北航基础物理研究性报告讲解
北航基础物理研究性报告讲解
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北航基础物理研究性报告讲解北航基础物理实验研究性报告1051 电位差计及其应用140221班2015-12-13第一作者:邓旭锋14021014第二作者:吴聪14021011目录1.引言 (4)2.实验原理 (5)2.1补偿原理 (5)2.2 UJ25型电位差计 (8)3.实验仪器 (10)4.实验步骤 (10)4.1自组电位差计 (10)4.2 UJ25型箱式电位差计 (11)5.实验数据处理 (12)5.1 实际测量Ex的大小 (13)5.2 不确定度的计算 (13)5.3 测量结果最终表述 (14)5.4 实验误差分析 (14)6.实验改进与意见 (14)6.1 实验器材的改进 (8)6.2 实验方法改进 (10)6.3 实验内容的改进 (10)7.实验感想与体会 (21)【参考文献】 (24)摘要:将电位差计实验中的补偿法原理应用于电学物理量的测量中,该方法可以用来精确测量电流、电阻、电压等电学量,也可以利用电位差计,获得比较精确的二极管伏安特性曲线可以避免了因电表的内阻而引起的测量误差。
利用实验室现有仪器设计了一些切实可行的新实验。
关键字:电位差计;补偿法;UJ23型电位差计;电阻;系统误差。
1.引言电位差计是电压补偿原理应用的典型范例,它是利用电压补偿原理使电位差计变成一内阻无穷大的电压表,用于精密测量电势差或者电压。
同理,利用电流补偿原理也可以制作一内阻为零的电流表,用于电流的精密测量。
电位差计的测量精确度高,且避免了测量的接入误差,但它的操作比较复杂,也不易实现测量的自动化。
在数字仪表迅速发展的今天,电压测量已逐步被数字电压表所代替,后者因为内阻高(一般可达106~107Ω),自动化测量容易,得到了广泛的应用。
尽管如此,电位差计作为补偿法的典型应用,在电学实验中仍然有重要的训练价值。
此外,直流比较式电位差计仍是目前准确度最高的电压测量仪表,在数字电压表及其他精密电压测量仪表的检定中,常作为标准仪器使用。
北航基础学习知识物理实验研究性报告-使用振幅法测量声速
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基础物理实验研究性报告使用振幅法测量声波的速度第一作者学号第二作者学号院系使用振幅法测量声波的速度(北京航空航天大学,北京102206)摘要:本文以“使用分振幅法测量声波的速度”为主要研究内容,在了解模拟示波器的使用和基本操作的基础上介绍实验原理和步骤,并利用已经记录的原始实验数据进行数据的处理和不确定度的计算。
另外,根据计算结果分析探究实验误差及其来源,并提出一些减小实验误差的建议。
关键词:模拟示波器;分振幅法;数据处理;不确定度;误差分析Using Amplitude Method of Measuring Sonic SpeedLi Huiqiang Ma Linghai(School of Astronautics Beihang University Beijing 102206)Abstract: This article takes "Using Amplitude Method of Measuring Sonic Speed" as the main research content, presenting experiments principle and steps based on the understanding of the use of an analog oscilloscope and its basic operating principles, and has recorded the raw experimental data for data processing and calculation of the uncertainty. In addition, it explores experimental errors and their sources according to the results of calculation analysis, and makes recommendations to reduce the experimental error.Key words: analog oscilloscope; amplitude method; data processing; uncertainty; error analysis一、实验重点(1)、了解模拟示波器的主要结构和波形显示及参数测量的基本原理,掌握示波器、信号发生器的使用方法;(2)、学习用示波器观察波形以及测量电压、周期和频率的方法;(3)、学习振幅法测量声波速度的原理及操作方法。
北航基础物理实验研究性报告迈克尔逊干涉
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北航基础物理实验研究性报告-迈克尔逊干涉基础物理实验研究性报告迈克尔逊干涉Michelson interferometerAuthor 作者姓名School number作者学号Institute所在院系2013 年12 月3 日目录摘要 0一.实验目的 (2)二. 实验仪器 (2)三.实验原理 (2)1.干涉仪的光学结构 (3)四. 实验内容 (8)1.观察激光的非定域干涉现象 (8)2.测量激光波长 (9)五. 数据处理 (10)1.波长计算 (10)2.不确定度计算 (11)3. 相对误差计算 (12)5.误差分析: (12)六.条纹计数的改进——应用迈克尔逊干涉条纹自动计数仪 (13)1. 工作原理 (13)1.1 采样 (14)1.2 信号处理 (16)1.3 功放与显示 (17)1.3 应用该装置的实验结果分析 (17)七.实验后的教训、感想、收获 (18)教训——实验原则是严谨 (18)感想——实验态度是认真 (19)收获——实验中的思考和合作 (20)八.结束语 (21)参考文献 (22)摘要本文先介绍了如何通过迈克尔逊干涉仪观察光的分振幅干涉现象,采集数据并进行处理,计算出所测激光的波长及其不确定度。
然后通过实验的亲身经历思考实验仪器的改进之处,并举例说明在条纹计数方面可做的改进,以使实验过程更简便,测得的实验数据更精准。
