物理仿真实验 (2)
大学物理仿真试验仿真实验
大学物理仿真实验实验名称:声速的测定目的要求:1．了解超声波的发射和接收方法。
2．加深对振动合成、波动干涉等理论知识的理解。
3．掌握用驻波法和相位法测声速。
实验原理:由波动理论可知，波速与波长、频率有如下关系：v = f λ，只要知道频率和波长就可以求出波速。
本实验通过低频信号发生器控制换能器，信号发生器的输出频率就是声波频率。
声波的波长用驻波法（共振干涉法）和行波法（相位比较法）测量。
下图是超声波测声速实验装置图。
驻波法测波长设沿x 方向入射波的方程为:沿x 负方向反射波方程为:两波相遇干涉时，在空间某点的合振动方程为(驻波方程):12cos 2()cos 2()x xy y y A ft A ft ππλλ=+=-++(2cos 2)cos 2xA ft ππλ=当2/λn x =;(n =1,2,…)位置时，声振动振幅最大,为2A ,称为波腹，当4/)12(λ-=n x ,(n =1,2，…)位置上声振动振幅为零,这些点称为波节。
其余各点的振幅在零和最大值之间。
两相邻波腹(或波节)间的距离为λ/2即半波长。
相位比较法测波长从换能器S1发出的超声波到达接收器S 2，所以在同一时刻S 1与S 2处的波有一相位差：其中λ是波长，x 为S 1和S 2之间距离)。
因为x 改变一个波长时，相位差就改变2π。
利用李萨如图形就可以测得超声波的波长。
仪器用具:1.声速的测量实验仪器包括超声声速测定仪、函数信号发生器和示波器。
2.超声声速测定仪主要部件是两个压电陶瓷换能器和一个游标卡尺。
3.函数信号发生器1cos 2()xy A ft πλ=-2cos 2()x y A ft πλ=+提供一定频率的信号，使之等于系统的谐振频率。
4.示波器示波器的x, y轴输入各接一个换能器，改变两个换能器之间的距离会影响示波器上的李萨如图形。
并由此可测得当前频率下声波的波长，结合频率，可以求得空气中的声速。
实验内容:1．调整仪器使系统处于最佳工作状态。
物理仿真实验
实验简介：液体表层指液体与气体、液体与固体以及不相混合的液体之间的界面。
液体表层分子有从液面挤入液体内部的倾向，这使得液体的表面自然收缩，就整个液面来说，如同拉紧的弹性薄膜，这种沿着表面，使液面收缩的力称为表面张力。
表面张力在船舶制造、水利学、化学化工、凝聚态物理中都能找到它的应用。
测量液体（例如水）的表面张力系数有多种方法，如最大泡压法、平板法（亦称拉普拉斯法）、毛细管法、焦利氏秤法、扭力天平法等。
这里只介绍焦利氏秤法。
本实验首先利用逐差法测量焦利氏秤弹簧的倔强系数，然后利用拉脱法测量液体的表面张力系数。
实验原理1、液体分子受力情况液体表面层中分子的受力情况与液体内部不同。
在液体内部，分子在各个方向上受力均匀，合力为零。
而在表面层中，由于液面上方气体分子数较少，使得表面层中的分子受到向上的引力小于向下的引力，合力不为零，这个合力垂直于液体表面并指向液体内部，如图1所示。
所以，表面层的分子有从液面挤入液体内部的倾向，从而使得液体的表面自然收缩，直到达到动态平衡(即表面层中分图1 液体分子受力示意图子挤入液体内部的速率与液体内部分子热运动而达到液面的速率相等)。
这时，就整个液面来说，如同拉紧的弹性薄膜。
这种沿着表面，使液面收缩的力称为表面张力。
想象在液面上划一条线，表面张力就表现为直线两侧的液体以一定的拉力相互作用。
这种张力垂直于该直线且与线的长度成正比，比例系数称为表面张力系数。
2、矩形金属框架测量原理将一表面清洁的矩形金属薄片竖直浸入水中，使其底面水平并轻轻提起。
当金属片底面与水面相平，或略高于水面时，由于液体表面张力的作用，金属片的四周将带起一部分水，使水面弯曲，呈图2所示的形状。
这时，金属片在竖直方向上受到(1)金属片的重力mg；(2)向上的拉力F；(3)水表面对金属片的作用力——表面张力。
图2 金属框受力示意图其中为水面与金属片侧面的夹角，称为接触角。
如果金属片静止，则竖直方向上合力为零，有（1）在金属片临脱离液体时，，即,则F应当是金属丝重力mg与薄膜拉引金属丝的表面张力之和,则平衡条件变为：(2)显然表面张力f是存在于液体表面上任何一条分界线两侧间的液体的相互作用拉力，其方向沿着液体表面，且垂直于该分界线。
【大学物理实验(含 数据+思考题)】仿真实验 落球法测定液体的粘度
仿真实验 / 落球法测定液体的粘度一、实验目的（1）观察液体的粘滞现象；（2）用落球法测量不同温度下蓖麻油的粘度；（3）巩固使用基本测量仪器的技能；（4）了解PID温度控制的原理。
二、实验仪器变温黏度测量仪，ZKY-PID温控实验仪，停表，螺旋测微器，钢球若干，金属镊子。
三、实验原理1.落球法测定液体黏度原理一个在静止液体中下落的小球受到重力、浮力和黏滞阻力3个力的作用，如果小球的速度v很小，且液体可以看成在各方向上都是无限广阔的，则从流体力学的基本方程可以导出表示黏滞阻力的斯托克斯公式：（1）（1）式中d为小球直径。
由于黏滞阻力与小球速度v成正比，小球在下落很短一段距离后，所受外力达到平衡，小球将以匀速下落，此时有：（2）式中ρ为小球密度，ρ为液体密度。
