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*- 大学物理实验指导书 (电子版) 上海海运学院 2010.05 目录 绪论 ┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅ 3 实验数据的处理方法 ┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅ 7 实验一.长度的测量 ┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅9 实验二.测量钢丝杨氏模量 ┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅11 实验三.扭摆法测定物体转动惯量 ┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅13 实验四.空气比热容比测定实验 ┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅17 实验五.线膨胀系数测定┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅ 18 实验六.常用电学仪器的使用 ┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅- 19 实验七.惠斯登电桥测电阻┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅ 22 实验八.电位差计测电动势┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅ 24 实验九.电表改装 ┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅26 实验十.示波器的使用 ┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅28 实验十一.等厚干涉的应用 ┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅ 31实验十二.用光栅测定光波的波长┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅33实验十三.旋转液体物体特性测量┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅34实验十四.波尔共振┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅36 实验十五.用梁的弯曲测量材料的杨氏模量┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅38 实验十六.仿真实验—偏振光的研究┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅39 实验十七.光纤传输技术┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅42 实验十八.激光全息照相┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅44实验十九.迈克尔逊干涉仪的应用┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅46 实验二十.光拍法测量光速┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅49 实验二十一.光电效应┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅52 实验二十二.霍尔效应及其应用┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅55 实验二十三.荷质比实验┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅58 实验二十四.金属电子逸出功实验┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅62 实验二十五.声速测量┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅66 实验二十六.夫兰克赫兹实验 ┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅69 实验二十七.密立根油滴实验┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅73 实验二十八.多量程直流电表的设计┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅77  绪论 早在五十年代，我国物学家钱三强就指出：今天的科学技术发展可以概括为“科学技术化和技术的科学化”，也就是说：科学和技术关系越来越密切，科学与技术相互渗透。因此教育界普遍关心的问题，不仅是工艺和设计程序的传授而应把重点放在创造精神和研究能力的培养上。为此，必须注意和加强学生实验技能的培养和训练。 加强实验技能的培养，不是一门普通物理实验课所能完成的，各种实验技术都是一门专门的学问，但是任何复杂的实验工作总离不开基本物理量的测量。 一．物理实验课的任务主要有下述三个方面： 1. 对学生进行实验基本知识、方法、技能技巧方面的培养的训练。要求学生掌握一些常用物理量的测量方法，基本上具备观察现象测量数据。处理和分析结果到完整地写出实验报告的能力。 2. 在实验中通过自己动手、观察、测量、分析、更深入理解物理理论。 3. 培养严肃认真、实事求是的科学作风和爱护国家财产、遵守纪律的优良品德。 二．测量与误差 1. 基本概念 测量可分为直接测量与间接测量两种。直接测量就是用量具或电表直接与被测之量比较所得的量。间接测量就是测出与待测量有一定关系的诸量，然后计算出该待测量。 一个物理量在客观上有着确定的数值成为真值。测量值与真值之间的差别称为误差。 误差按其产生原因与性质分为两类： ① 系统误差 产生系统误差的主要原因：仪器、测量方法和计算方法的不完善。 ② 偶然误差 产生偶然误差的主要原因：人的感觉器官的限制及实验环境等干扰。 偶然误差的出现服从统计规律，因此通过多次测量求平均值的方法可以减小偶然误差。 ③ 粗大误差 明显超出规定条件下预期的误差。实验中尽量避免。 2．不确定度 测量不确定度是表征被测量量的真值以一定的概率落在某一个量值范围内的不肯定程度的一个估算。一般用表示。 不确定度分类： ① A类不确定度：统计分析方法评定，记作； ② B类不确定度：非统计分析方法评定，记作； ③ 合成不确定度：将A类不确定度和B类不确定度用一定规则合成，常用公式。 3．直接测量结果的不确定度计算 ①对某个物理量测量几次，每次测量结果分别为，求出算术平均值： ②求标准偏差 贝塞尔公式 ③A类不确定度 （系数查书本第六页 表1） 注：测量次数6到10次时 ④B类不确定度 （查书本第七页表2） ⑤合成不确定度 ⑥结果表示 不确定度与测量结果平均值之比称为相对不确定度。 4． 间接测量的不确定度计算 设，则不确定度传递公式： 结果表示： 三．有效数字及其运算 1. 什么叫有效数字？ 在测量和计算时，正确而有效地表示测量和运算结果的数字，称为有效数字。它由若干位可靠数加一位估计数构成。 2. 处理有效数字时应注意几点： ① 凡数字后面的“0”是有效数字； ② 在数字前面的“0”不是有效数字； ③ 有效数字与小数点位置无关。 3. 运算规则 ① 加减法只保留一位可疑数字； ② 乘除法以最少有效数字位数为标准； ③ 不确定度的有效数字只取一位。 