華理大物實驗報告.doc

示范報告1實驗名稱 電橋法測中、低值電阻一.目的和要求1.掌握用平衡電橋法測量電阻的原理和方法;2.學會自搭電橋，且用交換法測量電阻來減小和修正系統(tǒng)誤差;3.學會使用QJ-23型惠斯登電橋測量中值電阻的方法;4.學會使用QJ-42型凱爾文雙臂電橋測量低值電阻的方法;二.實驗原理直流平衡電橋的基本電路如下圖所示。 圖中稱為比率臂，為可調(diào)的標準電阻，稱為比較臂，為待測電阻。在電路的對角線（稱為橋路）接點BC之間接入直流檢流計，作為平衡指示器，用以比較這兩點的電位。調(diào)節(jié)的大小，當檢流計指零時，B，C兩點電位相等； ，即；。因為檢流計中無電流，所以，得到電橋平衡條件 。三.實驗儀器直流電源，檢流計，可變電阻箱，待測電阻，元器件插座板，QJ24a型惠斯登直流電橋，QJ42型凱爾文雙臂電橋，四端接線箱，螺旋測微計四.實驗方法1.按實驗原理圖接好電路；2.根據(jù)先粗調(diào)后細調(diào)的原則，用反向逐次逼近法調(diào)節(jié)，使電橋逐步趨向平衡。在調(diào)節(jié)過程中，先接上高值電阻Rm，防止過大電流損壞檢流計。當電橋接近平衡時，合上KG以提高橋路的靈敏度，進一步細調(diào)；3.用箱式惠斯登電橋測量電阻時，所選取的比例臂應使有效數(shù)字最多。五.數(shù)據(jù)記錄與分析1.交換法研究自搭電橋的系統(tǒng)誤差-RA/RB=100/100RB/RA=100/100RS儀()RS()RS儀()RS()RS()RS()RX2294.7300.90.30.20.30.2RX31976.02015.02121，其中是電阻箱示值，是所用轉盤個數(shù)，所以，2.不同比例臂對測量結果的影響RA/RBRS()RX1()結論100/10051.051.0比例臂越小，有效數(shù)字位數(shù)越多，測量結果越精確。100/1000500.650.06100/100005125.651.2563.用箱式惠斯登電橋測量電阻RX比率CRS()RX()結果RX10.01509850.98比例臂C的選取應使有效數(shù)字位數(shù)最多，從而提高測量精度RX20.12990299.0RX31199019904.用開爾文電橋測量低值電阻銅棒平均直徑d3.975mm（多次測量取平均）（末讀數(shù)初讀數(shù)）銅棒長度/mm240.00280.00320.00360.00400.00440.00電阻值/10-31.461.691.952.192.422.68電阻，由下圖中的擬合直線得出斜率，則電阻率六.分析討論題當惠斯登電橋平衡后，若互換電源與檢流計位置，電橋是否仍保持平衡？試說明之。答：電橋仍保持平衡。在互換電源與檢流計位置前，電橋平衡條件為，互換位置后的電橋線路如下。在新橋路內(nèi)，若，檢流計無電流通過，A，D兩點電位相等。則有，因而有的關系。這樣。即就是互換位置前的平衡條件。所以電橋仍保持平衡。 2實驗名稱 靜 電 場 測 繪一.目的與要求1.學習用模擬法測繪靜電場的分布。2.加強對電場強度和電勢的概念。二.實驗原理由于靜電實驗條件苛刻且不穩(wěn)定，而穩(wěn)恒電流的電場和相應的靜電場的空間是一致的，在一定的條件下，可以用穩(wěn)恒電流的電場來模擬測繪靜電場。靜電場與穩(wěn)恒電流場的對應關系為靜 電 場穩(wěn) 恒 電 流 場導體上的電荷Q電場強度介電常數(shù)電位移=無荷區(qū)電勢分布極間電流I電場強度電導率電流密度=無源區(qū)電勢分布根據(jù)上表中的對應關系可知，要想在實驗上用穩(wěn)恒電流場來模擬靜電場，需要滿足下面三個條件：電極系統(tǒng)與導體幾何形狀相同或相似。導電質(zhì)與電介質(zhì)分布規(guī)律相同或相似。電極的電導率遠大于導電質(zhì)的電導率，以保證電極表面為等勢面。以無限長同軸柱狀導體間的電場為例，來討論二者的等效性。設真空靜電場中圓柱導體A的半徑為，電勢為；柱面導體B的內(nèi)徑為，且B接地。導體單位長度帶電（即線密度）。根據(jù)高斯定理，在導體A、B之間與中心軸距離為r的任意一點的電場大小為 (1)電勢為 （2）導體A的電勢可表示為 （3）于是在距中心處 （4）此時的場強為 （5）將A、B間充以電阻率為、厚度為的均勻導電質(zhì)，不改變其幾何條件及A、B的電位，則在A、B之間將形成穩(wěn)恒電流場。