普通物理實(shí)驗(yàn)Ⅲ

普通物理實(shí)驗(yàn)ni

南陽師范學(xué)院物理與電子工程學(xué)院

-XX.—1—

刖百

《普通物理實(shí)驗(yàn)m》是物理學(xué)專業(yè)的必修課，它的內(nèi)容包括熱學(xué)和光學(xué)實(shí)驗(yàn)。

在本講義中，熱學(xué)部分共列出6個(gè)實(shí)驗(yàn)，光學(xué)部分共列出7個(gè)實(shí)驗(yàn)。其中實(shí)驗(yàn)一、

實(shí)驗(yàn)二、實(shí)驗(yàn)三、實(shí)驗(yàn)四由王宗昌編寫，實(shí)驗(yàn)五、實(shí)驗(yàn)六由鄭長(zhǎng)波編寫，實(shí)驗(yàn)八、

實(shí)驗(yàn)九、實(shí)驗(yàn)H■?一由宋金瑞編寫，實(shí)驗(yàn)七、實(shí)驗(yàn)十、實(shí)驗(yàn)十二、實(shí)驗(yàn)十三由仲志國(guó)

編寫，本講義由張萍統(tǒng)稿并定稿，并感謝尹中文對(duì)編寫本講義過程中所提供的幫助。

本講義在編寫過程中，參考了許多其他高等師范院校的實(shí)驗(yàn)教材，但由于編者

水平和能力有限，講義中難免有不妥之處，懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正。

編者

2006年8月

目錄

實(shí)驗(yàn)一金屬比熱的測(cè)定...............................................3

實(shí)驗(yàn)二金屬線脹系數(shù)的測(cè)定............................................7

實(shí)驗(yàn)三冰的熔解熱的測(cè)定..............................................14

實(shí)驗(yàn)四液體表面張力系數(shù)的測(cè)定——拉脫法.............................18

實(shí)驗(yàn)五良導(dǎo)體導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)定..........................................21

實(shí)驗(yàn)六不良導(dǎo)體導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)定.......................................25

實(shí)驗(yàn)七薄透鏡成像性質(zhì)研究及透鏡焦距的測(cè)定...........................28

實(shí)驗(yàn)八分光計(jì)的調(diào)整及折射率的測(cè)定....................................36

實(shí)驗(yàn)九等厚干涉現(xiàn)象的研究............................................49

實(shí)驗(yàn)十邁克爾遜干涉儀的調(diào)整和使用....................................54

實(shí)驗(yàn)十一用透射光柵測(cè)光波波長(zhǎng)及角色散率..............................59

實(shí)驗(yàn)十二狹縫衍射的研究...............................................65

實(shí)驗(yàn)十三全息照相.....................................................79

2

實(shí)驗(yàn)一金屬比熱的測(cè)定

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.掌握基本的量熱方法——混合法。

2.測(cè)定金屬的比熱。

3.學(xué)習(xí)熱學(xué)實(shí)驗(yàn)中散熱帶來的誤差的修正方法。

實(shí)驗(yàn)儀器

量熱器、物理天平、溫度計(jì)、加熱器、待測(cè)金屬塊。

主要儀器介紹

量熱器如圖1所示。量熱器的內(nèi)外筒由

金屬制成（一般為銅制或鋁制）。內(nèi)外筒之間

有空氣層并用絕熱架隔開，外筒用絕熱蓋蓋

著，內(nèi)筒內(nèi)有金屬制的攪拌器，攪拌器的手

柄上加絕熱套。同時(shí)內(nèi)筒的外壁、外筒的內(nèi)

壁電鍍得十分光亮，使得它們發(fā)射或吸收輻

射熱的本領(lǐng)變得很小，這樣實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可粗略

地認(rèn)為是個(gè)孤立的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。1.量熱器內(nèi)筒2.量熱器外筒

3.絕熱架4.絕熱蓋

實(shí)驗(yàn)原理5.攪拌器6.絕熱套

7.溫度計(jì)8.橡皮塞

溫度不同的物體混合后，熱量將由高溫

物體傳遞給低溫物體，如果在混合過程中系

統(tǒng)和外界沒有熱交換，最后將達(dá)到均勻穩(wěn)定的平衡溫度，在這個(gè)過程中，高溫物體

所放出的熱量等于低溫物體所吸收的熱量。此即熱平衡原理。

將質(zhì)量為小、溫度為人的金屬塊投入量熱器的水中，設(shè)量熱器（包括攪拌器和

溫度計(jì)插入水中部分）的熱容為4,其中水的質(zhì)量為比熱為co,待測(cè)金屬塊投

入水中之前水和量熱器的溫度為h,在待測(cè)金屬塊投入水中之后，系統(tǒng)達(dá)到平衡狀

態(tài)，此時(shí)混合溫度為f,設(shè)待測(cè)金屬塊的比熱為C,則在忽略量熱器與外界熱交

換的情況下，將存在下述關(guān)系:

mc(tl-t)=(moco+q)(t-t2)(1)

所以

3

(團(tuán)0%+q)(-2)

(2)

m(/jT)

量熱器的熱容q可以根據(jù)其質(zhì)量和比熱算出，設(shè)量熱器內(nèi)筒和攪拌器由同一物

質(zhì)制成，其質(zhì)量為如、比熱為a,溫度計(jì)插入水中部分的體積為v（單位為cn?）,

則

q="?iC|+l.9V（J/°C）（3）

上述討論是在假定實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與外界沒有熱交換的情況下得出的結(jié)論。實(shí)際上只

要有溫度差異就必然會(huì)有熱交換，因此，必須考慮如何防止或進(jìn)行修正熱散失的影

響。在本實(shí)驗(yàn)中由于測(cè)量的是導(dǎo)熱良好的金屬，從投入物體到系統(tǒng)達(dá)到平衡狀態(tài)所

需時(shí)間較短，可以采用熱量出入相互抵消的方法消除散熱的影響。即控制量熱器和

水的初溫。使h低于環(huán)境溫度仇混合后的平均溫度f則高于環(huán)境溫度仇當(dāng)系統(tǒng)