由（2）式可解出黏度η的表达式：（3）本实验中，小球在直径为D的玻璃管中下落，液体在各方向无限广阔的条件不满足，此时黏滞阻力的表达式可加修正系数(1+2.4d/D)，而（3）式可修正为：（4）当小球的密度较大，直径不是太小，而液体的黏度值又较小时，小球在液体会达到较大的值，奥西思-果尔斯公式反映出了液体运动状态对中的平衡速度v斯托克斯公式的影响：（5）其中，Re称为雷诺数，是表征液体运动状态的无量纲参数。
（6）当Re小于0.1时，可认为（1）、（4）式成立。
当0.1<Re<1时，应考虑（5）式中1级修正项的影响，当Re大于1时，还须考虑高次修正项。
考虑（5）式中1级修正项的影响及玻璃管的影响后，黏度η1可表示为：（7）由于3Re/16是远小于1的数，将1/（1+3Re/16）按幂级数展开后近似为1－3Re/16，（7）式又可表示为：（8）已知或测量得到ρ、ρ、D、d、v等参数后，由（4）式计算黏度η，再由（6）式计算Re，若需计算Re的1级修正，则由（8）式计算经修正的黏度η1。
在国际单位制中，η的单位是Pa·s（帕斯卡·秒），在厘米，克，秒制中，η的单位是P（泊）或cP（厘泊），它们之间的换算关系是：1Pa·s=10P=1000cP （9）2.PID条件控制PID调节是自动控制系统中应用最为广泛的一种调节规律，自动控制系统的原理可用图1说明。
卡门涡街的Comsol仿真实验报告
课程名称：大学物理实验（二）实验名称：卡门涡街的Comsol仿真图3.1卡门涡街仿真图四、实验内容及步骤：4.1建模本实验的的建模与仿真可分为八步：1.模型向导2.参数定义3.几何建模4.材料设置5.层流设置6.划分网格7.研究求解8.结果分析操作步骤：1.模型向导1)打开COMSOL软件，在新建窗口中单击模型向导；2)在模型向导窗口中，单击二维；3)在选择物理场树中双击流体流动单相流层流；4)单击添加，然后单击下方的研究；5)在选择研究中选择一般研究瞬态；6)单击底部的完成；2.参数定义1)在左侧模型开发器窗口的全局定义节点下，单击参数1；2)在参数的设置窗口中，定位到参数栏；3)在表中输入以下设置：图4.1 设置示范图4)在左侧主屏幕工具栏中单击f(x)函数，选择全局阶跃；5)在阶跃的设置窗口中，定位到参数栏；6)在位置文本框中输入0.1；3.几何建模1)在上方的几何工具栏中单击矩形；图4.2 建模完成后图材料设置在模型开发器窗口的组件(comp1)节点下，右键单击材料并选择空材料；在材料的设置窗口中，定位到材料属性明细栏；图4.3 设置示范图图层流设置在模型开发器窗口的组件1(comp1)节点下，右键单击层流(spf)并选择入口；在入口的设置窗口中，边界选择栏里选择边界1（单击右侧图形窗口里矩形的左边界即可）在入口的设置窗口中，定位到速度栏，在U0文本框中输入图4.4 划分网格后的图形在模型开发器窗口的研究节点下，单击步骤1: 瞬态；图6.3升力系数随时间的变化由图5.1可知，升力系数的大小在前0.5s几乎为0，0.5s到3.5s升力系数大幅不断变大然后减小，同时升力系数的峰值和谷值的绝对值都在变大，而且峰值和谷值的绝对值近似相等，3.5s到5.0s力系数的峰值和谷值的绝对值缓慢增大，直到5.0s时都取到最大约0.89，此后5.0s到7.0s升力系数在峰值和谷值的绝对值的最大值之间波动。
作出曳力系数随时间变化图图6.4 曳力系数随时间的变化由图5.2可知，曳力系数在0.5s前就从0急剧变大至约3.1，随后在0.5s到3.5s缓慢且小幅减小再增大至约3.17，在3.5s到7.0s时，曳力系数仅在3.17之间微小波动。
大学物理仿真实验实验报告_分光计
大学物理仿真实验实验报告_分光计.大学物理仿真实验实验报告分光计土木21班2120702008崔天龙..验项目名称:分光计一、实验目的1(使学生深入了解分光计的构造和设计原理，学会调整分光计的正确方法;2(了解用最小偏向角法测棱镜材料折射率的基本原理;3(完成测量折射率实验，并正确分析实验误差。
二、实验原理1(分光计的结构分光计主要由三部分:望远镜，平行光管和主体(底座、度盘和载物台)组成。
附件有小灯泡、小灯泡的低压电源以及看度盘的放大镜。
望远镜的目镜叫做阿贝目镜，如图1所示。
2(分光计的调整原理和方法调整分光计，最后要达到下列要求:(1)平行光管发出平行光;(2)望远镜对平行光聚焦(即接收平行光);(3)望远镜、平行光管的光轴垂直仪器公共轴。
分光计调整的关键是调好望远镜，其他的调整可以以望远镜为标准。
在调整望远镜时，可以先将小灯泡的光引入分划板，当分划板的位置刚好在望远镜的焦平面上时，从载物台上放置的平面镜上反射回来的光正好落在分划板上形成一个清晰的十字象。
利用这个原理可以将望远镜调好(出射平行光以及使望远镜的主轴与仪器主轴垂直)，当望远镜调好后就可以利用望远镜调节平行光管，此时就可以进行光线的角度的测量了。
3(用最小偏向角法测三棱镜材料的折射率..如下图，一束单色光以角入射到AB面上，经棱镜两次折射后，从AC面射出来，出射角为。
