大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)電子書(三)

3根底訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一測重力加速度重力加速度是力學(xué)中常用的物理量，在地球的不同地區(qū)重力加速度有微小的不同。重力加速度的測量方法有多種，本實(shí)驗(yàn)用計(jì)時(shí)法和單擺法測定重力加速度g。實(shí)驗(yàn)之一用光電控制計(jì)時(shí)法測重力加速度【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹俊?〕通過測定重力加速度，理解勻加速度直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律?！?〕學(xué)會(huì)用DSY一5型測定儀測量微小時(shí)間間隔?！緦?shí)驗(yàn)原理】重力作用下，物體自由下落運(yùn)動(dòng)是勻加速直線運(yùn)動(dòng)。其運(yùn)動(dòng)方程為如果物體下落時(shí)的初速度，那么，而〔1〕圖3－1可見，如果能測得物體〔初速為零〕在最初秒內(nèi)通過的距離，那么可求出值。除按上述原理測外，還可用稍微不同的方法進(jìn)行測量。圖3－1如圖3－1所示，讓物體從點(diǎn)開始自由下落，它到達(dá)點(diǎn)的速度，再經(jīng)過時(shí)間到達(dá)點(diǎn)，令之間的距離為那么〔2〕假設(shè)保持前述條件不變，令之間的距離為，而物體從到達(dá)所花時(shí)間為，那么〔3〕由式〔3〕乘，再與式〔2〕乘相減，得所以 〔4〕【實(shí)驗(yàn)儀器】1一微調(diào)；2一電磁頭；3一上光電門；4一立柱；5一下光電門；6一接球器；7一底座；8一調(diào)節(jié)螺桿圖3－2如圖3－2所示，自由落體測定儀主要由支柱、電磁頭〔即電磁鐵〕、兩個(gè)光電門和接球器等組成，支柱是一根長約1810mm的金屬桿，桿上附有米尺，桿上端有一電磁鐵。電磁鐵接線插入電壓為直流3.5電源〔附在DSY一5型測定儀后部面板上〕，當(dāng)電源接通時(shí)，電磁鐵可吸住小球，切斷電源，小球下落作自由落體運(yùn)動(dòng)。當(dāng)測定小球下落時(shí)間，在金屬桿上裝有兩個(gè)可上下移動(dòng)的光電門，光電門內(nèi)裝有光敏管和聚光燈泡。上光電門的光敏管接線插入DSY一5型測定儀前部面板的“輸入〞，下光電門的光敏管接線插入“輸入〞，上下光電門所有聚光燈泡接線插入測定儀后部面板上的21一微調(diào)；2一電磁頭；3一上光電門；4一立柱；5一下光電門；6一接球器；7一底座；8一調(diào)節(jié)螺桿圖3－2DSY一5型測定儀可測量頻率、周期、脈寬、時(shí)間間隔，且可計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)。本實(shí)驗(yàn)利用它測時(shí)間間隔?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容】〔1〕調(diào)節(jié)測定儀處于工作狀態(tài)。①將上下光電門光敏管接好線、聚光燈泡接好線、電磁鐵接線插入測定儀所要求的位置，合上電源開關(guān)。②將測定儀的“測量選擇〞旋鈕指向“〞位置，用手指或厚紙片分別擋斷上下光電門聚光泡光線。假設(shè)擋光計(jì)數(shù)，不擋光不計(jì)數(shù)，那么上下光電門已調(diào)好。③自由落體儀的調(diào)節(jié)，可將重錘旋套在電磁鐵下端，調(diào)節(jié)底座上的調(diào)節(jié)螺絲，使重錘線從兩光電門光束中心通過，然后取下重錘?！?〕按公式測重力加速度。①將測定儀“測量選擇〞旋鈕指向“〞位置，即可測時(shí)間間隔。②將“顯示時(shí)間〞旋鈕指向適當(dāng)位置〔使顯示的時(shí)間長短適當(dāng)〕。③為了充分利用數(shù)碼管顯示的數(shù)值位數(shù)，要根據(jù)所測量時(shí)間間隔，將“時(shí)標(biāo)〔ms〕〞旋鈕指向適當(dāng)位置〔0.1檔、0.01檔等〕，例如五位數(shù)碼管顯示為25870，時(shí)標(biāo)0.1檔，此時(shí)記錄所測的時(shí)間間隔。有五位有效數(shù)字。④將上光電門放于靠近電磁鐵下端位置，調(diào)下光電門相距上光電門=50～60cm，具體S數(shù)值從米尺讀取。⑤將測定儀的電磁鐵電源接通，將小鐵球放入電磁鐵下端小圓孔中。小鐵球被吸住，調(diào)節(jié)電磁鐵上端螺旋，使小球與上光電門光束接近相切。此時(shí)可認(rèn)為小球通過上光電門的速度，按測定儀“復(fù)位〞鈕使五位數(shù)碼管顯示為零。斷開電磁鐵電源開關(guān)，小球自由下落。記錄經(jīng)過上下光電門時(shí)間間隔，共測6次?！?〕按公式測重力加速度。①測定儀使用方法同上。②調(diào)上光電門距電磁鐵約10cm，調(diào)下光電門與上光電門相距=40cm，測量6次時(shí)間間隔。③調(diào)下光電門距離上光電門約=100cm，測量6次時(shí)間間隔。【數(shù)據(jù)記錄與處理】〔1〕用公式〔1〕測時(shí)標(biāo)ms檔，，儀器誤差記錄于下表：〔取〕最后結(jié)果為〔2〕用公式〔4〕測，記錄于下表。時(shí)標(biāo) ms檔，= ，=計(jì)算 鎮(zhèn)江地區(qū) 其百分誤差為 【預(yù)習(xí)思考題】〔1〕按公式〔4〕比按公式〔1〕測重力加速度有哪些優(yōu)點(diǎn)?〔2〕假設(shè)要測量零點(diǎn)幾秒的時(shí)間，要有五位有效數(shù)字，問計(jì)時(shí)器的時(shí)標(biāo)應(yīng)選在什么檔?實(shí)驗(yàn)之二用單擺測重力加速度【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹俊?〕學(xué)會(huì)測重力加速度的單擺法?！?〕了解單擺作諧振動(dòng)的條件?！緦?shí)驗(yàn)原理】圖3-3如圖3－3所示，在一根變形可忽略不計(jì)的細(xì)線上懸掛一小球就構(gòu)成單擺。在擺角°時(shí)，小球的擺動(dòng)可以看成是簡諧振動(dòng)，其擺動(dòng)周期為圖3-3 〔1〕式中為擺長，是懸點(diǎn)到擺球中心的距離，為當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?。那么由式?〕得 只要測出，就可得到值。在實(shí)驗(yàn)中，為減少測量的誤差，測50次擺動(dòng)周期的時(shí)間，即取，所以【實(shí)驗(yàn)儀器】單擺，卷尺，秒表?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容】〔1〕用米尺測出擺長L〔考慮到測量方法的限制，毫米以下不估計(jì)〕。〔2〕調(diào)節(jié)弧尺使小球位于弧尺“零〞點(diǎn)位置?！?〕用手將小球拉到偏離弧尺“零〞點(diǎn)4°～5°，先穩(wěn)定小球，然后放手讓小球擺動(dòng)。當(dāng)小球擺到最低位置時(shí)，按動(dòng)停表方案，測出擺動(dòng)50次的時(shí)間，共測6次?！緮?shù)據(jù)記錄和處理】 cm， cm，=s記錄于下表。最后結(jié)果為 實(shí)驗(yàn)二測定物體的密度物體密度測量涉及長度和質(zhì)量。長度測量針對不同情況可使用游標(biāo)卡尺、螺旋測微計(jì)等，質(zhì)量測量須用天平，這些儀器都是物理實(shí)驗(yàn)的根本儀器。本實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)學(xué)習(xí)使用根本儀器測定形狀規(guī)那么和不規(guī)那么固體的密度。【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹俊?〕掌握測量密度的方法?！?〕學(xué)習(xí)使用游標(biāo)卡尺、螺旋測微計(jì)及物理天平?！緦?shí)驗(yàn)原理】〔1〕根本公式質(zhì)量為，體積為的物體，其密度定義為 〔1〕實(shí)驗(yàn)中，物體的質(zhì)量用物理天平直接測量，規(guī)那么物體的體積用游標(biāo)卡尺、螺旋測微計(jì)間接測量?！?〕用流體靜力稱衡法測定固體的密度一般說，通過測量物體的長、寬、高或直徑等來計(jì)算其體積往往很麻煩，對于不規(guī)那么物體有時(shí)甚至不可能。采用流體靜力稱衡法可以準(zhǔn)確地測出物體的體積。如果某種液體〔如純水〕其密度〔不同溫度水的密度不同，可從附錄表中查出〕，假設(shè)待測物體與一定量的水的體積相同，水的質(zhì)量為，那么待測物體的體積為 〔2〕由式〔1〕、〔2〕可得物體的密度為 〔3〕因此，測定物體密度的問題，便轉(zhuǎn)為如何測定物體的質(zhì)量問題了。設(shè)物體在空氣中稱衡時(shí)相應(yīng)砝碼的質(zhì)量為m，全部浸沒在水中時(shí)稱衡相應(yīng)砝碼的質(zhì)量為，根據(jù)阿基米德原理，與該物體同體積的水的質(zhì)量為代入式〔3〕，得待測物體的密度為 〔4〕假設(shè)待測物體的密度小于水的密度，依靠物體自身的重量不能完全浸沒在水中，因而不能用式〔4〕測量其密度。為此，用一重物懸掛在待測物的下面，先使待測物體在水面之上而重物全部浸沒在水中進(jìn)行稱衡，相應(yīng)的砝碼質(zhì)量為，如圖3－4〔a〕所示。再將待測物體連同重物全部浸沒在水中進(jìn)行稱衡，相應(yīng)的砝碼質(zhì)量為，如圖3－4〔b〕所示。那么物體在水中所受浮力為物體的密度為 圖3－4【實(shí)驗(yàn)儀器】游標(biāo)卡尺、螺旋測微計(jì)、物理天平、待測物體、量杯、溫度計(jì)等?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容】〔1〕測量空心圓柱體的密度。①用游標(biāo)卡尺測量空心圓柱體的內(nèi)徑、外徑和高度。每個(gè)量在不同方位測六次，再算出三個(gè)量的平均值和不確定度。②用物理天平測量空心圓柱體的質(zhì)量。并從儀器銘牌上記錄天平的感量。取感量的一半作為儀器誤差〔按操作步驟使用天平，見節(jié)〕。③由式〔1〕算出圓柱體的密度，并計(jì)算不確定度?！?〕用流體稱衡法測物體的密度。①將待測物體用細(xì)線懸掛在天平左方的小鉤上，測量其質(zhì)量。②玻璃杯中盛以水，放在天平的托盤上，將用細(xì)線懸掛的待測物體輕輕放入玻璃杯中，調(diào)節(jié)托盤的上下位置，使物體全部浸沒在水中，并用玻璃棒驅(qū)去附在待測物體上的氣泡，進(jìn)行稱衡，相應(yīng)的砝碼的質(zhì)量為。③用溫度計(jì)測量水溫，并從總附錄3－1表中查出該溫度下水的密度。④由式〔3〕計(jì)算待測物體的密度并計(jì)算不確定度。⑤考前須知：eq\o\ac(○,a)待測物體懸在水中稱衡時(shí)，切勿與杯壁或杯底相碰，也不允許局部露出水面；eq\o\ac(○,b)實(shí)驗(yàn)中忽略了懸線的質(zhì)量，故懸線應(yīng)很細(xì)?！?〕測量金屬圓球的密度。①用螺旋測微計(jì)測量金屬圓球的直徑，在不同方向上測6次。記錄螺旋測微計(jì)零點(diǎn)值。②用天平測量圓球的質(zhì)量m，。③計(jì)算金屬圓球的密度，并計(jì)算不確定度?！?