医用物理学实验指导书(正文)

相垂直的振动的合成。当这两个正弦信号频率合成简单整数比例时，亮点轨迹为一稳定的闭 合曲线——李萨如图形。
（1）将函数信号发生器的两个通道分别接上示波器 CH1、CH2 通道探头。 （2）保持两信号通道的频率相同（如均为 1kHz）。 （3）若通道未被显示，则按下 CH1 和 CH2 菜单按钮。 （4）按下 AUTO（自动设置）按钮。 （5）调整垂直 SCALE 旋钮使两路信号显示的幅值大约相等。 （6）按下显示菜单框按钮以选择 X-Y 模式。 （7）调整垂直 SCALE、垂直 POSITION 和水平 SCALE 旋钮使波形达到最佳效果。 （8）将 CH1 和 CH2 通道输入频率成倍数关系的信号，调出如下不同频率、不同相位 差的李萨如图形。并画出草图，与以下两图比较判断正误。
实验二 示波器的使用
一、实验目的
1．了解示波器的结构和原理，掌握示波器的使用方法。 2．学会用示波器观察波形，测量电压。 3．设计观察李萨如图形。
二、实验器材
示波器，低频信号发生器，同轴电缆、导线。
三、实验内容与数据记录

1. 观察波形及对电压和频率的测量
（1）用信号发生器分别产生如下电信号，并将所观察到的正弦波及方波按比例绘出。
三、实验原理
1．游标卡尺 普通测长度的尺子其准确度有一定的局限性，主要是由于其分度值（即仪器能准确鉴别
的最小量值）较大。例如米尺的分度值为 1mm 而不能更小，否则，刻度线太密将无法区分。 为此，在主尺上装一个能够沿主尺滑动的带有刻度的副尺，称为游标，这样的装置称为游标 卡尺。
游标卡尺的结构如图 1–1 所示。主尺 D 是一根钢制的毫米分度尺，主尺头上附有钳 口 A 和刀口 A′，游标 E 上附有钳口 B、刀口 B′ 和尾尺 C ，可沿主尺滑动。螺丝 F 可将游标固定在主尺上，当钳口 AB 密接时，则刀口 A′B′对齐，尾尺 C 和主尺尾部也对 齐，主尺上的 0 线与游标上的 0 线重合。
四、注意事项
１．螺旋测微计通常有零点误差，测量前应先记录零点读数，以便对测量值作零点校正。 方法是：使测微计的测量钳口接触，检查主尺基线与副尺零线是否重合，如不重合，应记 下这个差数，我们称之为零点读数，测量值应加以修正，即
待测量 ＝ 读数值 一 零点读数 零点读数可正可负，若副尺零线在主尺基线的下方，则取正值；反之取负值。 ２．螺旋测微计测量误差的主要原因是螺旋将待测物压紧程度不同引起。因此，测量时， 当钳口接近待测物时不要直接拧转螺杆，应轻轻转动棘轮旋柄（微调螺旋）推进螺杆，只 要听到“喀”“喀”声，就可以读数了。 ３．测量完毕，应在测砧间留下间隙，避免因热膨胀而损坏螺纹。
内径（mm）
外径 (mm)
深度 (mm)
零点读数 (mm) 1 2 3 平均值 按有效数字运算规则计算：
１．小球体积：V = 1 π d 3 6
２．小球直径的百分误差 E
表 1–2 小球直径读数(mm)
表 1－3 头发丝的直径 头发丝直径 (mm)
1 2 3 平均值
小球直径 d (mm)
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标定值 万用表 测量值 电流表 测量值 电压表 测量值
目录
实验一 基本测量及实验数据的处理 …………………………3 实验二 示波器的使用……………………………………………9 实验三 毛细管法液体粘滞系数测量 …………………………11 实验四 电偶极子电场的测绘 …………………………………15 实验五 分光计的调整及光栅常数的测定 ……………………17 实验六 空气中的超声声速测量 ………………………………23
图 1–1 游标卡尺 钳口 AB 用来测物体的长度及外径，刀口 A′B′用来测物体的内径，而尾尺 C 则用来 测物体的深度。它们的读数值，都是表示游标的 0 线与主尺的 0 线之间的距离。 游标卡尺的规格有多种，其精密程度各不相同，但不论哪一种，它的原理和读数方法都 是一样的。常用游标尺的设计，在游标尺上刻有 m 个分格，游标上 m 个分格的总长，正好 与主尺上（m–1）个分格的总长相等，如果用 y 表示主尺上最小分格的长度，x 表示游标 上每一小格的长度，则
上显示为一个分格。螺旋杆是和
螺旋柄相连，柄上附有沿圆周的
刻度（微分筒），即副尺，共有
50 个等分格。当微分简上的刻
度转过一分格时，螺旋杆沿轴线