溫度低于。時(shí)，系統(tǒng)從外界吸熱；當(dāng)系統(tǒng)溫度高于6時(shí)，系統(tǒng)向外界散熱。如能使

則可做到系統(tǒng)和外界的熱交換大致相抵消。若實(shí)驗(yàn)中未能做到

使（6-，2）“。-6），可以用下述方法對(duì)系統(tǒng)的溫度進(jìn)行修正。

這種修正系統(tǒng)溫度的方法，要點(diǎn)是假定過程在無限短的時(shí)間內(nèi)完成（即系統(tǒng)來

不及與外界進(jìn)行熱交換），作出過程的時(shí)間一溫度曲線，利用外推法得到系統(tǒng)的理想

初溫和終溫。圖2是實(shí)驗(yàn)中系統(tǒng)的溫度一時(shí)間曲線，其中，AB.BC、CO三段分別

是過程進(jìn)行前、進(jìn)行中和進(jìn)行后的溫度一時(shí)間關(guān)系。過曲線上某點(diǎn)G作時(shí)間軸的垂

線EF（使G點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度為6）,延長(zhǎng)4B

和。C,分別交E尸于E和尸二點(diǎn)。由于

ABEG的面積5，、和△CFG的面積S分別

與系統(tǒng)吸收和散失的熱量成正比。從F二

點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度I和f就分別是在理想情況

下系統(tǒng)的初溫和終溫。于是（2）式修正為：

C=―）（4）

1

m（ti-t）

4

實(shí)驗(yàn)步驟

L用天平稱出量熱器內(nèi)筒和攪拌器的質(zhì)量〃L。若它們是同一種材料制成，就

可以放在一起稱量。否則要分別稱量。稱量時(shí)，要取下攪拌器上的絕熱套。

2.用天平稱出待測(cè)金屬塊的質(zhì)量m，用細(xì)線把金屬塊栓住。

3.在量熱器內(nèi)筒內(nèi)放入低于室溫約的適量的水，不停地輕輕攪拌水，每半

分鐘測(cè)水溫一次，測(cè)5分鐘。

4.在第5分鐘末，迅速地將力=100°C的金屬塊投入量熱器內(nèi)筒中，立即蓋好

外筒絕熱蓋，輕輕攪拌水，并觀察水溫變化情況。可以看到：水溫迅速升到最高然

后又慢慢下降（當(dāng)/＞。時(shí)）。記下最高溫度t和相應(yīng)的時(shí)刻％然后再測(cè)量溫度5

分鐘。

5.用另一支溫度計(jì)測(cè)量室溫0,最好能在投放金屬塊之前和測(cè)溫結(jié)束后各測(cè)

量一次，求其平均值。

6.用天平稱出量熱器、攪拌器、金屬塊和水的總質(zhì)量，算出水的質(zhì)量m.

7.測(cè)量溫度計(jì)浸入水中的體積v.

8.如果（夕-友）和（t-不能大致相等，則需畫出時(shí)間一溫度曲線，

修正系統(tǒng)的初溫和終溫。

9.計(jì)算被測(cè)金屬的比熱容，并計(jì)算誤差。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表表1

內(nèi)筒攪拌器質(zhì)量待測(cè)金屬塊質(zhì)量

室溫°C

機(jī)產(chǎn)gm-g

冷水質(zhì)量溫度計(jì)浸沒的體積

室溫02=°C

mo=gv=cm3

表2

時(shí)間

12345678910111213

（分）

榴(°C)

5

注意事項(xiàng)

1.量熱器中溫度計(jì)的位置要適當(dāng)，不要使它太靠近被測(cè)金屬塊。因未混合的

系統(tǒng)，局部溫度可能很高。

2.將金屬塊從沸水中移入量熱器時(shí)，動(dòng)作要迅速準(zhǔn)確，并注意盡量減少帶進(jìn)

來的熱水。

3.攪拌要均勻、輕柔、不停地進(jìn)行。

4.測(cè)溫時(shí)兩眼要平視，以避免視差。

預(yù)習(xí)思考題

1.實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由哪兒部分組成？

2.混合法的原理是什么？本實(shí)驗(yàn)中是如何保證實(shí)驗(yàn)條件成立的？

3.本實(shí)驗(yàn)是如何進(jìn)行散熱修正的？

復(fù)習(xí)思考題

1.根據(jù)誤差理論，分析產(chǎn)生誤差的原因及減少誤差的方法。

2.如果量熱器內(nèi)筒和攪拌器的材料未知，你能用實(shí)驗(yàn)手段測(cè)出它們的熱容量

嗎？是否可以連同溫度計(jì)的熱容量一同測(cè)出？

3.實(shí)驗(yàn)方案的選擇是唯一的嗎？若不是，試寫出其它實(shí)驗(yàn)方案。

6

實(shí)驗(yàn)二金屬線脹系數(shù)的測(cè)定

材料的線膨脹是材料受熱膨脹時(shí)，在一維方向的伸長(zhǎng)。線脹系數(shù)是選用材料的

一項(xiàng)重要指標(biāo)，特別是研制新材料時(shí)，對(duì)材料的線脹系數(shù)測(cè)定是一個(gè)重要內(nèi)容。本

實(shí)驗(yàn)用光杠桿放大法對(duì)金屬的線脹系數(shù)進(jìn)行測(cè)定，從實(shí)驗(yàn)中還可學(xué)習(xí)如何分析影響

測(cè)量精度的諸因素。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.學(xué)習(xí)用光杠桿法測(cè)金屬線脹系數(shù)的原理。

2.進(jìn)一步掌握調(diào)整光杠桿和望遠(yuǎn)鏡的基本要領(lǐng)。

3.學(xué)習(xí)游標(biāo)卡尺測(cè)長(zhǎng)度的方法。

實(shí)驗(yàn)原理

固體受熱后其長(zhǎng)度的增加稱為線膨脹。在一定的溫度范圍內(nèi)，原長(zhǎng)為L(zhǎng)的物體，

受熱后其伸長(zhǎng)量憶與L成正比，與溫度的增加量加近似成正比，即

8L=aLAt（1）

式中的比例系數(shù)a稱為固體的線膨脹系數(shù)（簡(jiǎn)稱線脹系數(shù)）。實(shí)驗(yàn)表明，一般來

說塑料的線脹系數(shù)最大，金屬次之，因瓦合金、熔凝石英的線脹系數(shù)很小。因此，

因瓦合金和石英的這一特性在精密測(cè)量?jī)x器中有較多的應(yīng)用。幾種材料的線脹系數(shù)

見下表。

材料銅、鐵、鋁普通玻璃、陶瓷因瓦合金熔凝石英

a的數(shù)量級(jí)（XT'）約I。-'約10"6約10~7

實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，同一材料在不同溫度區(qū)域，其線脹系數(shù)不一定相同。某些合金在

