慣性秤實驗報告

實驗報告總體不錯！班級 信工c班 組別 f 姓名 郭潔 學號_1111000187__日期 2013.3.6 指導教師___劉麗峰__【實驗題目】慣性秤【實驗目的】掌握用慣性秤測量物體質量的原理和方法；2.學習慣性秤的定標和使用方法；3.研究重力對慣性秤的影響。【實驗儀器】慣性秤及附件一套，光電控制數(shù)字計時器，米尺，天平（公用），水平儀【實驗原理】【實驗內容】安裝和調整測量系統(tǒng)，包括慣性秤和計時系統(tǒng)。使用前要將平臺c調成水平，并檢查計時器工作是否正常。檢查標準質量塊的質量是否相等，可逐一將標準質量塊置于秤臺上測周量。測定慣性秤的勁度系數(shù)和秤臺的有效質量。將被測圓柱體懸吊于支架上，細心調整其自由懸垂位置，使之恰好處在秤臺中心。測定懸點到圓柱體中心的距離（用米尺測量）和此時秤臺的周期，研究重力對系統(tǒng)周期的影響，驗證（2-9）式是否成立。將秤臂鉛直放置，測定秤臂長（用米尺測量）和秤的周期（負載仍為圓柱體），驗證（2-10）式是否成立（選做）。用天平稱衡砝碼和被測圓柱體的引力質量，分析它與慣性質量的關系。【預習報告】小圓柱質量大圓柱質量103189．5skbm小圓柱質量大圓柱拉線1.925120.507203580.09620.049971430.1017506610.1970219020.158752856【實驗數(shù)據分析】1?小圓柱本身質量是103g，用我們這種方法測出來的是102g，相差lg。2?大圓柱本身質量是189.5g，用我們這種方法測出來的是197g，相差7g。驗證公式。等式左邊1.183347，等式右邊1.244553，相差0.061206?？梢娺@些實驗都是有誤差的。我們自己測出來的值出現(xiàn)誤差的原因可能和鋼帶振動幅度有很大關系，因為同一個物體幅度只要變化一點兒，我們就能在周期上發(fā)現(xiàn)直觀發(fā)現(xiàn)區(qū)別。有些質量較大的物體，我們?yōu)榱耸顾_到30次的周期，會把幅度調大。而實驗并不是在真空無空氣阻力的條件下進行。這應該會對實驗結果造成一定影響。另外測量l的值，估讀時也會具有誤差，這就導致等式左右可能不完全相等?！舅伎碱}】在太空失重的條件下，宇航員是如何測體重的？答：宇航員在空間站上稱體重時，宇航員坐在特制的振動裝置中（已知的裝置彈簧勁度系數(shù)）使彈簧發(fā)生振動。測量儀通過測量彈簧的振動周期，即可測量出宇航員的體重。篇二：物理實驗-慣性秤-實驗報告班級__信工c班___組別 d 姓名 李鈴 學號_1111000048_日期___2013.3.20___指導教師__劉麗峰__【實驗題目】 慣性秤【實驗目的】掌握用慣性秤測量物體質量的原理和方法；2.學習慣性秤的定標和使用方法；3.研究重力對慣性秤的影響?！緦嶒瀮x器】慣性秤及附件一套，光電控制數(shù)字計時器，米尺，天平（公用），水平儀。【實驗原理】慣性秤的主要部分是兩條相同的彈性鋼帶（稱為秤臂）連成的一個懸臂振動體a,振動體的一端是秤臺b秤臺的槽中可放入定標用的標準質量塊。a的另一端是平臺c,通過固定螺栓d把a固定在e座上，旋松固定螺栓d，則整個懸臂可繞固定螺栓轉動，e座可在立柱f上移動，擋光片g和光電門h是測周期用的。光電門和計時器用導線相連。將秤臺沿水平方向稍稍拉離平衡位置后釋放，則秤臺在秤臂的彈性恢復力作用下，沿水平方向作往復振動。其振動頻率隨著秤臺的載荷的變化而變化，其相應周期可用光電控制的數(shù)字計時器測定，進而以此為基礎，可測定負載的慣性質量。