大物实验期末考试总结.doc

1.非线性元件伏安特性的研究一实验目的1掌握用伏安法研究二极管正向伏安特性及钨丝灯伏安特性的方法；2掌握用最小二乘法（回归法）处理实验数据，得到经验公式的方法。二实验仪器DH6102型伏安特性实验仪3、 实验原理1半导体二极管的伏安特性半导体二极管由一个p-n结，加上接触电极、引线和封装管壳组成。常见的二极管有硅二极管和锗二极管。加到二极管两端的电压与流过其上面的电流的关系曲线，就叫二极管的伏安特性曲线，如图1所示。由于p-n结具有单向导电性，故二极管的正反向伏安特性相差很大，二极管的伏安特性可分三部分： 正向特性。当所加的正向电压很小时，正向电流也很小，只有当正向电压加到某个数值时，电流才开始明显加大，这个外加电压值叫做二极管的阈值电压或开通电压，记作。通常硅二极管的阈值电压 =0.5V0.6V ，锗二极管=0.2V0.3V 。阈值电压的确定，一般是在正向特性曲线较直部分画一切线，延长相交于横坐标上一点，该点在横轴上的值就是该二极管的阈值电压。反向特性。当二极管两端加反向电压时，反向电流很小且在一定范围内不随反向电压的增加而增加。反向击穿特性。当反向电压继续增加时，反向电流会突然增大，这种现象称作反向击穿，产生击穿的临界电压称为反向击穿电压。不同的二极管，反向击穿电压也不同。一般情况下，二极管反向电压不得超过反向击穿电压，否则会烧坏管子。（2）钨丝灯的伏安特性当钨丝灯泡两端施加电压后，钨丝上有电流流过，产生功耗，灯丝温度上升，致使灯泡电阻增加。因此，通过钨丝灯的电流越大，其温度越高，阻值也越大，其伏安特性如图2中曲线所示。灯泡不加电压时，称为冷态电阻。施加额定电压测得的电阻称为热态电阻。由于正温度系数的关系，冷态电阻小于热态电阻，一般钨丝灯的冷态电阻与热态电阻的阻值可相差几倍至十几倍。而且由于钨丝灯点亮时温度很高，超过额定电压时会烧断，所以使用时不能超过额定电压。2用伏安法测量非线性电阻元件的伏安特性对非线性电阻元件伏安特性的研究，一般都是采用伏安法进行测量。实验采用的是内阻很高数字电压表及内阻很小的电流表，而且测量的是低、中值电阻，所以选择电流表外接法的测量电路。二极管及钨丝灯伏安特性的测量电路分别如图3和4所示。四、实验内容1二极管的正向伏安特性的测量:在0 V0.6 V范围内,每隔0.1V读一次电流表，在0.6 V0.8V范围内,每隔0.02V读一次电流表，并将所读数据记入下表中（注意正确记录测量数据的有效数字）。2测量钨丝灯的伏安特性:由0V开始，每隔1V读一次电流表，直到钨丝灯的额定电压11V，并将所读数据记入下表中。注意事项1须了解待测元件(二极管、钨丝灯)的规格，使加在它上面的电压和通过的电流均不超过额定值。2. 须了解测量时所需其它仪器的规格（如电源、电压表、电流表、滑线变阻器等的规格），也不得超过其量程或使用范围。五数据处理2. 惠斯通电桥一、实验目的1、掌握惠斯登电桥的结构和测量原理。2、学会使用电阻箱自组惠斯登电桥测中值电阻及电桥灵敏度的方法。3、估算仪器误差，计算测量不确定度。二、实验仪器：直流稳压电源、AC5/2型直流指针式检流计（分度值；临界电阻360；内阻44）、ZX21型六旋钮电阻箱（旧式）两个（电阻范围0-99999.9；等级：0.1级；额定功率0.5W）、ZX21型六旋钮电阻箱（新式）一个（电阻范围0-99999.9；等级分档9（10000，1000，100，10，1，0.1）分别为0.1，0.1，0.5，1，2.5；残余误差m）、47k电位器一粒、滑线变阻器、待测电阻、电位器、换向开关、导线若干。三、实验原理1.惠斯登电桥的平衡条件 惠斯登直流电桥也称为单臂直流电桥，是一种直流平衡电桥，其原理电路如图1所示。由图1可见，Rx、R2、R3、R4构成了四个桥臂，BD两点之间接入检流计形成一个通路，称为桥路。当电桥平衡时，=0,桥路没有电流流过，=0.此时有：设I1为电桥平衡时流过ABC路的电流，I2为流过ADC路的电流，那么式（1）可写为：把（2）的两式相处，得：即：式（3）就是惠斯登电桥的平衡条件。式中R2/R3（或R4/R3）称为比率臂，R4（或R2）称为比较臂。调节惠斯登电桥平衡一般可根据待测电阻Rx的大小，选好比率臂再调节比较臂。 桥路上的电位器Rb，起到保护检流计的作用，当电桥不平衡时，流过BD间的电流可能较大，会烧坏检流计，此时Rb应调到最大值，以减小流过检流计的电流，当电桥基本平衡时，Rb要调到最小值，提高检流计的灵敏度，减小电桥的测量误差。所以惠斯登电桥的平衡一般要调两次，一次是Rb取大值时调平衡，称为粗调。第二次是在粗调后，Rb减至最小值再调平衡，称为细调。