大学物理实验补充材料0612修订版2.doc

实验46 空气比热容比的测定1、 按照如下示意图连接电路，注意温度传感器AD590和测温电压表的正负极不要接错。压力传感器直接连接测量空气压强的数字电压表。温度传感器5K电阻测温电压表.6V直流电源 2、 利用传感器可将非电学量转换为电学量进行测量（阅读课本P82），如本实验中利用压力传感器和温度传感器将压强和温度转换为电压，利用数字电压表进行测量。测空气压强的数字电压表用于测量超过环境气压的那部分压强，1KPa的压强变化产生20mV的电压变化。温度传感器接6V直流电源和5K电阻后，可产生5mV/K（将课本中5mV/改为5mV/K）的信号电压，即1开尔文的温度变化产生5mV的电压变化。3、 表4-6-1改为如下格式：表4-6-1 数据记录参考用表周围大气压强P0/(105Pa)实验开始前测量的室温T0/mV测量次数状态压强显示值 P1/mV状态温度T0/mV状态压强显示值P2/mV状态温度T0/mV状态气体实际压强P0+P1/(105Pa)状态气体实际压强P0+P2/(105Pa) 正常关闭123提前关闭推迟关闭说明：（1）开始实验前，预热仪器和调零后，将进气活塞和放气活塞都打开，记录此时测温电压表显示的室温T0 。周围大气压强值由实验老师告知。（2）为便于比较实验结果，5次测量过程中，用打气球打气时，尽量将P1控制在相同的值。打气结束，将进气活塞也关闭，等待瓶内空气稳定。（3）按照课本步骤3所述方法正常关闭活塞2测3次，提前和推迟关闭活塞2各测1次，提前和推迟的效果要明显一点。（4）计算3次正常关闭活塞2时所得的的平均值和标准偏差。4、 完成课后思考题1、2，试给出理论证明。5、 补充思考题：本实验中测空气压强的数字电压表灵敏度为20mV/Kpa，当数字电压表显示为200mV时，待测气体压强为P0+10Kpa。根据测量温度的数字电压表计算温度值的方法与此类似，试根据实验开始前测量的室温T0计算环境的摄氏温度值。实验48 温差电动势的测量实验前需预习的其它内容：P3638，热电偶；P4750，万用电表。实验所用部分仪器与课本上不同，实验原理的电位差计部分和仪器介绍部分可不看，预习时参考以下内容。一、实验目的1、 学会使用数字电压表或万用表测量热电偶的温差电动势。2、 了解热电偶的测温原理和方法。二、实验仪器热电偶、数字式电压表（万用表）、温度计、带温度显示的水浴锅、保温杯三、仪器介绍1、 热电偶 （P110 ，P3638）用两种不同金属组成回路，若两触点处于不同温度，触点间会产生电动势。2、 数字式电压表（P111）用于直接测量电压的仪表，本实验中使用的数字式电压表有5档，实验使用量程最小一档，其最大可测量电压为20mV。电压表还配有调零档，实验前需进行调零。3、 万用表（P4750）用于直接测量电压、电流以及电阻的常用仪器，本实验中使用的万用表，测量时应使用量程最小档，其最大可测量电压为200mV。注意：对比万用表与数字电压表，测量档次不同，灵敏度则不同，实验数据有效数字的选择也不同。万用表测量结果取1位小数；数字式电压表取2位小数。4、 水浴锅常见的温度控制仪器，可在0100区间内精确控温。水浴锅通过电热丝通电发热为热源。而因为水的比热容较大，且方便易得，所以以水作为控温介质。大型的水浴锅控温效果较好。本实验中使用的水浴锅可测量当前水的温度，并可对目标温度进行设定，水浴锅自动加热至目标温度恒温。实验时注意：1 水浴锅中加水不要过多，否则导致降温缓慢。2 万用电表使用完毕后，关闭电源，并置于交流电压最大量程。实验48 温差电动势的测量 实验步骤1、 将数字式电压表或万用表与热电偶上的红黑接线柱相连2、 数字电压表测试前需调零（万用表测试前不需调零）调零办法：将热电偶两端均置于冷水瓶中，将数字电压表置于调零档，调节微调旋钮，使显示读数为【000】，调零完成。3、 将热电偶一端置于水浴锅中，另一端置于冷水瓶中，将数字式电压表置于20mV档，（万用表置直流电压200mV档），开始测量。注意：热电偶触点必须置于水下，且不能与锅壁与锅底相接触。4、 用温度计测量冷水瓶中水温，即热电偶冷端温度。