立柱頂上的吊竿i可用來懸掛待測物（一圓柱形物體），另外本儀器還可將秤臂鉛垂地安裝，研究重力對秤的振動周期的影響。根據牛頓第二定律f=ma，可以寫成m=f/a。若以此式作為質量的定義，則稱為慣性質量。在秤臂水平放置時，將秤臺沿水平方向拉離平衡位置后釋放。秤臺及加于其上的負載在秤臂彈性恢復力f作用下，將做水平往復振動，此時重力因與運動方向垂直，對水平方向的運動影響很小，可以忽略不計。當振幅較小時，可以把這一振動當作簡諧振動處理。若秤臺偏離平衡位置的位移為x時，秤臺所受到的彈性恢復力為f=-kx，其中k為懸臂振動體的勁度系數(shù)。根據牛頓第二定律，其運動方程可寫成（2-1）其中m0為振動體空載時的等效質量，m為秤臺上加入的附加質量塊（砝碼或被測物）的質量。當初相為零時，（2-1）式的解可表示為其中x0為秤臺的振幅，其圓頻率，其周期t則可表示為（2-2）一、慣性質量的測定與慣性秤的定標在彈性限度內，即k為常數(shù)（更確切的說是忽略隨負載的微小變化）的情況下，對應于空秤和不同負載ml和mx,由（2-2）式可以分別得到（2-3）從（2-3）式中消去k及mO,得： （2-4）由（2-4）式可見，當已知質量m1時，只要分別測得t0、t1和tx,就可以求得未知質量mx。這就是使用慣性秤測質量的基本原理和方法。這種方法是以牛頓第二定律為基礎的，是通過測量周期求得質量值，不依賴于地球的引力，因此以這種方式測定的物體質量即為慣性質量。在失重狀態(tài)下，無法用天平稱衡質量，而慣性秤仍然可以使用。由（2-4）式還可以看到，該秤不能只通過測定tx來確定mx，還必須測定以某已知慣性質量m1為負載時秤的周期t1.因此這樣使用該秤很不方便。為了更迅速、更準確地讀出被測物體慣性質量的大小，可先用多個已知質量的砝碼作出t-m定標曲線備用。(定標)此后，當欲測定某負載的質量時，只要將該負載置于秤臺中心，測出其周期，再由定標曲線查出其相應慣性質量即可。定標曲線可用如下方法標定：先測定空秤即負載質量m=0時的周期tO,然后依次將質量相等(或質量不等，但已知其慣性質量)的砝碼加放在秤臺上，分別測出相應的周期t1、t2,……最后用這些數(shù)據作出如圖(2.2)和(2.3)所示的定標曲線。二、 慣性秤的k值利用(2-3)式中的前兩個式子，消去mO(腳標1可以略去)便可得到(2-5)由(2-5)式可知，通過測定空秤周期tO和負載為m時的周期t可求得秤的勁度系數(shù)k(其中m用慣性質量單位表示)。當k值測定以后可以根據(2-3)式中的第一式求得秤臺的有效質量為(2-6)另外，我們也可以直接將(2-2)式兩端平方，整理后得到(2-7)利用線形回歸的方法計算出勁度系數(shù)k及振動體空載時的等效質量mO,由測出的周期值得出未知慣性質量m。三、 重力對慣性秤振動的影響1．秤臂水平安裝當質量為m的被測物體直接放在秤臺中心時，其重量被秤臂鉛直方向的彈力所支撐。因而被測物的重力對秤作水平方向的運動幾乎沒有影響，設此時測得的振動周期為ta，顯然有(2-8)現(xiàn)將被測物懸吊于秤臺中心孔的正上方，仍使被懸物處于秤臺中心，但此時被測物的重量變?yōu)橛蓱揖€張力所平衡，不再鉛直地作用于秤臂上。若再讓秤振動起來，由于被測物在偏離平衡位置后，其重力的水平分力作用于秤臺上，從而使秤的振動周期有所變化，如圖(2.4)所示在位移x與懸線長1(由懸點到圓柱體中心的距離)相比較小時，作用于振動系統(tǒng)上的恢復力為，顯然此時振動周期為(2-9)由(2-8)(2-9)兩式可見，后一種情況下秤臂振動的周期tb比前者周期tb要小些，兩者比值為(2-1O)這一關系可以通過實驗驗證。