第三章 力學(xué)、熱學(xué)實(shí)驗(yàn)

第三章力學(xué)、熱學(xué)實(shí)驗(yàn)

第一部分：基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)一長(zhǎng)度測(cè)量

【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

1.掌握米尺、游標(biāo)卡尺、螺旋測(cè)微器和移測(cè)顯微鏡等幾種常用測(cè)量

長(zhǎng)度儀器的使用方法。

2.進(jìn)一步理解誤差和有效數(shù)字的概念，并能正確地表示測(cè)量結(jié)果。

3.學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)記錄表格的設(shè)計(jì)方法。

【實(shí)驗(yàn)儀器】米尺、游標(biāo)卡尺、螺旋測(cè)微器、移測(cè)顯微鏡、被測(cè)物

【實(shí)驗(yàn)原理】

一、米尺

米尺的最小刻度值為1根加，用米尺測(cè)量物體的長(zhǎng)度時(shí)，可以估測(cè)到

十分之一毫米，但是最后一位是估計(jì)的。如用米尺測(cè)量一張書桌的長(zhǎng)度

和寬度的數(shù)值分別為55.25cm和48.43c掰，其中55.2和48.4是準(zhǔn)確的，

而最后一位數(shù)字5和3是估計(jì)值，也就是含有誤差的測(cè)量值，根據(jù)有效

數(shù)字的書寫方法可知，用米尺做長(zhǎng)度測(cè)量時(shí)，當(dāng)用厘米做單位時(shí)，數(shù)值

應(yīng)讀到小數(shù)點(diǎn)后第二位為止。

二、游標(biāo)卡尺

游標(biāo)卡尺簡(jiǎn)稱卡尺，是一-種比較精確的常用測(cè)量長(zhǎng)度的量具，其準(zhǔn)

確度可達(dá)0.「0.01根加，它的外形和結(jié)構(gòu)如圖1T所示。游標(biāo)卡尺主要

由主尺和可以沿主尺滑動(dòng)的游標(biāo)尺（副尺）組成。鉗口4、8用來(lái)測(cè)量

物體的外部尺寸，刀口4、6,可用來(lái)測(cè)量管的內(nèi)徑或槽寬；尾尺C可用

來(lái)測(cè)量槽或小孔的深度。

主尺的最小分度為1加根，游標(biāo)尺上刻有游標(biāo)E,利用游標(biāo)可以把主

尺上的估讀數(shù)值準(zhǔn)確地測(cè)量出來(lái)，從而提高了測(cè)量的精確度。

以10分度游標(biāo)為例，圖1-2為測(cè)量精確到二|\???j??閘

10iirI'I????

0510

分格的游標(biāo)（稱作io分游標(biāo)）的原理圖。游標(biāo)尺上r—B

圖1-2

只有10個(gè)分格，是將主尺上的9個(gè)分格10等分而成，由此有標(biāo)尺上的

一個(gè)分格的間隔等于主尺一個(gè)分格的圖1-3是使用10分游標(biāo)測(cè)量

10

的示意圖。測(cè)量時(shí)將物體必的。端和主尺的零

線對(duì)齊，另一端6在主尺的第7和第8格分格

之間，即物體的長(zhǎng)度稍大于7個(gè)主尺格。設(shè)物

體的長(zhǎng)度比7個(gè)主尺格長(zhǎng)△/,使用10分游標(biāo)可

1圖1-3

將△/測(cè)準(zhǔn)到主尺-分格的-5-。如圖1-3示，將有標(biāo)的零線和物體的6端

10

相接，查出與主尺刻線對(duì)齊的是由標(biāo)尺上的第6條線，則

QQ

△/=（6-6x—主尺格=6（1-----主尺格=0.6主尺格

1010

即物體的長(zhǎng)度等于7.6主尺格。如果主尺每分格為1根罐，則被測(cè)物

體的長(zhǎng)度為7.6相加。由圖卜3可以看出，游標(biāo)卡尺是利用主尺和游標(biāo)尺

上每一分格之差，使測(cè)量讀數(shù)進(jìn)一步精確的，此種方法稱作差示法。

參照上例可知，使用游標(biāo)卡尺進(jìn)行測(cè)量時(shí)，讀數(shù)分為兩步：

(1)從游標(biāo)零線位置讀出主尺的整格數(shù).

(2)根據(jù)游標(biāo)上與主尺對(duì)齊的刻線讀出不足一分格的小數(shù),二者相加

即為測(cè)量值.

一般說(shuō)來(lái)，游標(biāo)是將主尺的〃-1個(gè)分格，分成〃等分(稱作〃分游標(biāo)),

如主尺的一分格寬為x,則游標(biāo)一分格寬

為(〃-l)x/〃，二者的差為Ax=x/〃是游

標(biāo)尺的分度值。圖1-4所示，使用〃分游

標(biāo)測(cè)量時(shí)，如果是游標(biāo)的第左條線與主尺

的某一刻線對(duì)齊，則所求的△/值等于

A/=kx—k—-x=k—

nn

即△/等于游標(biāo)分度值四乘以左。所以使用游標(biāo)卡尺時(shí)，先要明確其分度

n

值。

一般使用的游標(biāo)有〃等于10、20和50三種，其分度值即精密度分

別為0.1〃?加、0.05/M/M和0.02〃?加?，F(xiàn)代生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)中使用的常為五十

分游標(biāo)，是將主尺的49MM等分為游標(biāo)的50個(gè)分格，即游標(biāo)的一個(gè)分格

寬度為0.98m相，它的分度值即精密度為0.02相機(jī)。

三、螺旋測(cè)微器

螺旋測(cè)微器乂稱千分尺，是比游標(biāo)卡尺更精密的測(cè)長(zhǎng)儀器，準(zhǔn)確度

可在0.01~0.001相機(jī)之間。常用于測(cè)量細(xì)絲和小球的直徑以及薄片的厚

度等。

螺旋測(cè)微器的外形與結(jié)構(gòu)如圖1-5所示。螺母套管8、固定套管。和

測(cè)砧E都固定在尺架

G上。。上刻有主

尺，主尺上有一條橫

線稱作讀數(shù)準(zhǔn)線，橫

線上方刻有表示毫米

數(shù)的刻線，橫線下方A——測(cè)微螺桿；B——螺母套管；C—微分筒；D-固定套管；

E—測(cè)砧；F—鎖緊裝置；G——尺架；K—棘輪旋柄

刻有表示半毫米數(shù)的圖1-5螺旋測(cè)微器

刻線。測(cè)微螺桿〃和微分筒C、棘輪旋柄K連在一起。微分筒上的刻度

通常為50分度。測(cè)微螺桿的螺距為0.5,當(dāng)測(cè)微螺桿旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，它延

軸線方向前進(jìn)或后退0.5如%，而每旋轉(zhuǎn)一格時(shí)，它延主軸線方向前進(jìn)或

后退空=0.01相加?？梢?jiàn)該螺旋測(cè)微器的最小刻度值為0.01〃?〃?，即千

50

分之一厘米，故亦稱千分尺。

使用螺旋測(cè)微器測(cè)量物體長(zhǎng)度時(shí)，要先將測(cè)微螺桿4退開(kāi)，將待測(cè)

物體放在E、〃的兩個(gè)測(cè)量面之間。螺旋測(cè)微器的尾端有棘輪旋柄K,轉(zhuǎn)