5、 测量升温过程中不同温度差下的电动势。从67开始，每隔4测量一次，至95为止。将水浴锅掷于“设定”，旋转温度旋钮至所需温度（高于95），水浴锅开始加热。然后将水浴锅掷于“测温”，显示温度为当前水温。水温到达设定温度时，水浴锅状态转为“保温”。6、 测量降温过程中不同温度差下的电动势。从95开始，每隔4测量一次，至67为止。将水浴锅掷于“设定”，旋转温度旋钮至所需温度（低于67），此时可将水浴锅盖子打开，使水自然降温。然后将水浴锅掷于“测温”，显示温度为当前水温。7、 使热端处于任意一个温度（表格中没有的温度，如60或80），测出当前温度tx真，以及此温度下相应的电动势。表4-8-1 测量数据热电偶冷端温度t0 热端温度t/6771757983879195升温电动势t/mV降温电动势t/mVt平均值数据处理要求1、 坐标纸作图，t平均值为纵坐标，温差t为横坐标。2、 图解法求温差系数C，参考课本P21。要求写出所取的数据点和计算过程。注意温差系数C有单位。3、 最小二乘法求温差系数C，参考课本P22。要求利用P23表1-4计算出温差系数C和相关系数；也可以利用计算机作图或编程进行拟合。注意思考、应分别是什么？4、 由t图，根据x求出热水温度tx，以温度计所测值tx真为其真值，计算百分比误差。实验4-10 电子示波器的使用实验前需预习的其它内容：1、 5358，示波器和信号发生器的原理和用法。2、 查找词典，翻译与仪器有关的下列单词：focus intensity variable calibrate trigger slope internal external amplitude symmetry 注意事项和补充说明：1 实验原理部分在P5354，要求用自己的话概括示波器的组成及功能。2 实验内容中“观察波形”部分不必抄写入实验报告，实验时对照仪器进行调整即可。3 开始测量前先对照课本P5558，学习仪器的各个旋钮和开关的功能，要求熟练掌握示波器和信号发生器的使用方法。课本上示波器面板与实际用到的有所不同，但旋钮名称和功能是相通的，所以不要查找课本中示波器面板的对应旋钮，只把旋钮名称与功能仔细阅读几遍。4 信号发生器使用时，WIDTH、RATE和SYM、OFFSET要关闭。5 信号发生器输出信号的频率和幅度要适中，可取5003000Hz和1V3V。6 示波器显示屏在水平方向有10个格，在垂直方向上有8个格，每格表示1cm，其中每格又可分为5个小格，每小格表示0.2cm。测量正弦信号的电压和周期时，UPP=y（cm）Y轴灵敏度选择（v/DIV或mv/DIV） T=x（cm）扫描速度选择（s/DIV、ms/DIV或s/DIV）指从波峰到波谷之间波形所占的格数即所对应的垂直距离；x指一个周期波形在水平方向上所占的格数即所对应的水平距离；Y轴灵敏度选择指VOLTS/DIV旋钮所对应的数字和单位，表示在垂直方向一个格代表的电压大小；扫描速度选择指TIME/DIV旋钮所对应的数字和单位，表示电子束在水平方向扫描一个格所需的时间。表4-10-1 调整为信号发生器示波器测量结果频率/Hz电表电压/V输出衰减/dBY轴灵敏度y扫描速度xUPPT10002050010记录数据时要标明单位。 1DIV=1cm补充表格一（选做，有加分）信号发生器示波器测量结果频率/Hz电表电压/V输出衰减/dBY轴灵敏度yUPP50010补充表格二（选做，有加分）信号发生器示波器测量结果频率/Hz电表电压/V输出衰减/dB扫描速度xT50010.ab7在李萨如图形中，Y方向的切线和图形相切的切点和X方向的切线和图形相切的切点分别如下图中a、b点所示。表4-10-2调整为右图（不要局限于课本所给出的图形）李萨如图形NxNyfxfy8设计题（选做，有加分） 进行示波器实验时，实验室提供了两台信号源，其中一路信号源可以显示信号的频率和幅度，另一路信号源不能显示出频率和幅度，将此信号源调节至任一频率和幅度的正弦波后，利用示波器，你有几种方法测出目前信号的频率和幅度？在实验室进行探索后，将你的实验过程写下来。9完成思考题示波器上观察到正弦波形时，在X偏转板上施加的是什么信号？