入射光和出射光之间的夹角称为偏向角。
当棱镜顶角A一定时，偏向角的大小随入射角的变化而变化。
而当=时，为最小(证明略)。
这时的偏向角称为最小偏向角，记为。
由上图可以看出，这时设棱镜材料折射率为n，则故..由此可知，要求得棱镜材料的折射率n，必须测出其顶角A和最小偏向角。
三、实验仪器图 1 : 分光计仪器分光计是一种基本的光学测量仪器，能准确快捷地测量各种角度，该仪器配上棱镜、光栅等可用于光谱测量。
配上偏振片、波片等，可作为椭偏仪使用。
图 2 : 分光计分光计中心为载物台，外围为刻度盘和游标盘，双游标的作用是为了消除刻度盘和游标盘中心不重合造成的偏心误差。
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=0.9115mT1=57.55/30=1.918sT2=76.77/40=1.919sT3=96.00/50=1.920sT=(T1+T2+T3)/3=1.919s由得：g=(4**)*L/(T*T)=9.77m/s*s=9.80-9.77=0.03m/s*sE=/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。
大学物理实验教案(光电效应法测量普朗克常量(仿真实验))
大学物理实验教案
（2）补偿法
由于本实验仪器的特点，在测量各谱线的截止电压Ua 时，可不用难于操作的“拐点法”，而用“补偿法”。
补偿法是调节电压U AK 使电流为零后，保持U AK 不变，遮挡汞灯光源，此时测得的电流I 为电压接近遏止电压时的暗电流和本底电流。
重新让汞灯照射光电管，调节电压UAK 使电流值至I ，将此时对应的电压U AK 的绝对值作为截止电压Ua 。
此法可补偿暗电流和本底电流对测量结果的影响。
对于测量所得到的实验数据，可用以下三种方法来处理以得出ν-U 直线的斜率k ，来进一步得出普朗克常数h 。
（1）线性回归法
根据线性回归理论，ν-U 直线的斜率k 的最佳拟合值为
2
2a a
U U k νννν⋅-⋅=-，其中
表示频率的平均值, 表示频率ν的平方的平均值, 表示截止电压Ua 的平均值, 1
1n a i i i U U n νν=⋅=⋅∑表示频率ν与截止电压Ua 的乘积的平均值。
（2）逐差法
根据ai aj a i i j
U U U k ννν-∆==∆-，可用逐差法从数据中求出一个或多个k i ，将其平均值作为所求k 的数值。
（3）作图法
可用数据在坐标纸上作Ua-ν直线，由图求出直线斜率k 。
由以上三种方法求出直线斜率k 后，可用h=ek 求出普朗克常数，并与h 的公认值h 0比较求出百分偏差：00
h h h δ-=，式中电子电荷量1
1n i i n νν==∑221
1n i i n νν==∑1
1n
a ai i U U n。
物理仿真实验
物理仿真实验报告——液体表面张力系数的测定实验简介：液体表层指液体与气体、液体与固体以及不相混合的液体之间的界面。
液体表层分子有从液面挤入液体内部的倾向，这使得液体的表面自然收缩，就整个液面来说，如同拉紧的弹性薄膜，这种沿着表面，使液面收缩的力称为表面张力。
表面张力在船舶制造、水利学、化学化工、凝聚态物理中都能找到它的应用。
测量液体（例如水）的表面张力系数有多种方法，如最大泡压法、平板法（亦称拉普拉斯法）、毛细管法、焦利氏秤法、扭力天平法等。
这里只介绍焦利氏秤法。
本实验首先利用逐差法测量焦利氏秤弹簧的倔强系数，然后利用拉脱法测量液体的表面张力系数。
实验原理1、液体分子受力情况液体表面层中分子的受力情况与液体内部不同。
在液体内部，分子在各个方向上受力均匀，合力为零。
而在表面层中，由于液面上方气体分子数较少，使得表面层中的分子受到向上的引力小于向下的引力，合力不为零，这个合力垂直于液体表面并指向液体内部，如图1所示。
所以，表面层的分子有从液面挤入液体内部的倾向，从而使得液体的表面自然收缩，直到达到动态平衡(即表面层中分图1 液体分子受力示意图子挤入液体内部的速率与液体内部分子热运动而达到液面的速率相等)。
这时，就整个液面来说，如同拉紧的弹性薄膜。
这种沿着表面，使液面收缩的力称为表面张力。
想象在液面上划一条线，表面张力就表现为直线两侧的液体以一定的拉力相互作用。
这种张力垂直于该直线且与线的长度成正比，比例系数称为表面张力系数。
2、 矩形金属框架测量原理将一表面清洁的矩形金属薄片竖直浸入水中，使其底面水平并轻轻提起。
当金属片底面与水面相平，或略高于水面时，由于液体表面张力的作用，金属片的四周将带起一部分水，使水面弯曲，呈图2所示的形状。
这时，金属片在竖直方向上受到(1)金属片的重力mg ；(2)向上的拉力F ；(3)水表面对金属片的作用力——表面张力。
图2 金属框受力示意图其中为水面与金属片侧面的夹角，称为接触角。
2023年河北省衡水市中考物理仿真模拟试卷(二)(含解析)
2023年河北省衡水市中考物理仿真模拟试卷（二）一、单选题（本大题共11小题，共22.0分）1. 用分子的观点解释下列现象，正确的是( )A. 水结成冰——温度降低，分子停止运动B. 汽油挥发——分子体积变大C. 热胀冷缩——分子的大小随温度的改变而改变D. 轮胎充气——分子间有间隔2. 人们在生活和生产中为了防止发生事故，常需要采取一些安全措施。