動(dòng)K可使測(cè)桿移動(dòng)，當(dāng)測(cè)桿與被測(cè)物(或砧臺(tái)E)相接后的壓力達(dá)到某

一數(shù)值時(shí)，棘輪將滑動(dòng)并產(chǎn)生喀、喀的響聲，活動(dòng)套管不再轉(zhuǎn)動(dòng)，測(cè)桿

也停止前進(jìn)，此時(shí)即可讀數(shù)。

讀數(shù)時(shí)，從主尺上讀取

0.5mm以上的部分，從微分筒

上讀取余下尾數(shù)部分［估計(jì)到

最小分度值的十分之一，即

1/1000{mm}},然后兩者相圖1-6

加，如圖1-6(a)的讀數(shù)為5.155加加,(b)的讀數(shù)為5.655/ww。

使用螺旋測(cè)微器應(yīng)注意以下兒個(gè)問(wèn)題：

1.測(cè)量前要檢查零點(diǎn)讀數(shù)，并對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)作零點(diǎn)修正。

螺旋測(cè)微器的測(cè)桿A與測(cè)砧E

相接時(shí)，活動(dòng)套管上的零線應(yīng)當(dāng)剛好（暄5\\

和固定套管上的橫線對(duì)齊，而實(shí)際使I恒二J\t^5/

用的螺旋測(cè)微器由于調(diào)整不充分或1-

使用不當(dāng)?shù)仍?，造成初始狀態(tài)與上述要求不符，圖17既有一個(gè)不

等于零的零點(diǎn)讀數(shù)，圖1-7表示兩種零點(diǎn)讀數(shù)的例子。要注意它們的符

號(hào)不同，每次測(cè)量后，要從測(cè)量值的平均值中減去零點(diǎn)讀數(shù)。

2.檢查零點(diǎn)讀數(shù)和測(cè)量長(zhǎng)度時(shí)，切忌直接轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微螺桿和微分筒，

而應(yīng)輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)棘輪旋柄。設(shè)置棘輪可保證每次測(cè)量條件（對(duì)被測(cè)物的壓

力）一定，并保護(hù)螺旋測(cè)微器的精密螺紋，如不使用棘輪而直接轉(zhuǎn)動(dòng)活

動(dòng)套管去卡物體時(shí)，由于對(duì)被測(cè)物的壓力不穩(wěn)定而測(cè)量不準(zhǔn)確，另外可

使螺紋發(fā)生形變和增加磨損，降低了儀器的準(zhǔn)確度。

3.測(cè)量完畢應(yīng)使測(cè)砧和測(cè)微螺桿留有間隙，以免因熱脹而損壞螺紋。

四、讀數(shù)顯微鏡⑴離〃

讀數(shù)顯微鏡是將測(cè)微螺旋和顯微鏡組合起rf

來(lái)的作精確測(cè)量長(zhǎng)度的儀器。它的測(cè)微螺距為

1機(jī)機(jī)。如圖1-8所示，和螺旋測(cè)微計(jì)活動(dòng)套管

對(duì)應(yīng)的部分是轉(zhuǎn)鼓它的周邊等分為100個(gè)

分格，每轉(zhuǎn)一個(gè)分格顯微鏡將移動(dòng)0.01mm,

所以讀數(shù)顯微鏡的測(cè)量精度也是0.01機(jī)機(jī)，它

的量程一般是50根機(jī)。讀數(shù)顯微鏡所附的顯微

鏡8一般是低倍的（20倍左右），它由三部分組

成：（1）目鏡、叉絲（靠近目鏡）和物鏡。用讀數(shù)

圖1-8

顯微鏡進(jìn)行測(cè)量的步驟是：（1）伸縮目鏡?？辞宀娼z；（2）轉(zhuǎn)動(dòng)旋柄。，

由下向上移動(dòng)顯微鏡鏡筒，改變物鏡到被測(cè)物之間的距離，看清被測(cè)物;

⑶轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)鼓Z，橫向移動(dòng)顯微鏡，使叉絲的交點(diǎn)和測(cè)量的目標(biāo)對(duì)準(zhǔn)；（4）

讀數(shù)，從指標(biāo)片和標(biāo)尺/讀出毫米的整數(shù)部分，從指標(biāo)外和轉(zhuǎn)鼓4讀出

毫米以下的小數(shù)部分；（5）轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)鼓移動(dòng)顯微鏡，使義絲和被測(cè)物的第二

個(gè)目標(biāo)對(duì)準(zhǔn)并讀數(shù)，而讀數(shù)之差即為所測(cè)量點(diǎn)間的距離。

使用讀數(shù)顯微鏡要注意：

（1）當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)鼓A移動(dòng)顯微鏡時(shí)，要使顯微鏡的移動(dòng)方向和被測(cè)物的

兩點(diǎn)連線平行；

（2）防止回程誤差。當(dāng)移動(dòng)顯微鏡從兩個(gè)方向?qū)?zhǔn)同一目標(biāo)的兩次讀

數(shù)，因螺絲和螺套不可能完全密接，螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)方向改變時(shí)，它們的接觸

狀態(tài)也將改變，兩次讀數(shù)并不相同，由此產(chǎn)生的誤差稱作回程誤差。為

了防止回程誤差，在測(cè)量時(shí)應(yīng)向同一方向轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)鼓使叉絲和目標(biāo)對(duì)準(zhǔn)，

當(dāng)移動(dòng)叉絲超過(guò)了目標(biāo)時(shí)，就要多退回一些，重新再向同一方向轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)

鼓去對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)。

【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】

1.用米尺分別測(cè)量實(shí)驗(yàn)桌的長(zhǎng)度和寬度，計(jì)算出實(shí)驗(yàn)桌的面積。并

按照單次測(cè)量誤差計(jì)算方法計(jì)算誤差。

2.記下游標(biāo)卡尺的分度值。用游標(biāo)卡尺測(cè)量圓磁環(huán)的外徑。、內(nèi)徑d

及圓環(huán)厚度各6次（測(cè)量時(shí)要在垂直交叉方向進(jìn)行），并求出它們平均值

及誤差。

3.依據(jù)公式修=成（。2一42）/4求出圓磁環(huán)的體積，并依據(jù)誤差傳遞

公式計(jì)算出圓磁環(huán)的誤差，寫出測(cè)量結(jié)果。

4.記下螺旋測(cè)微器的分度值。測(cè)量其零點(diǎn)讀數(shù)3次，求出平均值。

5.用螺旋測(cè)微器測(cè)量圓柱體不同部位的直徑4,測(cè)量6次（測(cè)量時(shí)要

在垂直交叉方向進(jìn)行)。計(jì)算出直徑的平均值。

6.按步驟5用螺旋測(cè)微器測(cè)量鋼絲不同部位的直徑&，測(cè)量6次。

計(jì)算出直徑的平均值。

7.用讀數(shù)顯微鏡測(cè)量磁片的厚度，重復(fù)測(cè)量6次，求出平均值及誤

差。

【實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)】

表1-1米尺測(cè)量長(zhǎng)度米尺分度值=mm

物理量長(zhǎng)度//加寬度4/團(tuán)面積s//

測(cè)量值

△

=一/+——A6=

/h

表1-2游標(biāo)卡尺測(cè)量圓環(huán)的體積游標(biāo)卡尺的分度值=mm

123456平均值(7!cm

D1cm

d1cm

h/cm

I——2——2

V=-7ih{D-d)=

△h、AZ)cbd

(y=—+2——+2—=

vhRr

表1-3用螺旋測(cè)微器測(cè)量直徑螺旋測(cè)微器的分度值=mm

123456平均值(J

4

d2

4=4+%=

d2=d2+cr4=

表上4讀數(shù)顯微鏡測(cè)量長(zhǎng)度讀數(shù)顯微鏡分度值=mm

123456/

不

x2

1=x2-x1

al=

1=1+6=

【問(wèn)題討論】

1.將一個(gè)鋼直尺旁附上一個(gè)特制的游標(biāo)，可以成為一游標(biāo)尺碼？

2.一銅絲的直徑大約0.05加加，用什么儀器以及如何測(cè)量其直徑，

才能使其不確定度不大于0.001mm?

