資料內容僅供您學習參考，如有不當之處，請聯系改正或者刪除。大學物理實驗指導書(電子版)上海海運學院.05目錄緒論┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅3實驗數據的處理方法┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅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.線膨脹系數測定┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅18實驗六.常見電學儀器的使用┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅-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,中國物學家錢三強就指出:今天的科學技術發展能夠概括為”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,不但是工藝和設計程序的傳授而應把重點放在創造精神和研究能力的培養上。為此,必須注意和加強學生實驗技能的培養和訓練。加強實驗技能的培養,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,可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:對學生進行實驗基本知識、方法、技能技巧方面的培養的訓練。要求學生掌握一些常見物理量的測量方法,基本上具備觀察現象測量數據。處理和分析結果到完整地寫出實驗報告的能力。在實驗中經過自己動手、觀察、測量、分析、更深入理解物理理論。培養嚴肅認真、實事求是的科學作風和愛護國家財產、遵守紀律的優良品德。二．測量與誤差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。誤差按其產生原因與性質分為兩類:系統誤差產生系統誤差的主要原因:儀器、測量方法和計算方法的不完善。偶然誤差產生偶然誤差的主要原因:人的感覺器官的限制及實驗環境等干擾。偶然誤差的出現服從統計規律,因此經過多次測量求平均值的方法能夠減小偶然誤差。粗大誤差明顯超出規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:統計分析方法評定,記作;B類不確定度:非統計分析方法評定,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則合成,常見公式。3．直接測量結果的不確定度計算①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:②求標準偏差貝塞爾公式③A類不確定度(系數查書本第六頁表1)注:測量次數6到10次時④B類不確定度(查書本第七頁表2)⑤合成不確定度⑥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。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．有效數字及其運算什么叫有效數字?在測量和計算時,正確而有效地表示測量和運算結果的數字,稱為有效數字。它由若干位可靠數加一位估計數構成。處理有效數字時應注意幾點:凡數字后面的”0”是有效數字;在數字前面的”0”不是有效數字;有效數字與小數點位置無關。運算規則加減法只保留一位可疑數字;乘除法以最少有效數字位數為標準;不確定度的有效數字只取一位。計算結果的表示要求:(保留一位有效數字,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,數據數據寫在預習前空白頁,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:實驗名稱。2.目的要求.。3.簡單原理。步驟。5.使用器材。6.記錄和計算。誤差討論和分析其中1,2,3,4為預習內容五．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實驗數據的處理方法在物理實驗中,選擇好的數據處理方法十分重要。常見的有圖示法,圖解法,逐差法等。圖示法任意兩個物理量之間的關系即可從用一個解析函數表示,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:作圖必須用毫米方格紙。確定坐標⑴確定縱坐標和橫坐標分別表示哪個物理量,一般以橫坐標為自變量,縱坐標為因變量并劃兩條粗線表示縱軸和橫軸。⑵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的有效字位數要能表示出估讀位。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。一般取1:1,1:2,1:5的比例。使圖線占據圖紙的大部分,不要偏于一角或一邊,能夠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,以便調整圖線的大小和位置。畫實驗點及描繪曲線⑴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一符號。⑵聯線穿過所有實驗點畫出的代表曲線,畫點聯線應注意兩點:用削尖的硬鉛筆用透明的直尺或曲線板⑶寫圖名在圖紙上端空曠位置寫出實驗名稱、圖紙名稱。圖解法由實驗求得兩物理量的關系曲線后,利用此曲線能夠求得第三個物理量,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,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。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驗公式了。舉例:如根據歐姆定律:V=RI,根據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見的數據處理方法之一。逐差法就是把實驗測量數據逐項相減,或分成高、低兩組對應項相減。例如測得八組數據。用逐差法能夠得到這樣處理了以充分利用數據,保持了多次測量的優點。

