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1、 大学物理大学物理基础实验基础实验授课老师授课老师: :伍老师伍老师1实验项目实验项目5、实验、实验23霍尔效应霍尔效应4、实验、实验17空气中声速的测定空气中声速的测定1、实验、实验13扬氏模量的测定（伸长法）扬氏模量的测定（伸长法）2、实验、实验15冰的溶解热的测定冰的溶解热的测定3、实验、实验16空气比热容比的测定空气比热容比的测定6、实验、实验1基本测量基本测量7、实验、实验2电子元件伏安法特性的测定电子元件伏安法特性的测定8、实验、实验3示波器的使用示波器的使用9、实验、实验10万用表的使用万用表的使用2实验实验16空气比热容比的测定空气比热容比的测定【实验目的实验目的】1、学习用绝
2、热膨胀法测定空气的比热容、学习用绝热膨胀法测定空气的比热容比；比；2观察和分析热力学过程中状态的变化；观察和分析热力学过程中状态的变化；3、了解气体压力传感器和电流型集成温、了解气体压力传感器和电流型集成温度传感器的原理并掌握其使用方法。度传感器的原理并掌握其使用方法。3【实验仪器实验仪器】 空气比热容比测定仪（一套）空气比热容比测定仪（一套）（1 1）密密封封贮贮气气瓶瓶；（2 2）温温度度、气气压压 传传感感器；（器；（3 3）温度、气压测定仪）温度、气压测定仪【实验原理实验原理】1 1、比热容比、比热容比2 2、实验操作过程：、实验操作过程：4（1 1）充充气气：C C1 1开开C C2
3、 2闭闭，用用气气球球把把大大气气打打入入瓶瓶内内，气气体从状态体从状态I0（P0、T0、V0）II（PP、TT、V V1 1）；）；（2 2）关闭关闭C C1 1，让气体从状态让气体从状态II（PP、TT、V V1 1）I I（P P1 1、T T0 0、V V1 1）；）； P P1 1瓶内气体压强，由数字压强计读出其值。瓶内气体压强，由数字压强计读出其值。T T0 0周围大气温度，由数字温度计读出其值。周围大气温度，由数字温度计读出其值。V V1 1下下一一过过程程选选定定留留在在瓶瓶内内的的那那一一部部分分气气体体（热热力力学学系系统统）在在状状态态I I时时所所占占瓶瓶内内的的一一部
4、部分分体体积积（非非瓶瓶的体积）。的体积）。 绝热压缩过程绝热压缩过程等容放热过程等容放热过程5 （3 3）打开）打开C C2 2，使瓶内气体与大气相通，迅速从瓶使瓶内气体与大气相通，迅速从瓶内冲出；在放气声音消失瞬间，立刻关闭内冲出；在放气声音消失瞬间，立刻关闭C C2 2，这时这时留在瓶内的气体达到状态留在瓶内的气体达到状态（P P0 0、T T2 2、V V2 2），），气体气体从状态从状态I I（P P1 1、T T0 0、V V1 1）（P P0 0、T T2 2、V V2 2）于是有于是有 V V2 2=V=V（瓶体积）瓶体积） 或或 （4 4）关闭）关闭C C2 2后，让气体从状
5、态后，让气体从状态（P P0 0、T T2 2、V V2 2）（P2、T0、V2）绝热膨胀过程绝热膨胀过程等容吸热过程等容吸热过程6（I I、状态）状态） 或或 （、状态）状态） （5 5）有）有、或或、式，可得式，可得取取对数整理得：对数整理得：实实验验中中，利利用用压压强强测测试试仪仪测测出出各各压压强强值值后后，代代入入上上式式便便可可算算出出空空气气的的比比热热容容比比。其其中中P P0 0是是当当地地的的大气压值，为大气压值，为1.01485E+5（Pa）实实验验注注意意：在在放放气气时时，当当听听到到放放气气声声音音结结束束应应立立刻刻关关闭闭活活塞塞C2，提提前前或或推推迟迟关关