金相組織發(fā)生變化的溫度附近，同時(shí)會(huì)出現(xiàn)線脹量的突變。因此測(cè)定線脹系數(shù)是了

解材料特性的?種手段。但是，在溫度變化不大的范圍內(nèi)，線脹系數(shù)仍可認(rèn)為是一

常量。

為測(cè)量線脹系數(shù)，常常將材料做成條狀或桿狀，本實(shí)驗(yàn)就是測(cè)定金屬管的線脹

系數(shù)。由（1）式可知，若測(cè)量出溫度為八時(shí)的管長(zhǎng)乙、受熱后溫度達(dá)到人時(shí)管的伸

長(zhǎng)量義和受熱前后的溫度外"則線脹系數(shù)可寫為

7

8L

(2)

L?2T1)

線脹系數(shù)a的物理意義是：固體材料在溫度（A,Q區(qū)域內(nèi)，溫度每升高1℃

時(shí)材料的相對(duì)伸長(zhǎng)量，單位為。C'

線脹系數(shù)測(cè)量中的主要問題是如何測(cè)微小伸長(zhǎng)量8L,本實(shí)驗(yàn)用光杠桿放大法進(jìn)

行測(cè)量。光杠桿測(cè)微小伸長(zhǎng)量原理見（實(shí)驗(yàn)二）。由關(guān)系式漢=2%可得

2R

以二伏叼一耳）

(3)

2R

這里2R/6是光杠桿的放大倍數(shù)。把（3）式代入到（2）得

bg）

a=-----!—(4)

27^/?（^2一乙）

式中L是待測(cè)金屬桿的長(zhǎng)度，R是光杠桿平面反射鏡到望遠(yuǎn)鏡標(biāo)尺的距離，b

是光杠桿的臂長(zhǎng)，加、也是對(duì)應(yīng)力、力時(shí)標(biāo)尺的像的讀數(shù)。（4）式是本實(shí)驗(yàn)所依據(jù)的

公式。

實(shí)驗(yàn)儀器

線脹系數(shù)測(cè)定儀，光杠桿，望遠(yuǎn)鏡及標(biāo)尺，數(shù)字溫度計(jì)，鋼卷尺，鋼直尺，游

標(biāo)卡尺，待測(cè)金屬管等。

圖1測(cè)定線脹系數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置

8

1.線脹系數(shù)測(cè)定儀的實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，它由底座、外筒、支桿、放置光杠

桿的平臺(tái)和給被測(cè)金屬管加熱的加熱管組成。支桿、平臺(tái)與底座牢固地連接在一起。

待測(cè)金屬管中放置叮數(shù)字溫度計(jì)相連的探測(cè)棒。

2.游標(biāo)卡尺

游標(biāo)卡尺是比鋼尺更精密的測(cè)量長(zhǎng)度的工具，它的精度比鋼尺高出一個(gè)數(shù)量級(jí)。

游標(biāo)卡尺的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2游標(biāo)卡尺

主尺。是鋼制的毫米分度尺，主尺上附有外量爪4和內(nèi)量爪B,游標(biāo)上有相應(yīng)

的外量爪4和內(nèi)量爪8以及深度尺C,游標(biāo)緊貼主尺滑動(dòng)，F(xiàn)是固定游標(biāo)的螺釘。

游標(biāo)卡尺可用來測(cè)量物體的長(zhǎng)度和槽的深度及圓環(huán)的內(nèi)外徑等。

(1)游標(biāo)原理。游標(biāo)卡尺的特點(diǎn)是讓游標(biāo)上的n個(gè)分格的總長(zhǎng)與主尺上ST)

個(gè)分格的總長(zhǎng)相等。設(shè)主尺上的分度值為。，游標(biāo)上的分度值為b,則有

nb=(n-\)a

主尺上1個(gè)分格與游標(biāo)上1個(gè)分格的差值是

這里a/n就是游標(biāo)卡尺的最小分度值。

以10分度的游標(biāo)卡尺為例。當(dāng)它的量爪A、不合攏時(shí)，游標(biāo)的零刻線與主尺的

零刻線剛好對(duì)齊，游標(biāo)上第10個(gè)分格的刻線正好對(duì)準(zhǔn)主尺上第9個(gè)分格的刻線，如

圖3所示。則游標(biāo)的10個(gè)分格的長(zhǎng)度等于主尺上9個(gè)分格的長(zhǎng)度，而主尺的分度

值為a=1mm,那么游標(biāo)上的分度值為b=(9/10)mm.則其最小分度值為a/n=

(l/10)mm=O.lmm.

9

H----------39a---------?!

01234^\

-加田刪加hiilW

02550751

h-----------40b----------?!

圖310分度游標(biāo)原理圖420分度游標(biāo)原理

若是20分度的游標(biāo)卡尺，則游標(biāo)上的20個(gè)分格的長(zhǎng)度正好等于主尺上19個(gè)分

格的長(zhǎng)度，如圖4所示。那么，a=1mm,b=(19/20)mm=0.95mm,則此游標(biāo)卡尺

的最小分度值為0.05mm。

同理對(duì)50分度的游標(biāo)卡尺，a=1mm,b-(49/50)mm=0.98mm,那么其最小

分度值為0.02mm?

(2)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)要點(diǎn)。測(cè)量時(shí)，主尺上的讀數(shù)以游標(biāo)的零刻線為準(zhǔn)，先從

主尺上讀毫米以上的整數(shù)值。毫米以下從游標(biāo)上讀出，若游標(biāo)上第n條刻線正好與

主尺上某一刻線對(duì)齊，則讀：n乘以最小分度值。圖5所示20分度的游標(biāo)卡尺，

其游標(biāo)上第7條刻線正好與主尺上的某一刻度線對(duì)齊，毫米以下的讀數(shù)為7x005mm

=0.35mm,則最后讀數(shù)為42.35mm。圖6所示的游標(biāo)上的第2條刻線與主尺上的刻

線對(duì)齊，毫米以下的讀數(shù)為2x0.05=0.10mm,則最后讀數(shù)為37.10mm。

0255075

圖520分度游標(biāo)讀數(shù)：42.35mm圖620分度游標(biāo)讀數(shù)：37.10mm

游標(biāo)卡尺使用的注意事項(xiàng):

