大学物理实验

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1、实验一 物体密度的测定【预习题】 1简述游标卡尺、螺旋测微器的测量原理及使用时的注意事项。 答：（1）游标卡尺的测量原理及使用时的注意事项： 游标卡尺是一种利用游标提高精度的长度测量仪器，它由主尺和游标组成。设主尺上的刻度间距为，游标上的刻度间距为 ，比略小一点。一般游标上的 个刻度间距等于主尺上（-1）个刻度间距，即。由此可知，游标上的刻度间距与主尺上刻度间距相差,这就是游标的精度。教材P33图1-2所示的游标卡尺精度为,即主尺上49mm与游标上50格同长，如教材图1-3所示。这样，游标上50格比主尺上50格（50mm）少一格（1mm）,即游标上每格 长度比主尺每格少1宁50 = 0.02（

2、mm）,所以该游标卡尺的精度为0.02mm。使用游标卡尺时应注意：一手拿待测物体，一手持主尺，将物体轻轻卡住，才可读数。 注意保护量爪不被磨损，决不允许被量物体在量爪中挪动。游标卡尺的外量爪用来测量厚 度或外径，内量爪用来测量内径，深度尺用来测量槽或筒的深度，紧固螺丝用来固定读数。（2）螺旋测微器的测量原理及使用时的注意事项： 螺旋测微器又称千分尺，它是把测微螺杆的角位移转变为直线位移来测量微小长度的长度测 量仪器。螺旋测微器主要由固定套筒、测量轴、活动套筒（即微分筒）组成。如教材P24图1-4 所示，固定套管D上套有一个活动套筒C（微分筒），两者由高精度螺纹紧密咬合，活动套筒与测量轴 A 相

3、联，转动活动套筒可带动测量轴伸出与缩进，活动套筒转动一周（），测量轴伸出或缩进 1 个螺距。因此，可根据活动套筒转动的角度求得测量轴移动的距离。对于 螺距是0.5mm螺旋测微器，活动套筒C的周界被等分为50格，故活动套筒转动1格，测 量轴相应地移动0.5/50=0.01mm,再加上估读，其测量精度可达到0.001 mm。使用螺旋测微器时应注意：测量轴向砧台靠近快夹住待测物时，必须使用棘轮而不能直接 转动活动套筒，听到“咯、咯”即表示已经夹住待测物体，棘轮在空转，这时应停止转动棘 轮，进行读数，不要将被测物拉出，以免磨损砧台和测量轴。应作零点校正。 2为什么胶片长度可只测量一次？ 答：单次测量时

4、大体有三种情况：（1）仪器精度较低，偶然误差很小，多次测量读数相同， 不必多次测量。（2）对测量的准确程度要求不高，只测一次就够了。（3）因测量条件的限制， 不可能多次重复测量。本实验由对胶片长度的测量属于情况（1），所以只测量 1 次。【思考题】1量角器的最小刻度是 。为了提高此量角器的精度，在量角器上附加一个角游标，使 游标 30 分度正好与量角器的 29分度等弧长。求该角游标的精度（即可读出的最小角度），并 读出下图所示的角度。答：因为量角器的最小刻度是30，游标30 分度与量角器29 分度等弧长，所以游标的精度为 ，图示角度为 。2用螺旋测微器进行测量时要考虑螺距误差吗？ 答：不要。因

5、为用螺旋测微器进行测量时，活动套筒（即微分筒）只向一个方向转动，所以 不考虑螺距误差。3设计一种修正齿孔面积的方案。 答：齿孔形状如图 1所示。齿孔面 积S等于长方形面积XY减去修正面积AS。由图1、图 2 可知修正面积 等于正方形和内切圆面积之差，所 以只要测出内切圆的半径，就可求出AS。用读数显微镜测出图1中的XI、X2、Zl、Z2，得内切圆的半径：则修正面积为：验三电阻的测量和伏安特性的研究【预习题】1测量二极管伏安特性曲线时，为什么正向曲线的测量要用外接法，而反向曲线的测量要 用内接法?答：因为二极管正向电阻较小，反向电阻较大，所以正向曲线的测量宜采用电流表外接法， 反向曲线的测量宜采