2.测量中，采用换臂法消除不等臂误差 实验中自组电桥的比率臂（R2和R3）电阻并非标准电阻，存在较大的不等臂误差，为消除该系统误差，实验可采用交换测量法进行。先按原线路进行测量得到一个R4值，然后将R2和R3位置互相交换，按同样的方法再测得一个值，两次测量，电桥平衡后分别有：联立两式得：由式（3）可知：交换测量后得到的测量值与比率臂阻值无关，只与比较臂R4有关。3.改变电源电压的方向，消除电桥中寄生电势的影响 在电桥电路的任一支路中，都可能寄生有热电势与接触电势，这些寄生电势与电桥电源在各支路产生的电势差相互作用使得电桥出现虚假的平衡，引起Rx的测量误差。由于寄生电势和它所引起的电流方向、大小往往是不变的，所以可采用改变电源电压的方向来消除。实验中通过换向开关来达到改变电源电压的方向，测出电源电压改变方向后二次的Rx值，取其算术平均值。4.电桥灵敏度 当电桥平衡时，流过检流计的电流应为零。但实际上检流计的灵敏度总有一定的限度，当减小到我们感觉不到检流计的指针偏转时，（比如小于0.2格），我们就认为电桥平衡了，这样Rx的测量就会有误差。为了确定由于检流计灵敏度不够而带来的测量误差，我们引入电桥灵敏度的概念。电桥灵敏度定义为：相对电桥灵敏度S定义为：式（4）表示电桥平衡后，Rx的相对改变量所引起电桥偏离平衡时检流计的偏转格数n。S越大，电桥越灵敏，带来的测量误差也越小。通常Rx是不能人为改变的，要想测量S，就要在电桥平衡后保持比率臂不变，而把比较臂电阻R4，变为，因而有：四、实验内容1、利用自组惠斯登电桥测未知电阻Rx（Rx2k）（1）实验开始时先布局后接线。布局：电阻箱、检流计放在正前方，便于读书。滑动变阻器和开关放在两侧，便于操作。根据线路图按回路对点接线，电桥线路可大致分为三步联接：（a）先连接电源电路，将电源与换向开关的两个接线柱联接；（b）将四个桥臂联成一个回路；（c）在一对角线的两点A、C（R2与R3的联接点和R4与Rx的联接点）之间接换向开关中间的两个接线柱和滑线变阻器；（d）在另一个对角线的两点B、D（R2与Rx的联接点和R3与R4的联接点）之间接入检流计G和电位器Rb。（2）在接线正确无误后，将电阻箱R2，R3调到500.0欧姆，先用万用表估计一下待测电阻的阻值，将R4调到待测电阻的估计值，然后再调节电桥平衡，在调节电桥平衡中应遵循先粗后细的原则。（a）粗调时先将滑线变阻器阻值、Rb调至最大，调节电阻箱R4直到使检流计指针指零；（b）细调时，在粗调的基础上，将滑线变阻器阻值、Rb调至最小，调节电阻箱R4时检流计再次指零，此时电桥达到平衡，此时记下R4的阻值，并测量数据填入数据表格。（3）改变电流方向，重复（2）中的（a）（b）步骤。（4）将电阻箱R2，R3对换位置，重复步骤（2）（3）。记下R4的阻值，并将测量数据填入数据表格。2、测量电桥灵敏度保持比率臂不变，不改变电流方向的情况下，在电桥平衡的基础上，改变比率臂电阻R4，使得检流计指针分别左右偏转2格，记下此时的比较臂电阻R4，计算比较臂电阻R4的改变值R4，并将测量数据填入数据表格。3、不确定度计算提示在本实验中，我们主要考虑B类不确定度。下面介绍B类不确定度的计算与合成。不确定度计算：（1）电阻箱的准确度等级引起的不确定度计算示例：电阻箱（新式，分档位标等级）电阻箱的极限误差为：其中：ai为各档位等级；Ri为各档位的电阻示值；R0为残余误差；m为电阻箱所使用的旋钮数；b为每个旋钮的残余误差，一般a小于等于0.05级时，b=0.002；a大于等于=0.1级时，b=0.005。将电阻的极限误差当做其不确定度，则其电阻不确定度为：例，假设一新式电阻箱示数为1997.8，R0=30m，则其仪器误差为：其电阻不确定度为：（2）电桥灵敏度引起的不确定度例测得电桥在平衡点附近的灵敏度为=3.8div/，当人眼判断检流计指针是否偏转的分辨极限n取0.2div时，电桥灵敏度引起的不确定度就是其基本误差限。即：（3）合成不确定度4、实验提示（1）注意保护检流计，不能使指针超过满偏；（2）比率臂阻值选取必须考虑测量精度和电阻箱的额定功率。五、数据处理3、 等厚干涉测透镜曲率半径1、 实验目的1 加深对等厚干涉现象及其特点的理解。2学会利用牛顿干涉环测量透镜的曲率半径。3正确使用读数显微镜。二、实验仪器读数显微镜（测量精度为0.01mm） 牛顿环 钠光灯（波长589nm）3、 实验原理牛顿环仪是由待测曲率半径很大的平凸透镜和平板玻璃叠合装在金属框架中构成的，如图1所示。在平凸透镜和平板玻璃之间形成一个厚度自O点向边缘逐渐增加的空气薄膜。