設場中距中心線r點處的電勢為，在處寬度為的導電質(zhì)環(huán)的電阻為 （6）從到的導電質(zhì)的電阻為 （7）電極A、B間導電質(zhì)的總電阻為 （8）由于A、B間為穩(wěn)恒電流場，則 （9）即 （10）比較（10）和（4）式可知，電流場中的電勢分布與靜電場中完全相同，可以用穩(wěn)恒電流場模擬描繪靜電場。根據(jù)（4）可以導出或 （11）三.實驗儀器靜電場描繪儀，坐標紙。四.實驗操作步驟1.測量長的同軸圓柱體間的電場分布。（1）按照實驗面板提示，選擇檢流計法，調(diào)整好儀器，選。（2）移動探針，分別取測量電位為，三個等勢面，每組均勻分布8點等勢點，測出各等勢點的坐標，并列表記錄，將數(shù)據(jù)輸入電腦處理，得到測量半徑（對應有三個測量半徑）。（3）將三個等勢面的，并與（11）式的理論值理比較，并求百分誤差。2.測量平行輸電線間的電場分布（1）按照實驗面板提示，選擇電壓法，調(diào)整好儀器，仍選；（2）移動探針，分別取測量電位為，三個等勢面，每組均勻分布8點等勢點，曲率較大出取點應稍密。五.數(shù)據(jù)記錄1.同軸電纜電流場模擬同軸圓柱帶電靜電場等勢圓測繪（1）電極半徑：正極，負極（2）等勢點坐標坐標序號1V等勢點坐標3V等勢點坐標5V等勢點坐標X1(cm)Y1(cm)X2(cm)Y2(cm)X3(cm)Y3(cm)12.136.704.556.755.856.7523.652.665.704.156.455.3537.200.907.503.457.754.90413.186.059.604.008.865.20513.207.8911.007.309.606.15610.3511.509.859.258.218.3077.5012.108.159.957.828.5585.1011.656.549.836.908.45各等勢圓的圓心坐標和半徑計算結果電勢值(V)135X0(cm)7.687.777.73Y0(cm)6.556.726.69Rp(cm)5.613.281.86（3）等勢圓理論半徑的計算及比較 根據(jù)（11）式及，當時，；當時，；當時，； 2.平行輸電線電流場模擬等值異號點電荷靜電場等勢線簇測繪六.分析討論題1.根據(jù)測繪的等勢線和電場線的分布，試分析哪些地方場強較強，那些地方場強較弱？答：根據(jù)（11）式，電場強度的大小與半徑成反比，越靠近內(nèi)電極A，電場越強，電場線越密。2.對電極和導電紙的電導率各有什么要求，為什么？兩者相互接觸的要求對實驗結果有什么影響，為什么？答：導電紙的電導率應較小，而電極的電導率遠大于導電紙的電導率，以保證電極表面為等勢面，3實驗名稱 剛體轉動慣量的測量（扭擺）一.實驗要求與目的1.用扭擺測定多種形狀物理的轉動慣量和彈簧的扭轉系數(shù)；2.觀察剛體的轉動慣量與質(zhì)量分布的關系；3.驗證平行軸定理；二.實驗原理將物體在水平面內(nèi)轉過角。在彈簧恢復力矩作用下，物體就開始繞垂直軸作往返扭轉運動。根據(jù)虎克定律，彈簧受扭轉而產(chǎn)生的恢復力矩與所轉過的角度成正比，即 （1）式中：為彈簧的扭轉常數(shù)。根據(jù)轉動定律（式中，為物體繞轉軸的轉動慣量，為角加速度）得 （2）令，忽略軸承摩擦阻力矩，由式（）、式（）得上述方程表示扭擺運動為簡諧振動，角加速度與角位移成正比，且方向相反。此方程的解;式中：為簡諧振動的角振幅；為初相位角；為圓頻率。此簡諧振動的周期（3）由式（）可知，只要實驗測得物體扭擺的擺動周期，并在和中任何一個量已知時即可計算出另一個量。本實驗測量形狀規(guī)則物體的轉動慣量，它的質(zhì)量和幾何尺寸通過量具直接測量得到，再算出本儀器彈簧的值。若要測定其他形狀物體的轉動慣量，只需將待測物體安放在本儀器頂部的各種夾具上，測定其擺動的周期，由式（）即可算出該物體繞轉動軸的轉動慣量。理論分析證明，若質(zhì)量為的物體繞通過質(zhì)心軸的轉動慣量為I0時，當轉軸平行移動距離時，則此物體對新軸的轉動慣量變?yōu)镮0mx2。這就是轉動慣量的平行軸定理。三.實驗內(nèi)容與步驟1.實驗內(nèi)容（1）熟悉儀器的構造和使用方法。（2）測定扭擺彈簧的扭轉常數(shù)。（3）測定塑料圓柱體、金屬圓筒、木球與金屬細桿的轉動慣量，并與理論計算值相比較，求百分誤差。（4）改變滑塊在細桿的位置，驗證轉動慣量平行軸定理。2.實驗步驟（1）分別測出圓柱體直徑，圓筒內(nèi)外徑以及細桿長度，并分別測出它們的質(zhì)量。圓柱體直徑、圓筒內(nèi)外徑、球體直徑及細桿長度測量3次，取平均值；其中，圓柱體直徑、圓筒外徑和細桿長度用大游標卡尺測量，圓筒內(nèi)徑用小游標卡尺測量。