6、闭闭活活塞塞C2都都影影响响实实验结果。验结果。7实验实验15冰的熔解热测定冰的熔解热测定【实验目的实验目的】1 1、掌握热学实验中的基本测量方法、掌握热学实验中的基本测量方法混合量热法；混合量热法；2 2、学会通过参量调整选择进行散热修正、学会通过参量调整选择进行散热修正的方法；的方法；3 3、掌握物理天平和电子秒表的使用。、掌握物理天平和电子秒表的使用。8【实验仪器实验仪器】【实验原理实验原理】量热器量热器、物理天平、温度计、秒表。、物理天平、温度计、秒表。1 1、混合量热法、混合量热法 实实验验内内容容是是应应用用混混合合量量热热法法测测定定冰冰的的熔熔解解热热。混混合合量量热热所所依依
7、据据的的原原理理是是，在在绝绝热热系系统统中中，某某部部分所放出的热量等于另一部分所吸收的热量分所放出的热量等于另一部分所吸收的热量：实验中近似的绝热系统：实验中近似的绝热系统：由冰由冰M、水、水m、量热器的内筒量热器的内筒m1、搅拌器搅拌器m2、温度计温度计m3组成。组成。（热平衡原理）（热平衡原理）结构上是如何减小结构上是如何减小与外界热交换的？与外界热交换的？9 根根据据混混合合量量热热法法所所依依据据的的原原理理，可可以以列列出出下下面的式子：面的式子：C0=4.18103J/kgoC(水的比热容水的比热容)C1=C2=C3=C铜铜=0.378103J/kgoC。(C1、C2、C3分别
8、是内筒、搅拌器、温度计的比热容分别是内筒、搅拌器、温度计的比热容)T1放入冰前一刻水的温度。放入冰前一刻水的温度。T2放入冰后系统温度下降到最低的温度。放入冰后系统温度下降到最低的温度。实验中实验中用用物物理理天天平平称称出出质质量量M、m、m1、m2、m3，用用温温度度计计量量出出T1和和T2，便便可可以以由由上上式式计计算算出出冰冰的的熔解热熔解热L。102 2、 系统散热的粗略修正系统散热的粗略修正（1）修正依据）修正依据牛顿冷却定律牛顿冷却定律设实验中，量热器内的水温随时间的变化曲设实验中，量热器内的水温随时间的变化曲线大致如下图所示。线大致如下图所示。T T1 1t t1 1T T0
9、 0t t0 0T T2 2t t2 2S SA AS SB BA AB BC CD DE ET Tt t 当当系系统统与与外外界界温温度度差差不不超超过过10101515o oC C时时，系系统统温温度度的的变变化率与温度差成正比，即化率与温度差成正比，即11因为因为 所以牛顿冷却定律也可以写为：所以牛顿冷却定律也可以写为： 根根据据牛牛顿顿冷冷却却定定律律，实实验验过过程程中中，系系统统温温度度T T从从T1T1下降到下降到T2T2这段时间（这段时间（t t1 1至至t t2 2）内系统散热为：内系统散热为：为散热系数为散热系数。前前一一项项（T-TT-T0 0）0,0,系系统统散散热热；
10、后后一一项项（T-TT-T0 0）00，系系统统吸吸热热。只只要要使使S SA ASSB B，系系统统对对外外界界的的吸吸热热和和散热就可以相互抵消。散热就可以相互抵消。12（2 2）如何进行散热修正？）如何进行散热修正？下表是某同学实验根据测量数据描出的下表是某同学实验根据测量数据描出的T Tt t图线图线冰熔解热的实验测定Tt图线15.0016.0017.0018.0019.0020.0021.0022.0023.0024.0025.0026.0027.0028.0029.0030.0031.000123456789101112时间t（min）系统温度T（oC C）S1S2T T0 0=2