實驗一長度的測量目的要求學習誤差及有效數字的基本知識掌握游標原理,學會正確使用游標卡尺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見的長度測量儀器是游標卡尺,螺旋測微器(千分尺),一般見量程和分度值表示這些儀器的規格。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,規格性能,讀數原理,使用方法及維護知識等。游標卡尺①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。②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(一般為),游標的最小分度值為,則,,就稱為游標的精度值,常見的有,兩種。③測量用鉗口或刀口卡住物體,進行讀數。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,螺旋柄上的刻度轉過一分格,這就是所謂機械放大原理。讀數時,從固定標尺上讀出鑒格數(每格0.5mm),0.5mm以下的讀數則由螺旋柄園周上的刻度讀出,估讀到0.001MM使用時先要記錄初讀數。三.實驗內容:用游標卡尺測薄片尺寸(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,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挪動。2.使用螺旋測徑器,記錄零點讀數,并對測量數據作另點修正,螺旋測徑器的另點能夠調整,可見儀器說明書。3.記錄另點及將待測物體夾緊測量時,應輕輕轉動棘輪旋柄推進螺桿,不要直接擰轉螺桿,以免夾得太緊,影響測量結果及損壞儀器,只要聽到在轉動小棘輪時發出喀喀的聲音,就不要再推進螺桿而能夠進行讀數了。圖1-1五.參考數據: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)=146.04mmL=L±UL=146.0±0.1(mm)面積S=ab-ch=3=935()2．初讀數0.001mm次數項目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:次數項目123456平均外徑D121.0021.0220.9620.9821.0021.0221.00內徑D28.028.007.967.988.008.028.00高H30.1030.1430.1230.1630.1430.1230.13D1=21.00±0.03mmD2=8.00±0.03mmH=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據。二．原理任何物體在外力作用下都要發生形變,根據虎克定律:(2-1)式中比例系數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,在望遠鏡中讀到標尺讀數,當鋼絲受力伸長時帶動光杠桿反射鏡后足尖下降,鏡面發現轉動一個微小角度,這時在望遠鏡讀數為,為放大后鋼絲伸長量,因為角度微小圖2-1若很小,得因此:式中S鋼絲橫截面積,N小鏡偏轉前后的讀數差,b光桿桿常數,D為兩次反射鏡面與標尺的距離。三．光路調節:1、將光杠桿前兩足尖放在平臺槽內,后尖放在圓形托盤上,并使平面鏡與平臺面積本垂直。2、調節望遠鏡高度,使其與光杠桿基本處于等高位置。3、調節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、按下數顯屏的”開關”鍵,顯示屏顯示”０００”2、將數據拉力從某一負載開始,先測加載過程,每間隔2Kg記錄8個數據。隔1-2分后,每減少2Kg記錄一次讀數,記入表格中。３、測量完畢后調節液壓調節螺桿到最外端,使顯示屏顯示”０００”后關閉電源。４、用鋼卷尺測出二次反射鏡面到標尺距離Ｄ。５、用螺旋測微計測出鋼絲直徑ｄ。６、取下光桿桿,在白紙上印出三個點,測高ｂ。７、用鋼卷尺測量鋼絲長度。五．參考數據1、標尺讀數記錄次數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-Pi0853.653.453.512.811056.456.656.512.321259.159.259.212.631463.163.463.212.641666.366.366.351868.968.768.862071.971.871.872275.875.875.8

2、鋼絲直徑d千分尺的儀器誤差取0.004mm初讀數0.003mm次數12345平均d(cm)0.07950.07930.07940.07920.07960.07943、其它數據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的預拉力。2、對于鋼絲在加外力后,要經過一段時間才能達到穩定的伸長量,這種現象稱為滯后效應,這段時間稱為馳豫時間。為此每次加力后應等到顯示器數據穩定后再進行測量讀數。3、本實驗所用的數字測力秤的誤差為。實驗三扭擺法測定物體轉動慣量轉動慣量是剛體轉動時慣性大小的量度,是表明剛體特性的一個物理量。剛體轉動慣量除了與物體的質量有關,還與轉軸的位置和質量分布(即形狀、大小和密度分布)有關。如果剛體形狀簡單,且質量分布均勻,能夠直接計算出它繞特定轉軸的轉動慣量。對于形狀復雜,質量分布不均勻的剛體,計算將極為復雜,一般采用實驗方法來測定,例如機械部件,電動機轉子和槍炮的彈丸等。轉動慣量的測量,一般都是使剛體以一定形式運動,經過表征這種運動特征的物理量與轉動慣量的關系,進行轉換測量。