〕測定石蠟的密度①用天平稱衡在空氣中的待測物〔石蠟〕相應(yīng)砝碼的質(zhì)量為。②按圖3－4〔a〕所示重物在水中，待測物在空氣中用天平稱衡，相應(yīng)砝碼的質(zhì)量為③按圖3－4〔b〕所示重物與待測物均在水中用天平稱衡，相應(yīng)砝碼的質(zhì)量為。④計(jì)算待測物的密度物，并計(jì)算不確定度?！緮?shù)據(jù)記錄與處理】〔1〕空心圓柱體密度。游標(biāo)卡尺分度值=mm，△儀=mm空心圓柱體質(zhì)量結(jié)果 〔2〕流體靜力稱衡法測物體密度。物體在空氣中稱衡相應(yīng)砝碼的質(zhì)量物體浸沒在水中稱衡相應(yīng)砝碼質(zhì)量水溫℃，查表得=導(dǎo)出不確定度公式，并計(jì)算出，寫出最后測量結(jié)果。〔3〕金屬圓球的密度。儀器零點(diǎn)值螺旋測微計(jì)分度值=，圓球直徑 圓球質(zhì)量 導(dǎo)出不確定度公式，計(jì)算，并寫出測量結(jié)果?！?〕測定石蠟的密度。物體在空氣中稱衡相應(yīng)砝碼的質(zhì)量物體在空氣中，重物在水中時(shí)進(jìn)行稱衡相應(yīng)砝碼的質(zhì)量物體和重物都在水中時(shí)進(jìn)行稱衡相應(yīng)砝碼的質(zhì)量水溫℃，查表得水=導(dǎo)出不確定度公式，并計(jì)算出E、△，寫出最后測量結(jié)果?！緩?fù)習(xí)思考題】〔1〕測定不規(guī)那么固體密度時(shí)，假設(shè)被測物體浸入水中時(shí)外表吸附有氣泡那么實(shí)驗(yàn)結(jié)果所得密度值是偏大還是偏小，為什么?〔2〕如何應(yīng)用流體靜力稱衡法測待測液體的密度，簡述其原理和步驟。實(shí)驗(yàn)三氣墊導(dǎo)軌上測滑塊的速度和加速度氣墊導(dǎo)軌是應(yīng)用氣墊進(jìn)行力學(xué)實(shí)驗(yàn)的裝置。由于滑塊和導(dǎo)軌不直接接觸，可以近似認(rèn)為滑塊和導(dǎo)軌間無摩擦，因此可驗(yàn)證很多力學(xué)規(guī)律?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹俊?〕觀察勻速直線運(yùn)動(dòng)?！?〕測量速度和加速度?！?〕初步掌握氣墊導(dǎo)軌和數(shù)字測時(shí)器的使用方法。【實(shí)驗(yàn)儀器】氣墊導(dǎo)軌一套〔包括光電門二只，滑塊二只，墊塊一片，MUJ一68電腦通用計(jì)數(shù)器一臺(tái)〕，游標(biāo)卡尺一把?！緦?shí)驗(yàn)原理】氣墊導(dǎo)軌上放一滑塊，由于滑塊和導(dǎo)軌不直接接觸，從而消除了摩擦阻力。當(dāng)滑塊在水平導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)時(shí)，水平方向只有空氣阻力和滑塊氣墊層的粘滯阻力，這些力都非常小，因此合外力近似為零，滑塊做勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止，從而驗(yàn)證了牛頓第一運(yùn)動(dòng)定律。如果在導(dǎo)軌的一端墊進(jìn)一塊墊片，氣墊導(dǎo)軌將成為無摩擦的光滑斜面，滑塊在重力作用下作勻加速度運(yùn)動(dòng)，這時(shí)可驗(yàn)證勻加速運(yùn)動(dòng)的公式?！?〕速度的測量。如果在滑塊上裝上單擋光片，使它在隨滑塊滑動(dòng)時(shí)依次通過相距為的兩光電門，這時(shí)測時(shí)器將顯示滑塊從前一光電門到后一光電門所經(jīng)過的時(shí)間，根據(jù)定義平均速度 〔1〕如果在滑塊上裝有相隔為的雙擋光片，當(dāng)滑塊通過某一個(gè)光電門時(shí)，測時(shí)器將顯示滑塊移動(dòng)所經(jīng)歷的時(shí)間，那么有平均速度 〔2〕因?yàn)榧磿r(shí)速度為 〔3〕當(dāng)時(shí)，。假設(shè)取得很小時(shí)〔本實(shí)驗(yàn)〕平均速度就近似為即時(shí)速度。 〔4〕〔2〕勻加速度的測定。將導(dǎo)軌的一端墊上一塊墊片，導(dǎo)軌將成為無摩擦的斜面，滑塊放在導(dǎo)軌斜面上端，在重力作用下沿導(dǎo)軌斜面作勻加速直線運(yùn)動(dòng)，我們測得滑塊通過前一個(gè)光電門的即時(shí)速度為，通過后一個(gè)光電門的即時(shí)速度為，測出二個(gè)電光門間的距離為，根據(jù)下式可算出加速度。即〔5〕【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】有關(guān)氣墊導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)，電腦通用計(jì)數(shù)器的應(yīng)用等，請參閱附錄。游標(biāo)卡尺的原理參閱長度測量儀器?！?〕儀器調(diào)整。調(diào)整導(dǎo)軌處于水平：翻開氣源閥門，從導(dǎo)軌氣孔中噴出氣體后，將滑塊輕輕放置在導(dǎo)軌中間、兩端等不同位置，假設(shè)滑塊均能靜止不動(dòng)，說明導(dǎo)軌已處于水平，否那么應(yīng)調(diào)節(jié)導(dǎo)軌下面的三個(gè)螺釘?！?〕〔3〕測量平均速度。①調(diào)整二光電門之間的距離。②通用計(jì)數(shù)器選擇“〞狀態(tài)。③用游標(biāo)卡尺測墊片厚度，將墊片墊在導(dǎo)軌一端，使導(dǎo)軌傾斜。④將裝有單擋光片的滑塊，放在導(dǎo)軌斜面上端靠橡皮筋處由靜止開始下滑，測量并記錄擋光片從第一光電門至第二光電門的時(shí)間t。⑤重復(fù)測量時(shí)間，共測6次。注意每次滑塊應(yīng)從同一位置由靜止開始下滑。〔4〕測量勻加速度。①用游標(biāo)卡尺測雙擋光片第一次擋光到第二次擋光之間的距離。測墊片厚度?！沧⒁?縫寬+一個(gè)擋光片的寬度?！尝趯?dǎo)軌一端墊上厚度約5.00mm〔用游標(biāo)卡尺測精確數(shù)字③通用計(jì)數(shù)器選擇“〞狀態(tài)。兩光電門置于適當(dāng)位置。④將裝有雙擋光片的滑塊，放置在導(dǎo)軌斜面最上端，靠近橡皮筋，由靜止滑下，測量6次〔要保證六次測量的實(shí)驗(yàn)條件相同〕?！緮?shù)據(jù)記錄與處理】〔1〕測量平均速度?！矇|片厚度〕=mm結(jié)果表示為 〔2〕勻加速度的測定。雙擋光片mm，〔墊片厚度〕=mm，〔斜面有效長度〕=860．0mm根據(jù)理論公式得 【預(yù)習(xí)思考題】〔1〕如何調(diào)節(jié)與判斷導(dǎo)軌水平?〔2〕測量加速度時(shí)，為何不是擋光片寬度，也不是雙擋光片的縫寬?【復(fù)習(xí)思考題】將實(shí)驗(yàn)中測出的加速度與理論值比擬一般情況下發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)值偏小，這屬于哪一類誤差，產(chǎn)生的原因是什么?用什么方法可以消除或減少?附錄1．氣墊導(dǎo)軌簡介〔1〕結(jié)構(gòu)。氣墊導(dǎo)軌的外形如圖3－5所示。導(dǎo)軌用直角等邊鋁合金制成，并且用環(huán)氧樹脂粘合在鋼管上。在導(dǎo)軌面上鉆有四排直徑為0．4mm的氣孔。角鋁兩頭端蓋加皮墊密封，壓縮空氣從進(jìn)氣管通入角鋁空腔，從0．4mm小孔噴出把滑塊托起，同時(shí)從另一端通入氣墊滑輪，形成氣墊軸承，減少滑輪摩擦。導(dǎo)軌兩端裝有彈射器，可使滑塊獲得初始速度。在支座上有三個(gè)調(diào)節(jié)螺釘，分居導(dǎo)軌兩端，用來調(diào)整導(dǎo)軌水平。光電門可固定在鋼管的任一位置上?；瑝K上部有凹槽，用滾花螺母可把單擋光片、雙擋光片、加重塊、尼龍搭扣〔或橡皮泥〕及緩沖彈簧等附件固定在滑塊上。圖3－5〔2圖3－5①把導(dǎo)軌放在實(shí)驗(yàn)桌上，把三塊10mm厚的墊塊，分別墊在三個(gè)調(diào)螺釘下，并使螺釘圓頭座入墊塊坑內(nèi)。②進(jìn)氣管接上氣源〔在做實(shí)驗(yàn)前必須用電力紡蘸酒精輕擦導(dǎo)軌外表，用0．3mm的鋼絲疏通每個(gè)小孔〕。③調(diào)節(jié)三只底座螺釘，使滑塊在導(dǎo)軌上的任意一部位，根本上均能保持靜止?fàn)顟B(tài)，即導(dǎo)軌處于水平位置。④把光電門架用螺釘固定在直尺上，并在滑塊上部裝上擋光片，調(diào)整擋光片上下位置，使擋光片能在光電門之間順利通過。圖3—5⑤根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)要求，可裝上所需附件，即可進(jìn)行一系列力學(xué)實(shí)驗(yàn)。(3)〔3〕考前須知。①導(dǎo)軌應(yīng)放在清潔、枯燥、無振動(dòng)場所。搬運(yùn)時(shí)應(yīng)輕搬輕放，絕對防止其他物件和導(dǎo)軌面碰撞，并防止陽光直接照射。②⑦導(dǎo)軌未通氣前，滑塊不要放在導(dǎo)軌上滑動(dòng)，以防破壞滑塊與導(dǎo)軌面之間的接觸精度。2．MUJ一68電腦通用計(jì)數(shù)器使用說明該機(jī)采用單片微處理器、程序化控制的智能化儀器?？蓮V泛應(yīng)用于各種計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、測頻、測速實(shí)驗(yàn)中。在與氣墊導(dǎo)軌配套使用時(shí)，除具有一般數(shù)字計(jì)時(shí)器的功能外，還具有將所測時(shí)間直接轉(zhuǎn)換為速度、加速度值的特殊功能。該機(jī)具有記憶存儲(chǔ)功能，可記憶多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。該機(jī)設(shè)置有ISt個(gè)操作鍵，可進(jìn)行十種功能的轉(zhuǎn)換。該機(jī)的計(jì)時(shí)范圍0．0O0ms?！?5.．50min。6位LED數(shù)碼管顯示，時(shí)標(biāo)基準(zhǔn)根據(jù)測量結(jié)果自動(dòng)定位。1〕1)計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)特征前面板主要妻為顯示屏、操作鍵和指示燈組成，并印有功能表〔(見圖3－—6〕)。1-一測頻輸入口；2-一LED顯示屏；3-一功能轉(zhuǎn)換指示燈；4-一測量單位指示燈；5-一功能選擇／復(fù)位鍵；6-一數(shù)值轉(zhuǎn)換鍵；7-一取數(shù)鍵；8-一電磁鐵鍵；9-一電磁鐵開關(guān)指示燈圖3—6后面板主要為電源線、信號(hào)線插座及電源開關(guān)〔見圖3－7〕。1一光電門插口〔外側(cè)口兼電磁鐵插口〕；2一光電門插口；3一頻標(biāo)輸出插口；4一電源開關(guān)；5一電源線圖3－7圖3－82〕計(jì)數(shù)器使用方法圖3－8〔1〕準(zhǔn)備①調(diào)整好氣墊導(dǎo)軌，將兩套光電門架固定于導(dǎo)軌上。②在導(dǎo)軌滑塊上安裝好擋光片，并使擋光片正好從光電門支架中穿過。計(jì)數(shù)器將測出移動(dòng)的擋光片二次擋光的時(shí)間間隔〔見圖3－8〕。注：為滑塊通過距離所需的時(shí)間。③將光電門必須同時(shí)插上，否那么無法工作?！?〕四個(gè)操作鍵的功能①功能鍵：用于十種功能鍵的選擇及取消顯示數(shù)據(jù)復(fù)位。如按下功能鍵前，光電門遮過光，那么清“0”②轉(zhuǎn)換鍵：用于測量單位的轉(zhuǎn)換、擋光片寬度的設(shè)定等。