前进或后退的距离为：
0.5mm 50格
=
0.01mm
格
图 1–3 螺旋测微计
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因此，螺旋测微计的分度值是 0.01mm。 读数时，从固定标尺（主尺）上读出整格数（每格 0.5mm），0.5mm 以下的读数则由微
(m–1)y = mx 所以，主尺与游标上每个分格长度的差值是
3
y
y–x=
m
这个量就是游标卡尺的分度值。通常主尺最小分格 y 都为 1mm，因此，游标的分格数越多，
分度值就越小，卡尺的精密度就越高。
常用的游标卡尺的分度值有 0.1mm 、0.05mm、0.02mm 三种。若：y=1mm，m=10，则
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图a
图b 3、观察和测量人体上感生的电信号
人体所处的空间中，各交变的电磁波在人体身上会产生感生电动势。用手握示波器的输 入端时，通过调节适当的量程，在示波器上观察这种电信号的波形，记录其波形，测量它的 频率及电压的峰峰值 Vpp。
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实验三 毛细管法液体粘滞系数测量
一、实验目的
1．理解液体在细圆管中的流动规。 2．掌握用毛细管黏度计测定液体黏度的实验原理与方法。 3．了解液体黏度的其它几种测量方法。
固定电阻的测量，可以根据电阻标称值选用万用表适当的电阻档量程来直接测量。 5. 电位器
电位器是一种常用的电子元件。在收音机中用来控制音量和音质。在可调稳压电源中用 来调节输出电压等，电位器是一种连续可调的电阻器，其滑动臂（动接点）在电阻体上滑 动，可获得与电位器外加输入电压按滑动臂转角成一定比例关系的输出电压。
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称值，再将动接点从一个定点移动到另一个定点，观察万用表显示的电阻值有否相应变化， 正常情况下应从 0 增加到标称值或从标称值减少到 0。
6. 电容 电容器也是电子设备中常用基本元件。电容器是储存电荷的容器，简称电容，文字符号
用 C 表示。能储存电荷数量的本领叫电容量，电容量的单位是法拉（简称法），常用符号 F 表示，由于法拉这一单位太大，实际上使用的单位是微法（μf，简写μ）和皮法（pF 简写 p）。 其换算关系如下：
1F（法拉）= 106μF（微法）= 1000000μF（微法） 1μF（微法）= 106 pF（皮法）= 1000000pF（皮法） 电容的测量，可将电容两引脚直接插入万用表电容测试插座中，然后根据其标称值选取适 当的电容档量程来测量。当被测量电容标称值大于最大测量时（本实验用万用表为 20μF）， 可用万用表电阻档定性测量该电容的好坏。方法如下，先将待测电容两极短路（使电容放 电），然后选择合适的电阻档量程（如 50μF 用 200K 档），测电容两极之间电阻，若万用表 上显示的电阻读数开始时很小（相当于短路），然后电容充电，读数逐渐增大，最后读数变 为“1”（相当于开路），则说明该电容是好的，否则电容已坏（开路或短路）。
（n 为游标上与主尺某一刻度重合的格数）
∆l = n( y − x) = n y m
图 1–2 游标卡尺的读数
如图 1–2 所示，l0 =16mm，n =13，m =50，y = 1mm， y = 0.02mm ，则 m
y l = l0 + n m
= 16mm+13×0.02mm
= 16.26mm
2．螺旋测微计
五、实验步骤
1．用游标卡尺测圆管的内径、外径和深度，同一位置测 3 次，填入表 1–1 中，算出圆管 的内径、外径和深度的平均值。 2．测定螺旋测微计的零点读数 3 次，填入表 1–2 中。 3．用螺旋测微计测一小钢球直径，在不同的位置测量 3 次，填入表 1–2 中小球读数栏， 用读数减去零点读数，得到小球直径 d，计算小球直径 d 的平均值，求出小球体积，并计算 小球直径的百分误差 E。 4. 选择合适的量尺，测量头发丝三个部位的直径。并记录入表 1－3 中。 5. 分别选用万用表上合适的档位及实验箱上的电流表或电压表，测量实验箱中的电压源及 电流源。注意用万用表的直流电压档和直流电流档，适当调节量程，测量实验箱上电压源 与电流源。上述电压（红表笔接正，黑表笔接负）将结果记录填入表 1－4。