关键词:迈克尔逊干涉,条纹计数AbstractThis article first describes how to observe the light interference, collect and processing data , calculate the wavelength of the laser and its uncertainty in the Michelson interferometer experiment. Then it thinks about the improvements in the experimental laboratory instrumentsthrough personal experience, and outlines what can be done in terms of fringe counting improvements to make the process more simple and the experimental data more accurately.Key words: Michelson interferometer, fringe counting一.实验目的(1)了解迈克尔逊干涉仪的光学结构及干涉原理,学习其调节和使用方法;(2)学习一种测定光波波长的方法,加深对等倾、等厚干涉的理解。
北航基础物理实验研究性报告 多光束干涉和F-P干涉仪数据处理方法与多光束规律的推导
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基础物理实验研究性报告多光束干涉和法布里—珀罗干涉仪Multi-beam interference and Fabry-Perot interferometer目录摘要 (3)Abstract (3)一、实验目的 (4)二、实验原理 (4)2.1多光束干涉原理 (4)2.2多光束干涉条纹的光强分布 (5)2.3 F-P干涉仪的主要参数 (6)三、实验仪器 (7)四、实验主要步骤 (8)4.1操作内容 (8)4.2操作提示 (8)4.3操作注意事项 (10)五、数据处理 (10)5.1钠光波长差的测定 (10)5.1.1原始数据 (10)5.1.2数据处理 (10)5.2验证,测定P1、P2的间距d (11)5.2.1原始数据 (11)5.2.2 验证分析 (12)六、误差分析 (12)七、实验技巧的总结 (13)7.1钠光波长差的测定 (13)7.2验证,测定P1、P2的间距d (13)八、实验探究 (14)8.1对数据处理方法的改进 (14)8.1.1波长的计算公式 (14)8.1.2光波波长不确定度 (15)8.2多光束的干涉规律的推导与讨论 (16)8.2.1多光束的干涉规律的推导 (16)8.2.2结果与讨论 (18)九、实验思考题 (19)十、实验感想与总结 (22)10.1动手能力的提高 (22)10.2自学能力以及预习能力的提高 (22)10.3对物理理论知识认识的升华 (23)参考文献: (23)摘要法布里—珀罗干涉仪简称F-P干涉仪,是利用多光束干涉原理设计的一种干涉仪,本文以“多光束干涉”为内容,先介绍了实验的基本原理、方法与过程,仪器构造和使用方法,而后进行了数据处理与误差分析。
提出了一种新的处理数据的方法,并且对多光束干涉规律进行了推导与讨论。
关键词:F-P干涉仪;多光束干涉;基本原理;干涉规律;AbstractFabry–Pérot interferometer is short for F-P interferometer. It is designed with the theory of Multi-beam interference. This article is based on Multi-beam interference , and introduces the basis theory, methods , process, and the configuration and the usage of the apparatus. Then, it gives one method on data handling. Based on the data in the experiment, it also analyzes the origin of some errors and offers some proposals and comes up with a new method of data handling.At last ,it talks about the theory of Multi-beam interference.Key words:F-P interferometer. Multi-beam interference.basis theory. Law of interference.一、实验目的1.1 了解F-P干涉仪的特点和调节;1.2 F-P干涉仪观察多光束等倾干涉并测定钠双线的波长差和膜厚;1.3巩固一元线性回归方法在数据处理中的应用。
北京航空航天大学 基础物理实验 研究性试验报告
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探究测定冰的熔解热实验冰水质量比以及实验过程和数据处理的改进方法周晓城,巨建树(北京航空航天大学生物与医学工程学院北京 100191)摘要:本文通过计算得到混合量热法中的最佳冰水质量比并在实验中对此进行比较讨论,验证计算值,得出结论;验证牛顿冷却定律,同时得到实验参照值;并就本人在实验过程中遇到的一些问题提出实验操作以及数据处理方面的一些改进意见和建议;以及在数据处理过程中发现的水量、温差与冷却常数和实验误差之间的大致关系。
关键词:冰水质量比;牛顿冷却定律;数据处理;改进意见;误差规律中图分类号:043文献标识码:A文章编号:1.实验背景测量冰的熔解热的实验方法有很多,在大学物理实验中使用最多的是混合量热法,而作为大学物理少数几个热学实验中的一员,其重要性显而易见。
然而在实验的操作过程中很多同学反映实验不好操作,具体的问题有:1.依据《基础物理实验》[1],实验中需要保证加冰前与加冰后的稳定温度与室温的温差大约在10-15℃能较好地依据牛顿冷却定律绘制温度补偿修正曲线,而对于没有经验的实验者来说实验中的水量和冰量添加不好把握,加冰太少,可能造成冰块溶解后水温高于室温而无法温度修正,或者加冰太多,造成温度稳定后冰块无法溶解完全,在实验中往往需要经过多次尝试才能取得较好的实验数据,费时费力费水;2.取冰时,所有同学都是徒手取冰的,而对于较低温度(-21℃)的冰块,手的温度较高(30℃左右),即使在取冰和透冰过程中接触的时间很短(亲测至少15s),参照实验过程中冰块溶解降温曲线,吸热也会很明显,从而使得实验结果偏低,而在没有同伴的情况下,为了协调记录时间、记录温度,同时还要投冰动作迅速而使水不外溅,观察到通常同学会找特殊时刻投冰,在这种情况下不是冰块在外界的时间过长甚至开始融化了,就是手忙脚乱实验数据很难记录,实验效果不是很好;3.同时,由于投冰之后冰融化的最初几分钟铂电阻温度计示数变化非常快,而且需记录的数据比较多,同时还要不断搅拌,使得这段数据点很容易记录不全或者记录偏差,而这段数据是数据处理过程中非常重要的部分,直接影响到温度的修正,所以很容易造成实验误差;4.还有数据处理中绘制温度修正曲线时,要求室温线上方的温度修正线与室温线所围面积与下方的面积相等,使用的方法是在坐标纸中绘图,然后通过数格子找到使面积大概相等的时刻t=t0,由于坐标纸大小有限、比例有限,数格子非常麻烦而且这样做是十分不准确的,使得T2′,T3′有了误差,影响实验效果。
