试验1基本测量.docx

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试验1基本测量

实验1基本测量

1[实验目的]

1.1掌握游标和螺旋测微装置的原理，学会游标卡尺和螺旋测微计的正确使用；

1.2掌握用比重瓶法测定物体密度的原理，学会使用物理天平和比重瓶；

1.3学习仪器的读数方法，并能根据有效数字的概念正确记录实验数据；

1.4掌握不确定度估算和实验结果的正确表示方法。

2[实验仪器]

米尺，游标卡尺，螺旋测微计，物理天平，比重瓶（100ml），金属长方体，金属圆筒，小钢球，蒸馏水（简称水），温度计，细金属条，吸水纸，电吹风（公用）。

3[实验内容]

3.1用米尺测量金属长方体的体积；

3.2用游标卡尺测量金属圆筒的体积；

3.3用螺旋测微计测量钢球的体积；

3.4测金属薄板的密度；

3.5用比重瓶法测小钢球的密度。

4[实验指导]

4.1用米尺测量长方体的体积

测定金属长方体长度（宽度、厚度）时，应选择不同部位测量5次，数据填入表4-1-1。

4.2用游标卡尺测量金属圆筒的体积

（1）检查零点，使游标卡尺两钳密合，观察游标“0”线是否与主尺“0”线对齐，若不对齐则记下零点读数。

（2）用卡尺测圆筒的外径（D1）、内径（D2）和筒长（H），对每一个物理量要求在测量时应选择不同部位测量5次，数据填入表4-1-2。

4.3用螺旋测微计测量钢球的体积

测定螺旋测微计的零点误差,记录量程、最小分度及单位，再将钢球直径测量6次，数据填入表4-1-3。

4.4测金属薄板的密度

（1）用物理天平测出金属薄板在空气中的相应质量m，m=（　）±0.05（10-3kg）

（2）记录天平感量（　）kg，天平最大称量（　）kg，环境温度（　）℃。

4.5用比重瓶法测待测小钢球的密度

（1）用物理天平称50粒小钢球的质量m，m=（）±0.05（10-3kg）；

（2）将比重瓶装满水，用吸水纸擦去瓶外及瓶口溢出的水，测出加满水的比重瓶质量Ma；

（3）将小钢球放入比重瓶中，盖上瓶盖，擦去多余的水，测出小钢球和加满水的比重瓶的质量Mb；

（4）按式（4-1-10）计算小钢球的密度及，正确表示其结果。

4.6注意事项

（1）米尺的刻度可能不够均匀，在测量要求高时可以选取不同的起点，进行多次测量。

（2）游标卡尺的主尺用cm刻度，游标用mm刻度，注意单位统一。

（3）游标卡尺用后放入仪器盒时，固定螺钉S要松开。

（4）螺旋测微计测量结束，钳口A、B应留一空隙，再放入仪器盒内。

（5）用细金属条动作轻缓把比重瓶中小钢球的表面气泡赶掉，不能把比重瓶的薄壁碰破。

（6）实验结束用电吹风把小钢球吹干。

5[实验数据处理]