3.如何確定一螺旋測(cè)微器的零點(diǎn)讀數(shù)？如果某一螺旋測(cè)微器的零點(diǎn)

讀數(shù)為-。014,用此螺旋測(cè)微器測(cè)量鋼絲的直徑為2.478加加,則測(cè)量

值應(yīng)修定為多少？

實(shí)驗(yàn)二天平的使用

【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

1.學(xué)習(xí)使用物理天平調(diào)節(jié)與使用方法

2.掌握天平測(cè)量物體質(zhì)量的方法。

【實(shí)驗(yàn)儀器和用具】

物理天平，金屬圓柱體，輕質(zhì)繩

【實(shí)驗(yàn)原理】

天平是實(shí)驗(yàn)室秤衡物體質(zhì)量的儀器。多數(shù)天平是一種等臂杠桿。在

天平橫梁上對(duì)稱地、在同一平面上排列三個(gè)刀口,橫梁（包括指針）的質(zhì)

心在中央刀口的稍下方。當(dāng)天平偏向某一方向時(shí),作用在橫梁質(zhì)心處的

橫梁的重力加°g，將產(chǎn)生向相反

方向的恢復(fù)力矩，使天平出現(xiàn)左

右擺動(dòng)。如圖2T所示。

天平的性能指標(biāo)主要有：最

大載量、分度值和靈敏度。

1.最大載量

是指允許秤衡的最大質(zhì)量，

是由橫梁的結(jié)構(gòu)和材料決定。

2.分度值

是指天平平衡時(shí)，使指針圖2-1物理天平

111.調(diào)節(jié)螺母2.秤盤3.托架4.支架5.掛鉤6.游碼7.游碼標(biāo)尺

8.刀口、刀墊9.平衡螺母10.感量調(diào)節(jié)器11.讀數(shù)指針12.支柱

13.底座14.水準(zhǔn)儀15.起動(dòng)旋鈕16.指針標(biāo)尺

產(chǎn)生一小格的偏轉(zhuǎn)，在另一端需加（或減）的最小質(zhì)量。

3.靈敏度

分度值的倒數(shù)稱為靈敏度。分度值越小，天平的靈敏度越高。靈敏

度由天平的臂長(zhǎng)、指針長(zhǎng)度、橫梁的質(zhì)量人和質(zhì)心到中央刀口的距離決

定。當(dāng)天平一側(cè)增加一小質(zhì)量△機(jī)時(shí)，指針向另一側(cè)偏轉(zhuǎn)〃個(gè)格（din）,

則天平的靈敏度S等于

S=’-（單位：成》單位質(zhì)量）（2T）

Am

【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】

一、天平的安裝和調(diào)整

1.安裝：從盒中取出橫梁后，辨別橫梁左邊和右邊的標(biāo)記，通常左

邊標(biāo)有“1”，右邊標(biāo)有“2”，掛鉤和秤盤上也標(biāo)有1、2字樣，安裝時(shí)，

左右必須分清，不可弄錯(cuò)，要輕拿輕放，避免碰撞刀口。

2.水平調(diào)整

調(diào)節(jié)天平的底腳螺絲1和，觀察圓氣泡水準(zhǔn)器中的氣泡，將氣泡調(diào)

至中央，保證天平立柱8鉛直。有些天平是采用鉛垂線和底柱準(zhǔn)尖對(duì)齊

來(lái)調(diào)節(jié)水平的。

3.零點(diǎn)調(diào)節(jié)

天平空載，先用鏡子把游碼6撥到刻度零位處，輕輕順時(shí)針旋轉(zhuǎn)制

動(dòng)旋鈕15,支起橫梁，觀察指針的擺動(dòng)情況，當(dāng)指針指在標(biāo)尺中線或在

其左右作小幅度等幅擺動(dòng)時(shí)，天平即達(dá)到平衡。如不平衡，逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)

制動(dòng)旋鈕15,落下橫梁，調(diào)節(jié)兩端的平衡螺母，再觀察，直至天平達(dá)到

平衡。

二、天平靈敏度的測(cè)定

天平調(diào)節(jié)平衡后，用鑲子輕輕撥動(dòng)游碼，使之指示出一整數(shù)微小質(zhì)

量△加，支起天平觀察天平穩(wěn)定后指針指示的標(biāo)尺格數(shù)，由式（2-1）計(jì)算

出該天平的靈敏度，重復(fù)測(cè)量6次，求出平均值，并與理論值W/10股g

進(jìn)行比較，分析誤差產(chǎn)生的原因。

三、秤衡物體質(zhì)量

1.記下天平的最大稱量和分度值。

2.將金屬圓柱體放在物理天平的左盤，在右盤由大到小逐步增加祛

碼，最后使用游碼，秤出其質(zhì)量叫；再將物體放在天平的右盤，秤出其

質(zhì)量加2；重復(fù)測(cè)量6次,求出其平均值,則圓柱體的質(zhì)量加=A/WI-W2（稱

作復(fù)稱法，用來(lái)消除天平兩臂不等長(zhǎng)引起的系統(tǒng)誤差）。

3.測(cè)量輕質(zhì)繩的質(zhì)量

4.估算不確定度。

三、電子天平的使用

1.外形結(jié)構(gòu)示意圖

2.操作鍵的位置識(shí)別

①校正鍵②轉(zhuǎn)換鍵③計(jì)數(shù)鍵④去皮鍵⑤開(kāi)關(guān)鍵/打印鍵

3.電子天平的操作方法

（1）水平調(diào)整后，接通電源，按住開(kāi)關(guān)鍵2秒以上，此時(shí)天平顯示

“CH1-CH9”后，穩(wěn)定顯示0.00g。預(yù)熱15分鐘，如果天平在空載

的況下偏離零點(diǎn)，按去皮鍵使天平歸零。

（2）天平校正。先按去皮鍵使天平歸零，再按校正鍵，天平顯示校

正質(zhì)量后放上校正祛碼，天平穩(wěn)定后顯示校正祛碼的質(zhì)量，天平校正完

畢，天平即可使用。

（3）技術(shù)功能使用。使天平處于空稱狀態(tài)，放上樣品，天平穩(wěn)定后

按計(jì)數(shù)鍵，天平顯示：C-1OPCS（連續(xù)按轉(zhuǎn)換鍵，樣品計(jì)數(shù)可選

2OPCS-5OPCS-IOQPCS）,選定樣品后再按計(jì)數(shù)鍵，天平顯示1OPCS,

表示天平上放置10個(gè)樣品。放上需稱物件，天平顯示值就是物件的總數(shù)。

如要退出計(jì)數(shù)功能，再按計(jì)數(shù)鍵即可回到正常稱量狀態(tài)。

（4）當(dāng)所稱量的物體質(zhì)量超過(guò)天平的稱量范圍時(shí),天平將顯示“H”,

以示警告。

（5）按轉(zhuǎn)換鍵天平可以選擇：克（g）、克拉（U）、盎司（oz）

等多種單位質(zhì)量值。

四、注意事項(xiàng)