圓柱體、圓筒、球體及細桿的質(zhì)量用電子天平測量1次.（2）物盤、圓柱體、圓筒、球體和細桿的擺動周期。調(diào)整扭擺基座底腳螺釘，使水平儀中氣泡居中。裝上金屬載物盤，并調(diào)整光電探頭的位置使載物盤上擋光桿處于其缺口中央且能遮住發(fā)射紅外線的小孔。使用轉動慣量測試儀測定擺動周期T0；使用累積放大法測量10個周期，測量3次，取平均值。將塑料圓柱體、金屬圓筒垂直放在載物盤上，測定其擺動周期T1、 T2，使用累積放大法測量10個周期，測量3次，取平均值。取下載物金屬盤，裝上木球，測定擺動周期T3（計算木球的轉動慣量時，應扣除支架的轉動慣量），使用累積放大法測量10個周期，測量3次，取平均值。取下木球，裝上金屬細桿（金屬細桿中心必須與轉軸重合）。測定擺動周期T4（計算金屬細桿轉動慣量時，應扣除支架的轉動慣量），使用累積放大法測量10個周期，測量3次，取平均值。（3）計算出各物體繞中心對稱軸轉動的轉動慣量的理論值。圓柱體；圓筒；球體；細長桿（4）由載物盤擺動周期T0，塑料圓柱體的擺動周期T1及圓柱體理論轉動慣量值，算出彈簧的扭轉系數(shù)k及載物盤的轉動慣量。（5）計算各物體轉動慣量的實驗值。（6）驗證轉動慣量的平行軸定理。測出兩滑塊質(zhì)量ms及其內(nèi)外徑Ds內(nèi)、Ds外和長度Ls，將滑塊對稱放置在細桿兩邊的凹槽內(nèi)，此時滑塊質(zhì)心離轉軸距離分別為.，.，.，.，.，測定擺動周期。分別計算出對應轉動慣量實驗值（計算轉動慣量時，應扣除支架的轉動慣量）：將測量值與平行軸定理理論值 比較，求出實驗值與理論值的百分差，其中兩滑塊繞質(zhì)心轉軸的轉動慣量為：（7）測出的各項有關數(shù)據(jù)輸入計算機，檢查實驗結果。四. 數(shù)據(jù)記錄物體名稱質(zhì)量幾何尺寸周期轉動慣量理論值實驗值百分誤差金屬載物盤8.210.54558.228.210.821塑料圓柱714.99.99413.320.89260.892609.99813.349.99213.339.9941.333金屬圓通720.39.99816.59=1.68781.68210.39.99816.609.99816.599.9989.3541.6599.3569.3549.354木球985.510.79211.911.14781.14800.0210.79411.9110.79011.9010.7921.191金屬細桿132.061.00（已知）22.484.09314.09010.0822.4822.492.2481.各物體轉動慣量理論值的計算圓柱體：=圓筒：球體： =細長桿： =2.扭轉系數(shù)k的計算由0.821s，1.333s，3.各物體轉動慣量的實驗值計算1）載物盤的轉動慣量2）金屬圓筒的轉動慣量相對誤差3）木球的轉動慣量相對誤差4）細長桿的轉動慣量相對誤差4.驗證轉動慣量的平行軸定理：滑塊質(zhì)量： 240.1g；滑塊幾何尺寸：長度3.318cm；外徑3.504cm；內(nèi)徑0.596cm；兩滑塊繞過質(zhì)心轉軸的轉動慣量理論值：=周期實驗值：理論值：百分誤差5.0025.7425.7425.752.5741.27221.28250.810.0033.2833.2833.263.3274.86844.88400.315.0042.9742.9442.964.29610.846510.88650.420.0053.6453.6453.635.36419.196219.29000.525.0064.8764.8964.856.48729.967130.09450.4如圖中線性擬合的結果，直線的斜率為478.103310-3，也就是說，實驗測量，百分誤差為0.4%，同時，擬合所得的截距為，理論計算值為，相對誤差為0.3%。六.提問與討論1.彈簧扭轉系數(shù)如何求得？金屬載物臺繞轉動軸的轉動慣量為，對應的周期為，載物臺上放上規(guī)則幾何物體后的轉動慣量為，此時周期為，根據(jù)周期公式有 2.什么是測量周期的累積放大法？ 實驗中每次測量10個周期，測量三次，再求平均，這樣是為了消除測量單個周期引起的誤差。3.如何驗證平行軸定理？將滑塊對稱放置在細桿兩邊的凹槽內(nèi)，此時滑塊質(zhì)心離轉軸距離為x，若質(zhì)量為的物體繞通過質(zhì)心軸的轉動慣量為I0時，則此物體對新軸的轉動慣量變?yōu)镮0mx2。這是轉動慣量的平行軸定理。