本實驗使物體作扭轉擺動,由擺動周期及其其它參數的測定計算出物體的轉動慣量。一.實驗目的1．熟悉扭擺的構造,使用方法,掌握數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,用以產生恢復力矩。在軸的上方能夠裝上各種待測物體。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轉過一角度θ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運動。根據虎克定律,彈簧受扭轉而產生的恢復力矩M與所轉過的角度成正比,即 (3-1)式中,K為彈簧的扭轉常數。根據轉動定律式中,I為物體繞轉軸的轉動慣量,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＝＝－＝－ω2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(ωt＋φ)式中,A為諧振動的角振幅,Φ為初相位角,ω為角速度。此諧振動的周期為T＝＝2(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。若儀器的彈簧扭轉常數K為已知值,則可算出物體的轉動慣量: (3-4)實驗中可用一個幾何形狀有規則的物體,它的轉動慣量能夠根據它的質量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動軸的轉動慣量。理論分析證明,若質量為的物體繞經過質心軸的轉動慣量為,當轉軸平行移動距離時,則此物體對新軸線的轉動慣量變為。這稱為轉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動慣量理論值作為已知求值,圓柱的轉動慣量為(3-5)圓柱與盤的轉動量實驗值為(3-6)盤的轉動慣量實驗值為(3-7)柱的轉動慣量實驗值為(3-8)由(5)、(6)、(7)、(8)可得(3-9)于是(9)就能夠作為值的測量式。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,金屬圓筒的內徑、外徑、球體直徑,滑塊的內徑、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．調節扭擺基座底腳螺絲,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.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(此時滑塊質心離轉軸的距離分別為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量。四．參考數據測量各種形狀物體的轉動慣量 單位:10-2次數項目123平均塑料圓柱體外徑D柱10.01810.01610.01410.016金屬圓筒內徑D內9.3549.3549.3549.354金屬圓筒外徑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滑塊內徑d內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8.5617.2014.1213.8523.29周期T(S)0.8561.7201.4121.3852.329質量:712.5克,713.0克,1171.1克,132.6克,239.9克物體名稱轉動慣量理論值(X10-4kgm2)轉動慣量實驗值(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14.830＝15.031%金屬細桿＝40.82＝40.880.1%二滑塊的質心繞轉軸的轉動慣量理論值I滑塊=2[m滑()+m滑]=0.8138X10-2kgm2其中:d外為滑塊的外徑,d內為滑塊的內徑,L1為滑塊的長度。驗證轉動慣量平行軸定理: 滑塊質心離轉軸距離x(10-2m5.0010.0015.0020.0025.005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(10-2kgm2)0.53810.89711.4952.3373.412理論值I=I細桿＋2m滑x2＋I(10-2kgm2)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:怎樣測量不規則物體的轉動慣量?答:先用已知的轉動慣量測出裝置的K值,然后設計一個能使該物體能以要測的轉動慣量的軸轉旋轉的裝置,按實驗介紹測量其轉動慣量,最后將該不規則物體固定于裝置上,測出兩者復合轉動慣量,再求出該物體的轉動慣量。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變化及基本物理規律;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,它是一個重要的物理量,經常出現在熱力學方程中。如圖4-1所示,實驗時先關閉放氣閥,將原處于環境大氣壓強,室溫的氣體送入儲氣瓶。這時關閉充氣閥,取瓶內一部分氣體為研究對象,這部分企圖狀態為。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,這時瓶內氣體狀態為,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。絕熱膨脹過程:I到II狀態,有(4-1)圖4-1P-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勻穩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)計算比熱容比數值。四、參考數據:()(mV)(mV)(mV)(mV)()()1.0121114.51517.028.81516.61.06941.02651.345116．