在計(jì)時(shí)、加速度、碰撞功能時(shí)，按下轉(zhuǎn)換鍵小于1秒時(shí)，測量值在時(shí)間或速度之間轉(zhuǎn)換。③取數(shù)鍵：在計(jì)時(shí)l〔〕、計(jì)時(shí)2〔〕、加速度〔〕、碰撞〔PZh〕、周期〔〕和重力加速度〔〕功能時(shí)，儀器可自動(dòng)保存前幾次實(shí)驗(yàn)測量值，按下取數(shù)鍵，可顯示存入值。當(dāng)顯示“Ex〞，提示將顯示存入的第次實(shí)驗(yàn)值。在顯示存入值過程中，按下功能鍵，會(huì)消除已存入的數(shù)值。④電磁鐵鍵：按動(dòng)此鍵可改變電磁鐵的吸合放開?！?〕儀器的十項(xiàng)功能①計(jì)時(shí)1〔〕：測量任一光電門的一個(gè)擋光時(shí)問間隔〔開口擋光片通過一次，不開口擋光片通過兩次〕，可連續(xù)測量，自動(dòng)存入前20個(gè)數(shù)據(jù)，按下取數(shù)鍵可查看。②計(jì)時(shí)2〔〕：測量光電門兩次擋光或光電門兩次擋光的時(shí)間間隔及滑塊通過或光電門的速度，可連續(xù)測量，按下取數(shù)鍵可查看。③加速度〔〕：測量滑塊通過每個(gè)光電門的速度及通過相鄰光電門的時(shí)間或這段路程的加速度，按取數(shù)鍵可查看。只有按功能鍵清“0”，方可進(jìn)行下一次測量。④碰撞〔PZh〕：□、□各接一個(gè)光電門，兩只滑塊上裝好相同寬度的凹形擋光片和碰撞彈簧，讓滑行器從氣軌兩端向中間運(yùn)動(dòng)，各自通過一個(gè)光電門后相撞，相撞后分別通過光電門〔見圖3－9〕。圖3－9本時(shí)機(jī)循環(huán)顯示：Pl.1、Pl.2、P2.1、P2.2或Pl.1、Pl.2、Pl.3、P2.1或Pl.1、P2.1、P2.2、P2.3各次測量值。按取數(shù)鍵可查看。只有按功能鍵清“0〞，方可進(jìn)行下一次測量。⑤周期〔〕：接入一個(gè)光電門，測量簡諧振動(dòng)1～9999周期的時(shí)間。按取數(shù)鍵可顯示本次實(shí)驗(yàn)每個(gè)周期的測量值。按功能鍵，可重新開始測量。⑥重力加速度〔〕：將電磁鐵插入。光電門外側(cè)插口，兩個(gè)光電門插入光電門插口，電磁鐵鍵上方發(fā)光管亮?xí)r，吸上小鋼球；按電磁鐵鍵，小鋼球下落，到小鋼球前沿遮住光電門的時(shí)間，可記錄下來。按取數(shù)鍵可查看，按功能鍵或電磁鐵鍵，儀器可自動(dòng)清“0”，電磁鐵吸合。⑦計(jì)數(shù)〔〕：測量光電門的遮光次數(shù)。⑧測頻〔〕：可測量正弦波、方波、三角波。⑨電周期〔〕：，在電周期功能時(shí)，按轉(zhuǎn)換鍵可轉(zhuǎn)換到測頻功能。⑩信號(hào)源〔XH〕：將信號(hào)源輸出插頭插入信號(hào)源輸出查口，可輸出頻率為：l0.．000、1.．000、0.．100、0.．010、0.．001單位為kHz的方波信號(hào)，按轉(zhuǎn)換鍵可改變電信號(hào)的頻率。實(shí)驗(yàn)四動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn)研究本實(shí)驗(yàn)在水平氣墊導(dǎo)軌上驗(yàn)證碰撞過程中的動(dòng)量守恒。【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹俊?〕在彈性碰撞和完全非彈性碰撞兩種情況下，驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律?！?〕觀察碰撞過程，了解彈性碰撞和完全非彈性碰撞的特點(diǎn)?！緦?shí)驗(yàn)儀器】氣墊導(dǎo)軌一套〔包括光電門兩個(gè)，滑塊二只，加重塊等〕，尼龍搭扣或橡皮泥，智能數(shù)字測時(shí)器一臺(tái)?！緦?shí)驗(yàn)原理】當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)不受外力，或受外力的合矢量為零時(shí)，那么系統(tǒng)的總動(dòng)量保持不變。這就是動(dòng)量守恒定律。在系統(tǒng)只包含兩個(gè)物體，且該兩物體沿一條直線發(fā)生碰撞的情況下，只須系統(tǒng)所受合力在此直線方向上的分量的代數(shù)和為零，那么系統(tǒng)在該方向上的動(dòng)量守恒。當(dāng)滑塊在氣軌上作近似無摩擦運(yùn)動(dòng)時(shí)，即為這種情況。質(zhì)量為和兩滑塊，在水平氣軌上相碰，設(shè)碰前速度分別為和，碰后速度分別為和，根據(jù)動(dòng)量守恒定律有〔1〕彈性碰撞。如果兩物體作完全彈性碰撞，那么除了動(dòng)量守恒以外，由于碰撞時(shí)，緩沖彈簧發(fā)生彈性形變后恢復(fù)原狀，使系統(tǒng)機(jī)械能近似沒有損失，而使碰撞前后的總動(dòng)能也不變。即〔2〕由式〔1〕、〔2〕解出得 〔3〕以下研究兩種特殊情況：①當(dāng)且時(shí)，由公式〔3〕得到〔4〕②當(dāng)，但且時(shí)，由式〔3〕得到 〔5〕〔2〕完全非彈性碰撞。如果我們在一個(gè)滑塊上粘上尼龍搭扣或橡皮泥，那么碰撞后兩物體將粘在一起以同一速度運(yùn)動(dòng)。這就稱為完全非彈性碰撞。這時(shí)由于在碰撞過程中有非保守內(nèi)力作功，故系統(tǒng)的機(jī)械能將不守恒，但由于沒有外力作用，所以動(dòng)量依然守恒，我們?nèi)钥衫檬健?〕計(jì)算碰撞后的速度，此時(shí)。由式〔1〕可得 〔6〕①當(dāng)且時(shí)， 〔7〕②當(dāng)且時(shí)， 〔8〕【實(shí)驗(yàn)步驟】〔1〕接通并翻開氣源，將氣墊導(dǎo)軌調(diào)成水平狀態(tài)，翻開智能數(shù)字測時(shí)器電源開關(guān)，使智能數(shù)字測時(shí)器處于計(jì)時(shí)工作狀態(tài)?！?〕在彈性碰撞下驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律。在質(zhì)量相等的兩個(gè)滑塊上分別裝好約為10mm的雙擋光片，將滑塊置于兩個(gè)光電門之間，并保持其靜止〔〕。將另一滑塊放在氣軌一端，用手推動(dòng)一下使滑塊運(yùn)動(dòng)。注意，用裝有彈性片端相碰撞。記下通過第一個(gè)光電門的時(shí)間，再記下碰撞后通過第二個(gè)光電門的時(shí)間，共作3次，注意：在碰撞后應(yīng)為靜止。將加上質(zhì)量為的重塊重復(fù)上述步驟，記錄，經(jīng)過第一個(gè)光電門的經(jīng)過第二個(gè)光電門的再記錄經(jīng)過第二個(gè)光電門時(shí)的時(shí)問。共作3次?！?〕在完全非彈性碰撞情況下驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律。①用有尼龍搭扣端相碰。②按實(shí)驗(yàn)步驟〔2〕作法，當(dāng)時(shí)，作3次，驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律。③〕，作3次，驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律。注：滑塊質(zhì)量，假設(shè)未知，可用天平稱。數(shù)據(jù)記錄表格自擬〔參考彈性碰撞表格〕?！緮?shù)據(jù)記錄與處理】〔1〕彈性碰撞。當(dāng)時(shí)，按下表數(shù)據(jù)記錄與處理。當(dāng)時(shí)，按下表數(shù)據(jù)記錄與處理?！?〕非彈性碰撞〔表格自擬〕?！緩?fù)習(xí)思考題】在彈性碰撞情況下，當(dāng)時(shí)，用測得數(shù)據(jù)計(jì)算碰撞前、后總能量是否相等?如不完全相等，分析產(chǎn)生差異的原因。實(shí)驗(yàn)五固體比熱的測定由能量守恒原理，把高溫物體和低溫物體放在一起時(shí)高溫物體放出的熱量等于低溫物體吸收的熱量，因此可測定物體的比熱，這種方法稱為混合法。但實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過程中系統(tǒng)和外界必然有熱量交換，存在著系統(tǒng)誤差，如何修正這一系統(tǒng)誤差是本實(shí)驗(yàn)中的一項(xiàng)重要任務(wù)?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹俊?〕掌握用混合法測定金屬比熱的方法。〔2〕學(xué)習(xí)一種修正系統(tǒng)誤差的方法。【實(shí)驗(yàn)原理】〔1〕比熱的定義是使1kg物質(zhì)的溫度升高〔或降低〕1K所吸收〔或放出〕的熱量。公式是，單位為J／〔kg·K〕。式中是比熱，是質(zhì)量為的物質(zhì)吸收〔或放出的〕熱量，是物質(zhì)升高〔或降低〕的溫度。本實(shí)驗(yàn)用混合法測量金屬比熱。被測對象是鐵柱體，它的縱向中心開了一個(gè)錐形圓孔，供溫度計(jì)插入〔如圖3－10〔a〕所示〕。將鐵柱體放在蒸汽鍋斜管中央〔圖3－10〔b〕〕進(jìn)行加熱，使其溫度為，然后放入盛有水的量熱器內(nèi)筒里〔圖3一ll〕，與溫度為的水混合，混合后的溫度為。 圖3－10 圖3－11如果不考慮系統(tǒng)與外界的熱交換，那么被測鐵柱體放出的熱量等于水及量熱器內(nèi)筒〔包括攪拌器和溫度計(jì)〕所吸收的熱量。即于是被測物體的比熱為式中－－被測鐵柱體的質(zhì)量；－－水的質(zhì)量；－－量熱器內(nèi)筒加攪拌器的質(zhì)量；－－水的比熱〔4．18kJ／kg·K〕；－－量熱器的比熱〔879J／kg·K〕〔即鋁的比熱〕；－－溫度計(jì)浸入到水中局部的熱容量；－－溫度計(jì)浸入水中的體積，約為0．7×10-6m3－－被測物體混合前的溫度；－－水和量熱器內(nèi)筒加攪拌器的初溫；－－混合后系統(tǒng)的末溫。〔2〕系統(tǒng)誤差的修正。本實(shí)驗(yàn)中除了隨機(jī)誤差外，由于在混合過程中系統(tǒng)總要與外界交換熱量，以致實(shí)驗(yàn)結(jié)果存在較大的系統(tǒng)誤差，所以修正系統(tǒng)誤差是熱學(xué)實(shí)驗(yàn)中的重點(diǎn)問題。這里我們介紹一種系統(tǒng)誤差的修正方法：就是在鐵柱體放入量熱器之前，先使量熱器與水的溫度低于室溫度，使系統(tǒng)從外吸熱，然后讓鐵柱體與水混合之后的溫度高于室溫度，當(dāng)時(shí)系統(tǒng)在參加鐵柱體之前所吸收的熱量與混合后放出的熱量根本相等，從而使系統(tǒng)與外界的熱交換相互抵消。在采取上述補(bǔ)償措施后，由于散熱的影響，系統(tǒng)混合后理論上的末溫仍然是無法測得的。為此，我們必須作出溫度隨時(shí)間變化的曲線圖〔圖3－12所示〕。從圖中推得式〔1〕中水和量熱器的初溫和末溫。圖中段為鐵柱體放入量熱器前，系統(tǒng)從外界吸熱溫度隨時(shí)間變化的圖線，是混合后系統(tǒng)溫度隨時(shí)間變化的圖線。我們從對應(yīng)于室溫的點(diǎn)作垂直于時(shí)間軸的直線與、的延長線交于、兩點(diǎn)，這樣E點(diǎn)與F點(diǎn)對應(yīng)的溫度相當(dāng)于熱交換無限快的理想過程中水初溫和末溫，從而式〔1〕的條件得到滿足。圖3一l2圖3一l2量熱器，普通溫度汁〔0～100℃〕一支，精密溫度計(jì)〔0～50℃〕一支，蒸氣罐，加熱爐，秒表，物理天平，鐵柱體。