在實驗中，分別將x取不同的值，同時根據(jù)測得的周期算出對應的實驗轉動慣量，驗證這些實驗點是否呈線性關系，這就是平行軸定理的驗證。4實驗名稱 用波爾共振儀研究受迫振動 一.目的與要求1.研究波爾共振儀中彈性擺輪受迫振動的幅頻特性和相頻特性；2.觀察在一定阻尼矩下的共振現(xiàn)象，測量阻尼系數(shù)；3.學習用頻閃法測定運動物體的某些量。二.原理簡述波爾共振儀是采用扭轉擺輪在彈性力矩作用下自由擺動，在電磁阻尼力矩作用下作受迫振動來研究其特性的。當擺輪在有空氣阻尼和電磁阻尼的媒質(zhì)中運動并受到策動力矩的作用，其運動方程為令， （為系統(tǒng)的固有頻率，為阻尼系數(shù)） 則有當振動達到穩(wěn)定狀態(tài)時其振幅它和策動力矩的相位差其共振圓頻率和振幅分別為 ，三.實驗儀器ZKY-BG 波爾共振儀（同濟大學）四.實驗方法1.測量系統(tǒng)固有頻率在擺輪自由振動時，振幅將不斷衰減，需測量在不同振幅時相應的系統(tǒng)固有頻率。測量在不同振幅時的振動周期，根據(jù)，計算系統(tǒng)固有圓頻率。初始振幅應不小于160度。2.測量阻尼系數(shù) 選擇“阻尼振蕩”，確定一定的電磁阻尼力矩（選中“阻尼1”狀態(tài)），測量10個周期下各次的振幅。根據(jù)阻尼振動為， =，利用對數(shù)逐差法，隔5項逐差，求出值。3.測定受迫振動的幅頻特性和相頻特性確定阻尼狀態(tài)（“阻尼1”）不變，選中“強迫振蕩”，調(diào)節(jié)電機轉速旋鈕在4-5左右，打開“電機”，待受迫振動穩(wěn)定后，改變周期為“10”，進行測量。并用頻閃法測量受迫振動與周期性策動力矩的改變電機轉速（策動力矩的周期），待穩(wěn)定后重復測量一次，共測量9個點，每次均要用頻閃法測量相位差。五.數(shù)據(jù)處理1. 擺輪振幅與系統(tǒng)固有頻率關系振幅（度）周期T0（秒）固有頻率0（秒-1）振幅（度）周期T0（秒）固有頻率0（秒-1）振幅（度）周期T0（秒）固有頻率0（秒-1）1561.63573.84131061.63653.8394801.63703.83821391.63603.84601041.63633.8399791.63683.83871311.63583.84101031.63653.8394781.63703.83821261.63623.8401911.63683.8387571.63733.83751241.63603.8406891.63663.8392561.63713.83801231.63623.8401881.63683.8387531.63733.83751081.63653.8394861.63663.8392521.63713.83801071.63633.8399851.63683.83872.阻尼系數(shù)振幅（度）振幅（度）振幅（度）振幅（度）11541020.41201149980.41902142940.41252137900.42023130860.41323126830.41744120790.41804116760.42295110720.42385107700.424310T=16.363s，T=1.6363s=0.4159 ， =0.4208= ， =0.05083 =0.051433.幅頻特性和相頻特性關系曲線強迫力矩周期T（秒）頻率（秒）振幅（度）扭簧對應的固有周期T0（秒）扭簧對應的固有頻率0（秒）相位差測量值（度）相位差理論值（度）頻率比率/r1.68233.7349691.63703.828225260.97311.66203.78051011.63653.839441410.98471.64513.81931241.63603.840654540.99041.64513.81931401.63603.840667670.99451.63963.83211491.63573.841380800.99761.63413.84501511.63573.841394941.00101.62923.85661441.63603.84061071071.00421.62373.86971301.63623.84011201201.00771.61713.88551121.63653.83941321321.01201.60833.9067901.63683.83871431431.01771.58883.9547591.63733.83751561571.0305/r幅頻特性曲線如用直角坐標紙圖示法作圖，則橫坐標取1cm=0.0100，縱坐標取1cm=10，坐標原點（0.960，40）為宜。 /r 相頻特性曲線如用直角坐標紙圖示法作圖，則橫坐標取1cm=0.0100，縱坐標取1cm=20，坐標原點（0.960，-180）為宜。六.分析討論本實驗數(shù)據(jù)由控制儀采集，一般情況下數(shù)據(jù)記錄不會有誤，但應注意以下幾點：1.在作自由振蕩和阻尼振蕩時，連桿的位置應使有機玻璃刻度盤刻線對準零刻度，否則位相差測量有較大誤差。2.在作自由振蕩和阻尼振蕩時，初位移應160，使不同振幅所對應的系統(tǒng)固有頻率的測量值覆蓋受迫振動的測量范圍。3. 周期測量產(chǎn)生的誤差，可能來自于阻尼電流的不穩(wěn)定而引起電磁阻尼力矩的變化和光電門的松動。4.受迫振動要等到整個振動達到平衡時，即振幅不再變化、電機轉動的周期和擺輪的轉動周期不變且相等時才能打開測量開關。5實驗名稱 分 光 計一.目的與要求：1.了解分光計的結構及基本原理，學習分光計的調(diào)整技術；2.學習用自準法和反射法測量三棱鏡的頂角；3.通過測量三棱鏡的最小偏向角求玻璃棱鏡的折射率。二.原理簡述：1.自準法測三棱鏡頂角。光路如圖所示，光線垂直射入，記下方位角，然后使光線垂直入射于，記下沿原路反射回來的方位角，則。2.最小偏向角法測玻璃三棱鏡的折射率。在棱鏡中，經(jīng)兩次折射后的出射光線與入射光線 的夾角稱為偏向角。棱鏡的頂角，棱鏡材料的折射率及最小偏向角的關系為。三.實驗儀器：型分光計，三棱鏡，平面反射鏡，汞燈。四.實驗方法：1.分光計的調(diào)整。（1）目測粗調(diào)，使望遠鏡、平行光管、載物臺大致成水平狀態(tài)；（2）自準法細調(diào)，實現(xiàn)綠色小十字和準線中的豎線相重合；（3）調(diào)節(jié)望遠鏡光軸垂直旋轉中心軸：轉動游標盤實現(xiàn)豎直線的重合，“減半逼近調(diào)節(jié)法”實現(xiàn)水平線的重合；（4）調(diào)整平行光管，使狹縫像在水平、豎直狀態(tài)都能被十字線的水平線上下平分。2.自準法測三棱鏡頂角。將毛面對著平行光觀，轉動游標盤，使面對準望遠鏡，調(diào)節(jié)游標盤微調(diào)螺絲，使綠色小十字與劃絲上部十字完全重合，記下雙游標讀數(shù)，；轉動游標盤，使面對準望遠鏡，同樣記下，可得出頂角，。3.最小偏向角的測量。打開汞燈，在視野中找到黃、綠、紫三條譜線，朝一個方向轉動游標盤，找到最小偏向角，固定游標盤，調(diào)節(jié)望遠鏡微調(diào)螺絲，分別使三條譜線與豎直劃絲重合，記下此時讀數(shù)，（，和，），重復測量5次。取下三棱鏡，再次轉動游標盤，使望遠鏡對準平行光管，調(diào)節(jié)望遠鏡微調(diào)螺絲使豎直劃絲與白光狹縫重合，記下游標讀數(shù)，五.數(shù)據(jù)記錄：1.自準法測三棱鏡頂角：（分光計游標：）1234562.測量玻璃三棱鏡的折射率：123456,六.數(shù)據(jù)處理：1.三棱鏡頂角由，。次數(shù)123456，頂角的測量結果為 百分誤差為 2.最小偏向角：次數(shù)123456黃光綠光紫光，此棱鏡對三種不同波長光的最小偏向角分別為：3.玻璃三棱鏡折射率的測量： 根據(jù)公式，可以計算得； 折射率的標準誤差根據(jù)公式計算的各折射率的標準誤差為：；七、分析討論題1.分光計為什么要調(diào)整到望遠鏡與儀器中心軸線正交？不正交對測量結果有何影響?答：只有望遠鏡與儀器中心軸線正交才能在轉動望遠鏡（或載物臺）測量不同位置（或測量面）的光線時保證所測光線都在視場中，且與分劃板準線的相對位置不變，使測量正常準確進行。不正交將使測量結果誤差增大，降低測量準確度。2.反射法測三棱鏡頂角時，棱鏡應放在什么位置，才能保證望遠鏡中能我到兩個面的反射狹縫像？答：應使三棱鏡頂角A正對平行光管。 6實驗名稱 衍射光柵（汞光譜波長測量）一.目的與要求：1.觀察光柵的衍射光譜，理解光柵衍射基本規(guī)律；2.進一步熟悉分光計的調(diào)節(jié)與使用；3.測定光柵常量和汞原子光譜部分特征波長。二.原理簡述：1.衍射光柵，光柵常量。光柵由大量相互平行、等寬、等距的狹縫（或刻痕）構成。原制光柵是用金剛石刻刀在精制的平行平面的光學玻璃上刻劃而成的。刻痕處，光射到它上面向四處散射而透不過去，兩刻痕之間相當于透光狹縫。光柵上若刻痕寬度為，刻痕間距為，則稱為光柵常量，它是光柵基本參數(shù)之一。2.光柵方程，光柵光譜。當一束平行單色光垂直入射到光柵平面上時，光波將發(fā)生衍射。