下列对安全措施的解释错误的是( )A. 乘客乘车时需要系好安全带，是为了减小汽车行驶中人的惯性B. 油罐车的下面拖着一条铁链，可以避免静电放电带来的危害C. 冬天用煤炉生火取暖需要通风，是为了防止煤气中毒D. 加油站、面粉厂等地严禁烟火，是为了防止发生爆炸3. 分类是认识和研究问题的重要方法。
下列分类正确的是( )A. 导体：铅笔芯、铜、橡胶B. 非晶体：食盐、松香、沥青C. 单质：金刚石、石墨、煤D. 混合物：医用酒精、空气、碘酒4. 下列探究实例中，运用了控制变量法的是( )A. 探究杠杆平衡的原理B. 研究电流大小时，根据电流产生的热效应大小来判断电流的大小C. 探究铁生锈的条件D. 探究酸碱是否发生反应5. 逻辑推理是学习的常用思维方法，下列推理正确的是( )A. 平衡力大小相等、方向相反，则大小相等、方向相反的两个力一定是平衡力B. 酸溶液pH<7，但pH<7的溶液不一定是酸溶液C. 有机物中都含有碳元素，则含有碳元素的化合物一定是有机物D. 钢铁制成的轮船可以漂浮在海面上，则钢铁的密度一定小于海水的密度6. 下列对如图所示内容的解释错误的是( )A. 甲：微小压强计是连通器B. 乙：紫色小花喷水的部分变红，未喷水的部分不变色，说明CO2能与水反应C. 丙：为了验证“导体电阻跟长度是否有关”，应选用的导体是b、cD. 丁：通入氧气后水中的白磷燃烧，说明燃烧需要氧气7. 下列数据中，符合实际的是( )A. 一支全新2B铅笔的长度约为18dmB. 一个篮球的质量约为500gC. 我国高速公路的最高限速为120m/sD. 按照国家规定，夏天公共建筑内的空调温度应控制在10℃左右8. 下列关于声和电磁波的说法正确的是( )A. 物体振动越快，发出声音的响度越大B. 地震、火山喷发等自然灾害会伴有超声波的产生C. 在主干道旁设置噪声监测设备或隔音板，都是为了减弱噪音D. 倒车雷达与军事雷达传播的媒介是不同的9. 下列有关物态变化的说法正确的是( )A. 昆虫身上露珠的形成是液化现象，会吸热B. 夏天从冰箱中取出的冰块“冒白气”，是汽化现象，会放热C. 冬天窗户玻璃上出现的冰花是凝华现象，会放热D. 植物上雾凇的形成是凝固现象，会吸热10. “注意安全，珍爱生命”是同学们必备的意识，下列有关家庭用电的说法正确的是( )A. 电灯的开关应接在零线与电灯之间B. 在停电期间检修电器，不需要断开总开关C. 只有大功率的用电器才需要使用三孔插座D. 使用试电笔时，手要接触笔尾金属体11. 在“探究凸透镜成像规律”的实验中，光具座上各元件位置如图所示，此时在光屏上恰好成一个清晰的像，下列说法正确的是( )A. 幻灯机应用了这一成像规律B. 若只升高凸透镜，光屏上的像会向上移动C. 若凸透镜不动，光屏与蜡烛对调，光屏上不能承接到清晰的像D. 贴近凸透镜左侧放一老花镜，要想再次得到烛焰清晰的像，需向右移动光屏二、多选题（本大题共3小题，共9.0分）12. 下列说法正确的是( )A. 物体受到力的作用时，运动状态不一定发生变化B. 高速行驶的汽车不容易停下来，说明速度越大惯性越大C. 人用力推放在水平地面上的木箱，没推动，说明推力小于箱子受到的阻力D. 人造卫星绕地球沿椭圆轨道从远地点向近地点运动的过程中，势能转化为动能13. 下列有关电与磁的说法不正确的是( )A. 导体在磁场中做切割磁感线运动，不一定产生感应电流B. 电磁铁的磁性强弱只与电流大小有关C. 小磁针静止时N极所指的方向与该点的磁场方向相同D. 动圈式话筒的工作原理是磁场对电流有力的作用，工作时将电能转化成机械能14.如图所示的电路中，电源电压保持不变，a是电流表或电压表，R1和R2为定值电阻，R3为滑动变阻器，R1的阻值大于滑动变阻器的最大阻值。
大学物理仿真实验报告-利用单摆测量重力加速度(2)
西安交通大学
大学物理仿真实验
实验报告
利用单摆测量重力加速度
实验简介
单摆实验是个经典实验，许多著名的物理学家都对单摆实验进行过细致的研究。
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。
实验原理
单摆的结构参考图1单摆仪,一级近似的周期公式为
T=2π√l
g
由此通过测量周期摆长求重力加速度。
实验仪器
单摆仪，摆幅测量标尺，钢球，游标卡尺，秒表，刻度尺实验过程及原始记录
测量内容及数据处理
T=1.825s
L=91.50cm
g=4π2L−D2⁄
T2
=4π2
(91.50−1.7462⁄)
1.8252
=10.74m s2
⁄
E g=
△D2⁄
L−D2⁄
=
0.022⁄
91.50−1.7462⁄
=0.11%△g=gE g=0.012m s2
⁄
所以实验结果：
g=10.74±0.012m/s2
误差分析
1.游标卡尺，直尺等读书误差；
2.钢球摆过平衡位置时未能及时计时；
总结反思
实验结果与实际结果存在一定偏差，实验过程检查无误，原理清晰，以后做类似实验需要设计更为精确的实验方案。