量熱器〔圖3－11〕采用雙層套筒結(jié)構(gòu)，內(nèi)外筒之間用絕熱較好的木墊隔開，兩簡上口緊緊蓋著一個(gè)絕熱木蓋子，在短時(shí)問內(nèi)量熱器內(nèi)筒與外界發(fā)生熱交換很少，可以近似地將它看成一個(gè)絕熱封閉系統(tǒng)?！緦?shí)驗(yàn)步驟】〔1〕用物理天平稱出公式〔1〕中、、各物理量?！?〕向蒸鍋里注入2／3左右的水，輕輕蓋上鍋頂木塞，將鐵柱體用線拴住，吊滑至蒸鍋的斜管中央。再用木塞壓住線頭，不讓它下滑，并插入量程為l00℃的溫度計(jì)，在電爐上加熱?！?〕量熱器內(nèi)筒中盛的水，應(yīng)能埋沒鐵柱體并稍高一些，用量程為50℃的溫度計(jì)測出水的溫度，最好是低于量熱器附近的室溫4℃左右，并立即放人量熱器內(nèi)防止吸熱。〔4〕當(dāng)金屬圓柱體升溫至100℃時(shí)，用50℃的溫度計(jì)開始測量量熱器中的水溫，每隔l分鐘讀一次，共測5分鐘，然后將加熱好的鐵柱體迅速放入量熱器內(nèi)筒中〔不能濺出水來〕將蓋蓋好，50℃的溫度計(jì)既要插入水中，又不能碰到鐵柱體，同時(shí)輕輕攪拌，按表3－2的要求，立即記錄溫度。直至水溫均勻下降后，再改作每隔l分鐘測一次，連續(xù)6～8分鐘為止〔注意：測溫過程中的三個(gè)階段其時(shí)間是連續(xù)的〕。表3－1表3－2【數(shù)據(jù)記錄與處理】作出T～t曲線，求出、根據(jù)公式〔1〕求被測鐵柱體的比熱，鐵的比熱公認(rèn)值為，據(jù)此計(jì)算百分誤差。【考前須知】〔1〕溫度計(jì)是玻璃制品，特別是水銀泡處器壁很薄，容易損壞，應(yīng)小心保護(hù)。此外，兩支溫度計(jì)的量程不同，絕不可用50℃的溫度計(jì)去量100℃的高溫?！?〕蒸汽鍋中的水燒開成為蒸汽后，鍋內(nèi)壓力漸增，不可將鍋頂?shù)哪救w得太緊防止蒸汽鍋炸裂造成燙傷事故，同時(shí)要注意防止鍋內(nèi)水蒸干燒壞蒸鍋。【預(yù)習(xí)思考題】〔1〕量熱器內(nèi)簡裝水量的多少是怎樣考慮的?過多過少有什么不好?〔2〕如何從儀器、實(shí)驗(yàn)安排和操作等方面來保證實(shí)驗(yàn)條件?！緩?fù)習(xí)思考題】從公式〔1〕出發(fā)，求的相對不確定度。實(shí)驗(yàn)六微小長度變化的測量實(shí)驗(yàn)之一楊氏彈性模量的測定任一物體均有彈性，如彈簧在彈性限度內(nèi)所受外力大小與其伸長量成正比，其倔強(qiáng)系數(shù)不僅和彈簧的材料有關(guān)還與彈簧的形狀和結(jié)構(gòu)有關(guān)。而用楊氏彈性模量表示物體的彈性性質(zhì)只與物體材料本身有關(guān)，與物體的形狀和結(jié)構(gòu)無關(guān)。本實(shí)驗(yàn)通過測量鋼絲的伸長量測定鋼絲的楊氏彈性模量。測長度微小變化量用光杠桿放大法，此法是物理實(shí)驗(yàn)中測微小線量和角量的常用方法，亦應(yīng)用于靈敏電流計(jì)、沖擊電流計(jì)等儀器中?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹俊?〕觀察金屬絲的彈性形變規(guī)律，學(xué)習(xí)靜力拉伸法測定楊氏模量。〔2〕掌握光杠桿測量微小長度變化的原理和方法?！?〕學(xué)會(huì)用逐差法處理數(shù)據(jù)?！緦?shí)驗(yàn)原理】圖3－13金屬絲在外力作用下發(fā)生形變，如圖3一l3所示，一根長為、截面積為的均勻金屬絲，將其上端固定，在受到沿長度方向外力后，伸長。是金屬絲單位截面積上所受的力，稱為脅強(qiáng)，是脅強(qiáng)作用下金屬絲相對伸長量，稱為應(yīng)變。根據(jù)胡克定律，在彈性限度內(nèi)，應(yīng)變與脅強(qiáng)成正比，即圖3－13式中稱為金屬的楊氏模量，上式寫為實(shí)驗(yàn)證明，楊氏模量與外力、金屬絲長度和截面積的大小無關(guān)，而僅決定于金屬絲本身的性質(zhì)。在式〔1〕中和都比擬容易測量。是一個(gè)微小長度變化量，很難用普通測量長度的儀器對它進(jìn)行測量，為了測量這個(gè)微小長度的變化，本實(shí)驗(yàn)采用光杠桿和鏡尺組裝置。【實(shí)驗(yàn)儀器】楊氏模量儀，光杠桿，鏡尺組，lkg砝碼組，鋼卷尺，螺旋測微計(jì)。楊氏模量儀：如圖3一l4〔a〕所示，為鋼絲，被夾子夾緊，使上端固定，為鋼絲下端的螺絲夾子，測量時(shí)改變砝碼的重量，夾子將隨著鋼絲的伸長和縮短在平臺(tái)的圓孔中移動(dòng)。調(diào)節(jié)儀器底座螺絲，可使平臺(tái)保持水平，即鋼絲與平臺(tái)垂直。這樣，C剛好懸在平臺(tái)的圓孔中央，可上下自由移動(dòng)。光杠桿和鏡尺組：這是測量微小長度變化量的主要部件。光杠桿的結(jié)構(gòu)如圖3－14〔c〕所示，是一個(gè)有三個(gè)足尖的架子，足尖、構(gòu)成一個(gè)等腰三角形，在、聯(lián)線上方裝置一個(gè)平面鏡，平面鏡可在架子上轉(zhuǎn)動(dòng)，后足尖至前足尖聯(lián)線的垂直距離為。圖3－14圖3-15鏡尺組包括一個(gè)豎尺和尺旁的一個(gè)望遠(yuǎn)鏡，如圖3－14〔b〕所示，它們都安放在個(gè)支架上〔圖3－14〔b〕中未全部畫出〕。圖3-15測量鋼絲微小長度變化量△L的實(shí)驗(yàn)裝置如圖3－15所示。光杠桿的后足尖放在固定鋼絲的夾子上，前兩足尖、放在平臺(tái)的尖底槽里〔防止滑動(dòng)〕，、、維持在同一個(gè)水平面里，轉(zhuǎn)平面鏡面與前兩足尖、聯(lián)線平行。鏡尺組離平面鏡約l米左右，望遠(yuǎn)鏡水平對準(zhǔn)平面鏡如圖3一l5所示，從望遠(yuǎn)鏡中可以看到豎尺由平面鏡反射回來的像，望遠(yuǎn)鏡中十字叉絲橫線，可以對準(zhǔn)豎尺像的某一刻度設(shè)為。當(dāng)鋼絲受力后伸長為時(shí)，光杠桿后足尖也隨之下降，而前兩足尖、保持不動(dòng)；于是以、聯(lián)線為軸，以為半徑旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，此時(shí)平面鏡面也同樣旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，在較小〔即〕時(shí)，有 〔2〕平面鏡旋轉(zhuǎn)后，根據(jù)光的反射定律，鏡面旋轉(zhuǎn)角，那么反射線將旋轉(zhuǎn)，設(shè)此時(shí)十字叉絲對準(zhǔn)新刻度，令。當(dāng)很小〔即〕時(shí)，有 〔3〕式中為鏡面到豎尺之間的距離，將式〔3〕代人式〔2〕，即可得到的測量公式為 〔4〕由此可見，光杠桿的作用在于將微小的長度變化量放大為豎尺上的位移，通過、、這些比擬容易測量準(zhǔn)確的量間接地測量。將式〔4〕代人式〔1〕，并利用〔為鋼絲直徑〕，得到 〔5〕由上面推導(dǎo)可知，式〔5〕成立的條件中包括有不超過鋼絲彈性限度〔所以實(shí)驗(yàn)中不能過大〕，很小及、、維持水平。只要通過實(shí)驗(yàn)測出，由公式〔5〕可算出鋼絲的楊氏模量。【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】〔1〕調(diào)節(jié)儀器。①調(diào)節(jié)楊氏模量儀調(diào)節(jié)三角底架上的螺絲，使平臺(tái)水平，那么兩支柱與鉛直線平行。用手拉砝碼托盤，看夾鋼絲的圓柱夾子是否在平臺(tái)圓孔中自由滑動(dòng)，否那么要繼續(xù)調(diào)節(jié)。②調(diào)節(jié)光杠桿和鏡尺組eq\o\ac(○,a)將光杠桿的前兩足尖放在平臺(tái)尖底槽里，后足尖放在圓柱夾子上，但不得與鋼絲接觸，調(diào)節(jié)鏡面處于垂直位置。eq\o\ac(○,b)使鏡尺組位于距鏡面約1.5m處，調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡水平并與鏡面位于相同高度，調(diào)節(jié)豎尺使之垂直望遠(yuǎn)鏡。eq\o\ac(○,c)先用眼睛在望遠(yuǎn)鏡旁邊，沿著軸線方向看平面鏡，能否在平面鏡中同時(shí)看到望遠(yuǎn)鏡和豎尺的像，否那么需調(diào)節(jié)豎尺和望遠(yuǎn)鏡的位置。eq\o\ac(○,d)調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡。望遠(yuǎn)鏡主要由目鏡和物鏡組成，在物鏡與目鏡之間裝有十字叉絲。先調(diào)目鏡改變十字又絲與目鏡的距離，能清楚地看到十字叉絲；再調(diào)物鏡與目鏡之間距離，能清楚地看到從鏡面反射回來豎尺刻度線的像?！?〕測量鋼絲微小長度變化量。①將十字又絲橫線對準(zhǔn)豎尺像的零刻度線左右，否那么上下移動(dòng)豎尺，然后在砝碼托盤上加一個(gè)lkg砝碼，此時(shí)荷重為lkg，記錄第一次豎尺刻度線的讀數(shù)，依次增加lkg砝碼，荷重分別增加為2kg、3kg、4kg、…、8kg，分別記錄豎尺刻度線讀數(shù)，共記8個(gè)讀數(shù)。②減少荷重時(shí)記錄讀數(shù)：將砝碼由減到，輕輕依次取下砝碼，分別記錄豎尺刻度線讀數(shù)，共記8個(gè)讀數(shù)。不管增加或減少鋼絲下端的荷重，只要荷重相等，從望遠(yuǎn)鏡中觀察讀數(shù)應(yīng)該相等，假設(shè)讀數(shù)相差較大，應(yīng)找出原因，重作實(shí)驗(yàn)。〔3〕對其他長度進(jìn)行測量。①用毫米刻度鋼卷尺測鏡面到豎尺面之間的距離，測出鋼絲從到兩夾子之間的長度。②用螺旋測微計(jì)，測量鋼絲直徑，上、中、下各測兩次，共測6次求出的平均值。③測光杠桿后足尖到前兩足尖、聯(lián)線之間的垂直距離，將光杠桿放在白紙上輕輕壓下三足尖痕跡，然后作圖用米尺測出?！究记绊氈俊?〕光杠桿和鏡尺組構(gòu)成的光路，調(diào)好后整個(gè)測量過程中決不能再動(dòng)。〔2〕相繼加砝碼時(shí)，砝碼的縫要相互交叉，以防倒下，加砝碼時(shí)要輕放，以防沖擊?！?〕本實(shí)驗(yàn)的變化為等差數(shù)列，為充分利用數(shù)據(jù)和減小相對不確定度，采用逐差法處理數(shù)據(jù)〔參閱附錄〕?！緮?shù)據(jù)記錄與處理】表l：測記錄：儀器誤差mm表2：記錄鋼絲直徑，儀器零點(diǎn)儀器誤差實(shí)驗(yàn)結(jié)果表示式為 【預(yù)習(xí)思考題】〔1〕什么叫光杠桿，光杠桿起什么作用?使用時(shí)應(yīng)注意什么問題?〔2〕鏡尺組由什么組成，怎樣調(diào)望遠(yuǎn)鏡才能看清楚十字叉絲?怎樣調(diào)望遠(yuǎn)鏡才能看清楚從鏡面反射到望遠(yuǎn)鏡中豎尺刻度線的像?〔3〕測量鋼絲的楊氏模量公式，在什么條件下才能成立?〔4〕實(shí)驗(yàn)室調(diào)節(jié)儀器分哪幾步?應(yīng)注意什么問題?【復(fù)習(xí)思考題】〔1〕為什么測、、用毫米刻度只測一次?而要屢次測量，要用逐差法處理?〔2〕是否可以用作圖法來求?如果能用，怎樣求?〔3〕怎樣利用光杠桿來提高測量的精確度?附錄逐差法：本實(shí)驗(yàn)中測到8次不同外力作用下的金屬絲伸長〔實(shí)際測得的是〕，怎樣從這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中，盡可能計(jì)算出較準(zhǔn)確的結(jié)果，這有賴于處理數(shù)據(jù)的技巧。我們用一般求算術(shù)平均值的方法來處理數(shù)據(jù)。