大學物理實驗 預習報告

1、-專業(yè)最好文檔，專業(yè)為你服務，急你所急，供你所需-文檔下載最佳的地方大學物理實驗 預習報告實驗一 密度測量密度是物體的屬性之一，實驗測定固體密度需要進行長度和質(zhì)量的測量。長度和質(zhì)量是基本物理量，其測量原理和方法在其他測量儀器中也常常有體現(xiàn)，如游標和螺旋測微（俗稱千分尺）的原理等。測量長度的量具，常用較簡單的有米尺、游標卡尺和螺旋測微器。這三種量具測量的范圍和準確度各不相同，須視測量的對象和條件加以選用。當長度在cm以下時，需用更精密的長度測量儀器（如比長儀等）或者采用其他的方法（如利用光的干涉和衍射等）來測量。測量物體質(zhì)量時，需使用天平。天平是物理實驗中常用的基本儀器。我們將通過對物體密度的測

2、量來學習使用長度和質(zhì)量的測量儀器，掌握它們的構(gòu)造特點、規(guī)格性能、讀數(shù)的原理和規(guī)則、使用方法及維護知識等，并注意在以后的實驗中恰當?shù)倪x擇使用?！緦嶒災康摹?、 掌握游標卡尺、螺旋測微器及天平的測量原理和使用方法。2、 掌握直接測量量和間接測量量的數(shù)據(jù)處理方法?！緦嶒瀮x器】 游標卡尺、螺旋測微器、分析天平、待測圓柱體。【實驗原理】圓柱體密度計算公式如式（1）所示。 （1）式中，m為圓柱體質(zhì)量；v為體積；h為高；d為直徑。只要直接測出d、h、m，即可間接確定。式（1）適用于質(zhì)量均勻分布的圓柱體。但由于被測試件加工上的不均勻，必然會給測量帶來系統(tǒng)誤差。由于加工的不均勻是隨機的，所以可以用處理隨機誤差的

3、方法來減小這種具有隨機性質(zhì)的系統(tǒng)誤差，即在試件的不同位置多次測量取平均值的方法來處理。液體密度計算公式如式（2）所示。 （2）液體密度的測量采用比重瓶法，即使用兩個同體積的比重瓶，一個比重瓶中裝入水，另外一個比重瓶中裝入待測液體。分別利用天平稱出兩者以及未裝入液體之前空比重瓶的質(zhì)量，代入式（2）中即可求出待測液體的密度，其中水的密度為已知條件。1.游標卡尺如圖1所示，游標卡尺有兩個主要部分，一條主尺和一個套在主尺上并可以沿它滑動的副尺（游標）。游標卡尺的主尺為毫米分度尺，當下量爪的兩個測量刀口相貼時，游標上的零刻度應和主尺上的零位對齊。如果主尺的分度值為a ，游標的分度值為b ，設(shè)定游標上n個

4、分度值的總長與主尺上（ n-1 ）分度值的總長相等，則有 （3）圖1 游標卡尺示意圖主尺與副尺每個分度值的差值即游標尺的分度值，也就是游標尺的精度（最小讀數(shù)值）： （4）常用的三種游標尺有,即精度各為0.1mm、0.05mm、0.02mm。游標尺的讀數(shù)方法是：先讀出游標零線以左的那條線上毫米級以上的讀數(shù)l0，即為整數(shù)值；然后再仔細找到游標尺上與主尺刻線準確對齊的那一條刻線（該刻線的兩邊不對齊成對稱狀態(tài)），數(shù)出這條刻線是副尺上的第條，則待測物的長度（即為小數(shù)值）為 （5）圖2是分度游標卡尺的刻度及讀數(shù)舉例。圖上讀數(shù)： 圖2 游標卡尺讀數(shù)示意圖螺旋測微器如圖3所示，螺旋測微器是在一根測微螺桿上配一

5、螺母套筒，上有0.5mm分度的標尺。測微螺桿的后端連接一個有50個分度的微分套筒，螺距為50mm。當微分套筒轉(zhuǎn)過一個分度時，測微螺桿就會在螺母套筒內(nèi)沿軸線方向改變0.01mm。也就是說，螺旋測微器的精密度（分度值）是0.01mm。由此可見，螺旋測微器是利用螺旋（測微螺桿的外螺紋和固定套筒的內(nèi)螺紋精密配合）的旋轉(zhuǎn)運動，將測微螺桿的角位移轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€位移的原理實現(xiàn)長度測量的量具。圖3 螺旋測微器示意圖在使用螺旋測微器時，應該檢查零線的零位置，當螺桿的一端與測砧相接觸時，往往會有系統(tǒng)誤差（讀數(shù)不是零毫米），所以必須先記下螺旋測微器的初讀數(shù)z0，根據(jù)不同情況z0有正負之分。測量時將物體放在測砧和螺桿端面

6、之間，轉(zhuǎn)動測力裝置，至聽到“咯咯”的響聲為止，兩端面已與待測物緊密接觸。從毫米分度尺上讀出大于0.5mm的部分，0.01mm以上的部分從微分筒邊緣刻度盤上對準基準線處讀出，同時要估讀出0.001mm級。則待測物的實際長度為。螺旋測微器讀數(shù)例如圖4所示。l=5.6915.695圖4 螺旋測微器的讀數(shù)示意圖螺旋測微器實際上是實驗方法中機械放大法的一種應用。假設(shè)微分套筒刻度部分的周長為50mm，刻了50個刻度，則分度值為1mm的弧長。測量時當測微螺桿位移0.01mm時，在微分套筒上相應變化為1mm，于是微小位移被放大，放大倍數(shù)為。因此，這種裝置使測量精度提高了100倍，這種方法稱為螺旋放大法。凡采用