71525.829.81525.41.07041.02701.353117.31506.234.71505.81.07081.02941.432118.01511.428.91511.01.07111.02661.304 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．實驗要求環境溫度基本不變,如發生環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。實驗五線膨脹系數測定一、實驗目的1．測定鐵、銅、鋁棒的線膨脹系數;2．測量其它固體物質的線膨脹系數;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生變化溫度附近出現線膨脹的突變現象;5．掌握使用千分表和溫度控制儀的操作方法。二、實驗原理物質在一定溫度內,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,它的長度將發生變化。固態物質當溫度改變時,其長度變化與在時的比值,成為該物質的線膨脹系數。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不是一個常數,只是在某一溫度區域內近似與常數。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．旋轉千分表固定架螺栓,轉動固定架致使被測樣品能插入紫銅管內,再插入低導熱體,用力壓緊后轉動固定架,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,而且扭緊螺栓,不試千分表轉動,再向前移動固定架,使千分表讀數在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,再轉動千分表圓盤讀數為零。4．接通溫控儀的電源,設定需加熱的數值,一般可分別增加溫度為,,,,,。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,為了計算方便,達到下一個設定值時,也要記錄千分表讀數6．換不同金屬樣品,分別測量并計算各自的線膨脹系數。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,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(讀數在處較為適宜,然后在轉動表殼校零);(4)被測物體與千分表探頭需保持在同一直線。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)面包電源接通數字顯示為FdHc表示該公司產品符號,A**.*表示當時傳感器溫度,b==.=表示等待設定溫度。(2)按升溫鍵,數字由零逐漸增大至所需的設定值,最高可選80度。(3)如果數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。實驗六常見電學儀器的使用一．實驗目的1．了解電路的組成和各部分的作用;2．掌握常見電學儀表的性能、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．常見電學儀器介紹一般用電線路中,一般總是由電源、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。電源電源是把其它形式能量轉換成電能、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。常見的交流電有380V和220V兩種,頻率為50Hz。直流電源:用符號”DC”或”—”表示直流電。常見的直流電有干電池,蓄電池和晶體管穩壓電源等。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源。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。下面介紹常見的兩種可變電阻。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．旋轉式電阻箱實驗室常見的ZX21型直流電阻箱的面板如圖6-3(a),其內部是若干個采用錳銅合金線繞成的具有高穩定的固定電阻元件,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6-3ZX21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等數字,靠旋鈕邊緣的面板上刻有箭頭,并有×0.1、×1、×10、…等字樣,這些數字為倍率。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%磁電式儀表磁電式儀表測量的是偏轉角度,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,實現比較測量。1．直流檢流計或將被測的量進行某種變換后才能實現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經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:即檢流計指針在標度尺上偏轉1小格所代表的電流值。(2)內阻:檢流計內部的電阻。(3)使檢流計指針以最短的時間穩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低電阻,電表的零分度線在標度盤的最左端。3.直流電壓表一般在電流表上串聯分壓電阻就構成了電壓表。直流電流表、電壓表的主要參數:(１)量程:即滿刻度電流或電壓值。(２)內阻:一般電流表內阻非常小,以減小電流表的電壓降,電壓表的內阻非常大,以避免對電路產生分流作用。