例如先求出每增減lkg砝碼時(shí)相應(yīng)的讀數(shù)差，用公式算出，然后求出平均值：可見計(jì)算時(shí)實(shí)際上只用了兩個(gè)數(shù)據(jù)〔〕，其他數(shù)據(jù)前面的符號(hào)都是一正一負(fù)，在計(jì)算過程中相互抵消掉了。因此這種處理數(shù)據(jù)的方法，不能充分利用所測的數(shù)據(jù)。只要在測量過程中與，讀數(shù)稍有偏差，盡管其他數(shù)據(jù)都很準(zhǔn)確，測量結(jié)果仍會(huì)帶來很大隨機(jī)誤差。為了克服這種缺點(diǎn)，采用逐差法。我們采用逐差法時(shí)，先將測得的8個(gè)數(shù)據(jù)l，I、如分為兩組和，然后按組對應(yīng)相減，可得到每增4kg時(shí)的讀數(shù)差為最后求其平均值得 由此可見，它巧妙地防止了數(shù)據(jù)相互抵消的現(xiàn)象，這種數(shù)據(jù)處理的方法稱為逐差法，它適用于成等差數(shù)列的數(shù)據(jù)。這種方法除了具有充分利用數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)外，因?yàn)?，所以還可以減少相對不確定度。實(shí)驗(yàn)之二固體線膨脹系數(shù)的測定【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹俊?〕測定金屬在一定溫度區(qū)域內(nèi)的平均線膨脹系數(shù)。〔2〕學(xué)會(huì)用作圖法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。【實(shí)驗(yàn)原理】當(dāng)固體溫度升高時(shí)，由于分子的熱運(yùn)動(dòng)，固體微粒間的距離增大，結(jié)果使固體膨脹。我們把由于熱膨脹而發(fā)生長度變化的現(xiàn)象叫做固體的線膨脹。長度變化的大小取決于溫度的改變、材料的種類和材料原來的長度。在常溫下固體線度隨溫度變化可由經(jīng)驗(yàn)公式表示為 〔1〕其中稱為固體的線膨脹系數(shù)，為℃時(shí)的長度。實(shí)驗(yàn)說明，在溫度變化不大時(shí)，是一個(gè)常量?！?〕式可寫成 〔2〕由此可見，的物理意義是溫度每升高1℃時(shí)，物體的相對長度變化量。實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度變化較大時(shí)，同一材料在不同溫度區(qū)域，其線膨脹系數(shù)不一定相同，與有關(guān)，隨溫度升高而變化，這時(shí) 〔3〕〔3〕式是經(jīng)驗(yàn)公式，可從手冊上查得等常量。實(shí)際測量時(shí)，測得的是物體在室溫℃時(shí)長度及其溫度升到℃時(shí)其長度伸長量，根據(jù)〔1〕式可得由此兩式相比消去，整理后得到 〔4〕當(dāng)較小時(shí)，由于和相比甚小，，所以〔4〕式可近似寫成 〔5〕由式〔5〕求得的是在溫度間的平均線膨脹系數(shù)。很明顯，實(shí)際中測出是關(guān)鍵。本實(shí)驗(yàn)是利用光杠桿來測量由溫度變化而引起長度的微小變化量。實(shí)驗(yàn)時(shí)將待測金屬棒直立在線膨脹系數(shù)測定儀的金屬筒中，將光杠桿后足尖置于金屬棒的上端，前刀口〔或雙足尖〕置于固定的平臺(tái)上。設(shè)在溫度時(shí)，通過望遠(yuǎn)鏡和光杠桿的平面鏡，看見直尺上的刻度剛好在望遠(yuǎn)鏡中叉絲橫線處，當(dāng)溫度升到時(shí)，直尺上刻度移至又絲橫線上，那么根據(jù)光杠桿原理可得 〔6〕式中為光杠桿鏡面到直尺的距離，為光杠桿后足尖到前刀口的垂直距離。將式〔6〕代人式〔5〕中，那么 〔7〕可見，只要測出各長度及溫度便可求得。對于cm的銅棒，其值的數(shù)量級(jí)為l0-5〔℃〕-1。，假設(shè)溫度變化℃時(shí)，其伸長量約為10-2cm，可見。因此〔7〕式中可近似取為室溫下的棒長值，其值可測出或由實(shí)驗(yàn)室給出。【實(shí)驗(yàn)儀器】熱脹系數(shù)實(shí)驗(yàn)儀，待測金屬銅棒，卷尺，游標(biāo)卡尺，溫度計(jì)，秒表，光杠桿鏡尺組一套?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容】1．實(shí)驗(yàn)前首先測量金屬棒在室溫的長度，再把被測棒慢慢放入線膨脹儀的孔中，直到被測棒的下端接觸底面；調(diào)整溫度計(jì)使下端長度為l50～200mm，小心放人加熱管的被測棒孔內(nèi)。2．把光杠桿單足尖放在金屬棒上端，雙足尖放在儀器平臺(tái)上，盡量使小鏡的鏡面、望遠(yuǎn)鏡的鏡面和直尺同時(shí)垂直于水平面。3．用眼睛從望遠(yuǎn)鏡的上方觀察光杠桿小鏡中是否有直尺的像，如果有，再從望遠(yuǎn)鏡中看，調(diào)節(jié)物鏡使小鏡中直尺的像清晰可辨，再調(diào)節(jié)目鏡使望遠(yuǎn)鏡中的十字叉絲在米尺上。此后切勿碰動(dòng)整個(gè)儀器系統(tǒng)。4．接通電源，逆時(shí)針調(diào)節(jié)調(diào)壓旋鈕到底，開始對金屬棒升溫，同時(shí)觀察望遠(yuǎn)鏡中水平叉絲在米尺上的位置變化。溫度每變化5℃或l0℃，同時(shí)記錄溫度的值和米尺上讀數(shù)，共測10組數(shù)據(jù)，填人數(shù)據(jù)記錄表中。5．切斷電源，用鋼卷尺量出小鏡面到直尺的距離，采用垂線法測出長度?！緮?shù)據(jù)記錄及處理】數(shù)據(jù)記錄表格仿照實(shí)驗(yàn)之一自擬。本實(shí)驗(yàn)要求用作圖法處理數(shù)據(jù)。以為縱軸、溫度為橫軸，作曲線，求出和。同學(xué)們也可用逐差法處理數(shù)據(jù)，請自行模仿實(shí)驗(yàn)之一?！究记绊氈?．本實(shí)驗(yàn)在測量記錄數(shù)據(jù)時(shí)是在溫度連續(xù)變化時(shí)進(jìn)行，因此記錄時(shí)應(yīng)快而準(zhǔn)。2．觀察溫度計(jì)上數(shù)據(jù)時(shí)，可將溫度計(jì)提起，看完后迅速放人。3．調(diào)壓旋鈕順時(shí)針方向?yàn)樵龃蟆?．使用的溫度計(jì)量程為l00℃，因此加熱時(shí)溫度不能超過100【預(yù)習(xí)思考題】本實(shí)驗(yàn)的測量公式〔7〕要求滿足哪些實(shí)驗(yàn)條件?實(shí)驗(yàn)中應(yīng)如何保證?【復(fù)習(xí)思考題】1．本實(shí)驗(yàn)中如加熱時(shí)間過長，使儀器支架受熱膨脹，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果將產(chǎn)生怎樣影響?2．兩根材料相同、粗細(xì)長度不同的金屬棒，在同樣的溫度變化范圍內(nèi)，它們的線膨脹系數(shù)是否相同?膨脹量是否相同?為什么?3．如果望遠(yuǎn)鏡光軸和水平面的夾角為，平面鏡和鉛直面夾角為，那么對微小長度變化量有無影響?試估計(jì)之。實(shí)驗(yàn)七用三線擺測量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是反映剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣性的物理量。由轉(zhuǎn)動(dòng)慣量公式可知轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不僅和剛體的質(zhì)量有關(guān)，而且與轉(zhuǎn)軸以及剛體的質(zhì)量分布有關(guān)，研究這些規(guī)律對理解剛體的性質(zhì)很有幫助。測定剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的方法有很多，本實(shí)驗(yàn)利用三線擺測定剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹俊?〕學(xué)習(xí)用三線擺測量物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。〔2〕驗(yàn)證轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的平行軸定理?！緦?shí)驗(yàn)原理】一個(gè)勻質(zhì)圓盤用等長的三根線對稱地懸掛在一個(gè)水平的小圓盤下面就組成了一個(gè)三線擺〔見圖3－16〕。當(dāng)下圓盤繞三線擺的中心軸以不大的角度擺動(dòng)時(shí)，可看作簡諧振動(dòng)。如果不考慮運(yùn)動(dòng)過程中的阻力，根據(jù)機(jī)械能守恒定律和簡諧振動(dòng)規(guī)律，可得下圓盤繞軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為[見附錄]圖3－圖3－16式中為下圓盤的質(zhì)量，為當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?，分別為上、下圓盤的懸點(diǎn)到盤圓心的距離，為上懸點(diǎn)到靜止時(shí)下圓盤間的垂直距離，為下圓盤繞中心軸的擺動(dòng)周期。實(shí)驗(yàn)時(shí)，測出及，就可由〔1〕式求出圓盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。把質(zhì)量為的圓環(huán)放在下圓盤上，使兩者中心軸重合，測得該系統(tǒng)繞中心軸的擺動(dòng)周期為，那么該系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為〔2〕那么圓環(huán)繞中心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 〔3〕把兩個(gè)質(zhì)量都，形狀相同的圓柱體對稱地放在下圓盤上，柱體中心離圓盤中心距離都為〔見圖3－17〕，同樣測得兩圓柱體繞圓盤中心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 〔4〕將此式所得的與理論上按平行軸定理求得的 〔5〕進(jìn)行比擬〔式中為圓柱體直徑〕可驗(yàn)證平行軸定理?！緦?shí)驗(yàn)儀器】圖3圖3－l7【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】〔1〕利用水準(zhǔn)儀，調(diào)節(jié)三線擺支架底座螺釘，使上圓盤水平。調(diào)節(jié)懸線長度，使下圓盤水平?！?〕用米尺測量上懸點(diǎn)至下圓盤間的垂直距離?！?〕輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)上圓盤，使下圓盤扭轉(zhuǎn)擺動(dòng)〔擺角°〕。盡量防止扭轉(zhuǎn)擺動(dòng)之外的擺動(dòng)。用秒表測定50個(gè)扭轉(zhuǎn)擺動(dòng)周期的時(shí)間，可求得周期，重復(fù)測量3次取平均值?！?〕將圓環(huán)放在下圓盤上，使其重心通過下圓盤的中心，重復(fù)步驟〔2〕、〔3〕，測出兩者一起擺動(dòng)的周期。〔5〕取下圓環(huán)，把兩圓柱體對稱地放在下圓盤上，重復(fù)步驟2、3，測出它們共同擺動(dòng)的周期。〔6〕質(zhì)量和幾何參量的測量。①記錄三線擺下圓盤和圓環(huán)的質(zhì)量，用天平稱出兩圓柱體的質(zhì)量。