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实验一 基本测量及实验数据的处理
一、实验目的
1．熟悉游标卡尺、螺旋测微计的结构原理，掌握其使用方法。 2．掌握有效数字和误差的概念及计算方法。 3．学习使用万用表。 4．掌握用万用表测量电阻、电容元件性能的好坏。
二、实验器材
游标卡尺，螺旋测微计，圆管（线轴），球体、导线、数字万用表、实验箱、导线若干。
y =0.1mm；y=1mm，m=20， y =0.05mm；y=1mm，m=50，则 y =0.02mm。
m
m
m
利用游标卡尺测物体的长度时，把物体放于钳口之间，游标右移。游标 0 线对准主尺
上某一位置，毫米以上整数部分 l0 可以从主尺上直接读出，毫米以下部分△l 从副尺上读出，
物体的长度为：
l = l0 + ∆l ∆l = ny − nx
分筒（副尺）上的刻度读出，可估测到 0.001mm 位上，如图 1–4 所示。
图 1–4 螺旋测微计的读数
3. 液晶显示数字万用表 万用表可以测量交 、直流电压、电流、电阻、电容、晶体管 β 值，二极管好坏和电路
短接等，通过拨动档位开关来切换测试功能和量程。 最大显示值位±1999，可自动显示“0”和极性，过载时显示“1”和“﹣1”，内部电池电压过
螺旋测微计（千分尺）是比游标卡尺更精密的长度测量仪器，多用于测量小球和金属
丝的直径或平板厚度。常用的一种螺旋测微计测量范围 0~25mm，分度值 0.01mm。螺旋测
微计的结构如图 1–3 所示，主要部分是在固定套管上有一个微动螺杆，螺距 0.5mm，因此，
当螺杆旋转一周时，它沿轴线方向前进或后退 0.5mm , 此距离在固定套管的标尺（即主尺）
（2）电压和频率测量数据记录于表 1。
表 1 电压和频率数据表
信号 发生器上读数
示波器观测数据
频率 f 电压 VP-P （Hz）
V/div
垂直格 数
水平格
V'P-P Time/div
数
f ′（Hz）
200mV 100
500mV
1k
1V
10k
3V
100k
2. 绘出所观察到的各种频率比的李萨如图形 当示波器的 X、Y 偏转板都加上随时间变化的正弦信号，示波屏上形成的轨迹是两个互
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6. 用万用表测量 3 个电阻，并将数据记录如表 1-5。 7. 用万用表测量 3 个电位器的固定电阻值，并检测当转动其动点时，能否改变动点与定点 之间的电阻值，并将数据记录如表 1-6。 8. 用万用表测量 2 个小电容的容值，将数据记录如表 1-7。
六、数据记录与处理
1 2 3 平均值
表 1–1
低时有显示标志提醒更换电池。 使用时应注意正确地选择量程及表笔插孔，对未知大小的电量进行测试时，应把量程
调到最大，然后从大向小调，直到合适为此。若出现 “1”，则表示超出量程（过载），应当 调大量程来测量。不测量时，应随手关断万用表的电源开关。当测量电流时切忌过载，否 则万用表容易损坏。特别注意的是，绝对禁止使用电阻档或电流档测量电压。 4．固定电阻
二、实验器材
毛细管黏度计，温度计，秒表，密度计，移液管，量筒，吸球，蒸馏水、酒精和生理盐 水、废酒精容器。
表 1－4 测量直流电压
电压源
0～＋12V
0～－12V
——
——
电流源 0～10mA
——
次数 1 2 3
表 1-5 定值电阻的测量
电阻标称值
实测值
误差
次数 标称值
1 2 3
表 1-6 电位器的测量
实测值
动点与定点电
阻可调否
综合判定电位 器良好否
次数 1 2
表 1-7 电容的测量
标称值
实测值
电容良好否
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尽管电位器种类规格极多，但在电路中的符号都是一样的，都用下图所示的符号来表示， 其文字符号用“RP”，符号旁标出的阻值为电位器的最大阻值。
RP 10K
图 1–5 普通电位器符号 电位器的测量分两步。首先根据其标称值，用万用表选取适当的电阻档量程来直接测 量其两定点之间的电阻值。然后用万用表一个表笔接触电位器两个定点的其中一个，再用 万用表另一个表笔接触电位器的动接点，观察此时万用表显示的电阻值是否小于电位器标