普通物理实验力学部分课件.ppt

普通物理实验 力学部分,退出,进 入,力学实验目录,长度测量 重力加速度的测定 固体和液体的密度测定 惯性秤 牛顿第二定律的验证 动量守恒定律的验证 杨氏弹性模量的测定 刚体转动实验 使用下落小球的方法测量液体的粘滞系数 弦线振动的研究 谐振动的研究,返 回,长度的测量,实验目的 实验仪器 实验原理 实验内容 数据处理 思 考 题,实验目的,1掌握游标卡尺及螺旋测微器的原理，学会正确使用游标卡尺、螺旋测微器及读数显微镜。 2掌握等精度测量中不确定度的估算方法和有效数字的基本运算。,实验仪器,游标卡尺，螺旋测微器，读数显微镜和待测量的小工件。,实验原理,1游标卡尺 游标刻度尺上一共有m分格，而m分格的总长度和主刻度尺上的(m1)分格的总长度相等。设主刻度尺上每个等分格的长度为y，游标刻度尺上每个等分格的长度为x，则有 mx（m1）y 主刻度尺与游标刻度尺每个分格之差yxy/m为游标卡尺的最小读数值，即最小刻度的分度数值。主刻度尺的最小分度是毫米，若m10 ，即游标刻度尺上10个等分格的总长度和主刻度尺上的9mm相等，每个游标分度是0.9mm，主刻度尺与游标刻度尺每个分度之差x10.90.1（mm） ，称作10分度游标卡尺；如m20 ，则游标卡尺的最小分度为1/20mm0.05mm ，称为20分度游标卡尺；还有常用的50分度的游标卡尺，其分度数值为1/50 mm0.02mm 2螺旋测微器 螺旋测微器内部螺旋的螺距为0.5mm ，因此副刻度尺（微分筒）每旋转一周，螺旋测微器内部的测微螺丝杆和副刻度尺同时前进或后退0.5mm，而螺旋测微器内部的测微螺丝杆套筒每旋转一格，测微螺丝杆沿着轴线方向前进0.01mm, 0.01mm 即为螺旋测微器的最小分度数值。在读数时可估计到最小分度的1/10，即0.001mm, 故螺旋测微器又称为千分尺。 3.读数显微镜 测微螺旋螺距为1mm（即标尺分度），在显微镜的旋转轮上刻有100个等分格，每格为0.01mm，当旋转轮转动一周时，显微镜沿标尺移动1mm，当旋转轮旋转过一个等分格，显微镜就沿标尺移动0.01mm。0.01mm即为读数显微镜的最小分度。,实验内容,1用游标卡尺测圆柱体体积； 2用螺旋测微器测量小钢球直径； 3用读数显微镜测量钢丝的直径。,数据处理,1自拟表格记录圆柱体的直径D、高度h，并计算圆柱体体积V。利用直接和间接测量的不确定度公式计算不确定度，并将直径、高度和体积用测量结果的标准式表示出来。 2自拟表格记录小钢球的直径，计算出不确定度，将测量结果用标准式表示出来。 3测量钢丝直径，计算不确定度，并将结果用标准式表示出来。,思考题,1何谓仪器的分度数值？米尺、20分度游标卡尺和螺旋测微器的分度数值各为多少？如果用它们测量一个物体约7cm的长度，问每个待测量能读得几位有效数字？ 2游标刻度尺上30个分格与主刻度尺上29个分格等长，问这种游标尺的分度数值为多少？,重力加速度的测定,实验目的 实验仪器 实验原理 实验内容 数据处理 思 考 题,实验目的,1学会应用光电计时装置。 2掌握用自由落体测定重力加速度的方法。,实验仪器,自由落体装置，光电计时装置等。,实验原理,实验内容,1仪器组装 （1）将三角支架的三条腿打开到最大位置，将三条腿上两边的螺钉紧固，使其不能活动； （2）把立柱端面中心上的螺钉卸下，将三角支架上的两个定位键插入立柱端面的两个T形的槽内，用螺钉紧固； （3）将电磁铁吸引小球的装置、光电门、接球架固定于立柱上。 2使用 （1）调节立柱竖直。