圖3－18②測出圓環(huán)的內(nèi)外直徑和，測量圓柱體中心與懸盤中心的距離和圓柱體的直徑。圖3－18③測量上圓盤和下圓盤的直徑、，測出下圓盤三個(gè)懸點(diǎn)之間的距離和，取其平均值，根據(jù)算出〔見圖3－18〕?！緮?shù)據(jù)記錄與處理】〔1〕測擺動(dòng)周期?！?〕質(zhì)量和幾何參量的記錄和測量。上懸點(diǎn)至下圓盤間的垂直距離mm。圓環(huán)內(nèi)徑=mm，外徑=mm圓柱體中心與懸盤中心的距離mm上圓盤直徑=mm，下圓盤直徑=mm，圓柱體直徑=mm下圓盤三懸點(diǎn)間距=mm，=mm，=mm上圓盤三懸點(diǎn)間距=mm，=mm，=mm下圓盤質(zhì)量，圓環(huán)質(zhì)量兩圓柱體質(zhì)量〔3〕計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。①按公式〔1〕、〔3〕、〔4〕求出。②按公式和式〔5〕分別計(jì)算出理論值。③對各組實(shí)驗(yàn)值和理論值進(jìn)行比擬，求出百分誤差?！究记绊氈俊?〕三線擺的懸線容易磨損拉斷，實(shí)驗(yàn)時(shí)不要使懸線受力過大?！?〕調(diào)圓盤水平時(shí)不要摔壞水準(zhǔn)儀?！绢A(yù)習(xí)思考題】〔1〕儀器調(diào)整有何要求?〔2〕如何使下圓盤扭轉(zhuǎn)擺動(dòng)?〔3〕如何測量懸點(diǎn)至盤中心的距離R?【復(fù)習(xí)思考題】〔1〕本實(shí)驗(yàn)?zāi)芊裼脠D解法驗(yàn)證平行軸定理?如何驗(yàn)證?〔2〕如何利用三線擺測定任意形狀的物體繞特定軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量?〔3〕加上待測物體后三線擺的扭動(dòng)周期是否一定比空盤的大，為什么?附錄公式〔1〕的推導(dǎo)過程如下：設(shè)下圓盤質(zhì)量為，擺動(dòng)時(shí)沿軸線上升的高度為，那么增加的勢能為當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)回平衡位置時(shí)，，它所具有的動(dòng)能為式中是下圓盤對于其中心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，是圓盤回到平衡位置時(shí)的角速度。如果不考慮運(yùn)動(dòng)過程中的阻力，根據(jù)機(jī)械能守恒定律得下圓盤作簡諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，圓盤的角位移與時(shí)間的關(guān)系為式中是圓盤在時(shí)間的角位移，是角振幅，為振動(dòng)周期，于是角速度為圖3一l9圖3一l9于是有 〔6〕如圖3－19所示的三線擺中，懸線長度為，擺動(dòng)前 〔7〕當(dāng)擺角振幅為時(shí)，懸點(diǎn)移動(dòng)到位置，這時(shí)上懸點(diǎn)到下圓盤問的距離為，由圖3－19可見 〔8〕由式〔7〕、〔8〕得下圓盤上升的高度為由于擺長，所以。當(dāng)擺角很小時(shí)，這時(shí) 代人式〔6〕可得 實(shí)驗(yàn)八電子示波器的原理和使用示波器是一種快速的描繪器，是一種用途廣泛的電子測量儀器，能直接觀察電信號(hào)的波形，也能測定電信號(hào)的電壓和頻率。但凡可以轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的電學(xué)量與非電學(xué)量信號(hào)都可用示波器觀察與測量?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹俊?〕初步了解示波器的工作原理。〔2〕學(xué)習(xí)用示波器觀察波形和測定電信號(hào)的電壓及頻率?！臼静ㄆ鞯母驹怼俊?〕示波器的根本結(jié)構(gòu)。示波器主要由電子射線管〔又稱示波管〕、衰減系統(tǒng)、放大系統(tǒng)、掃描與整步系統(tǒng)和電源等幾局部組成。簡單的原理方框圖如圖3－20所示。圖3－20①示波管。包括電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、熒光屏三個(gè)局部，并封裝在一個(gè)高真空的玻璃管內(nèi)。電子槍通電加熱后發(fā)出一束電子，電子經(jīng)電場加速后以高速打在熒光屏上，屏上的熒光物發(fā)光，形成一亮點(diǎn)。在電子槍和熒光屏間裝有兩對互相垂直的平行板，稱為偏轉(zhuǎn)板。如板上加有電壓，那么電子束通過偏轉(zhuǎn)板時(shí)受正電極吸引，受負(fù)電極排斥，從而改變亮點(diǎn)在熒光屏上的位置。橫方向的一對稱為軸偏轉(zhuǎn)板〔簡稱橫偏〕，縱方向的一對稱為軸偏轉(zhuǎn)板〔簡稱縱偏〕。在一定范圍內(nèi)，亮點(diǎn)的位移與偏轉(zhuǎn)板上所加電壓成正比。②電壓放大與衰減系統(tǒng)。它包括軸放大器、軸放大器、軸衰減器、軸衰減器。由于示波管本身的及偏轉(zhuǎn)板的靈敏度不高〔約0．1～1mm／V〕，當(dāng)加在偏轉(zhuǎn)板上的信號(hào)電壓較小時(shí)，電子束不能發(fā)生足夠的偏轉(zhuǎn)，以致屏上光點(diǎn)位移過小，不便觀察。這就需要預(yù)先把小的信號(hào)電壓放大后再加到偏轉(zhuǎn)板上。為此，需設(shè)置軸及軸放大器〔又稱增幅器〕。衰減器的作用是使過大的輸入信號(hào)電壓減小，以適應(yīng)放大器的要求，否那么放大器易損。掃描器及整步系統(tǒng)的作用在原理中表達(dá)。〔2〕示波器的示波原理。①示波器的掃描。通常利用示波器來觀察一個(gè)從軸輸入的周期性信號(hào)電壓的波形。為此，必須使一個(gè)〔或幾個(gè)〕周期內(nèi)隨時(shí)間變化的波形穩(wěn)定地出現(xiàn)在熒光屏上。如果僅把一個(gè)周期性的交變信號(hào)如交變正弦電壓加到軸偏轉(zhuǎn)板上，而軸偏轉(zhuǎn)板上不加信號(hào)電壓，那么熒光屏上的光點(diǎn)只作上下方向上的正弦振動(dòng)，振動(dòng)頻率較快時(shí)，我們看到的只是一條垂直的亮線，如圖3－21所示。圖3－2l圖3－22圖3－23要在熒光屏上展現(xiàn)出正弦波形，就需要同時(shí)在偏轉(zhuǎn)板上加一隨時(shí)間作線性變化的電壓，稱為掃描電壓。這種電壓隨時(shí)間變化的關(guān)系如同鋸齒，故稱鋸齒波電壓。如圖3－22所示鋸齒波電壓的特點(diǎn)是：電壓從開始〔隨時(shí)間成正比地增加到，然后又突然返回，再從頭開始與時(shí)間成正比地增加……，重復(fù)前述過程。如果單獨(dú)把鋸齒波電壓加在x偏轉(zhuǎn)板上而Y軸偏轉(zhuǎn)板不加電壓信號(hào)，也只能看到一條水平的亮線，如圖3－22所示。圖3－22圖3－23在偏轉(zhuǎn)板上加正弦電壓，在偏轉(zhuǎn)板上加掃描電壓〔鋸齒波電壓〕，那么熒光屏上亮點(diǎn)將同時(shí)進(jìn)行方向互相垂直的兩種位移，我們看到的將是亮點(diǎn)的合成位移，如圖3－23所示。如果正弦電壓和掃描電壓的周期完全相同，那么熒光屏上顯示的圖形是一個(gè)完整的正弦波。圖3－23中，當(dāng)為時(shí)，為，屏上亮點(diǎn)位置為為時(shí)，為，屏上亮點(diǎn)位置為，…………亮點(diǎn)由經(jīng)、、至，描出整個(gè)正弦波圖形。綜上所述，要觀察加在偏轉(zhuǎn)板上電壓的變化規(guī)律，必須在偏轉(zhuǎn)板上加鋸齒波電壓，把產(chǎn)生的豎直亮線展開，這個(gè)展開過程稱為“掃描〞。②示波器的整步。由上述可見，當(dāng)與軸的掃描周期相同時(shí)，亮點(diǎn)描完整個(gè)正弦曲線后迅速返回原來開始的位置，于是又描出一條與前一條完全重合的正弦曲線，如此重復(fù)。如果周期不同，那么第二次、第三次……描出的曲線與第一次的就不重合，熒光屏顯示的圖形將不是一條穩(wěn)定的曲線，而是一條不斷移動(dòng)的，甚至更加復(fù)雜的曲線。所以，只有與的周期嚴(yán)格地相同，或后者是前者的整數(shù)倍，圖形才會(huì)清晰而穩(wěn)定，換言之，構(gòu)成穩(wěn)定的示波器圖形的條件是與的頻率成整數(shù)倍關(guān)系，表示如下式：實(shí)際上，由于與的信號(hào)來自不同的振蕩器，它們之間的頻率比不會(huì)自動(dòng)滿足簡單的整數(shù)倍，所以示波器中的掃描電壓的頻率必須可調(diào)，細(xì)心調(diào)節(jié)掃描電壓頻率，可以大體滿足的關(guān)系，但要準(zhǔn)確地滿足此關(guān)系僅靠人工調(diào)節(jié)是不容易的。為解決這一問題，在示波器內(nèi)部設(shè)有自動(dòng)頻率跟蹤裝置，稱為“整步〞。在人工調(diào)節(jié)的根底上，再參加“整步〞的作用，從而獲得穩(wěn)定的波形。③李薩如圖形。如果在示波器軸和軸上輸入的都是正弦電壓，熒光屏上看到的亮點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡是兩個(gè)相互垂直振動(dòng)的合成。當(dāng)兩個(gè)正弦電壓信號(hào)的頻率相等或成簡單整數(shù)比時(shí)，熒光屏上亮點(diǎn)的合成軌跡為一穩(wěn)定的閉合圖形，此圖形被稱為李薩如圖形。例如，當(dāng)?shù)念l率是的頻率的二倍時(shí)，即時(shí)，亮點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖3－24所示。圖3－25是頻率成簡單整數(shù)比時(shí)形成的假設(shè)干李薩如圖形。如果在李薩如圖形的邊緣上，分別作一條水平切線和垂直切線，并讀出它們與圖形相切的切點(diǎn)數(shù)，可以證明圖圖3－24如果或中有一個(gè)的，那么由李薩如圖形，就可求出另一末知頻率。這是一種測量振動(dòng)頻率的重要方法。圖3圖3－-25【實(shí)驗(yàn)儀器】示波器，YBl631型信號(hào)發(fā)生器。單蹤示波器在同一時(shí)間內(nèi)只能觀測一個(gè)電壓信號(hào)。雙蹤示波器內(nèi)設(shè)有電子開關(guān)線路，用電子開關(guān)來控制兩個(gè)通道CHl和CH2的工作狀態(tài)，使得兩個(gè)信號(hào)周期性的快速輪流作用在Y偏轉(zhuǎn)板上，由于熒光屏的余輝和人眼視覺滯留效應(yīng)，熒光屏同時(shí)顯示兩個(gè)波形。示波器信號(hào)有多種，性能也不盡相同。下面主要以YB4320型示波器為例，介紹雙蹤示波器的使用和各旋鈕的作用。〔1〕YB4320型示波器。YB4320型示波器是一種通用型雙蹤示波器，具有0～20MHz的頻帶寬度和lmV／div〔毫伏／格〕的垂直靈敏度。儀器內(nèi)附有0．5V方波信號(hào)可供垂直靈敏度和水平掃描速度校準(zhǔn)用。其前面板如圖3－26所示。圖3－-26YB4320型示波器各旋鈕的作用如下表下面簡要介紹YB4320型示波器的使用方法。①使用前，面板上旋鈕亮度〔intensity〕、聚焦〔focus〕、x軸移位〔position〕和Y軸移位〔position〕、觸發(fā)電平均旋至居中位置，“volts／div〞旋鈕旋至“5volts／div〞，“sec／div〞旋鈕旋至“2ms／div〞，、微調(diào)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)至校準(zhǔn)位，輸人耦合開關(guān)處于交流〔AC〕耦合，“〞鍵處于彈出狀態(tài)。