2．秤臂鉛直放置當秤臂鉛直放置時，秤臺和砝碼(或被測物)的振動亦在鉛直面內進行，由于重力的影響，其振動周期也會比水平放置時減小。由以上原理可見，重力對慣性秤的周期是有明顯影響的。對不同安裝情況，秤的定標曲線形狀也會有所不同。因此在使用慣性秤測定質量時，必須在同樣的定標條件下測定。一般為避免重力的影響，應在水平安裝情況下使用，此時秤臂應盡量保持水平?！緦嶒瀮热荨??安裝和調整測量系統(tǒng)，包括慣性秤和計時系統(tǒng)。使用前要將平臺c調成水平，并檢查計時器工作是否正常。檢查標準質量塊的質量是否相等，可逐一將標準質量塊置于秤臺上測周期，如果各質量塊的周期測定值的平均值相差不超過1%，在這里就認為標準質量塊的質量是相等的，并取標準質量塊的質量的平均值為此實驗中的質量單位。用所給質量大致相等的砝碼作出慣性秤的定標曲線。3?測定以圓柱體為負載時秤的周期t并由定標曲線查出該圓柱體的慣性質量。測定慣性秤的勁度系數(shù)k和秤臺的有效質量。將被測圓柱體懸吊于支架上，細心調整其自由懸垂位置，使之恰好處在秤臺中心。測定懸點到圓柱體中心的距離（用米尺測量）和此時秤臺的周期，研究重力對系統(tǒng)周期的影響，驗證（2-9）式是否成立。將秤臂鉛直放置，測定秤臂長（用米尺測量）和秤的周期（負載仍為圓柱體），驗證（2-10）式是否成立（選做）。用天平稱衡砝碼和被測圓柱體的引力質量，分析它與慣性質量的關系。水平或鉛直安裝慣性秤時應使用水平儀檢驗。測定周期時，累計20~30個周期即可。3?秤臺振動時，擺角要盡量小些（5°以內），秤臺的水平位移約l~2cm即可，并且使各次測量時都相同。【原始數(shù)據】篇三：慣性秤實驗報告由圖表可知，在誤差允許范圍內，所測數(shù)據繪制出的圖表線性相關r2=0.9994,基本符4n2?m0?m?合七？，誤差原因是與鋼帶振動幅度有關；存在空氣阻力。k2思考題：說明慣性秤的特點慣性秤稱量質量的最大特點是用振動法來測定物體慣性質量的裝置；稱量時秤臺一定要嚴格地保持在水平方向運動，避免重力對運動的影響；所稱物體的質量不宜過大。能否設想出其他的測量慣性質量的方案在物體處于特定存在狀態(tài)的時候，如果要改變這種存在狀態(tài)，那么必然要對這個物體施加作用力，根據牛頓第二運動定律，我們可以得到，在物體所受到的作用力不變的情況下，物體的質量同加速度成反比。我們只要測定了作用力的大小和物體加速度的大小，那么就可以確定物體的慣性質量。dt4n2?m0?m?23.根據t?，分析慣性秤的測量靈敏度，即和那些因素有關？根據所dmk2用周期測試儀的時間測量的分辨率，此慣性秤所能達到的質量靈敏度是多少（不考慮其他誤差）。秤臂的倔強系數(shù)k和秤臺的質量有關，所能達到的靈敏度為0.01。篇四：物理實驗-慣性秤-實驗報告班級__信工c班___組別 d 姓名 李鈴 學號_1111000048_日期___2013.3.13__指導教師___張波 【實驗題目】 霍爾效應測磁場【實驗目的】研究霍爾元件的特性，并測定其靈敏度；2.測量電磁鐵氣隙中的磁感應強度；3.了解霍爾效應的產生原理及其副效應的產生原理和消除方法?！緦嶒瀮x器】馬蹄形電磁鐵，霍爾片，電流表，電池盒，數(shù)字萬用表，換向開關，導線若干，霍爾效應實驗儀?！緦嶒炘怼炕魻栕畛醯膶嶒炇沁@樣的：在一塊長方形的薄金屬片(霍爾片)兩邊的對稱點1和2之間接上一個檢流計(如圖7.1所示)。為方便，取如圖所示的直角坐標系。沿x軸正向通以電流i。若不加磁場，則檢流計不顯示任何偏轉，這說明1和2兩點電位相等。若在z軸方向加上磁場b則檢流計立即偏轉。