1.稱量時(shí)要輕拿輕放，特別是不能人為對(duì)稱盤下的的傳感器瞬間加

力或拉拔。

2.天平應(yīng)放置在無(wú)震動(dòng)、無(wú)氣流、無(wú)熱輻射及無(wú)腐蝕性氣體的環(huán)境

中使用。

3.天平在使用中如出現(xiàn)死機(jī)行重新開(kāi)啟天平。

【數(shù)據(jù)處理】

表2-1天平的靈敏度度測(cè)量

次數(shù)123456平均

Am

標(biāo)尺格數(shù)〃

△m

表2-2圓柱體質(zhì)量的測(cè)定

分度值=:最大稱衡質(zhì)量=g

次數(shù)123456平均

mJg

g/g

m=7mi-mi=

【注意事項(xiàng)】

1.天平使用前必須檢查左右托盤不能放反。

2.調(diào)節(jié)天平或稱量時(shí)，必須轉(zhuǎn)動(dòng)起動(dòng)旋鈕將托盤放下來(lái)進(jìn)行。

【思考題】

1.如果測(cè)量前天平的水平?jīng)]有調(diào)節(jié)好，對(duì)測(cè)量結(jié)果會(huì)產(chǎn)生什么影

響？請(qǐng)具體分析。

2.通過(guò)實(shí)驗(yàn)天平的調(diào)節(jié)，分析為什么如果天平的左右托盤及托盤架

不能調(diào)換？

實(shí)驗(yàn)三用單擺測(cè)量重力加速度

【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

1.練習(xí)使用停表和米尺，測(cè)單擺的周期和擺長(zhǎng);

2.求出當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭的值；

3.考查單擺的系統(tǒng)誤差對(duì)測(cè)重力加速度的影響。

【儀器和用具】

單擺，游標(biāo)卡尺，停表或周期測(cè)定儀，鋼卷尺，乒乓球。

【實(shí)驗(yàn)原理】

用一不可伸長(zhǎng)的輕線懸掛一小球（圖3-1）,作

幅角6很小的擺動(dòng)就構(gòu)成一個(gè)單擺。

設(shè)小球的質(zhì)量為陰，其質(zhì)心到擺的支點(diǎn)。的距

離即擺長(zhǎng)為作用在小球上的切向力的大小為

mgsin0,它總指向平衡點(diǎn)。'。當(dāng)。角很小時(shí),則

sin。a6,切向力的大小為mg。，按牛頓第二定律,

圖3-]mS

質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方程為

ma切=-mgO

ml駕=2

dt

2

d0=*e（3-1）

這是一簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)方程（參閱普通物理學(xué)中的簡(jiǎn)諧振動(dòng)），可知該簡(jiǎn)諧振動(dòng)

角頻率。的平方等于g〃，由此得出。='=后

丁=2噂（3-2）

g=4儲(chǔ)，（3-3）

實(shí)驗(yàn)時(shí)，測(cè)量一個(gè)周期的相對(duì)誤差較大，一般是測(cè)量連續(xù)擺動(dòng)〃個(gè)

周期的時(shí)間/，則7=〃〃，因此

“2/

g=4乃2一r（3-4）

v

式（3-4）中乃和〃不考慮誤差，因此g的不確定度傳遞公式為

“（g）=g卜辛+Q竽

從上式可以看出，在〃（/）、〃⑺大體一定的情況下，增大/和/對(duì)提高測(cè)量

g準(zhǔn)確度有利。

【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】

1.測(cè)重力加速度g

（1）用米尺測(cè)量擺線的長(zhǎng)度/‘；

（2）用游標(biāo)卡尺沿著擺線的方向測(cè)量單擺小球的直徑d,算出小球的

半徑r=d/2；則該單擺擺長(zhǎng)為/=r+廠。

(3)測(cè)量其在6<5°的情況下連續(xù)擺動(dòng)〃=30次的時(shí)間/,代入公式

(3-4)中求出g值。要求重復(fù)測(cè)4次(或用周期測(cè)定儀測(cè)定周期)。

(4)利用不確定度傳遞公式計(jì)算出g的不確定度。

(5)適當(dāng)選取/和〃之值，爭(zhēng)取使測(cè)得的g值的相對(duì)不確定度不大于

0.5%o

提示：

(1)小球的振幅小于擺長(zhǎng)的1/12時(shí)，方能保證。<5°o

(2)測(cè)量單擺周期時(shí)，握停表的手和單擺小球做同步運(yùn)動(dòng)，測(cè)量的不

確定度可能小些。

(3)當(dāng)擺錘過(guò)平衡位置。'時(shí)，按表記時(shí)，測(cè)量不確定度可能小些。

(4)為了防止數(shù)錯(cuò)〃值，應(yīng)在記時(shí)開(kāi)始時(shí)數(shù)“0”，以后每過(guò)一個(gè)周期,

數(shù)1,2…，no

2.考查擺線質(zhì)量對(duì)測(cè)g的影響

按單擺理論，單擺擺線的質(zhì)量應(yīng)很小，這是指擺線質(zhì)量應(yīng)遠(yuǎn)小于擺

錘的質(zhì)量。一般實(shí)驗(yàn)室的單擺擺線質(zhì)量小于錘的質(zhì)量的0.3%,這對(duì)測(cè)g的

影響很小，所以這種影響在此實(shí)驗(yàn)的條件下是感受不到的。為了能感受

到擺線的質(zhì)量對(duì)單擺周期的影響，要使用粗的擺線來(lái)進(jìn)行測(cè)量，使每米

長(zhǎng)擺線的質(zhì)量達(dá)到擺錘的質(zhì)量的1/30左右！實(shí)驗(yàn)中更換擺錘和擺線，使

擺線的質(zhì)量達(dá)到擺錘質(zhì)量的1/30,重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟1測(cè)量，并與第一次測(cè)

量結(jié)果進(jìn)行比較。

提示：用這樣粗的擺線去測(cè)g,擺線質(zhì)量對(duì)測(cè)g的影響也不是很大

的，實(shí)驗(yàn)中還要細(xì)心去測(cè)才能感受到粗線的影響。

3.考查空氣浮力對(duì)測(cè)g的影響

在單擺理論中未考慮空氣浮力的影響。實(shí)際上單擺的錘是鐵制的，

它的密度遠(yuǎn)大于空氣密度，因此在上述測(cè)量中顯示不出浮力的效應(yīng)。

為了顯示浮力的影響，就要選用平均密度很小的擺錘。實(shí)驗(yàn)中用細(xì)

線吊起一乒乓球作為單擺去測(cè)g,和上述“1”的結(jié)果相比。

提示：除去空氣浮力的作用，還有空氣阻力使乒乓球的擺動(dòng)衰減較

快，另外空氣流動(dòng)也可能有較大影響，因此測(cè)量時(shí)?應(yīng)很仔細(xì)。

實(shí)驗(yàn)表格參照測(cè)量舉例由學(xué)生自行設(shè)計(jì)。

實(shí)驗(yàn)思考題

1.設(shè)單擺擺角。接近0°時(shí)的周期為"，任意幅角。時(shí)周期為7,二

周期間的關(guān)系近似為T=7L(l+；siM§,若在6=10。條件下測(cè)得T值，

將給g值引入多大的相對(duì)不確定度？

2.用停表測(cè)量單擺擺動(dòng)一周的時(shí)間T和擺動(dòng)50周的時(shí)間/,試分析

二者的測(cè)量不確定度相近否？相對(duì)不確定度相近否？從中有何啟示?