波长为的单色光垂直照射此空气薄膜，那么空气薄膜上下二表面反射的光将发生干涉，形成一组以O点为圆心的明暗相间的同心圆环，称为“牛顿环”。假设透镜的曲率半径为R，在与接触点O相距r处空气薄膜厚度为d。当光垂直入射时，在该处上下二表面反射光的光程差为：其中n为空气折射率且等于1；/2为由于位相突变而产生的附加程差。由图可知：由于R远远大于d，可略去二阶小量，可得由（1）与（2）有在该处若形成暗纹，由干涉条件可得：即同理若该处形成明条纹可得由于接触点O处可能发生弹性形变，接触面间也可能附着灰尘，故接触处不可能是一个几何点，而是一个圆面。所以近圆心处条纹比较模糊，以致于难以确切判定条纹的级数，即干涉条纹的序数不一定是条纹的级数。假设测量序号为m1、m2环亮条纹的直径，这里的m1、m2不一定是干涉条纹的级数，因而有式中m1+j、m2+j为干涉级数，j为干涉级修正值。由上两式可得：则4、 实验内容1、将牛顿环仪朝向钠光源，观察牛顿环干涉条纹。调节牛顿环上的螺丝，使干涉环成圆形且其圆心位于牛顿环仪的中心。最后将牛顿环仪放置在读数显微镜的物镜正下方。2、根据图1调节半反半透玻璃镜，使钠光灯发出的光通过半反半透玻璃镜部分入射牛顿环且可通过读数显微镜观察到明亮的视场。3、调节读数显微镜的目镜，清晰地看到目镜中的测量叉丝。4、将望远镜的镜筒由上往下移到最底端，注意物镜不可碰到牛顿环仪。5、移动牛顿环仪使物镜对准牛顿环仪的中心，然后由下往上缓慢移动镜筒直到看到清晰的干涉条纹。6、微调镜筒直到看到第十四或第十五干涉亮条纹与测量叉丝重合无视差。7、测量干涉环的弦长。测量过程应避免回程差。从左或从右开始测量第5条亮条纹到第24条亮条纹的位置。注意：叉丝对准干涉条纹的中间而不是相切。4. 薄透镜的焦距的测量1、 实验目的1.学会调节光学元件的等高共轴。2.掌握薄透镜焦距测量的方法。二、实验仪器光学导轨、凹凸薄透镜各一个、像屛、物屏、光具座、三维调节架、光源、三角板等，导轨上刻度尺的测量精度为1mm。3、 实验原理1、凸透镜焦距的测定a 二次成像法 图1 二次成像法测薄凸透镜焦距的示意图假设物AB与像屏p之间的距离为D，薄凸透镜的焦距为，使并固定物AB与像屏p位置。沿导轨方向移动透镜，则必能在像屏上观察到两次清晰的实像。设透镜两次成像之间的位移为d。运用物像的共轭对称性质，可以得到关系式： （1）所以，只要测出D和d就可求出透镜的焦距。这个方法又称为贝塞尔法或共轭法，它的优点是避免在测量物距像距时估计透镜光心位置的不准确所带来的误差。 b. 自准直法 图2 自准直法测薄凸透镜焦距的示意图如图2所示，当物体AB放置在待测透镜L的焦平面上，在另一侧放一平面反射镜M。物体AB上任一点发出的光线经凸透镜折射后成为平行光线，而后被平面反射镜M反射回来，再经透镜折射后，仍会聚于它的焦平面上，形成一个与原物大小相等、方向相反的倒立实像。此时物体AB到透镜L之间的距离，就是待测透镜的焦距。这种测量方法能比较迅速、直接地测出透镜焦距。2、辅助透镜法测量凹透镜焦距 图3 辅助透镜成像法测薄凹透镜焦距的示意图如图3所示，设物AB经凸透镜L后成一实像AB。将待测凹透镜L置于L和AB之间，使成实像AB。分别测出待测凹透镜L到虚物AB和实像AB之间距离l、（即l为物距，为像距）。根据成像公式，即可求出待测凹透镜L的像方焦距： （3）4、 实验内容1.光学元件等高共轴的调节(1)确定凹凸透镜，粗测凸透镜焦距。(2)将光源、物屏、待测透镜和像屏依次放在光学导轨上，然后进行各光学元件等高共轴的粗调和细调。粗调：将光源、物屏、待测透镜和像屏靠在一起（光源保持不动），然后调节各光学元件的中心大致在同一直线上。细调：1.调节像屛、物屏及凸透镜的截面（过光心的截面）垂直于光学导轨。此操作是本实验成败的关键所在。 2.利用二次成像法调节光学元件共轴 (1)物屏和像屏之间的距离大于4倍凸透镜的焦距并固定物屏和像屏. (2)移动凸透镜，在像屏上观察到两次成像，一次成大像，一次成小像。当两次像的中心重合时，表明各光学元件已经共轴。若两次成像的中心不重合，则分成两维进行调节。调节透镜的高低，使两次像的中心在同一高度；然后前后（实验人员正对着导轨）调节透镜，使两次像的中心重合。2. 凸透镜焦距的测定 (1) 二次成像法测定凸透镜的焦距。如图1，在光学平台上依次放置各光学元件，并使物屏与像屏间的距离大于4倍透镜焦距且固定物屏与像屏。记录物屏与像屏的位置。移动透镜，在像屏上呈现清晰、放大、倒立的实像，记下此时透镜的位置 ，然后继续移动透镜直到像屏上呈现清晰、缩小、倒立的实像，记下此时透镜的位置。根据公式（1）可以求出凸透镜的焦距 。改变物屏与像屏间的距离再次测量。任一间离下只要测一次数值。