(1)用游標(biāo)卡尺測(cè)量前，應(yīng)先檢查零點(diǎn)。即合攏量爪，檢查游標(biāo)零線和主尺零

線是否對(duì)齊，如零線未對(duì)齊，應(yīng)記下零點(diǎn)讀數(shù)，加以修正。

10

（2）不允許在卡緊的狀態(tài)下移動(dòng)卡尺或挪動(dòng)被測(cè)物，也不能測(cè)量表面粗糙的物

體。一旦量爪磨損，游標(biāo)卡尺就不能作為精密量具使用了。

（3）用完卡尺應(yīng)放回盒內(nèi)，不得亂丟亂放。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟

1.儀器的安裝和調(diào)整

（1）用鋼尺測(cè)量待測(cè)金屬管的長(zhǎng)度L后，將其輕輕插入線脹系數(shù)測(cè)定儀的加熱

管中，使其與底座緊密相接，上端露出少許在筒外。

（2）將探測(cè)棒（與數(shù)字溫度計(jì)相連）插入金屬管內(nèi)（此時(shí)切記要小心，不要弄

斷電路），并連接電路（但不通電）。

（3）將光杠桿的兩前足放在平臺(tái)的槽中，后足立于金屬管的頂端，并使三足尖

在一水平面ho望遠(yuǎn)鏡及標(biāo)尺放在光杠桿前約1.5m處，望遠(yuǎn)鏡筒與光杠桿等高。粗

調(diào)光杠桿平面鏡使法線大致與望遠(yuǎn)鏡同軸，且平行于水平底座。

（4）細(xì)調(diào)光杠桿系統(tǒng)的光路。先用眼睛在望遠(yuǎn)鏡筒外找到平面鏡中標(biāo)尺的像；

然后緩緩地變動(dòng)平面鏡法線方向，使眼睛觀察像的方位逐漸與望遠(yuǎn)鏡的方位一致；

這時(shí)再?gòu)耐h(yuǎn)鏡內(nèi)觀察標(biāo)尺的像，并稍作調(diào)整使觀察到的像為望遠(yuǎn)鏡附近的標(biāo)尺刻

度的像。

（5）調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡。調(diào)節(jié)目鏡看清十字叉絲；調(diào)節(jié)調(diào)焦手輪，使標(biāo)尺成像清晰目.

與叉絲無視差。

2.測(cè)量數(shù)據(jù)

（1）記下初溫八，讀出望遠(yuǎn)鏡中十字叉絲處標(biāo)尺像的刻線數(shù)值小，然后通電給

金屬管加熱。

（2）加熱過程中溫度每增加10℃時(shí)記錄?次溫度值，并同時(shí)讀出望遠(yuǎn)鏡中十

字叉絲處標(biāo)尺像的刻線數(shù)值，小記錄在數(shù)據(jù)表格中。當(dāng)溫度升高到90C以上后停止

加熱，并記下最后的數(shù)值%和%.

（3）測(cè)量光杠桿常數(shù)h和光杠桿平面鏡到標(biāo)尺的距離R.

注意事項(xiàng)

（1）線脹系數(shù)測(cè)定儀中的外筒及加熱管不要固定太緊，因?yàn)樵诩訜徇^程中它

也會(huì)伸長(zhǎng)，從而使支桿變形影響放置光杠桿平臺(tái)的水平。

（2）實(shí)驗(yàn)過程中所有儀器不能稍有碰動(dòng)，否則將前功盡棄！

II

數(shù)據(jù)處理

1.測(cè)量小的數(shù)據(jù)表格及計(jì)算不確定度。,,廠“，、Ul2_lt.

序號(hào)123456789

溫度t,X

標(biāo)尺讀數(shù)

nJmm

開始加熱時(shí)的溫度為。，溫度升到最高溫度時(shí)的溫度與取為(4)式中的G，

相應(yīng)有為、%。由于是單次測(cè)量，不確定度由8類分量M決定。望遠(yuǎn)鏡的讀數(shù)

誤差主要由標(biāo)尺的示值誤差決定，則取?=67〃=△尺=0.5mm。同理,

溫度的測(cè)量誤差也是由溫度計(jì)的儀器誤差限決定，其值為0.5℃,則取

U5、=/=△儀=O5C

2.其它直接測(cè)量數(shù)據(jù)及不確定度

金屬管長(zhǎng)L,光杠桿常數(shù)b及平面鏡到標(biāo)尺的距離R都是單次測(cè)量值，都不考

慮A類不確定度分量，只考慮8類分量，即主要由儀器誤差限決定。

金屬管的長(zhǎng)度乙用鋼尺測(cè)量，UL==0.5mm,L=(±)mm.

光杠桿常數(shù)6用50分度游標(biāo)卡尺測(cè)量，i//,=0.02mm,b=(土)mm.

距離R用鋼卷尺測(cè)量，UR=0.5mm,R=(±)mm。

3.計(jì)算線脹系數(shù)a及不確定度

由公式(4)有

--伏〃2fl)_

2LR(t2-/,)--------------------

不確定度為

12

4.作“一f圖并求直線的斜率

測(cè)量中記錄了一系列中間數(shù)據(jù)八、〃八，由公式（4）可知它們滿足直線方程

n^At+B,其中A=2aLR/b。利用這些數(shù)據(jù)可由作圖法求出直線方程的斜率4,

從而求出線脹系數(shù)a。要求在坐標(biāo)紙上作小f圖并從圖上求出直線的斜率A。

5.用最小二乘法求〃“直線的斜率并求線脹系數(shù)a（選做）

實(shí)驗(yàn)思考題

1.游標(biāo)卡尺的使用注意事項(xiàng)是什么？

2.本實(shí)驗(yàn)測(cè)量公式（4）中，各個(gè)長(zhǎng)度量分別用不同儀器測(cè)量，是根據(jù)什么原則

確定的？哪一個(gè)量的測(cè)量誤差對(duì)結(jié)果的影響最大？

3.在實(shí)驗(yàn)中若儀器的支桿也由于受熱而膨脹，則對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果將產(chǎn)生怎樣的影

響？

4.你能否設(shè)想出另一種測(cè)量微小伸長(zhǎng)量的方法，從而測(cè)量出材料的線脹系數(shù)？

13

實(shí)驗(yàn)三冰的熔解熱的測(cè)定

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.了解熱學(xué)實(shí)驗(yàn)中的基本問題一一量熱和計(jì)溫；

