09物理实验补充材料H之欧阳总创编.docx

1、09物理实验补充材料H之欧阳总创编实验2 示波器的原理与应用参考课本P36、37页时间：2021.02.13创作：欧阳总TFG1005 DDS函数信号发生器的使用波形的选取：按按键 shift+正弦波 ；按按键shift+方波；按按键shift+三角波。输出10KHZ频率：频率+1+0+KHZ输出10V电压：幅度+1+0+V频率39.82KHz40KHz的调节：频率+4+0+KHZ+，使40000.00HZ的数字末尾的光标向左移位到十位数的上方，再调节右上方的“微调手轮”，即可测出“声速换能器”的实际谐振频率。显示A通道输出信号：A主通道显示B通道输出信号：B副通道复位信号或重开电源的输出（默

2、认）信号为：A通道 1KHz、1Vpp正弦波。实验6 声速测量声速测量实验中，将函数信号发生器的输出信号（正弦波约40KHz、10Vpp）输入到“SW3型声速测定仪”左侧的“发射”端接口，而将声速测定仪右侧 的“接收”端接口接入到示波器的“CH2”输入通道（或“CH1” 输入通道）。由于声速测定仪左侧上接口“发射”端与下接口“发射波形”端之间有衰减器，在相位比较法的测量时“发射波形”端接口只能接示波器“CH1”输入通道（或“CH2”输入通道）。实验分析讨论：分析实验结果的误差来源。实验思考要点：1、超声波发射器产生超声波是应用压电换能器的逆压电效应；接收器接收超声波是应用压电换能器的正压电效应

3、。2、如何选择超声波的最佳测量频率，使两压电换能器有谐振状态？（P59页）3、本实验选择在超声波范围内测量，有什么好处？ （P59页）4、两压电换能器的端面为什么要平行？5、为避免压坏超声波发射器和接收器，开始操作时，应注意如何调节它们的距离？（提示：开始调节接收器与发射器靠近时，发射器和接收器绝对不能相碰。）6、如何防止读数鼓轮的回程误差？7、读数鼓轮如何读数？分度值是多少？最小有效数位在哪一位？8、测量超声波的波长和声速时，应用振幅极大值、相位比较法两种实验方法。9、驻波共振（即振幅极大值）时，超声波发射器和接收器两端面距离的改变与声波波长的关系式。10、在同一时刻，发射面与接收面两处声压

4、振动的相位差=2l/；发射面与接收面两处声压振动的相位是同相位 n时，超声波发射器和接收器改变的距离与声波波长的关系式ln=n ，（n=1、2、3、）。11、驻波共振法测量中，当示波器显示的波形幅度极大时，移动接收器使再连续显示20次波形幅度极大，则接收器移动的距离是波长的 10倍。12、相位比较法测量中，当示波器显示向右直线时，移动接收器使再连续显示6次同向直线，相位改变 12 ，则接收器移动的距离是波长的6倍。13、振幅极值法测量时，在示波器上可明显地观察到声压振幅随距离的增长而衰减，为了提高测量灵敏度，当声压振幅不够大时，应如何调节示波器？（提示：为了提高测量灵敏度，使接收波形的垂直幅度

5、适当大，应把示波器的偏转因数适当调大还是调小？）14、把干燥空气看作理想气体时，声速的理论值计算式为。数据处理参考格式1振幅极大值法测量声速 谐振频率fo =kHz（测量前、后的平均值），f = 0.10k Hz 表17-1 振幅极大值位置测定法测量声速的测量数据 （读数鼓轮：l =mm即分度值）序号123456li（mm）序号789101112li（mm）li=li+6-li （mm）i（mm）备注：li为峰值时接收器位置； li+6 li为6个半波长的距离，故用逐差法计算声速测量值 （以下必做数据计算）代入数据的计算式 =（mm） ，其它li同理计算记录于上表。代入数据的计算式 =（mm）

6、 ，其它i同理计算记录于上表。代入数据的计算式 =（mm）计算声速测量结果 代入数据的计算式 =（m/s）计算测量不确定度 =mm，=（mm）， 而 相对不确定度E=100%=，则 =（m/s）所以，声速测量结果表示为 v=（）m/s P=68%2相位法测量声速谐振频率fo =kHz，f = 0.10k Hz 表17-2 相位法测量声速的测量数据表 （读数鼓轮l =m m）（每隔2测一次）序号123456li（mm）序号789101112li（mm）li=li+6-li （mm）i=| l i+6- li|/6（mm）备注： l i为峰值时接收器位置，则li+6-li 为6个波长的距离。 =（