改变物屏与像屏间的距离三次。最后焦距取平均值。注意：1.物屏的位置是出光面的位置；像屏的位置是成像面的位置。 2.为了减小景深的影响，透镜位置应取所成清晰像范围的中间位置（例如：在某一范围内移动透镜，我们看到的像一样清晰，那么透镜的位置就是这一范围的中间位置），下面也要这样操作。 3. d的值最好要大于19cm。 4.通过观察像的边界是否明暗分界清晰来确定像是否清晰，最好观察像中心处边界，尤其是大像时。(2) 自准直法测定凸透镜的焦距。如图2，在光学平台上依次放置各光学元件，并使物屏和平面镜之间的距离比所测凸透镜的焦距大约10厘米。前后移动凸透镜及调节平面镜俯仰旋钮，直到物屏上产生一个与物重合且清晰的倒立实像为止，测出物屏和透镜的距离，即为透镜的焦距 。通常为了判断像是否清晰，可以通过调节平面镜俯仰旋钮将像与物错开一点便于观察像边界是否清晰。重新找像清晰的位置，再测量，最后求平均值。测量次数3次。 注意：为了获得更亮的像，反射镜与透镜应尽量靠近；同理减小景深的影响。3. 辅助透镜法测定凹透镜的焦距（1）在像屏上记录凸透镜所成像的中心，然后将凹透镜放置在凸透镜与像屏之间。（2）调节凹透镜的截面（过光心的截面）垂直于光学导轨。（3）上下前后调节凹透镜和像屏的位置，使所成像的中心与凸透镜所成像的中心重合。改变凸透镜和像屏的位置，重复此操作。操作次数要两次以上，另外放上凹透镜所成的像与单独凸透镜所成像的大小差别应较大。（4）取下凹透镜。移动凸透镜直到像屏上成一倒立缩小的实像并固定凸透镜，记下此时像屏位置AB。在这之后的操作过程中不可移动和调节凸透镜。（5）将待测凹透镜放置在辅助透镜与像屏之间的位置，然后将像屏向后移动（远离透镜的方向）一段距离（距离大于10厘米），最后移动凹透镜直至在像屏上又出现清晰的像，记下像屏位置AB及凹透镜的位置。利用公式（3）计算出待测凹透镜的焦距 。仅改变凹透镜和像屏的位置再次测量，任一位置下只要测一次数值。改变凹透镜与像屏的位置三次。最后焦距求平均值。注意：l的值应该要大于10cm；同理减小景深的影响。5、 数据处理误差分析：1、等高共轴调节不好。 2、成像清晰范围找得不准。 3、测量成像平面与成像光轴和光具座读数位置之间的误差。对于辅助透镜法来说，主要的测量误差来源于测凹透镜位置以及像屏位置的测量；对于二次成像法来说，主要的测量误差来源于物屏位置，像屏位置，凸透镜成大像的位置和小像的位置的测量；对于自准直法，测量的误差来源主要是物体位置和凸透镜的测量。 4、由于物体所放位置不能测量或物体倾斜没进行修正。 5、像差。在测薄透镜焦距时，通常把实验光具组看成是理想光具组，即同心光束经凸透镜折射后仍为同心光束，像与物在几何上完全相似。而实际上只有近轴的单色光才能近似达到这个要求，所以像差不可避免。 6、实验装置误差。在实验装置上物平面与读数点的近似共面，透镜光心与读数点的近似共面，刻度尺刻度的不均匀以及薄透镜的近似等都会引起系统误差。5、 金属线胀系数的测量1、 实验目的1、掌握金属的线膨胀系数的测量原理与方法。2、掌握千分尺测量长度的微小变化量的方法。3、了解PID控温调节的原理，掌握控制实验温度的方法。二、实验仪器1.控温式固体线胀系数测定仪金属棒样品一端固定在加热管内；另一端通过顶杆与千分表接触，为自由端。金属棒样品自由端在弹簧作用下将长度变化转化成千分表指针的偏转，通过表盘刻度读出其长度变化量。使用要求:（1）整体要求平稳，因伸长量极小，故仪器不应有振动； （2）千分表安装须适当固定（以表头无转动为准）且与被测物体有良好的接触（然后再转动表壳校零）； （3）被测物体与千分表探头需保持在同一直线。2.开放式PID温控试验仪实验仪包括水箱、水泵、加热器、控制及显示电路等部分3.千分表千分表是用于精密测量位移量的量具，它利用齿条-齿轮传动机构将线位移转变为角位移，由表针的角度变量读出线位移量。大表针转动一圈（小表针转动一格），代表线位移0.2mm，最小分度值为0.001mm。4.待测金属管三、实验原理1. 线膨胀系数当固体温度升高时，产生线度增长的现象称为固体的线膨胀，固体长度L和温度t之间的函数关系式 :L0为温度为0摄氏度时的长度，.是和被测物质有关的常量，为固体的线膨胀系数，单位为，因及其以后的项比小很多，可略去。设L1为室温t1对应的长度，L2 为高温t2对应的长度。则有：又令L2 = L1 +L，则：当 2- 1大于 1，又由于L1远远大于L，上式可以近似写成：准确的控制t是准确控制t和L的关键。