光衍射角滿足光柵方程，。光會疊加，衍射后的光波經(jīng)過透鏡會聚后，在焦平面上將形成分隔得較遠的一條列對稱分布明條紋。如果入射光波含幾種不同波長的復色光，會形成衍射光譜。普通低壓汞燈每一級有4條特征譜線：紫光，綠光，黃光和。3.光柵常量與汞燈特征譜線波長的測量光垂直入射到光柵上，若已知，測出相應的，就可以算出光柵常量；反之，若已知，測出，可以計算。三.實驗儀器分光計、光柵、雙面反射鏡、汞燈四.實驗內(nèi)容1.分光計調(diào)整與觀察汞燈衍射光譜。（1）認真調(diào)整好分光計；（2）將光柵放于載物臺上。通過調(diào)平螺絲使光柵平面與平行光管光軸垂直。轉動望遠鏡觀察汞燈衍射光譜。中央零級為白色，望遠鏡分別轉到左右時均可以看到第一級的4條彩色譜線；（3）調(diào)節(jié)平行光管狹縫寬度，以能夠分辨出兩條緊靠的黃色譜線為準；2.光柵常量與光譜線波長的測量。以綠光譜線的波長作為已知，測出第一級綠光明條紋的衍射角。為了消除偏心差，同時讀下，雙游標的讀數(shù)。五.數(shù)據(jù)記錄次數(shù)綠光123456次數(shù)紫光123次數(shù)黃光（內(nèi)）123次數(shù)黃光（外）123六.數(shù)據(jù)處理根據(jù)公式得到綠光每次測量的衍射角，那么，即。光柵常數(shù)不同波長光在此光柵下的衍射角，測量波長值及相對誤差分別為紫光：，；黃光（內(nèi)）：，；黃光（外）：，。七.分析討論題1.試結合測量的百分誤差分析其產(chǎn)生的原因？答：在正常的誤差范圍內(nèi)，一般產(chǎn)生誤差的原因：分光計沒有嚴格的調(diào)整好。平行光不是真正的平行光，兩軸線沒嚴格正交。視察沒有完全消除。測量時十字準線沒有對準光譜線的中間。移動望遠鏡時手不是拿著架子轉動，而是拿著目鏡轉動。兩人讀數(shù)的誤差等等。2.如果光柵平面和分光計轉軸平行，但光柵上刻線和轉軸不平行，那么整個光譜會有何變化？對測量結果有無影響？答：會出現(xiàn)光譜線不水平。對測量結果略有影響，但在誤差要求范圍之內(nèi)，影響可不予考慮。7實驗名稱 拉伸法測量金屬材料楊氏模量一.實驗內(nèi)容1.學習用拉伸法測量金屬絲楊氏模量，掌握光杠桿測定微小伸長量的原理；2.初步學會調(diào)節(jié)使用望遠鏡；3.學習處理數(shù)據(jù)的一種方法逐差法。二.實驗原理1.楊氏模量根據(jù)虎克定律，在彈性限度內(nèi)，物體的應力與應變成正比： 其中比例系數(shù)就是該材料的楊氏彈性模量，簡稱楊氏模量。 在實驗中測量鋼絲的楊氏模量，其截面為圓形，其直徑為時，相應的截面積，是較大長度的微小伸長量，無法用一般的長度測量儀器測量，因此實驗中用光杠桿法進行測量，測量公式 于是可得實驗中的楊氏模量測量公式：光杠桿鏡架結構 可見隨所加外力在彈性限度內(nèi)是線形變化的。2.光杠桿實驗中是一微小變化量，變化在數(shù)量級。因此實驗設計的關鍵是尋找測量微小變化量的方法和裝置，這里我們采用了光學放大方法光杠桿來實現(xiàn)。設在鋼絲下端未加砝碼時，從望遠鏡中讀得標尺讀數(shù)記為，當增加砝碼時，鋼絲伸長量為，足隨圓柱體夾頭一起下降，于是光杠桿鏡架繞軸轉動。根據(jù)反射定律，平面鏡法線轉動角，反射線將轉過，此時從望遠鏡中讀得的標尺讀數(shù)為。因為為一微小量，所以也很小，近似有和。于是由三角函數(shù)關系可得： 由于遠大于，則必然遠大于。這樣，就將一個原來數(shù)值小的鋼絲長度變化量轉化成一個數(shù)據(jù)較大的標尺的讀數(shù)變化量。從這里可以明顯的看出光杠桿裝置的放大作用。光杠桿的放大倍數(shù)即為3、誤差傳遞公式及儀器的選擇 通過計算公式我們可以得出楊氏模量的相對誤差傳遞的推導公式由推導公式中可見，的不確定度占了很大比例，因此測量時應選擇精確度較高的儀器來測量，實驗中選擇螺旋測微計來測量。而測量時，由于是長度很大的量上的微小變化，不能用游標卡尺或螺旋測微計測量，所以實驗中采用了光杠桿法來測量。三、儀器記錄螺旋測微計,游標卡尺,米尺,尺讀望遠鏡,楊氏模量測定儀。四.操作步驟1.首先檢查、布置儀器（1）調(diào)節(jié)楊氏模量測定儀腳架的底腳螺絲，使水準氣泡居中，此時兩支柱鉛直。（2）在鋼絲下端掛上砝碼掛鉤，使鋼絲拉直，并檢查鋼絲下端夾頭能否在平臺圓孔中自由上下滑動，減少摩擦帶來的誤差。（3）將光杠桿放在平臺上，兩前足放于凹槽中，后足放在圓柱夾尖的上端，注意不要與鋼絲相碰。