(３)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Ｋ級的電表簡稱為Ｋ級電表,其測量最大誤差允許為:(為所用電表的量程)表２常見電學儀表的符號介紹注意事項:(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零調節器,使指針指零,成為機械調零。(2)讀數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據。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,經同意后接通電源進行實驗。4．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,歸整測的實驗數據后,先斷開電源。用理論知識判斷數據是否正確,確認后才能拆線。用安培表和伏特表測定電阻根據歐姆定律,如果測得了經過電阻的電流強度和兩端的電壓,即可利用求出阻值。常見測量電路有兩種,如圖6-4和圖6-5所示。對于一定的阻值選用適當的電路測量。圖6-4內接法圖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,經教師檢查無誤后通電。2．調節穩壓電源使輸出電壓E為10~11伏,調節滑線變阻器,使電流表和電壓表有適當的讀數,逐次記錄下相應的電流值和電壓值。為了作圖方便,電壓應取等間隔的整數值。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關系的參量(加溫度)的比較式儀器,它是經過被測電阻與標準電阻進行比較而獲得最后測量結果的。惠斯登電橋由四個電阻臂串聯成一個封閉器邊形,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,總能夠使檢流計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。惠斯登電橋用于測量中值電阻(1—10),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: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k,再按上滑動接能點C,觀察檢流計偏轉方向。(3)調節電阻箱R為一任意數值,若為200,按步驟(2)觀察檢流計偏轉方向,若二次檢流計指針偏轉方向相反,則電阻的值應較0歐姆為大,較200歐姆為小。(4)用同樣的方法繼續調節R,使檢流計指針不偏轉為止,然后把保護電阻調至0,再調節滑動接能點,使檢流計指針不再有偏轉為止,記錄R,之值,即可算出。(5)對調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、并聯值。(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,被測電阻接到兩接線柱上,適當調節此比例臂與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,得出之值四.參考數據⒈滑線式惠斯登電橋測量未知電阻(對調前)(對調后)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見電學儀器中有關旋轉式電阻箱的講述。⒉箱式惠斯登電橋測量未知電阻比例臂10.1528.9528.91250625060.1420.6420.6實驗八電位差計測電動勢一.目的要求:研究電位差計的原理、滑淺式電位差計的構造成。用電位差計測定電池的電動勢。應用電位差計校準伏將計的讀數。二.原理:直流電位差計是當前電工儀表檢修中不可缺少的標準儀器,它的優點是能夠測量一般電工儀表揚不能測量的微小電勢,從幾微伏到幾伏。而且損耗被測電勢的能量極小,因此,在測量時,不會使被測電動勢失去原來的數值。如果配以一定的標準附件,如標準電阻,分壓箱米,還能夠測量電流,較高的電壓、電功率、電阻等等,用途較廣。線路原理(見實驗講義)二、實驗方法:(1)取50.93cm,那時雙刀雙擲開關打向。調節R,使檢流計無偏轉,些時伏/cm,(2)開關倒向,調節,些時檢流計無偏轉,記下的長度,0.02(3)校準伏特計讀數,按圖將分壓器線路接好,將板向電壓表處,用電位差計測量的電壓值校正伏特計上的讀數,調節滑線變阻器R使伏特計的讀數分別0.250V,0.500V,0.750V,1.000V,1.250V,1.500V等約為6個數據,同時用電位差計測出各相應的伏特數。三.實驗故障排除(1)檢流計指針一直往一邊偏轉,應檢查電源是否打開,電源正負與標準電池正負相接無誤,或標準電池接線不佳。(2)輔助電源E用勁V,不得取任意值。輔助電源的電壓值與電阻系AB、限變變阻器R阻值(此實驗中采用110)相匹配使電阻絲統每厘米上的電壓降為0.02V。四.注意事項:(1)電位差計直接讀數法的調整,要注意電源電壓E(輔助電源)線變阻器值和木板報式電位差計阻值的配合,使在50.93處電阻系上的電壓降能調節1.0186V,即E必須大于2V。(2)注意E、E、E正極必須與正極相接,負極與負極相接,如正負極接反,電位差計算無法處于平衡位置。(3)指針式檢流計前必須串聯保護電阻,(用可調電阻箱、電位器或固定電阻10K左右都可)。(4)測量E的值須根據理論上的計算大致范圍內去測量,不要盲目的在電阻絲上找取數值。(5)圖-2中因分壓器R阻值較大,(為2.6)E為干電池(1.5V),因此,E處沒有加開關,這樣盡管線路一直接通,但耗電量還是較小的。(6)調節R使電阻絲上每cm上電壓降為0.2伏后,一般情況下不須再調節,如測量時間過長或線路有所變動時,仍需再調節,使線路何持標準化狀態。五.參考數據:cmcm伏特表讀數(V)電位差計長度讀數電位差計電壓讀數電位差計讀數—伏特表讀數(V)0.25012.450.2490-0.0010.50024.980.499600.75037.400.7480-0.0021.00049.950.9990-0.0011.25062.391.248-0.0021.50073.981.477-0.003用毫米方格紙作圖,橫坐標為伏特表讀數,縱坐標為電位差計讀數-伏特表讀數。 