②垂直方向的選擇。當(dāng)只需要觀察一路信號(hào)時(shí)，按下“CHl〞或“CH2”鍵，此時(shí)被選中的通道單獨(dú)工作，作為單蹤示波器使用；當(dāng)同時(shí)按下“CHl〞和“CH2”鍵時(shí)，可同時(shí)顯示兩路信號(hào)。③方式的應(yīng)用。在李薩如圖形的觀測、動(dòng)態(tài)磁滯回線的觀測中，在軸偏轉(zhuǎn)上需加上外來信號(hào)，此時(shí)應(yīng)將“，鍵按下，由“CHlORX〞端口輸入X信號(hào)，由“CH20RY〞端口輸入Y信號(hào)，分別調(diào)節(jié)兩個(gè)“volts／div〞旋鈕至適當(dāng)位置，即可在熒光屏上顯示一個(gè)大小適中的波形。④觸發(fā)方式的選擇〔TrigMode〕。YB4320型示波器觸發(fā)方式有四種：自動(dòng)〔Auto〕、常態(tài)〔Normal〕、電視場信號(hào)〔TV－H〕、電視行信號(hào)〔TV－V〕。除了觀測電視場信號(hào)外，常態(tài)和自動(dòng)方式須和電平〔ievel〕配合才能顯示穩(wěn)定的波形。⑤輸入耦合選擇。交流耦合〔AC〕：信號(hào)中的直流分量被隔斷，用于觀測信號(hào)的交流分量，這是一種常用的耦合方式。直流耦合〔DC〕：未隔斷信號(hào)中直流分量，當(dāng)被測信號(hào)頻率很低時(shí)，必須使用這種方式。接地〔GND〕：通道輸入端接地，輸入信號(hào)斷開?！?〕CA8000系列雙蹤示波器。其前面板如圖3－27所示。各旋鈕的功能參見YB4320型示波器功能介紹。下面簡單介紹該示波器的使用方法。①使用前，面板上旋鈕亮度〔intensitv〕，聚焦〔focus〕，x軸移位〔position〕和Y軸移位〔position〕均旋至居中放置，“volts／div〞旋鈕置“5volts／div〞，“SEC／div〞旋鈕置“2ms／div〞，X、Y微調(diào)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到底至校準(zhǔn)位，輸入耦合鍵彈起處于交流〔AC〕耦合。②垂直方式的選擇。當(dāng)只需要觀測一路信號(hào)時(shí)，將“Mode〞開關(guān)置CHl或CH2，此時(shí)被選中的通道單獨(dú)工作，作為單蹤示波器使用，當(dāng)“Mode〞開關(guān)置于“雙蹤Dual〞時(shí)，可同時(shí)顯示兩路信號(hào)。③X－Y方式的應(yīng)用。在李薩如圖形的觀測、動(dòng)態(tài)磁滯回線的觀測中，在X軸偏轉(zhuǎn)上需加上外來信號(hào)，此時(shí)應(yīng)將掃描速度選擇旋鈕〔sec／div〕順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到底〔×〕的位置，由“CHl0RX〞端口輸入X信號(hào)，由“CH20RY〞端口輸入Y信號(hào)，分別調(diào)節(jié)兩個(gè)“volts／div〞旋鈕至適當(dāng)位置，即可在熒光屏上顯示一個(gè)大小適中的波形。1－輝度；2－輔助聚焦；3－聚焦；4－光跡旋轉(zhuǎn)；5－校準(zhǔn)信號(hào)；6－電源指不；7－電源撲滅；8－CHl杉位；9－CH2移位；10－垂直方式；ll－CHl電壓衰減器；l2－CH2電壓衰減器；l3－CHl微凋；14－CH2微調(diào)；15－CHl耦合方式；16－CH2耦合方式；l7－CHl或X；18－CH2或Y；19－接地柱；20－外觸發(fā)輸人；21－內(nèi)觸發(fā)源；22－極性、內(nèi)觸發(fā)、外觸發(fā)；23－擴(kuò)展×l、×l0；24－觸發(fā)電平；25－微凋；26－掃描速率；27－觸發(fā)方式；28－蒯l發(fā)指示；29－水平移位圖3－27④觸發(fā)方式的選擇〔TrigMode〕。CA8000系列示波器觸發(fā)方式有四種：常態(tài)〔Normal〕，自動(dòng)〔Auto〕，電視場〔TV〕，峰值自動(dòng)〔P－PAuto〕，除了“TV〞用于觀測電視場信號(hào)外，常態(tài)和自動(dòng)方式須和電平〔level〕配合才能顯示穩(wěn)定的波形，當(dāng)三個(gè)旋鈕全處于彈起狀態(tài)時(shí)為峰值自動(dòng)〔AllupP-PAuto〕，在有信號(hào)輸入時(shí)，無須調(diào)節(jié)電平〔1evel〕旋鈕即能獲得穩(wěn)定波形，給使用帶來了方便。⑤輸入耦合選擇。交流耦合〔AC〕：信號(hào)中的直流分量被隔斷，用于觀察信號(hào)的交流分量，這是一種常用的耦合方式。直流耦合〔DC〕：未隔斷信號(hào)中直流分量，當(dāng)被測信號(hào)頻率很低時(shí)，必須使用這種方式。接地〔GND〕：通道輸入端接地，輸入信號(hào)斷開?！?〕YBl631型功率函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的使用。圖3－28為YBl631型功率函數(shù)信號(hào)發(fā)生器面板圖。下面簡單介紹該儀器的使用方法及考前須知。①開機(jī)前面板上的按鈕位置：測頻選擇按鈕按下處于“內(nèi)〞測頻狀態(tài)，波形選擇〔Wavefrom〕為“正弦~〞輸出衰減〔Atte〕為0dB②根據(jù)需要輸出的頻率范圍，選擇適宜的信號(hào)頻率檔級(jí)后，接通電源。例如：需要輸出頻率為40kHz左右的信號(hào)，那么應(yīng)選擇l00k檔次。③LED顯示窗口的顯示為輸出信號(hào)的頻率，單位為“kHz〞。調(diào)節(jié)頻率微調(diào)旋鈕〔Fre-quency〕可改變輸出信號(hào)的頻率，調(diào)節(jié)幅度調(diào)節(jié)旋鈕〔Amplitude〕可改變輸出信號(hào)的幅度。④使用中還應(yīng)注意電壓信號(hào)由電壓輸出端口〔Voltageout〕和接地端口輸出，切勿將線接錯(cuò)?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容】〔1〕熟悉YB4320型示波器的操作方法并觀察波形。圖3－28①接通電源，按使用方法熟悉示波器面板上各旋鈕的作用。②將YBl631型信號(hào)發(fā)生器接入示波器的Y輸入，調(diào)整信號(hào)發(fā)生器〔見YBl631使用說明〕的頻率，使其頻率為50Hz，選取適當(dāng)?shù)膙／div和t／div擋，微調(diào)X系統(tǒng)旋鈕，使熒光屏上顯示周期數(shù)完整的正弦波。要求波形大小適中，描下波形。③調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器的“頻率微調(diào)〞旋鈕，改變輸入信號(hào)頻率分別為420Hz、13kHz，調(diào)節(jié)示波器〔應(yīng)調(diào)示波器上哪些旋鈕〕觀察到一個(gè)〔或幾個(gè)〕完整的波形?！?〕測量交流電波形的電壓。對于正弦波的電壓可以直接測量交流電壓的峰一峰值〔即波形的最高點(diǎn)到最低點(diǎn)的幅值〕。符號(hào)為。①測量之前，按使用方法校正好示波器。②示波器系統(tǒng)的輸入耦合開關(guān)置“〞位，5V／div置5V／div位，t／div置2ms／div位。③將被測的交流電壓〔由6．3V變壓器提供〕輸入到示波器的輸入插座。調(diào)節(jié)“電平〞和系統(tǒng)“微調(diào)〞使波形穩(wěn)定。④根據(jù)屏幕上方向的坐標(biāo)刻度讀數(shù)求信號(hào)的峰－－峰值。假設(shè)讀出信號(hào)波形的峰－－峰值為格，那么被測信號(hào)的峰一峰值應(yīng)為伏/格格=伏〔3〕用李薩如圖形測交流電正弦波信號(hào)頻率。①將V／div置于5V／div，“外接〞置于“外接〞，YBl631低頻信號(hào)發(fā)生器輸出電壓調(diào)在1伏左右。②將被測的交流信號(hào)〔由6．3伏變壓器提供〕，輸入到示波器的輸入插座，將頻率信號(hào)〔YBl631信號(hào)發(fā)生器〕輸人到示波器的“外接〞插座。③將YBl63l信號(hào)發(fā)生器頻率按鈕置于“l(fā)00”上，微調(diào)示波器的Y系統(tǒng)微調(diào)旋鈕和YBl631信號(hào)發(fā)生器“電壓輸出〞，使屏幕上顯示的李薩如圖形大小適中。然后微調(diào)YBl631信號(hào)發(fā)生器的頻率，使其分別為25Hz、50Hz、75Hz、100Hz、200Hz左右時(shí)，找到相應(yīng)的穩(wěn)定的李薩如圖形。描以下圖形并記錄信號(hào)發(fā)生器相應(yīng)的準(zhǔn)確的頻率值〔注意有效數(shù)字〕。④根據(jù)二方向的頻率比，求出被測信號(hào)的頻率值，最后求出被測頻率的平均值?！緮?shù)據(jù)記錄與處理】〔1〕描下交流電的波形〔2〕測量交流電的電壓峰－－峰值v／div開關(guān)的位置：伏／格被測電壓在屏上的格數(shù)：格伏/格格=伏〔3〕李薩如圖形記錄及交流電的頻率值交流電信號(hào)頻率平均值：Hz【預(yù)習(xí)思考題】〔1〕設(shè)將一個(gè)正弦電壓引入示波器的輸入端，掃描頻率調(diào)至120Hz時(shí)，在熒光屏上出現(xiàn)三個(gè)周期的正弦波，問輸入電壓的頻率是多少?〔2〕做李薩如圖形時(shí)，能否用示波器上的電平〔“整步〞〕旋鈕使圖形穩(wěn)定下來?【復(fù)習(xí)思考題】〔1〕當(dāng)軸輸入正弦信號(hào)時(shí)，假設(shè)屏幕上出現(xiàn)以下波形〔圖3－29〕，應(yīng)如何調(diào)節(jié)使之正常?圖3－29〔2〕示波器能否用來測量直流電壓，如能測應(yīng)如何進(jìn)行?實(shí)驗(yàn)九用模擬法測繪靜電場帶電體在它周圍產(chǎn)生靜電場，除極簡單的情況外，大都不可能求出它們的數(shù)學(xué)表達(dá)式，而用實(shí)驗(yàn)方法直接測量靜電場又遇到很大困難，因?yàn)榘烟结樆蛟囂诫姌O伸人靜電場時(shí)，探針上會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電荷，這些感應(yīng)電荷又產(chǎn)生電場與原電場疊加起來，使原來的電場發(fā)生畸變，因此，在本實(shí)驗(yàn)中，我們用穩(wěn)定的電流場來代替靜電場的測量，這種方法稱為模擬法?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹繉W(xué)習(xí)用模擬法測繪靜電場，描繪靜電場中的等位線和電力線?！緦?shí)驗(yàn)原理】相對于觀察者為靜止的帶電物體，假設(shè)它所帶的電荷不隨時(shí)問發(fā)生變化，那么在它周圍存在一種特殊的物質(zhì)，叫靜電場。靜電場可以用電場強(qiáng)度面和電位的空間分布來描述。電場強(qiáng)度的定義是它表示電場中某點(diǎn)的電場強(qiáng)度在量值和方向上等于單位正電荷在該點(diǎn)處所受的力。電位的定義是電場中某一點(diǎn)的電位在數(shù)值上等于將單位正電荷從該點(diǎn)移至無窮遠(yuǎn)處時(shí)電場力所做的功，是一個(gè)標(biāo)量。