7、螺旋測微裝置的儀器，如讀數(shù)顯微鏡、測量顯微鏡、邁克耳孫干涉儀等在測量部分中都采用了這種螺旋放大法。分析天平圖5是tg-628a型分析天平結(jié)構(gòu)圖。 橫梁；，支點刀承；. 支力銷；，平衡螺母；. 托翼；，吊耳； ，稱盤；.托盤螺母；.制動旋鈕；，墊腳；螺旋腳；騎碼執(zhí)手；指針； 標牌圖5 tg-628a型分析天平結(jié)構(gòu)圖和天平配套使用的是一套級等砝碼，其中最小質(zhì)量的砝碼為1mg，天平還設(shè)有騎碼（游碼）操縱裝置，能搬動騎碼正確安放在天平衡量刻度尺上。橫梁上以中間為零，兩側(cè)各有10個槽口，在010mg以內(nèi)的質(zhì)量變化，都可以通過騎碼執(zhí)手進行調(diào)節(jié)，使用天平應注意以下幾點：1）調(diào)水平的螺旋腳，使水準器的水泡移到

8、中心以保證支柱鉛直；2）空載支起橫梁（調(diào)節(jié)制動鈕），觀察指針擺動情況，若指針不在零點或左右擺動格數(shù)不相等，應馬上將橫梁制動，再調(diào)節(jié)平衡螺母。反復幾次觀察調(diào)節(jié)，直到調(diào)準零點?！緦嶒灢襟E】1.用游標卡尺，在圓柱體的不同位置測出高h（不少于6次）。2.利用游標卡尺測出圓柱體的直徑d（不少于6次）。3.按要求正確調(diào)節(jié)天平，稱出圓柱體的質(zhì)量m（不少于6次）。4.按要求正確調(diào)節(jié)天平，稱出空瓶質(zhì)量m瓶、（不少于6次）。5.所測數(shù)據(jù)和各儀器的精度都記入自己設(shè)計的記錄表格中。6.利用所測數(shù)據(jù)求出固體密度與液體密度，并進行相應的數(shù)據(jù)處理。【數(shù)據(jù)記錄與處理】1、根據(jù)表1、2進行數(shù)據(jù)記錄表1 固體密度的測量次數(shù)測量項

9、123456平均值質(zhì)量（g）高度(mm)直徑(mm)體積(mm3)表2 液體密度的測量次數(shù)測量項123456平均值空比重瓶的質(zhì)量（g）比重瓶和鹽水的質(zhì)量(g)鹽水的質(zhì)量(g)比重瓶和水的質(zhì)量(g)水的質(zhì)量（g）2、固體密度的計算a、計算各量的平均值、。b、測定不確定度的估算：， , , , c、結(jié)果表示為：， 3、液體密度的計算結(jié)果表示為：，【注意事項】1.利用天平稱物體時，砝碼和物體放在各放到盤的中心處，需增加或減少砝碼必須使用鑷子。2.取或放物體和砝碼，移動游碼或調(diào)節(jié)零點時，都應將橫梁制動，以免損壞支點刀承上的刀口。3.稱衡完畢要檢查橫梁是否放下，盒中砝碼和鑷子是否齊全。4.比重瓶為玻璃器

10、皿，使用時注意輕拿輕放?！舅伎碱}】 1.如何用天平來測量不規(guī)則物體的密度？2.鉛板長約10cm，寬約5cm，厚約1mm，其中有5mm左右的圓孔兩個，為使其體積的測量結(jié)果有四位數(shù)，應選用什么測量儀器？實驗二 氣墊導軌上的實驗氣墊導軌是為消除摩擦而設(shè)計的力學實驗的裝置，來自氣源的氣在開有密集小孔的導軌表面產(chǎn)生一層氣墊。物體運動在氣墊上，避免物體與導軌的直接接觸，很大程度上減少了物體與導軌表面的摩擦。利用氣墊導軌可以進行許多力學實驗，如測定速度、加速度，驗證牛頓第二定律，動量守恒定律，研究簡諧振動等。【實驗目的】1、利用碰撞特例驗證動量守恒定律。2、學習使用氣墊導軌和數(shù)字毫秒計?！緦嶒瀮x器】實驗裝置

11、如圖1所示，主要由氣源、氣墊導軌、滑塊（上面裝有檔光片）、光電計時系統(tǒng)（光電門、數(shù)字毫秒計）組成。圖1 氣墊導軌實驗示意圖實驗室用“吹塵器”作氣源。氣墊導軌簡稱氣軌，是一條橫截面為三角形的空芯軌道，軌道表面分布著許多小氣孔。氣軌一頭封閉，另一頭裝有進氣嘴，氣流從進氣嘴流入，通過小氣孔噴出，當滑塊置于氣墊之上時，滑塊與軌道之間形成氣墊，將滑塊浮起，滑塊的運動可視為是無摩擦的（氣墊的兩端裝有緩沖彈簧，以免滑塊沖出）。整個導軌安置在矩形梁上，梁下有三個用來調(diào)節(jié)水平的底腳螺絲。（3）滑塊、（）是實驗中相互碰撞的兩物體，、滑塊的內(nèi)表面可與氣軌密切配合；上部裝有“凹”字形的檔光片，一端裝有緩沖彈簧，另一端

12、粘有尼龍搭扣，一端粘有尼龍搭扣，另一端為光滑端。（4）光電計時測速系統(tǒng)由光電門、數(shù)字毫秒計（包括滑塊上的檔光片）組成。 光電門是計時系統(tǒng)的信號接收裝置，主要由安裝在支架上的小聚光燈和光敏管組成，也有使用紅外發(fā)光二極管和紅外光敏三極管組成的光電門。聚光燈和光敏管對置于軌道兩側(cè)，工作時聚光燈發(fā)光，光敏管接收光電信號。利用光敏管所接收的光照變化來控制毫秒計的“計”和“?！?，實現(xiàn)計時。 光電計時器在本實驗的工作特點是：光敏管第一次被遮光，開始計時，第二次被遮光，計時停止，故計時器記錄的是兩次遮光的時間間隔。x固連于滑塊上的擋光片的有效部分為“凹”字形鋁片，當擋光片隨同滑塊通過光電門時，就使光敏管受到兩

13、次遮光，從而使計時器記下一段時間與此段時間對應的擋光片的有效寬度，如圖2所示。運動方向圖2 檔光片運動示意圖于是滑塊通過光電門的平均速度為 （1）不大，可將近似地視為瞬時速度。本實驗中，、上的擋光片的有效寬度分別為cm、cm. 毫秒計的用法此處不再詳述。【實驗原理】二、速度與加速度物體作直線運動時，如果在時間間隔內(nèi)，通過的位移為，則物體在的時間間隔內(nèi)的平均速度v為： （8）當趨近于零時，平均速度的極限值就是該時刻（或是該位置）的瞬時速度。當滑塊在氣墊導軌上運動時，通過測量滑塊上的檔光片經(jīng)過光電門的檔光時間與檔光片的寬度（見圖2），即可求出滑塊在時間內(nèi)的平均速度v。由于檔光片寬度比較窄，可以把平