這說明1和2兩點之間存在電位差。霍爾發(fā)現(xiàn)這個電位差與電流i及磁感應強度b均成正比，與板的厚度d成反比，即(7-1)這叫霍爾公式。通常稱uh為霍爾電壓，rh為霍爾系數(shù)，kh為霍爾片的靈敏度，且kh=rh/d。在當時，式(7-1)純粹是一個經驗公式，在洛倫茲的電子論提出來以后從理論上得到證明?；魻栯妷旱漠a生可以用洛倫茲力來解釋。磁場力即洛侖茲力為=Xb(7-2)按矢積的定義，上式中f的大小為： (7-3)，式中，為和b之間的夾角，f的方向垂直和b構成的平面，并遵守右手螺旋法則，如圖7.2所示。式(7-2)表明，洛侖茲力f的方向與電荷的正負有關。圖2所示的是正電荷受力的方向，若是負電荷，則受力方向與此相反。若電流沿x軸正方向通過霍爾片，如圖7.3所示.則霍爾片中的載流子在磁場力作用下發(fā)生定向偏轉，霍爾片兩長邊分別出現(xiàn)了正負電荷的聚積，因而兩個端面有了電位差，并由此產生一個靜電場，設其電場強度為ey則電子又受到一個靜電力作用，其大小為(7-4)它的方向正好與洛侖茲力的方向相反。當這兩個力的大小相等時，(7-5)，即(7-6)，電子不再偏轉，兩邊所積累的電荷也不再增加，此時或(7-7)兩個端面的電位差uh與場強e的關系是：的寬度。設載流子濃度為n單位時間內體積為流強度i與載流子平均速度的關系為：求得電位差(7-8)其中b為霍爾片里的載流子全部通過橫截面，則電(7-9),得到(7-10)，因而(7-11)，式中，n為單位體積內的載流子數(shù)；e為載流子電荷；d為霍爾片厚度。令(稱為霍耳系數(shù))，則端面出現(xiàn)的電位差可表示為(7-12)，kh稱為霍爾元件的靈敏度.由(7-12)式可見：在一定的外磁場中，霍爾電壓uh和通過霍爾片的電流強度i(工作電流)成正比。在一定的工作電流i下，霍爾電壓uh和外磁場磁感應強度b成正比。因此，根據工作電流i和對uh的測量，就可以算出b值：(7-13)這就是霍爾效應測磁場的原理。若將測得的uh值進行放大，最后用電表來指示，并通過一定的換算，在電表面板上直接刻以b的數(shù)值，這樣就成為測量磁場的特斯拉計了.由于霍爾效應的建立需要的時間很短(約在10-12?10-14s內)，因此使用霍爾元件時可以用直流電或交流電，若工作電流用交流電，則所得的霍爾電壓也是交變的。在使用交流電情況下，(7-12)式仍可使用，只是式中i和uh應理解為有效值。值得注意的是以上討論都是在磁場方向與電流方向垂直的條件下進行的，這時霍爾電壓最大，因此測量時應使霍爾片平面與被測磁感應強度矢量b的方向垂直，這樣測量才能得到正確的結果.利用霍爾效應不僅可以測量磁場，而且還可以根據霍爾電壓的正負及磁場的方向確定半導體中載流子的類型。半導體材料有“n”型（電子型）和“p”型（空穴型）兩種。前者的載流子為電子，帶負電；后者的載流子為空穴，相當于帶正電的粒子。由圖7.1可以看出，對n型載流子，霍爾電壓uh<O；對p型載流子，uh>o。伴隨霍爾效應還存在其它幾個副效應，給霍爾電壓的測量帶來附加誤差。例如，由于測電位的兩電極位置不在同一等位面上而引起的電位差u0稱為不等位電位差。u0的方向隨電流方向而變，與磁場無關。另外還有幾個副效應引起的附加誤差ue、un、ur、u0（詳見附錄1）。由于這些電位差的符號與磁場、電流方向有關，因此在測量時改變磁場、電流方向就可以減小和消除這些附加誤差，故?。?b，+i）、（+b，-i）、（-b，-i）、（-b，+i）四種條件下進行測量，將測量到的四個電壓值取絕對值平均，作為uh的測量結果?！