2. PID调节原理PID控制系统原理框图如图1所示，假如被控量与设定值之间有偏差e(t)=设定值-被控量，调节器依据e(t)及一定的调节规律输出调节信号u(t)，执行单元按u(t)输出操作量至被控对象，使被控量逼近直至最后等于设定值。调节器是自动控制系统的指挥机构。 在我们的温控系统中，调节器采用PID调节，执行单元是由可控硅控制加热电流的加热器，操作量是加热功率，被控对象是水箱中的水，被控量是水的温度。PID调节器是按偏差的比例(proportional)、积分(integral)、微分(differential)进行调节，其调节规律可表示为：式中第一项为比例调节，Kp为比例系数。第二项为积分调节，Ti为积分时间常数。第三项为微分调节为微分时间常数。PID温度控制系统在调节过程中温度随时间的一般变化关系可用图2表示：系统在达到设定值后一般不能立即稳定在设定值，而是超过设定值后经过一定的过渡过程才能重新稳定。4、 实验内容1、用PID控温仪控制实验温度；2、用千分表测量铜管温度变化时长度的微小变化量，并求出铜管的线膨胀系数。3、实验提示:（1）铜棒的线膨胀系数为（2）实验开始前检查金属棒是否固定良好，千分表安装位置是否合适。一旦开始升温及读数，避免再触动实验仪。为减小系统误差，将第1次温度达到平衡时的温度及千分表读数分别作为T0，L0。温度的设定值每次提高T，温度在新的设定值达到平衡后，记录温度及千分表读数于表中。（3）为保证实验安全，温控仪最高设置温度为60度。若决定测量n个温度点，则每次升温范围为T=(60室温)/n。（4）在实验过程中（升温及读数）不能接触和移动实验仪，否则会影响千分表的读数。每个同学的动作要轻，以免影响他人。五数据处理6、 水银温度计的校正与热电偶的定标一、实验目的一）水银温度计的校正1.学习水银温度计0 沸点的校正法。2.学习温度计温标分度修正值的计算方法。3.学习福廷气压计的使用方法。（二）热电偶的定标1.了解热电偶测温的原理和方法。2.掌握热电偶的定标方法。二、实验仪器（一）水银温度计的校正待较正温度计（0100 ，分度值1 ）1支、福廷气压计、加热器、装冰容器、冰等。（二）热电偶的定标热电偶（铜-康铜，-200400）、数字毫伏表、量热器、加热器、搅拌器、标准水银温度计（0100 ，分度值0.2 ）、冰等3、 实验原理（一）水银温度计的校正 温度计读数的校正通常用两种方法，分别是定点法和比较法，本实验采用定点法来进行实验测量。 定点法校正水银温度计，即以纯物质的熔点或沸点作为标准进行校正。实验过程中，先测量纯净水的0 点（若在原0刻度以下为负值），及沸点。所确定的0 点和沸点，并不是原先0 的刻度和100 的刻度，在至间约分，计算出全部温标刻度的改正值t： 为实验中所处的大气压下对应的纯净水的沸点（水的沸点与气压有关，可查阅附录表）。 若被测介质的温度计示读数为t，校正该水银温度计后的实际温度为： （二）热电偶的定标1热电偶工作原理 如图1所示，两种不同成份的导体A、B（称为热电偶丝或热电极）两端接合成回路，当两接合点的温度不同时（T），在回路中就有电流产生。这一现象称为温差电效应（或称赛贝克效应），相应的电动势称温差电动势（或赛贝克电动势）。热电偶就是利用这种原理进行温度测量的，其中，直接用作测量介质温度的一端叫做工作端（也称为测量端），另一端叫做冷端（也称为参考端，通常以0 点为标准）；冷端与显示仪表或配套仪表连接，显示仪表会指出热电偶所产生的热电势。 理论上，任何两种不同的金属导线均可组成热电势热电偶，但实际上为了使热电偶回路有较大的热电势，通常选择耐高温，易于热电势配制，而且热电势与温差基本上呈线性关系等的金属，本实验采用铜-康铜材料制备热电偶，使用温度范围-20400，热电势为4.15 mv/100 。 本实验热电偶测温线路如图2所示，金属A的两端分别和金属B焊接，测量仪表插入A线中间（或者插入B线之间） 理论上可以证明，在A、B两种金属之间插入任何一种金属C，只要维持它和A、B的联接点在同一个温度，这个闭合电路中的温差电动势总是和只由A、B两种金属组成的热电偶中的温差电动势一样。2热电偶的定标 用实验方法确定热电偶两端温度差大小与温差电动势的对应关系曲线，称为热电偶的温度定标。经过定标后的热电偶，就可作为热电偶温度计使用了。本实验采用比较法来进行热电偶定标，即用被校热电偶与一准确度较高的标准水银温度计去测同一介质的温度，在被校热电偶的使用范围内改变不同的温度，进行逐点校准，就可得到被校热电偶的一条校准曲线。定标装置如图3所示： 当热电偶测量端与参考端（0 ）有温差时，温差电动势则会在数字毫伏表上显示出来。把经过校准的温度计靠近测量端，先通过加热器让水沸腾，然后切断加热器电源让水从沸点开始降温，并在降温过程中依次等间隔地记录数字电压毫伏表与标准温度计的各组对应值，即可作出热电偶的定标曲线。