试验13X光透视与食盐晶体结构分析

1、“物理实验基础”教案- 实验 7-5物理教学实验中心7-5 用计算机实测技术研究冷却规律1. 实验沿革：对流冷却规律是量热学的基本规律，在热学实验中经常用到它。而籍计算机用最小二乘法作直线拟合来求得对流冷却的经验公式，又是实验数据处理的基本方法之一。传统的冷却规律实验，在冷却过程中的数据采集及数据结果变换、处理、结果分析，均由实验者人工记录及处理，而本实验利用现代传感器技术及计算机技术实时地对整个冷却过程进行监测、记录和分析，由此更准确地获取实验的动态信息，提高了实验精度，加速了实验结果的分析过程，从而大大节省实验工作人员的劳动强度和工作量，这也是现代物理实验的发展方向。2. 实验目的：1)

2、初步掌握如何利用温度传感器及计算机技术进行冷却规律物理实验研究；2) 熟悉并了解本实验对原始测量的物理量（温度）如何进行转换过程；3) 掌握对非线性实验数据进行线性变换的基本方法之一（对数转换）；4) 进一步熟悉实验专用软件的运用，体会计算机与传统物理实验在数据采集和数据处理方面的异同及优缺点。3. 实验原理：热量传递三种方式：辐射、传导、对流。对流两种类型：自然对流、强迫对流。在稳态时，发热体因对流而散失的热量可由下式表示：QE (0 ) m（ 1）tQ/ t：单位时间内发热体因对流而散失的热量；：热体表面的温度；0：周围流体的温度 （室温）；E 与流体的比热容、密度、粘度、导热系数以及流体

3、速度的大小和方向等有关。由量热学可知，对一定的物体，单位时间损失的热量与单位时间温度的下降值成正比，经推导得：dk(0 ) m（ 2）dtm = 1.25 ；强迫对流 m = 1。流体是气体时：自然对流冷却规律曲线方程(2)两边取对数 , 变换为直线方程 :log(d)m log(0 ) log( K )dty log(d )x log(0 )b log( K )dt设y = m+b4预习要求及质疑：1) 熟悉计算机实测物理实验的整体实验框架及信号流程；2) 知道本实验主要是研究在对流状态下物体的冷却规律；3) 了解自然对流与强迫对流的定义；“物理实验基础”教案- 实验 7-5物理教学实验中心

4、4) 熟悉实验内容，并写好预习报告和记录表格。5) 质疑：(1) 仪器设备及实用软件的开启顺序是如何规定的？(2) 加热物体散热过程主要有哪三种方式？(3) 实验中应如何控制环境条件的相对稳定从而减小实验误差？5实验步骤及注意事项：设备仪器启动：连接温度传感器与通用实验室接口（DIN1 ）开启通用实验室接口尾部电源开关开启计算机电源点击实验应用软件图标打开软件窗口正常状态下“工具栏”将显示出现红色“ Collect ”按钮。6. 操作：（有者为菜单操作流程）1设置端口：设置 传感器（ S） “传感器设置”卡选中 DIN1( 或 DIN2, 此时 DIN1 None )端口 ,传感器“ Temp

5、erature = Direct Connect” ,定标“ deg _ c _ dc” ,按“确定”钮。定标以后，传感器的温度显示在曲线图窗口下方的状态栏上实时显示。2设置采样长度及采样速度：设置 数据收集 “ Sampling ” 卡采样长度 (Experiment Length)50S ,采样速度 (Sampling Speed)0.5点 /S ,按“确定”钮 .3测室温：按“ Collect”钮，得到室温曲线，对室温曲线求平均： 查看 自动比例调整，看到室温曲线。 分析（ Analyze ） 数据统计（ Statistics）。记录下室温的平均值T0 (Mean) 。4自然冷却：1)