计算结果的表示要求：（保留一位有效数字，和对齐） 四．实验报告的要求 实验报告两个部分来完成，在实验之前先作预习部分。预习前留一页空白页 在实验结束后再完成实验部分，数据数据写在预习前空白页，预习部分和实验部分的报告做在同一份实验报告纸上。 实验报告包括： 1. 实验名称。 2. 目的要求.。 3 .简单原理。 4. 步骤。 5.使用器材。 6.记录和计算。 7. 误差讨论和分析 其中1，2，3，4为预习内容 五．习题答案 1． （1）公里公里公里 （2）毫米=毫米米 2． （1）27 （2）7.0 （3）3.28 （4） （5） （6）1.0 3． （1）8.90.1 （2）0.00850.0001 单位 （3） （4） （5） （6） 4． (1) (2) (3) (4) 5． (1) (2) (3) 6． 7． 8. x 9 7 5 3 1 y 46.69496 36.12556 25.504227 15.482824 5.304216 实验数据的处理方法 在物理实验中，选择好的数据处理方法十分重要。常用的有图示法，图解法，逐差法等。 一、 图示法 任意两个物理量之间的关系即可从用一个解析函数表示，这时图示法就成为一种主要的表示方法了，图示法的另一优点是物理量之间的关系，可用曲线表示，一目了然。在很多场合下应用图线来解决实际问题十分方便，因此图示法是实验技能中的一项基本功，应该很好地掌握它。 具体作法如下： 1. 作图必须用毫米方格纸。 2. 确定坐标 ⑴确定纵坐标和横坐标分别表示哪个物理量，通常以横坐标为自变量，纵坐标为因变量并划两条粗线表示纵轴和横轴。 ⑵写上坐标名称、单位，并在两个坐标轴上每隔一定的距离写上标度。 标度时应做到： ① 图上观测点的坐标读数的有效字位数要能表示出估读位。 ② 标尺的选择应使图线显示其特点。标度应划分得当，以不用计算就能直接读出图线上每一点的坐标为宜。通常取1：1，1：2，1：5的比例。 ③ 使图线占据图纸的大部分，不要偏于一角或一边，可以采用横轴和纵轴的标度不同，或者两轴交点不从零开始标值，以便调整图线的大小和位置。 3. 画实验点及描绘曲线 ⑴画点 将实验点用+、，等符号表明在图纸上，同一曲线上的坐标点要用统一符号。 ⑵联线 穿过所有实验点画出的代表曲线，画点联线应注意两点： ① 用削尖的硬铅笔 ② 用透明的直尺或曲线板 ⑶写图名 在图纸上端空旷位置写出实验名称、图纸名称。 二、 图解法 由实验求得两物理量的关系曲线后，利用此曲线可以求得第三个物理量，这种方法称为图解法。 物理实验中遇到的图线大多是直线，故可用直线方程式表示： 求直线的斜率和截距的方法如下： 在直线的两端任取a和b，用与实验点不同的符号将它们表示出来，并在旁边注明坐标读数。然后将该二点坐标值代入直线方程式 解之，得直线的斜率 如果x轴起点为零，则可直接从图上读出截距，因x=0时，y=y0否则在求出斜率m后，以直线上任一点的坐标（x，y）带入 中即可算出截距yo，于是得到和实验图线相合适的经验公式了。 举例：如根据欧姆定律：V=RI，根据二点公司求直线斜率的方法可得 三、逐差法 逐差法是物理实验中常用的数据处理方法之一。逐差法就是把实验测量数据逐项相减，或分成高、低两组对应项相减。例如测得八组数据。用逐差法可以得到这样处理了以充分利用数据，保持了多次测量的优点。 实验一 长度的测量 一. 目的要求 1. 学习误差及有效数字的基本知识 2. 掌握游标原理，学会正确使用游标卡尺 3. 学会正确使用螺旋测微仪，了解其结构和原理 二. 原理 物理实验中最常用的长度测量仪器是游标卡尺，螺旋测微器（千分尺），通常用量程和分度值表示这些仪器的规格。量程是测量范围；分度值是仪器所表示的最小分划单位。分度值的大小反映仪器的精密程度，洋来说，分度值越小，一起越精密，仪器本身的“允许误差”响应也越小，学习使用这些仪器，要主义掌握它们的构造特点，规格性能，读数原理，使用方法及维护知识等。 1. 游标卡尺 ①结构 游标卡尺又主尺和游标组成。