4、 实验内容(一)水银温度计的校正10 点的确定。 把被校验的水银温度计竖直浸在冰水混合的容器中，实验过程使冰和水两态并存，经过510分钟稳定后，便可开始进行0 点的校正。 通过多次测量取平均值确定0 点。 实验过程中，由于系统不断向外界吸热，冰含量由于熔化逐渐变少，因此实验时注意在容器中多放冰块，少放水；并在实验过程中及时添加冰块，减少水。2沸点的确定。 把被校验的水银温度计套在软木塞中，竖直放进双壁蒸汽锅中，当水沸腾510分钟后记录稳定沸点，重复数次取平均值确定沸点。3测量得到实验环境下纯净水的沸点 （1）在福廷气压计上记录温度t及气压读数，并进行修正（福廷气压计使用法，参阅附录）： 其中g、分别为当地的重力加速度和45海平面的重力加速度。 （2）查附录表,确定大气压为时所对应的水沸点4计算原温标每一分度值的改正值t，校正该温度计的温标，列温度校正表 （二）热电偶的定标1按定标装置图3接好实验电路。2参考端置于零度点的冰水混合物。3测量端加热至沸点，在温度电压表格中记录标准温度计与数字毫伏表对应参数值。4切断加热器电源，在测量端降温过程中，等间隔记录温度电压各组参数值至室温。5制热电偶定标曲线（温度电压曲线）。（三）实验提示1使用温度计以前，要注意观察量程和认清分度值。水银正常使用的测温范围一般在全量程的30%90%之间。由于温度计热膨胀响应慢，读数时一定要等到被测介质与温度计达到热平衡后（510分钟）才能读数。温度计读数时注意消除视差，视线应与水银柱凸表面相平。2为了测量值准确，要注意温度计的浸入深度，同时温度计水银泡应与被测对象的容器壁有一定的间距，与被测物体相接触，若测液体，必须搅拌，使液温均匀。热电偶定标实验可以把测量端和温度计水银泡绕在一起，置于水壶中央，且不接触热水壶电热丝。3冰水混合物中的冰块要细，水要少，且将热电偶一端置于冰水混合物中心。4在降温过程中可加适当的细冰块且充分的搅拌，待冰融解且温度计的读数稳定才可读数。7、长度的测量1、 实验目的1.掌握游标卡尺、螺旋测微计、读数显微镜等常用长度测量仪器测量原理和使用方法。2.学习应用有效数字记录测量数据和不确定度计算。2、 实验仪器游标卡尺： 分度值0.02mm,量程15cm,最大允许误差为0.02mm螺旋测微计：分度值0.01mm,量程2.5cm,最大允许误差为0.004mm读数显微镜：分度值0.01mm,量程50mm,最大允许误差为0.005mm待测样品：口型遮光片、金属圆柱筒、金属片等。3、 实验原理1、游标卡尺构造及读数原理 游标卡尺主要由两部分构成,如(图1)所示：在一毫米为单位的主尺上附加一个能够滑动的有刻度的小尺（副尺）,叫游标,利用它可以把主尺估读的那位数值较为准确地读出来。 图1游标卡尺在构造上的主要特点是：游标上N个分度格的总长度与主尺上（N-1）个分度格的长度相同,若主尺上最小分度为a,游标上最小分度值为b,则有 Nb =（N-1)a （2.1） 那么主尺与游标上每个分格的差值（游标的精度值或游标的最小分度值）是： （2.2） 图2常用的游标是五十分游标(N=50。另有10分度的、 20分度的、 50分度游标卡尺),即主尺上49 mm与游标上50格相当,见图2。五十分游标的精度值=002mm游标上刻有0、l、2、3、9,以便于读数。毫米以上的读数要从游标“0”刻度线在主尺上的位置读出,毫米以下的数由游标（副尺）读出。即：先从游标卡尺“0”刻度线在主尺的位置读出毫米的整数位,再从游标上读出毫米的小数位。游标卡尺测量长度l的普遍表达式为 （2.3）式中,k是游标的“0”刻度线所在处主尺刻度的整刻度（毫米）数,n是游标的第n条线与主尺的某一条线重合,。图3所示的情况,即 。 图3在用游标卡尺测量之前,应先把量爪A、B合拢,检查游标的“0”刻度线是否与主尺的“0”刻度线重合。如不重合,应记下零点读数,加以修正,即待测量。其中,为未作零点修正前的读数值,为零点读数。可以正,也可以负。使用游标卡尺时,可一手拿物体,另一手持尺,如图4所示。要特别注意保护量爪不被磨损。使用时轻轻把物体卡住即可读数。图4游标卡尺使用注意事项（）使用前,首先要弄清其规格 （）根据被测对象情况,决定使用外测量爪、内测量爪、尾尺。 （）校正零点读数。若量爪A、接触时,游标线与主线不重合,应找出修正量,然后再使用。（）注意保护量爪,预防卡口磨损。为此测量时不应将待测物卡得太紧。（）用毕将其固定螺丝松开,然后将游标卡尺放入包装盒。2、螺旋测微器(千分尺)常见的螺旋测微器如（图5）所示。