普通物理實驗力部分教學課件

1、普通物理實驗力學部分退出進入力學實驗目錄長度測量 重力加速度的測定固體和液體的密度測定 慣性秤 牛頓第二定律的驗證 動量守恒定律的驗證 楊氏彈性模量的測定 剛體轉動實驗 使用下落小球的方法測量液體的粘滯系數(shù) 弦線振動的研究諧振動的研究返 回長度的測量實驗目的實驗儀器實驗原理實驗內容數(shù)據(jù)處理思 考 題實驗目的 1掌握游標卡尺及螺旋測微器的原理，學會正確使用游標卡尺、螺旋測微器及讀數(shù)顯微鏡。 2掌握等精度測量中不確定度的估算方法和有效數(shù)字的基本運算。實驗儀器 游標卡尺，螺旋測微器，讀數(shù)顯微鏡和待測量的小工件。實驗原理 1游標卡尺 游標刻度尺上一共有m分格，而m分格的總長度和主刻度尺上的(m1)分格

2、的總長度相等。設主刻度尺上每個等分格的長度為y，游標刻度尺上每個等分格的長度為x，則有mx（m1）y 主刻度尺與游標刻度尺每個分格之差yxy/m為游標卡尺的最小讀數(shù)值，即最小刻度的分度數(shù)值。主刻度尺的最小分度是毫米，若m10 ，即游標刻度尺上10個等分格的總長度和主刻度尺上的9mm相等，每個游標分度是0.9mm，主刻度尺與游標刻度尺每個分度之差x10.90.1（mm） ，稱作10分度游標卡尺；如m20 ，則游標卡尺的最小分度為1/20mm0.05mm ，稱為20分度游標卡尺；還有常用的50分度的游標卡尺，其分度數(shù)值為1/50 mm0.02mm2螺旋測微器 螺旋測微器內部螺旋的螺距為0.5mm

3、，因此副刻度尺（微分筒）每旋轉一周，螺旋測微器內部的測微螺絲桿和副刻度尺同時前進或后退0.5mm，而螺旋測微器內部的測微螺絲桿套筒每旋轉一格，測微螺絲桿沿著軸線方向前進0.01mm, 0.01mm 即為螺旋測微器的最小分度數(shù)值。在讀數(shù)時可估計到最小分度的1/10，即0.001mm, 故螺旋測微器又稱為千分尺。 3.讀數(shù)顯微鏡 測微螺旋螺距為1mm（即標尺分度），在顯微鏡的旋轉輪上刻有100個等分格，每格為0.01mm，當旋轉輪轉動一周時，顯微鏡沿標尺移動1mm，當旋轉輪旋轉過一個等分格，顯微鏡就沿標尺移動0.01mm。0.01mm即為讀數(shù)顯微鏡的最小分度。 實驗內容 1用游標卡尺測圓柱體體積；

4、 2用螺旋測微器測量小鋼球直徑； 3用讀數(shù)顯微鏡測量鋼絲的直徑。數(shù)據(jù)處理 1自擬表格記錄圓柱體的直徑D、高度h，并計算圓柱體體積V。利用直接和間接測量的不確定度公式計算不確定度，并將直徑、高度和體積用測量結果的標準式表示出來。2自擬表格記錄小鋼球的直徑，計算出不確定度，將測量結果用標準式表示出來。3測量鋼絲直徑，計算不確定度，并將結果用標準式表示出來。思考題 1何謂儀器的分度數(shù)值？米尺、20分度游標卡尺和螺旋測微器的分度數(shù)值各為多少？如果用它們測量一個物體約7cm的長度，問每個待測量能讀得幾位有效數(shù)字？2游標刻度尺上30個分格與主刻度尺上29個分格等長，問這種游標尺的分度數(shù)值為多少？重力加速度