11、2.50=22.50o oC C S S1 1SS2 2 即即 Q Q吸吸QRA时，相对误差较小，可用内接法测量。时，相对误差较小，可用内接法测量。（1 1 1 1）电流表内接法）电流表内接法）电流表内接法）电流表内接法VRxROEAK+-内接法测电阻内接法测电阻83电路：电路：误差：误差：偏小偏小选择：选择：当当RxRV时，相对误差较小，可用外接法测量。时，相对误差较小，可用外接法测量。 （2 2 2 2）电流表外接法）电流表外接法）电流表外接法）电流表外接法ROEK+V+-外接法测电阻外接法测电阻ARx8485（3 3）补偿法）补偿法电路：电路：调节电位器调节电位器Ro和和R1，当，当Rt
12、=0，Ig=0时，时，电流表的读数即为流过电阻电流表的读数即为流过电阻Rx的电流的电流I，电压表电压表的读数即为电阻的读数即为电阻Rx两端的电压两端的电压U。误差：误差：很小，不存在分流，又不存在分压。很小，不存在分流，又不存在分压。选择：选择：任何电阻均可用此法测量，但较复杂任何电阻均可用此法测量，但较复杂。ROEK+-补偿法测电阻补偿法测电阻ARxGVRIRt8686三、电表量程选择三、电表量程选择1、电表的准确度等级（、电表的准确度等级（P.22）七个等级：七个等级：a =0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5和和5.0级。电表准确度等级越小，电表的准确度越级。电表准确度等级越小
13、，电表的准确度越高。高。电表的最大允许误差：电表的最大允许误差：2、电表测量量程选择、电表测量量程选择电表测量的示值相对误差电表测量的示值相对误差可见，要减小可见，要减小Em，电表的示值（读数）电表的示值（读数）xi 越越大大越好，尽可能接近量程。越好，尽可能接近量程。87871.实验板使用方法实验板使用方法2.2.电流表内、外接法的选择电流表内、外接法的选择 电流表内接法：电流表内接法： 电流表外接法：电流表外接法：3.3.电表量程的选择和内阻的计算电表量程的选择和内阻的计算 电电压压表表内内阻阻：R RV V = =每每伏伏欧欧姆姆数数（/V/V）量量程。程。 电流表的内阻电流表的内阻R
14、RA A：查查P.39P.39的附录的附录A A电表参数表。电表参数表。 电电表表量量程程选选择择要要使使读读数数尽尽可可能能接接近近量量程程，若若读数小于满刻度的读数小于满刻度的1 1/ /3 3，应更换量程。，应更换量程。 针式仪表读数要读到有效位数针式仪表读数要读到有效位数（要估读（要估读1 1位）位）。 四、实验方法四、实验方法88实验实验3示波器的使用示波器的使用【实验目的实验目的】1 1、了解示波器的大致结构与工作原理；、了解示波器的大致结构与工作原理；、了解示波器的大致结构与工作原理；、了解示波器的大致结构与工作原理；2 2、学习、学习、学习、学习SS-7802ASS-7802A
15、型示波器的操作使用方法；型示波器的操作使用方法；型示波器的操作使用方法；型示波器的操作使用方法；3 3、学习、学习、学习、学习EE1641BEE1641B型函数信号发生器的操作使用型函数信号发生器的操作使用型函数信号发生器的操作使用型函数信号发生器的操作使用方法；方法；方法；方法；4 4、观察交流信号波形，测量信号电压与周期；、观察交流信号波形，测量信号电压与周期；、观察交流信号波形，测量信号电压与周期；、观察交流信号波形，测量信号电压与周期；5 5、通过观察李萨如图测量正弦信号频率。、通过观察李萨如图测量正弦信号频率。、通过观察李萨如图测量正弦信号频率。、通过观察李萨如图测量正弦信号频率。8