調(diào)整望遠鏡和光杠桿處于同一高度，并使望遠鏡大致水平，光杠桿鏡面及標尺大致鉛直。2.調(diào)節(jié)望遠鏡（1）旋轉目鏡，調(diào)目鏡與叉絲間的距離到能清楚看見叉絲；（2）移動鏡尺裝置，在望遠鏡外沿鏡筒上方瞄準器方向看光杠桿鏡面，直到能看到反射回來的標尺像，并用瞄準器對準標尺像。然后調(diào)節(jié)望遠鏡物鏡焦距，使標尺像聚焦在叉絲平面上，并適當調(diào)節(jié)望遠鏡俯仰，應可看見像。（3）消除視差，上下左右晃動眼睛，同時觀察像的相對位置有無改變，如有改變，則調(diào)節(jié)物鏡距離直至像的相對位置不變動。至此，望遠鏡調(diào)節(jié)完成，測量過程中不要再變動儀器的相對位置，包括放置望遠鏡的桌子不可震動，否則要從頭再調(diào)。3.記錄實驗開始時望遠鏡中的標尺讀數(shù)，然后依次增加砝碼，記錄下標尺讀數(shù)，到第8個為止（第8個不讀數(shù)），再依次減少砝碼，記錄對應的標尺讀數(shù)。對應的和數(shù)值取平均，可以消除摩擦和滯后等帶來的系統(tǒng)誤差。4.其他數(shù)據(jù)的測量（1）用卷尺測量鋼絲長度和光杠桿鏡面到標尺的垂直距離。 （2）取下光杠桿，在平整的紙上壓出三個足痕，自足畫一垂直于足連線的垂線，用游標卡尺量出垂線長度。（3）用螺旋測微計測量鋼絲的直徑。在不同位置均勻取點測量6次。五.數(shù)據(jù)記錄與處理1.鋼絲形變測量F/N04.99.814.719.624.529.434.3X增/cm-0.400.000.440.901.301.852.212.63X減/cm-0.410.020.400.851.351.792.252.64/cm-0.400.010.420.881.321.822.232.642.鏡尺距：D=137.9cm , cm ， cm cm3.鋼絲長度：L=92.45-2.00=90.45cm, ， 4.鋼絲直徑d: , 次數(shù)123456平均D/mm0.5010.4980.5020.5030.5010.5060.5020.0035.光杠桿常數(shù)：b= 7.508mm， 6. 逐差法求伸長量，并求出楊氏模量 上式求和號內(nèi)共16項均為單次測量，各項的測量儀器誤差cm對式的各量求偏導數(shù)后，根據(jù)誤差傳遞的推導式可得cmcm ， 即7. 圖解法求楊氏模量：據(jù), 則 。將鋼絲形變測量數(shù)據(jù)， 作Fi圖如下,為一直線，求出直線得斜率k=0.0899，則六.分析討論題本實驗中哪些量的測量誤差對結果影響較大，如何改進？答：從誤差傳遞公式（相對誤差）來看：，因為，所以d的測量誤差對結果影響較大，我們可以進行多次測量來減小其誤差。另外，由于值較小所以就較大，改進的方法有兩種：（1）增加測量次數(shù)；（2）增加放大倍數(shù)，即在一定的范圍內(nèi)，增加D值。8實驗名稱 陰極射線示波器一.目的與要求1.了解示波器的主要構成部分以及示波器顯示波形的原理；2.學習示波器的調(diào)節(jié)，觀察各種信號的波形。3.利用李薩如圖形測量未知信號頻率。二.原理 1.示波器顯示波形的原理示波器雖然具有多種類型或型號，它們在結構上都包含幾個基本的部分：示波管、水平放大器、豎直放大器、掃描發(fā)生器、觸發(fā)同步和直流電源等。示波管是示波器的關鍵部件，當電子槍被加熱發(fā)出電子束后，經(jīng)電場加速打在熒光屏上就形成一個亮點，電子束在到達熒光屏之前要經(jīng)過兩對相互垂直的電偏轉板，如果沒有偏轉電場的作用，電子束將打在熒光屏的中央；如果施加了偏轉電場，電子束（亮點）的位置就會發(fā)生偏移。 如果只在豎直（Y軸）偏轉板上加一交變的正弦電壓Uy=U0sint，則電子束的亮點將隨電壓的變化在豎直方向來回運動。由于Ux=0，所以光點在X軸方向無位移，在熒光屏上將顯示一條豎直亮線。如果只在水平（X軸）偏轉板上加上一個與時間成正比的鋸齒波掃描電壓Ux=KT（它可由示波器內(nèi)的掃描發(fā)生器產(chǎn)生的），電子束將在水平方向作周期性地從一邊勻速移動到另一邊，如果鋸齒波的周期較長，在熒光屏上可以看到電子束的移動過程，如果鋸齒波的周期足夠短，熒光屏上將只顯示一條水平亮線。如果在水平偏轉板加上一個鋸齒波電壓的同時，在豎直偏轉板加上一個周期性變化的電信號，電子束在水平勻速移動的同時還在豎直方向隨周期性電信號的變化而移動，熒光屏上將顯示出加在豎直偏轉板上的電信號的變化規(guī)律波形。