5、的測定實驗目的實驗儀器實驗原理實驗內容數(shù)據(jù)處理思 考 題實驗目的 1學會應用光電計時裝置。 2掌握用自由落體測定重力加速度的方法。實驗儀器自由落體裝置，光電計時裝置等。實驗原理實驗內容 1儀器組裝（1）將三角支架的三條腿打開到最大位置，將三條腿上兩邊的螺釘緊固，使其不能活動；（2）把立柱端面中心上的螺釘卸下，將三角支架上的兩個定位鍵插入立柱端面的兩個T形的槽內，用螺釘緊固；（3）將電磁鐵吸引小球的裝置、光電門、接球架固定于立柱上。2使用（1）調節(jié)立柱豎直。將重錘懸掛在電磁鐵吸引小球的裝置左面的校正板掛鉤上，將兩組光電門拉開一定的距離，調節(jié)底座平衡螺絲，使垂線剛好處在X和Y軸兩個方向的正中間放置

6、的光敏管處，保證小球下落過程中，保持遮光位置的準確性，保證實驗精度；（2）當接通電腦計時器的電源時，并打開電源開關，置于“計時”檔；（3）保持上光電門的位置不變，將下光電門的位置下移至距離20厘米處，釋放小球，記錄通過兩光電門之間的時間t和距離h ，重復測量三次；（4）重復上一步驟，依次測量兩個光電門距離為40、60、80、100厘米所用的時間t，并記錄。數(shù)據(jù)處理 按公式計算加速度g，并計算相對誤差。h的準確測量對實驗結果影響很大。思考題 A和B的位置怎樣比較合適？試改變A、B的位置進行實驗。并對結果進行討論。固體和液體的密度測定實驗目的實驗儀器實驗原理實驗內容數(shù)據(jù)處理思 考 題實驗目的 1熟

7、練掌握物理天平的調整和使用方法。 2掌握測定固體和液體密度的兩種方法。實驗儀器 天平，待測物體，線繩，燒杯，水，比重瓶。實驗原理用液體靜力“稱量法”測量固體的密度（1）能沉于水中的固體密度的測定 F (m1m2)g （1） F0Vg （2） （3） （4）（2）浮于液體中固體的密度測定 （5） 2. 比重瓶法（1）液體密度的測量 V(m2m1)/ （6） （7）（2）粒狀固體密度的測定 （8）1調試物理天平：調節(jié)水平；調節(jié)零點；練習使用方法。2用流體靜力“稱量法”測物體的密度（1）測金屬塊的密度1）用細線拴住金屬塊，置于天平的左面掛鉤上測出其在空氣中的質量m1；2）將金屬塊浸沒在水中，稱其質量

8、m2；3）記錄實驗室內水的溫度。（2）測塑料塊的密度1）測量塑料塊在空氣中的質量m；2）用細線在塑料塊的下面懸掛一個“助沉物”，測量塑料塊在空氣中而“助沉物”在液體中此時的質量m1；3）將塑料塊和“助沉物”一起浸入水中，測量質量m2。3采用比重瓶測定物體的密度（1）測定物體的密度1）采用天平稱量比重瓶沒有裝入東西時的質量m1；2）采用吸管將蒸餾水充滿比重瓶，稱其質量m2；3）倒出比重瓶中的蒸餾水、烘干，然后再將被測液體注入比重瓶，稱量比重瓶和液體的質量m3。（2）測定粒狀固體物質的密度1）將純水注滿比重瓶，蓋上塞子，擦去溢出的水，用天平稱出瓶和水的總質量m1；2）采用天平稱量固體顆粒鉛的質量m