5.1米尺测量长方体体积的数据处理

表4-1-1　米尺测量长方体的体积

测量仪器____________分度值_________Δ仪　___________单位cm

测量项目

长a

宽b

高c

1

2

3

4

5

平均值

计算出金属长方体的长a、宽b、高c的平均值、算术平均值的标准偏差、、及不确定度、、，再求出体积，表达出结果。

（计算步骤详细）

，，

，，

长cm

宽cm

高cm

体积cm3

体积cm3

5.2游标卡尺测量金属圆筒体积的数据处理

表4-1-2　游标卡尺测量金属圆筒体积

测量仪器____________分度值_________零点___________单位mm

测量项目

外径D

D实

内径d

d实

筒长H

H实

1

2

3

4

5

平均值

计算外径D、内径d和筒长H的平均值、算术平均值的标准偏差及不确定度,再求出体积，表达出结果。

（计算步骤详细）

外径mm　　　

内径　mm

筒长　mm　　　　

体积mm3

　　，，

体积mm3

5.3螺旋测微计测量钢球的体积的数据处理

表4-1-3　螺旋测微计测量钢球的体积

测量仪器____________分度值_________零点____________单位mm

测量项目

1

2

3

4

5

6

平均值

读数Di

实际值（）

计算出金属球直径D的平均值、算术平均值的标准偏差及不确定度，再求出体积，表达出结果。

（计算步骤详细）

直径mm

体积mm3

mm3

5.4测金属薄板的密度

参照前面游标卡尺和体积计算方法，根据（4-1-7）式，利用6.2测量及求出的体积，求出及，正确表示其结果。

5.5比重瓶法测小钢球的密度

小钢球的密度

上式两边取对数：

上式两边求偏导数：

相对不确定度：

物理天平单次测量：

密度间接测量结果的不确定度:

测量结果标准表达式:

6[预习思考题]

6.1游标尺的50格对应分度值为lmm的主尺49格，此游标卡尺的分度值是。

6.2检查千分尺零点时，发现微分套筒上第49根刻线与主尺上的读数标志线重合，此时零点值是。

6.3测长度约为2cm物体。

用分度值为0.02mm的卡尺测有效数字有位，用千分尺测有效数字位，用米尺测有效数字有位。

6.4螺旋测微计螺距0.5mm，微分筒上刻有100个分格，它的分度值是多少？

6.5如何调整天平水平？

如何调整天平零点？

7[课后习题]

7.1列表总结实验中所用米尺、游标卡尺、螺旋测微器的量程、分度值和应读到的位数。

7.2有人把天平的使用，总结为四句话：

“称量、分度值先看清，柱直、梁平、游码零，物左、砝右止动勤，仪器用毕收拾净”，请给出解释。

7.3比重瓶盖中的毛细管的作用是什么？

实验2刚体转动惯量的测定

＜第一部分＞IM-2刚体转动实验仪

1[实验目的]

1.1了解多功能计数，计时毫秒仪实时测量（时间）的基本方法。

1.2用刚体转动法测定物体的转动惯量。

1.3验证转动定律及平行轴定理．

1.4分析实验中误差产生的原因和实验中为降低误差应采取的实验手段。

2[实验仪器]

IM-2刚体转动惯量实验仪，应用霍尔开关传感器结合计数计多功能时毫秒仪自动记录刚体在一定转矩作用下，转过角位移的时刻，测定刚体转动时的角加速度和刚体的转动惯量。

3[实验内容]

3.1（必做部分）

⑴以铝盘中心孔安装铝盘，组成转动系统，测量在砝码力矩作用下角加速度和砝码挂线脱离后角加速度。

⑵以铝盘作为载物台，加载环形铜质实验样品，测量在砝码力矩作用下角加速度和砝码挂线脱离后角加速度。

3.2（选做部分）

以铝盘偏心孔3.0，4.0，5.0cm为转轴，测量在砝码力矩作用下角加速度和砝码挂线脱离后角加速度。

4[数据处理]

根据实验要求，将有关数据填入对应表格（见本实验附录）中，按所学的理论对数据进行处理。

5[预习思考题]

利用该刚体转动惯量仪，能否想出其它测转动惯量的方法。

6[课后习题]

　　使用该刚体转动惯量仪的注意事项有哪些？

＜第二部分＞IM-1三线悬盘摆实验仪

1[实验目的]

1.1学会用三线摆来研究刚体的转动规律，测定刚体的转动惯量。

1.2研究转动惯量随刚体的质量、质量分布及转轴位置而变化的规律。

1.3验证转动定律及平行轴定理．

1.4分析实验中误差产生的原因和实验中为降低误差应采取的实验手段。

1.5学习利用曲线改直及图解法求待测量的方法。

2[实验仪器]