它的量程是25mm,分度值是0.01mm。螺旋测微器结构的主要部分是一个微螺旋杆。螺距是0.5 mm。因此,当螺旋杆旋一周时,它沿轴线方向只前进0.5mm。 图5螺旋柄圆周上,等分为50格,螺旋杆沿轴线方向前进0.01 mm时螺旋柄圆周上的刻度转过一个分格,这就是所谓机械放大原理。测量物体长度时,应轻轻转动螺旋柄后端的棘轮旋柄,推动螺旋杆,把待测物体刚好夹住时读数,可以从固定标尺上读出整格数（每格0.5mm）。 图6螺旋测微计的读数方法：（1）测量前后应进行零点校正,即以后要从测量读数中减去零点读数。零点读数时顺刻度序列记为正值,反之为负值。 （2）读数时由主尺读整刻度值,0.5mm以下由微分套筒读出,并估读到0.001mm量级。（3）要特别注意主尺上半毫米刻线,如果它露出到套筒边缘,主尺上就要读出0.5mm的数。螺旋测微器使用注意事项：（1）使用前,首先要弄清其规格,选用合适的量程。 （2）校正零点读数。 （3）先用粗测旋钮使测头小砧接近被测物,后用微调旋钮使测头小砧接触被测物。听到“喀”、“喀”止动声后停止旋转。否则易损伤测微螺杆。（4）读数时要注意固定刻度尺上表示半毫米的刻线是否已经露出。（5）测量完毕应使测微螺杆与测砧之间留有空隙,以防因热膨胀损坏螺纹。 3. 读数显微镜读数显微镜是用来测量微小距离或微小距离变化的。其构造分为观察被测物体的显微镜和读数的螺旋测微装置。读数显微镜的量程一般为50mm,分度值是0.01mm,可估读到0.001mm。读数显微镜的使用：1.将读数显微镜适当安装,对准待测物；2.调节显微镜的目镜,以清楚地看到叉丝（或标尺）； 3.调节显微镜物镜焦距,使被测物体成像清晰； 4.旋转测微手轮,使叉丝竖线与被测物体的两端面相切； 5.分别读出相切时标尺所对应的读数L1和 L2,两者读数之差L=L1-L2即被测物体的长度。读数显微镜使用注意事项：(1)测量时,显微镜移动方向与待测长度平行。(2)同次测量中,测微手轮须恒定向一个方向旋转,避免产生空程误差。4、 实验内容1用螺旋测微计测量金属片的厚度10次。测量时应注意零点读数和使用棘轮旋柄。（先选量程,再定零点读数,最后用粗测和微调旋钮测量）2分别用游标卡尺测量圆柱筒内、外径和高各10次,求出圆柱筒的体积。3用读数显微镜测量口型遮光片的缝宽10次。（先调目镜,后调物镜） 4. 数据处理及相关公式提示： i. 直接测量量的不确定公式ii 直接测量量不确定合成公式 P=0.68 iii不确定传递公式 附录1: 游标卡尺的示值误差限(P59) 附录2： tp与n的关系（P34） iv金属片的厚度结果表示为 （mm）（P0.68） 仪0.004mm,总不确定度 。v读数显微镜测量口型遮光片宽度。数据处理方法同iv,仪0.005mm。vi用游标卡尺测圆柱筒的内外径及高。d、D、h都为直接测量量,不确定度的处理方法同iv。体积V为间接测量量,利用不确定度传导公式计算体积的不确定度。结果表示为： (单位) （P=0.68）不确定度传导公式： 5、 数据处理8.物体密度的测量一实验目的1、掌握物理天平秤衡法；2、掌握用流体静力秤衡法测量不规则固体密度；3、掌握用比重瓶法测小粒固体密度。二、实验仪器物理天平（感量0.1g，称量1000g）、砝码、比重瓶（100ml）、烧杯（450ml）、温度计（50/0.1）、待测大块固体，待测小粒固体等。三、实验原理1流体静力称衡法测量非均匀实心物质设某一不规则实心物质在空气中的质量m1，其浸没在密度为0的液体中的视质量m2（设该物质的密度大于液体）根据阿基米德原理，浸没在液体中的物质所受浮力的大小等于它所排开液体的重量，可知该物质的体积为：由此得待测大块物质的密度：2比重瓶法使用传统方法测量细小、颗粒状的实心物质存在较大的误差，因此，在本实验中引入比重瓶，通过定容法测量该种类物质的密度。比重瓶是容积固定(恒定温度下)的容器，用玻璃制成，其瓶塞是一个中间有毛细管的磨口塞子。使用时，注入液体到瓶口，用塞子塞紧，多余的液体就会通过毛细管流出，从而保证比重瓶的容积恒定。设待测粒状实心物质的质量为m1，所选用比重瓶盛满已知密度0的液体后瓶和液体的总质量为m2，然后把待测物质装入比重瓶中，排出多余的液体后三者总质量为m3，则排出液体的体积即为质量为m1的粒状物质的体积：可得待测粒状物质的密度为：可见，两种方法都是根据阿基米德定律，通过易于测量的被排出水体积得到不易测量的物质体积，从而求出该物质的密度。当然，所测物质不能溶于实验所用液体。四、实验内容1.