9、2；3）將顆粒鉛投入比重瓶內，擦去溢出的水，稱出瓶、水和顆粒鉛的總質量m3。實驗內容數(shù)據(jù)處理 1用流體靜力“稱量法”測物體密度（1）自擬表格記錄測量金屬塊的有關數(shù)據(jù)。并計算其密度和誤差，將結果用標準式表示。（2）自擬表格記錄測量塑料塊的有關數(shù)據(jù)。并計算其密度和誤差，將結果用標準式表示。2采用比重瓶測量酒精和顆粒鉛的密度自擬表格記錄測量酒精和顆粒鉛的有關數(shù)據(jù)，并計算其密度和誤差，將結果用標準式表示。思考題 1使用物理天平應注意哪幾點？怎樣消除天平兩臂不等而造成的系統(tǒng)誤差？ 2分析造成本實驗誤差的主要原因有哪些？慣性秤實驗目的實驗儀器實驗原理實驗內容數(shù)據(jù)處理思 考 題實驗目的 1掌握用慣性秤測定物

10、體質量的原理和方法。 2了解儀器的定標和使用。實驗儀器 慣性秤，周期測定儀，用于儀器的定標采用的標準質量塊，待測圓柱體。實驗原理TM2TO2Mm0T2 當慣性秤的懸臂在水平方向作微小振動時，其振動周期T由下式決定 （1） 式中m0為振動體空載時的等效質量，mi為在秤臺上插入的附加質量塊的質量，k為懸臂振動體的倔強系數(shù)。將(1)式兩側平方，改寫成 （2） 上式表明，慣性秤水平振動周期T的平方和附加質量成線性關系。當測出各已知附加質量所對應的周期值，可作直線圖或曲線圖，就是該慣性秤的定標線（如圖所示），如需測量某物體的質量時，可將其置于慣性秤的秤臺上，測出周期，就可從定標線上查出對應的質量，即為被

11、測物體的慣性質量。慣性秤稱量質量，是基于牛頓第二定律，是通過測量周期求得質量值；而天平稱量質量，是基于萬有引力定律，是通過比較重力求得質量值。在失重狀態(tài)下，無法用天平進行稱量質量，而慣性秤可以照樣使用，這是慣性秤的優(yōu)點。實驗內容 1儀器調整（1）將慣性秤水平固定，然后用水準儀調整使秤臺水平；（2）接好周期測定儀，并調節(jié)擋光片和光電門的位置，使秤臺運動時，能來回遮光計時。2對慣性秤進行定標，測圓柱體的慣性質量（1）將慣性秤前端撥開約1cm，然后松開慣性秤，讓其自由振動。將周期測定儀上的“周期選擇”開關置于10個周期，測得空載時慣性秤振動10次的時間。計算出空秤的振動周期，重復4次，求其平均值T0

12、；（2）將10個片狀砝碼依次插入平臺內，重復上述測T0的方法，分別測出放入m1,m2,m10砝碼時的振動周期T1,T2,T10，及對應質量m1，m1m2,； （3） 測定圓柱體的慣性質量。1）將片狀砝碼取下，再將兩個待測圓柱體分別放入平臺上的圓洞內，用同樣的方法測周期，用內插法從定標曲線上求兩圓柱體的慣性質量； 2） 用天平分別測出兩個被測物體的引力質量。數(shù)據(jù)處理 1記錄測量數(shù)據(jù)； 2在直角坐標紙上做出曲線，即定標曲線。用內插的方法求出兩個待測圓柱體的慣性質量，與用天平稱量的引力質量相比較，分析測量結果。思考題 1將慣性秤置于不同高度處進行測量同一物體，所測結果能否相同？ 2使用慣性秤應該注意

13、哪些問題？牛頓第二定律的驗證實驗目的實驗儀器實驗原理實驗內容數(shù)據(jù)處理思 考 題實驗目的 1熟悉氣墊導軌的構造，掌握正確的使用方法。 2熟悉光電計時系統(tǒng)的工作原理，學會用光電計時系統(tǒng)測量短暫時間的方法。 3學會測量物體的速度和加速度。 4驗證牛頓第二定律。實驗儀器 氣墊導軌，氣源，通用電腦計數(shù)器，游標卡尺，物理天平等。實驗原理 Fma （1） （2） （3） （4）實驗內容數(shù)據(jù)處理 1自擬表格記錄在保持系統(tǒng)總質量不變的條件下，測出加速度與外力之間的相關數(shù)據(jù)。并用作圖法處理數(shù)據(jù)，驗證加速度與外力之間的線性關系。 2自擬表格記錄在外力不變的條件下，測出系統(tǒng)質量與加速度的相關數(shù)據(jù)。并用作圖法處理數(shù)據(jù)，