将重锤悬挂在电磁铁吸引小球的装置左面的校正板挂钩上，将两组光电门拉开一定的距离，调节底座平衡螺丝，使垂线刚好处在X和Y轴两个方向的正中间放置的光敏管处，保证小球下落过程中，保持遮光位置的准确性，保证实验精度； （2）当接通电脑计时器的电源时，并打开电源开关，置于“计时”档； （3）保持上光电门的位置不变，将下光电门的位置下移至距离20厘米处，释放小球，记录通过两光电门之间的时间t和距离h ，重复测量三次； （4）重复上一步骤，依次测量两个光电门距离为40、60、80、100厘米所用的时间t，并记录。,数据处理,按公式计算加速度g，并计算相对误差。h的准确测量对实验结果影响很大。,思考题,A和B的位置怎样比较合适？试改变A、B的位置进行实验。并对结果进行讨论。,固体和液体的密度测定,实验目的 实验仪器 实验原理 实验内容 数据处理 思 考 题,实验目的,1熟练掌握物理天平的调整和使用方法。 2掌握测定固体和液体密度的两种方法。,实验仪器,天平，待测物体，线绳，烧杯，水，比重瓶。,实验原理,用液体静力“称量法”测量固体的密度 （1）能沉于水中的固体密度的测定 F (m1m2)g （1） F0Vg （2） （3） （4）（2）浮于液体中固体的密度测定 （5） 2. 比重瓶法 （1）液体密度的测量 V(m2m1)/ （6） （7） （2）粒状固体密度的测定 （8）,1调试物理天平：调节水平；调节零点；练习使用方法。 2用流体静力“称量法”测物体的密度 （1）测金属块的密度 1）用细线拴住金属块，置于天平的左面挂钩上测出其在空气中的质量m1； 2）将金属块浸没在水中，称其质量m2； 3）记录实验室内水的温度。 （2）测塑料块的密度 1）测量塑料块在空气中的质量m； 2）用细线在塑料块的下面悬挂一个“助沉物”，测量塑料块在空气中而“助沉物”在液体中此时的质量m1； 3）将塑料块和“助沉物”一起浸入水中，测量质量m2。 3采用比重瓶测定物体的密度 （1）测定物体的密度 1）采用天平称量比重瓶没有装入东西时的质量m1； 2）采用吸管将蒸馏水充满比重瓶，称其质量m2； 3）倒出比重瓶中的蒸馏水、烘干，然后再将被测液体注入比重瓶，称量比重瓶和液体的质量m3。 （2）测定粒状固体物质的密度 1）将纯水注满比重瓶，盖上塞子，擦去溢出的水，用天平称出瓶和水的总质量m1； 2）采用天平称量固体颗粒铅的质量m2； 3）将颗粒铅投入比重瓶内，擦去溢出的水，称出瓶、水和颗粒铅的总质量m3。,实验内容,数据处理,1用流体静力“称量法”测物体密度 （1）自拟表格记录测量金属块的有关数据。并计算其密度和误差，将结果用标准式表示。 （2）自拟表格记录测量塑料块的有关数据。并计算其密度和误差，将结果用标准式表示。 2采用比重瓶测量酒精和颗粒铅的密度 自拟表格记录测量酒精和颗粒铅的有关数据，并计算其密度和误差，将结果用标准式表示。,思考题,1使用物理天平应注意哪几点？怎样消除天平两臂不等而造成的系统误差？ 2分析造成本实验误差的主要原因有哪些？,惯性秤,实验目的 实验仪器 实验原理 实验内容 数据处理 思 考 题,实验目的,1掌握用惯性秤测定物体质量的原理和方法。 2了解仪器的定标和使用。,实验仪器,惯性秤，周期测定仪，用于仪器的定标采用的标准质量块，待测圆柱体。,实验原理,当惯性秤的悬臂在水平方向作微小振动时，其振动周期T由下式决定 （1） 式中m0为振动体空载时的等效质量，mi为在秤台上插入的附加质量块的质量，k为悬臂振动体的倔强系数。将(1)式两侧平方，改写成 （2） 上式表明，惯性秤水平振动周期T的平方和附加质量成线性关系。当测出各已知附加质量所对应的周期值，可作直线图或曲线图，就是该惯性秤的定标线（如图所示），如需测量某物体的质量时，可将其置于惯性秤的秤台上，测出周期，就可从定标线上查出对应的质量，即为被测物体的惯性质量。 惯性秤称量质量，是基于牛顿第二定律，是通过测量周期求得质量值；而天平称量质量，是基于万有引力定律，是通过比较重力求得质量值。