14、均速度近似地看成滑塊通過光電門的瞬時速度。檔光片愈窄，相應的就愈小，平均速度就更為準確地反映滑塊在經(jīng)過光電門位置時的瞬時速度。本實驗中，滑塊上的u型擋光片的寬度為cm，條形擋光片的寬度為cm在水平氣軌上的滑塊，如果受到水平方向的恒力作用（這個恒力由加上質(zhì)量為m的重物來提供），則滑塊在氣軌上作勻加速度運動。分別測量滑塊通過兩個光電門時的初速度和末速度，并測出兩個光電門的間距s，則滑塊的加速度a為： （9）又設(shè)重物的質(zhì)量為m，滑塊的質(zhì)量為m，根據(jù)牛頓第二定律有： mg=（m+ m）a （10）則 （11） 【實驗步驟】 二、速度、加速度的測量1檢查光電門，使存儲式數(shù)字毫秒計處于正常工作狀態(tài)（電腦計

15、時器的使用參看說明書）。2觀察勻速直線運動測量速度輕輕推動滑塊，觀察滑塊在氣軌上的運動，包括和氣軌兩端的緩沖彈簧的碰撞情況。分別記下滑塊經(jīng)過兩個光電門時的速度v1和v2，試比較v1和v2的數(shù)值，若v1和v2之間的差別小于v1（或v2）的1時，則導軌接近水平，此時可近似認為滑塊作勻速直線運動；若v1和v2相差較大，可通過調(diào)節(jié)導軌底座螺釘使導軌水平。熟悉測量滑塊的速度。3氣墊導軌調(diào)水平后，根據(jù)表2測量滑塊在導軌上作勻速直線運動時任一位置處的瞬時速度v。4加速度的測量（1）在滑塊的一端利用掛鉤的絲線加上質(zhì)量為m的物體，讓滑塊在物體的重力作用下運動，記錄滑塊經(jīng)過兩光電門后計時器所顯示的時間t1、t2或

16、即時速度v1、v2(取決于電腦計時器的功能)，其中，（為擋光片的計時寬度）。將數(shù)據(jù)記入表3中，則滑塊運動的加速度a可按式（9）計算。（2）利用天平分別測出滑塊與物體的質(zhì)量，根據(jù)式（11）求重力加速度g?！緮?shù)據(jù)記錄與處理】3速度、加速度的測量數(shù)據(jù)記錄表如下表2、表3。表2 速度的測量數(shù)據(jù)待測量次數(shù) (m) (s，ms)v(m/s)123456平均值表3 加速度的測量數(shù)據(jù)待測量次數(shù) (m)t1(s，ms)t2(s，ms)a(m/s2)123456【注意事項】1.使用氣墊導軌時，切勿頻繁用手觸碰導軌，以免加大導軌摩擦力。2.進行測量時，應保證導軌先通氣，再放滑塊。3.氣泵勿長時間工作，容易發(fā)熱而導致

17、充氣?！舅伎碱}】1、設(shè)毫秒計光電門性能正常，但滑塊通過光電門時出現(xiàn)下列情況：毫秒計不計時；毫秒計計時不停，請問各是什么原因造成的。2、你還能想出驗證機械能守恒的其它方法嗎？ 實驗九 三線擺測量剛體的轉(zhuǎn)動慣量轉(zhuǎn)動慣量是剛體轉(zhuǎn)動時慣性大小的量度，它與剛體的質(zhì)量分布和轉(zhuǎn)軸的位置有關(guān)。對于質(zhì)量分布均勻、外形不復雜的剛體，測出其外形尺寸及質(zhì)量，就可以計算出其轉(zhuǎn)動慣量；而對于外形復雜、質(zhì)量分布不均勻的剛體，其轉(zhuǎn)動慣量就難以計算，通常利用轉(zhuǎn)動實驗來測定。三線擺就是測量剛體轉(zhuǎn)動慣量的基本方法之一。【實驗目的】1. 學會正確測量長度、質(zhì)量和時間。2. 學習用三線擺測量圓盤、圓環(huán)及圓柱繞對稱軸的轉(zhuǎn)動慣量?！緦嶒瀮x

18、器】dh4601轉(zhuǎn)動慣量測試儀1臺、實驗機架1套、圓環(huán)1塊、圓柱體2個等。【實驗原理】圖1是三線擺實驗裝置示意圖。圖1 三線擺實驗裝置圖三線擺是由上、下兩個勻質(zhì)圓盤，用三條等長的擺線（擺線為不易拉伸的細線）連接而成。上、下圓盤的系線點構(gòu)成等邊三角形，下盤處于懸掛狀態(tài)，并可繞軸線作扭轉(zhuǎn)擺動，稱為擺盤。由于三線擺的擺動周期與擺盤的轉(zhuǎn)動慣量有一定關(guān)系，所以把待測樣品放在擺盤上后，三線擺系統(tǒng)的擺動周期就要相應的隨之改變。這樣，根據(jù)擺動周期、擺動質(zhì)量以及有關(guān)的參量，就能求出擺盤系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量。當下盤扭轉(zhuǎn)振動，其轉(zhuǎn)角很小時，其扭動是一個簡諧振動，其運動方程為： （1）當擺離開平衡位置最遠時，其重心升高，根

19、據(jù)機械能守恒定律有： （2）而： （3） （4）將式（4）代入式（2）得 （5）圖2 三線擺原理圖從圖2三線擺原理圖中的幾何關(guān)系中可得： （6）簡化得 ： （7）略去，且取，則有代入式（5）得： （8）通過式（8）就可求出物體繞中心軸的轉(zhuǎn)動慣量。式中各物理量的意義如下：為下盤的質(zhì)量；、分別為上下懸點離各自圓盤中心的距離；為平衡時上下盤間的垂直距離；為下盤作簡諧運動的周期，為重力加速度（在武漢地區(qū)）。將質(zhì)量為的待測物體放在下盤上，并使待測剛體的轉(zhuǎn)軸與軸重合。測出此時擺運動周期和上下圓盤間的垂直距離。同理可求得待測剛體和下圓盤對中心轉(zhuǎn)軸軸的總轉(zhuǎn)動慣量為： （9）如不計因重量變化而引起懸線伸長， 則