北航基础物理实验研究性实验报告密立根油滴
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北航基础物理实验研究性实验报告密立根油滴1.实验目的和原理1.1实验目的本实验旨在通过密立根油滴实验,研究带电粒子在电场中的运动规律,验证电荷的电量、电荷的量子化,并测量电子电量的数值。
1.2实验原理密立根油滴实验利用了油滴在电场中做匀速下降运动的性质。
在实验过程中,需要在两个平行金属板之间建立一个均匀电场,可通过高压电源及电容器组成。
经过适当处理的油滴,通过喷雾器喷入观察舱中,被电荷所带起,当油滴进入电场时,由于电力的作用,油滴会开始向上加速或减速,直到达到的稳定运动的速度为止。
根据牛顿第二定律,此时电力与油滴重力平衡,即:eE=m×g其中,e为油滴所带电荷,E为电场强度,m为油滴质量,g为重力加速度。
考虑到油滴的存在电子荷负度的事实,我们可以写出油滴电量的表达式为:e=n×e其中,e为油滴带的电荷,e为电子电量,n为一个整数。
由此可得,油滴的表达式可以改写为:(mg−eE) = 0在实验中,我们将通过测量油滴在不同电压下的稳定下降速度,来计算电量的数值。
2.实验装置和步骤2.1实验装置本实验的主要装置有:高压电源、电容器、喷雾器、驱动装置、显微镜及摄像设备等。
2.2实验步骤2.2.1准备工作a.接通电源,使电荷采集装置工作。
b.调整显微镜使得目标所在位置清晰可见。
c.调节电容器中的电压,使之为一定的数值。
2.2.2实验操作a.先通过射灯预热机器,预热时间约为15分钟。
b.打开电流调节开关,调整到合适的数值。
c.打开电压调节开关,缓慢增加电压,使带电滴油进入视野。
d.若带电滴油向上运动,则减小电压,反之则增大电压。
e.再次观察带电滴油的上升或下降方向,调整电压大小,直至带电滴油保持匀速下降。
f.记录下匀速下降的电压。
2.2.3数据处理a.根据实验数据计算带电滴油的质量,并计算电量。
b.对多次测量的结果求平均值,以提高数据准确性。
3.结果与分析通过实验我们得到了多组测量数据,并利用公式计算出带电滴油的质量,进而计算出电子的电量。
北航基础物理实验研究性报告
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B
图-8 2、读数装置改进 实验中,要求准确找到极大值或极小值的位置,现有的实验仪器 基础上会产生很大的误差,如果对实验的读数装置进行改进,提高精 度, 就可提高实验的准确率。 改进方法同布拉格衍射的读数装置改进。
外部环境的改进
在实验室中进行实验,由于各组发出的信号之间有干扰,所以的 各组实验应该隔离开来来做,以免发出的信号互相影响,这样可以提 高实验的准确性。 三、实验数据的误差分析 布拉格衍射实验数据如下:
理论
=4.84° =1.83° =1.57°
相对误差:7.3% 5.0% 2.8%
平均
理论
平均
理论
根据实验结果以及相对误差给分析可知,在误差允许范围内,能够验 证布拉格衍射公式。但是,实验中由于实验仪器精度和读数误差,实 验结果仍存在较大误差, 下面针对由晶格常数求波长的数据处理进行 定量的误差分析: 已知:a=4.00cm;(1 0 0)面 k=1;β =57.10°。 ∴d=a/ 2=2.83cm ∴λ =2dcosβ =3.074cm 误差定量分析: 实验操作中,由于人眼读书时存在误差,理论上人言分辨率的 误差为 0.2div,但实际上,由于需要读载物台分读盘和电流表的读 数,实验中积累的人眼读数的误差将近 0.5°,此误差构成 A 类不确 定度,而在之前的实验数据处理中,忽略了这一误差认为 A 类不确定
图-7
二,实验改进 1、由于 A,B 两板固定在仪器上时是用肉眼观测其是否垂直,这 样就会产生比较大的误差, 所以可以对 A,B 两板的固定方式进行改进,
6
使两板的固定位置更准确。改进方式如下: 将 A,B 两板固定于如图示的导槽 A,B 两个位置,由于导槽是相互严 格垂直的, 这样就保证了 A,B 的相互垂直, 再将导槽固定在载物台上, 调整导槽到合适位置,这样 A 板就固定在导槽上,B 板可以沿着其法 线方向前后移动, 就达到了实验的要求, 而且降低了实验的误差。 (如 图-8) A
北航基物迈克尔逊研究性报告讲解
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基础物理实验研究性报告迈克尔逊干涉Michelson interferometer第一作者:姓名:学号:14131017第二作者:姓名:学号:14131023院系:交通科学与工程学院一、实验目的 ................................................................................................................................... 1 二、实验原理 .. (1)1、迈克尔逊干涉仪的光路..................................................................................................... 2 2、单色点光源的非定域干涉条纹 ......................................................................................... 3 3、迈克尔逊干涉仪的机械结构 ............................................................................................. 