16、91.广泛的电子测量仪器；广泛的电子测量仪器；2.测量电信号的波形（电压与时间关系）；测量电信号的波形（电压与时间关系）；3.测量幅度、周期、频率和相位等参数；测量幅度、周期、频率和相位等参数；4.配合传感器，测量一切可以转化为电压的参量（如电配合传感器，测量一切可以转化为电压的参量（如电流、电阻、温度磁强等）流、电阻、温度磁强等）【实验原理实验原理】一、示波器的作用一、示波器的作用9090二、工作原理二、工作原理1. 1.组成：组成：组成：组成：Y轴轴放大放大 X放大放大 锯齿波锯齿波发生器发生器 电源电源 外外同步同步内同步内同步电源同步电源同步扫描扫描外接外接X轴输入轴输入Y轴输入轴输入
17、双踪示波器结构框图双踪示波器结构框图uFY2Y1X2X1912. 2.电子偏转：电子偏转：电子偏转：电子偏转：电子在水平电子在水平电子在水平电子在水平/ /垂直方向受电场力。垂直方向受电场力。垂直方向受电场力。垂直方向受电场力。3. 3.电子扫描：电子扫描：电子扫描：电子扫描：在水平偏转板上加锯齿波电压，电在水平偏转板上加锯齿波电压，电在水平偏转板上加锯齿波电压，电在水平偏转板上加锯齿波电压，电子束在子束在子束在子束在水平方向水平方向水平方向水平方向周期性地来回扫动，屏幕出现周期性地来回扫动，屏幕出现周期性地来回扫动，屏幕出现周期性地来回扫动，屏幕出现水平亮线，称为水平亮线，称为水平亮线，称为
18、水平亮线，称为 “扫描扫描扫描扫描”。扫描方式：扫描方式：扫描方式：扫描方式：AUTO/NORMAUTO/NORM。u +-euxtaex2x1扫描线扫描线924.4.波形显示原理：波形显示原理：Y Y偏偏转板板：正弦正弦电压u uy yX X偏偏转板板：锯齿电压ux屏幕显示电压随时间屏幕显示电压随时间变化的正弦波形。变化的正弦波形。触发同步：触发同步：只有只有x xnTnTy y时，时，屏幕上的屏幕上的n n个波形才能稳定。个波形才能稳定。uxtabcedx2x1uyabcdey2y1a baax xT Ty yababTxnTy93触发同步触发同步就是就是从从触发源触发源（如轴电压）引入（
19、如轴电压）引入一部分信号去控制锯齿波发生器，强制一部分信号去控制锯齿波发生器，强制 T Tx x= =nTnT。调调同步：同步：选触发源（选触发源（sourcesource）调电平调电平（trigger level trigger level ）。）。双踪显示：双踪显示：利用电子开关，把通道利用电子开关，把通道1 1（CH1CH1）和通道和通道2 2（CH2CH2）的两个信号波形的两个信号波形轮流显示。轮流显示。选通道：选通道：CH1、CH2、CH1+CH2，CH1-CH2选显示选显示方式方式：交替交替（ALTALT）/ /断断续（CHOPCHOP）9494三、示波器的使用方法三、示波器的使用
20、方法1.1.面板面板波形亮度、聚焦调节波形亮度、聚焦调节952.使用方法使用方法初学者使用初学者使用 顺口溜：顺口溜：自扫描，钮居中，选通道，自扫描，钮居中，选通道， 交耦合，垂触发，调电平。交耦合，垂触发，调电平。1）选扫描方式）选扫描方式（SWEEP MODESWEEP MODE）：AUTO：以便无信号输入时产生水平亮线。以便无信号输入时产生水平亮线。（NORMAL/SINGLE）。）。 旋钮居中旋钮居中：先将常用旋钮放在中间位置。先将常用旋钮放在中间位置。如如“INTEN”（波形亮度）波形亮度）“READOUT”（字符亮度）字符亮度）“POSITION”（垂直、水平位移）等旋钮。垂直、水