緦嶒瀮热荨坑没魻栃獙嶒瀮x測繪霍爾電壓uh和工作電流is的關系曲線，測定霍爾片的靈敏度kh（1） 為了準確測量，應先對測試儀進行調零，即將測試儀的is調節(jié)”和“im”調節(jié)，旋鈕均置零位，待開機數(shù)分鐘后若v0顯示不為零，可通過面板左下方小孔的“調零”電位器實現(xiàn)調零，即“0.00”。同時觀察霍爾片是否在電磁鐵氣隙的中心，若有偏離，可通過調節(jié)x和y方向的螺絲將霍爾片調至氣隙的中心。（2） 仔細閱讀本儀器使用說明書后，按圖7.4連接測試儀和實驗儀之間相應的is、v。和im各組連線。is及im換向開關投向上方，表明is及im均為正值（即is沿x方向，b沿z方向），反之為負值。v。vh切換開關投向上方測uh。（樣品各電極及勵磁線圈引線與對應的雙刀開關之間連線已由制造廠家連接好）。（3） 固定勵磁電流im=300ma，改變工作電流is的大小，is分別取2、4、6、8、10ma讀出霍爾電壓uh的大小，測量時注意改變磁場和工作電流的方向消除副效應。作出霍爾電壓uh工作電流is的關系曲線.理論上講，uh-is關系圖是一條過坐標原點“0”的直線.其斜率為khb.根據作出的uh—is關系圖和給出的b值，測出霍爾元件的靈敏度kh為多少（v/a?t）。注意：嚴禁將測試儀的勵磁電源“im輸出”誤接到實驗儀的“is輸入”或“v。vh輸出”處，否則一旦通電，霍爾器件即遭損壞!用霍爾效應實驗儀測定電磁鐵氣隙的磁感應強度b通過上面的實驗可求出霍爾片的靈敏度系數(shù)kh，在此基礎上，若已知通過霍爾片的工作電流is,從儀器上讀出霍爾電壓uh,便可求出霍爾片所在的電磁鐵氣隙中的磁感應強度b。在實驗中固定霍爾片的工作電流is=2ma，改變勵磁電流im分別為100、200、300、400、500、600ma，讀出霍爾電壓，求出在不同勵磁電流下，電磁鐵氣隙中的磁感應強度值，測量【數(shù)據處理】1.用霍爾效應實驗儀測繪霍爾電壓uh和工作電流is的關系曲線，測定霍爾篇五：慣性稱實驗報告班級b班組別c組6號姓名胡艷雙學號1111000021日期2013.3.27指導教師劉麗峰【實驗題目】【實驗目的】1.掌握用慣性秤測量物體質量的原理和方法；2.學習慣性秤的定標和使用方法；3.研究重力對慣性秤的影響?！緦嶒瀮x器】慣性秤及附件一套，光電控制數(shù)字計時器，米尺，天平（公用），水平儀【實驗原理】1、安裝好實驗裝置后，逐次增加砝碼個數(shù)，測出周期，得到曲線，由公式，轉化可得公式的斜率和截距，得慣性勁度和慣性秤的質量以及圓柱的質量。2、為了了解重力對慣性秤振動的影響：1）秤臂水平安裝：由曲線當被測物體直接放在秤臺中心時，周期為，當被測物體懸掛在秤臺中心孔的正上方時，重力由拉力所平衡，周期為，所以為驗證（2-9）2）秤臂鉛直放置當秤臂鉛直放置時，由于重力的影響，振動周期會比水平放置時小，所以在使用時，要讓其在相同的條件下進行，盡量保持水平?！緦嶒瀮热荨堪惭b和調整測量系統(tǒng)，包括慣性秤和計時系統(tǒng)。使用前要將平臺c調成水平，并檢查計時器工作是否正常。檢查標準質量塊的質量是否相等，可逐一將標準質量塊置于秤臺上測周期，如果各質量塊的周期測定值的平均值相差不超過1%，在這里就認為標準質量塊的質量是相等的并取標準質量塊的質量的平均值為此實驗中的質量單位。用所給質量大致相等的砝碼作出慣性秤的定標曲線。測定以圓柱體為負載時秤的周期，并由定標曲線查出該圓柱體的慣性質量。4.測定慣性秤的勁度系數(shù)和秤臺的有效質量。將被測圓柱體懸吊于支架上，細心調整其自由懸垂位置，使之恰好處在秤臺中心。測定懸點到圓柱體中心的距離（用