5 三、实验仪器 ................................................................................................................................... 6 四、实验内容 .. (7)1、迈克尔逊干涉仪的调整 ..................................................................................................... 7 2、点光源非定域干涉条纹的观察与测量 ............................................................................. 7 五、数据处理 .. (8)1、 原始数据记录 ................................................................................................................... 8 2、用差分法处理数据 ............................................................................................................. 8 3、不确定度计算 (9)4、最终结果表示................................................................................................................... 10 5、相对误差计算 ................................................................................................................... 10 计算不确定度时的注意事项 ................................................................................................. 10 六、 实验误差分析 ....................................................................................................................... 10 对迈克尔逊干涉实验,我总共进了实验室三次,两次预约、一次正式实验,在这几次实验中,我感到误差的来源是多方面的,迈克尔逊干涉仪 (10)1、空程误差 ........................................................................................................................... 10 2、条纹计数不准 . (10)3、1M 与2M 不严格垂直 ..................................................................................................... 11 4、读数误差 ........................................................................................................................... 11 七、关于光程差的相关分析 ......................................................................................................... 12 八、改进措施 ................................................................................................................................. 12 九、实验经验总结 ......................................................................................................................... 13 十、实验后的教训、感想、收获 ................................................................................................. 14 十一、对实验的建议 ..................................................................................................................... 15 参考文献.. (15)摘要:迈克尔逊干涉仪是一种典型的用分振幅法产生双光束以实现干涉的精密光学仪器,利用该仪器可以精确地测量单色光的波长。
北航物理研究性实验报告
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实验名称:电磁场与电磁波的研究实验日期:2023年3月15日实验地点:北航物理实验室实验目的:1. 理解电磁场的基本概念和特性。
2. 掌握电磁波的传播规律。
3. 通过实验验证电磁波的理论。
4. 培养实验操作能力和数据分析能力。
实验原理:电磁场是电荷和电流在空间中产生的场,它由电场和磁场两部分组成。
当电荷静止时,周围存在电场;当电荷运动时,会产生磁场。
电磁波是电磁场在空间中的传播形式,其传播速度等于光速。
根据麦克斯韦方程组,电磁波在真空中传播的速度为光速c,且满足以下关系:\[ c = \frac{1}{\sqrt{\mu_0 \epsilon_0}} \]其中,\(\mu_0\)为真空磁导率,\(\epsilon_0\)为真空电容率。
实验器材:1. 电磁场发生器2. 电磁场探测器3. 光电传感器4. 信号发生器5. 示波器6. 信号线7. 电源实验步骤:1. 将电磁场发生器连接到信号发生器,调节信号发生器的频率和幅度。
2. 将电磁场探测器放置在电磁场发生器的正前方,确保探测器与发生器之间的距离固定。
3. 打开信号发生器和电磁场发生器,记录探测器的输出信号。