在失重状态下，无法用天平进行称量质量，而惯性秤可以照样使用，这是惯性秤的优点。,实验内容,1仪器调整 （1）将惯性秤水平固定，然后用水准仪调整使秤台水平； （2）接好周期测定仪，并调节挡光片和光电门的位置，使秤台运动时，能来回遮光计时。 2对惯性秤进行定标，测圆柱体的惯性质量 （1）将惯性秤前端拨开约1cm，然后松开惯性秤，让其自由振动。将周期测定仪上的“周期选择”开关置于10个周期，测得空载时惯性秤振动10次的时间。计算出空秤的振动周期，重复4次，求其平均值T0； （2）将10个片状砝码依次插入平台内，重复上述测T0的方法，分别测出放入m1,m2,m10砝码时的振动周期T1,T2,T10，及对应质量m1，m1m2,； （3） 测定圆柱体的惯性质量。 1）将片状砝码取下，再将两个待测圆柱体分别放入平台上的圆洞内，用同样的方法测周期，用内插法从定标曲线上求两圆柱体的惯性质量； 2） 用天平分别测出两个被测物体的引力质量。,数据处理,1记录测量数据； 2在直角坐标纸上做出曲线，即定标曲线。用内插的方法求出两个待测圆柱体的惯性质量，与用天平称量的引力质量相比较，分析测量结果。,思考题,1将惯性秤置于不同高度处进行测量同一物体，所测结果能否相同？ 2使用惯性秤应该注意哪些问题？,牛顿第二定律的验证,实验目的 实验仪器 实验原理 实验内容 数据处理 思 考 题,实验目的,1熟悉气垫导轨的构造，掌握正确的使用方法。 2熟悉光电计时系统的工作原理，学会用光电计时系统测量短暂时间的方法。 3学会测量物体的速度和加速度。 4验证牛顿第二定律。,实验仪器,气垫导轨，气源，通用电脑计数器，游标卡尺，物理天平等。,实验原理,Fma （1） （2） （3） （4）,实验内容,数据处理,1自拟表格记录在保持系统总质量不变的条件下，测出加速度与外力之间的相关数据。并用作图法处理数据，验证加速度与外力之间的线性关系。 2自拟表格记录在外力不变的条件下，测出系统质量与加速度的相关数据。并用作图法处理数据，验证加速度与质量之间的反比关系。,思考题,1本实验对每个量的测定，怎样才能使误差更小些？ 2实验中如果导轨未调平，对验证牛顿第二定律有何影响，得到的图将是什么样的？,动量守恒定律的验证,实验目的 实验仪器 实验原理 实验内容 数据处理 思 考 题,实验目的,1验证动量守恒定律。 2进一步熟悉气垫导轨、通用电脑计数器的使用方法。 3用观察法研究弹性碰撞和非弹性碰撞的特点。,实验仪器,气垫导轨，电脑计数器，气源，物理天平等。,实验原理,1完全弹性碰撞 2完全非弹性碰撞 3恢复系数和动能比,实验内容,1. 用弹性碰撞验证动量守恒定律 （1）m1m2时的弹性碰撞 （2）m1m2时的弹性碰撞,数据处理,1弹性碰撞 m1m2时的弹性碰撞，自拟表格记录有关数据。 m1m2时的弹性碰撞，自拟表格记录数据。 2完全非弹性碰撞，自拟表格记录数据。 对上述两种情况下所测数据进行处理，计算出碰撞前和碰撞后的总动量，并通过比较得出动量守恒的结论。,思考题,1在弹性碰撞情况下，当m1m2，v200时，两个滑块儿碰撞前后的动能是否相等？如果不完全相等，试分析产生误差的原因。 2为了验证动量守恒定律，应如何保证实验条件减少测量误差？,杨氏弹性模量的测量,实验目的 实验仪器 实验原理 实验内容 数据处理 思 考 题,实验目的,1掌握用光杠杆测量微小长度的原理和方法，测量金属丝的杨氏模量。 2训练正确调整测量系统的能力。 3学习一种处理实验数据的方法逐差法。,实验仪器,杨氏模量测定仪，螺旋测微器，游标卡尺，钢卷尺，光杠杆及望远镜直横尺。,实验原理,L（d2d1）h/2D,实验内容,1杨氏模量测定仪的调整 （1）调节杨氏模量测定仪底脚螺丝，使立柱处于垂直状态； （2）将钢丝上端夹住，下端穿过钢丝夹子和砝码相连； （3）将光杠杆放在平台上，调节平台的上下位置，尽量使三足在同一个水平面上。 