在Y偏转板上施加的是什么信号？示波器上观察到方波波形时，在X偏转板上施加的是什么信号？在Y偏转板上施加的是什么信号？ 示波器上观察到李萨如图形时，在X偏转板上施加的是什么信号？在Y偏转板上施加的是什么信号？10阅读材料 利用计算机编写虚拟示波器实现软件触发的原理触发控制部分实现选择触发源TIGGER SOURCE（如CH1、CH2或外部信号EXT）、根据触发电平的大小TRIG LEVEL和触发极性SLOPE触发X轴开始扫描。其原理如右图所示，首先判断用户设置的触发电平是否在触发源的波峰和波谷范围内，在此范围内则进行触发。对触发源信号.波峰负极性触发触发电平波谷正极性触发. +1触发原理图的第点和第点的值进行比较，正极性触发时，若第点的值等于或小于触发电平，同时第点的值大于触发电平，则第点为触发点，X轴从此点开始扫描，每次采集数据后，都从触发点开始提取子数组，送入显示屏，实现波形的同步显示。负极性触发时与之相反。如果用户设置的触发电平不在触发源的波峰和波谷范围内，则无法找到触发点，即无法得到稳定的波形。根据阅读材料，自己调节TIGGER SOURCE、TRIG LEVEL和SLOPE旋钮，观察波形，进一步理解同步触发的原理。实验4-12 集成霍耳传感器法测量圆线圈和亥姆霍兹线圈的磁场实验内容：表4-12-1，表4-12-2，表4-12-4实验注意事项：1、接好电路后，打开电源预热10min后才开始实验，I=100mA。2、为了给探测器留出空间，注意标度尺不要押在载流线圈的轴线上，应向下或者向上退一格。-5 0 5 标度尺线圈轴线-1 0 1探测点3、测量时，探测器下的探测孔要与待测点对应。探测器上探测孔与三边界均相距一格的距离，若探测器朝左向放置，测量“0”位置时，其边界应该与“-1”重合；若探测器朝右向放置，测量“0”位置时，其边界应该与“1”重合。4、每测量一个数据点都要先摆好探测器位置，一手按住探测器，另一手断开电路调零后再进行数据测量。5、三个表格中位置的示数“0”指的均是标度尺上的“0”刻度，而不是载流线圈中心的位置。6、表4-12-1中，线圈放置于标度尺 “0”刻度上测量；表4-12-2和表4-12-4中，两个线圈关于标度尺 “0”刻度对称放置测量。7、表4-12-2和表4-12-4中，单线圈磁场Ba、单线圈磁场Bb指两线圈关于标度尺“0” 刻度对称放置好以后，测量单线圈磁场Ba时，只对线圈a通电；测量单线圈磁场Bb时，只对线圈b通电。8、表4-12-2和表4-12-4中，亥姆霍兹线圈磁场B指两线圈接上串联同向电流进行数据测量。9、数据记录表格中必须注明磁场B单位，注意毫特计显示的数据单位为mT。10、请用坐标纸或计算机作图，并在图中注明各数轴物理量符号、单位、适当的标度、以及图的名称。注意纵坐标为磁场B。一个表画一幅图，表4-12-1中有2条图线；表4-12-2、4中有4条图线。实验413 霍耳效应的应用一、预习思考题（要在实验前写在预习报告中）：回答Is、IM、UH、Us分别表示什么含义？Is、IM的作用分别是什么？二、实验中需要注意的地方1、到达实验室后，先不要对仪器通电，按书本要求连线。（思考：连线是接中间的还是下面的接线柱）连线完毕后邻位互相检查连线，确认无误后才能通电，否则损坏仪器需赔偿。2、仪器开机前应将、调节旋钮逆时针方向旋到底，使其输出电流趋于最小状态，然后再开机。关机前，应将“调节”和“调节”旋钮逆时针旋到底，使其输出电流趋于零，然后才可切断电源。3、测试前对测试仪调零调零方法：将“Is调节”和“IM调节”旋至最小，用螺丝刀在左边的“调零”旋钮上调零。实验调零后，各操作可不需重复调零。4、“IM调节”左方有一红色按钮。将其按入，上方显示板显示IM的示数；按出，显示板显示Is的示数。5、调节IM时，显示板显示的示数省略了小数点前的零位，必须注意小数点在第一位。即：IM0.6A应调节为【600】（注意！）6、测量Us时，注意铡刀必须打至下方Us档三、完成实验报告需要注意的地方1、测量中磁场强度B的计算磁场由励磁电流通过线圈产生，线圈上标有电流和磁场的换算关系X（常数）KGS/A 其中K103；GS磁场单位高斯（非国际单位）； 1GS104T（特斯拉，磁场国际单位）， 从线圈上抄下励磁常数，再乘以IM。