7、mm）声速测量值为 =（m/s） ，声速理论值 ： 在标准状态下，0干燥空气中声速为v0=331.45m/s实验室温度t=，查表：空气中声速为v理=（m/s）声速的测量值与理论值的比较、计算百分误差 。计算测量不确定度 （选做数据处理）=（mm），=（mm）而 ，相对不确定度E=100%=，则 =（m/s）声速测量结果表示为 v=（）m/s P=68%【例如： v=（338.61.3）m/s （P=68.3%），相对不确定度E=1.3/338.6=0.39% 】实验12 霍尔效应【实验内容】1. 测定霍尔元件的灵敏度KH和判断霍尔元件的类型表1 测定霍尔元件的灵敏度KH的测量数据记录表霍尔片所

8、在的位置x=mm、y=mm；励磁系数p=KGS/A，IM=0.600A，磁感应强度B=KGSIs(mA)U1（mV）U 2（mV）U 3（mV）U 4（mV）（+B，+IS）（+B，-IS）（-B，-IS）（-B，+IS）6.00画出判断霍尔元件的类型的示意图。列式子计算霍尔元件的灵敏度KH =mV /（mAKGS），2测绘霍尔元件的UHIS曲线 （参考表格）霍尔片所在的位置x=mm、y=mm；霍尔元件灵敏度KH =mV /（mAKGS），IM= 0.800AIs(mA)U1（mV）U 2（mV）U 3（mV）U 4（mV）（+B，+IS）（+B，-IS）（-B，-IS）（-B，+IS）1.0

9、02.003.004.005.006.007.008.00以IS为横坐标，绘出UHIS图，验证IS与UH的线性关系，列式计算直线斜率a；由直线斜率与磁场的关系a=KHB及其已知的KH，列式计算磁感应强度B。3测绘霍尔元件的UHB曲线和电磁铁的BIM曲线（参考表格）霍尔片所在的位置x=mm、y=mm；霍尔元件灵敏度KH =mV /（mAKGS），Is= 8.00(mA)IM(A)U1（mV）U 2（mV）U 3（mV）U 4（mV） （KGS）（+B，+IS）（+B，-IS）（-B，-IS）（-B，+IS）0.3000.4000.5000.6000.7000.800绘制霍尔工作电流为8.00mA

10、时的UHB图；另绘制电磁铁的BIM图，列式计算BIM图的直线斜率P。4测量霍尔系数RH和电导率（自拟表格）实验14非平衡电流电桥原理与应用教材上的电源电压4.5V（太大），在室温30时，流过Pt100的电流约为4.5/2/117=19mA（室温30时）、Cu50的电流约为4.5/2/57=39.5mA，超过热电阻的额定电流容易烧坏；流过电阻箱“100”欧姆档电流过大容易烧坏（“1000”或“10000”更容易烧坏）。注意事项：1、在图2电路中，电源电压US改为1.000V（或0.500V）。连接好电路后，先选择电压表2000.0mV量程，将接线板上的转换开关打向左侧“US”，准确调节电源电压U

11、S为1.000V（或0.500V）；再将接线板上的转换开关打向右侧“U0”，适当选择电压表的量程，测量电桥输出电压U0。（若电流大，传感器自身会发热，影响测量效果。）2、由于标准温度探头和待测传感器不是在加热板的同一位置上，尽量恒温测量，减小两个传感器的温差随即误差。【实验内容】1、根测量电路原理图，搭接非平衡电桥测量电路 ，其中R1、R2、R3用电阻箱设置，Rx为铂电阻Pt100（或铜电阻Cu50）（已装在加温筒内）；(要求10分钟内搭接完)2、记录当时室温温度t0，用数字万用表测量（或应用公式计算）室温下的Pt100或Cu50热电阻的电阻值Rx0值，作为下一步预调平衡时调节R1的参考值；3

12、、室温状态下，预调电桥平衡：把R1调置为上一步骤的热电阻室温阻值Rx0，看电桥是否处于平衡；不平衡时，调节R1使之处于平衡，并记下电桥平衡时的R1即Rx0值；4、对热电阻加温打开加温控制器，先设置加温最高的温度，然后把加温开关打向合适档位开始对Pt100(或Cu50)热电阻加温（在加温过程中视温度变化快慢可随时改变加温档位），从温度30开始，每升高5，记录相应的电压表显示的U0值；（记录表参考如下表一所示）【实验数据记录及数据处理】卧式非平衡电桥测量Pt100电阻（或铜电阻Cu50）的温度特性（室温：t0=， R1=Rx0= ，R2=R3= 300.0，U=1.000V）温度t（）t030.0