包括卡尺的主尺，刀口，钳口，尾尺各个组成部分。 ②原理 游标的个分度格长与主尺的个分度格长相等，设主尺的最小分度值（通常为），游标的最小分度值为，则 ，，就称为游标的精度值，常用的有，两种。 ③测量 用钳口或刀口卡住物体，进行读数。 2.螺旋测微器（千分尺） 螺旋测微器结构的主要部分是一个微动螺旋杆，螺距是0.5mm，因此，当螺旋杆旋转一周时，它轴线方向只前进0.5mm，螺旋杆和螺旋柄连着的，在柄上附有沿园周的刻度，共有50等分格，当螺旋杆沿轴线方向前进0.5/50mm，即0.01mm时，螺旋柄上的刻度转过一分格，这就是所谓机械放大原理。 读数时，从固定标尺上读出鉴格数（每格0.5mm），0.5mm以下的读数则由螺旋柄园周上的刻度读出，估读到0.001MM这一位上。 使用时先要记录初读数。 三. 实验内容： 用游标卡尺测薄片尺寸（图1-1）并计算薄片的面积； 用螺旋测微器测金属丝的直径并计算其横截面积值； 用游标卡尺测量金属棒尺寸并计算其体积。 四.注意事项 1.使用游标尺时，一手拿物体，另一手执尺，要特别注意保护量爪不　磨损，使用时轻轻把物体卡住即行读数，不允许用来测量粗糙的物体，并切忌把夹紧的物体在卡口内挪动。 2.使用螺旋测径器，记录零点读数，并对测量数据作另点修正，螺旋测径器的另点可以调整，可见仪器说明书。 3.记录另点及将待测物体夹紧测量时，应轻轻转动棘轮旋柄推进螺杆，不要直接拧转螺杆，以免夹得太紧，影响测量结果及损坏仪器，只要听到在转动小棘轮时发出喀喀的声音，就不要再推进螺杆而可以进行读数了。 图1-1 五.参考数据： 使用的三种工具游标卡尺，螺旋测微计，米尺的B类不确定度分别为0.02mm,0.002mm,0.1mm 1. 单位：mm 项目 次数 1 2 3 4 5 6 平均 a 39.98 39.98 40.00 40.02 39.96 40.02 40.00 b 25.00 25.02 24.98 25.00 25.02 25.02 25.00 c 8.00 8.02 8.02 8.04 7.98 8.00 8.01 h 8.00 8.04 8.04 8.02 8.04 8.00 8.02 a=40.030.03mm b=25.000.03mm c=8.010.03mm h=8.020.03mm 周长L=2(3.075+3.206+1.804)=146.04mm L=LUL=146.00.1 (mm) 面积 S=ab-ch=3=935（） 2． 初读数 0.001mm 次数 项目 1 2 3 4 5 6 平均 直径d 7.945 7.946 7.950 7.951 7.948 7.948 7.948 长度L 128.1 128.2 128.1 128.0 128.3 128.2 128.2 d=7.9480.004mm L=128.20.7mm 电阻丝截面积： 次数 项目 1 2 3 4 5 6 平均 外径D1 21.00 21.02 20.96 20.98 21.00 21.02 21.00 内径D2 8.02 8.00 7.96 7.98 8.00 8.02 8.00 高H 30.10 30.14 30.12 30.16 30.14 30.12 30.13 D1=21.000.03mm D2=8.000.03mm H=30.130.03mm 实验二 测定钢丝的杨氏模量 一. 目的 1．学会测量杨氏弹性模量的一种方法； 2．掌握光杠杆放大法测量微小长度的原理； 3．学会用逐差法处理数据。 二．原理 任何物体在外力作用下都要发生形变，根据虎克定律： （2-1） （1） 式中比例系数就称为材料的杨氏弹性模量，即 （2-2） 外力 ，钢丝伸长量 ，钢丝截面积 ，钢丝原长度 本实验采用光杠杆放大法测量微小长度值，其结果比较准确。 图2-1为光杠杆放大原理图。开始时光杠杆反射镜与标尺在同一平面，在望远镜中读到标尺读数，当钢丝受力伸长时带动光杠杆反射镜后足尖下降，镜面发现转动一个微小角度，这时在望远镜读数为，为放大后钢丝伸长量，因为角度微小 图2-1 若很小， 得 所以 ：式中S钢丝横截面积，N小镜偏转前后的读数差，b光杆杆常数，D为两次反射镜面与标尺的距离。 