三线摆实验仪，水平仪，水准仪，秒表，米尺，卡尺，物理天平。

3[实验内容]

3.1仪器调平

将气泡水准仪放在悬挂上圆盘的支架上，调节底座的两个螺钉，使上圆盘处于水平状态。

再将水准仪放在下圆盘上，调节三根悬线的长度使下盘水平（L约50cm）。

3.2测出仪器各参数

L，R，r，rm，m，m1，m2，a，b，r2

而

其中，ai，和bi，分别是上、下圆盘上三线的孔距。

3.3测量下盘的转动惯量

使三线摆保持静止，然后轻轻转动上盘5°~10°。

用秒表测出50次完全摆动周期的时间t，测三次，求平均摆动周期T0，代入式（4-2-13）计算出I0，并与理论值相比较，求出百分差（rm是下圆盘的半径）。

3.4测量某一圆环的转动惯量

将待测圆环置于下盘B上，使两者中心轴心重合，按上条过程测出T1，由（4-2-12）式计算即可。

求出J1与理论值比较，求百分差（a、b是待测圆环的内外半径）。

3.5平行轴定理

将两个完全相同的圆柱体，对称地置于下盘B上，按上条过程测出T2，由式（4-2-16）计算出一个圆柱体绕OOˊ，轴的转动惯量（记录d值），并与理论值（4-2-15）式比较，求出百分差。

4[实验方法]

（1）实验开始时，扭动上盘以带动下盘摆动，A盘角度不能大，以免B盘产生晃动。

角度大了，也不能满足推理的条件。

（2）记时秒表在正式读用前，要正确掌握其功能和方法。

记录50个周期的时间，不能错记一个周期数。

（3）用作图方法处理计算实验数据，应该很好地阅读书中有关作图的知识。

5[数据处理]

根据实验要求，自制表格并将有关数据填入表中，按所学的理论对数据进行处理。

6[预习思考题]

6.1实验中为什么要求做到两盘水平、三线相等?

启动三线摆时，怎样防止下盘晃动?

6.2测出仪器各参数（L，R，r，m）时应该选择什么仪器?

6.3为什么周期T要通过测量50次的时间，次数太少或太多有什么不好?

7[课后习题]

7.1三线摆在摆动过程中受到空气阻尼，振幅越来越小，周期有没有变化?

7.2加上一待测物后，三线摆的周期是否一定比空盘大?

实验3冷却法金属比热容法的测定实验

1[实验目的]

1.1了解冷却定律，学会用冷却法测量金属的比热容。

1.2学习一种把曲线变为直线的数据处理方法。

2[实验仪器]

本实验采用JSBR-1型冷却法金属比热容测量仪

3[实验内容]

3.1用铜－康铜热电偶测量实验样品的温度，热电偶信号输入数字电压表，电压表显示的mV数可查表，换算成温度。

3.2用物理天平秤出（铜、铁、铝）三种实验样品的质量，根据区分。

3.3测量实验样品的直径。

3.4记录三种实验样品由温度102℃下降到98℃所需要的时间。

3.5计算铁、铝在100℃时的比热容。

4[实验数据处理]

样品质量：

热电偶冷端温度：

。

样品由102℃下降到98℃所需要的时间（单位为S）

表4-3-1

次数

样品

1

2

3

4

5

平均值

Fe

Cu

A1

以铜为标准：

C1＝Ccu=0.0940cal/（g℃）。

铁：

5[预习思考题]

5.1比热容的定义是什么？

单位是什么？

5.2本实验装置，热电偶经预先定标，冷端置于空气中，数字电压表为多少时，热端温度为100℃？

，设室温为20℃，热端温度变化1℃，数字电压表变化多少？

5.3根据式（4-3-6），测量比热容的条件是什么？

6[课后习题]

6.1引起本实验误差的因素有那些？

应该如何消除？

6.2你对该进本实验有何建议