即：BXIM10310-40.1XIM (T)2、用坐标纸绘出UHIs直线以及UHIM直线，注意写在前面的为纵坐标，即UH为纵坐标。3、求RH，因或从坐标纸绘出的UHIs直线上，可由图解法（P21）得UHIs直线斜率,代入；从UHIM直线上，得UHIM直线斜率，代入，求出RH1和RH2，并取平均作为RH。4、RH，n，s，m 的计算必须使用国际单位，并且计算公式、过程、单位应在实验报告中给出。（提醒：此步骤经常有同学由于未将mA、mV全部转换为A、V，而出现RH，n，s，m全部算错的情况。）实验4-16 用迈克尔逊干涉仪测量光波的波长一注意事项 1、两行平行的亮点要调至一一重合，即最亮的两点完全重合在一起，（注意不要错位重合），直到在干涉屏上观察到干涉圆环。2、看到冒环的情形后，往读数增大的方向转动微动轮，观察到什么现象？ M1在导轨上怎样移动? 往读数减小的方向转动微动轮，观察到什么现象？M1在导轨上怎样移动?3、在看到冒环的情形下以后，按照以下步骤调零调整(思考为什么)：1 将微动轮转至“0”2 将粗动轮转至对准整数（如.3）前一条刻度线3 将微动轮再转动一周至“0”，粗动轮此时自动对准整数刻度线4、记录读数，注意要估读，读数应精确至0.00001mm。5、在数环过程中注意微动轮只能朝一个方向旋转，不能回转。(思考为什么？参考P70，7)二用逐差法处理数据，补充表格为d1= d250-d50 = 1=d2= d300-d100 = 2=d3= d350-d150 = 3=d4= d400-d200 = 4=三数据处理（1）计算出 1 5后，计算波长的平均值。结果保留至小数点后一位。（2）计算波长的标准偏差。结果保留至小数点后一位。注意的单位。（3）由标准波长值计算测量结果的相对误差 。 （4）由标准波长值计算测量结果的绝对误差。结果保留至小数点后一位。注意的单位。（5）测量结果最终应表示为：四、阅读材料当M1和严格平行时，所得的干涉为等倾干涉。所有倾角为的入射光束，由M1和反射光线的光程差均为，式中为光线在M1镜面的入射角，为空气薄膜的厚度，它们将处于同一级干涉条纹，并定位于无限远。这时，在图4-16-1中E处，放一会聚透镜，在其共焦平面上，便可观察到一组明暗相间的同心圆纹。干涉条纹的级次以中心为最高，在干涉纹中心，因为0，由圆环中心出现亮点的条件是，得圆心处干涉条纹的级次。当M1和的间距逐渐增大时，对于任一级干涉条纹，例如第k级，必定以减少其的值来满足，故该干涉条纹向变大（变小）的方向移动，即向外扩展。这时，观察者将看到条纹好像从中心向外“涌出”；且每当间距增加时，就有一个条纹涌出。反之，当间距由大逐渐变小时，最靠近中心的条纹将一个个“陷入”中心，且每陷入一个条纹，间距的改变亦为。因此，只要数出涌出或陷入的条纹数，即可得到平面镜M1以波长为单位而移动的距离。显然，若有N个条纹从中心涌出时，则表明M1相对于移远了。反之，若有N个条纹陷入时，则表明M1向移近了同样的距离。根据，已知M1移动的距离和干涉条纹变动的数目，便可确定光波的波长。实验5-3 非平衡电桥的应用说明：本实验为设计性实验，要求学生按照实验目的；实验原理；实验仪器；实验步骤；记录数据的表格；结果处理和作图；实验总结，完成完整的实验报告。实验前的预习报告可空出实验步骤部分，做完实验后在实验室补充。预习思考题：实验要求根据测量得到的（T，），用最小二乘法拟合计算热敏电阻的特性参数、。参考课本P24，对进行变量变换，表达成形式。实验提示：1 实验所用的加热器为数显控温水浴锅，其用法如下：将水浴锅掷于“设定”，旋转“温度设定”旋钮至所需温度，如果用户设置的温度高于水浴锅中水的目前温度，水浴锅则开始加热，水温到达设定温度时，水浴锅状态转为“保温”。在此过程中可将水浴锅掷于“测温”，显示温度为当前水温。2 实验的基本思路如下：当热敏电阻的阻值随温度发生改变时，也发生变化，利用数字万用表记录不同温度下对应的，可得到热敏电阻的定标曲线 t；再反过来利用已记录的，把热敏电阻换成电阻箱，