13、3.040.045.050.055.060.065.070.0U0（V）Rx（）Rx=Rx0+Rx（）根据测出的U0值，计算Rx和Rx值填入上面的数据记录表（要求写出有关的计算式）。用坐标纸作图描出Rxt图线，并图解计算出铂电阻Pt100（或铜电阻Cu50）的温度系数 测，与理论值 Pt100=3.90810 3/（厂家提供的 Pt100=3.85010 3/）(或 Cu50 10 3/)比较计算百分相对误差。实验1 基本测量（数据处理 参考课本P31页）实验4 光杠杆法测量杨氏模量误差的来源和减小的方法：1、钢丝假伸长带来的误差钢丝本身有弯曲、未拉紧而出现受力后假伸长（不是弹性伸长）。为避免

14、假伸长带来的误差，在测量前可先挂一定量的砝码作为底码，目的是将钢丝拉直、拉紧。2、钢丝伸长滞后效应带来的误差由于钢丝在加外力F作用后，要经过一段时间才能达到稳定伸长量，这种现象称为钢丝伸长滞后效应，这段时间叫做驰豫时间。因此,每次加砝码后，需经较长的时间才能得到F与r的对应值，否则将带来误差;采用加、减载测量再取平均值的测量方法（消除系统误差的抵消测量法）：加载测量，由于滞后效应会使测量值小于准确值（因为还未到驰豫时间就读数），而减载测量，则会使测量值大于准确值，故取两者的平均值，可有效地消减滞后效应带来的误差。3、杨氏模量仪以及光杠杆放大系统调整不当引起的误差如望远镜偏离水平位置严重，致使反

15、射镜的初始倾角很大，以致破坏tg22的条件，又如砝码放置不平衡，使圆柱夹具与水平台圆孔不同轴而发生摩擦阻碍等等。因此，测量前应对系统进行认真调整，尽量减少由此引起的误差。4、钢丝锈蚀或金属疲劳引起的误差钢丝锈蚀或长期受力产生所谓金属疲劳，将导致应力集中或非弹性形变，从而影响测量结果。所以应更换钢丝。5、砝码不准引起的误差6、其他测量量的误差估计（1）L、R、D只作一次测量，由于实验条件限制，它们的不确定度不能简单地只由量具的仪器误差来决定，应根据情况估算。L上下夹头间钢丝长度，用钢卷尺测量时，钢卷尺刻度无法与两端对齐并可能产生弯曲，其误差限可达23mm。R镜尺间的距离。用钢卷尺测量时，由于装置

16、的原因，很难保证钢卷尺拉成水平和两端与钢卷尺刻度对齐，若该距离为1.2m左右，则误差限可达24mm。D光杠杆前后足间的垂直距离（光杠杆常数、腿长）。用游标卡尺或钢尺测量。测量方法是将前后三足印在硬纸板上，作等腰三角形，从后足尖至前两足尖连线的垂直距离即为D，由于压印、作图连线宽度可达0.20.3mm，故其误差限估算为0.5mm。（2）钢丝直径d 用千分尺在钢丝上中下三个测试点的前后、左右方向各测量一次，共测量6次取平均。千分尺本身的误差限为0.004mm。【实验数据记录及数据处理】参考课本P52页必做内容（要求：必需写出的计算数据式子）1、逐差法处理数据，求杨氏模量E （参照课本P52）2、作

17、图法求杨氏模量E函数关系为 x= kmg+ b ，以mg为自变量（横坐标）， x为变量（纵坐标），作出“光杠杆法测金属丝的杨氏模量的xmg图”。（注意：在图线上测量范围内，取相隔较远的两点（不取原数据点），）在图中标明选取点的坐标A（m1，x1）、B（m2，x2）和位置，并求出拟合直线的斜率 k 和金属丝的杨氏模量E。代入数据的计算式= （10 3m/N）；代入数据的计算式= （N m-2）按作图法求斜率选点的规则：在测量范围内、在直线上，相距较远的、不能取原始测量数据的两个点，而且必需在图线上用符号标出的所选两点的位置和坐标值。（见课本P19页）实验结果：1、逐差法：杨氏模量E=（ ）101