如果引進(jìn)電力線和等位面這兩個(gè)輔助概念，它們有如下對應(yīng)關(guān)系：電力線上每一點(diǎn)的切線方向代表該點(diǎn)處場強(qiáng)的方向，在垂直于〔亦即垂直于電力線〕的單位面積上穿過的電力線根數(shù)，與該點(diǎn)處的場強(qiáng)的量值相等。也就是說場強(qiáng)大的地方電力線密集，場強(qiáng)弱的地方電力線稀疏，而等位面那么是由電場中電位相等的各點(diǎn)所構(gòu)成的曲面。電荷在等位面上移動(dòng)，電場力對它不做功，因此電力線必定垂直于等位面。在測繪靜電場時(shí)，通常是測繪出等位面，這是因?yàn)殡妶鰪?qiáng)度面是矢量，而電位是標(biāo)量，直接測定電位要比測定場強(qiáng)容易得多，然后根據(jù)電力線與等位面處處正交的特點(diǎn)作出電力線。模擬法要求兩個(gè)類似的物理現(xiàn)象遵從的物理規(guī)律具有相似的數(shù)學(xué)形式。在本實(shí)驗(yàn)中，我們采用導(dǎo)電玻璃進(jìn)行模擬測量，電極由良導(dǎo)體制成。由于導(dǎo)電玻璃具有一定的導(dǎo)電率，因此在兩極問加上穩(wěn)定的直流電壓時(shí)，會(huì)有電流沿導(dǎo)電玻璃流過，在導(dǎo)電玻璃上形成穩(wěn)恒電流場，只要導(dǎo)電玻璃的導(dǎo)電率比電極的導(dǎo)電率小得多，電極的外表就可以認(rèn)為是一個(gè)等位面，導(dǎo)電玻璃上的電位分布就與被模擬的靜電場完全類似。為了研究電場空間各點(diǎn)的情況，一般模擬用的電流場應(yīng)是三維的，這就要求導(dǎo)電介質(zhì)充滿整個(gè)進(jìn)行模擬的空間，但對于帶異號(hào)電荷的兩根無限長圓柱形平行導(dǎo)線和無限長同軸圓柱體所產(chǎn)生的電場，它們的電力線在垂直于電極軸線的平面內(nèi)，模擬用的電流場的電流線也在同樣的平面內(nèi)，因此導(dǎo)電介質(zhì)只需要充滿所研究的平面就可以了。利用互易關(guān)系可“直接〞測繪電力線。用電流場模擬靜電場，在相同的邊界條件下，兩種場的電位分布完全相同。通過測定電流場的電位分布，我們就得到了靜電場的電位分布，然后根據(jù)等位線和電力線正交的關(guān)系，即可畫出電力線。我們注意到，在電流場中，由于電荷沿電力線的方向流動(dòng)，即電流線在電力線的方向，而電流線不能穿過導(dǎo)電玻璃的邊緣或切口，因而電流線必定平行于導(dǎo)電玻璃的邊緣或切口，又垂直于電極外表。故電力線平行于導(dǎo)電玻璃的邊緣或切口，垂直于電極外表。而等位線與電力線垂直。由于導(dǎo)電玻璃可以根據(jù)需要加工成任意形狀，因而我們可以人為的制造邊緣或切口，使其在電力線方向。如果在導(dǎo)電玻璃的邊緣〔或電力線〕的地方用一個(gè)電極外表去代替它，而在電極外表〔或等位線〕的地方用一個(gè)邊緣去代替它，那么所得到的新的等位線的形狀將是原電極時(shí)電力線的形狀，而新的電力線即為原等位線。這個(gè)關(guān)系稱為互易關(guān)系。實(shí)際上是通過電極的變換，使電力線和等位線這兩個(gè)相互正交的曲線族得到互換，使原來不能直接測定的電力線改變成可以直接測量的等位線。從理論上也可以證明此關(guān)系。應(yīng)用互易關(guān)系我們可以直接測繪電力線。在導(dǎo)電玻璃上切割出半徑為和的兩個(gè)同心圓切口，再沿同心圓的任意半徑方向制作出兩個(gè)扇形電極，加上電壓，就得到了同軸電纜模型的互易裝置、利用此裝置描繪出的等位線即為原模擬模型的輻射狀的電力線?！緦?shí)驗(yàn)儀器】圖3－30〔1〕靜電場描繪儀〔包括導(dǎo)電玻璃、雙層固定支架、同步探針等〕。如圖3－30所示，支架采用雙層式結(jié)構(gòu)，上層放記錄紙，下層放導(dǎo)電玻璃。電極已直接制作在導(dǎo)電玻璃上，并將電極引線接出到外接線柱上，因此在電極之間就有電導(dǎo)率遠(yuǎn)小于電極且各向均勻的電介質(zhì)導(dǎo)電玻璃。接通電源就可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。圖3－30〔2〕靜電場描繪儀專用電源，導(dǎo)線等。圖3圖3－31〔1〕參考原理電路圖3－31，將導(dǎo)電玻璃上兩電極分別與靜電場描繪儀專用電源的正負(fù)極相連接，專用電源的電壓表的正極與同步探針相連接〔電壓表的負(fù)極專用電源中已接好，不需再接〕?！?〕將白紙放在導(dǎo)電玻璃上層，用磁條壓住，移動(dòng)同步探針測繪同軸電纜的等位線簇。電源電壓為14V，要求每隔2V測一條等位線。〔3〕據(jù)電力線和等位線正交關(guān)系，再畫出電力線，并指出電場強(qiáng)度的方向，得到一張完整的電場分布圖?！?〕根據(jù)同樣方法，測繪出兩個(gè)無限長帶電直導(dǎo)線之間的電場以及平行電極板間的電場。〔5〕根據(jù)“互易法〞測繪扇形電極的電力線。【考前須知】〔1〕由于導(dǎo)電玻璃易碎，實(shí)驗(yàn)中要輕拿輕放?！?〕為能光滑連線，一條等位線上相鄰兩個(gè)記錄點(diǎn)的距離建議為lcm左右，曲線彎曲處或兩條曲線靠近時(shí)，記錄點(diǎn)應(yīng)取得密一點(diǎn)，否那么連接曲線時(shí)將遇到困難?！?〕自備l6K白紙3張?！绢A(yù)習(xí)思考題】〔1〕用電流場模擬靜力場的理論依據(jù)是什么?用電流場模擬靜電場的理論條件是什么?〔2〕緊靠電極處的等位線應(yīng)該呈何形狀?其附近的電力線的分布有何特點(diǎn)?〔3〕如果在實(shí)驗(yàn)過程中，電源電壓有不大的變化，對測量結(jié)果有無影響?【復(fù)習(xí)思考題】〔1〕實(shí)驗(yàn)所得的等位線、電力線形狀與事先估計(jì)的是否相同?假設(shè)不同，試分析原因?！?〕等位線是否要通過所有測量點(diǎn)，為什么?實(shí)驗(yàn)十伏安特性研究通過一個(gè)元件的電流隨著兩端電壓變化的曲線，稱為伏安特性曲線。由不同元件伏安特性所遵從的規(guī)律不同，可以知道元件的導(dǎo)電特性，從而了解它們在電路中的作用?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹俊?〕掌握伏安法的兩種接線方法及其使用條件。〔2〕用伏安法測晶體二極管的伏安特性曲線?！?〕掌握電表和分壓器的正確使用方法?！緦?shí)驗(yàn)原理】〔1〕伏安特性曲線。服從歐姆定律的導(dǎo)體元件的伏安特性曲線，是通過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，其斜率的倒數(shù)是導(dǎo)體元件的電阻，這種導(dǎo)體元件稱為線性元件，其電阻稱為線性電阻或歐姆電阻，它是一個(gè)與電流和電壓無關(guān)的常量。不服從歐姆定律的元件，其伏安特性曲線不是直線，而是各種形式的曲線。這種元件稱為非線性元件，非線性元件雖然不服從歐姆定律，但我們?nèi)钥捎霉絹矶x其電阻，只不過它不是一個(gè)常量，而是與電流和電壓有關(guān)的變量?！?〕伏安法的兩種接線方法及其使用條件。但凡用電流表和電壓表直接或間接測量某些電學(xué)參量的方法，統(tǒng)稱為伏安法。伏安法也可測量電學(xué)元件的伏安特性。我們先討論伏安法測量導(dǎo)體元件電阻，先測某導(dǎo)體元件兩端的電壓和通過它的電流，再根據(jù)歐姆定律來計(jì)算電阻，即 〔1〕伏安法通常有兩種接線方法，如圖3－32所示，左圖所示電路中的這種接法是電流表接在電壓表內(nèi)側(cè)，稱電流表內(nèi)接法。電流表測出的電流，確實(shí)是通過的電流，但電壓表測出的電壓，卻是兩端電壓和電流表內(nèi)阻兩端的電壓總和，即，根據(jù)式〔1〕得其中項(xiàng)是由電流表內(nèi)阻給測量帶來的相對系統(tǒng)誤差。可見，采用圖3－32左圖測出的電阻比實(shí)際電阻偏大。如果知道的數(shù)值，待測電阻的較精確數(shù)值應(yīng)用下式計(jì)算： 〔2〕如圖3－32右圖所示電路，這種接線方法是電流表接在電壓表的外側(cè)，稱電流表外接法。電壓表測出的電壓確實(shí)是電阻。兩端的電壓，即，但從電流表測出的電流，卻是電阻中電流，和電壓表中電流的總和，即。利用公式〔1〕，得圖3－32用近似計(jì)算將用二項(xiàng)式展開，可寫為其中為電壓表內(nèi)阻，而是由于電壓表內(nèi)阻帶來的相對系統(tǒng)誤差。可見，采用圖3－32右圖接法時(shí)，所測出比實(shí)際值偏小。如果知道電壓表內(nèi)阻，待測電阻的較精確數(shù)值應(yīng)用下式計(jì)算： 〔3〕概括地說，由于線路方面的原因，待測電阻值總偏大或偏小，即存在一定的系統(tǒng)誤差，為減少其系統(tǒng)誤差，首先要根據(jù)三者的相對大小的粗略估計(jì)，確定采用一種適宜的接線方法。直接用公式〔1〕計(jì)算的數(shù)值〔近似值〕，顯然，當(dāng)〔大于兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上〕，而未必比大時(shí)，，就可忽略之影響，而采用圖3－32左圖，這是電流表內(nèi)接法使用的條件。如果知道〔由實(shí)驗(yàn)室給出〕，為減小引起的系統(tǒng)誤差，求得待測電阻的較精確數(shù)值，必須采用公式〔2〕計(jì)算加以修正。當(dāng)，而又不過大于時(shí)，，就可忽略之影響，而采用圖3－32右圖接線，這是電流表外接法使用的條件。如果知道〔由電壓表上查出〕，為減小其引起的系統(tǒng)誤差，求得待測電阻的較精確數(shù)值，必須采用公式〔3〕計(jì)算加以修正。實(shí)驗(yàn)室備有為左右，為左右，可根據(jù)和來決定采用哪種接線方法。圖3-33 圖3-34〔3〕晶體二極管的伏安特性。晶體二極管的主要特性是單向?qū)щ娦裕?AP型晶體二極管是P型鍺和N型鍺組成的半導(dǎo)體二極管，它的P－N結(jié)和表示符號(hào)如圖3－33，在晶體二極管上加上正向電壓時(shí)，如圖3－33所示，其正向電流隨電壓增大而增大，當(dāng)正向電壓較小時(shí)，正向電流也很??；當(dāng)正向電壓超過一定數(shù)值后，正向電流隨正向電壓增大而急劇上升，所以P－N結(jié)正向?qū)щ姇r(shí)電阻較小，從正向電壓和電流所得的曲線稱正向伏安特性曲線，如圖3－34中Ob段曲線。由于不能超過所限定的最大正向電流，本實(shí)驗(yàn)要求小于25mA。假設(shè)超過，那么晶體二極管會(huì)燒壞。當(dāng)晶體二極管加上反向電壓時(shí)，如圖3－33所示，反向時(shí)電流隨電壓變化很小，所以P－N結(jié)反向?qū)щ婋娮韬艽?，電流在一定范圍隨電壓變化而逐漸變化，由反向電壓和電流所得的曲線稱反向伏安特性曲線如圖3－34中Oce曲線。從晶體二極管伏安特性曲線圖，可知電流和電壓不是線性關(guān)系。凡具有這種性質(zhì)的元件，稱非線性元件。用伏安法測晶體二極管的電流和電壓時(shí)，我們可將它看作一個(gè)電阻，因它正向電阻較小，根本滿足電流表外接法條件，采用如圖3－35右圖所示電路。反向電阻較大根本上滿足電流表內(nèi)接法條件，采用如圖3－35左圖電路，來分別測出它的正向和反向伏安特性曲線，以減少系統(tǒng)誤差。圖3－35【實(shí)驗(yàn)儀器】C31-A型電流表，C31-V型電壓表，YJ-44型穩(wěn)壓電源，C31－A型電流表，變阻器，待測電阻、各一只?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容】〔1〕用伏安法測電阻。①接電路以前的準(zhǔn)備工作。eq\