4. 改变信号发生器的频率和幅度,重复步骤3,记录数据。
5. 将光电传感器放置在电磁场探测器的正前方,记录光电传感器的输出信号。
6. 改变电磁场发生器的位置,重复步骤5,记录数据。
7. 使用示波器观察和记录电磁波信号的波形。
实验结果与分析:1. 当信号发生器的频率为10MHz时,电磁场探测器的输出信号稳定,说明电磁场发生器产生的电磁波能够被探测器接收。
2. 随着信号发生器频率的增加,电磁场探测器的输出信号幅度逐渐减小,说明电磁波的传播速度与频率有关。
3. 当电磁场发生器与探测器的距离增加时,光电传感器的输出信号幅度逐渐减小,说明电磁波的传播距离与距离有关。
4. 通过示波器观察,电磁波信号的波形为正弦波,符合电磁波的理论。
实验结论:1. 电磁场是电荷和电流在空间中产生的场,由电场和磁场两部分组成。
北航物理实验研究性报告解析
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北航物理实验研究性报告专题:拉伸法测钢丝弹性模型扭摆法测定转动惯量第一作者:唐秋雨学号:12041022第二作者:张文学号:12041020第三作者:卢浩文学号:12041025班级:120411目录··································- 2 - 摘要··································- 3 -1 实验目的······························- 3 -2 实验原理······························-3 -2.1 拉伸法测钢丝弹性模型······················- 3 - 2.2 扭摆法测定转动惯量·······················- 5 - 3 实验仪器······························- 6 -3.1. 拉伸法测钢丝弹性模型······················- 6 -3.2. 扭摆法测定转动惯量·······················- 6 -4 实验步骤······························- 6 -4.1. 拉伸法测钢丝弹性模型······················- 6 -4.2. 扭摆法测定转动惯量·······················- 7 -5 数据记录与处理···························- 7 -5.1. 拉伸法测钢丝弹性模型······················- 7 -5.2. 扭摆法测定转动惯量·······················- 9 -6 讨论与总结····························- 11 -实验思考······························- 11 - 实验感想······························- 13 - 7 原始数据图片····························- 14 -本文基于作者完成本次实验,对内容进行思考后,对于该组实验的原理,过程,实验数据处理,误差分析进行的认真分析。
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北航物理研究性实验报告北航物理研究性实验报告导言:物理学是一门基础学科,通过实验研究能够验证理论,提供实际应用的科学依据。
本实验旨在通过对某一物理现象的研究,探索其背后的原理和规律。
通过实验,我们可以深入了解物理学的实践意义,培养实验观察和数据处理的能力。
实验目的:本实验的目的是研究光的折射现象,通过测量折射角和入射角之间的关系,验证折射定律,并计算出光在不同介质中的折射率。
实验原理:光的折射是光线从一种介质传播到另一种介质时,由于介质的密度不同而改变方向的现象。
根据折射定律,入射角i、折射角r和两个介质的折射率之间存在着如下关系:n1sin(i) = n2sin(r)。
其中,n1和n2分别是两个介质的折射率。
实验步骤:1. 准备实验所需材料,包括光源、凸透镜、直尺、半反射镜等。
2. 将光源放置在一定距离处,使其成为平行光。
3. 将凸透镜放置在光源和半反射镜之间,调整凸透镜的位置和方向,使光线经过凸透镜后成为平行光。
4. 在半反射镜上方放置一块透明介质,如水,调整其位置和倾斜角度,使光线从空气中射入水中。
5. 使用直尺测量入射角和折射角,并记录下来。
6. 重复上述步骤,将透明介质更换为其他材料,如玻璃、油等,测量不同介质中的入射角和折射角。
实验结果与讨论:通过实验测量得到的入射角和折射角数据,我们可以计算出不同介质的折射率。
根据折射定律,我们可以得到n1sin(i) = n2sin(r),通过这个公式,我们可以推导出不同介质的折射率。
在实验中,我们发现当光线从空气射入水中时,入射角较大时,折射角也较大,光线弯曲的程度较大。
而当光线从水射入空气中时,入射角较小时,折射角也较小,光线弯曲的程度较小。
这与折射定律中的sin函数的性质相符合。
在不同介质中,光的速度会发生改变,从而导致光线的折射。
根据光的速度和波长的关系,我们可以计算出不同介质的折射率。
折射率越大,介质对光的阻碍越大,光线的弯曲程度也越大。
北航物理实验研究报告性报告
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北航物理实验研究性报告实验题目:稳态法测不良导体的热导率题目代号:1022第一作者:李晓成 14151093第二作者:陈继伟 14151077一、摘要由于温度不均匀,热量从温度高的地方向温度低的地方转移,这种现象叫做热传导。
导热系数是表征物质热传导性质的物理量。
按傅里叶定律,其定义为单位温度梯度(在1m长度内温度降低1K)在单位时间内经单位导热面所传递的热量;材料结构的变化与所含杂质对导热系数值都有明显的影响,因此材料的导热系数常需要由实验具体测定。
测量导热系数的方法一般分为两类:一类是稳态法,另一类是动态法。
二、关键词稳态法傅里叶导热方程式热电偶温差计不良导体热导率三、实验基本要求1.了解热传导现象;2.学习用稳态法测不良导体的导热系数;﹒3.学会用作图法求冷却速率。
四、实验原理所谓稳态法,就是利用热源在待测样品内部形成不随时间改变的稳定温度分布,然后进行测量。
1882年Fourier给出了热传导的基本公式——Fourier导热方程。
方程指出,在物体内部,取两个垂直于热传导方向、彼此相距为h、温度分别为Ѳ1、Ѳ2的平行平面(Ѳ1>Ѳ2),若平面面积为S,则在δt时间内通过面积S的热量δQ满足下述方程:(1)式中,δQ/δt 为热流强度,k称为该物质的热导率(又称导热系数),单位为.本实验装置如图1所示。