6、用电流表内外接法。2电源、电表、滑线变阻器接到电路中要注意什么？答：在使用电源时，应注意：（1）注意人身安全，一般安全电压为36V。高于36V操作时尽 量用一只手操作。（2）不能使总电路中的总电流超过额定电流值，更不能使电源短路（即不能使外电阻接近于 零）。 （3）直流电表的正、负极应与直流电源的正、负极对应联接（即正接正，负接负），否 则会使电表损坏。而交流电没有正负极之分。 （4）在电路中必须连电源开关，接线时和不进 行测量时，要使电源开关断开且将输出旋钮逆时针调至零，线路接好经查无误后打开电源。 做完实验，一定要先切断电源，然后再拆去其他部分。使用电表时应注意以下几点：（1）选择电表：根

7、据待测电流（或电压）的大小，选择合适量 程的电流表（或电压表）。如果选择的量程小于电路中的电流（或电压），会使电表损坏；如 果选择的量程太大，指针偏转角度太小，读数就不准确。使用时应事先估计待测量的大小， 选择稍大的量程试测一下，再根据试测值选用合适的量程，一般要尽可能使电表的指针偏转 在量程的 2/3 以上位置。（2）电流方向：直流电表指针的偏转方向与所通过的电流方向有关， 所以接线时必须注意电表上接线柱的“+”、“-”标记。电流应从标有“+”号的接线柱流入， 从标有“-”号的接线柱流出。切不可把极性接错，以免损坏指针。（3）视差问题：读数时， 必须使视线垂直于刻度表面。精密电表的表面刻度尺

8、下附有平面镜，当指针在镜中的像与指 针重合时，所对准的刻度，才是电表的准确读数。（4）要正确放置电表，表盘上一般都标有 放置方式，如用“一”或表示平放；用“L或“丄”表示立放;“Z”表示斜放， 不按要求放置将影响测量精度。（5）使用前电表的指针应指零，若不指零，需要调零。 使用滑线变阻器时要注意：通过滑线变阻器的电流不能超过其额定电流。 3被测低电阻为何要有 4个端钮？ 答：消除接触电阻。【思考题】1滑线变阻器主要有哪几种用途？如何使用？结合本次实验分别给予说明。 答：（1）滑线变阻器主要有两种用途：限流和分压。（2）对限流电路（如教材图3-10）：在接通电源前，一般应使C滑到B端，使最大，电

9、流最小，确保安全。以后逐步调节限流器电阻，使电流增大至所需值。对分压电路（如教材图 3-11）：在接通电源前，一般应使C 滑到 B 端，使 两端电压最小，确保安全。以后逐步调节分压器电阻，使 两端电压增大至所需值。（3）本次实验中测二极管特性曲线时，滑线变阻器用于分压；利用四端接线 法测量一段电阻丝电阻时，滑线变阻器用于限流。2. 在实验中，若电源电压为6V，被测电阻约为50Q，电流表（毫安表）的量程为150/300mA, 150mA档的内阻约0.4Q，电压表的量程为1.5/3.0/7.5 V,每伏特电压的内阻约200Q。如 何选用电表量程，电表采用何种接法比较好？答：（1 ）因为电源电压为6

10、V,所以电压表量程应选择 7.5V；又因为通过电阻的电流，则，所以电流表量程应选择150mA。2）由题意知因为当 时，应采用电流表内接法测量；当 时，应采用电流表外接法测量。所以比较 两式后可知电流表宜采用内接法。3如果低电阻的电势端钮与电流端钮搞错会产生什么现象？为什么？ 答：在本实验中，若将待测低电阻的电势端钮与电流端钮接反，则测得的电压为待测低电阻 和电流表的接触电阻上共有的，所测阻值比待测低电阻阻值要大。实验四 热电偶温度计定标【预习题】1什么叫温差电动势？它与哪些因素有关？答：（1）两种不同的金属或合金，将其两端连接，形成闭合回路，当两连接点的温度不同时， 回路中就会产生电动势，这样

11、的电动势就叫温差电动势。（2）温差电动势与这两种金属或合金材料及冷热端的温度有关。【思考题】1保温杯内冰水混合物的温度是否处处为零？答：保温杯内冰水混合物的温度理论上应该是处处为 ，但在实际实验中保温杯里冰水混合物与外环境有热交换，因而使得保温杯里的水不一定为处处零。2热电偶温度计有什么特点？答：（1）热电偶温度计具有结构简单，价格便宜，准确度高，测温范围广等特点。（2）由于热电偶将温度转化成电信号进行检测，使温度的测量、控制、 以及对温度信号的 放大变换都很方便，适用于远距离测量和自动控制。实验六 薄透镜焦距的测定【预习题】1本实验要求用那些方法测量凸透镜和凹透镜的焦距？ 答：测量凸透镜焦距