20、有。那么，待測物體繞中心軸的轉(zhuǎn)動慣量為： （10） 因此，通過長度、質(zhì)量和時間的測量，便可求出剛體繞某軸的轉(zhuǎn)動慣量?！緦嶒灢襟E】（1）整個實驗裝置如圖3所示。首先調(diào)整下盤水平：將水準儀置于下盤任意兩懸線之間，調(diào)整小圓盤上的三個旋扭，改變?nèi)龖揖€的長度，直至下盤水平。圖3 三線擺設(shè)備全圖（2）測量空盤繞中心軸轉(zhuǎn)動的運動周期：輕輕轉(zhuǎn)動上盤，帶動下盤轉(zhuǎn)動，這樣可以避免三線擺在作扭擺運動時發(fā)生晃動。注意扭擺的轉(zhuǎn)角控制在以內(nèi)。打開數(shù)字計時器的電源，程序預置周期為t=30（數(shù)顯），即三線擺來回經(jīng)過計時器配套光電門的次數(shù)為t=2n+1次。據(jù)具體要求，若要設(shè)置35次，先按“置數(shù)”開鎖，再按上調(diào)（或下調(diào)）改變周期

21、t，再按“置數(shù)”鎖定，此時，即可按執(zhí)行鍵開始計時，信號燈不停閃爍，即為計時狀態(tài)。當物體經(jīng)過光電門的周期次數(shù)達到設(shè)定值，數(shù)顯將顯示具體時間，單位“秒”。須再執(zhí)行“35”周期時，無須重設(shè)置，只要按“返回”即可回到上次剛執(zhí)行的周期數(shù)“35”，再按“執(zhí)行”鍵，便可以第二次計時。（當斷電再開機時，程序從頭預置30次周期，須重復上述步驟）。（3）測出待測圓環(huán)與下盤共同轉(zhuǎn)動的周期：將待測圓環(huán)置于下盤上，注意使兩者中心重合，按同樣的方法測出它們一起運動的周期。（4）測出兩個小圓柱體（對稱放置）與下盤共同轉(zhuǎn)動的周期t 2。（5）測出上下圓盤三懸點之間的距離和，然后算出懸點到中心的距離和。因下盤對稱懸掛，使三懸點

22、正好聯(lián)成一個正三角形。若測得兩懸點間的距離為l，則圓盤的有效半徑r（圓心到懸點的距離）等于。（6）其它物理量的測量：用米尺測出兩圓盤之間的垂直距離和放置兩小圓柱體小孔間距；用游標卡尺測出待測圓環(huán)的內(nèi)、外直徑、和小圓柱體的直徑。（7）記錄各剛體的質(zhì)量。【數(shù)據(jù)記錄與處理】1.實驗數(shù)據(jù)記錄 下盤質(zhì)量 待測圓環(huán)質(zhì)量 圓柱體質(zhì)量表1 累積法測周期數(shù)據(jù)記錄參考表格擺動50次所需時間單位（s）下盤下盤加圓環(huán)下盤加兩圓柱111222333444555666平均平均平均周 期 表2 長度多次測量數(shù)據(jù)記錄表項目 次數(shù)上盤懸孔間 距下盤懸孔間 距待測圓環(huán)小圓柱直 徑放置小圓柱體兩小孔間距外直徑內(nèi)直徑123456 平

23、均2通過公式計算出；3利用公式計算出待測圓環(huán)的轉(zhuǎn)動慣量i1。并與理論值計算值比較，求相對誤差并進行討論。已知理想圓環(huán)繞中心軸轉(zhuǎn)動慣量的計算公式為。4利用公式計算出待測圓環(huán)的轉(zhuǎn)動慣量i2。求出圓柱體繞自身軸的轉(zhuǎn)動慣量，并與理論計算值比較，驗證平行軸定理?！咀⒁馐马棥?.圓盤應盡可能消除擺動之外的振動；2.防止游標卡尺的刀口割壞懸線?！舅伎碱}】1用三線擺測剛體轉(zhuǎn)動慣量時，為什么必須保持下盤水平？2在測量過程中，如下盤出現(xiàn)晃動，對周期有測量有影響嗎？如有影響，應如何避免之？3測量圓環(huán)的轉(zhuǎn)動慣量時，若圓環(huán)的轉(zhuǎn)軸與下盤轉(zhuǎn)軸不重合，對實驗結(jié)果有何影響？4如何利用三線擺測定任意形狀的物體繞某軸的轉(zhuǎn)動慣量？實

24、驗十一 用拉伸法測楊氏模量【實驗目的】1.掌握拉伸法測定金屬楊氏模量的方法；2.學習用光杠桿放大測量微小長度變化量的方法；3.學習用作圖法處理數(shù)據(jù)?！緦嶒瀮x器】ly-1型 ccd楊氏模量測量儀【實驗原理】一、楊氏模量任何固體在外力使用下都要發(fā)生形變，最簡單的形變就是物體受外力拉伸（或壓縮）時發(fā)生的伸長（或縮短）形變。本實驗研究的是棒狀物體彈性形變中的伸長形變。設(shè)金屬絲的長度為l，截面積為s，一端固定，另一端在延長度方向上受力為f，并伸長，如圖1所示，比值是物體的相對伸長，叫應變。是物體單位面積上的作用力，叫應力。 圖1 金屬絲彈性形變圖根據(jù)胡克定律，在物體的彈性限度內(nèi)，物體的應力與應變成正比，

25、即 （1）則有： （2）（1）式中的比例系數(shù)e稱為楊氏彈性模量（簡稱楊氏模量）。 實驗證明：楊氏模量e與外力f、物體長度l以及截面積s的大小均無關(guān)，而只取決定于物體的材料本身的性質(zhì)。它是表征固體性質(zhì)的一個物理量。根據(jù)（2）式，如果能夠把等式右邊各量均測出，楊氏模量便可求得。（1）式中的f、s、l三個量都可用一般方法測得。唯有是一個微小的變化量，用一般量具難以測準。本實驗采用ly-1型 ccd楊氏模量測量儀進行測量。二、測量原理ly-1型 ccd楊氏模量測量儀如圖2所示。整套實驗設(shè)備包含：鉬絲、立柱、讀數(shù)顯微鏡、ccd攝像機、視頻監(jiān)視器。 圖2 ly-1型 ccd楊氏模量測量儀 在兩根立柱之間安