物理天平的调节：（1）调节水平：通过调节底脚螺母，使得底座上水准仪中的气泡处于中间位置；（2）调节零点：把托盘挂到刀口上，游码归零，轻启横梁，观察指针偏转方向，关闭天平，合理调节平衡螺母，使得打开天平时，指针指向零；（3）检查灵敏度：移动游码0.1g，记录指针偏离格数，计算感量和灵敏度。（4）记录室温，查表得到实验环境下水的密度。2.用流体静力秤衡法测铜块密度（1）用物理天平测量铜块在空气中的质量；（2）用烧杯取适量水，放置到托架上；（3）把待测铜块完全浸没在水中，测量此时铜块的视质量。3.比重瓶法测铅粒的密度（1）取适量的铅粒（大于100g），采用复秤法测量铅粒的质量；（2）取一比重瓶，并装满水，擦干瓶壁外侧的水分，用复秤法测量该质量；（3）把待测铅粒完全装在比重瓶中，并装满水，擦干屏蔽外侧的水分，用复秤法测量带有待测铅粒并装满水的比重瓶质量。4.实验提示（1）不能再横梁悬空状态下调节左右配平螺丝或加减砝码；不能用手抓砝码，应用镊子夹。（2）采用流体静力秤衡时，必须保证进入液体后物质的性质不变。（3）实验前应清洁物体表面，避免占有灰尘、油脂等；悬挂在液体中的物质，若附上气泡会影响浮力，注意消除。（4）比重瓶内壁及小粒物质若附上气泡影响测量的体积，注意消除。9.示波器的使用一、实验目的1、了解示波器的原理和基本结构；2、掌握开机的调节步骤，用示波器测量交流信号的电压、频率及位相差。二、实验仪器LDS20410双踪示波器、EE1641B1型函数信号发生器/计数器、移相器三、实验原理1、示波器显示原理及结构当一个信号输入示波器时，示波器采集了信号中电压随时间的变化规律，是一维的信息，无法在屏幕上显示二维的图形，因此在示波器屏幕上要显示交流电压信号的波形，也还需要加一个沿x轴方向的匀速运动的扫描电压信号，如图1所示。Ux的正方向的匀速运动与Uy竖直方向的简谐振动相互显示了正弦波形，这就是示波器波形显示的原理。当然如果x轴外加其他电压信号，其显示的波形将会是Ux和Uy叠加的结果，假设，则，消去t即可得到y=y（x）的方程由此可以根据不同的目的在示波屏上显示各式各样的波形。 示波器的结构图如图2所示。交流信号输入后，经过增益等处理，把信号传递给采集模块和触发端，通过触发端来进行信号的触发和释抑，以控制何时采集数据、触发间隔以采集数据。而后通过采集系统采集后在显示屏上显示有意义的波形。 2、测量交流信号的电压、周期、频率的方法当波形显示在屏幕上以后，可以通过测量方法来得到波形的相关信息，一般的测量方法有：直接测量法、光标法和自动测量法。测量的基本原理：通过调节增益V/DIV，在示波器上显示大小适中、稳定的正弦波形，选择其中一个完整的波形，测算波形峰峰值的垂直距离DIV，则峰峰值电压Uy=DIV*V/DIV*探头增益；同理测算信号n个周期的水平距离DIV，则信号周期T=(DIV*T/DIV)/n.3、相干信号位相差的测量1）双踪法输入频率相同、初相位不同的两列波形信号，采用双踪法方式工作，触发源选择CH1或CH2，得到被测波形，其一个周期在坐标刻度片上占8DIV，即每1DIV相应为45两列波相邻波峰的水平距离x为1.5DIV，则两列信号的相位差为2）李萨如图形法将一个正弦波电压加到荧光屏垂直偏转板，把另一个正弦波电压加到水平偏转板。这样荧光屏上出现的图形为一个椭圆，有它能很容易求出两电压之间的相位差。同频率的两个交流电在荧光屏上的图形，由两电压的相位差确定，如图3所示。如果两个交流电的最大值Ux和Uy相同，且示波器的放大器在水平和竖直方向的偏转灵敏度相同，根据振动的合成规律很容易知道，当两电压的相位差=0或=180时，图形是一条与x轴夹角为45或135的直线；当=90或270时，图形是一个圆。若两电压的频率成整数倍，屏上可得到比较复杂的稳定图形。现设从CH1和CH2通道分别输入两个同频率、有一定相位差的信号，选择合适的灵敏度，并采用外触发工作方式，即可在示波屏上观察到如图4的李萨如图形。令，假定波形在x轴线上的截距为2，则对x轴上的P点有：及。所以相位差为：四、实验内容本实验调节信号发生器，频率调到3.000kHz，电压调至5V。1.示波器选中CH1通道并将一个探头接到CH1上，将探头与信号源的一个输出端相接，将探头接地端与信号源另一个输出端相接。2.调节CH1通道的时间灵敏度和电压灵敏度，将图形调到适当大小，调节上下、左右位移旋钮，将图形调到合适位置。3.数出图形最高点和最低点相差格数，并记下此时的电压灵敏度。4.选中光标键，光标模式设为手动，光标类型设为V，出现横向的两条光标，选择CURA，调节公用旋钮将光标调至最低端，在取消CURA，选择CURB，调公用旋钮将另一个光标调至图形最高端，读出的数值即为电压峰峰值。5.取消光标，按测量键，选择电压峰峰值测量，即读出电压