孝感学院《大学物理实验》实验预习报告
日期:20##年月日天气:__________实验室:___________
姓名:__________________学号:__________院系专业:___________指导教师:________
【实验题目】
实验1用米尺、游标尺、螺旋测径器、读数显微镜测量长度
【实验目的】
1.掌握__________、__________、_______________、_____________的测量原理和使用方法。
2.掌握一般仪器的_____________。
3.掌握多次等精度测量误差的__________与有效数字的基本运算。
【实验仪器及型号】
_______________________________________________________________________
【实验原理及预习】
1. 米尺(本实验使用的米尺)
最小分度值__________
仪器误差=__________。
(读数练习):=___________________
=___________________
=__________________
2. 游标卡尺(本实验使用的游标卡尺)
最小分度值__________
仪器误差=__________。
3.如何记录游标卡尺的零点读数? (读数练习):___________________
若副尺零线在主尺零线左边,且副尺上第p个刻度和主尺上某个刻度对准时,零点读数取______(正号、负号),若副尺零线在主尺零线右边时,零点读数取______(正号、负号)。若测量物体长度的读数为L',则物体的长度结果修正为_______________。
4.试述螺旋测微计的分度原理及使用方法。
一般实验室用的螺旋测径器量程为__________, 分度值是__________,仪器误差=__________。
5.螺旋测微计的零点读数
螺旋测微计的微分筒的零线应对准固定套筒上的微测基准线。如未对准,就要读出零点读数。顺刻度方向读出的零点读数取______(正号、负号),,逆刻度方向读出的零点读数取______(正号、负号)。每次测量之后,要从测量值的平均值中减去零点读数。 (练习:螺旋测径器零点读数)
6.螺旋测微器读数练习
___________________ ___________________ ___________________
7.如何利用读数显微镜测量物体的长度?
转动鼓轮,使叉丝交叉点分别与被测物体的左右两个位置相切,记下两次读数,则待测物的长度。
【实验思考题】
1.欲测量半经为2cm左右的钢球体积,要求单次测量的相对不确定度不大于0.5%,应使用什么仪器测量才能满足精度要求?为什么?
2.利用读数显微镜测量物体的长度时如何避免回程误差?
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【实验题目】
实验2随机(偶然)误差的统计分布
【实验目的】
1.通过对单摆周期的多次测量,认识________________________,以及______________的意义。
2.掌握随机误差的估算方法。
【实验仪器及型号】
_______________________________________________________________________
【实验原理及预习】
1.大量次数等精度测量的观测的结果服从随机误差的__________分布的统计规律,即:
⑴________________________________________________________
⑵________________________________________________________
⑶________________________________________________________
⑷________________________________________________________
2.正态分布统计规律:
正态分布概率密度函数:________________________________
测量值落在区间之间的置信概率为___________,
测量值落在区间之间的置信概率为___________,
测量值落在区间之间的置信概率为___________。其中。
【实验思考题】
1.阐明在分区统计数据,做几率统计表格时划分区间的原则和方法
2.若存在系统误差,它对统计直方图的形状、大小有何影响,为什么?
【实验数据分析训练】(选做)
1.下面的数表是某同学测量单摆周期的150次的测量数据,请计算
⑴单摆周期的平均值
⑵标准偏差
⑶构建以()为 参量的正态分布函数
⑷分区统计数据,做几率统计表格
⑸用测量值的科学表达式报导测量结果
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【实验题目】
实验3重力加速度的测定(落球法)
【实验目的】
1.熟悉_______________和_______________的调整和使用。
2.掌握用______________________________的方法。
【实验仪器及型号】
_______________________________________________________________________
【实验原理及预习】
1.根据自由落体公式测出、,就可以算出重力加速度。
将小球放在_____________的位置,在小球开始下落的同时开始计时,则是小球下落的时间,是时间内小球下落的距离。
2.为了解决确定的困难,我们采取如下方法。
将光控门放在的位置,记下小球从静止开始下落到的时间,;再将放在的位置,记下小球从静止下落到的时间,;则
重力加速度。
这样可以不测和而测_______________,可以由支柱上的刻度较准确地读出。
3.为了避免测不准的困难,同时消除电磁铁剩磁的影响。
是自由落体下落的轨迹。将放在靠近支柱顶部位置,放在中间位置,如图所示。记下之间的距离和小球相应得下落时间;然后,把放在接近底部的位置,记下间的距离和小球相应得下落时间,于是有
其中是小球经过点的速度。
重力加速度。
如果将每隔一定的距离下移,记下相应的、,则有
【实验思考题】
1.实验中,为什么只改变光电门2的位置,而不改变光电门1的位置?
