大学物理仿真实验报告

大学物理仿真实验报告
单摆测量重力加速度
一、实验目的
本实验的目的是学习进行简单设计性实验的基本方法，根据已知条件和测量精度的要求，学会应用误差均分原则选用适当的仪器和测量方法，学习累积放大法的原理和应用，分析基本误差的来源及进行修正的方法。

二、实验原理
单摆的结构如实验仪器中所示，其一级近似周期公式为：
由此公式可知，测量周期与摆长就可以计算得到重力加速度g
三、实验内容
一用误差均分原理设计一单摆装置,测量重力加速度g.
设计要求:
(1) 根据误差均分原理,自行设计试验方案,合理选择测量仪器和方法.
(2) 写出详细的推导过程,试验步骤.
(3) 用自制的单摆装置测量重力加速度g,测量精度要求△g/g < 1%.
可提供的器材及参数:
游标卡尺、米尺、千分尺、电子秒表、支架、细线(尼龙线)、钢球、摆幅测量标尺(提供硬白纸板自制)、天平(公用).
假设摆长l≈70.00cm;摆球直径D≈2.00cm;摆动周期T≈1.700s; 米尺精度△米≈0.05cm;卡尺精度△卡≈0.002cm;千分尺精度△千≈0.001cm;秒表精度△秒≈0.01s;根据统计分析,实验人员开或停秒表反应时间为0.1s左右,所以实验人员开,停秒表总的反应时间近似为△人≈0.2s.
二. 对重力加速度g的测量结果进行误差分析和数据处理,检验实验结果是否达到设计要求.
三. 自拟实验步骤研究单摆周期与摆长,摆角,悬线的质量和弹性系数,
空气阻力等因素的关系,试分析各项误差的大小. 四. 自拟试验步骤用单摆实验验证机械能守恒定律.
四、实验仪器实验仪器
单摆仪，摆幅测量标尺，钢球，游标卡尺
五、实验操作
1. 用米尺测量摆线长度；测量摆线长度；测量摆线长度；
2. 用游标卡尺测量小球直径；用游标卡尺测量小球直径；用游标卡尺测量小球直径；用游标卡尺测量小球直径；用游标卡尺测量小球直径；
3. 把摆线偏移中心不超过把摆线偏移中心不超过把摆线偏移中心不超过5度，释放单摆开始计时过度，释放单摆开始计时过度，
释放单摆开始计时过度，释放单摆开始计时过度，释放单摆开始计时过度，释放单摆开始计时过50 个周期后停止计时，个周期后停止计时，个周期后停止计时，记录所用时间；记录所用时间；
六、实验结果
七、数据处理
D(平均)=（1.722+1.702+1.732+1.662+1.682+1.692）/6=1.698cm
摆线长度+摆球直径=92.00cm
摆长L=(摆线长度+摆球直径)-摆球半径
=92.00-D/2
=91.15cm=0.9115m
T1=57.55/30=1.918s
T2=76.77/40=1.919s
T3=96.00/50=1.920s
T=(T1+T2+T3)/3=1.919s
由
得：
g=(4**)*L/(T*T)
=9.77m/s*s
=9.80-9.77=0.03m/s*s
E=/g*100%=0.31%<1% 满足实验要求
八、误差分析、心得体会及实验建议
误差分析：
1、周期的测量存在较大误差，摆线来回摆，刚开始计时以及最后一次摆结束的时刻，由于人眼的反应速度会造成或大或小的偏差；
2、摆长的测量存在误差，由于不是亲手拿测量仪器测量，故而有些
读数不准确，由此引起一部分误差。

3、摆角的设置存在误差，因为只有在摆角小于或等于5度时，单摆所进行的摆动才算得上简谐振动，才有了推出g的计算公式。

4、空气的粘滞阻力并不影响摆动的周期，所以没有造成误差；
5、由于悬线的质量远小于铁球质量，所以产生的误差可以忽略不计。

心得体会：
做实验应当充分按照实验理论上的设定一步一步准确无误的完成，例如本实验中摆角的设置，必须小于或等于5度；同时要细心领会实验精妙之处，熟悉用电脑进行仿真实验的各项操作，是我们以后自主进行更多实验的基本要求。

仿真实验为我们提供了一个实验的平台，我们可以不用去实验室依旧可以做自己感兴趣的实验，从中获得实验的物理知识。

实验建议：
对与单摆刚开始摆时与最后一次摆结束时的计时有电脑来控制会比较好，人眼的误差始终不能避免，故应当开发一类软件代替人眼捕捉我们想要的最精妙的实验内容，如此一来就堪称完美了。

空气比热容比的测定
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和电流型集成温度传感器的原理及使用方法。

