大学物理学实验指导书 (3)

大学物理学实验指导书大学物理实验力学部分实验一长度与体积的测量实验类型：验证实验类别：专业主干课实验学时：2所属课程：大学物理所涉及的课程和知识点：误差原理有效数字一、实验目的通过本实验的学习，使学生掌握测长度的几种常用仪器的使用，并会正确读数。

练习作好记录和误差计算。

二、实验要求（1）分别用游标卡尺、螺旋测微计测金属圆筒、小钢球的内外径及高度，并求体积。

（2）练习多次等精度测量误差的处理方法。

三、实验仪器设备及材料游标卡尺，螺旋测微计，金属圆柱体，小钢球，铜丝四、实验方案1、用游标卡尺测量并计算所给样品的体积。

2、分别用千分尺和读数显微镜测量所给金属丝的直径。

数据处理注意：有效数字的读取和运用，自拟表格，按有关规则进行数据处理。

描述实验过程（步骤）以及安全注意事项等,设计性实验由学生自行设计实验方案。

五、考核形式实际操作过程实验报告六、实验报告实验原理，实验步骤，实验数据处理，误差分析和处理。

对实验中的特殊现象、实验操作的成败、实验的关键点等内容进行整理、解释、分析总结，回答思考题，提出实验结论或提出自己的看法等。

七、思考题1、游标卡尺测量长度时如何读数？游标本身有没有估读数？2、千分尺以毫米为单位可估读到哪一位？初读数的正负如何判断？待测长度如何确定？实验二单摆实验类型：设计实验类别：专业主干课实验学时：2所属课程：大学物理所涉及的课程和知识点：力学单摆周期公式一、实验目的通过本实验的学习，使学生掌握使用停表和米尺，测准单摆的周期和摆长。

利用单摆周期公式求当地的重力加速度二、实验要求（1）测摆长为1m时的周期求g值。

（2）改变摆长，每次减少10cm，测相应周期T，作T—L图，验证单摆周期公式。

三、实验仪器设备及材料单摆、米尺、游标卡尺、停表。

四、实验方案利用试验台上所给的设备及材料，自己制作一个单摆，然后设计实验步骤测出单摆的周期，再根据单摆的周期公式计算当地的重力加速速。

改变摆长，讨论对实验结果的影响并分析误差产生的原因五、考核形式实际操作过程实验报告六、实验报告实验原理，实验步骤，实验数据处理，误差分析和处理。

对实验中的特殊现象、实验操作的成败、实验的关键点等内容进行整理、解释、分析总结，回答思考题，提出实验结论或提出自己的看法等。

七、思考题1、为什么测量周期不宜直接测量摆球往返一次摆动的周期？试从误差分析来说明。

2、在室内天棚上挂一单摆，摆长很长，你设法用简单的工具测出摆长？不许直接测量摆长。

实验三牛顿第二定律的验证实验类型：验证实验类别：专业主干课实验学时：2所属课程：大学物理所涉及的课程和知识点：力学牛顿第二定律摩擦一、实验目的通过本实验的学习，使学生掌握气垫导轨的使用，使学生通过在气垫导轨上验证牛顿第二定律，更深刻的理解牛顿第二定律的物理本质。

二、实验要求验证当m一定时，a∝F,当F一定时，a∝1／m。

三、实验仪器设备及材料气垫导轨，数字毫秒计，光电门，气源四、实验方案1、调整气垫导轨水平。

在导轨的端部小心安装好滑轮，使其转动自如，细心调整好导轨的水平。

调整气垫导轨水平是实验前的重要准备工作，要细致耐心地反复调整，可按下列两种方法中的任一种方法调整：（1）静态调平法：导轨接通气源，滑行器置在导轨某处，用手轻轻地把滑行器压在导轨上，再轻轻地放开，观察滑行器的运动状态，连续做几次。