12、的三种方法，自准法、物距像距法、共轭法。测量凹透镜焦距的两种方 法，视差法和物距像距法。2什么是共轴调节？共轴调整的要求是什么？达不到这些要求对测量有什么影响？ 答：在用多个透镜做实验时，各个透镜应调节到有公共的主光轴，并且该主光轴应与导轨平 行，这种调节称为共轴调节。共轴调节分为粗调和细调两个步骤。若达不到物点与透镜共轴 等高，所成的像偏离主光轴，数据测量不准确。3用物距像距法测凹透镜焦距的实验中，对第一次凸透镜所成的像有什么要求？ 答：第一次凸透镜所成的像，应为倒立缩小的实像。【思考题】1物屏与像屏间的距离和 时，分别会出现什么现象？试用数学表达式说明之。明如下：2如果凸透镜的焦距大于光具

13、座的长度，试设计一个实验，在光具座上能测量它的焦距。 答：（1）辅助透镜法：加一个已知小焦距的凸透镜作为辅助透镜。（2）视差法：与教材测凹 透镜方法相同。实验七 单摆设计【思考题】1用秒表手动测量单摆周期时，从测量技巧上来考虑，应注意哪些方面才能使周期测得更 准确些？答：（1）注意定点观察，在摆线通过平衡位置时开、停秒表。 （2）适当增加单摆振动次数，及重复测量。2在室内天棚上挂一单摆，摆长很长无法用尺直接测出来，请设计用简单的工具和方法测 量其摆长。答：测出单摆振动的周期 ，查出本地重力加速度g,即可通过计算出摆长实验八 用直流电桥测量电阻【预习题】 1怎样消除比例臂两只电阻不准确相等所造成

14、的系统误差？答：可以交换 和 ，进行换臂测量，这样最终，就与比例臂没有关系了。【思考题】1改变电源极性对测量结果有什么影响？答：在调节检流计平衡时，改变极性对未知电阻的测量没有影响。测量电桥灵敏度时，改变 电源极性会改变指针偏转方向，但对偏转格数没有影响。总之，改变电源极性对测量结果没 有影响。2影响单臂电桥测量误差的因素有哪些？答： （1）电桥灵敏度的限制，（2）电阻箱各旋钮读数的准确度等级（3）电阻箱各旋钮的 残余电阻（接触电阻）实验九 液体粘滞系数的测定【预习题】 1在一定的液体中，若减小小球直径，它下落的收尾速度怎样变化？减小小球密度呢？ 答：在一定的液体中，小球下落的收尾速度与小球的

15、质量和小球最大截面积有关。化简后得：从上式可见，小球的收尾速度与小球半径和密度的平方根成正比，其中 K 为比例系数。 2试分析实验中造成误差的主要原因是什么？若要减小实验误差，应对实验中哪些量的测 量方法进行改进？答：在实验中，小球的半径r和下落速度是对粘滞系数 测量误差影响最大的两个因素。（1）小球直径的测量：因为该量的绝对量值较小，如测量仪器选用不当或测量方法不当都 会造成测量的相对误差较大。应选用规则的小球，小球直径尽量小些。测量仪器的精度要较 高。如选用螺旋测微器，读数显微镜。（2）的测量：的测量又决定于测量距离 和 t 这两个量的测量。在可能的条件下，增加 的量值是很重要的（即提高了本身测量精度，又提高了 t的测量精度）；在t的测量中，秒表的启动和停止的判断果断，直接影响测量结果，实验前可进行训练。当然改 进测量方法，如用光电计时装置，可提高t的测量的准确度。（3）温度对液体的粘滞系数的影响极大，故在用一组小球测量液体粘滞系数时，在第一个 小球下落前要测量一次液体温度，最后一个小球下落后又要测量一次液体温度，取其平均值 为液体粘滞系数测量时的温度。【思考题】1什么是粘滞阻力？答：液体流动时，流速层间的内摩擦力与摩擦面积S、速度梯度成正比:或