三．光路调节： 1、将光杠杆前两足尖放在平台槽内，后尖放在圆形托盘上，并使平面镜与平台面积本垂直。 2、调节望远镜高度，使其与光杠杆基本处于等高位置。 3、调节二次反射镜的倾角螺丝，看到照明标尺在光杠杆反射镜的二次反射像。 4、将望远镜对准照明标尺在光杆杆里的像，注意“等高同轴”要领。 四．测量步骤 1、按下数显屏的“开关”键，显示屏显示“０００”。 2、将数据拉力从某一负载开始，先测加载过程，每间隔2Kg记录8个数据。隔1-2分后，每减少2Kg记录一次读数，记入表格中。 ３、测量完毕后调节液压调节螺杆到最外端，使显示屏显示“０００”后关闭电源。 ４、用钢卷尺测出二次反射镜面到标尺距离Ｄ。 ５、用螺旋测微计测出钢丝直径ｄ。 ６、取下光杆杆，在白纸上印出三个点，测高ｂ。 ７、用钢卷尺测量钢丝长度。 五．参考数据 1、标尺读数记录 次数i 拉力示值（Kg） 加载Pi’ (cm) 减载Pi” (cm) Pi=(Pi’+Pi”)/2 (cm) 逐差值（cm） Ni=Pi+4-Pi 0 8 53.6 53.4 53.5 12.8 1 10 56.4 56.6 56.5 12.3 2 12 59.1 59.2 59.2 12.6 3 14 63.1 63.4 63.2 12.6 4 16 66.3 66.3 66.3 5 18 68.9 68.7 68.8 6 20 71.9 71.8 71.8 7 22 75.8 75.8 75.8 2、钢丝直径d 千分尺的仪器误差取0.004mm 初读数0.003mm 次数 1 2 3 4 5 平均 d(cm) 0.0795 0.0793 0.0794 0.0792 0.0796 0.0794 3、其他数据测量 标尺到二次反射镜距离D=779.8mm，钢丝长度,光杠杆腿长b=84.59mm 六．注意事项： 1、对于钢丝不直或钻头夹具夹的不紧将出现假伸长，为此，必须用力将钻头卡夹紧钢丝。同时，在测量前应将金属丝拉直并施加相当的预拉力。 2、对于钢丝在加外力后，要经过一段时间才能达到稳定的伸长量，这种现象称为滞后效应，这段时间称为驰豫时间。为此每次加力后应等到显示器数据稳定后再进行测量读数。 3、本实验所用的数字测力秤的误差为。 实验三 扭摆法测定物体转动惯量 转动惯量是刚体转动时惯性大小的量度，是表明刚体特性的一个物理量。刚体转动惯量除了与物体的质量有关，还与转轴的位置和质量分布（即形状、大小和密度分布）有关。如果刚体形状简单，且质量分布均匀，可以直接计算出它绕特定转轴的转动惯量。对于形状复杂，质量分布不均匀的刚体，计算将极为复杂，通常采用实验方法来测定，例如机械部件，电动机转子和枪炮的弹丸等。 转动惯量的测量，一般都是使刚体以一定形式运动，通过表征这种运动特征的物理量与转动惯量的关系，进行转换测量。本实验使物体作扭转摆动，由摆动周期及其其它参数的测定计算出物体的转动惯量。 一.实验目的 1．熟悉扭摆的构造，使用方法，掌握数字式计时仪的正确使用； 2．掌握用扭摆测定几种不同形状物体的转动惯量，并与理论值进行比较； 3．改变滑块在细长杆上的位置，验证转动惯量平行轴移动定理。 二．实验原理 扭摆的构造见图（3-1）所示，在其垂直轴1 上装有一根薄片状的螺旋弹簧2 ，用以产生恢复力矩。在轴的上方可以装上各种待测物体。垂直轴与支座间装有轴承，使摩擦力矩降低。 图3-1 扭摆构造图 将物体在水平面内转过一角度θ后，在弹簧的恢复力矩作用下，物体就开始绕垂直轴作往返扭转运动。根据虎克定律，弹簧受扭转而产生的恢复力矩M 与所转过的角度成正比，即 （3-1） 式中，K 为弹簧的扭转常数。根据转动定律 式中，I 为物体绕转轴的转动惯量，为角加速度，由上式得 （3-2） 令，且忽略轴承的摩擦阻力矩，由式（3-1）与（3-2）得 ＝＝－＝－ω2 上述方程表示扭摆运动具有角简谐振动的特性：角加速度与角位移成正比，且方向相反。