大学物理实验

实验一：长度和固体密度的测量1．米尺、10分度游标卡尺、螺旋测微计（千分尺）的使用，测量物理量的有效数字eq\o\ac(○,1)米尺：米尺就是按厘米和毫米为测量单位的尺子，他的最小分度为1mm，是测量长度最简单的仪器。实验室常用的米尺有直尺和钢卷尺。使用米尺测量长度时可精确到毫米位，并要估读到1/10（0.1mm）。测量时，应使米尺可先贴近待测物体，读数时，视线应垂直于所读刻线。由于米尺两端容易磨损，因此测量时常用米尺中间部分。选择某一刻度作为起点，读取该物体两端所对应的刻度，做个读数之差，就是待测物体长度。eq\o\ac(○,2)10分度游标卡尺用法：游标紧贴着主尺滑动，外量爪用来测量厚度和外径，内量爪用来测量内径，深度尺用来测量槽的深度，紧固螺钉用于测量时固定游标，以便于读数。使用游标尺时，一手拿物体，另一手持尺，轻轻把物体卡住，应特变注意保护量爪不被磨损，不允许用游标尺测量粗糙的物体，更不允许被夹紧的物体在卡口内挪动。游标尺的精密度：σ=y/m主尺的分度值y=1mm游标：精确到0.01mm读数：先读“零值”。实际长度=测量长度—零值eq\o\ac(○,3)螺旋测微计：原理：在测杆上精密加工螺距为0.5mm螺纹，并配与之相对应的螺母套筒，套筒圆界等分为50分格，则当套筒转过1分格，螺杆移动0.01mm，即利用机械放大原理使仪器精密度达0.01mm。使用方法：测量物体长度时，应先将微动螺杆退开，将待测物体放在测砧与螺杆之间，然后，轻轻转动棘轮旋柄，使测砧和螺杆测面刚好与待测物体接触。读数时应从固定套管的标尺上读出整数格值，而0.5mm以下的读数由微分筒上刻度读出，可估读千分之一。螺旋测微计（千分尺），精确到0.001mm运用机械放大原理。测量时应记录零点读数（可正可负），并对测量数据做零点修正正确值=测量值—零点读数例：用螺旋测微计测量钢丝直径d，结果如下：（1）测量次数n=10次，d=0.246mmΔ仪=0.004mm（仪器），请答出测量结果？（2）如果测量次数你=1，d=3.500mm，如何用不确定度表示测量结果解：UA=0.004mm,UB=Δ/（3½）=0.04mm/（3½）=0.023mm，d=（U²A+U²B）½=（0.004²+0.0023²）½=0.005mm测量结果d=d的平均值±U=（0.246±0.005）mm（2）当n=1，UA=0，UB=Δ/3½=0.0023mm测量结果为：d=d±u=10.246±0.0027mm2．物理天平的调节（a）调天平：调节调平螺丝，使水准的水泡居中。（b）横梁调零：天平空载，游码置于横梁上的零位置。调节横梁两端的平衡螺母，直至支起横梁指针指向标尺中央或作对称摆动。3．天平的灵敏度：S=Δn/Δm。Δn表示指针偏转格数，Δm表示游码读数（质量）实验二：伸长法测定杨氏弹性模量光杠杆系统测量微小长度变化的实验原理图，被测微小长度变化量L=bN/2D（原理图自己画）被测微小长度变化量ΔL=bN／2DΔL<<b转角θ甚小所以θ≈ΔL／b由光学反射定律可知：∠X0OX1=2θ≈N／D所以2ΔL／b=N／D所以ΔL=bN／2D在用伸长法测杨氏弹性模量的实验中，对望远镜仪器的调整应该如何进行调节才能找到清晰的标尺的像？答：先调节目镜与十字叉丝的间距，使叉丝在目镜焦平面内，经目镜放大后，在观察者的明视距离处成一放大的虚像，这时叉丝像很清晰。然后沿望远镜筒外缘观察，是否能从平面镜中看到标尺的像，若看不到，则应左右移动测量系统支架，知道能看到为止。最后通过望远镜进行观察，这时若标尺像不清晰，可旋转外筒改变目镜筒（内含目镜及叉丝）与物镜间的距离，直至看清标尺的像。系统误差概念：在相同的测量条件下多次测量同一物理量时，误差的绝对值和符号保持恒定，当测量条件改变时，它也按某一确定的规律而变化，这样的误差称为系统误差。随机误差概念：在相同测量条件下多次测量同一物理量时产生时大时小、时正时负、以不可预知的方式变化的误差称为随机误差。实验三：倾斜气垫导轨上滑块运动的研究实验装置有哪三大块？答：气垫导轨、滑块、光电测量系统测量速度和加速度的原理答：物体作直线运动时的平均速度为平均速度V=ΔX／Δt式中ΔX是物体在t+Δt时间内通过的位移。略去阻力f，物体沿斜面下滑运动为匀速直线运动V²2—V²1=2As所以a=（V²2—V²1）／2S实验四：惠斯登电桥掌握惠斯登吊桥的原理图，平衡表达式RX=R0*(R1/R2)，并懂得推导平衡表达式。（利用Ud=Ub，Ig=0）（原理图自己画）每个边电阻——电桥的桥臂G为检流计“桥”——bGd作用：利用检流计将电桥的两个对顶点进行比较，当b、d电位相等，Ig=0，电桥处于平衡状态R1R0=R2RX所以Rx=R0*（R1／R2）电桥平衡时，检流计没有电流通过，B点与D点电压相等Ud=Ub即有I1R1=I2R2I1Rx=I2R0联立解得：Rx=R0*(R1/R2)电桥灵敏度与电源电压及检流计灵敏度有何关系？