大学物理实验实验操作,实验原理等

（1）
当然，这种理想的单摆实际上是不存在的，因为悬线是有质量的，实验中采用了半径为r的金属小球来代替质点。所以，只有当小球质量远大于悬线的质量，而它的半径双远小于悬线长度时才能将小球作为质点来处理，并可由（1）式进行计算。但此时必须将悬挂点与球心之间的距离作为摆长。如固定摆长
L，测出相应的振动周期T，即可由（1）式求g。也可以逐次改变摆长L，测量各相应的周期T，再求出 ，最后在坐标纸上作出 图。如图是一条直线，说明 与L成正比关系。在直线上选到两点P1(L1,T12)和P2(L2,T22)，由两点式求得斜率 ；再从 求得重力加速度，即： （2）
用量杯直接称衡体积其测量的准确度低，利用阿基米德原理测量的准确度可以大大提高。阿基米德原理指出，物体在液体中减少的重量等于它所排开同体积液体的重量。为此，用物理天平测得物体在空气中的质量 （不考虑空气的浮力）和浸在水中（全部浸没）的质量 ，则 就等于物体同体积的水的质量，若实验时，温度为 ℃，该时水的密度为 ，则物体的体积为 。
即测定植=读数-修Βιβλιοθήκη [ ]（3）固体密度的测定
直接称衡法
对于形状规则的物体，用游标卡尺或千分尺测量其线度，然后根据其体积公式计算它的体积；对于形状不规则、密度分布均匀的物体用量杯测它的体积，量杯读数时，应注意以液体中心面为读数基准，不能以液体与量杯接触交线为基准，同时眼睛位置应与液面相平。
液体静力称衡法
构造：由精密的微动螺旋杆和一螺旋套组成。
准确度：
螺旋杆可以在螺旋套内旋转，其螺距为 ，螺旋杆是和螺旋柄相连的，在柄上附有沿圆周的刻度，共有 个分格，当螺旋杆沿轴线方向前进 ，螺旋杆圆周刻度转过 个分格，即螺旋测微器的准确度 为
读数：
测量之前，应先把卡口闭合，检查是否有修正。若不需，就可以开始测量了。测量时，将物体放在卡口之间。当螺旋杆离待测物理较远时可用微分筒；当螺旋杆快接近待测物体时，要用后面的小棘轮，直到听到“咔、咔”的声音。然后观察微分筒边缘在固定标尺上的位置， 整数部分由固定标尺上的刻度直接读出，小于 的部分，则由固定标尺横线在微分筒上所在的位置上读出。则待测物体的长度：
游标紧贴着主尺可滑动，尾尺 用来测量槽的深度。它们测量的数值都是由游标的 线与主尺 线之间的距离表示出来 为固定螺丝。
准确度：
设游标卡尺上的每一刻度长为 ，主尺上每刻度长为 ，游标上有个分格 ，游标的总长与主尺上分格的总长相等，即：
主尺与游标上每个分格的差值为 ， 称为该游标尺的准确度。
读数：
对于一般的情形，若游标 线在主尺上的位置读出 的整数位为 ，而付尺上的第 根刻度线与主尺上的某一刻度线对齐，则待测物体的长度：
1)小球必须在与支架平行的平面内摆动，不可做椭圆
运动。检验办法是在集成霍耳开关的输出端，即V-
和Vout间加一个发光二极管(5V)，检验发光二极
管在小球经过平衡位置时是否闪亮，可知小球是否
在一个平面内摆动。
2)集成霍耳传感器与磁钢之间距离在1.0cm左右。若摆
球摆动时传感器感应不到信号，将摆球上的磁钢换个面装上
二共轴无限长均匀带电圆柱体间的静电场：带电体激发的电场，分布在三维空间，但无限长均匀带电柱体的电场分布往往具有柱对称性，其电力线总是在垂直于带电柱体表面的平面内。因此模拟用的电流场只须在一个平面内，即导电质只要充满这一平面就行了。
图3是数字毫秒计面板的示意图，所用仪器的实际面板可参阅仪器说明书。
·
（1） 周长与摆长的关系：
一根长为 不能伸缩的细线，上端固定，下端悬挂一质量为 的小球，设细线质量比小球质量小很多，可以将小球当作质点，将小球略微推动后，小球在重力作用下可在竖直平面内来回摆动，这种装置称为单摆，如图所示。
单摆往返摆动一次所需要的时间称为单摆的周期，可以证明，当摆幅很小时，单摆周期 满足以下公式：
0.50
0.55
由表1数据作T2-L图，并进行直线拟合,即得T2-L关系图，并求直线的斜率和 值。并用表1中的数据求 及其误差。
·
1．摆锤从平衡位置移开的距离为摆长的几分之一时，摆角约为5°？
2．用长为1m的单摆测重力加速度，要求结果的相对误差不大于0.4%时,测量摆长和周期的绝对误差不应超过多大？若用精度0.1s的停表去测周期，应连续测多少个周期？在此测量中，如取 5°而又忽略 对 的影响时，能给重力加速度的测量造成多大的系统误差？
·
1)调节好各实验仪器。
2)固定摆长，改变摆角求得g：
摆线长度L1，摆球直径2L2分别为：
L1=________________cm
2L2=（2.000 0.002）cm
总的摆长为：L=L1+ L2=____________cm
表21
L/m
第1次
第2次
第3次
第4次
第5次
平均值
T2
0.35
0.40
0.45
如果两种场遵守的物理规律形式上相似,就可以用便于测量的场代替不易测量的场。这种实验方法叫做模拟法.用稳恒电流场模拟静电场是研究静电场的一种最简便的方法.