此方程的解为 ＝Acos（ωt＋φ） 式中，A 为谐振动的角振幅，Φ为初相位角，ω为角速度。此谐振动的周期为 T＝＝2 （3-3） 利用公式（3-3）测得扭摆的摆动周期后，在I和K 中任何一个量已知时即可计算出另一个量。 若仪器的弹簧扭转常数K为已知值， 则可算出物体的转动惯量： （3-4） 实验中可用一个几何形状有规则的物体，它的转动惯量可以根据它的质量和几何尺寸用理论公式直接计算得到，计算出仪器弹簧的K值。若要测定其它形状物体的转动惯量，只需将待测物体安放在本仪器顶部的各种夹具上，测定其摆动周期，由公式（3-4）即可算出该物体绕转动轴的转动惯量。 理论分析证明，若质量为的物体绕通过质心轴的转动惯量为，当转轴平行移动距离时，则此物体对新轴线的转动惯量变为。这称为转动惯量的平行轴定理。 值的计算是本实验中必须解决的，由于圆柱绕其中轴的转动惯量理论值需要测量的量少，且测量的精度也比较高，因此我们这里以圆柱的转动惯量理论值作为已知求值，圆柱的转动惯量为 (3-5) 圆柱与盘的转动量实验值为 (3-6) 盘的转动惯量实验值为 (3-7) 柱的转动惯量实验值为 (3-8) 由(5)、(6)、（7）、（8）可得 　　　　　　　 （3-9） 于是（9）就可以作为值的测量式。由于各台仪器的弹簧形状各不尽同，因而值也不相同。 三．实验步骤 1．用游标卡尺分别测出圆柱体的外径，金属圆筒的内径、外径、球体直径，滑块的内径、外径和长度，用钢皮尺测金属细长杆长度（各测量3次）。记入表3-1中。 2．调节扭摆基座底脚螺丝，使水准仪气泡居中。 3．装上金属载物盘，并调整光电探头的位置使载物盘上档光杆处于其缺口中央且遮住发射接收红外光线的小孔，测定其摆动周期。记入表3-2中。 4. 将塑料圆柱体垂直放在载物台上，测出摆动周期。记入表3-2中。 5. 用金属圆筒代替塑料圆柱体，测出摆动周期。记入表3-2中。 6. 取下载物金属盘，装上球体并测出它的摆动周期 。记入表3-2中。 7. 取下球体，装上金属细杆（金属细杆中心必须与转轴重合），测出摆动周期。记入表3-2中。 8. 将滑块对称的放置在细杆两边的凹槽（此时滑块质心离转轴的距离分别为5.00，10.00，15.00，20.00，25.00厘米），测定细杆的摆动周期。记入表3-4中。 9. 记下塑料圆柱体、金属圆筒、实心球、金属细杆和滑块的质量。 四．参考数据 1. 测量各种形状物体的转动惯量 单位：10-2m 次数 项目 1 2 3 平均 塑料圆柱体外径D柱 10.018 10.016 10.014 10.016 金属圆筒内径D内 9.354 9.354 9.354 9.354 金属圆筒外径D外 9.986 9.990 9.986 9.987 实心球直径D柱 11.254 11.252 11.252 11.253 金属细杆长度L 60.92 60.92 60.93 60.92 滑块内径d内 0.612 0.600 0.608 0.607 滑块外径d外 3.502 3.500 3.502 3.501 滑块长度L1 3.300 3.298 3.300 3.299 项目 内容 金属 载物盘 载物盘＋金属圆筒 实心球 载物盘＋塑料圆柱体 金属细杆 摆动10周期所需的时间（s） 1 8.56 17.20 14.13 13.85 23.30 2 8.56 17.20 14.12 13.86 23.29 3 8.56 17.20 14.12 13.85 23.29 平均 8.56 17.20 14.12 13.85 23.29 周期T（S） 0.856 1.720 1.412 1.385 2.329 质量：712.5克,713.0克，1171.1克，132.6克, 239.9克 物体名称 转动惯量理论值(X10-4kgm2) 转动惯量实验值(X10-4kgm2) 百分误差 金属载物盘 5.52 塑料柱体 8.935 － =8.938 0.04% 金属圆筒 =16.71 － =16.77 0.3% 实心球 14.830 ＝15.03 1% 金属细杆 ＝40.82 ＝40.88 0.1% 二滑块的质心绕转轴的转动惯量理论值 I滑块=2[m滑（）+m滑]=0.8138 X10-2kgm2 其中：d外为滑块的外径，d内为滑块的内径，L1为滑块的长度。 