大学物理仿真实验报告
扫描隧道显微镜（STM）一．实验目的1.学习和了解扫描隧道显微镜的原理和结构；2.观测和验证量子力学中的隧道效应；3.学习扫描隧道显微镜的操作和调试过程，并以之来观测样品的表面形貌；4.学习用计算机软件处理原始图象数据。
二．实验原理（一）隧道电流扫描隧道显微镜(Scanning Tunneling Microscope)的工作原理是基于量子力学中的隧道效应。
对于经典物理学来说，当一个粒子的动能E低于前方势垒的高度V0时，它不可能越过此势垒，即透射系数等于零，粒子将完全被弹回。
而按照量子力学的计算，在一般情况下，其透射系数不等于零，也就是说，粒子可以穿过比它能量更高的势垒(如图1)这个现象称为隧道效应。
隧道效应是由于粒子的波动性而引起的，只有在一定的条件下，隧道效应才会显著。
经计算，透射系数T为：由式(1)可见，T与势垒宽度a，能量差(V0-E)以及粒子的质量m有着很敏感的关系。
随着势垒厚(宽)度a的增加，T将指数衰减，因此在一般的宏观实验中，很难观察到粒子隧穿势垒的现象。
扫描隧道显微镜的基本原理是将原子线度的极细探针和被研究物质的表面作为两个电极，当样品与针尖的距离非常接近(通常小于1nm) 时，在外加电场的作用下，电子会穿过两个电极之间的势垒流向另一电极。
隧道电流I是电子波函数重叠的量度，与针尖和样品之间距离S以及平均功函数Φ有关：式中Vb是加在针尖和样品之间的偏置电压，平均功函数Φ1和Φ2分别为针尖和样品的功函数，A为常数，在真空条件下约等于1。
隧道探针一般采用直径小于1mm的细金属丝，如钨丝、铂-铱丝等，被观测样品应具有一定的导电性才可以产生隧道电流。
（二）扫描隧道显微镜的工作原理由式(2)可知，隧道电流强度对针尖和样品之间的距离有着指数依赖关系，当距离减小0.1nm，隧道电流即增加约一个数量级。
因此，根据隧道电流的变化，我们可以得到样品表面微小的高低起伏变化的信息，如果同时对x-y方向进行扫描，就可以直接得到三维的样品表面形貌图，这就是扫描隧道显微镜的工作原理。
大学物理仿真实验报告
大
学
物
理
仿
真
实
验
报
告
实验名称：气垫上的直线运动
一．实验目的：
利用气垫技术精确的测定物体的平均速度、瞬时速度、加速度以及当地的重力加速度，通过物体沿斜面自由下滑运动来研究匀变速运动的规律和验证牛顿第二定律。
二．实验原理：
三．实验仪器：
气垫导轨装置（主要由气轨、气源、滑块、挡光片、光电门、游标卡尺、米尺和光电计时装置等组成）
四．实验步骤：
五．实验结果：1.实验过程效果图：
2.匀变速运动中速度与加速度的测量
3.验证牛顿第二定律
六．思考题：
1-用平均速度V代替瞬时速度V对本实验中的影响如何？答：会使测得结果偏小影响实验精度。
物理仿真实验
学号：08022020班级：材料硕81姓名：龙骏物理仿真实验报告实验名称：刚体转动惯量的测量实验目的：1．用实验方法验证刚体转动定律，并求其转动惯量；2．观察刚体的转动惯量与质量分布的关系；3．学习作图的曲线改直法，并由作图法处理实验数据。
实验原理1．刚体的转动定律具有确定转轴的刚体，在外力矩的作用下，将获得角加速度β，其值外力矩成正比，与刚体的转动惯量成反比，即有刚体的转动定律：M = Iβ (1)利用转动定律，通过实验的方法，可求得难以用计算方法得到的转动惯量。
2．应用转动定律求转动惯量如图所示，待测刚体由塔轮，伸杆及杆上的配重物组成。
刚体将在砝码的拖动下绕竖直轴转动。
设细线不可伸长，砝码受到重力和细线的张力作用，从静止开始以加速度a下落，其运动方程为mg – t=ma，在t时间内下落的高度为h=at2/2。
刚体受到张力的力矩为Tr 和轴摩擦力力矩Mf。
由转动定律可得到刚体的转动运动方程：Tr- Mf=Iβ。
绳与塔轮间无相对滑动时有a = rβ，上述四个方程得到：m(g - a)r - Mf= 2hI/rt2 (2)Mf与张力矩相比可以忽略，砝码质量m比刚体的质量小的多时有a<<g，所以可得到近似表达式：mgr = 2hI/ rt2 (3)式中r、h、t可直接测量到，m是试验中任意选定的。
因此可根据（3）用实验的方法求得转动惯量I。
3．验证转动定律，求转动惯量从（3）出发，考虑用以下两种方法：A．作m –1/t2图法：伸杆上配重物位置不变，即选定一个刚体，取固定力臂r 和砝码下落高度h，（3）式变为：M = K1/ t2 (4)式中K1= 2hI/ gr2为常量。
上式表明：所用砝码的质量与下落时间t的平方成反比。
实验中选用一系列的砝码质量，可测得一组m与1/t2的数据，将其在直角坐标系上作图，应是直线。
即若所作的图是直线，便验证了转动定律。
从m – 1/t2图中测得斜率K1，并用已知的h、r、g值，由K1= 2hI/ gr2求得刚体的I。
【大学物理实验(含 数据+思考题)】仿真实验 超声波及其应用实验报告
仿真实验 / 超声波及其应用实验一、实验目的（1）了解超声波产生和接收方法；（2）认识超声脉冲波及其特点；（3）测量超声波在固体材料中的传播速度和波长；（4）通过实验了解超声波探伤的基本原理。