2.以误差分析说明,用(3-12)测时,
⑴A要靠近顶部,即要小。
⑵C要靠近底部,即要大。
⑶B的位置有一个最佳值。根据你所用仪器的实际数据,估算B应在什么位置为好。
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【实验题目】
实验4固体密度的测量
【实验目的】
1.熟练掌握物理天平的__________和____________。
2.掌握测定固体密度的方法——流体静力称衡法。
【实验仪器及型号】
_______________________________________________________________________
【实验原理及预习】
1.物体的密度定义为
2.间接测量体积----流体静力称衡法
⑴测定铜圆柱体的密度
测出物体在空气中和浸没在液体中和的质量,为液体的密度,所测固体密度:
⑵测定白蜡(<1)的密度
如果待测物体的密度小于液体的密度,则可以采用重物助沉法测量:将物体拴上一个重物,加上这个重物后物体连同重物可以全部浸没在液体中,这时进行称衡,如图(要求绘制测量的原理图)
———————————— ————————————
图(a) 图(b)
测量蜡块的质量、蜡块重物都在水中的质量、蜡块在空中重物在水中的质量。待测固体的密度为
【实验思考题】
1.设计一个实验,用静力学称衡法测量白砂糖的密度
2.设计一个实验,用静力学称衡法测量酒精的密度
3. 估计一个成年人的体积(体重约60千克)
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【实验题目】
实验5速度和加速度的测量
【实验目的】
1.学习气____________、______________、_________________的使用方法。
2.学会在气垫导轨上测量_________和______________。
【实验仪器及型号】
_______________________________________________________________________
【实验原理及预习】
1.速度
当滑块从左向右通过光电门时,挡光片边缘________(填44’、22’)遮光时起动计时,挡光片边缘________(填44’、22’)遮光时停止计时。若测出挡光片不相邻两条边的距离,计时计数测速仪显示的时间为,则滑块通过光电门的速度
2.加速度
设滑块经某点时的速度为,经某点处的速度为,经过、间的时间为,加速度
如果能测出滑块经过到的距离,根据匀变速直线运动公式,则有
3.理论加速度
用垫块把已调好的水平导轨上的单脚端垫高,则加速度
【实验分析与讨论】
1.具体分析本实验产生误差的各种原因
2.本实验可用和两种方法测量加速度,试从测量的不确定度的角度分析哪种方法测量的较好?
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【实验题目】
实验6声速的测定
【实验目的】
1.学会用______________、______________测定空气中的声速。
2.了解利用电声换能器进行_______________和_________的原理与方法。
3.初步熟悉___________和_______________________的功能和使用方法。
【实验仪器及型号】
_______________________________________________________________________
【实验原理及预习】
频率和波长的声波在空气中的传播速度
可从_________________________测得,则用________________或__________________来测定。
1.共振干涉法(驻波法)
超声声速测定仪上二端面间距为
时,入射波与反射波相干形成驻波。
声驻波中,波腹的声压(即气体因声波传播产生的附加压强)最______(媒质最疏),波节处声压最______(媒质最密),换能器将其转换为电压信号的__________变化,由_____________显示,从而判断是否出现稳定的驻波,进一步依据电压的__________依次找出一个个波节的位置。由
求出
2.相位比较法(行波法)
从声源不断发出的频率为的声波在传播过程中形成一个声场,该场中任一点和声源的振动位相之差
若将__________________和______________的信号分别接入示波器的、轴输入端,改变接收器的位置,可观察到两个正弦量合成的一系列______________,如图所示。当相位差改变时,相应的的改变量即为______________,由波长和频率值可求出声速。
图形:
_________ __________ __________
3.理想气体中的声速值
声波在理想气体中的传播速度为:
= __________________________________________
式中,时的声速,为摄氏温度。
【实验思考题】
1.下图是试验中从示波器上观察到的电压信号幅值随接收器S2位置变化的关系曲线,从曲线分析为什么测L时不测波腹间的距离而要测波节间的距离?
2.若不从第一个波节而从任一个波节开始测量,是否同样能得出实验结论?但会引起什么问题?
3. 如何寻找谐振频率?依据是什么?
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【实验题目】
实验7弦的振动实验
【实验目的】
1. 观察弦振动形成的_______。
2. 学会测量弦线上横波__________的方法。
3. 用________法验证弦振动________与________的关系。
【实验仪器及型号】
_______________________________________________________________________
【实验原理及预习】
1.简述驻波及其特点
在电动音叉策动下,弦线与音叉臂的联接点P的振动沿弦线向滑轮一端的方向传播而形成__________,再由P’端反射沿弦线朝音叉端传播,形成__________。当入射波与反射波符合相干条件时,两列相向传播的波在弦线上就可合成为横波的_______。
在驻波中,相邻两波节(或波腹)间的距离,等于__________。在本实验中,由于弦的两端______的,故两端点为_______。所以,只有当均匀弦线的两个固定端之间的距离(弦长)等于________________,才能形成驻波。由此可得沿弦线传播的横波波长
=____________
2. 弦振动规律
弦振动的频率为f,驻波波长λ,则弦线上横波传播的速度为V=________________。
由力学理论可知:在线密度为ρ、张力为T的弦线上,横波传播的速度为。
3.
当弦线在频率为的音叉策动下振动时,适当改变、和,则可能和强迫力发生共振的不一定是基频,而可能是谐频。取对数,得
上式表明在和、之间存在线性关系,本实验将分别验证这一关系。
【思考题与习题】
1. 根据什么现象判断驻波已经稳定?