14、驗證加速度與質量之間的反比關系。思考題 1本實驗對每個量的測定，怎樣才能使誤差更小些？ 2實驗中如果導軌未調平，對驗證牛頓第二定律有何影響，得到的圖將是什么樣的？動量守恒定律的驗證實驗目的實驗儀器實驗原理實驗內容數(shù)據(jù)處理思 考 題實驗目的 1驗證動量守恒定律。 2進一步熟悉氣墊導軌、通用電腦計數(shù)器的使用方法。 3用觀察法研究彈性碰撞和非彈性碰撞的特點。實驗儀器 氣墊導軌，電腦計數(shù)器，氣源，物理天平等。實驗原理 1完全彈性碰撞 2完全非彈性碰撞3恢復系數(shù)和動能比實驗內容 1. 用彈性碰撞驗證動量守恒定律 （1）m1m2時的彈性碰撞 （2）m1m2時的彈性碰撞數(shù)據(jù)處理 1彈性碰撞 m1m2時的彈性

15、碰撞，自擬表格記錄有關數(shù)據(jù)。 m1m2時的彈性碰撞，自擬表格記錄數(shù)據(jù)。 2完全非彈性碰撞，自擬表格記錄數(shù)據(jù)。 對上述兩種情況下所測數(shù)據(jù)進行處理，計算出碰撞前和碰撞后的總動量，并通過比較得出動量守恒的結論。思考題 1在彈性碰撞情況下，當m1m2，v200時，兩個滑塊兒碰撞前后的動能是否相等？如果不完全相等，試分析產生誤差的原因。 2為了驗證動量守恒定律，應如何保證實驗條件減少測量誤差？楊氏彈性模量的測量實驗目的實驗儀器實驗原理實驗內容數(shù)據(jù)處理思 考 題實驗目的 1掌握用光杠桿測量微小長度的原理和方法，測量金屬絲的楊氏模量。 2訓練正確調整測量系統(tǒng)的能力。 3學習一種處理實驗數(shù)據(jù)的方法逐差法。實驗

16、儀器 楊氏模量測定儀，螺旋測微器，游標卡尺，鋼卷尺，光杠桿及望遠鏡直橫尺。實驗原理 L（d2d1）h/2D 2dLhD實驗內容 1楊氏模量測定儀的調整（1）調節(jié)楊氏模量測定儀底腳螺絲，使立柱處于垂直狀態(tài)；（2）將鋼絲上端夾住，下端穿過鋼絲夾子和砝碼相連；（3）將光杠桿放在平臺上，調節(jié)平臺的上下位置，盡量使三足在同一個水平面上。2光杠桿及望遠鏡直橫尺的調節(jié)（1）在楊氏模量測定儀前方約1米處放置望遠鏡直橫尺，并使望遠鏡和光杠桿在同一個高度，并使光杠桿的鏡面和標尺都與鋼絲平行；（2）調節(jié)望遠鏡，在望遠鏡中能看到平面鏡中直尺的像；（3）仔細調節(jié)望遠鏡的目鏡，使望遠鏡內的十字線看起來清楚為止，調節(jié)平面鏡

17、、標尺的位置及望遠鏡的焦距，使人們能清楚地看到標尺刻度的像。3測量（1）將砝碼托盤掛在下端，再放上一個砝碼成為本底砝碼，拉直鋼絲，然后記下此時望遠鏡中所對應的讀數(shù)；（2）順次增加砝碼1kg，直至將砝碼全部加完為止，然后再依次減少1kg直至將砝碼全部取完為止，分別記錄下讀數(shù)。注意加減砝碼要輕放。由對應同一砝碼值的兩個讀數(shù)求平均，然后再分組對數(shù)據(jù)應用逐差法進行處理；（3）用鋼卷尺測量鋼絲長度L；（4）用鋼卷尺測量標尺到平面鏡之間的距離D；（5）用螺旋測微器測量鋼絲直徑d ,變換位置測五次（注意不能用懸掛砝碼的鋼絲），求平均值；（6）將光杠桿在紙上壓出三個足印，用卡尺測量出h。數(shù)據(jù)處理 自擬表格記錄