在支架D上依次放上圆铜盘P、待测样品B和厚底紫铜圆盘A。
在A的上方用红外灯L加热,使样品上、下表面分别维持在稳定的温度Ѳ1、Ѳ2,Ѳ1、Ѳ2分别用插入在A、P侧面深孔中的热电偶E来测量。
E的冷端浸入盛于杜瓦瓶H内的冰水混合物中。
数字式电压表F用来测量温差电动势。
由式(1)知,单位时间通过待测样品B任一圆截面的热流量为(2)式中,为圆盘样品的直径,为样品厚度。
当传热达到稳定状态时,通过B盘上表面的热流量与由黄铜盘P向周围环境散热的速率相等。
因此,通过求黄铜盘P在稳定温度Ѳ2时的散热速率来求热流量δQ/δt 。
北航基础物理实验研究性实验报告_分光仪的调整及应用
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北京航空航天大学物理研究性实验报告分光仪的调整及其应用第一作者:所在院系:就读专业:第二作者:所在院系:就读专业:目录目录一.报告简介 .............................................................................................................. 错误!未定义书签。
二.实验原理 (1)实验一.分光仪的调整 (1)实验二.三棱镜顶角的测量 (3)实验三.最小偏向角法测棱镜折射率 (1)二.实验仪器 (1)三.实验主要步骤 (2)实验1.分光仪的调整 (2)1.调整方法 (2)2.要求 (4)实验2.三棱镜顶角的测量 (4)1.调整要求 (4)2.实验操作 (5)实验3.棱镜折射率的测定(最小偏向角法) (6)四.实验数据记录 (6)五.数据处理 (6)实验2.反射法测三棱镜顶角 (6)实验3.最小偏向角法测棱镜折射率 (7)六.误差分析 (8)七.分析总结 (8)八.实验改进 (9)九.实验感想 (9)十.参考文献及图片附件: (11)一.报告简介本报告以分光仪的调整、三棱镜顶角和其折射率的测量为主要内容,先介绍了实验的基本原理与过程,而后进行了数据处理与不确定度计算。
并以实验数据对误差的来源进行了分析。
同时还给出了调节分光仪的经验总结与方法,并对现有实验仪器和试验方法提出了改进的意见。
二.实验原理实验一.分光仪的调整分光仪的结构因型号不同各有差别,但基本原理是相同的,一般都由底座、刻度读数盘、自准直望远镜、平行光管、载物平台5部分组成。
1-狭缝套筒;2-狭缝套筒紧固螺钉;3-平行光管;4-制动架;5-载物台;6-载物台调平螺钉;7-载物台锁紧螺钉;8-望远镜;9-望远镜锁紧螺钉;10-阿贝式自准直目镜;11-目镜;12-仰角螺钉;13-望远镜光轴水平螺钉;14-支臂;15-望远镜转角微调螺钉;16-读数刻度盘止动螺钉;17-制动架;18-望远镜止动螺钉;19底座;20-转座;21-读数刻度盘;22-游标盘;23-立柱;24-游标盘微调螺钉;25-游标盘止动螺钉;26-平行光管光轴水平螺钉;27-仰角螺钉;28-狭缝宽度调节螺钉;1.三角底座在三角底座中心,装有一个垂直的固定轴,望远镜、主刻度圆盘、游标刻度盘都可绕它旋转。
北航物理实验研究性报告热学系列实验1021
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北航物理实验研究性报告热学系列实验1021目录摘要 (4)一、实验目的 (4)二、实验原理 (4)实验1. 测量冰的溶解热 (4)(1)一般概念 (4)(2)装置简介 (5)(3)实验原理 (5)(4)牛顿冷却定律法 (6)实验2.电热法测量焦耳热功当量实验: (9)(1)一般说明 (10)(2)一元线性回归法散热修正 (11)三、实验仪器 (11)四、实验步骤 (12)实验1.测量冰的熔解热实验: (12)(1)记录有关常数 (12)(2)测定实验过程中系统温度随时间的变化 (13)(3)数据处理 (13)实验2.电热法测量焦耳热功当量实验: (13)(1)称量各种质量 (13)(2)测量时间—温度关系 (14)(3)测量加热器的电功率 (14)(4)数据处理 (14)五、数据记录与处理 (14)实验1.测量冰的熔解热实验: (15)(1)相关常数 (15)(2)数据列表 (15)(3)坐标纸作图 (17)(4)计算冰的溶解热 (18)实验2.电热法测量焦耳热功当量实验: (18)(1)测量各种质量、电压 (18)(2)数据列表 (19)(3)数据处理 (19)六、误差分析 (20)实验1.测量冰的熔解热实验: (20)实验2.电热法测量焦耳热功当量实验: (20)七、实验改进 (20)八、收获与体会 (21)九、参考资料 (21)十、原始数据 (22)图 1 量热器示意图 (5)图 2 系统散热修正 (7)图 3 另一种散热修正方法 (8)图 4 热功当量实验装置 (10)摘要本次实验内容包括两个实验:测量冰的溶解热和电热法测量焦耳热功当量。
利用两种散热修正方法减小误差,但数据处理过程较为繁琐。
本报告对实验误差做了详细分析,并给出改善建议。
关键词:溶解热、散热修正、能量守恒一、实验目的1.熟悉热学实验中基本仪器的使用;2.研究电热法中作功与传热的关系;3.学习两种进行散热修正的方法——牛顿冷却定律法和一元线性回归法;4.了解热学实验中合理安排实验和选择参量的重要性;5.熟悉热学实验中基本仪器的使用。
北航基础物理实验研究性报告 电阻的测量
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4
5
6
7
8
U(V)
4.00
4.25
4.50
4.75
5.00
5.25
5.50
5.75
I(mA)
8.52
9.01
9.52
10.08
10.62
11.10
11.71
12.18
电压表量程:7.5V
I= A=15.96mA
则电流表量程选择0-15mA
用恒压半偏法测得 =3750Ω
用恒流半偏法测得 =4Ω =1000Ω,则 =4.016Ω 则 =4.016Ω
用外接法测得:U=4.45V I=10.6mA =419.8Ω
= =52.14Ω>4.016Ω
因此用内接法测量
利用一元线性回归法进行处理:y=a+bx
以I为x,U为y,可得:
=0.0103425 =0.00010843
=4.875 =0.00010697
=0.05111344 =0.05041969
(2)电表内阻的测量
1)半偏法
半偏法的基本电路有两种形式,其一如图2.2.1(a)所示,为可变电阻,选择适当的电源E,调节R= ,使待测表指针满偏 ;再调节R= ,使待测表半偏 。若电源E的内阻可忽略(r<<R+ ),由欧姆定律不难证明:
若选择合适的电源电压,当 =0时,待测表示值为 ,则
此方法要求电源两端电压不变(r可忽略),故称为“恒压半偏发”,常用于测内阻较大的电表,例如电压表、微安表等,也可用于测灵敏电流计内阻。
北京航空航天大学物理研究性实验报告
电阻的测量
第一作者:
学号:
专业:
摘要
这学期做的电学实验并不是很多,但是电阻的测量这个实验让我收获很大,通过不同的原理我了解了电阻测量的不同方法,并且对于中电阻高电阻测量方法也不一样,通过本实验我还学到了如何寻找测量电阻的最优方法。
北航2013基础物理实验研究性报告_电位差计及应用
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基础物理实验研究性报告电位差计及应用第一作者一、摘要电位差计的测量准确度高,且避免了测量的介入误差,但它操作比较复杂,也不易实现测量的自动化。
尽管如此,电位差计作为补偿法的典型应用,在电学试验中仍有重要的训练价值。
本文以“电位差计及其应用”为主要内容。
先介绍了自组电位差计的基本原理以及操作过程,而后进行了数据处理以及不确定度计算并进行误差分析。
同时根据所做的电位差计及应用相关实验提出自己对本实验的意见及建议。
关键词:电位差计;自组;误差分析二、实验原理1、补偿原理测量干电池电动势Ex的最简单办法是把伏特表借到电池的正负极上直接读数(见图1),但由于电池和伏特表的内阻(电池内阻r≠0,伏特表内阻R不能看做∞),测得的电压V=E X R/(R+r)并不等于电池的电动势E X。
它表明:因伏特表的接入,总要从被测电路上分出一部分电流,从而改变了被测电路的状态。
我们把由此造成的误差称为接入误差。
图一用电压表测电池电动势为了避免接入误差,可以采用如图2所示的“补偿”电路。
如果cd可调,E>E X,则总可以找到一个cd位置,使E X所在回路中无电流通过,这时V cd=E X。
上述原理称为补偿原理;回路E X→G→d→c→E X称为补偿回路;E→S→A→B→E构成的回路称为辅助回路。
为了确认补偿回路中没有电流通过(完全补偿),应当在补偿回路中接入一个具有足够灵敏度的检流计G,这种用检流计来判断电流是否为零的方法,称为示零法。
图2 补偿法测电动势由补偿原理可知,可以通过测定V cd来确定E X,接下来的问题便是如何精确确定V cd,在此采用比较测量法。
如图2所示,把E X接入R AB的抽头,当抽头滑至位置cd时,G中无电流通过,则E X=IR cd,其中I是流过R AB的电流;再把一电动势已知的标准电池E N接入R AB的抽头,当抽头滑至位置ab时,G再次为0,则E N=IR ab,于是:E X=R cdR abE N(1)这种方法是通过电阻的比较来获得待测电压与标准电池电动势的比值关系的。
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北航基础物理实验研究性报告1051 电位差计及其应用140221班2015-12-13第一作者:邓旭锋14021014第二作者:吴聪14021011目录1.引言 (3)2.实验原理 (3)2.1补偿原理 (3)2.2 UJ25型电位差计 (5)3.实验仪器 (6)4.实验步骤 (6)4.1自组电位差计 (6)4.2 UJ25型箱式电位差计 (7)5.实验数据处理 (8)5.1 实际测量Ex的大小 (8)5.2 不确定度的计算 (8)5.3 测量结果最终表述 (9)5.4 实验误差分析 (9)6.实验改进与意见 (10)6.1 实验器材的改进 (8)6.2 实验方法改进 (10)6.3 实验内容的改进 (10)7.实验感想与体会 (14)【参考文献】 (15)摘要:将电位差计实验中的补偿法原理应用于电学物理量的测量中,该方法可以用来精确测量电流、电阻、电压等电学量,也可以利用电位差计,获得比较精确的二极管伏安特性曲线可以避免了因电表的内阻而引起的测量误差。
利用实验室现有仪器设计了一些切实可行的新实验。
关键字:电位差计;补偿法;UJ23型电位差计;电阻;系统误差。
1.引言电位差计是电压补偿原理应用的典型范例,它是利用电压补偿原理使电位差计变成一内阻无穷大的电压表,用于精密测量电势差或者电压。
同理,利用电流补偿原理也可以制作一内阻为零的电流表,用于电流的精密测量。
电位差计的测量精确度高,且避免了测量的接入误差,但它的操作比较复杂,也不易实现测量的自动化。
在数字仪表迅速发展的今天,电压测量已逐步被数字电压表所代替,后者因为内阻高(一般可达106~107Ω),自动化测量容易,得到了广泛的应用。
尽管如此,电位差计作为补偿法的典型应用,在电学实验中仍然有重要的训练价值。
此外,直流比较式电位差计仍是目前准确度最高的电压测量仪表,在数字电压表及其他精密电压测量仪表的检定中,常作为标准仪器使用。
2.实验原理2.1补偿原理测量干电池电动势Ex的最简单办法是把伏特表借到电池的正负极上直接读数(见图1),但由于电池和伏特表的内阻(电池内阻,伏特表内阻R不能看做),测得的电压并不等于电池的电动势。
它表明:因伏特表的接入,总要从被测电路上分出一部分电流,从而改变了被测电路的状态。
我们把由此造成的误差称为接入误差。
图1 用电压表测电池电动势为了避免接入误差,可以采用如图2所示的“补偿”电路。
如果cd可调,E >Ex,则总可以找到一个cd位置,使Ex 所在回路中无电流通过,这时Vcd=Ex。
上述原理称为补偿原理;回路Ex →G→d→c→Ex称为补偿回路;E→S→A→B→E构成的回路称为辅助回路。
为了确认补偿回路中没有电流通过(完全补偿),应当在补偿回路中接入一个具有足够灵敏度的检流计G,这种用检流计来判断电流是否为零的方法,称为示零法。
图2 补偿法测电动势由补偿原理可知,可以通过测定Vcd 来确定Ex,接下来的问题便是如何精确确定Vcd,在此采用比较测量法。
如图2所示,把Ex 接入RAB的抽头,当抽头滑至位置cd时,G中无电流通过,则Ex =IRcd,其中I是流过RAB的电流;再把一电动势已知的标准电池EN接入R AB 的抽头,当抽头滑至位置ab 时,G 再次为0,则E N =IR ab ,于是:E x =abcdR R E N (1) 这种方法是通过电阻的比较来获得待测电压与标准电池电动势的比值关系的。
由于R AB 是精密电阻,abcdR R 可以精确读出,E N 是标准电池,其电动势也有很高的准确度,因此只要在测量过程中保持辅助电源E 的稳定并且检流计G 有足够的灵敏度,E x 就可以有很高的测量准确度。
按照上述原理做成的电压测量仪器叫做电位差计。
应该指出,式(1)的成立条件是辅助回路在两次补偿中的工作电流I 必须相等。