静电场和恒流场都遵守拉普拉斯方程.例如这两种场都可以引入电位U,都遵守高斯定理.如果恒流场的电极与静电场中的带电导体形状、位置及电位都相同,这两种场在空间的分布就完全相同.
模拟法是用一种易于实现、便于测量的物理状态或过程的研究去代替另一种不易实现、不便测量的状态或过程的研究。
电场强度E是一个矢量。因此，先确定电位情况。我们可以先测得等位面，再根据电力线与等位面处处正交的特点，作出电力线，则整个电场的分布就可以用几何图形清楚地表示出来。有了电位U值的分布，由E=-▽U便可求出E的大小和方向。整个电场就确定了。
3．实验内容
（1）用游标卡尺测量圆柱体的直径和高各 次；
（2）用螺旋测微器测钢珠或钢线的直径 次；
4．实验数据与数据处理
（1）测圆柱体体积（误差计算）
仪器名称：游标卡尺 准确度：
直径
高
读数
0点修正值
测定值
读数
0点修正值
测定值
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
平均值
绝对误差：
相对误差：
结果表述：
绝对误差
相对误差:
结果表述:
体积的测量结果：
相对误差:
绝对误差:
结果表述:
2、测钢珠直径
仪器名称：螺旋测微器（ ） 准确度：
直径
直径
读数
0点修正值
测定值
读数
0点修正值
测定值
1
6
2
7
3
8
4
9
5
10
平均值
体积的测量结果：
绝对误差:
相对误差:
结果表述:
5．思考题
（1）游标卡尺的测量准确度为 ，其主尺的最小分度的长度为 ，试问游标的分度数（格数）为多少？以毫米作单位，游标的总长度可能取哪些值？
其中 为螺旋柄边缘在固定标尺所处位置的 整数部分， 为固定标尺横线在螺旋柄上所对应的位置， 为螺旋测微器的准确度。
点修正：
同理，在测量之前，一定要检查是否有 点修正值。在测砧与测杆之间未放物体（小球）时，轻轻转动棘轮，待听到发出“咔、咔”的声音时即停止转动。然后观察微分筒“ ”线与固定标尺的横线是否对齐。若未对齐，则此时的读数为零读数。零读数有正、负，测量结果需予以修正。同样有 种情况，如图1-7所示。
·【实验仪器及设备】
EQC—3型静电场描迹仪、导电纸、静电场电源、复写纸、自备坐标纸两张(16开)等。
·【实验原理】
一般情况下，带电体的形状比较复杂，很难用理论方法进行计算。用实验手段直接研究或测绘静电场通常也很困难。因为仪表（或起探测头）放入静电场，总要被测场原有分布状态发生畸形。所以，人们常用“模拟法”间接测绘静电场的分布。
即测定植=读数-修正值[ ]
B当卡口密合时，游标上 线在主尺 线左方，如图1－4(b)，且且游标的第 根刻度线与主尺上的某一刻度线对齐，这种情况下说明了在游标尺未测量物体之前尺上已经出现了 的读数了，这个读数就是 点修正值，所以在以后没测一次就应在读数上减去 点修正值，
即测定植=读数-修正值[ ]
（2）螺旋测微器
点修正：
我们在用游标尺测量之前必须检查两个 线是否对齐，若由于某种原因两个 线没有对齐，而又要用该游标尺测量时，那就必须对测量结果进行修正。这有两种情况：
A当卡口密合时，游标上的 线在主尺上的 线的右方，如图1－4(a)，
且游标的第 根刻度线与主尺上的某一刻度线对齐，这种情况下说明了在游标尺未测量物体之前尺上已经出现了 的读数了，这个读数就是 点修正值，所以在以后没测一次就应在读数上减去 点修正值，
（4）液体密度的测定
直接测量法：将密度计直接放在液体里面，观察液面在密度计所对应的刻线，所对应的刻线读数就是待测液体密度，直接读数即可测得液体密度。注意不同的液体要用不同的密度计。
称衡法（密度瓶法）：在一定温度的条件下，密度瓶的容积是一定的，设密度瓶容积为 ，质量为 ，装满待测的液体后其质量为 ，则待测液体质量为： 由此可得液体的密度为：
（2）试述游标卡尺、螺旋测微器的零点修正值如何确定？测定值如何表示？
（3）游标卡尺读数需要估读吗，为什么？
（4）实验中所用的水是事先放置在容器里，还是从水龙头里当时放出来的好，为什么？
（5）观察密度计刻度是否均匀，若不均匀，为什么？
本授课单元参考资料（含参考书、文献等，必要时可列出）
（注：1.每单元页面大小可自行添减；2.一个授课单元为一个教案；3.“重点”、“难点”、“教学手段与方法”部分要尽量具体；4.授课类型指：理论课、讨论课、实验或实习课、练习或习题课，下同。）
长度测量
本授课单元教学目标：
1．了解游标卡尺、螺旋测微器的构造，掌握它们的原理，正确读数和使用方法。