2光杠杆及望远镜直横尺的调节 （1）在杨氏模量测定仪前方约1米处放置望远镜直横尺，并使望远镜和光杠杆在同一个高度，并使光杠杆的镜面和标尺都与钢丝平行； （2）调节望远镜，在望远镜中能看到平面镜中直尺的像； （3）仔细调节望远镜的目镜，使望远镜内的十字线看起来清楚为止，调节平面镜、标尺的位置及望远镜的焦距，使人们能清楚地看到标尺刻度的像。 3测量 （1）将砝码托盘挂在下端，再放上一个砝码成为本底砝码，拉直钢丝，然后记下此时望远镜中所对应的读数； （2）顺次增加砝码1kg，直至将砝码全部加完为止，然后再依次减少1kg直至将砝码全部取完为止，分别记录下读数。注意加减砝码要轻放。由对应同一砝码值的两个读数求平均，然后再分组对数据应用逐差法进行处理； （3）用钢卷尺测量钢丝长度L； （4）用钢卷尺测量标尺到平面镜之间的距离D； （5）用螺旋测微器测量钢丝直径d ,变换位置测五次（注意不能用悬挂砝码的钢丝），求平均值； （6）将光杠杆在纸上压出三个足印，用卡尺测量出h。,数据处理,自拟表格记录有关测量数据。钢丝直径测量五次求平均，并写出d的标准式。光杠杆的后脚到两个前脚连线的距离为h，钢丝长度，标尺到平面镜的距离都取单次测量分别写出标准式。计算钢丝的杨氏模量，并用标准式表示。,思考题,1本实验应注意哪些问题？ 2怎样调节光杠杆及望远镜直横尺组成的系统，使在望远镜中能看到清晰的像？,刚体转动实验,实验目的 实验仪器 实验原理 实验内容 数据处理 思 考 题,实验目的,1验证刚体的转动定律，测定刚体的转动惯量并观测刚体的转动惯量随质量及质量分布而改变的情况。 2验证平行轴定理。 3掌握用作图法（曲线改直）处理数据。,实验仪器,刚体转动实验仪，秒表，米尺，游标卡尺，砝码等。,实验原理,Tm(ga) TrI,II0I0C2m0x2,实验内容,数据处理,思考题,使用下落小球的方法测量 液体的粘滞系数,实验目的 实验仪器 实验原理 实验内容 数据处理 思 考 题,实验目的,使用下落小球的方法测定液体的粘滞系数。,实验仪器,玻璃圆筒，温度计，密度计，螺旋测微器，游标卡尺，天平，米尺，秒表，镊子，落球，蓖麻油等。,实验原理,实验内容,数据处理,1将所测数据填入自拟的表格内； 2利用公式计算1、2、10，求及其标准误差； 3将的结果表示为标准式。,思考题,1斯托克斯公式的应用条件是什么？本实验是怎样去满足这些条件的？又如何进行修正的？ 2如何判断小球已进入匀速运动阶段？,弦振动的研究,实验目的 实验仪器 实验原理 实验内容 数据处理 思 考 题,实验目的,1观察横波在弦线上所形成的驻波波形。 2验证弦线上的横波波长与弦线张力、密度的关系。,实验仪器,电动音叉，滑轮，弦线，砝码，钢卷尺，分析天平，坐标纸。,实验原理,实验内容,1观察驻波的形成和波形，波长的变化。 （1）安装调试实验装置。如图所示，接通电源后，调节螺钉，使音叉振动； （2）改变弦线长（移动音叉）或砝码质量，使之产生振幅最大且稳定的驻波，改变数次，观察波形、波长的变化情况。 2验证与T的关系 （1）保持弦线长l基本不变，不断改变砝码质量，测出振幅最大且稳定，让半波数n5、4、3、2、1时所对应的张力T（T等于砝码和砝码盘的总重量）及弦线长； （2）用分析天平称出弦线的质量m。 3验证与的关系 改用不同线密度的弦线，在相同张力下，测出对应的l、n（详细步骤自拟）,数据处理,思考题,1本实验中，改变音叉频率，会使波长变化还是波速变化？改变弦线长时，频率、波长、波速中那个量随之变化？改变砝码质量情况又怎样？ 2调出稳定的驻波后，欲增加半波数的个数，应增加砝码还是减少砝码？是增长还是缩短弦线长？,谐振动