6、采样长度 300s2) Y 轴标度修改为 0 100 查看 曲线图选项 “轴线选项”卡：在 Y 轴比例框内选中“手工比例调整” ，最小值 0 ，最大值 100 。3)对传感器加热：调压变压器调至20V，温度传感器在电阻加热器中加热至90 100压变压器调回0 V ，取出传感器，放平稳后，立刻按回车键开始采集数据，得到自然冷却曲线。5建立垂直双窗口，并建立新的坐标系：建立垂直双窗口 查看（ View ）曲线图窗口布局（Graph Layout）选中“垂直双窗口”布局图，按“确定”钮。 1 个窗口为 Temperature - time坐标系，选中另外1 个窗口建立为，调log(dT) log(

7、TT 0)坐标系。dt建立新列log(dT) ：dt数据（ Data ）新建数据列（New Column ）通项公式 (Formula)选中“选项（options ）” 卡 ，在标号框内用键盘输入:全称（ Long Name） log(-dT/dt)，“物理实验基础”教案 - 实验 7-5物理教学实验中心简称（ Short Name ） y，单位（ Units ）c/s。选中“ Definition” 卡，在 Equation框内定义新列log(dT ) :其中函数“ log()”、微分“ derivative ”在“ Functiondt”框内选，负号和除号用键盘输入，变量“ Tempera

8、ture ”“ Time”在“ Variables ”框内选。最后，在 Equation框内显示 log(- derivative(“ Temperature ” )/ derivative(“ Time” ) ，按“确定”钮。建立新列 log(TT 0)： 数据（ Data ） 新建数据列（ NewColumn ） 通项公式 (Formula)选中“选项（ options）” 卡 ，在标号框内用键盘输入:全称（ Long Name）log(T T 0)，简称（ Short Name ） x，单位（ Units ）c。选中“ Definition” 卡，在 Equation 框内定义新列log

9、(TT 0)：其中函数“ log( )”在“ Function”框内选，变量“ Temperature”在“ Variables ”框内选， T0 为已测好的室温数值（如：25.078 ）。最后，在 Equation框内显示 log( “ Temperature ”- 25.078)，按“确定”钮。 单击 Y 轴坐标名多选框内仅选择为log(dT ) ；dt 同样，单击 X 轴坐标名 (time) 单选框内仅选择为log(TT0)。6对 log(dT ) log( TT 0) 坐标系内图线进行拟合：dt分析（ Analyze ） 线性拟合，得m、 b 值。7重测室温： 操作同第 2、 3 点。

10、把新的室温平均值通过修改数据列修改到log(T-T0) 中：数据（ Data ） 修改数据列 log (T-T0)，对式中T0 值进行修改，按“确定”钮。8强迫冷却：1) 采样长度 100 s2) y 轴标度： 0 1003)调压变压器调至20V，温度传感器在电阻加热器中加热至90 100，调压变压器调回0V，取出传感器，用电风扇进行强迫冷却，立刻按回车键开始采集数据，得强迫冷却曲线。9对 log(dT ) log( T T 0) 坐标系内图线进行拟合：dt 分析（ Analyze ） 线性拟合，得m、 b 值。4. 实验操作及结果的评分标准：1)预习报告3 分2)实验操作2 分3)实验观察与

11、记录2 分4）实验现象讨论和思考题3 分“物理实验基础”教案- 实验 7-5物理教学实验中心5.实验仪器及器材：风扇、电阻加热器、调压变压器、 AD590作为温度传感器、电流 (I)/ 电压 (V) 转换器、通用实验室接口（ ULI ）、计算机。6. 实验操作指南：1 份7. 典型测量数据及计算（作图） ：输入端口： DIN1（ DIN2）自然冷却强迫冷却自然冷却强迫冷却自然冷却强迫冷却第 1 次第 1 次第 2 次第 2 次第 3 次第 3 次采样长度 /s505050505050测 量 室采样速度 /点 / s0.50.50.50.50.50.5温室温/0C采样长度 /s300100300100300100采样速度 /点 / s0.150.150.50.511温度范围 / 0C数 据 采m集by = m+b冷却曲线对数变换后冷却曲线8. 思考题1、实验中是否应对温度传感器定标？为什么？略。2、由实验结果分析，在自然冷却和强迫冷却时，公式（3）中的 k 值是否相同