實驗九電表改裝微安表只允許經過微小的電流,一般只能測量很小的電流和電壓,如果要用它來測量較大的電流或電壓,就必須進行改裝以擴大其量限,經過改裝的微安表具有測量較大的電流、電壓和電阻等多種用途。若在表內再配以將交流變直流的整流電路,則它還能夠測量交流電壓等有關量。一.原理(一)、分流法擴大直流電流表的量程分流電阻與表頭內阻及擴大倍率的關系:(9-1)式中,為表頭內阻,為量程擴大倍數。(二)、分壓法把電流表改裝成電壓表分壓電阻與改裝表的量程V,電流表量程I0和表頭內阻的關系:(9-2)式中:V———改裝后電壓量程;I0———改裝前電流表的量程;———改裝前電流表內阻。二.實驗步驟:圖9-1電流表擴大量程圖9-2電流表改裝成電壓表1.將0—100μA電流表改裝成0—1000μA電流表(1).查電流表身上的電流表內阻(2).利用(9-1)式計算并聯電阻(3).用一個電阻箱作為并聯電阻,然后并聯在0—100μA電流表,組成一個0—1000μA電流表(4).按圖9-3接線,用一個0—1000μA電流表校正改裝的0—1000μA電流表2.將以改裝好的0—1000μA電流表改裝成0—10V電壓表(1).計算以改裝好的0—1000μA電流表內阻(2).利用9—2式計算分壓電阻的值(3).用一個電阻箱作為,然后將其串接在0—1000μA電流表上,組成一個0—10V電壓表(4).按圖9—4接線,用一只0—10V電壓表校正改裝的電壓表三．本實驗的參考數據1.改裝的0—1000μA電流表的校正數據(單位μA)改裝表讀數01002003004005006007008009001000標準表讀數0102201304398497602698803901998誤差0214-2-32-231-2=標準表讀數—改裝表讀數改裝的0—10V電壓表的校正數據(單位V)改裝表讀數01.002.003.004.005.006.007.008.009.0010.00標準表讀數01.021.983.043.984.966.026.978.038.989.98誤差00.02-0.020.04-0.02-0.040.02-0.030.03-0.02-0.02=標準表讀數—改裝表讀數作圖:以縱坐標表示誤差,橫坐標表示改裝表讀數,選用適當的坐標,分別作出改裝0—1000μA電流表和0—10V電壓表校正曲線。實驗十示波器的使用一．實驗目的1．了解示波器的結構及觀察穩定波形的原理;2．掌握示波器、信號發生器的使用方法;3．學會用示波器觀察各種電壓波形并在示波器上測量它們的電壓和周期;4．學會用示波器觀察李薩如圖形和用李薩如圖形方法測量正弦波信號的頻率。二．實驗原理示波器線路結構一般如圖10—1所示:圖10—1示波器的原理方框圖⒈輸入電路:直流訊號直接輸入,交流訊號經隔直流電容輸入。⒉衰減器:采用Rc衰減網絡,如圖⑴Rc分壓線路衰減器,當時則分壓即衰減比與頻率無關。⒊增幅器:y軸交流增幅比x軸交流增幅大。增幅器采用單端輸入雙端輸出差動放大器,減小零點漂移和電源電壓波動對電路的影響,為了增大輸入阻抗,在晶體管示波器中常見場效應管源極跟隨器作為第一級。另外還采用各種形式的負反饋,以減小訊號放大過程的失真和提高放大器的穩定性。⒋掃描發生器:以雙穩態電路作為控制電路的閘門,對電容器進行充放電,產生鋸齒波掃描電壓,為了鋸齒波電壓準確,均采用恒流源充電,并使放電時間縮短,在晶體管示波器中還增設了消影脈沖訊號,以消除放電時間(回掃時間)對示波動果的影響。⒌整步及觸發增幅器:將外接輸入及本機y軸增幅來的整步或觸發信號進行放大,作為對掃描發生器中雙穩電路的觸發訊號,以整步鋸齒波,y軸增幅來的信號幅度已較大,一般減少用一級放大。⒍標準訊號源:SB-14型采用市電50周訊號,而晶體管SB-05型則設置多諧振蕩器產生一個對稱方波,訊號均從y軸增幅前輸入。⒎高低壓電源:SB-14型采用變壓器對市電直接升、降壓獲得,高壓電源部分只經整流、濾波、低壓部分則另加穩壓;SB-05型的低壓電源部分同SB-14型方式,高壓部分則采用直流變換的方波,再用變壓器升壓而得,8示波管。示波管采用靜電聚焦,靜電偏轉,平面屏的陰極射線管。示波管的基本結構如圖:圖10—2示波管的結構示意圖電子槍產生具有一定速度與良好聚焦的細子束,經過偏轉極上信號電壓的作用而在空間發生偏轉以后轟擊熒光屏,并在其上顯示電信號隨時變化的形狀。電子槍:可分為發射系統與聚焦系統兩部分:發射系統由燈絲、陰極、調制極和第一陽極組成,它們任務是產生強度足夠大而且能夠調節的電子流。燈絲加熱陰極,使其發射大量的電子,第一陽極的高電位促使電子定向運動,控制極控制電子的數目。聚焦系統:由控制極一第一陽極的預聚焦透鏡和第二。第一陽極的主聚焦透鏡組成,每一電子透鏡的低壓空間是會聚的,高壓間是發散的,但由于電子在低壓空間的速度較小,偏轉效果大,因此總的效果是會聚的。偏轉系統:為兩對相互垂直的平行極,高速運動的電子進入平行極后,在極的電場。在超高頻示波器中,示波管結構上必須減小偏轉板間的電容和電子束經過偏轉板的時間,因此把偏精板的尺寸適當減小,特別是減小其長度,或改用行波示波管。熒光屏:在固體中加入少許激活劑,如用錳作為激活劑的硅酸鋅制成的熒光粉涂在示波管平面屏上,當高速電子轟擊這些固體時,固體的原子中外層電子激發到高能態上去,當其回到低能態時便發出光,示波器中一般采用中余輝熒光粉。⒏示波管的控制電路:所有電極電壓基本上均從分壓電阻取得,除控制極電位比陰極低以外:陰極-第一陽極-第二陽級-(第三陽極)電位逐步升高,使電子逐步加速,而且往往使第二陽極電位接近或等于零電位,控制極電壓,控制電子束電流的大小,即亮度調節,第一陽極的電壓即調節了聚焦。移位電位器兩端有相等的正負電壓,滑動其接觸點就會在偏轉極上加以正或負的附加直流電壓使電子束偏轉,光點位置改變,為了消除調節聚焦時對亮度的影響,常在控制極和第一陽極間加一個加速極,其電位與第二陽極相同。三.實驗步驟⒈面板上旋鈕的作用:⑴輝度:即亮度,調示波管控制極電位,控制電子流的強度。⑵聚焦:即亮點的大小,調節一陽極電位,改變電子透鏡的聚焦能力。