18、有關測量數(shù)據(jù)。鋼絲直徑測量五次求平均，并寫出d的標準式。光杠桿的后腳到兩個前腳連線的距離為h，鋼絲長度，標尺到平面鏡的距離都取單次測量分別寫出標準式。計算鋼絲的楊氏模量，并用標準式表示。思考題 1本實驗應注意哪些問題？ 2怎樣調節(jié)光杠桿及望遠鏡直橫尺組成的系統(tǒng)，使在望遠鏡中能看到清晰的像？剛體轉動實驗實驗目的實驗儀器實驗原理實驗內容數(shù)據(jù)處理思 考 題實驗目的 1驗證剛體的轉動定律，測定剛體的轉動慣量并觀測剛體的轉動慣量隨質量及質量分布而改變的情況。 2驗證平行軸定理。 3掌握用作圖法（曲線改直）處理數(shù)據(jù)。實驗儀器 剛體轉動實驗儀，秒表，米尺，游標卡尺，砝碼等。實驗原理 Tm(ga) TrI I

19、I0I0C2m0 x2 實驗內容數(shù)據(jù)處理思考題使用下落小球的方法測量液體的粘滯系數(shù)實驗目的實驗儀器實驗原理實驗內容數(shù)據(jù)處理思 考 題實驗目的使用下落小球的方法測定液體的粘滯系數(shù)。實驗儀器 玻璃圓筒，溫度計，密度計，螺旋測微器，游標卡尺，天平，米尺，秒表，鑷子，落球，蓖麻油等。實驗原理 實驗內容數(shù)據(jù)處理 1將所測數(shù)據(jù)填入自擬的表格內； 2利用公式計算1、2、10，求及其標準誤差； 3將的結果表示為標準式。思考題 1斯托克斯公式的應用條件是什么？本實驗是怎樣去滿足這些條件的？又如何進行修正的？ 2如何判斷小球已進入勻速運動階段？弦振動的研究實驗目的實驗儀器實驗原理實驗內容數(shù)據(jù)處理思 考 題實驗目的

20、 1觀察橫波在弦線上所形成的駐波波形。 2驗證弦線上的橫波波長與弦線張力、密度的關系。實驗儀器 電動音叉，滑輪，弦線，砝碼，鋼卷尺，分析天平，坐標紙。實驗原理 實驗內容1觀察駐波的形成和波形，波長的變化。（1）安裝調試實驗裝置。如圖所示，接通電源后，調節(jié)螺釘，使音叉振動；（2）改變弦線長（移動音叉）或砝碼質量，使之產生振幅最大且穩(wěn)定的駐波，改變數(shù)次，觀察波形、波長的變化情況。2驗證與T的關系（1）保持弦線長l基本不變，不斷改變砝碼質量，測出振幅最大且穩(wěn)定，讓半波數(shù)n5、4、3、2、1時所對應的張力T（T等于砝碼和砝碼盤的總重量）及弦線長；（2）用分析天平稱出弦線的質量m。3驗證與的關系改用不同線密度的弦線，在相同張力下，測出對應的l、n（詳細步驟自擬）數(shù)據(jù)處理思考題 1本實驗中，改變音叉頻率，會使波長變化還是波速變化？改變弦線長時，頻率、波長、波速中那個量隨之變化？改變砝碼質量情況又怎樣？2調出穩(wěn)定的駐波后，欲增加半波數(shù)的個數(shù)，應增加砝碼還是減少砝碼？是增長還是縮短弦線長