26、裝上下兩個橫梁。金屬絲一端被上梁側(cè)面的一付夾板夾牢，另一端用小夾板夾在連接方框上，方框下旋進一個螺釘?shù)跗痦来a盤，框子的側(cè)面固定一個十字叉絲板，下梁一側(cè)有連接框的防擺動裝置，只需將2個螺絲調(diào)到適當位置，就能夠限制增減砝碼引起的連接框的扭轉(zhuǎn)和擺動。立柱旁設(shè)砝碼架，附200g砝碼9個，100g砝碼1個，可按需要組成200 g、400 g、600g和300 g、600 g、900 g 等不同序列進行等間隔量。懸垂的金屬絲下端連著十字叉絲板和砝碼盤，如圖3所示，當盤中加上質(zhì)量為m的砝碼時，金屬絲受力增加了g（n）。十字叉絲隨著金屬絲的伸長同樣下降。而叉絲板通過顯微鏡的1物鏡成像在最小分度為0.05 mm

27、的分劃板上，再被目鏡放大，所以能夠用眼睛通過顯微鏡對做直接測量。ccd攝像機的鏡頭將顯微鏡的光學圖像會聚到ccd（電荷耦合器件）上，再變成視頻電信號，經(jīng)視頻電纜傳送到圖文監(jiān)視器，即可供幾個人同時觀測。采用ccd系統(tǒng)代替眼睛更便于觀測，并且能夠減輕視疲勞。圖3 系統(tǒng)框圖【實驗步驟】（1）調(diào)節(jié)底腳螺絲，使儀器底座水平（可用水準器），再用上梁的微調(diào)旋鈕調(diào)節(jié)夾板的水平，直到穿過夾板的細絲不靠貼小孔內(nèi)壁。然后調(diào)節(jié)下梁一側(cè)的防擺動裝置，將兩個螺絲分別旋進鉛直細絲下連接框兩側(cè)的“v”形槽，并與框體之間形成兩個很小的間隙，以便能夠上下自由移動，又能避免發(fā)生扭轉(zhuǎn)和擺動現(xiàn)象。（2）將顯微鏡筒裝到支架上，插入磁性座

28、，緊靠定位板直邊。按顯微鏡工作距離大致確定物鏡與被測十字叉絲屏的距離之后，用眼睛對準鏡筒，轉(zhuǎn)動目鏡，對分劃板調(diào)焦，然后沿定位板微移磁性座，在分劃板上找到十字叉絲像，經(jīng)磁性座升降微調(diào)，使微尺分劃板的零線（或0-1mm之間的其他位置）對準十字叉絲的橫線，并微調(diào)目鏡，盡量消除視差。最后鎖住磁性底座。（3）將一個專用支桿旋進攝像機下的螺紋孔，插入二維調(diào)節(jié)磁性座，使底座的刨光面緊靠定位板直邊，鏡頭對準顯微鏡，與目鏡相距約1cm。然后鎖緊支桿。攝像機的后面板示于圖4。圖4 ccd攝像機面板示意圖用75視頻電纜線的一端接攝像機背面的視頻輸出口（video out），另一端接監(jiān)視器背面的視頻輸入（in）口。將

29、專用12v直流電源的輸出插頭接到dc12電源輸出口（dc12v in）內(nèi)。（4）屏幕正下方有4個旋鈕，自左至右依次調(diào)節(jié)水平掃描、垂直掃描、亮度和對比度。將監(jiān)視器背后的電源插頭插到220v插座內(nèi)，并按一下屏幕右下方的開關(guān)之后，幾秒鐘內(nèi)顯示屏即出現(xiàn)圖像。調(diào)節(jié)水平和垂直掃描使圖像穩(wěn)定。實驗中對比度宜大些，而亮度以適中為好。為了使圖像清晰還須適當調(diào)節(jié)攝像鏡頭（參見圖3）：先調(diào)節(jié)聚焦，順時針方向為遠（far），逆時針方向為近（near）。然后調(diào)光闌：順時針方向為關(guān)?。╟lose），逆時針方向為開大（open）。（5）記下待測細絲下的砝碼盤未加砝碼時監(jiān)視屏上顯示的毫米尺在十字叉絲橫絲上的讀數(shù)l0，以后在砝

30、碼盤上每增加一個m = 200g 的砝碼，先用天平稱得并記錄準確值，從屏上讀取一次數(shù)據(jù)li（i = 1，2，8）。然后逐一減掉砝碼，又從屏上讀取， ， 一組數(shù)據(jù)，兩組數(shù)據(jù)逐一取平均，得。待測細絲的長度可作多次測量?？紤]到細絲直徑d在各處可能存在的不均勻性，可取用螺旋測微器或數(shù)顯卡尺在6處測量的平均值。將前述原理公式分解整理即得： （3）其中g(shù)是當?shù)氐闹亓铀俣?，例如天津地區(qū)約為9.80。d是細絲的直徑，l為細絲的長度。【數(shù)據(jù)記錄與處理】1、 實驗數(shù)據(jù)記錄表格如表1所示。表1相關(guān)數(shù)據(jù)的測量次序砝碼質(zhì)量（g）li(加mm)lj(減mm)（mm）（mm）l(cm)d(mm)1200240036004

31、80051000-61200-71400-81600- （g）， （mm）。2、 利用公式計算出測量所得楊氏模量的結(jié)果及不確定度；【注意事項】1.楊氏模量儀一經(jīng)調(diào)好，中途不得再任意變動，否則所測數(shù)據(jù)無效。2.加、減砝碼要細心，須用手輕輕托住砝碼托盤，不得碰動儀器；而且需待鋼絲伸縮穩(wěn)定后方可讀數(shù)。3.在測量鋼絲伸長量過程中，不可中途停頓而改測其他物理量（如d、l），否則若中途受到另外干擾，則鋼絲的伸長（或縮短）值將發(fā)生變化，導致誤差增大。實驗八 示波器的使用【實驗目的】1了解示波器的結(jié)構(gòu)和示波器的示波原理；2掌握示波器的使用方法，學會用示波器觀察各種信號的波形；3學會用示波器測量直流、正弦交流信