2. 验证转动惯量平行轴定理： 滑块质心离转轴距离x（10-2m） 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 5次摆动周期5T（S） 13.36 13.36 13.36 17.25 17.25 17.26 22.27 22.27 22.29 27.84 27.84 27.84 33.64 33.64 33.65 摆动周期（S） 2.672 3.448 4.454 5.568 6.728 实验值 （10-2 kgm2 ） 0.5381 0.8971 1.495 2.337 3.412 理论值I=I细杆＋2 m滑x2＋I滑块 （10-2 kgm2 ） 0.5369 0.8967 1.498 2.336 3.416 百分误差 0.2% 0.04% 0.02% 0.04% 0.01% 思考题解答： 1. 怎样测量不规则物体的转动惯量？ 答：先用已知的转动惯量测出装置的K值，然后设计一个能使该物体能以要测的转动惯量的轴转旋转的装置，按实验介绍测量其转动惯量，最后将该不规则物体固定于装置上，测出两者复合转动惯量，再求出该物体的转动惯量。 2. 若两个滑块不对称放置时，怎样验证平行轴定理？ 答：只将验证公式中的项换成,其中、分别为滑块1和滑块2 离转轴的距离。 实验四 空气比热容比测定实验 一.实验目的 1．用绝热膨胀法测定空气的比热容比； 2．观测热力学过程中状态变化及基本物理规律； 3．学习气体压力传感器核电流型集成温度传感器的原理及使用方法。 二、实验原理 气体的比热容比，也可称为气体的绝热系数，它是一个重要的物理量，经常出现在热力学方程中。如图4-1所示，实验时先关闭放气阀，将原处于环境大气压强，室温的气体送入储气瓶。这时关闭充气阀，取瓶内一部分气体为研究对象，这部分企图状态为。然后突然打开放气阀放气，，放气过程可认为是绝热膨胀过程，放气结束关闭阀门，这时瓶内气体状态为，为储气瓶容积。在关闭放弃阀后，温度将伸高，当温度达到，这时记作状态。 绝热膨胀过程：I到II状态，有 （4-1） 图4-1 P-V图 I到III为等温线有： （4-2） 由（1）（2）式得到： （4-3） 三、实验步骤 1．用ForTon式气压计测定大气压。开启电源并预热20分钟。 2．把放气阀关闭，充气阀打开，用打气球把空气缓缓地打进储气瓶，用压力传感器和温度传感器测量压强均匀稳定时的压力和温度记录进表格。 3．突然打开放气阀，当储气瓶的压力降低至环境大气压强时迅速关闭放气阀。 4．当储气瓶温度上升到记下储气瓶压强。 5．用公式（3）计算比热容比数值。 四、参考数据： （） （mV） (mV) 　 （mV） 　(mV) （） （） 　 　 1.0121 114.5 1517.0 28.8 1516.6 1.0694 1.0265 1.345 116．7 1525.8 29.8 1525.4 1.0704 1.0270 1.353 117.3 1506.2 34.7 1505.8 1.0708 1.0294 1.432 118.0 1511.4 28.9 1511.0 1.0711 1.0266 1.304 注意事项： 1．打开放气阀放气时，当听到放气声结束应迅速关闭放气阀，提早或推迟关闭放气阀都会影响实验结果。 2．实验要求环境温度基本不变，如发生环境温度不断下降的情况，可在远离实验仪器处适当加温，以保证实验正常进行。 实验五 线膨胀系数测定 一、实验目的 1．测定铁、铜、铝棒的线膨胀系数； 2．测量其他固体物质的线膨胀系数； 3．分析影响测量精度的诸因素； 4．观察某些合金材料在金相组织发生变化温度附近出现线膨胀的突变现象； 5．掌握使用千分表和温度控制仪的操作方法。 二、实验原理 物质在一定温度内，原长为的物体受热后伸长量与温度的增加量近似成正比，与原长也成正比，即。