2.了解一種粗略修正散熱的方法；

3.練習(xí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)安排和參量選擇。

實(shí)驗(yàn)儀器

量熱器、物理天平、水銀溫度計(jì)(0—50.00℃及0—100.00°C各一支)、量筒、

玻璃皿、冰、停表等。

實(shí)驗(yàn)原理

一定壓強(qiáng)下晶體開始熔解時(shí)的溫度，稱為該晶體在此壓強(qiáng)下的熔點(diǎn)。單位質(zhì)量

的某種晶體熔解成為同溫度的液體所吸收的熱量，稱為該晶體的熔解潛熱，也叫熔

解熱。如果把質(zhì)量為M的0°C的冰，和質(zhì)量為桁，溫度為的水在量熱器內(nèi)筒里混

合，使冰全部熔解并達(dá)到熱平衡后的溫度以在這個(gè)過程中冰必須吸收熱量，才能

使它由冰熔解為水，并在熔解為水后溫度由0°C上升為"同時(shí)量熱器內(nèi)筒和它所裝

的水失去了熱量，溫度由人降至以假定這個(gè)過程是在與外界絕熱的孤立系統(tǒng)中進(jìn)行，

根據(jù)熱平衡原理，則冰吸收的熱量等于量熱器和水失去的熱量。

設(shè)冰的熔解熱為2,水的比熱為c,量熱器內(nèi)筒和攪拌器是由同種材料做成的，

其質(zhì)量為機(jī)3,比熱為C3.則MA+Mct2即為冰熔解為水并由0℃上升到部所吸收的

熱量；("zc+m3c3)g72)即為量熱器和它所裝的水由人冷卻到匕時(shí)所放出的熱量。

由此可得：

+Met2-{me+機(jī)3c3)(乙一’2)

所以/=(〃…3=―2)(1)

M-

14

為了盡可能使系統(tǒng)與外界交換

的熱量達(dá)到最小，在實(shí)驗(yàn)的操作過程

中應(yīng)注意以下各點(diǎn)：不應(yīng)當(dāng)直接用

手去把握量熱器的任何部分；不應(yīng)當(dāng)

在陽光直接照射下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；不在空

氣流通過快的地方或在火爐或其它

熱源旁邊進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。此外，由于系統(tǒng)

與外界溫差越大，在它們之間傳遞熱

量越快；時(shí)間越長(zhǎng)，傳遞的熱量越多。

因此在進(jìn)行量熱實(shí)驗(yàn)時(shí)，要盡可能使圖1

系統(tǒng)與外界的溫差小些，并盡量使實(shí)驗(yàn)進(jìn)行得快些。

盡管注意到了上述各點(diǎn)，但除非系統(tǒng)與環(huán)境的溫度始終相同，否則就不可能達(dá)

到完全絕熱，從而造成誤差。為了盡可能減少誤差，下面介紹一種粗略的修正方法。

本實(shí)驗(yàn)中，在剛投入冰塊時(shí).，水溫高，冰的有效面積大，熔解快，因而水溫降得較

快；隨后，隨著冰的不斷熔解，冰塊逐漸變小，水溫逐漸降低，冰熔解變慢，水溫

下降變慢。量熱器中水的溫度隨時(shí)間的變化曲線如圖1所示。其中。為環(huán)境溫度。

由牛頓冷卻定律

華=3。）⑴

%為系統(tǒng)的散熱常數(shù)。面積s,與系統(tǒng)向外界散失的熱量成正比，即。散=火梟；酗

SH與系統(tǒng)與外界吸收的熱量成正比即。吸=kSB.因此，只要S八XSB，系統(tǒng)對(duì)外界

的吸熱和散熱就可以大致抵消。要使梟BSB，就應(yīng)使（八-6）＞（+介）。究竟人利力

應(yīng)取多少為宜，要在實(shí)驗(yàn)中根據(jù)具體情況而定。

如果系統(tǒng)對(duì)外界的吸熱和散熱不能相互抵消，則要用外推法求出力和fa的修正

值八和I,用下式求出冰的熔解熱：

二（一+，％。3）（1一4）cJ（2）

一M2

15

實(shí)驗(yàn)步驟

1.稱出量熱器內(nèi)筒及攪拌器質(zhì)量叫。

2.在量熱器中注入適量的比室溫高約5匕的熱水，并稱出水的質(zhì)量也

3.用秒表每隔半分鐘記下水的溫度一次，直記到5分鐘。

4.第5分鐘記完水溫后，立即將一塊質(zhì)量約為量熱器中水的質(zhì)量的1/10的、

用濾紙或干布揩干的冰塊投入水中（注意：二人配合要十分好，既要迅速，又要仔

細(xì)，不要濺出水來）。輕輕攪動(dòng)攪拌器，并每隔半分鐘記錄一次溫度。當(dāng)溫度下降速

度逐漸變慢，達(dá)到某一數(shù)值后又開始上升時(shí)，再記錄若干次溫度。

5.稱一次量熱器的總質(zhì)量，確定冰的質(zhì)量

6.做出溫度時(shí)間曲線，并分析判斷實(shí)驗(yàn)過程中系統(tǒng)向外界散熱和從外界吸熱

是否能相互抵消。如不能，要用外推法求出八和的修正值。最后計(jì)算冰的熔解熱。

7.若由冰塊太大造成量熱器中水溫降得太低，使量熱器外表面產(chǎn)生露珠，或

者冰塊太小使混合溫度降不到室溫以下，要改變冰塊大小，重做一次實(shí)驗(yàn)。

數(shù)據(jù)記錄

1-11

加3（g）m(g)M(g)口(J.g.°C)C(J.g'.V)

放冰前水溫變化表

時(shí)間（分）00.511.522.533.544.55

醵(℃)

放冰后水溫變化表

時(shí)間（分）

m（°c）

誤差計(jì)算提示

在本實(shí)驗(yàn)中，我們使用了物理天平和溫度計(jì)兩種儀器，比較兩種儀器的準(zhǔn)確度

可知，由質(zhì)量引起的誤差比起由溫度計(jì)測(cè)量，再經(jīng)外推法求出溫度修正值引起的誤

差小得多，因此我們可以只考慮溫度誤差的影響。由式（2）得

16

me+m3c3/

/L=---------=—―ti—

M1

所以

,,me+m-,c.,/me+m-,c.,,

”=-------------------------------LJ.+c△匕

MLMJ2

注意事項(xiàng)

1.冰塊的選擇：要挑選表面光潔，沒有麻點(diǎn)，透明度好的冰塊。

2.投放冰塊前應(yīng)將上面水分迅速除凈。

預(yù)習(xí)思考題

1.為了減少系統(tǒng)與外界的熱交換，在實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)和操作中應(yīng)注意什么？

2.水的初溫選得太高、太低有什么不好？

3.系統(tǒng)的終溫由什么決定的？終溫太高、太低有什么不好？

4.冰塊過大或過小有什么壞處？冰塊的質(zhì)量以多大為宜？

復(fù)習(xí)思考題

分析溫度一時(shí)間曲線，在什么情況下系統(tǒng)對(duì)外界散熱和吸熱可以相互抵消？為

了使散熱和吸熱可以相互抵消，應(yīng)如何事先設(shè)計(jì)系統(tǒng)的初溫和終溫？

附注：冰的熔解熱標(biāo)準(zhǔn)值2=333.67J?gT.