18、1N/m22、作图法：杨氏模量E= 1011N/m2讨论：1. 光杠杆有什么优点，怎样提高光杠杆测量的灵敏度?答：光杠杆的优点是：可以测量微小长度变化量。因为光杠杆的放大倍数为2R/H，要提高放大倍数即适当地增大光杠杆到标尺的距离R或适当地减小光杠杆前后脚的垂直距离H，可以提高灵敏度。 2定量分析各被测量中哪一个量的不确定度对结果影响最大？ 从上面各被测量量的相对不确定度可见，量的相对不确定度对结果影响最大。3实验中要求在正式读数前先加砝码把金属丝拉直，这样做会不会影响测量结果？为什么？提示：钢丝本身有弯曲、未拉紧而出现受力后的假伸长（不是弹性伸长）。在测量前可先挂一定量的砝码作为底码，目的是

19、将钢丝拉直、拉紧，可以避免假伸长带来的误差，（因为采用了逐差法、作图法处理数据，）不会影响测量的结果。实验5 刚体的转动惯量的测定实验要求：1）载物台的转轴垂直，引线要水平（即与大地的平行）；2）忽略小滑轮质量，并且砝码质量m不能太大，使ag，Tmg，忽略空气阻力，而且刚体系统的转动摩擦力矩Mm应保持基本恒定；转动中，摩擦力矩不变，转动才能视为匀变速转动。3）光滑引线要够长度，取圆盘适当转数Ni，能满足砝码m自由下落的条件。注意事项：必须调节刚体转轴竖直。遮光器不要碰光电门，塔轮转动要灵活，刚体系统阻力矩尽量要恒定。升降滑轮高度，必须保持引线与转轴垂直，并与塔轮半径相切。正确理解圆盘转数Ni相

20、同与m自由下落的高度的关系，与遮光器的初始位置有关。N1、N2不一定取相邻的两个数，但差值不宜太大，以消除因两个遮光片或光电门不是精确成180度对称分布造成的实验误差。实验讨论：分析实验结果的误差来源和减小的方法。思考问题：1、验证刚体转动定律的实验要满足什么的实验条件？2、本实验是如何消除摩擦影响的？能否完全消除？为什么？3、如何验证平行轴定理？4、如何测量圆盘转动惯量I盘？提示：调节实验装置：载物台水平，转轴垂直底座，定滑轮滑槽与塔轮半径垂直，调整塔轮和定滑轮之间拉线成水平状态；测量本底转动惯量：空载时，改变力矩MT（即改变砝码质量m或改变塔轮半径），测出相应的角加速度，作出M图线，如果是

21、一条直线，就验证了转动定律，并可由直线斜率和截距求出本底转动惯量I0转动惯量I 和摩擦力矩Mm。测量圆盘的转动惯量：将被测的圆盘放在载物架上，重复上述实验过程；作出M图线，求出本底加圆盘的总转动惯量，则圆盘的转动惯量。数据处理参考格式（要求：必需写出的计算数据式子）1、验证刚体转动定律、测量本底转动惯量I0塔轮半径R=mm，g=9.788 m/s2i砝码 m（10-3Kg）m自由下落刚体转N1=2的时间tN1（ms）m自由下落刚体转N2=4的时间tN2（ms）i（rad/s2）M= mgR（10-3Nm）12345写出计算过程，计算M和，作出M图线，并计算（斜率）本底转动惯量I0(10-3 k

22、gm2)。； 2、测量圆盘转动惯量圆盘质量m盘=g，圆盘直径D盘=2R盘=mm，塔轮半径R=mmi砝码 m（10-3Kg）m自由下落刚体转N1=2的时间tN1（ms）m自由下落刚体转N2=4的时间tN2（ms）i（rad/s2）M= mgR（10-3Nm）12345写出计算过程，计算M和，作出M图线，计算（斜率）刚体转动惯量I(10-3 kgm2)；求出圆盘转动惯量，并与理论计算值比较，求相对误差EI盘。3、观察刚体的质量分布对转动惯量的影响、验证平行轴定理2个小圆柱总质量2m柱=g，小圆柱的直径d拄=2R柱=mm，塔轮半径R=mmid i（mm）砝码 m（g）刚体转N1=2时间tN1（ms）