測(cè)量舉例用單擺測(cè)g

1.用游標(biāo)卡尺(No.5413)測(cè)球的直徑d

d1cm2.6952.6902=2.6925

2.用米尺測(cè)擺線長(zhǎng)-$+M2).見(jiàn)圖(3-2)

Xi1cm4.554.514.604.57平均

x2lcm116.80116.75116.90116.85

Hcm113.60113.59113.65113.63113.62

5(/)=0.00014

3用電子秒表(No.15)測(cè)〃=50的/值

次數(shù)123456平均

t!s106.84106.87106.95106.85106.82106.93106.88

s(t)=0.0215

g=4%2/.“2〃2=4不x1.1362X502/106.88

=9.8166mls2

計(jì)算g的標(biāo)準(zhǔn)

不確定度”(g)：

⑴求/的〃(/)

從多次測(cè)量值計(jì)算得%(/)=0.00014加。

米尺△=卡尺△=0.02mm

從米尺和游標(biāo)卡尺單次不確定度得

/(-^7=-)2+(-

us(l)-ymm—0.29mm

"VV32xV3

合成不確定度〃(/)=A/0.000142+0.000292/77=0.0003加

⑵求/的〃⑺

從多次測(cè)量可得%(/)=0.021s

從停表得(根據(jù)JJG107—83,3級(jí)秒表)

△=0.55,=0.5s/=0.29s

時(shí)間合成不確定度〃(/)=7O.O212+0.2925=0.29s

最后求出重力加速度不確定度：

/、J/"(/)、2,c"(/)、2C。?，/0.0003、2c~0.29、2

22298166x()+(2X)=0054

?(g)=gJV(-7I)+(2-i^)=-Jvn1.1^3o7ZTlUo.^oo-

測(cè)量結(jié)果為g=(9.82±0.05)加/s2

儀器介紹

J-25周期測(cè)定儀

1.概述：J-25周期測(cè)定儀可在物理實(shí)驗(yàn)中用來(lái)測(cè)量單擺、三線擺、

慣性稱及復(fù)擺等實(shí)驗(yàn)中的周期測(cè)定。該儀器用單片機(jī)來(lái)顯示周期數(shù)和時(shí)

間，并具有記憶功能，可以任意提取1、10、20、30次周期的時(shí)間。

2.技術(shù)指標(biāo)

⑴適用電壓:AC220V.50Hzo

(2)計(jì)時(shí)范圍：0~999.999s。

(3)周期數(shù)：1、10、20、30o

(4)分辨率:0.01ms(周期＜10s)；0.1ms(周期＞10s)。

3.儀器結(jié)構(gòu)

儀器結(jié)構(gòu)如下面示意圖

粵P時(shí)間顯示

業(yè)不__________________________________________________________________/-

測(cè)量指示/\功能鍵

儀器面板示意圖

4.使用方法

(1)首先將光電開(kāi)關(guān)連接線插入“信號(hào)輸入”口，調(diào)整好光電開(kāi)關(guān)。

(2)將電源線插入儀器后面的電源插座，保險(xiǎn)絲安裝在電源插座內(nèi)。

(3)接通電源，時(shí)間顯示框內(nèi)顯示“一YES—"，幾秒后，周期數(shù)顯示

框內(nèi)顯示“01”，時(shí)間顯示框內(nèi)顯示“0.00000”,測(cè)量指示的“1”上方

的指示燈亮。

(4)按下“周期數(shù)/時(shí)間”按鈕，選擇周期數(shù)1、10、20、30中的一

個(gè)，相應(yīng)的指示燈亮。再按“開(kāi)始測(cè)量按鈕，”時(shí)間顯示框內(nèi)顯示“一

YES-”，開(kāi)始進(jìn)入測(cè)量狀態(tài)。當(dāng)有信號(hào)時(shí)，周期數(shù)顯示框內(nèi)顯示周期數(shù)，

時(shí)間顯示框內(nèi)顯示“00—YE"，當(dāng)測(cè)量到周期數(shù)顯示框預(yù)先選擇的周期數(shù)

時(shí)，儀器自動(dòng)停止測(cè)量，同時(shí)時(shí)間顯示框內(nèi)顯示所測(cè)的時(shí)間。

(5)按“周期數(shù)/時(shí)間”按鈕，依次提取小于選擇周期數(shù)的周期的時(shí)

間，如選擇的周期數(shù)為“10”時(shí)，能提取周期數(shù)為1和10的時(shí)間。

5.注意事項(xiàng)

(1)新更換的保險(xiǎn)絲的額定電流不能太大，以免起不到短路保護(hù)作

用。

(2)使用時(shí)不要無(wú)為的頻繁按動(dòng)各功能鍵，以免減少儀器的使用壽

命。

【思考題】

1.為什么測(cè)量周期T時(shí)需要測(cè)量連續(xù)多個(gè)周期？是從誤差角度作具

體的分析。

2.如果要求測(cè)量重力g加速度的隨機(jī)誤差小于0.5%,已知測(cè)量擺長(zhǎng)

L的誤差為0.2%,設(shè)周期7。2s,現(xiàn)有秒表測(cè)量周期，問(wèn)至少要測(cè)量多

少個(gè)連續(xù)周期的時(shí)間？

實(shí)驗(yàn)四物體密度的測(cè)定

【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

1.掌握測(cè)定規(guī)則物體密度的一種方法。

2.進(jìn)一步掌握游標(biāo)卡尺、螺旋測(cè)微器、物理天平的正確使用方法。

3.進(jìn)一步理解誤差和有效數(shù)字的概念，并能正確地表示測(cè)量結(jié)果。

4.掌握不規(guī)則物體密度的測(cè)量方法。

【儀器和用具】

物理天平，游標(biāo)卡尺，螺旋測(cè)微器，燒杯，比重瓶，定容瓶，溫度

計(jì)。

被測(cè)物：規(guī)則固體（金屬塊圓柱體），不規(guī)則物體（石塊、玻璃）。液體

（酒精、鹽水等）。

【實(shí)驗(yàn)原理】

設(shè)體積為V的某一物體的質(zhì)量為m,則該物體的密

h

度夕=,。質(zhì)量加可以用天平測(cè)得很精確，規(guī)則物體的體積可以通過(guò)測(cè)

量其外部尺寸，經(jīng)過(guò)計(jì)算求得，如圖4T所示。

1.規(guī)則物體密度的測(cè)定

如圖4-1所示為一圓柱體，設(shè)其高度為〃，直徑為d,質(zhì)量為加，

則其體積為V=-nd2h,

4

4m

密度p=7^h(4-1)

可見(jiàn)，只要測(cè)出圓柱體的質(zhì)量根、直徑4和高度力，就可算出圓

柱體的密度。

2.由靜力稱衡法求不規(guī)則固體的密度

不規(guī)則物體的體積難于由外形尺寸算出比

較精確的值。在水的密度已知的條件下，可利

用天平通過(guò)兩次質(zhì)量測(cè)量而求出體積，方法如

圖4-2所示。

設(shè)被測(cè)物不溶于水，在空氣中的質(zhì)量為回，

用細(xì)絲將其懸吊在水中的稱衡值為僧2,又設(shè)水

圖4-2

在當(dāng)時(shí)溫度下的密度為物體體積為修，則

依據(jù)阿基米德定律得:

PKgV=km}一加2)g

g為當(dāng)?shù)刂亓铀俣?，整理后得?jì)算體積的公式為

m-m

Vx2(4-2)

Pw

}T!