⑶移位:(x軸,y軸各一個),亮點在屏上的位置,給偏轉板一個附加直流電壓(可為0),使電子束經偏轉板后預先偏轉一定量,使亮點出現在屏上的某一需要的位置上。⑷輸入(x軸、y軸交流、y軸直流),外來訊號輸入y軸分交直流兩種訊號輸入端,訊號應為電壓訊號,若為電流或其它訊號應予轉換后方可輸入,如電流訊號可在線路中串一小電阻,取電阻上的電壓降作為訊號輸入示波器。⑸衰減(x軸、y軸衰減兩旋鈕中的1、10、100檔),當外訊號過強時為了使示波器能正常工作,而將外來訊號衰減速,1、10、100表示衰減后的訊號為輸入訊號的1、1/10、1/100,Y軸衰減速中的”50~”表示機內已從市電中取50周訊號從Y軸輸入。⑹增輻(X軸、Y軸),外來訊號太小時,予以放大到一定值,使訊號電壓增大,另外,由于衰減旋鈕只能成10,成100的衰減,而本旋鈕則連續可調,因此這兩旋鈕相互配合可給予外來訊號以適當的放大(或衰減)以滿足偏轉電壓的需要。⑺整步輸入和X軸衰減中的連續和觸發:均為整步訊號輸入端,X軸衰減中的連續表示采用Y軸輸入訊號對機內的掃描鋸齒波進行整步,此時整步選擇應選”內”,當整步選擇選”外”時,應有外訊號從整步輸入端輸入,當外整步電壓輻度不夠時,用”整少增幅”予以放大。⑻掃描范圍和掃描微調:均是調節掃描鋸齒波的頻率,(掃描微調連續可調),使掃描鋸齒波與Y軸輸入的外訊號整步(同步)。⒉使用實例:⑴檢驗示波器:Y軸移位,X軸移位,輝度,聚焦適中,X軸增輻,Y軸增輻(以下略)Y軸衰減-50～;整步選擇-內;掃描范圍100;X軸衰減-連續;調掃描微調,使顯示穩定,50周正弦波,說明,示波器主機工作正常。(2)觀察波形a.打開信號發生器電源,信號發生器的電壓輸出于示波器Y軸相連,”AC⊥TC”符號置ＡＣ檔。ｂ．適當調節靈敏度開關、掃描速度開關,以及她們的微調旋鈕,調節出發點平ＬＥＶＥＬ旋鈕,使屏幕上顯示合適大小的穩定正弦波、方波、三角波等波形。ｃ．考慮信號發生器的信號電壓幅度和頻率變大變小時,Ｖ／Ｄｉｖ開關、ｔ／Ｄｉｖ開關如何相應改變。(3)李薩如圖形觀察:Y軸衰減-50～(當采用外正弦波從Y軸交流輸入時,用1-100檔)外正弦波訊號從X軸輸入,X軸衰減,1-100檔。根據李薩如圖形可估計出外來訊號的頻率,圖形翻滾時不是整數式中為圖形與Y軸的切點數為圖形與X軸的切點數四.參考數據表1待測信號的波形V/div檔級0.5V0.5V0.5VH(div)20.820.220.4UP-P(V)2.42.12.2t/div檔級1ms1ms1msL(div)20.420.420.4周期T(md)4.24.24.2頻率f(Hz)238.1238.1238.1表2李薩如圖形12311112頻率比1:11:21:32:150.125.016.6100.050.050.050.050.0實驗十一等厚干涉的應用一.目的⒈了解牛頓環等厚干涉原理和觀察方法;⒉理解用牛頓環測量透鏡的曲率半徑的方法;⒊掌握讀數顯微鏡的使用;=4\*GB1⒋學習用逐差法處理數據;=5\*GB1⒌理解用劈尖測薄片厚度的方法。二.原理1．牛頓環儀是將一塊曲率半徑較大的平凸玻璃透鏡,以其凸面放在一塊光學平玻璃片上構成的。平凸透鏡的凸面與玻璃片之間的空氣厚度從中心接觸到邊緣逐漸增加,若以平行單色光垂直照射到牛頓環儀上,則經空氣層上、下二表面反射的二束光就有一光程差,它們在平凸透鏡的凸面相遇后,將發生干涉,當我們用顯微鏡來觀察時,便能夠清楚地看到中心是小暗圓斑,而周圍是許多明暗相間,間隔逐漸減小的同心圓環,稱為等厚干涉條紋,又叫牛頓環。若已知二條反射光的光程差為根據光的干涉條件,當光程差為波長的整數倍時,則兩束光相互加強而成明條紋;光程差為半波長的奇數倍時,相互減弱而成暗條紋,對于球面透鏡,干涉條紋是圓環。實驗中考慮干涉條紋中的暗環,則有(K=0、1、2……)由上式表明,當K越大,相鄰兩圈的半徑差越小,在牛頓環中心接觸點O處是暗斑。實際上我們并不能直接用上式,這是因為第一,當把平玻璃板疊在透鏡上時,在接觸點引起明顯的表面形變,故其附近圓環的直徑不能按此式計算;第二,或許因為平玻璃片上有灰塵,”接觸點”實際上有間隙,這時就不能確定其環的級數,為了消除這樣引起的系統誤差,所得的結果將比較準確。設第m環直徑為dm,第n環直徑為dn,則或式中dm、dn分別為第m環及第n環的直徑。由此可見為計算λ或R,只需知道所數過的圓環數目(m-n)就能夠了,m或n的真正數值不必知道,這種消除起始點(本實驗為中心暗點)誤差的處理數據的方法,稱為逐差法,是實驗中常見的一種方法。2．劈尖如圖11-2所示,將待測細絲或薄片放在兩塊平行平面玻璃板俄一端,在兩板間形成一個劈尖形空氣薄層。由于劈尖上下表面均為平面,因此干涉圖樣為一組等間距的直線狀等厚干涉條紋。設單色光的波長為,細絲直徑為,則有公式(k為空氣薄膜厚度為處所對應的干涉條紋級數)。三.步驟(1)用牛頓環側曲率半徑1.打開鈉光燈開關,讓其點燃。2.將調整好的牛頓環裝置放在讀數顯微鏡物臺上,在牛頓環裝置的上方放一平玻片。3.把讀數顯微鏡面對光源,調節玻片與水平成45度角,讓光線入射到玻片上,垂直反射到牛頓環后再射回,透過玻片進入顯微鏡內。4.眼睛對準顯微鏡,觀察牛頓環,先調玻片是在顯微鏡中看到黃光,再調顯微鏡焦距及牛頓環位置,直到看到清晰的干涉條紋。5.調節顯微鏡的十字叉絲,使目鏡中一條叉絲平行于顯微鏡主光軸,另一叉絲與牛頓環相切。6.調節顯微鏡測微鼓輪,從牛頓環干涉條紋中心向左側數31圈暗條紋,然后返回到30圈,記錄讀數。根據表格計算30,25,…,5圈的直徑。7.用逐差法計算透鏡曲率半徑。(2)用劈尖測細絲直徑1.將劈尖置于讀數顯微鏡載物臺上,使顯微鏡對劈尖表面聚焦,以看到清晰的干涉條紋。2.先測出單位長度內的干涉條紋級數。3.劈尖有兩個黑框,兩個黑框間距離是,求出細絲直徑四.參考數據圈數左側(毫米)右側(毫米)直徑d(厘米)3030.28319.77010.5132529.82320.3329.4912029.36520.6958.6701528.80221.2507.5521028.15121.9036.248527.33623.7303.606m-ndm+dn(mm)dm-dn(mm)(m)30-1518.0652.9610.151325-1015.7393.2430.144420-512.2765.0640.1757R=0.1571(米)劈尖測細絲直徑:五.