二、实验仪器超声波仪器、数字示波器、铝块、探头、耦合剂瓶子三、实验原理1.超声波超声波是频率在2X104Hz～1012Hz的声波。
超声波的波长比一般声波要短，具有较好的各向异性而且能透过不透明物质，这一特性已被用于超声波探伤和超声成像技术。
利用超声的机械作用、空化作用，可进行超声焊接、钻孔、固体的粉碎、去锅垢、清洗、灭菌等。
2.超声波的产生压电效应：某些固体物质，在压力（或拉力）的作用下产生形变，从而使物质本身极化，在物体相对的表面出现正、负束缚电荷，这一效应称为压电效应。
逆压电效应：当一个晶体受电场作用时，其正负离子向相反的方向移动，于是产生了晶体的变形，这一效应是逆压电效应。
,)，其具有压电效压电陶瓷：具有自发极化现象的晶体，如钛酸钡（BaTiCO3应和逆压电效应，叫压电陶瓷。
压电晶片：压电陶瓷被加工成平面状，并在正反两面分别镀上银层作为电极，其被称为压电晶片。
当给压电晶片两极施加一个电压短脉冲时，晶片将发生弹性形变而产生弹性振荡，适当选择晶片的厚度可以得到超声波。
在晶片的振动过程中，由于能量的减少，其振幅也逐渐减小，因此它发射出的是一个超声波波包，通常称为脉冲波。
3.超声波的传播和接收超声波在材料内部传播时，与被检对象相互作用发生散射，散射波被同一压电换能器接收，由于正压效应，振荡的晶片在两极产生振荡的电压，电压被放大后可以用示波器显示。
4.直探头延迟和试块纵波声速、频率及波长的测量(1）超声波有多种波型：纵波波型／横波波型和表面波波型。
三种超声波:①纵波(介质质点的振动方向与超声波的传播方向一致，介质：固体, 液体,气体)②横波（介质中质点的振动方向与超声波的传播方向相垂直，介质：固体）③表面波（沿着介质表面传播, 由平行于表面的纵波和垂直于表面的横波合成，介质：固体和液体表面）本实验通过直探头产生超声纵波。
物理仿真实验2—真空实验
一、实验简介 在真空实用技术中，真空的获得和测量是两个最重要的方面。 目前常用的真空获得设备主要有旋片式机械真空泵、油扩散泵、 涡轮分子泵、低温泵等；真空测量仪器主要有U型真空计、热传 导真空计、电离真空计等。 二、实验原理 1、真空的基本概念 (1)真空：低于一个大气压的气体状态。 自然真空：气压随海拔高度增加而减小，存在于宇宙空间。 人为真空：用真空泵抽掉容器中的气体。
*(2)高频电火花真空测定仪（自学）
5
*(3) 定容法测机械泵的有效抽速 设被抽容器的容积为V, 气体压强为p, 容器内的气体总量为pV。 令机械泵的有效抽速s, 则dt时间抽出的气体量等于气体总量的减 少，即 psdt Vdp 式中V是恒量，故有
dln p s V dt
由s的表达式可看出，随着气压p的降低，有效抽速s也越来越小， 达到极限压强时，即p不再变化时，有效抽速s为0。
2
2、真空的获得—真空泵 原理：如图所示，当泵工作后，形 成压差，p1 >p2，实现了抽气。
真空泵的分类
气体传输泵是一种能将气体不断地吸入并排出泵外以达到抽气 目的的真空泵，例如旋片机械泵、油扩散泵、涡轮分子泵。 气体捕集泵是一种使气体分子短期或永久吸附、凝结在泵内表 面的真空泵，例如分子筛吸附泵、钛升华泵、溅射离子泵、低 温泵和吸气剂泵。 自学真空泵的主要参数
1
(2)真空量度单位
1标准大气压=760mmHg=760Torr 1标准大气压=1.013×105 Pa 1Torr=133.3Pa (3)真空区域的划分 目前尚无统一规定，常见的划分为： 粗真空 低真空 高真空 超高真空 极高真空 105—103 Pa 103—10-1 Pa 10-1—10-6 Pa 10-6—10-10 Pa <10-10 Pa
大学物理仿真实验
大学物理仿真实验大学物理仿真实验大学物理仿真实验钢丝杨氏模量测定姓名：学号：学院：班级：实验日期：年月日一、实验名称：钢丝杨氏模量测定二、实验目的：1．测量钢丝杨氏模量；2．掌握利用光杠杆测定微小形变的方法；3．采用逐差法和作图法得出测量结果，掌握这两种数据处理的方法。
三、实验仪器：支架和金属钢丝，光杠杆，镜尺组四、实验原理：在胡克定律成立的范围内，应力和应变之比是一个常数，即E=(F/S)/(△L/L)=FL/S△L（1）E被称为材料的杨氏模量，它是表征材料性质的一个物理量，仅与材料的结构、化学成分及其加工制造方法有关。
某种材料发生一定应变所需要的力大，该材料的杨氏模量也就大。
杨氏模量的大小标志了材料的刚性。
通过式（1），在样品截面积S上的作用应力为F，测量引起的相对伸长量ΔL/L，即可计算出材料的杨氏模量E。
因一般伸长量ΔL很小，故常采用光学放大法，将其放大，如用光杠杆测量ΔL。
光杠杆是一个带有可旋转的平面镜的支架，平面镜的镜面与三个足尖决定的平面垂直，其后足即杠杆的支脚与被测物接触。
当杠杆支脚随被测物上升或下降微小距离ΔL时，镜面法线转过一个θ角，而入射到望远镜的光线转过2θ角。
当θ很小时，≈tan?=△L/l（2）式中l为支脚尖到刀口的垂直距离（也叫光杠杆的臂长）。
根据光的反射定律，反射角和入射角相等，故当镜面转动θ角时，反射光线转动2θ角tan2?≈2?=b/D（3）式中D为镜面到标尺的距离，b为从望远镜中观察到的标尺移动的距离。