當豎直方向電信號的周期與水平方向鋸齒波電壓的周期相同或為其整數(shù)倍，熒光屏上的圖形將通過一次次的掃描得到同步再現(xiàn)，從而顯示出豎直方向電信號穩(wěn)定的波形。2.李薩如圖形如果在示波器的X軸和Y軸上都輸入正弦波電壓，且使它們的頻率相等或成整數(shù)比，屏幕上將呈現(xiàn)光點特殊形狀的軌跡圖形，稱為李薩如圖形。三.儀器ST16B示波器，DF1631功率函數(shù)信號發(fā)生器，THF-1簡易函數(shù)信號發(fā)生器。四.實驗內(nèi)容與步驟1.描繪示波器機內(nèi)正弦波（市電）波形方法：把示波器校準信號接入示波器的Y輸入端口，示波器X輸入的觸發(fā)方式選擇“自動”，即可看到50Hz的正弦交流信號。通過調(diào)節(jié)選擇時間掃描旋鈕，可以改變屏幕顯示的波形的個數(shù)。兩個和三個完整周期的波形描繪如下：2.描繪信號發(fā)生器三角波和方波信號的波形方法：把DF1631功率函數(shù)信號發(fā)生器電壓輸出端口接入示波器的Y輸入端口，示波器X輸入的觸發(fā)方式選擇“自動”；分別選擇信號發(fā)生器輸出波形為三角波和方波，同時適當選擇示波器Y輸入電壓旋鈕和X輸入時間掃描旋鈕，可以改變屏幕顯示的波形的個數(shù)。三個完整周期的波形描繪如下：3.描繪李薩如圖形特征變化圖方法：把示波器校準信號接入示波器的Y輸入端口，把DF1631功率函數(shù)信號發(fā)生器電壓輸出端口接入示波器的X輸入端口，此時示波器X輸入的觸發(fā)方式選擇“外接”。選擇信號發(fā)生器輸出波形正弦波，改變信號發(fā)生器輸出頻率分別為50Hz、25Hz和150Hz。適當選擇示波器Y輸入電壓旋鈕和X輸入時間掃描旋鈕，可以在屏幕顯示不同的李薩如圖形。波形描繪如下：fy:fx=50:50時的李薩如圖像特征變化圖(a)相位差為0 (b)相位差為pi/4 (c)相位差為pi/2 (d)相位差為3pi/4 (e)相位差為pify:fx=50:25時的李薩如圖像特征變化圖(a)相位差為pi/4 (b)相位差為pi/3（c）相位差為pi/2 (d)相位差為2pi/3 (e)相位差為3pi/4fy:fx=50:150時的李薩如圖像特征變化圖(a)相位差為0 (b)相位差為pi/4 (c)相位差為pi/2 (d)相位差為3pi/4 (e)相位差為pi4.利用李薩如圖形測量未知頻率THF-1簡易函數(shù)信號發(fā)生器的頻率方法：把THF-1簡易函數(shù)信號發(fā)生器信號接入示波器的Y輸入端口，把DF1631功率函數(shù)信號發(fā)生器電壓輸出端口接入示波器的X輸入端口，此時示波器X輸入的觸發(fā)方式選擇“外接”。選擇兩信號發(fā)生器輸出波形均為正弦波。適當選擇示波器Y輸入電壓旋鈕和DF1631功率函數(shù)信號發(fā)生器電壓輸出幅度，使屏幕顯示圖像大小合適。通過頻率調(diào)節(jié)旋鈕改變DF1631功率函數(shù)信號發(fā)生器輸出頻率，同時觀察示波器屏幕的圖像變化。當屏幕出現(xiàn)一個較穩(wěn)定橢圓時，此時DF1631功率函數(shù)信號發(fā)生器所顯示頻率即為THF-1簡易函數(shù)信號發(fā)生器輸出信號的頻率。所測該THF-1簡易函數(shù)信號發(fā)生器輸出頻率為：1.803KHz。5.描繪THF-1簡易函數(shù)信號發(fā)生器輸出的半波整流、全波整流和衰減波波形。五.分析討論題示波器能否用來測量直流電壓？如果能測，則應如何進行？答：示波器能測量直流電壓。具體進行測量時應按下述步驟：1 示波器X軸輸入鋸齒波掃描，即“自動”位置。2 將Y軸輸入耦合開關撥至“DC”位置。3 使“Y輸入”端接地，觀察時基線位置，將其移至屏幕某一確定位置。4 確定未知電壓在屏幕上位置：將待測直流電壓接入“Y輸入”端時，基線在Y方向產(chǎn)生位移，選擇適當“Y衰減”檔時，使基線的位移控制在屏幕的有效工作范圍內(nèi)，記下此時基線在Y軸方向的位置。5 定標：保持步驟4的各旋鈕位置不變，將“Y輸入”端與帶有電壓數(shù)字指示的直流穩(wěn)壓電源相接。分別記下直流電壓在1V，2V，3V時屏幕上的基線在Y軸方向移動所處位置，并標上對應的電壓值，將待測電壓時基線所示位置與上述標定值比較，即可確定待測直流電壓值。9實驗名稱 用交流電橋測量電感和電容一.目的與要求1.掌握交流電橋的基本原理和調(diào)節(jié)方法。2.學會使用交流電橋測電容、電感及其有關參數(shù)。 二.原理簡述I4交流電橋電路基本形式如圖1所示。電橋平衡時=0，C