事实上,为了便于读数,I=abNR E 应当标准化(例如取I=I 0=1mA ),这样就可由相应的电阻值直接读出V cd 即E x =I 0R cd 。
2.2 UJ25型电位差计UJ25型电位差计是一种高电势电位差计,测量上限为1.911110V ,准确度为0.01级,工作电流I 0=0.1mA 。
它的原理如图3所示,图4是它的面板,上方12个接线柱的功能在面板上已表明。
图中AB R 为两个步进的电阻旋钮,标有不同温度的标准电池电动势的值,当调节工作电流时做标准电池电动势修正之用。
R P (标有粗,中,细,微的四个旋钮)做调节工作电流I 0之用。
R CD 是标有电压值(即x R I 0之值)的六个大旋钮,用以测出未知电压的值。
左下角的功能转换开关,当其处于“断”时,电位差计不工作;处于“N ”时,接入N E 可进行工作电流的检查和调整;处于1X 和2X 时,测第一路或者第二路的位置电压。
标有“粗”、“细”、“短路”的三个按钮是检流计(电计)的控制开关,通常处于断开状态,按下“粗”,检流计接入电路,但串联一大电阻R ',用以在远离补偿的情况下,保护检流计;按下“细”,检流计直接接入电路,使电位差计处于高灵敏度的工作状态;“短路”是阻尼开关,按下后检流计线圈被短路,摆动不止的线圈因受很大的电磁阻尼而迅速停止。
图3 UJ25型电位差计原理图图4 UJ25型电位差计面板3.实验仪器ZX-21电阻箱(两个)、指针式检流计、标准电池、稳压电源、待测干电池、双刀双掷开关;UJ25型电位差计、电子检流计、待校电压表、待校电流表。
4.实验步骤4.1 自组电位差计(1)设计并连接自组电位差的线路①画出电路图(如图5),注意正确使用开关,安排好工作电流标准化及x E 测量的补偿回路。
图5 自组电位差计电路②按设计要求(E ≈3V ,x E ≈1.5~1.6V ,I=0I ≡1mA,N E 按温度修正公式算出),设置各仪器或元件的初值或规定值。
标准电池温度修正公式为: N E ≈20E -3.99×510-(t-20℃)-0.94×610-(t-20℃)2+9×910-(t-20℃)3式中,20E 为20℃时的电动势,可取20E =1.01860V 。
(2)工作电流标准化,测量干电池电动势 (3)测量自组电位差计的灵敏度 4.2 UJ25型箱式电位差计(1)调节工作电流:将功能转换开关置N 、温度补偿电阻AB R 旋至修正后的标准电池电动势“1.018”后两位,分别按下“粗”、“细”按钮,调节P R 至检流计指零。
(2)测量待测电压:功能转换开关置1X 或2X ,分别按“粗”、“细”按钮,调节CD R 至检流计指零,则CD R 的显示值即为待测电压。
5.实验数据处理5.1 实际测量Ex 的大小实验温度:t=19.2℃; V E 01860.120= 则标准电池电压的大小为:类别 R1/Ω R2/Ω R1'/Ω R2'/Ω 示值i R (,i R ) 1018.6 2127.5 1472.1 1674.0 仪器误差限 1.11 2.22 1.575 1.78 灵敏度测量(n=13div )---------------1504.41641.7类别 R1/Ω R2/Ω R1'/Ω R2'/Ω 示值i R (,i R ) 1018.7 2126.4 1473.2 1671.9 仪器误差限 1.115 2.21 1.585 1.81 灵敏度测量(n=13div )---------------1497.61647.5表1 实验数据记录根据实验原理可知:Ω=⎪⎪⎭⎫⎝⎛+⨯=4721.122.14731.1472001.0X E 5.2 不确定度的计算(1)仪器误差引起的不确定度的计算则1R 的不确定度()Ω=∆='640859.0311R R u ,()Ω=⨯+=6423.032115.111.11R u则同理可得()Ω=27883.12R u ,()Ω='912213.01R u ,()Ω='03634.12R u1X 2222212221111111X1121211212u (E )u(R )u(R )1111[]u (R )[][]u (R )[]E R R R R R R R R R R =-++-+++++仪122121222121211211R R 1[u(R )][u(R )][u(R )][u(R )]R R R R =++++=则有仪器引起的不确定度的大小为:()()VU U EE EE XX XX0012308.0)1036.84721.1(4仪仪=⨯⨯==-(2)灵敏度误差引起的不确定度的计算:灵敏度误差==2.518135(3)合成不确定度:()()()VU U UE E E XXX00126.02灵2仪=+=5.3测量结果最终表述5.4 实验误差分析1.N E 值受温度变化影响2.检流计灵敏桌面微小振动引起指针晃动3.系统误差和仪器误差6.实验改进与意见6.1 实验器材的改进(1)实验中我们采用标准电池电动势为标准来校准辅助回路电流。
研究标准电池内部结构(如图6)我们可以发现,标准电池正极是硫酸亚汞,负极是镉汞齐(含有10%或12.5%的镉),中间用硫酸镉溶液连接。
从标准电池的原理、结构、特性可知,在使用标准电池时需注意以下五点。
①标准电池不允许倾斜,更不允许摇晃和倒置,否则会使玻璃管内的化学物质混成一体,从而影响电动势值和稳定性,甚至不能使用。
凡运输后的标准电池必须静置足够时间后才能再用;凡被颠倒过的电池经考核合格后方可使用。
②不能过载。
标准电池一般仅允许通过小于1μA的电流,否则会因极化而引起电动势不稳定;流过标准电池的电流不能超过允许值;不要用手同时触摸两个端钮,以防人体将两极短路;绝不允许用电压表或万用表去测量标准电池的电动势值,因为这种仪表的内阻不够大,会使电池放电电流过大。
③使用和存放的温度、湿度必须符合规定。
温度波动要小,以防滞后效应带来误差。
温度梯度要小,以防两电极温度不一致,若两极间温度差为0.1℃,则会有约30pV的电动势偏差。
因此,电池附近不能有冷源、热源,移动到新温度下时必须保持恒温一段时间后方可使用。
④不应受阳光、灯光直射。
因为标准电池的去极化剂硫酸亚汞是一种光敏物质,受光照后会变质,将使极化和滞后都变得严重。
⑤标准电池的极性不能接反。
由于齐纳二极管的端电压与反向电流在小范围内的波动几乎无关,也可将其作为电动势标准,用于仪器中,代替标准电池。
因此,标准电池最好用一个装置固定在实验台上,防止学生错误操作导致损坏。
图6 标准电池内部结构(2)在用电位差计测量电源电动势实验中,常用1.5伏的普通电池作为待测电动势。
由于普通电源在开始使用时电动势较高(最高可达1.6V),而在使用一段时间后电动势则会变小(可低至1.3V以下),这就给检查测量结果的正确性带来了困难。