32、號電壓；4觀察利薩如圖，學會測量正弦信號頻率的方法。【實驗儀器】yb4320/20a/40雙蹤示波器，函數(shù)信號發(fā)生器。圖1實驗儀器實物圖【實驗原理】示波器是一種能觀察各種電信號波形并可測量其電壓、頻率等的電子測量儀器。示波器還能對一些能轉(zhuǎn)化成電信號的非電量進行觀測，因而它還是一種應用非常廣泛的、通用的電子顯示器。1示波器的基本結(jié)構(gòu)示波器的型號很多，但其基本結(jié)構(gòu)類似。示波器主要是由示波管、x軸與y軸衰減器和放大器、鋸齒波發(fā)生器、整步電路、和電源等幾步分組成。其框圖如圖2所示圖2 示波器原理框圖 (1) 示波管示波管由電子槍、偏轉(zhuǎn)板、顯示屏組成。電子槍：由燈絲h、陰極k、控制柵極g、第一陽極a1、

33、第二陽極a2組成。燈絲通電發(fā)熱，使陰極受熱后發(fā)射大量電子并經(jīng)柵極孔出射。這束發(fā)散的電子經(jīng)圓筒狀的第一陽極a1和第二陽極a2所產(chǎn)生的電場加速后會聚于熒光屏上一點，稱為聚焦。a1與k 之間的電壓通常為幾百伏特，可用電位器w2調(diào)節(jié)，a1與k之間的電壓除有加速電子的作用外，主要是達到聚焦電子的目的，所以a1稱為聚焦陽極。w2即為示波器面板上的聚焦旋鈕。a2與k之間的電壓為1千多伏以上，可通過電位器w3調(diào)節(jié)，a2與k之間的電壓除了有聚焦電子的作用外，主要是達到加速電子的作用，因其對電子的加速作用比a1大得多，故稱a2為加速陽極。在有的示波器面板上設(shè)有w3，并稱其為輔助聚焦旋鈕。在柵極g與陽極k之間加了一

34、負電壓即ukug ，調(diào)節(jié)電位器w1可改變它們之間的電勢差。如果g、k間的負電壓的絕對值越小，通過g的電子就越多，電子束打到熒光屏上的光點就越亮，調(diào)節(jié)w1可調(diào)節(jié)光點的亮度。w1在示波器面板上為“輝度”旋鈕。偏轉(zhuǎn)板：水平(x軸)偏轉(zhuǎn)板由d1、d2組成，垂直(y軸)偏轉(zhuǎn)板由d3、d4組成。偏轉(zhuǎn)板加上電壓后可改變電子束的運動方向，從而可改變電子束在熒光屏上產(chǎn)生的亮點的位置。電子束偏轉(zhuǎn)的距離與偏轉(zhuǎn)板兩極板間的電勢差成正比。顯示屏：顯示屏是在示波器底部玻璃內(nèi)涂上一層熒光物質(zhì)，高速電子打在上面就會發(fā)熒光，單位時間打在上面的電子越多，電子的速度越大光點的輝度就越大。熒光屏上的發(fā)光能持續(xù)一段時間稱為余輝時間。按

35、余輝的長短，示波器分為長、中、短余輝三種。（2）x軸與y軸衰減器和放大器示波管偏轉(zhuǎn)板的靈敏度較低(約為0.11mm/v)當輸入信號電壓不大時，熒光屏上的光點偏移很小而無法觀測。因而要對信號電壓放大后再加到偏轉(zhuǎn)板上，為此在示波器中設(shè)置了x軸與y軸放大器。當輸入信號電壓很大時，放大器無法正常工作，使輸入信號發(fā)生畸變，甚至使儀器損壞，因此在放大器前級設(shè)置有衰減器。x軸與y軸衰減器和放大器配合使用，以滿足對各種信號觀測的要求。（3） 鋸齒波發(fā)生器鋸齒波發(fā)生器能在示波器本機內(nèi)產(chǎn)生一種隨時間變化類似于鋸齒狀、頻率調(diào)節(jié)范圍很寬的電壓波形，稱為鋸齒波，作為x軸偏轉(zhuǎn)板的掃描電壓。鋸齒波頻率的調(diào)節(jié)可由示波器面板上

36、的旋鈕控制。鋸齒波電壓較低，必須經(jīng)x軸放大器放大后，再加到x軸偏轉(zhuǎn)板上，使電子束產(chǎn)生水平掃描，即使顯示屏上的水平坐標變成時間坐標，來展開y軸輸入的待測信號。2示波器的示波原理示波器能使一個隨時間變化的電壓波形顯示在熒光屏上，是靠兩對偏轉(zhuǎn)板對電子束的控制作用來實現(xiàn)的。如圖3a 所示，y軸不加電壓時，x軸加一由本機產(chǎn)生的鋸齒波電壓ux ，ux=0時電子在e的作用下偏至a點，隨著ux 線性增大，電子向b偏轉(zhuǎn)，經(jīng)一周期時間tx ，ux達到最大值uxm， 電子偏至b點。下一周期，電子將重復上述掃描，就會在熒光屏上形成一水平掃描線ab。圖3 偏轉(zhuǎn)板加電壓時電子的偏轉(zhuǎn)情況如圖3 b所示，y軸加一正弦信號uy

37、 ，x軸不加鋸齒波信號，則電子束產(chǎn)生的光點只作上下方向上的振動，電壓頻率較高時則形成一條豎直的亮線cd。如圖4所示，y軸加一正弦電壓uy ，x軸加上鋸齒波電壓ux ，且fx=fy ， 這時光點的運動軌跡是x軸和y軸運動的合成。最終在熒光屏上顯示出一完整周期的uy波形。3整步從上述分析中可知，要在熒光屏上呈現(xiàn)穩(wěn)定的電壓波形，待測信號的頻率f y必須與掃描信號頻率fx相等或是其整數(shù)倍，即fy=nfx(或tx= nty)，只有滿足這樣的條件時，掃描軌跡才是重合的，故形成穩(wěn)定的波形。通過改變示波器上的掃描頻率旋鈕，可以改變掃描頻率fx ，使fy=nfx條件滿足。但由于fx的頻率受到電路噪聲的干擾而不穩(wěn)