答：电桥的灵敏度与检流计的灵敏度成正比，检流计的灵敏度也高电桥的灵敏度也越高，电桥的灵敏度与电源电压成正比，为了提高电桥的灵敏度可以适当的提高电源的电压“从高到低，从粗到细”的原则，将电桥快速调平衡自装电桥实验中，检流计要先串一大阻值电阻，最后又要拆掉，原因分别是什么？答：串联大电阻是为了保护检流计，最后拆掉是为了提高测量的准确度。实验五：电阻元件福安特性的测定二极管的正、反向特点，根据特点选择合适的电路（设计测量电路图）电流表外接法：正向特点：它的正向最大电流Imax≤30mA，最大反向工作电压Umax≤30V二极管的正极接电路的高电位，负极接低电位。二极管的正向电阻值较小。反向特点：二极管的正极接电路的低电位，负极接高电位。由电流表量程反向电流的大小而定电源电压取20V二极管的反向电阻值很大。根据待测电阻的大小来选择测量线路（接入方法的选择），电表内阻对实验的影响（如何选用合适的电表来降低测量误差）答：大的电阻用内接法，小电阻用外接法。当时，选用电流表内接法；所产生的接入误差小于电流表外接法所产生的接入误差。这时应该选择电流表内接电路进行测量。当，选用电流表外接法。电压表灵敏度的概念接入误差概念答：因测量电表的接入而产生的误差称为接入误差或方法误差。实验六：直流电位差计的原理及其使用根据直流电位差计的操作面板图简述利用电位差计测量一节干电池电动势（约1.5V）的实验步骤。（1）在连接线路以前，将电位差计的测量转换开关K旋在“断”位置，松开全部按钮。然后按面板上接线柱的极性，分别接上工作电源，检流计，待测电压Ux1（或Ux2）和标准电池。接线时，标准电池最后接上以防短路。（2）电流标准化eq\o\ac(○,1)首先根据标准电池上的温度及读数t℃，按下式计算实验条件下标准电池的电动势Et=E20—0.0000406（t—20）—0.00000095（t—20）2≈E20—（t+20）（t—20）X10—6（V）其中，E20是20℃时，标准电池的电动势，它表在标准电池盒上。eq\o\ac(○,2)然后加标准电池电动势温度补偿旋钮（RN1和RN2）旋在Et数值的位置，再将测量转换开关K旋在“N”位置，光点检流计的分流器旋在X1档，调节R旋钮（面板图中的R1、R2、R3、Rx），使电路平衡，完成电流标准化。eq\o\ac(○,3)调平电路，调节时应遵循从高位到低位，先粗调后细调的原则。（3）打开开关K，通过电位差计测出电源的电动势实验七：示波器的原理及使用示波器的用途答：示波器的用途：直接观察电压的波形，并能测定电压的大小，交流电压信号的频率和相位等，主要用在各种科学工程研究，工业生产及学校教育上。波形显示的原理（水平偏转板加锯齿波电压，垂直偏转板加被测信号）答：如果示波器的两对偏转板都不加信号电压，荧光屏上只出现一个亮点，如果在Y偏转板上加有正弦信号电压，而X偏转板上不加电压，荧光屏上只出现一条直流线。如果在Y偏转板上加正弦电压，又在X偏转板上加锯齿波扫描电压，则荧光屏上亮点的运动将是两个相互垂直振动的合成，荧光屏上将显示出正弦图形。当扫描电压和输入的正弦电压的周期一致时，荧光屏上将显示出两个完整的正弦波图形。李萨如实验中，如果屏幕显示的图形在快速翻转，应调节？答：调节音频信号发生器的信号频率（即fx），当fx／fy分别为2、1、2/3、1/2及1/3（音频信号频率约为25、50、75、100、150HZ）时，使李萨如图形稳定。实验八：应用霍尔效应测量磁场什么是霍尔效应，以及应用霍尔效应测量磁场的原理答：当洛伦磁力fB、f电场力、fE相等时，电荷的积累达到动态平衡，这时在薄片两侧面D、D’之间所建立的电场EH称为霍尔电场，相应的电压UH称为霍尔电压，这样的现象称为霍尔效应。根据UH=KHIB，如果知道了霍尔元件的灵敏度KH，用仪器测出控制电流I和霍尔电压UH，就可以算出霍尔片所在的磁感应强度B的大小。这就是应用霍尔效应测量磁场的原理。实验采用换向法来消除副效应的影响霍尔效应概念实验九：用牛顿环测定透镜的曲率半径实验仪器有哪些？答：牛顿环仪、钠光灯、斜照玻璃片、测量显微镜。为什么测量过程中，显微镜的刻度鼓轮只能朝一个方向移动？答：因为移动标尺是通过有螺旋槽的材料与鼓轮相连，转动鼓轮，螺旋纹旋转推动移动标尺。螺旋槽有宽度，反向旋转会造成一个螺距差误差。牛顿环概念答：牛顿环是用分振幅方法产生的干涉现象，也是典型的等厚干涉条纹。实验十：薄透镜焦距的测定测量凸透镜焦距的方法有哪些？答：（1）物距、象距法（2）自准直法（3）二次成像法测量之前调节光学系统应该满足的条件：共轴，等高二