2. 弦线的粗细和弹性对于实验有什么影响?应如何选择?
2.如果要研究波长与弦线密度的关系,实验如何安排?
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【实验题目】
实验8 碰撞实验
【实验目的】
1.验证_______________。
2.深入了解____________________与____________________的特点。
【实验仪器及型号】
_______________________________________________________________________
【实验原理及预习】
1.检验动量守恒定律
本实验是检验两物体沿一直线碰撞时,如果保持在碰撞方向上合外力为零,则碰撞前后的动量维持不变,即
——————————————————————
在实验中,利用__________使两个滑块在近似水平的平面内作直线碰撞,若忽略滑块与导轨间的摩擦力,则满足碰撞时合外力为零的条件。如取,则上式简化为
——————————————————————
不论碰撞是________的或是___________的,动量守恒定律都成立。
2.碰撞前后动能的变化
若碰撞物体由弹性材料组成、碰撞物体没有发生形变,则物体的总动能____________,这就是_________碰撞。若物体具有一定塑性,碰撞结束后有部分形变,则物体系的总动能有____________,这就是非弹性碰撞。
3.验证全弹性碰撞与完全非弹性碰撞的特点的计算方案
用所测得的数据代入公式
______________________、_____________________________
的具体动量和动能,然后算出百分比。(请具体阐明)
1).完全非弹性碰撞
______________________________________________________________
______________________________________________________________
2).完全弹性碰撞
______________________________________________________________
______________________________________________________________
【思考题与习题】
(1)碰撞过程中滑块速度太快和太慢会给实验和实验仪器带来什么影响?
(2)动量的百分比的值为什么有正、有负?
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【实验题目】
实验9 杨氏弹性模量的测定(拉伸法)
【实验目的】
1.掌握用__________________________的原理和方法,测金属丝的________________。
2.训练正确地调节测量系统的能力和用_____________处理数据的方法。。
【实验仪器及型号】
_______________________________________________________________________
【实验原理及预习】
1. 杨氏模量
设金属丝的长度为l,截面积为S,一端固定,一端在延长度方向上受力为F,并伸长△l。根据胡克定律,杨氏弹性模量
若钢丝的直径为,则。
是长度的___________改变量,难于用普通测长仪器测出,本实验中借助
_____________________________。
2.光杠杆原理:由图,平面镜转过角,反射线旋转了角:
由以上两式即得钢丝的伸长量
由此可见,光杠杆的作用在于________________
__________________________________________。
3. 测量公式
【思考题与习题】
1.估算:实际上是一个微小的长度变化量,以钢丝为例:
设钢丝=100.00cm,直径=0.0480cm,由有关手册查得=2.00×,当金属丝所悬挂的钩码为1.00kg时的长度变化
2.本实验中各种长度是用不同精度的仪器来测量的,这些仪器是如何选取的?为什么?
3.请估算本实验所用的光杠杆和望远镜的放大倍率,它能够分辨最小长度的变化为多少?怎样提高它?
4.导出本实验杨氏模量相对误差公式,并分析哪些量的误差对于测量效果影响最大,如何克服其误差。
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【实验题目】
实验11 刚体转动惯量的测定
【实验目的】
1.了解_______________________________,验证_______________________________。
2.研究刚体的转动惯量与其_______、______________及________________的关系。
3.熟练掌握___________________________的方法。
【实验仪器及型号】
_______________________________________________________________________
【实验原理及预习】
1.转动定理
刚体绕定轴转动的转动定理为_________________。
为验证转动定理,采用原理图装置,若以加速度从静止开始运动,经过时间t后下落的距离为,则,即,故可由、的测量值来计算。
当下落,塔轮转动,忽略定滑轮和细线的质量及转动时的空气阻力,将转轴与轴承之间的摩擦力矩视为一常数,则由转动定理,可得
———————————————————
或 _____________________________________
若摩擦力的影响可以略去,即有____________________
1).实验时可改变,测量,值,然后以为纵坐标,为横坐标作图。如果它们的关系确为__________,即转动定理得到验证。同时,由曲线的斜率可求得塔轮系统的转动惯量:
2).若保持、、不变,对称地改变距轴的距离,根据刚体转动惯量的平行轴定理,刚体系绕的转动惯量
如果直角坐标图是一斜率为的直线,说明随质量分布的变化且验证了_______________和________________________。
3).如果维持、、不变,将两个放入(3,3′)、(2,4′)、(1,)位置上,这相当于由两个距离一定,质量各为的物体组成的刚体绕不同的平行轴转动,由此可以观测刚体绕不同轴的转动惯量,并验证平行轴定理。
设两个分别在上述位置时下落时间分别为、、,相应的转动惯量为,,。得
【思考题与习题】
1.影响实验结果的精确度的主要因素是什么?如何改进?
2.实验中如何保证的条件?由于作了这一近似,会对结果产生什么影响?
3.式中值如何由实验方法定出来?