38、定，fy=nfx的關(guān)系常被破壞，這就要用整步(或稱同步)的辦法來解決。即從外面引入一頻率穩(wěn)定的信號(外整步)或者把待測信號(內(nèi)整步)加到鋸齒波發(fā)生器上，使其受到自動控制來保持fy=nfx的關(guān)系，從而使熒光屏上獲得穩(wěn)定的待測信號波形。圖4 示波器的示波原理圖解【實驗儀器介紹】現(xiàn)以yb4320/20a/40雙蹤示波器為例（面版見圖5所示），介紹示波器的一般使用方法：圖5 yb4320/20a/40/60前面板示意圖一、yb4320/20a/40/60型雙蹤示波器旋鈕和開關(guān)的功能a電源及示波管控制系統(tǒng)交流電源插座，該插座下端裝有保險絲管。電源開關(guān)（power）：按鍵彈出即為“關(guān)位置”。按下為“開”位

39、置。電源指示燈：電源按通時，指示燈亮。亮度旋鈕（intensity）；順時針方向旋轉(zhuǎn)，亮度增強。聚焦旋鈕（fosus、）：用來調(diào)節(jié)光跡及波形的清晰度。光跡旋轉(zhuǎn)旋鈕（trace rotation）：用于調(diào)節(jié)光跡與水平刻度線平行?？潭日彰餍o（scale illum）：用于調(diào)節(jié)屏幕刻度亮度。b垂直系統(tǒng)（30）通道1輸入端ch1 input （x）：用于垂直方向輸入。在xy方式時輸入端的信號成為x信號。（22）（29）、交流接地直流 耦合選擇開關(guān)（acgnddc）選擇垂直放大器的耦合方式。交流(ac)：垂直輸入端由電容器來耦合接地(gnd)：放大器的輸入端接地直流(dc)：垂直放大器輸入端與信號直接

40、耦合。（26）（33）：衰減開關(guān)（volt/div）：用于選擇垂直偏轉(zhuǎn)靈敏度的調(diào)節(jié)。如果使用的是10：1探頭。計算時將幅度10。（25）（32）：垂直微調(diào)旋鈕（varible）垂直微調(diào)用于連續(xù)改變電壓偏轉(zhuǎn)靈敏度。此旋鈕在正常情況下，應位于順時針方向旋到底的位置。將旋鈕逆時針方向旋到底垂直方向的靈敏度下降到2.5倍以上。(20)（36）：ch15擴展，ch25擴展（ch15mag，ch25mag），按下5擴展鍵，垂直方向的信號擴大5倍，最高靈敏度為1mv/div。（23）（35）：垂直移位（position）調(diào)節(jié)光跡在屏幕中的垂直位置。垂直方式工作按鈕（vertical mode）垂直方向的工作

41、方式選擇。（34）：通道1選擇（ch1）：屏幕上僅顯示ch1的信號。（28）：通道2選擇（ch2）：屏幕上僅顯示ch2的信號。（34）（28）：雙蹤選擇（dval）：同時按下ch1 和ch2按鈕，屏幕上會出現(xiàn)雙蹤并自動以斷續(xù)或交替方式同時顯示ch1 和ch2的信號。（31）：疊加（add）：顯示ch1 和ch2輸入電壓的代數(shù)和。（21）：ch2極性開關(guān)（invert）：按此開關(guān)時ch2顯示反相電壓值。c水平方向部分（15）：掃描時間因數(shù)選擇開關(guān)（time/div）：共20檔。在0.1s/div0.2s/div范圍選擇掃描速率。（11）：xy控制鍵。選擇xy工作方式時，垂直偏轉(zhuǎn)信號接入ch2輸入

42、端，水平偏轉(zhuǎn)信號接入ch1輸入端。（23）：通道2垂直移位鍵（position）：控制通道2信號在屏幕中的垂直位置，當工作在xy方式時，該鍵用于y方向的移位。（12）：掃描微調(diào)控制鍵（varible）：此旋鈕以順時針旋轉(zhuǎn)到底時處于校準位置，掃描由time/div開關(guān)指示。該旋鈕逆時針方向旋轉(zhuǎn)到底，掃描減慢2.5倍以上。正常工作時，該旋鈕位于“校準”位置。（14）：水平移位（position）：用于調(diào)節(jié)軌跡在水平方向移動。順時針方向旋轉(zhuǎn)，光跡右移，逆時針方向旋轉(zhuǎn)，光跡左移。（9）：擴展控制鍵（mag5）、(mag10,僅yb4360)按下去時,掃描因數(shù)5擴展或10擴展.。掃描時間是time/di

43、v開關(guān)指示數(shù)值的1/5或1/10。例如，用5擴展時，100s/div為20s/div。部分波形的擴展：將波形的尖端移到水平尺寸的中心，按下5或10擴展按鈕，波形將擴展5倍或10倍。（8）：alt擴展按鈕（altmag）：按下此鍵，掃描因數(shù)1；5或10同時顯示。此時要把放大部分移到屏幕中心，按下altmag鍵。擴展以后的光跡可由光跡分離控制鍵（13）移位距1光跡1.5div或更遠的地方。同時使用垂直雙蹤方式和水平altmag可在屏幕上同時顯示四條光跡。 d觸發(fā)（trig）（18）：觸發(fā)源選擇開關(guān)（sovrce）：選擇觸發(fā)信號源。內(nèi)觸發(fā)（int）：ch1或ch2上的輸入信號是觸發(fā)信號。通道2觸發(fā)（