17

實(shí)驗(yàn)四液體表面張力系數(shù)的測(cè)定——拉脫法

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1、掌握焦利氏科測(cè)量微小力的原理和方法；

2、測(cè)定液體的表面張力系數(shù)。

儀器和用具

約利秤，金屬框及金屬絲，祛碼，玻離皿，溫度計(jì)，游標(biāo)卡尺，

蒸饋水等。

實(shí)驗(yàn)原理

液體的表面猶如張緊的彈性薄膜，有收縮的趨勢(shì)，所以小的液滴總是趨于球形，

這說明液體表面內(nèi)存在種張力。這種液體表面的張力作用，從性質(zhì)上看，類似固

體內(nèi)部的拉伸脅強(qiáng)，只不過這種脅強(qiáng)存在于極薄的表面層內(nèi)，而且不是由于彈性形

變引起的，被稱為表面張力。

設(shè)想在液面作-長(zhǎng)為/的線段，則張力的作用表現(xiàn)在線段兩側(cè)液面以一定的力

產(chǎn)相互作用，而且力的方向恒與線段垂直，其大小與線段長(zhǎng)/成正比，即

F=yl(1)

比例系數(shù)7稱為液體的表面張力系數(shù)，它表示單位長(zhǎng)線段兩側(cè)液體的相互作用力。

表面張力系數(shù)的單位N-m-1.

圖1

如圖1所示，在一金屬框P中間拉一金屬細(xì)絲成，將框及細(xì)絲浸入水中后慢

慢地將其拉出水面，在細(xì)絲下面將帶起一水膜，當(dāng)水膜將被拉直時(shí)，有

F=W+2/l+ldhpg(2)

18

式中F為向上的拉力，W是框和細(xì)線所受重力和浮力之差（視重），/為細(xì)金屬絲的

長(zhǎng)度，d為細(xì)金屬絲的直徑，即水膜的厚度，人為水膜被拉斷前的高度，p為水的密

度，g為重力加速度，/4如g為水膜的重量（由于細(xì)金屬絲的直徑很小，所以這一項(xiàng)

不大）。水膜有前后兩面，所以上式表面張力為27/,由（2）式可得

（F-W）-Idhpg

/=--------------------

21

本實(shí)驗(yàn)用約利秤測(cè)量（F-W）之值，用上式計(jì)算表面張力系數(shù)7之值。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.測(cè)量彈簧的勁度系數(shù)k

如圖2所示，將勁度系數(shù)大約為0.2-0.3

c

N-m-1的彈簧掛在約利秤上，調(diào)節(jié)支架的底腳

螺旋，使十字線G的豎直線穿過平面鏡支架a

上小圓孔的中心，這時(shí)彈簧將與A柱平行。Mc

n

在秤盤上加1.00g祛碼，旋轉(zhuǎn)E使彈簧上

升，當(dāng)G的橫線、橫線的像及鏡面標(biāo)線三者kpl

l」

相重時(shí)為止（以下稱三者相重合時(shí)G的位置u

t

為零點(diǎn)）。用游標(biāo)讀出標(biāo)尺之值L,以后每加eS

0.50g祛碼測(cè)一次L,直至加到3.50g后再逐

次減下來。將數(shù)據(jù)按所加祛碼的多少分成兩

組，用分組求差法，求出勁度系數(shù)k之值。圖2

2.測(cè)量（F-W）和/?

扭動(dòng)E使金屬框尸下降，使尸上的橫絲ab剛要和玻璃皿，中的水面接觸，從

主柱上的游標(biāo)V讀出B柱上的刻度值為U旋轉(zhuǎn)5使”中水面上升到橫絲ab處（加

和水面剛好相平），再扭動(dòng)E,輕輕向上拉起彈簧直到水膜破壞為止，再讀游標(biāo)V處

3柱之值為則兩次讀數(shù)的差值（L-LQ,等于拉起水膜時(shí)彈簧的伸長(zhǎng)加上水

膜的高度，即

F-W=[（L-L0）-h]k（4）

重復(fù)若干次，求出乙的平均值

用一細(xì)長(zhǎng)金屬桿代替彈簧，同上去做拉斷水膜的操作，這時(shí)兩次讀數(shù)乙°

19

和L之差等于水膜高度h,即

h=L-Li)(5)

重復(fù)測(cè)量，求出￡?！鸵业钠骄?/p>

3.測(cè)量細(xì)絲ab的長(zhǎng)度I及直徑d.

4.計(jì)算水的表面張力系數(shù)7及標(biāo)準(zhǔn)不確定度，注明實(shí)驗(yàn)時(shí)的水溫。

5.用拉平法測(cè)量九

拉平法就是在橫絲ah浸入水中后，提升彈簧到橫絲ab的下面剛好與水面相平

時(shí)為止，即式(4)中〃=0.

比較兩方法。

注意事項(xiàng)

1.水的表面若有少許污染，其表面張力系數(shù)將有明顯的變化，因此，玻璃皿

中的水及金屬絲必須保持十分潔凈，不許用手觸摸玻璃皿的里側(cè)和金屬框，也不要

用手觸及水面。

每次實(shí)驗(yàn)前要用酒精擦拭玻璃皿和金屬框，并用蒸儲(chǔ)水沖洗。

2.測(cè)表面張力時(shí)，動(dòng)作要慢，又要防止儀器受震動(dòng)，特別是水膜要破裂時(shí)，

更要注意。

實(shí)驗(yàn)思考題

說明為使你測(cè)出的表面張力系數(shù)/能有三位有效數(shù)字，對(duì)所用彈簧的勁度系數(shù)

*應(yīng)有何要求？

20

實(shí)驗(yàn)五良導(dǎo)體導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)定

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

掌握測(cè)定良導(dǎo)體導(dǎo)熱系數(shù)的一種方法

實(shí)驗(yàn)儀器

金屬內(nèi)部導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定器（圖1）水銀溫度計(jì)（0.1C）蒸汽發(fā)生器