从（2）和（3）两式得到△L/l=b/(2D)（4）由此得△L=bl/(2D)（5）合并（1）和（4）两式得E=2DLF/(Slb)（6）式中2D/l叫做光杠杆的放大倍数。
只要测量出L、D、l和d（S=Πdd/4）及一系列的F与b之后，就可以由式（5）确定金属丝的杨氏模量E。
五、实验内容1．调节仪器（1）调节放置光杠杆的平台F与望远镜的相对位置，使光杠杆镜面法线与望远镜轴线大体重合。
大学物理仿真实验
虚拟仿真系统实验虚拟实验技术起源于20世纪末，是依托“虚拟现实”（Virtual Reality，英文缩写VR）技术而产生和发展的一种实验模式。
国内外一些远程教育机构曾采用过各种方法来解决实验的近距离性与教学手段的远距离性的矛盾。
在当时使用的各种方法中，有的仅适合少数简单实验，有的由于与理论教学不相衔接而导致效果不佳。
直至20世纪90年代，计算机硬件和虚拟实验技术的迅速发展才给远程实验教学带来了希望。
虚拟实验技术是利用软件和硬件的结合，取代传统的常规实验仪器设备，在计算机或计算机网络上进行模拟、仿真各种实验的技术。
利用现代计算机和高速网络，物理实验可以实现虚拟化和远程化，从根本上解决现有的实验教学与远程教育模式不相适应的状况。
本实验主要介绍由中国科技大学开发的《大学物理仿真实验2.0》系统的使用。
[实验目的]1. 掌握大学物理仿真实验系统的操作和使用；2. 了解大学物理分布式远程虚拟仿真实验教学系统所能实现的功能；3. 在大学物理仿真实验系统中进行仿真实验。
[实验仪器]1.计算机；2. 大学物理仿真实验系统。
[实验原理]虚拟实验系统由计算机（或计算机网络）、实验设备模块和实验软件三部分组成。
为了能够保证实验软件的运行速度，运行虚拟实验系统的计算机对cpu处理器和内存有一定的要求。
当在本地计算机上进行实验时，还要求配备有外部存储设备，例如硬盘等。
实验设备模块的功能主要靠软件来实现。
通过编写程序，可以在计算机上实现多种仪器，例如示波器、信号发生器、数字万用表等，或是直接显示信号的强度、频率、波形等性质，并利用鼠标键盘等输入设备对仪器进行操作和调节。
计算机上软件形式的虚拟设备具有很大的灵活性，实验者可以根据自己的需要进行设计、定义和扩充，使得这些虚拟设备更符合实际测量精度需要。
利用各种虚拟仿真实验软件，不但能很好的完成传统实验室的工作，还可以实现一些在传统实验室中无法完成的事情。
实验仿真软件是一个实验平台，它可以把要研究的对象用多媒体手段表现出来。
物理仿真实验
物理仿真实验报告——液体表面张力系数的测定实验简介：液体表层指液体与气体、液体与固体以及不相混合的液体之间的界面。
液体表层分子有从液面挤入液体内部的倾向，这使得液体的表面自然收缩，就整个液面来说，如同拉紧的弹性薄膜，这种沿着表面，使液面收缩的力称为表面张力。
表面张力在船舶制造、水利学、化学化工、凝聚态物理中都能找到它的应用。
测量液体（例如水）的表面张力系数有多种方法，如最大泡压法、平板法（亦称拉普拉斯法）、毛细管法、焦利氏秤法、扭力天平法等。
这里只介绍焦利氏秤法。
本实验首先利用逐差法测量焦利氏秤弹簧的倔强系数，然后利用拉脱法测量液体的表面张力系数。
实验原理1、液体分子受力情况液体表面层中分子的受力情况与液体内部不同。
在液体内部，分子在各个方向上受力均匀，合力为零。
而在表面层中，由于液面上方气体分子数较少，使得表面层中的分子受到向上的引力小于向下的引力，合力不为零，这个合力垂直于液体表面并指向液体内部，如图 1 所示。
所以，表面层的分子有从液面挤入液体内部的倾向，从而使得液体的表面自然收缩，直到达到动态平衡( 即表面层中分图 1 液体分子受力示意图子挤入液体内部的速率与液体内部分子热运动而达到液面的速率相等) 。
这时，就整个液面来说，如同拉紧的弹性薄膜。
这种沿着表面，使液面收缩的力称为表面张力。
想象在液面上划一条线，表面张力就表现为直线两侧的液体以一定的拉力相互作用。
这种张力垂直于该直线且与线的长度成正比， 比例系数称为表面张力系数。
2、矩形金属框架测量原理将一表面清洁的矩形金属薄片竖直浸入水中， 使其底面水平并轻轻提起。
当金属片底面与水面相平， 或略高于水面时， 由于液体表面张力的作用， 金属片的四周将带起一部分水，使水面弯曲，呈图 2 所示的形状。
这时，金属片在竖直方向上受到 (1) 金属片的重力 mg ；(2) 向上的拉力 F ；(3) 水表面对金属片的作用力——表面张力f cos。
图 2 金属框受力示意图其中 为水面与金属片侧面的夹角，称为接触角。
大学物理仿真实验——霍尔效应
仿真实验（霍尔效应）------霍尔效应1目的：（1）霍尔效应原理及霍尔元件有关参数的含义和作用（2）测绘霍尔元件的V H —Is ，V H —I M 曲线，了解霍尔电势差V H 与霍尔元件工作电流Is ，磁场应强度B 及励磁电流I M 之间的关系。
（3）学习利用霍尔效应测量磁感应强度B 及磁场分布。
（4）学习用“对称交换测量法”消除负效应产生的系统误差。