44、ch2）：ch2上的輸入信號是觸發(fā)信號。電源觸發(fā)（line）：電源頻率成為觸發(fā)信號。外觸發(fā)（ext）：觸發(fā)輸入上的觸發(fā)信號是外部信號，用于特殊信號的觸發(fā)。（43）：交替觸發(fā)（alt trig）：在雙蹤交替顯示時，觸發(fā)信號交替來自于兩個y通道，此方式可用于同時觀察兩路不相關(guān)的信號。（19）：外觸發(fā)輸入插座（ext inpvt）：用于外部觸發(fā)信號的輸入。（17）：觸發(fā)電平旋鈕（trig level）：用于調(diào)節(jié)被測信號在某一電平觸發(fā)同步。（10）：觸發(fā)極性按鈕（slope）：觸發(fā)極性選擇 。用于選擇信號的上升沿和下降沿觸發(fā)。（16）：觸發(fā)方式選擇（trig mode）：自動（auto）：在自動掃描方

45、式時，掃描電路自動進行掃描。在沒有信號輸入或輸入信號沒有被觸發(fā)同步時，屏幕上仍然可以顯示掃描基線。常態(tài)（norm）：有觸發(fā)信號才能掃描，否則屏幕上無掃描線顯示。當輸入信號頻率低于20hz時，用常態(tài)觸發(fā)方式。（41）：z軸輸入連接器（后面板） （z axts inpvt）：z軸輸入端。加入正信號時，輝度降低；加入負信號時，輝度增加。常態(tài)下的5vp-p的信號能產(chǎn)生明顯的輝度調(diào)節(jié)。（39）：通道1輸出（ch1 ovt）：通道1信號輸出連接器，可用于頻率計數(shù)器輸入信號。（7）：校準信號（cal）：電壓幅度為0.5vp-p頻率為1khz的方波信號。（27）：接地柱：接地端?！緦嶒灢襟E】1調(diào)整示波器，觀察

46、正弦波波形首先熟悉雙蹤示波器控制面板上各控制鍵位的作用。然后將函數(shù)信號發(fā)生器的輸出端接示波器的“y軸輸入”端，觀察正弦波信號的波形。調(diào)節(jié)示波器的有關(guān)旋鈕，使熒光屏上出現(xiàn)穩(wěn)定的波形。把有關(guān)數(shù)據(jù)記錄在表1中。2電壓測量（1）電壓的定量測量。將“v/div”微調(diào)置于“cal”位置，就可以進行電壓的定量測量。測量值可由下列公式計算后得到：用探頭“1位置”進行測量時，其電壓值為：v=v/div設(shè)定值信號顯示幅度（div） 用探頭“10位置”進行測量時，其電壓值為：u=v/div設(shè)定值信號顯示幅度（div）10。（2）直流電壓測量。該儀器具有高輸入阻抗，高靈敏度和快速響應的優(yōu)勢，下面介紹測量過程：將y軸輸

47、入耦合選擇開關(guān)置于“”，“電平”置于“自動”。屏幕上形成一水平掃描基線，將“v/div ”與“t/div ”置于適當?shù)奈恢茫摇皏/div ”的微調(diào)旋鈕置于校準位置，調(diào)節(jié)y軸位移，使水平掃描基線處于熒光屏上標的某一特定基準(0伏)。 將“掃描方式”開關(guān)置“auto”（自動）位置，選擇“掃描速度”使掃描光跡不發(fā)生閃爍的現(xiàn)象。 將“acgnddc”開關(guān)置“dc”位置，且將被測電壓加到輸入端。掃描線的垂直位移即為信號的電壓幅度。如果掃描線上移，則被測電壓相對地電位為正；如果掃描線下移，則該電壓相對地電位為負。電壓 值可用上面公式求出。例如，將探頭衰減比置于10位置，垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)（v/div）置于“0

48、.5v/div”，微調(diào)旋鈕置于“cal”位置，所測得的掃描光跡偏高5div。根據(jù)公式，被測電壓為：0.5(v/div)5(div)10=25v圖6 交流電壓測量測三次直流電壓值，取其平均值。圖7脈沖寬度測量（3）交流電壓測量。調(diào)節(jié)“v/div”切換開關(guān)到合適的位置，以獲得一個易于讀取的信號幅度。從下面圖6所示的圖形中讀出該幅度并用公式計算之。當測量疊加在直流電壓上的交流電壓時，將“ac-gnd-dc”開關(guān)置于dc位置時就可測出所包含直流分量的值。如果僅需測量交流分量，則將該開關(guān)置于“ac”位置。按這種方法測得的值為峰峰值電壓（vpp）。正弦波信號有效值為：。測三次，取平均值，計算出其有效值。記

49、入表3中。例如，將探頭衰減比置于1的位置，垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)（v/div）置“5v/div”位置，“微調(diào)”旋鈕置于“校正（cal）”位置，所測得波形峰一峰值為6格（見圖6所示）。則upp=5（v/div）6(div)=30v有效值電壓為：v=30/=10.6（v）。3相位測量圖8 相位測量兩個信號之間相位差的測量可以利用儀器的雙蹤顯示功能進行。如圖10給出了兩個具有相同頻率的超前和滯后的正弦波信號，用雙蹤方波器顯示的例子。此時，“觸發(fā)源”開關(guān)必須置于超前信號相連接的通道，同時調(diào)節(jié)“time/div”開關(guān)，使顯示的正弦波波形大于1個周期，如圖8所示。一個周期占6格，則1格刻度代表波形相位60，故相位差

50、=（div）數(shù)2/div/周期=1.5360/6=90。4觀察利薩如圖將按鈕“xy”按下，此時由“ch1”端口輸入的信號就為x軸信號，其偏轉(zhuǎn)靈敏度仍按該通道的垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)開關(guān)指示值讀取，從“ch2”端口輸入y軸信號，這時示波器就工作在x-y顯示方式。在示波器x軸和y軸同時各輸入正弦信號時，光點的運動是兩個相互垂直諧振動的合成，若它們的頻率的比值fx：fy =整數(shù)時，合成的軌跡是一個封閉的圖形，稱為李薩如圖。李薩如圖的圖形與頻率比和兩信號的位相差都有關(guān)系，但李薩如圖與兩信號的頻率比有如下簡單的關(guān)系 ：nx，ny分另為李薩如圖的外切水平線的切點數(shù)和外切垂直線的切點數(shù)，如圖11所示 。圖9 李薩如圖因此，如fx 、fy 中有一個已知且觀察它們形成的李薩如圖，得到外切水平線和外切垂直線的切點數(shù)之比，即可測出另一個信號的頻率。實驗時，x軸輸入某一頻率的正弦信號作為標