23、刚体转N2=4时间tN2（ms）i（rad/s2）M= mgR（10-3Nm）总体转动惯量Ii(10-3 kgm2)1502100写出、I i的计算过程。验证是否成立。求相对误差，写出结论。实验结果与结论：1、刚体空载时，从刚体转动M 图中，可得到一条 关系的直线，测得转动刚体的本底转动惯量 gm2，阻力矩 m 。请判断是否能验证刚体转动定律成立？2、圆盘放在载物台上，从刚体转动M 图中，可得到一条 关系的直线，测得圆盘转动惯量I盘= (10-3Kgm2），理论计算值是，百分误差为% 。3、塔轮半径不变时，引线下砝码mg越小，刚体受到的力矩（M=mgR）越，刚体的转动角加速度 越。4、观测刚体

24、质量分布对转动惯量有影响：刚体质量m不变时，刚体质量分布距离d越大，刚体的转动角加速度 越，转动惯量I越。实验值I2-I1= (10-3Kgm2），理论计算值是 (10-3Kgm2），其百分误差为% 。 请判断是否能验证平行轴定理成立？实验N 液体粘滞系数的测定【概述】各种液体具有不同程度的粘滞性，当液体流动时，平行于流动方向的各层流体速度都不相同，即存在着相对滑动，于是在各层之间就有摩擦力产生，这一摩擦力称为粘滞力，它的方向平行于接触面，其大小与速度梯度及接触面积成正比，比例系数称为粘滞系数，它是表征液体粘滞性强弱的重要参数，液体的粘滞性的测量是非常重要的，例如，现代医学发现，许多心血管疾病

25、都与血液粘滞的变化有关，血液粘滞系数的增大会使流入人体器官和组织的血流量减少，血液流速减缓，使人体处于供血和供氧不足的状态，这可能引起多种心脑血管疾病和其他许多身体不适症状。因此，测量血粘滞系数的大小是检查人体血液健康的重要标志之一。又如，石油在封闭管道中长距离输送时，其输运特性与粘滞性密切相关，因而在设计管道前，必须测量被输石油的粘滞。测量液体粘滞系数有多种方法，本实验所采用的落球法是一种绝对法测量液体的粘滞系数。如果一小球在液体中铅直下落，由于附着于球面的液层与周围其他液层之间存在着相对运动，因此小球受到粘滞阻力，它的大小与小球下落的速度有关。当小球作匀速运动时，测出小球下落的速度，就可以

26、计算出液体的粘滞系数。【实验原理】1当金属小球在粘性液体中下落时，它受到三个铅直方向的力：小球的重力mg（m为小球质量）、液体作用于小球的浮力gV（V是小球体积，是液体密度）和粘滞阻力F（其方向与小球运动方向相反）。如果液体无限深广，在小球下落速度v较小情况下有:（1）上式称为斯托克斯公式，其中r是小球的半径；称为液体的粘滞，其单位是Pas 。小球开始下落时，由于速度尚小，所以阻力也不大；但随着下落速度的增大，阻力也随之增大。最后，三个力达到平衡，即于是，小球作匀速直线运动，由上式可得：令小球的直径为d，并用，代入上式得：（2）式中为小球材料的密度，L为小球匀速下落的距离，t为小球下落L距离所

27、用的时间。2实验时，待测液体必须盛于容器中（如图1所示），故不能满足无限深广的条件，实验证明，若小球沿筒的中心轴线下降，式（2）须做如下改动方能符合实际情况： (3) 其中D为容器内径，H为液柱高度。3实验时小球下落速度若较大，例如气温及油温较高，钢珠从油中下落时，可能出现湍流情况,使公式（1）不再成立, 此时要作另一个修正(详见附录一)。【实验装置】FN10-型智能粘滞系数测定仪(见图2)、小钢球、蓖麻油、（千分尺、游标卡尺、电子天平-自备）、激光光电计时仪、温度计等。（若实验室给出钢球材料密度，可不必用电子天平）【实验内容】1调整粘滞系数测定仪及实验准备：（1）调整底盘水平，在仪器横梁中间部位放重锤部件，调节底盘旋纽，使重锤对准底盘的中心圆点。（2）将实验架上的上、下两个激光器接通电源，可看见其发出红色激光束。调节上、下两个激光器，使其红色激光束平行地对准铅锤线。（3）收回重锤部件，将盛有被测液体的量筒放置到实验架底盘中央，在实验中保持位置不变。（4）在实验架上装上电磁铁。小球用乙醚、酒精混合液清洗干净，并用滤纸吸干备用。（5）先将1个测试小球投入试样容器，容器内的底部设计成斜坡状，小球下落后会自动移动到靠近筒壁的最低点，便于用拾球器将小球隔着筒壁吸住，沿管壁引导到电磁铁下端吸住