21、平位移）等旋钮。2）选通道：）选通道：CH1/CH2；选显示选显示方式：方式：ALTALT 交流（交流（ACAC）耦合：耦合：一般一般选交流选交流耦合耦合输入输入方式方式。 963）调同步调同步 选触发源（选触发源（sourcesource）：）：选选VERTVERT（垂直）垂直）触发方式，这样不管从触发方式，这样不管从CH1CH1还是从还是从CH2CH2输入输入信号，都能得到稳定的波形显示。信号，都能得到稳定的波形显示。 交流（交流（ACAC）耦合（耦合（couplecouple）：）：一般选一般选ACAC耦合耦合触发触发方式方式。 调波形稳定：调波形稳定：调调“TRIG LEVELTRIG
22、 LEVEL”（触触发电平）平）4 4）调大小）调大小 调调“TIME/DIVTIME/DIV（扫描速率）描速率）” 旋旋纽，使屏幕使屏幕X X方向方向显示示12个周期个周期波形。波形。 调节调节Y Y轴“VOLTS/DIVVOLTS/DIV（偏偏转因数）因数）”旋旋纽，使，使Y Y方向信号的峰峰方向信号的峰峰值占占35格。格。 973.3.示波器的应用示波器的应用观察波形；测电信号幅度、周期（频率）与相位。观察波形；测电信号幅度、周期（频率）与相位。（1 1）“距离测量法距离测量法”基本方法基本方法测量交流电压幅值测量交流电压幅值电压峰峰值：电压峰峰值：UPP=Dy（div） Y Y轴轴偏转
23、因数偏转因数K（V/div）交流有效值：交流有效值：测周期（频率）：测周期（频率）：T=Dx（div） X X轴轴偏转因数偏转因数P（s/div） f =1/T（Hz）还可以用还可以用李萨如图李萨如图测量信号频率。测量信号频率。Dx（div）Dy（div）98 测相位差：测相位差：利用利用“双踪功能双踪功能”测量两同频率电压的相位测量两同频率电压的相位差。差。相位差：相位差：=D(div)2/DT（2）“光标测量法光标测量法”大多数示波器没有此功大多数示波器没有此功能。能。DTD994.利用李萨如图形测量频率和相位差利用李萨如图形测量频率和相位差设：设： X X轴（轴（CH1CH1）：）： Y
24、 Y轴（轴（CH2CH2）：）： 按下按下X-YX-Y按钮，则屏幕上显示两互相垂直的按钮，则屏幕上显示两互相垂直的谐振动的合成轨迹。如果两个正弦信号频率之比谐振动的合成轨迹。如果两个正弦信号频率之比为整数时，其轨迹是一个稳定的闭合曲线。这种为整数时，其轨迹是一个稳定的闭合曲线。这种曲线称为曲线称为李萨如图。李萨如图。Nx= 3Ny= 2Ny= 1Ny= 1Nx= 1Nx= 2fy = fx fy =2 fx fy =（3/2） fx 100 利用李萨如图利用李萨如图形测量频率形测量频率 利用李萨如图利用李萨如图形测量两同频率形测量两同频率正弦信号的相位正弦信号的相位差差uyuxtt101102
25、实验实验10万用表的使用万用表的使用【实验目的实验目的】1、了解电表的接入误差；、了解电表的接入误差；2、掌握欧姆计的使用；、掌握欧姆计的使用；3、掌握用万用表检查线路故障的一般方、掌握用万用表检查线路故障的一般方法；法；103一、万用表的种类和作用一、万用表的种类和作用 万万用用表表又又称称多多用用表表，它它多多功功能能、多多量量程程。有有指指针针式式万万用用表表、数数字字式式万万用用表表和和微微处处理理器器式式万万用表。用表。 一一般般的的万万用用表表可可以以测测直直流流电电压压和和电电流流、交交流流电电压压、电电阻阻和和音音频频电电平平等等；有有些些万万用用表表还还可可以以测测交交流流电
26、电流流、电电容容量量和和电电感感量量、晶晶体体管管共共射射放放大倍数大倍数h hFEFE等电参数。等电参数。【实验原理实验原理】104104二、工作原理二、工作原理1.测直流电压测直流电压VuAR1R2R3R4R51V5V25V公用公用+-+-+VR1R2ABCE-Rv1）功能开关拨至电压功能开关拨至电压V V或或mVmV档时，万用表就是一个档时，万用表就是一个多量程直流多量程直流伏特计伏特计；各量；各量程分别是程分别是1V、5V等等。2 2）伏特计内阻：）伏特计内阻：R RV V每每伏欧姆数伏欧姆数量程。量程。3 3）伏特计有内阻，测电）伏特计有内阻，测电压时产生分流，产生接入压时产生分流，