!

則固體的密度p=pw———（4-3）

mx-m2

3.用靜力稱衡法測(cè)液體的密度

此法要借助于不溶于水并且和被測(cè)液體不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的物體（一

般用玻璃塊）。

設(shè)物體質(zhì)量為巴，將其懸吊在被測(cè)液體中的稱衡值為磨2,懸吊在水

中稱衡值為愕3,則參照上述討論，可得液體密度「等于

(4-4)

「液=pK~

4.用比重瓶測(cè)液體的密度

圖4-3所示為常用比重瓶，它在一

定的溫度下有一定的容積，將被測(cè)液體

注入瓶中，多余的液體可由瓶塞中的毛斕基揖II

細(xì)管溢出。力毛細(xì)小管、?陰

設(shè)空比重瓶的質(zhì)量為叼，充滿密/

度為0的被測(cè)液體時(shí)的質(zhì)量為加2，充\

(?)(b)(c)

滿同溫度的蒸餌水時(shí)的質(zhì)量為加3,則

圖4-3

m,—tn,

(4-5)

P=Pw~

5.用定容瓶測(cè)空氣的密度（選做）

圖4-4所示為定容瓶,用抽氣機(jī)將空氣抽出后，稱

其質(zhì)量為犯(要求殘留空氣的壓強(qiáng)＜13Pa)。

打開(kāi)活塞充入室內(nèi)空氣，再測(cè)量瓶及空氣的質(zhì)量為

加2。記下當(dāng)時(shí)空氣的溫度八大氣壓尸和相對(duì)濕度則在該測(cè)量條件

下，空氣的密度"等于

式中修為定容瓶的容積，可由瓶中充滿水后的質(zhì)量求出，其圖左4

值可由實(shí)驗(yàn)室教師預(yù)先測(cè)出。

其次，可用下式換算成為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，干燥空氣的密度0。

(0。的公認(rèn)值為L(zhǎng)293xl0-3g

Po=p(1-0.623Pw)—^―(1+0.00366〃°c)

P-PWP-PW

式中鳥=1013252，為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的大氣壓，P為實(shí)驗(yàn)時(shí)實(shí)驗(yàn)室的大氣

壓強(qiáng)(單位：P],匕為測(cè)量時(shí)空氣中的水蒸汽分壓，可由q=e?〃算

出，e為測(cè)量溫度下水的飽和蒸汽壓(單位：優(yōu))，，為相對(duì)濕度。

【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】

1.規(guī)則物體密度的測(cè)定

(1)記下螺旋測(cè)微器的分度值。測(cè)量其零點(diǎn)讀數(shù)3次，求出平均值,

數(shù)據(jù)記錄在表格4-1中。用螺旋測(cè)微器測(cè)量圓柱體不同部位的直徑"，

測(cè)量6次，求平均值及不確定度。數(shù)據(jù)記錄在表格4-2中。

(2)記下游標(biāo)卡尺的分度值，用游標(biāo)卡尺從不同方向測(cè)量圓柱體的

高度〃，測(cè)量6次，算出其平均值和不確定度。數(shù)據(jù)記錄在表格2-2中。

（3）記下物理天平的最大稱量值和分度值。將圓柱體放在天平的左

盤，稱其質(zhì)量為町；再將圓柱體放在天平右盤，稱其質(zhì)量為加2；則圓柱

體的質(zhì)量加=Jg,加2，此方法稱為復(fù)稱法。

（4）由公式（4-1）計(jì)算出待測(cè)物體的密度「。

（5）由標(biāo)準(zhǔn)誤差的傳遞公式計(jì)算出丐,，寫出測(cè)量結(jié)果。

2.用靜力稱衡法測(cè)量不規(guī)則固體的密度

（1）用物理天平利用復(fù)稱法測(cè)量出一不規(guī)則物體的質(zhì)量叫（具體物

體由實(shí)驗(yàn)室給出）。

（2）按圖4-2方法測(cè)量出該物體懸吊在水中時(shí)的質(zhì)量叫。

（3）由公式（4-3）算出物體的密度0（20°。時(shí)4=0.99823g-cm-3）

3.用靜力稱衡法測(cè)量液體的密度

（1）用物理天平測(cè)量出物體的質(zhì)量叫，記錄表格中。

（2）將物體懸吊在被測(cè)液體中，用天平測(cè)量出質(zhì)量加2,記錄在表

格中。

（3）將物體懸吊在水中，用天平測(cè)量出質(zhì)量掰3,記錄在表格中。

（4）用公式（4-4）計(jì)算出被測(cè)液體的密度「液。

4.用比重瓶測(cè)量液體的密度

（1）測(cè)量出空比重瓶的質(zhì)量明。將比重瓶中充滿密度為「液被測(cè)液

體（使用與步驟3相同的液體），測(cè)量出其質(zhì)量加2。

（2）將被測(cè)液體倒回液體瓶中，用水沖凈后充滿蒸儲(chǔ)水，測(cè)量出此

時(shí)比重瓶及水的質(zhì)量啊。

（3）用公式（4-5）計(jì)算出液體的密度，并與步驟3結(jié)果進(jìn)行比較分

析。測(cè)量數(shù)據(jù)記錄在自行設(shè)計(jì)的表格中。

5.用定容瓶測(cè)量空氣的密度

（1）將定容瓶與真空泵連接，接通真空泵電源進(jìn)行抽氣10分鐘。

抽氣結(jié)束后，先將定容瓶的閥門關(guān)閉再斷開(kāi)真空泵的電源。

（2）用分析天平測(cè)量出真空狀態(tài)下定容瓶的質(zhì)量叫。

（3）打開(kāi)定容瓶的活塞充入室內(nèi)空氣，再測(cè)瓶的質(zhì)量相”

（4）將定容瓶充滿蒸儲(chǔ)水，測(cè)量質(zhì)量為“入，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在表格

中并計(jì)算出定容瓶的容積%=（嗎-町）/4。

（5）用公式（4-6）計(jì)算出空氣的密度。

（6）將空氣的密度換算為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，干燥空氣的密度，并與附表

中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，分析產(chǎn)生誤差的原因。

測(cè)量固體及液體的密度時(shí)，注意排除氣泡的影響。要測(cè)量水和液體

的溫度。e可在本書的附錄中查出。

【數(shù)據(jù)記錄】

表4-1螺旋測(cè)微器的零點(diǎn)讀數(shù)

螺旋測(cè)微器分度值:

次數(shù)123平均

零點(diǎn)讀數(shù)X。/。加

表4-2規(guī)則物體密度的測(cè)定

游標(biāo)卡尺分度值；物理天平；物理天平最大稱量

d!cm

次數(shù)h!cmmlg

測(cè)量值修正值

1

2mJg

3

4

5m21g

6

平均

【思考題】

1.設(shè)計(jì)一個(gè)測(cè)量小粒狀固體密度的方案。

2.為什么測(cè)量圓柱體高度時(shí)用游標(biāo)卡尺，而測(cè)量他的直徑時(shí)用螺旋

測(cè)微器？

3.如果被測(cè)固體的密度小于水的密度，還能采用圖4-2所示的方法

嗎？如果能夠測(cè)量，應(yīng)該怎樣做？推導(dǎo)出測(cè)量公式。

實(shí)驗(yàn)五冰的溶解熱的測(cè)定

【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

1.用混合法測(cè)定冰的溶解熱；

2.應(yīng)用有物態(tài)變化時(shí)的熱交換定律來(lái)計(jì)算冰的溶解熱；

3.了解一種粗略修正散熱的方法。

【實(shí)驗(yàn)儀器】

-7數(shù)字溫度計(jì)，量熱器，物理天平，保溫瓶，量筒，

玻璃皿，秒表，冰，干抹布等。

【實(shí)驗(yàn)原理】

一定壓強(qiáng)下晶體開(kāi)始溶解時(shí)的溫度，稱為該晶體在此壓強(qiáng)下的熔點(diǎn)。

單位質(zhì)量的某種晶體溶解成為同溫度的液體所吸收的熱量，叫做該晶體

的溶解熱。

本實(shí)驗(yàn)用混合量熱法測(cè)定冰的溶解熱。它的基本做法是：把待測(cè)的

系統(tǒng)/和一個(gè)已知其熱容的系統(tǒng)3混合起來(lái)，并設(shè)法使它們形成一個(gè)與

外界沒(méi)有熱量交換的孤立系統(tǒng)C，（。=/+8）。這樣/（或3）所放出

的熱量，全部為8（或N）所吸收。因?yàn)橐阎獰崛莸南到y(tǒng)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所

傳遞的熱量0，是可以由其溫度的改變AT和熱容g計(jì)算出來(lái)的，即

Q=CS\T,因此，待測(cè)系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所傳遞的熱量也就知道了。由

此可見(jiàn)，保持系統(tǒng)為一孤立系統(tǒng)，是混合量熱法所要求的基本實(shí)驗(yàn)條件。

本實(shí)驗(yàn)采用的量熱器可以滿足這個(gè)實(shí)驗(yàn)條件。

實(shí)驗(yàn)時(shí)，量熱器放有熱水。然后放入冰，冰將溶解，最后混合系統(tǒng)

達(dá)到熱平衡。在此過(guò)程中，原實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)放熱，設(shè)為放,，冰吸熱溶解成

水，繼續(xù)吸熱使系統(tǒng)達(dá)到熱平衡溫度，設(shè)吸收的總熱量為。您），因?yàn)槭?/p>

孤立系統(tǒng)，則有

。（放吸1（5T）

可以利用這一關(guān)系求出冰的溶解熱。

設(shè)混合前實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的溫度為熱水質(zhì)量為叫，其比熱容為.；

內(nèi)筒的質(zhì)量為機(jī)2,其比熱容為。2；攪拌器的質(zhì)量為磨3,其比熱容為。3；

金屬的內(nèi)套的質(zhì)量為加4,其比熱容為。4。冰的質(zhì)量為〃，（在實(shí)驗(yàn)條件

下冰的熔點(diǎn)均為是o°c,用及表示）。設(shè)混合后系統(tǒng)達(dá)到熱平衡的溫度為

%°C。數(shù)字溫度計(jì)浸入水中的部分放出的熱量可忽略不計(jì)。冰的溶解熱

由心表示，根據(jù)（5-1）式有

ML+M%（T2-TO）=（mici+m2c2+m3c3+m4c4）（7J-T2）

因"=0°C,所以冰的溶解熱為：

L=—（m^,+tn2c2+團(tuán)3c3+加4c4）（4一%）一（5-2）

M

式中各質(zhì)量均可測(cè)出，c「。2、。3、。4由實(shí)驗(yàn)室查出，實(shí)驗(yàn)測(cè)得7；和（，

叫、叫、加3由天平稱出。由（5-2）式便可計(jì)算出冰的溶解熱￡。

雖然本實(shí)驗(yàn)要求實(shí)驗(yàn)體系是一個(gè)孤立的系統(tǒng)，但完全絕熱的要求是

無(wú)法達(dá)到的。為了盡可能使系統(tǒng)與外界交換的熱量達(dá)到最小，除了使用

量熱器以外，在實(shí)驗(yàn)的操作過(guò)程中也應(yīng)必須注意。例如不應(yīng)當(dāng)直接用手

頓冷卻定律的粗略方法來(lái)修正散熱減少誤差。從實(shí)驗(yàn)實(shí)際情形分析，剛

投入冰時(shí)，水溫高，冰的有效面積大，熔化快，系統(tǒng)溫度下降快，后來(lái),

冰塊逐漸減小，水溫漸低，熔化變慢，水溫下降也慢，熔解全過(guò)程中，

內(nèi)筒內(nèi)水溫隨時(shí)間變化曲線如圖5-1所示。。表示實(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫度。

系統(tǒng)從工變?yōu)椤＿@段時(shí)間（從4至%）），系統(tǒng)內(nèi)向外界散失的熱量4散

為

,散=左卜7-(5-3)

由于T>6,所以q散>0。（左為散熱常數(shù)）

同樣系統(tǒng)從。變?yōu)槭@段時(shí)間（從J至^），系統(tǒng)從環(huán)境吸收的熱量

<7吸為

q吸=%"-加（5-4）

由于T<8,所以q吸>0。

從圖5-1看出，9散和q吸量值的大小與面積5散=「（7—6）力及

s吸=一「（/—e）dt成正比。因此如果選擇合適的工和心使q散等于吸，

則系統(tǒng)散熱和吸熱前后抵消。一般情況下常選擇7；-。=2（。-4）o

實(shí)驗(yàn)儀器介紹

實(shí)驗(yàn)裝置如圖5-2所示。為了使實(shí)

驗(yàn)系統(tǒng)（待測(cè)系統(tǒng)與已知其熱容的系統(tǒng)

二者合在一起）成為一個(gè)孤立的系統(tǒng),

我們采用量熱器。本實(shí)驗(yàn)采用的量熱器

為一種帶有絕熱層的量熱器，他由金屬

內(nèi)套、不銹鋼的外筒一、內(nèi)筒（鋼）、攪

拌器（銅）、數(shù)字溫度計(jì)和絕熱層等組成。它與外界環(huán)境熱量交換很小,

這樣的量熱器可以使實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)近似于一個(gè)孤立的系統(tǒng)。

【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】

1.將內(nèi)筒、攪拌器擦干凈，用天平稱出它們的質(zhì)量。金屬內(nèi)套的質(zhì)

量記在其上。

2.內(nèi)筒中裝入適量的熱水（比室溫高約10°C）,用天平稱得內(nèi)筒和

熱水的質(zhì)量（4+機(jī)2），求得熱水的質(zhì)量分別查出水、內(nèi)筒和攪拌

器的比熱容C|、。2、C3,記入在表格中。

3.將內(nèi)筒放入量熱器中，蓋好蓋子，插好攪拌器和溫度計(jì)，開(kāi)始計(jì)