注意事項1、拿取透鏡和平玻片時,應拿其側邊,不可用手去撫摸光學玻璃的表面,如表面不潔,應用擦鏡紙擦拭。2、測量時使用讀數顯微鏡的測微螺旋,只能向一個方向旋動,不能在中途進進退退。3、將顯微鏡對準牛頓環聚焦,先把鏡筒下降至最低處(不要碰到玻璃),然后再用眼睛在鏡筒里觀察,同時調節鏡筒逐漸向上,調到清晰的條紋為止。4、調節玻璃片與水平成45度夾角,這時可在鏡筒看到很明晰的干涉條紋。實驗十二用光柵測定水銀燈光譜的波長一.目的光繞過單縫第一類障礙物而彎曲的現象稱為光的繞射。光的繞射是光的波動性的一種表現。光柵是用以形成光譜的分光元件,但比其它分光元件如三棱鏡,具有很多優點:譜線均勻;條紋清晰,分辨本事大;不但適用于可見光波,而且適用于紅外、紫外光波。經過本實驗讓學生學會測定光波的一種方法并掌握分光計的使用。二.原理光柵光譜是勻排光譜。當一束單色平行光垂直入射到繞射光柵時,如在光柵后面放一透鏡,則在通經焦面上出現一系列相隔一定距離的明亮條紋,它們對于中央明紋來說左右對稱,其某一級條紋,對應的繞射角Φk與λ入射光波的波長有下列關系:式中:d=a+b是光柵常數k=0、1、2……繞射條紋的級數Φk是第R級條紋的繞射角三.參考數據光柵常數(厘米)中央明紋位置級數K譜線該級明紋位置ΦkΦk平均值()右左右左Ⅰ黃134°50′119°40′7°30′7°40′7°35′4264綠136°08′117°46′8°48′9°34′9°11′5277紫137°09′117°05′9°49′10°15′10°2′5907Ⅱ黃142°12′112°08′14°52′15°9′15°2′4369綠146°08′108°02′18°58′19°48′19°3′5508紫148°01′107°04′20°41′20°16′20°29′5780III黃150°08′105°01′22°48′22°99′22°34′4223綠156°38′097°26′29°18′29°54′29°36′5447紫158°30′098°34′31°10′31°46′31°28′576四．注意事項1、嚴禁用手摸光柵,以免弄臟或損壞光學儀器。2、水銀燈的紫外光較強,不可直看,以免灼傷眼睛。3、必須先熟悉分光計的使用和調節。實驗十三旋轉液體物體特性測量一.實驗目的1.研究旋轉液體表面形狀,并由此求出重力加速度;2.將旋轉液體作為光學系統。研究其城鄉情況;3.測定物體的折射率。二.實驗原理當一個盛有液體的圓柱形容器繞其中心軸對稱勻速轉動,當轉速不同時,液體的表面將成為不同的拋物面,如圖13-1所示。當容器轉動平衡時,液體上表面形成一個穩定形狀的拋物面,考慮位于液面上的一個質元,當處于平衡位置時,如圖13-1所示。此時,該點的切向與水平面滿足(13-1)由此得:(13-2)這是一個拋物線方程。其頂點在處,焦點在處。能夠設想,在液體旋轉中,液體上表面總有一點與液體靜止高度等高,這一位置有這樣的物理特性:(13-3)同時,在液體旋轉中,其液體總體積保持不變。因此:(13-4)得:(13-5)由(13-3)與(13-5)式,求得時:,也就是說,在處,不論液體轉速多大,在穩定情況下:(13-6)這一位置與轉速無關。三.實驗步驟1.用米尺測量容器內壁直徑和靜止液體的高度各五次。2.在光源與容器間插入屏幕,用米尺測量轉臺與屏幕的距離五次。3.調整激光筆,使激光束垂直向下,經過透明屏幕,射在離容器中心距離為處的液體表面處。在屏上讀出反射光點與激光入射光點的距離,入射角為,反射角也為。因而入射光與反射光的夾角為。因此:(13-7)4.緩慢轉動電壓調節旋鈕,改變轉盤轉動頻率,測量不同光電時的反射光點位置。計算,填入表中。5.以作圖求斜率計算重力加速度,計算相對不確定度。四.參考數據表1表212345平均值10.9810.9910.9810.9810.9910.993.283.283.303.283.283.2814.0014.0014.0013.9914.0014.00電壓(V)(度)1.422.0121.662.320.216.010.111.616.1035.172.980.319.280.161.815.8042.323.840.3711.470.182.014.0063.474.900.5515.200.222.212.5580.306.000.7820.280.312.411.32100.207.400.9323.400.38五.注意事項1.不要直視激光束,也不要直視經液體鏡面反射后的激光束。2.用氣泡水平儀將屏幕調整至水平位置。3.在整個實驗過程中,將在屏幕上看到幾個光斑,它們分別對應于空氣、液體、屏幕和杯子之間的折射和反射而形成的不同光路,注意鑒別測量對象是實驗所需的重點。4.必須逐漸的改變轉動角度,并在測量前等待足夠的時間以確保液體處于平衡狀態。 實驗十四波爾共振——研究受迫振動一.實驗目的1.研究波爾共振儀中擺輪受迫振動的幅頻特性和相頻特性2.研究不同阻尼力矩對受迫振動的影響,觀察共振現象3.學習用頻閃法測定運動物體的某些量二.實驗原理物體在周期力的作用下發生的振動稱為受迫振動,這種周期性的外力成為強迫力。如果外力按簡諧振動規律變化,那么其振動頻率與外力頻率相同。采用波爾共振儀研究與測量自由振動,阻尼振動,受迫振動的基本物理特性,是十分直觀與全面的。實驗振動系統是一個圓形銅質擺輪,它與一蝸卷彈簧連接,彈簧的彈性力矩為,在彈性力矩作用下擺輪自由擺動,在擺輪下方有一對阻尼線圈。當阻尼線圈通以不同電流,對擺輪擺動產生電磁阻尼,電磁阻尼加空氣阻尼的阻尼力矩為,為使擺輪做受迫振動,在擺輪右側有一電動機,電動機轉動時,經過電動機軸上偏心輪,帶動連桿使擺輪受迫振動,產生的周期性外力矩。其運動方程:(14-1)式中,J為擺輪的轉動慣量,為強迫力的圓頻率。令則(14-1)變為(14-2)當時,式(14-2)為阻尼振動方程。振動振幅逐漸減小。當,式(14-2)為簡諧振動方程,為系統固有頻率。方程(14-2)解為:(14-3)