2简单的实验报告 数据分析（1）实验原理霍尔效应从本质上讲，是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力的作用而引起的偏转。
当带电粒子（电子或空穴）被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场的方向上产生正负电荷在不同侧的聚积，从而形成附加的横向电场。
如下图(1)所示，磁场B 位于Z 的正向，与之垂直的半导体薄片上沿X 正向通以电流Is （称为工作电流），假设载流子为电子（N 型半导体材料），它沿着与电流Is 相反的X 负向运动。
由于洛仑兹力f L 作用，电子即向图中虚线箭头所指的位于y 轴负方向的B 侧偏转，并使B 侧形成电子积累，而相对的A 侧形成正电荷积累。
与此同时运动的电子还受到由于两种积累的异种电荷形成的反向电场力 f E 的作用。
随着电荷积累的增加，f E 增大，当两力大小相等（方向相反）时， f L =－f E ，则电子积累便达到动态平衡。
这时在A 、B 两端面之间建立的电场称为霍尔电场E H ，相应的电势差称为霍尔电势V H 。
设电子按平均速度V ，向图示的X 负方向运动，在磁场B 作用下，所受洛仑兹力为：f L =－e V B式中：e 为电子电量，V 为电子漂移平均速度，B 为磁感应强度。
同时，电场作用于电子的力为： f E H H eV eE -=-=l图(1) 霍尔效应原理式中：E H 为霍尔电场强度，V H 为霍尔电势，l 为霍尔元件宽度当达到动态平衡时:f L =－fE V B=V H /l (1)设霍尔元件宽度为l ，厚度为d ，载流子浓度为 n ，则霍尔元件的工作电流为ld V ne Is =(2)由(1)、(2)两式可得：d IsB R d IsB ne l E V H H H ===1(3) 即霍尔电压V H (A 、B 间电压)与Is 、B 的乘积成正比，与霍尔元件的厚度成反比，比例系数)/(1ne R H =称为霍尔系数，它是反映材料霍尔效应强弱的重要参数，只要测出H V （伏），以及s I （安），B （高斯）和d （厘米）可按下式计算H R （厘米3/库仑）。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
物理仿真实验
姓名：索玉昌
班级：信息54
学号：2150508187
实验名称：不良导体热导率的测量
一、实验目的
1、学会用稳态平板法测定不良导体的导热系数；
2、学会用作图法求出冷却速率。
二、仪器用具及使用方法
仪器：自耦调压器,数字电压表,杜瓦瓶,游标卡尺,电子秒表。
使用方法：
（1）开始实验后，从实验仪器栏将橡胶盘、电子秒表和游标卡尺拖至实验台上。
（2）测量铜盘、橡胶盘的直径及厚度并记录到实验表格中。
（3）将橡胶盘拖至主仪器的支架上
(4) 连接好线路，调节自耦调压器，开始加热。
(5) 移走橡胶盘，加热铜盘A、C。
(6) 移走上铜盘，让下铜盘独立散热。
(7) 记录数据。
三、测量内容及数据处理
测量铜盘直径（单位：mm）
测量铜盘厚度（单位：mm）
测量橡胶盘直径（单位：mm）
测量橡胶盘厚度（单位：mm）
厚度
7.86 7.86 7.86 7.86
A 盘加热到平衡温度时的温差电动势的绝对值: 3.25mv C 盘加热到平衡温度时的温差电动势的绝对值： 2.35mv
C 盘降温过程中不同时刻温度对应的温差电动势（每隔30s 记录一次）： 测量次数
1 2 3 4 5 6 电压(mv) 2.77 2.72 2.68 2.63 2.59 2.54 7 8 9 10 11 12 13 2.49
2.45
2.41
2.36
2.32
2.28
2.24
由逐差法可得
散热盘散热速率测定：0.0015（mv/s ） 由导热系数的公式：
λ=0.151)(k m w
（3）
由题意可知，
0357.0=⨯=dt
dmv dmv dT dt dT 。
（4）由逐差法求得的
dt
dT
与线性拟合出的数据均为0.0357， 误差为0%，故橡胶盘的热导系数为0.151)(k m w
⋅ 四、小结
结论：橡胶盘的热导系数为0.151)(k m w
⋅，dt
dT
=0.0357，冷却速
率误差为0。
误差分析：（1）仪器误差使得测量不精确 （2）游标卡尺读数误差
建议：用更精确的仪器或者等仪器稳定后读数，多次测量取平均
值。
五、思考题
1 试分析实验中产生误差的主要因素以及实验中是如何减小误差的？
误差分析：（1）仪器误差使得测量不精确
（2）游标卡尺读数误差
建议：用更精确的仪器或者等仪器稳定后读数，多次测量取平均值。
2. 傅里叶定律dQ（传热速率）是不易测准的量。
本实验如何巧妙地避开了这一难题？
答：本实验中利用了稳态下铜板散热量与待测板传热量相等这一条件，将测不良导体传热速率的问题转化为了测良导体散热速率的问题，而对于铜板这一良导体，其质量与比热是可知的，故测热量的变化又可转化为测量铜板温度的变化，又根据温差产生电压，并且电压大小同温差成正比，从而只需测量一些简单的量即可得出不良导体的传热速率。