_工科_大学物理实..

实验3－2 扭摆法测定物体转动惯量

实验前需预习的其它内容：游标卡尺的用法 注意：

1． 实验前必须仔细阅读课本P32-33注意事项。

2． 游标卡尺左端标识的数字（如0.02或0.05）即为x δ值，据公式x K L L δ+=0进行测量。 3．表3-2-1中，金属载物盘的质量、几何尺寸以及转动惯量理论值不用测量；木球的直径D

＝13.000cm ，金属细杆的长度L ＝61.000cm ，这两项可以不必测量。 4．表3-2-2中，注意理论值的计算公式滑块I mx T K I ++=

22

5

224'π

中，2m 指两个滑块的质量之和，注意测量并记录滑块质量m 1、m 2。

5．转动惯量测试仪显示的是摆动10个周期的时间，记录数据时需要除以10。

6．游标卡尺使用完毕应及时放回盒中，不要长时间暴露在空气中；天平使用完毕后应将横梁固定，砝码放回砝码盒中。

7．因为本实验所用仪器种类较多，为便于以后的同学实验，做完实验必须清点仪器是否齐全，从其它实验台上借用的仪器需及时归还，摆放好仪器后请老师检查。 8．数据处理时注意：扭摆常数K 值需根据P100公式2

0211

2

'4T T I K -=π先计算出；转动惯量理

论值和实验值根据公式进行计算，填入表格，并计算实验值与理论值的百分比误差。

光电门

实验3－3 液体表面张力系数的测定

液体表面张力是由于液体分子之间相互吸引，使得液体表面犹如张紧的弹性膜，具有收缩的趋势。液体表面张力系数是表征液体表面张力大小的特征量，可通过实验测定。本实验利用拉脱法测量液体的表面张力系数。

实验装置

实验原理

将一个金属圆环固定在传感器上，该环浸没于液体中，当把圆环渐渐从液体中拉起时，在金属圆环下面将会张有一个液膜。

图1 图2 图3

吊环浸没在水中时，受力分析如图1所示，有

1122cos cos F F mg f f θθ+++浮＝

吊环下沿拉离水面，开始拉起液膜时，传感器所受拉力F 为

1122cos cos F mg f f m g θθ+++水＝

考虑一级近似，认为液体的表面张力为：1212()f f f D D απ=+=+，其中f 为液体表面张力，

α为液体表面张力系数，D1、D2分别为吊环的外径和内径。

继续拉起液膜时，传感器所受拉力F 先增大后减小，（请同学们思考为什么？） 液膜拉破前瞬间，受力分析如图2所示，传感器所受拉力112F mg f f mg f ++=+＝ 在液膜拉破后瞬间，受力分析如图3所示，传感器所受拉力2F mg ＝

由于传感器受到拉力F 与输出电压U 成正比，则有11,U BF =22,U BF =其中，B 为传感器灵敏度。由此可知，液体表面张力为

12

121212()U U f f f D D F F B

απ-=+=+=-=

则液体表面张力系数α为

α=（21U U -）/ [ B )(21D D +π]

实验步骤

1. 开机预热15分钟，并清洗玻璃器皿和吊环。

2. 将砝码盘挂在力敏传感器的钩上。若整机已预热，可对力敏传感器定标，在加砝码前应首先对仪器调零，应尽量轻放砝码。在力敏传感器上分别加各种质量砝码，测出相应的电压输出值。

3. 在玻璃器皿内放入被测液体并将其安放在升降台上。(玻璃盛器底部可用双面胶与升降台面贴紧固定)。

4. 换吊环前应先测定吊环的内外直径，然后挂上吊环。在测定液体表面张力系数的过程中，以逆时针转动升降台大螺帽时液体液面上升，当环下沿部分均浸入液体中时，改为顺时针转动该螺帽，这时液面往下降(或者说相对吊环往上提拉)，观察环浸入液体中及从液体中拉起时的物理过程和现象。特别应注意吊环即将拉断液柱前一瞬间数字电压表的读数1U 和拉断时瞬间数字电压表读数2U ，记下这两个数值。

数据处理

1．利用所测表格3-3-1数据，用最小二乘法求出仪器的灵敏度B值；

2．利用所测表格3-3-2数据，求出实验温度下的水的表面张力系数；

3．与查表得标准值做比较，计算测量结果的相对误差与绝对误差。

注意事项

1.实验仪器要预热；

2.需讲解游标卡尺的使用方法；

3.实验中要求避免风吹和桌面振动；

4.要保持金属圆环水平进入水中，不能倾斜。

实验3－5 空气比热容比的测量

1、按照如下示意图连接电路，注意温度传感器AD590和测温电压表的正负极不要接错。压力传感

器直接连接测量空气压强的数字电压表。

2、利用传感器可将非电学量转换为电学量进行测量，如本实验中利用压力传感器和温度传感器将

压强和温度转换为电压，利用数字电压表进行测量。

测空气压强的数字电压表用于测量超过环境气压的那部分压强，1KPa的压强变化产生20mV 的电压变化。

温度传感器接6V直流电源和5KΩ电阻后，可产生5mV/K的信号电压，即1开尔文的温度变化产生5mV的电压变化。

3、表3-5-1改为如下格式：

表3-5-1 数据记录参考用表

说明：（1）开始实验前，预热仪器和调零后，将进气活塞和放气活塞都打开，记录此时测温电压表显示的室温T0 。周围大气压强值由实验老师告知。

（2）为便于比较实验结果，5次测量过程中，用打气球打气时，尽量将P1控制在相同的值。打气结束，将进气活塞也关闭，等待瓶内空气稳定。

（3）按照课本步骤3所述方法正常关闭活塞2测3次，提前和推迟关闭活塞2各测1次，提前和推迟的效果要明显一点。

（4）计算3次正常关闭活塞2时所得的γ的平均值和标准偏差。

4、完成课后思考题2、3，试给出理论证明。

5、补充思考题：本实验中测空气压强的数字电压表灵敏度为20mV/Kpa，当数字电压表显示为

200mV时，待测气体压强为P0+10Kpa。根据测量温度的数字电压表计算温度值的方法与此类似，试根据实验开始前测量的室温T0计算环境的摄氏温度值。