如果滑行器在导轨上静止不动，或稍有左右移动，则导轨是水平的；如滑行器都向同一方向运动，表明导轨不平。

仔细、认真调节水平螺钉，直到滑行器在导轨任意位置上基本保持静止不动，或稍有左右移动。

一般要在导轨上选取几个位置做这样的调节。

（2）动态调平法：将气轨与记时器配合进行调平，仪器接通电源，仪器功能选择在“S2”挡上，两个光电门间距不小于30cm 卡装在导轨上，导轨两端装上弹射器，滑行器装上挡光片（如1cm 一种），给气轨通气让滑行器以一定的速度从导轨的左端向右端滑行，先后通过两个光电门G1和G2，记时器就分别记下挡光片通过两个光电门的时间1t ∆和2t ∆。

若1t ∆>2t ∆ ，滑行器通过G2的光电门时间短，表明滑行器运动速度加快，导轨左高右低；若1t ∆<2t ∆ ，表明滑行器做减速运动，导轨左低右高。

仔细、认真调节水平螺钉，1t ∆ 与2t ∆ 的时间差值尽量小，时间相差在1毫秒内就可视为导轨基本调平。

2 、在滑行器上装上1cm 的挡光片，对应滑轮一端装上座架，将拴在砝码桶上的细线跨过滑轮并通过堵板上的方孔挂在滑行器的座架上。

3、将起始挡板固定在导轨适当位置上，并将两个光电门置于导轨的相应的位置上（如80cm 和130cm 处），注意当砝码桶着地前，滑行器要能通过靠近滑轮一侧的光电门。

4、记时器的功能选择在“a ”挡，将改变m1所需砝码预先置于滑行器上，在砝码桶内加上一定质量的砝码，导轨通气，让滑行器从起始挡板处开始运动，通过两个光电门，记时器会自动测出时间，计算出加速度a 。

5、逐次从滑行器上取下相等质量的砝码放入砝码桶内，重复步骤4，直到砝码全部移到桶内为止。

6、用天平准确称出滑行器的质量m2、砝码桶和砝码的质量m1。

7、利用测得数据做出a ～F 图象，若为直线，则F 和a 正比关系成立。

五、考核形式 实际操作过程 实验报告 六、实验报告实验原理，实验步骤，实验数据处理，误差分析和处理。

对实验中的特殊现象、实验操作的成败、实验的关键点等内容进行整理、解释、分析总结，回答思考题，提出实验结论或提出自己的看法等。

七、思考题1、实验中滑行器是否都要从同一位置开始释放，位置不同对实验结果有何影响2、气垫导轨如果没有调平衡或空气层厚度过小或过大，对实验结果有何影响3、减小摩擦还有那些其它方法热学部分实验一 混合法测定固体比热容实验类型：验证型 实验类别：基础课 实验学时：3 所属课程：大学物理一、实验目的1、掌握基本的量热方法——混合法。

2、测定金属的比热容。

二、实验要求1、学会量热器的使用方法。

2、进一步熟悉物理天平、温度计等的使用。

3、掌握混合法测定固体比热容的原理。

4、学会对系统误差的修正方法——热量出入相互补偿法。

温度不同的物体混合之后，热量将由高温物体传给低温物体。

如果在混合过程中和外界没有热交换，最后将达到均匀稳定的平衡温度，在这过程中，高温物体放出的热量等于低温物体所吸收的热量，此称为热平衡原理。

本实验即根据热平衡原理用混合法测定固体的比热。

将质量为m 、温度为t 2的金属块投入量热器内筒的水中。

设量热器质量为m 1,比热容为c 1(包括搅拌器)，量热器内筒中水的质量为m 0，比热容为c 0，待测物投入水中之前的水温为t 1。

在待测物投入水中以后，其混合温度为θ，则在不计量热器与外界的热交换的情况下，将存在下列关系))(9.1()(111002t V c m c m t mc -++=-θθ （1-1） 即 )())(9.1(211100θθ--++=t m t V c m c m c （1-2）)(9.11-︒⋅C J V 为温度计插入水中部分的热容，但V 的单位为cm 3。

