)?T0?T2?2?v

22T2??2(T2??)系統(tǒng)的真正終溫Tf?T2?vt1?T2?T0?T2?2?vt1

2(T2??)?T2?T0?T2?2??Tt1（2－7）

2(T2??)t2

三、試驗(yàn)儀器設(shè)備及材料

量熱器（附電熱絲），溫度計(jì)（0℃～50℃、0.1℃），電流表，電壓表，直流穩(wěn)壓電源，秒表，物理天平，可變電阻，開關(guān)，蒸餾水等。四、試驗(yàn)方案

1．用物理天平分別稱出量熱器內(nèi)圓筒和攪拌器m1,，電流引入金屬棒和電阻絲的質(zhì)量m3由試驗(yàn)室給出。測

量環(huán)境溫度θ，試驗(yàn)開始和終止時(shí)各測一次取平均值。

2．在量熱器的內(nèi)圓筒中裝上二分之一到三分之二容積的水；

3．按圖2－1接好電路，蓋好量熱器的蓋子，插上溫度計(jì)（浸入水中，又不可觸及電熱絲），開啟電源并調(diào)理直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓，用攪拌器緩慢攪動量熱器的內(nèi)圓筒中的水，使內(nèi)圓筒中的水溫每分鐘升高1.5℃左右。記錄下來電表測得的電流及電壓（電流不可超過3A）；

4．?dāng)嚅_電源，量熱器的內(nèi)圓筒中的溫水替換為同量、溫度為室溫的蒸餾水。用物理天平稱量量熱器內(nèi)圓筒中蒸餾水的質(zhì)量m2；

5．待量熱器內(nèi)水的溫度穩(wěn)定后（略高于環(huán)境溫度），記錄下數(shù)值，此時(shí)的溫度為初始溫度T0。合上電源開關(guān)，使電路通電，同時(shí)，用秒表開始計(jì)時(shí)，每隔一分鐘分別記一次溫度計(jì)、安培表及伏特表的讀數(shù)（亦可每隔20秒依次對上述三個(gè)量進(jìn)行一次讀數(shù)，然后周而復(fù)始）。試驗(yàn)過程中必需連續(xù)緩慢攪動量熱器的內(nèi)圓筒中的水，以使溫度均勻，直到溫度超過初始溫度約12℃，再斷開電源。記錄下來實(shí)際通電的時(shí)間t，斷電后系統(tǒng)溫度還會略為升高，故必需細(xì)心觀測并記錄下來系統(tǒng)的終止溫度T2及其經(jīng)歷的時(shí)間t1。以后繼續(xù)攪拌，并每隔一分鐘記錄一次讀數(shù)，直到溫度下降1oC左右，以獲得自然冷卻數(shù)據(jù)（至少記錄6次）。

6．用小量筒估計(jì)溫度計(jì)浸入水中的體積V；

1．溫度計(jì)要浸入水中，但又不能觸及電熱絲，注意攪拌器、涼熱墻壁和電阻絲不要短路。2．電路接好后，須經(jīng)指導(dǎo)教師檢查無誤后，才能接通電源，注意電表的正負(fù)極性不要接反。3．只有當(dāng)電熱絲浸入在水中才能通電，否則，銅棒和電熱絲可能會被燒壞。

4．通電后每隔一定時(shí)間記錄下來導(dǎo)體溫度，斷電后繼續(xù)連續(xù)記溫，到導(dǎo)體自然冷卻一段時(shí)間后再中止。五、考核形式

試驗(yàn)操作平均成績占30%，試驗(yàn)報(bào)告平均成績占30%，期末考試成績占40％。六、試驗(yàn)報(bào)告

1、試驗(yàn)預(yù)習(xí)：包括試驗(yàn)?zāi)康暮鸵?；試?yàn)內(nèi)容和原理；用到的試驗(yàn)器材；采用的試驗(yàn)方法，步驟和操作過程，并根據(jù)需要合理設(shè)計(jì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表格。

2、試驗(yàn)過程：實(shí)際試驗(yàn)中采用的試驗(yàn)方法，步驟和操作過程及本卷須知，試驗(yàn)現(xiàn)象和原始數(shù)據(jù)的記錄。3、數(shù)據(jù)處理和試驗(yàn)結(jié)論：試驗(yàn)數(shù)據(jù)的計(jì)算處理，分析以及試驗(yàn)結(jié)論等。

4、結(jié)果分析和試驗(yàn)結(jié)論：根據(jù)相關(guān)理論知識對所得到的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行解釋和分析，包括試驗(yàn)的結(jié)果是否與理論相吻合以及原因，試驗(yàn)后的心得體會和建議。七、思考題

1．切斷電源后，水溫還會上升少許，然后才開始下降，記錄T2、t1及用作圖的方法求出Tf時(shí)，如何處理為正確？

2．為什么要限制加熱的溫升速率？過大或過小的溫升速率對試驗(yàn)結(jié)果有什么影響？

電磁學(xué)部分

試驗(yàn)