實(shí)驗(yàn)原理

由于熱傳導(dǎo)，熱由物體較熱部分傳到較冷部分。必須分清熱傳導(dǎo)的兩種不同情

況。第一，物體內(nèi)部熱的散步——內(nèi)部熱傳導(dǎo)；第二，熱散失于周圍介質(zhì)中一一外

部熱傳導(dǎo)。內(nèi)部熱傳導(dǎo)僅由被研究物體的材料的性質(zhì)決定。

物體內(nèi)部由較熱部分傳到較冷部分的熱量Q（卡）由下式表示

Q=（1）

a

即在給定的時(shí)間內(nèi)，沿棒所傳過的熱量正比于與導(dǎo)熱方向垂直的截面積和熱流

經(jīng)過的兩層之家的溫度差，并反比于二層間的距離。

上式中各物理量的意義：

0,t2——測(cè)定傳熱部分兩端的溫度（℃）

a----測(cè)定傳熱部分的長(zhǎng)度（cm）

S——傳熱面積的大?。╟m?）

T----時(shí)間（S）

K——內(nèi)部熱傳導(dǎo)系數(shù)（卡/度厘米秒）

內(nèi)部熱傳導(dǎo)系數(shù)數(shù)值上等于兩個(gè)相距單位長(zhǎng)度的薄層，溫度相差時(shí)，在單

位時(shí)間內(nèi)通過單位面積所流過的熱量。

內(nèi)部熱傳導(dǎo)系數(shù)通常由對(duì)熱圓柱的冷卻的觀察測(cè)定。

本實(shí)驗(yàn)所用裝置如圖所示：在一金屬圓筒內(nèi)置一導(dǎo)體——紫銅圓柱。導(dǎo)體一端

有蒸汽箱，另一端有低溫水箱（內(nèi)有螺旋水槽）。導(dǎo)體上兩孔可插入0—100℃精密

溫度計(jì)兩支。旋松低溫水箱上兩管頂部的壓緊螺母可插入0—50℃精密溫度計(jì)兩支。

稍稍旋緊壓緊螺母可使兩溫度計(jì)固定。必要時(shí)可加溫度計(jì)架支持。

由蒸汽發(fā)生器來的水蒸汽經(jīng)由蒸汽箱而冷水通過低溫水箱時(shí)，導(dǎo)體A端就比B

21

斷熱，于是在導(dǎo)體內(nèi)部熱逐步由A端傳到B端。

為達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，即導(dǎo)體各部分溫度保持不變，冷卻導(dǎo)體之水流必須保持溫度。

要得一定的水流速度有水源來的水必先經(jīng)水位器(接水源后多余在水溢出，而保持

一定水位)。變更水位器的高度，可調(diào)整水壓大小。

設(shè)已達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)，四溫度計(jì)溫度不變。1秒鐘內(nèi)流過導(dǎo)體的熱量a為：

(2)

a

設(shè)時(shí)間「內(nèi)，由低溫水箱流過M克的水，那么每秒鐘流過的水量為一。此水在

一秒鐘內(nèi)由導(dǎo)體熱量。2。

。2=-3)⑶

T

在穩(wěn)定狀態(tài)下，不計(jì)散出熱量則

Q\~Qi

即：

KS仁包="(〃-/2)⑷

aT"

由(5-4)得

-t2)S

實(shí)驗(yàn)步驟

1.實(shí)驗(yàn)前先將立柱、墊圈用M8螺帽固定在底板上并將溫度計(jì)架水位器裝在立

柱上。

2.準(zhǔn)確測(cè)出導(dǎo)體的a及半徑r,并算出傳熱面積S。

3.如圖接上水管，蒸汽管并安裝溫度計(jì)。

4.調(diào)節(jié)水流使其緩慢而穩(wěn)定地流過低溫水箱。

5.加熱蒸汽發(fā)生器，使蒸汽通入蒸汽箱。

6.待四溫度計(jì)讀數(shù)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)(1分鐘內(nèi)溫度變化不超過0.即可)。記下

22

23

7.開始計(jì)時(shí)，并另取容器，記下經(jīng)過此段時(shí)間的水量M。

8.觀察計(jì)時(shí)完畢后溫度是否改變，如略有改變，取開始與終了的平均值。

9.計(jì)算K。

10.在不同水流情況下，測(cè)定系數(shù)K三至四次。

注意事項(xiàng)

1.導(dǎo)體周圍應(yīng)盡量避免對(duì)流及向周圍介質(zhì)輻射熱量。

2.事先檢查蒸汽發(fā)生器內(nèi)水量是否足夠？

3.水流速度必經(jīng)適當(dāng)調(diào)節(jié)。若水流太慢，則，4易超過溫度計(jì)讀數(shù)范圍，以致毀

壞溫度計(jì)；若水流太快，則J、〃相差太小，增大實(shí)驗(yàn)誤差，為避免上述情況，可

在水進(jìn)入水位器前及進(jìn)入導(dǎo)體前兩處加上橡皮管夾子。調(diào)節(jié)橡皮管夾子使水位器中

央多余水溢出之管始終維持極細(xì)微的水流，并使從低溫水箱流出的水流成連續(xù)的水

滴。此時(shí)再加熱蒸汽發(fā)生器，并在實(shí)驗(yàn)中途不再改變水流速度。

4.經(jīng)導(dǎo)體之水切勿注入水位器。

5.蒸汽排出管應(yīng)侵入盛水筒的水面下，使蒸汽不致到處彌漫。

6.實(shí)驗(yàn)完畢取下溫度計(jì)并盡量使本裝置之水干燥。

23

n

至

導(dǎo)

體多奈水溢出

經(jīng)

導(dǎo)

體

的

水

出

口

L

低溫水箱一M8螺帽也用

圖1實(shí)險(xiǎn)裝置圖

24

實(shí)驗(yàn)六不良導(dǎo)體導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)定

導(dǎo)熱系數(shù)是表征物體熱傳導(dǎo)性能的物理量。各種材料的導(dǎo)熱系數(shù)不僅與構(gòu)成材

料的物質(zhì)本身有關(guān)，而且與其結(jié)構(gòu)、雜質(zhì)含量及環(huán)境因素如溫度、濕度、壓力等有

關(guān)。確定材料的導(dǎo)熱系數(shù)需要用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測(cè)量。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