二、实验原理
对理想气体的定压比热容Cp和定容比热容Cv之关系由下式表示：C p-C v=R （1）（1）式中，R为气体普适常数。

气体的比热容比r值为：
r=Cp/Cv （2）气体的比热容比现称为气体的绝热系数，它是一个重要的物理量，r 值经常出现在热力学方程中。

测量r值的仪器如下图图〈一〉所示。

实验时先关闭活塞C2，将原处于环境大气压强P0、室温θ0的空气从活塞C1，处把空气送入贮气瓶B内，这时瓶内空气压强增大。

温度升高。

关闭活塞C1，待稳定后瓶内空气达到状态I（P0，θ0，V1），V1为贮气瓶容积。

然后突然打开阀门C2，使瓶内空气与大气相通，到达状态II （P1，θ0，V1）后，迅速关闭活塞C2，由于放气过程很短，可认为是一个绝热膨胀过程，瓶内气体压强减小，温度降低，绝热膨胀过程应满足方程：
（3）
在关闭活塞C2之后，贮气瓶内气体温度将升高，当升到温度θ0时，原状态为I（P1，θ0，V1）体系改变为状态III（P2，θ0，V2），应满足：
（4）
由（3）式和（4）式可得到：
（5）
利用（5）式可以通过测量P0、P1和P2值，求得空气的比热容比r 值。

三、实验内容
1．按下图接好仪器的电路，AD590的正负极请勿接错。

用Forton式气压计测定大气压强P0，用水银温度计测环境室温θ0。

开启电源，
将电子仪器部分预热20分钟，然后用调零电位器调节零点，把三位半数字电压表表示值调到0。

2．把活塞C2关闭，活塞C1打开，用打气球把空气稳定地徐徐进入贮气瓶B内。

用压力传感器和AD590温度传感器测量空气的压强和温度，记录瓶内压强均匀稳定时，压强P1和温度θ0值（室温为θ0）。

3．突然打开活塞C2，当贮气瓶的空气压强降低至环境大气压强P0
时（这时放气声消失），迅速关闭活塞C2。

4．当贮气瓶内空气的温度上升至室温θ0时，记下贮气瓶内气体的压强P2。

5．用公式（5）进行计算，求得空气比热容比值。

四、实验仪器（如图中所标）
五、实验操作
按实验内容进行操作，实验操作说明如下：
（1）做实验时，在主界面内用鼠标选取仪器，双击后将弹出放大窗口进行操作。

（2）旋钮的操作方法：所有的旋钮，其操作方法是一致的。

即：用鼠标右键单击，则旋钮顺时针旋转；用鼠标左键单击，则旋钮逆时针旋转。

（3）拨动开关的操作方法：用鼠标左键单击开关的上部，即把开关向上拨，用鼠标左键单击开关的下部，则把开关向下拨。

同样活塞的
操作也很类似，只需在其上单击鼠标左键即可。

六、实验结果
七、数据处理
（200mv读数相当于1.000±104Pa）
P 0(105Pa）P’
1
(mv) T’
1
(mv) P’
2
(mv) T’
2
(mv) P
1
(±
105Pa）
P
2
(±
105Pa）
r
82.1 2410.1 64.4 2410.1 1.0659 1.0361 1.403 1.0248 84.9 2410.1 62.6 2410.1 1.0673 1.0364 1.392
91.6 2410.1 73.8 2410.1 1.0706 1.0331 1.410
109.1 2410.1 90.6 2410.1 1.0794 1.0398 1.389
r(平均)=（1.403+1.392+1.410+1.389）/4=1.398
理论值为1.399，E=（r（平均）-r（理论））/r（理论）*100%=0.072% 八、误差分析、心得体会及实验建议
误差分析：
1、活塞2的打开与闭合的间隔时间掌握不准确，以致贮气瓶中压强有略微变化；
2、用打气球往贮气瓶中打气时打气的频率不一致，没有达到缓缓增大瓶内气压的目的；
心得体会：
做实验应当充分按照实验理论上的设定一步一步不疾不徐的完成，例如本实验中活塞2的打开与闭合，其间停顿的时间一定要掌握好，因为，实验原理要求活塞2放气时间很短，这才可以当作绝热膨胀过程，才满足绝热膨胀过程方程；同时要细心领会实验精妙之处，熟悉用电脑进行仿真实验的各项操作，是我们以后自主进行更多实验的基本要求。

仿真实验为我们提供了一个实验的平台，我们可以不用去实验室依旧可以做自己感兴趣的实验，从中获得实验的物理知识。

实验建议：
活塞1的通道半径应该更小一些，以达到缓缓增大瓶内压强的目的，这样一来实验时间有所增加，但实验结果更加准确。