上述讨论是在假定量热器与外界没有热交换时的结论。

实际上只要由温度差异就必然会由热交换存在，因此，必须考虑如何防止或进行修正热散失的影响。

热散失的途径主要有三：第一是加热后的物体在投入量热器水中之前散失的热量，这部分热量不易修正，应尽量缩短投放时间。

第二是在投下待测物后，在混合过程中量热器由外部吸热和高于室温后向外散失的热量。

在本实验中由于测量的是导热良好的金属，从投下物体到达混合温度所需时间较短，可以采用热量出入相互抵消的方法，消除散热的影响。

即控制量热器的初温1t ，使1t 低于环境温度0t ，混合后的末温θ则高于0t ，并使)(10t t -=)(0t -θ。

第三要注意量热器外部不要有水附着(可用干布擦干净)，以免由于水的蒸发损失较多的热量。

由于混合过程中量热器与环境有热交换，先是吸热，后是放热，至使由温度计读出的初温1t 和混合温度θ都与无热交换时的初温度和混合温度不同。

因此，必须对1t 和θ进行校正。

可用图解法进行，如图1-1所示。

实验时，从投物前5，6分钟开始测水温，每30s 测一次，记下投物的时刻与温度，记下达到室温0t 的时刻0t τ作一竖直线MN ，过0t 作一水平线，二者交于O 点。

然后描出投物前的吸热线AB ，与MN 交于B 点，混合后的放热线CD 与MN 交于C 点。

混合过程中的温升线EF ，分别与AB 、CD 交于E 和F 。

因水温达室温前，量热器一直在吸热，故混合过程的初温应是与B 点对应的1t ，此值高于投物时记下的温度。

同理，水温高于室温后，量热器向环境散热，故混合后的最高温度是C 点对应的温度2t ，此值也高于温度计显示的最高温度。

在图1-1中，吸热用面积BOE 表示，散热用面积COF表示，当两面积相等时，说明实验过程中，对环境的吸图1-1热与放热相消。

否则，实验将受环境影响。

实验中，力求两面积相等。

三、实验仪器设备及材料量热器，温度计，物理天平，秒表，加热器，小量筒，待测物（金属块）。

四、实验方案1、用物理天平称衡被测金属块的质量m ，然后将其吊在加热器当中的筒中加热 （直至水沸腾），并用温度计测出室温t 室。

2、将量热器内筒擦干净，用天平称出内筒和搅拌器的质量1m ，然后向量热器内注入适量(约为其容积的21～32)低于室温的冷水，称得其质量为0m +1m ，从而求出水的质量0m 。

开始测水温并记时间，每隔30s 测一次，连续测6次。

3、将加热的金属块迅速投放入量热器中，立刻盖好盖，记下物体放入量热器的时间和温度；进行搅拌并观察温度计示值，每10s 测一次水温，直到温度由最高均匀下降，再每隔30s 测一次水温，连续测6次为止。

4、用小量筒测出温度计没入水中的体积（实验中温度计一定要没入水中，但不能碰到金属块）。

5、测出大气压强，查附表得到水的沸点，该温度即为金属块加热后的温度t 2。

6、按图1-1绘制τ-t 图，求出混合前的初温1t 和混合温度θ。

7、将上述各测定值代入式(2)求出被测物的比热容及其标准偏差。

比热容的单位为11--⋅⋅C kg J 。

水的比热容0c 为11310187.4--⋅⋅⨯C kg J 。

量热器(包括搅拌器)是铝制的，其比热容1c 为1131088.0--⋅⋅⨯C kg J 。

【注意事项】1、量热器中温度计位置要适中，不要使它靠近放入的高温物体，因为未混合好的局部温度可能很高。

2、1t 的数值不宜于比室温低的过多(控制在2～3℃左右即可)，因为温度过低可能使量热器附近的温度降到露点，致使量热器外侧出现凝结水，而在温度升高后这凝结水蒸发时将散失较多的热量。

3、搅拌时不要过快，以防止有水溅出。