時(shí)，觀察并記錄熱水的溫度隨時(shí)間變化（比如每隔20s記一次數(shù)據(jù)），記

錄6?8個(gè)點(diǎn)。

4.從保溫瓶中取一些預(yù)先準(zhǔn)備好的和水混合的碎冰塊（0℃）,冰塊

的用量要適當(dāng)，應(yīng)使系統(tǒng)平衡時(shí)的溫度低于室溫大約5?7℃。用干布把

冰上的水珠擦去，然后小心地把冰放入量熱器中，不要使水濺出。蓋好

量熱器的蓋子，記錄放入的時(shí)間

5.用攪拌器輕輕上下攪動(dòng)量熱器中的水，待水里的冰塊完全溶解并

基本達(dá)到熱平衡后，記錄溫度隨時(shí)間的變化，記錄6?8個(gè)點(diǎn)。

6.將內(nèi)筒拿出，用天平稱出內(nèi)筒和水的質(zhì)量進(jìn)行稱

量，然后計(jì)算出冰的質(zhì)量

7.用公式（5-2）計(jì)算出冰的熔解熱。

8.用坐標(biāo)紙作系統(tǒng)溫度隨時(shí)間變化7-/圖?？疾槊娣eS散和S吸，檢

查散熱與吸熱是否基本抵消。

9.實(shí)驗(yàn)完后，將內(nèi)筒內(nèi)的水倒掉，用抹布擦干。

【數(shù)據(jù)處理】

1.自己畫出數(shù)據(jù)表格進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄。

2.做出散熱修正曲線，求出刀和“。

3.根據(jù)（5-2）式計(jì)算冰的溶解熱

4.將測(cè)量值與冰的溶解熱的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，計(jì)算出相對(duì)誤差，并

分析產(chǎn)生誤差的原因。

【注意事項(xiàng)】

投冰和攪拌時(shí)均要避免將水濺出，取溫度計(jì)時(shí)，也要避免帶出水滴。

【思考題】

1.實(shí)驗(yàn)時(shí)為什么必須把冰擦干？

2.為什么會(huì)有誤差產(chǎn)生？如何減小誤差的產(chǎn)生？

3.水溫為什么要高于室溫？實(shí)驗(yàn)過(guò)程中如果打開(kāi)蓋子看冰是否全部

熔解，然后再蓋上蓋子，實(shí)驗(yàn)結(jié)果是偏大還是偏??？定性說(shuō)明即可。

4.假如冰塊很不均勻，如冰內(nèi)有氣泡，或小水泡，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有什

么影響？

5.實(shí)驗(yàn)投冰或攪拌時(shí)無(wú)意中將水濺出，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有何影響？

實(shí)驗(yàn)六液體比熱容的測(cè)定

【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

1.學(xué)會(huì)用電流量熱器法測(cè)定液體的比熱容。

2.熟練掌握物理天平和量熱器的使用方法。

3.學(xué)習(xí)電子溫度計(jì)和數(shù)字電流表的使用。

【實(shí)驗(yàn)儀器】

電流量熱器、數(shù)字溫度計(jì)、直流穩(wěn)壓電源、數(shù)字電壓表、數(shù)字電流

表、滑線變阻器、單刀開(kāi)關(guān)、秒表、物理天平、導(dǎo)線

【實(shí)驗(yàn)原理】

設(shè)在量熱器中，裝有質(zhì)量為加、比熱容為。的液體，液體中安置著

阻值為當(dāng)?shù)碾娮?。如果按照?shí)驗(yàn)電路圖6-1連接好電路，然后閉合開(kāi)關(guān)

K,則有電流通過(guò)電阻&（=15。），根據(jù)焦耳一楞次定律，電阻產(chǎn)生的

熱量為

。放（6-1）

其中/為電流強(qiáng)度，單位用安培；/為通電時(shí)間，單位用秒，則熱量。的

單位為焦耳。液體、量熱器內(nèi)筒和銅電極等吸收電阻與釋放的熱量。放

后，溫度升高。若量熱器中液體的質(zhì)量為加、其比熱容為c；量熱器內(nèi)

筒的質(zhì)量為叫，其比熱容為G；攪拌器的質(zhì)量為加2,其比熱容為。2；銅

電極的質(zhì)量為加3,其比熱容為初始溫度（包括量熱器及其附件）為

刀，加熱終了的溫度為“，則有

。吸=（c掰+G優(yōu)]+c2m2+q加3）（乙（6-2）

因?yàn)椤７?。吸

所以=kCm+C\m\+Q加2+。3加3）W一G（6~3）

][2R（

由上式得：c=—[-------mxcx--m3c3]（6-4）

mT2-TX

如果計(jì)算出。放=/24J,再稱出待測(cè)液體、量熱器內(nèi)筒和攪拌器的

質(zhì)量相、g和%,銅電極的質(zhì)量加3給出，并測(cè)出溫度（、T2,就由（6-4）

式可得到待測(cè)液體的比熱容C。（G、。2、。3的比熱容值及%由實(shí)驗(yàn)室

給出）。

實(shí)驗(yàn)儀器介紹

圖6-1為實(shí)驗(yàn)裝置

圖。中間為電流量熱器。

該量熱器為一種有絕熱

層的量熱器，量熱器的內(nèi)

筒一、外筒、內(nèi)套都是用熱

的良導(dǎo)體做成的，內(nèi)筒置

以，向外界傳遞的熱量損失可以降到很小。這樣，在做實(shí)驗(yàn)時(shí)，把量熱

器及待測(cè)液體組成的系統(tǒng)，看成一個(gè)孤立的系統(tǒng)。

【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】

1.按照?qǐng)D6-1連接電路。

2.用物理天平稱出量熱器內(nèi)筒（玻璃杯）、攪拌器的質(zhì)量。

3.給玻璃杯內(nèi)加入約為玻璃杯容積2/3的待測(cè)液體，再用物理天平

稱出質(zhì)量，從而計(jì)算出待測(cè)液體的質(zhì)量。

4.將玻璃杯放入量熱器中，注意不要將液體濺出，插好溫度計(jì)，蓋

好蓋子。

5.打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)電源電壓在15%左右，觀察電流表電流（約

1Z）,然后斷開(kāi)開(kāi)關(guān)K,輕輕攪動(dòng)攪拌器，讀取溫度計(jì)的讀數(shù)7；。

6.按下開(kāi)關(guān)K,開(kāi)始加熱的同時(shí)，按下秒表開(kāi)始計(jì)時(shí)。

7.不斷用攪拌器攪動(dòng)，使整個(gè)量熱器內(nèi)各處的溫度均勻。待溫度升

高5℃左右時(shí)，切斷電源，同時(shí)記下溫度馬,并停止計(jì)時(shí)。

8.記錄數(shù)據(jù)代入公式計(jì)算。

【數(shù)據(jù)處理】

表6-1液體比熱容的測(cè)定

%=c,=

物理量

mlg叼fg%/gw3/gTJ℃r2rct/sHA

測(cè)量值

【注意事項(xiàng)】

1.數(shù)字溫度計(jì)的傳感器插到水面以下即可，不要插的很深。

2.實(shí)驗(yàn)完畢立即將玻璃杯中的液體倒掉，以免腐蝕電極。

3.實(shí)驗(yàn)中物理天平稱量時(shí)，既要準(zhǔn)確又要注意安全。

【思考題】

分析實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生誤差的原因？采取那些措施減小誤差？

實(shí)驗(yàn)七三線擺

【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

1.掌握三線擺法測(cè)定轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的原理和方法。

2.驗(yàn)證平行軸定理。

【實(shí)驗(yàn)儀器】

三線擺，米尺，游標(biāo)卡尺，天平，停表（或數(shù)字毫秒計(jì)），待測(cè)物（圓

盤，外形尺寸及質(zhì)量相同的圓柱體兩個(gè)）。

【實(shí)驗(yàn)原理】

轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是物體轉(zhuǎn)動(dòng)慣性

的量度。物體對(duì)某軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣

量越大，則繞該軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，角

速度就越難改變。當(dāng)剛體繞固

定軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，剛體在外力矩

M的作用下，將獲得角加速

度夕，夕與合外力矩”的大

小成正比，與剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量