(1)學(xué)會(huì)材料導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)量原理和方法。

(2)掌握熱電偶的測(cè)溫原理。

實(shí)驗(yàn)儀器

紅外燈、杜瓦瓶、測(cè)溫?zé)犭娕?、?shù)字電壓表、待測(cè)樣品、銅盤、支架。

實(shí)驗(yàn)原理

1882年法國(guó)數(shù)學(xué)、物理學(xué)家傅里葉給出導(dǎo)熱方程，即在物體內(nèi)部，取兩個(gè)垂直

于導(dǎo)熱方向、彼此相距h、溫度分別為父和02(0,>02)的平行面，若平面面積

為S,在券時(shí)間內(nèi)，通過面積S的熱量%滿足下式：

樂"(…2)

------=------------------------(1)

8,h

其中：冬為熱流量；X為該物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)，單位為W/(m?K)o其定

4

義為相距1m的兩個(gè)面積為1m2的平面，其溫度相差1°C,在1s時(shí)間內(nèi)通過的熱量。

實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。

固定于底座上的3個(gè)測(cè)微螺旋頭支撐著一個(gè)散熱圓銅盤，在散熱盤上安放一待

測(cè)的圓盤樣品，樣品上再安放一圓筒加熱體，圓筒加熱體由其上方的紅外燈提供熱

源，使樣品上下表面維持溫度口、02,0卜0z的值用安插在圓筒加熱體、散熱

銅盤深孔中的熱電偶來測(cè)量(熱電偶接數(shù)字電壓表)，熱電偶的冷端浸于杜瓦瓶的

冰水混合物中，單刀雙擲開關(guān)用來變換熱電偶的測(cè)量回路。數(shù)字電壓表用來測(cè)量溫

差電動(dòng)勢(shì)。由式(1)知，單位時(shí)間內(nèi)通過待測(cè)樣品任一圓截面的熱量

%=皿&欣2(2)

S,h

25

紅外燈

樣品

散熱銅盤

值保持不變，這時(shí)散熱銅盤通過樣品盤上表面的熱流量與銅盤向周圍散熱的速

率相等。故可通過銅盤在穩(wěn)定溫度的冷卻速率多來求出熱流量%。銅盤

在溫度02的散熱速率為〃（m為銅盤的質(zhì)量，C為其比熱容）。當(dāng)達(dá)到

0-0.

穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，有下式成立:

—=mC(3)

4

將式（3）代入式（2）,得:

h

2=mC—(4)

2（億—％）成2

26

實(shí)驗(yàn)步驟

（］）按圖1安放好樣品，連好測(cè)溫回路。將紅外燈電源電壓調(diào)到180V左右，

加熱約20min,再將電壓降至130V左右，然后卷隔3min?5min讀一下溫度值，可

直接用電壓值代表溫度值。如在lOmin內(nèi)，樣品上下表面的溫度0門02值保持不

變，即可認(rèn)為達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。記下此時(shí)的口、值。

紅外燈加熱電壓穩(wěn)定在130V左右，在表一記錄每隔3min-5min讀取的溫度值:

表一

0?（mV）

e2（mV）-

（2）移去樣品再加熱。當(dāng)銅盤溫度的對(duì)應(yīng)讀數(shù)比值高左右時(shí)，停止加

熱，移去圓筒和紅外燈。在移去樣品和加熱筒及紅外燈時(shí)，要特別注意圓筒不要碰

到紅外燈，以免碰壞燈出危險(xiǎn)。

（3）將樣品覆蓋在銅盤的上面，以保證銅盤的散熱速率與初始狀態(tài)相同。每

隔30s讀一次散熱盤的溫度值，記入表二，選取0z附近的溫度值，求出生o

1u-tfy

表二

t（s）

02（mV）一

（4）樣品的幾何尺寸要用游標(biāo)卡尺多次測(cè)量取平均值。散熱盤的質(zhì)量由物理

天平測(cè)出。

（5）計(jì)算導(dǎo)熱系數(shù)并求出其不確定度。給出正確的測(cè)量結(jié)果表達(dá)式。

可以直接用電動(dòng)勢(shì)值代表溫度值，代入式（4）計(jì)算。

思考題

（1）在測(cè)量銅盤的散熱速率時(shí)，為什么要將樣品覆蓋在它的上面？如果不將

樣品覆蓋在銅盤上，式（4）將怎樣修正？

（2）在計(jì)算導(dǎo)熱系數(shù)時(shí)，為什么可以用電動(dòng)勢(shì)值直接代入式（4）?

27

實(shí)驗(yàn)七薄透鏡成像性質(zhì)研究及透鏡焦距的測(cè)定

透鏡是組成各種光學(xué)儀器的基本光學(xué)元件，掌握透鏡的成像規(guī)律，學(xué)會(huì)光路的

分析和調(diào)節(jié)技術(shù)，對(duì)于了解光學(xué)儀器的構(gòu)造和正確使用是有益的。另外，焦距是透

鏡的一個(gè)重要特征參量，在不同的使用場(chǎng)合往往要選擇焦距合適的透鏡或透鏡組，

為此就需要測(cè)定焦距。測(cè)焦距的方法很多，應(yīng)該根據(jù)不同的透鏡、不同的精度要求

和具體的可能條件選擇合適的方法。本實(shí)驗(yàn)僅介紹其中的幾種。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

（1）加深理解薄透鏡的成像規(guī)律。

（2）學(xué)習(xí)簡(jiǎn)單光路的分析和調(diào)節(jié)技術(shù)。

（3）學(xué)習(xí)兒種測(cè)量透鏡焦距的方法。

實(shí)驗(yàn)原理

薄透鏡是指透鏡中心厚度d比透鏡焦距F小很多的透鏡。例如一個(gè)厚度d約為

4mm,而焦距f約為150mm的透鏡，在本實(shí)驗(yàn)中就可以認(rèn)為是薄透鏡。

透鏡分為兩大類：一類是凸透鏡（也稱為正透鏡或會(huì)聚透鏡），對(duì)光線起會(huì)聚

作用，焦距越短，會(huì)聚本領(lǐng)越大；另一類是凹透鏡（也稱負(fù)透鏡或發(fā)散透鏡），對(duì)光

線起發(fā)散作用，焦距越短，發(fā)散本領(lǐng)越大。圖1是凸透鏡成像圖。

在近軸光線條件下，透鏡的成像規(guī)律可用下列公式表示：

-----1—=1(1)

s'S

(2)

式中各物理量的意義及它們的符號(hào)規(guī)則如下：s