27、产生接入误差，要修正。误差，要修正。4 4）要减少接入误差，伏）要减少接入误差，伏特计内阻必须足够大。特计内阻必须足够大。 1052. 2.测直流电流测直流电流测直流电流测直流电流50uA0.5mA公用公用+-5mA 50mA500mA50uAmA+mARRIE-1 1）功能开关拨至电流）功能开关拨至电流mAmA档时，万用表就是一个多档时，万用表就是一个多量程量程安培计安培计。2 2）安培计内阻：通常不在电表面板标出，查手册。）安培计内阻：通常不在电表面板标出，查手册。3 3）安培计有内阻，测电流时产生分压，产生接入）安培计有内阻，测电流时产生分压，产生接入误差。误差。4 4）要减少接入误差，
28、）要减少接入误差，安培计内阻须足够小。安培计内阻须足够小。1061 1）表测电阻的原理电路表测电阻的原理电路功能开关拨至欧姆档时，万用表就是一个多量程功能开关拨至欧姆档时，万用表就是一个多量程欧姆计欧姆计。它的等效电路如图示。它的等效电路如图示。2 2）当当R Rx x0 0时，设时，设R R中中R Rg gR R，3 3）欧姆计非均匀刻度。欧姆计非均匀刻度。3.测电阻测电阻GRRgIgEIxRxab1074 4）中值电阻中值电阻R R中：中： R Rx x=R=R中中时时，I IxI Ig2,2,指指针针偏偏转转为为满满度度的的一一半半，所所以以把把R R中中R Rg gR R称称为为欧欧姆
29、姆表表的的中中值值电电阻阻，它它是是表表的的等等效效内内阻阻。不不同同档档位位有有不不同同的的中中值值电阻。电阻。5 5）欧姆调零：欧姆调零：由于干电池由于干电池E E 的变化，所以要的变化，所以要“欧姆调零欧姆调零”，以保证刻度正确。，以保证刻度正确。 每次测电阻前和改变测量档后都必须调节欧每次测电阻前和改变测量档后都必须调节欧姆零点。姆零点。 6 6）电阻读数电阻读数= =指示值指示值倍率倍率。例如，选择例如，选择R R1K1K档，读数为档，读数为1.251.25，则阻值为，则阻值为1.25 1.25 1K1K。108三、万用表使用方法三、万用表使用方法1、选功能（开关）、选功能（开关）2
30、、选量程（开关）、选量程（开关）测量电压和电流测量电压和电流:从大到小尝试，指针偏转尽从大到小尝试，指针偏转尽可能接近满刻度（误差较小）。可能接近满刻度（误差较小）。测量电阻测量电阻:读数应尽可能接近中值电阻读数应尽可能接近中值电阻,即指针即指针应指在刻度尺的中间部分。应指在刻度尺的中间部分。3、读数：、读数：读到有效位数，读到有效位数，估读一位。估读一位。 电压或电流读数电压或电流读数= =指示值指示值量程量程/ /满偏值。满偏值。电阻读数电阻读数= =指示值指示值倍率倍率。1094 4、注意事项、注意事项（1）红表笔接）红表笔接“十十”插口，黑表笔接插口，黑表笔接“”插口内。插口内。（2）测量时，手指不允许碰到金属部分。）测量时，手指不允许碰到金属部分。（3）要做到要做到“测前要看档，不查档位不测量测前要看档，不查档位不测量”。（4 4）不能用电阻档测量已通电电路的电阻，不能用电阻档测量已通电电路的电阻，也不能用电阻档来测量微安表和电流表的内阻。也不能用电阻档来测量微安表和电流表的内阻。 （5 5）测量完毕，功能开关应置于交流电压最）测量完毕，功能开关应置于交流电压最大量程档。大量程档。110111