一般固体在温度升高时，它的长度将发生变化。固态物质当温度改变时，其长度变化与在时的比值，成为该物质的线膨胀系数。如果一根金属棒在时长为，那么在温度为时的长度为：。实际上金属的线膨胀系数不是一个常数，只是在某一温度区域内近似与常数。 三、实验步骤 1．接通电加热器与温控仪输入输出接口和温度传感器的航空插头。 2．旋转千分表固定架螺栓，转动固定架致使被测样品能插入紫铜管内，再插入低导热体，用力压紧后转动固定架，在安装千分表架时注意被测物体与千分表测量头保持在同一直线。 3．安装千分表在固定架上，并且扭紧螺栓，不试千分表转动，再向前移动固定架，使千分表读数在0.2-0.4mm，固定架给予固定。然后稍用力压一下千分表滑络端，使它与绝热体有良好的接触，再转动千分表圆盘读数为零。 4．接通温控仪的电源，设定需加热的数值，一般可分别增加温度为，，，，，。按确定键开始加热。 5．每次设定温度测完后，按复位键，重新设定所需温度，当显示值上升到大于设定值，电脑自动控制到设定值，正常情况下在左右波动。当温度达到设定温度附近（与设定温度相差），例如温度达到时，千分表的指针基本不动，学生可记录千分表的读数，为了计算方便，达到下一个设定值时，也要记录千分表读数 6．换不同金属样品，分别测量并计算各自的线膨胀系数。 四、电加热箱的结构和使用要求 1．使用要求 （1）被测物体尺寸控制于； （2）整体要求平稳，因伸长量极小，故仪器不应有振动； （3）千分表安装适当固定且与被测物体有良好的接触（读数在处较为适宜，然后在转动表壳校零）； （4）被测物体与千分表探头需保持在同一直线。 2．结构如图5-1 五、恒温控制仪使用说明 1．面板操作简图如图5-2 2．使用要求 （1）面包电源接通数字显示为FdHc表示该公司产品符号，A**.*表示当时传感器温度，b==.=表示等待设定温度。 （2）按升温键，数字由零逐渐增大至所需的设定值，最高可选80度。 （3）如果数字显示高于设定的温度，可按降温键直至到所需的温度设定值。 （4）当数字设定值达到实验者所需的值时，可按确定键，开始对样品加热，同时指示灯亮，发光频闪与加热频率成正比。 （5）确定键也可用作选择键，可观察当时的温度值和先前的设定值。 （6）实验者如果需要改变设定值可按复位键，重新设置。 实验六 常用电学仪器的使用 一．实验目的 1．了解电路的组成和各部分的作用； 2．掌握常用电学仪表的性能、用法、正确连接电路的方法； 3．用欧姆定律测量未知电阻； 4。学习作图法分析和处理问题。 二．常用电学仪器介绍 一般用电线路中，通常总是由电源、用电设备（负载）、控制设备、测量仪表等部分组成的。这些部分用导线连接通路，称为电路。 一、 电源 电源是把其他形式能量转换成电能、提供电路能量的装置。电源分为直流电源和交流电源两种。 交流电源：用符号“AC”或“”表示交流电。常用的交流电有380V和220V两种，频率为50Hz。 直流电源：用符号“DC”或“—”表示直流电。常用的直流电有干电池，蓄电池和晶体管稳压电源等。直流电源使用时，正负极不能接错，要严防短路，以免电流过大损坏电源。 二、 电阻 电阻可用来改变电路中电流、电压的大小。电阻分为固定式和可变式两种。下面介绍常用的两种可变电阻。 1．滑线变阻器 滑线变阻器有两种接法 （1）变流器接法：如图6-1所示。 （2）分压器接法：如图6-2所示。 图6-1 变流电路 图6-2 分压电路 2．旋转式电阻箱 实验室常用的ZX21型直流电阻箱的面板如图6-3（a），其内部是若干个采用锰铜合金线绕成的具有高稳定的固定电阻元件，按一定的方式接在特殊的变换开关装置上组成，如图6-3（b）。 图6-3 ZX21型直流电阻箱 面板上有六个开关旋钮和四个接线柱。每个旋钮的圆盘上都标有0、1、2、…、9等数字，靠旋钮边缘的面板上刻有箭头，并有0.1、1、10、…等字样，这些数字为倍率。 表1电阻箱各旋盘倍率的准确度 旋盘倍率 0.1 1 10 100 1000 10000 准确度 5% 0.5% 0.2% 0.1% 0.1% 0