弦線上橫波傳播規(guī)律的研究

1、 實(shí)驗一實(shí)驗一 弦線上橫波傳播規(guī)律的研究弦線上橫波傳播規(guī)律的研究 在生活、生產(chǎn)和科學(xué)研究領(lǐng)域中駐波現(xiàn)象很普遍，它的應(yīng) 用也比較廣泛。青少年學(xué)生對駐波現(xiàn)象應(yīng)有所認(rèn)識和了 解，知道它是由波的干涉所形成。本實(shí)驗利用駐波原理測 量橫波的波長，使用 SWV-1 弦線波振動實(shí)驗儀，研究弦線 上橫波的傳播規(guī)律。 一、實(shí)驗?zāi)康模阂?、?shí)驗?zāi)康模?觀察駐波現(xiàn)象。 學(xué)習(xí)利用駐波原理測量橫波波長的方法。 驗證弦線上橫波的傳播規(guī)律。 了解駐波與生活、生產(chǎn)和科研的聯(lián)系。 二、實(shí)驗原理：二、實(shí)驗原理： 沿弦線傳播的橫波其運(yùn)動方程和波動方程分別為： 2 2 2 2 x yT t y （T 為張力， 為線密度） (1) （v

2、為波的傳播速度） （2） 2 2 2 2 2 x y v t y 相比較可得： T v = f （f為頻率，為波長） T f 1 （3） 將（3）兩邊取對數(shù)，得： fTlnln 2 1 ln 2 1 ln （4） 實(shí)驗將證明（4）式成立。 三、三、 實(shí)驗器材：實(shí)驗器材： SWV-1弦線波振動實(shí)驗儀、弦線、砝碼盤及砝碼。 實(shí)驗儀器示意圖： 四、四、 實(shí)驗內(nèi)容：實(shí)驗內(nèi)容： 1觀察駐波現(xiàn)象。 2固定張力T和弦線長度，改變振動頻率f，測量波長。 作lnlnf圖。 3固定振動頻率和弦線長度，改變張力T，測定波長。 作lnlnM圖 五、實(shí)驗步驟：五、實(shí)驗步驟： 1、接通電源，打開面板上的電源開關(guān)，數(shù)碼管顯

3、示振動源的 振動頻率。按或鍵，改變振動源的振動頻率，調(diào)節(jié)面板 上振幅調(diào)節(jié)旋鈕，使振動源有振動輸出。左右移動可動滑輪B 的位置，在弦線上形成駐波。觀察駐波，學(xué)習(xí)測量波長。 2、固定砝碼質(zhì)量不變，改變振動源的頻率。每改變一次頻率， 均要左右移動可動滑輪B的位置，使弦線出現(xiàn)振幅較大而穩(wěn)定 的駐波。記錄振動頻率、砝碼質(zhì)量、測量弦線波長。 3、固定振動源的頻率，在砝碼盤上添加不同質(zhì)量的砝碼，以 改變同一弦線上的張力。每改變一次張力，均要左右移動可 動滑輪B的位置，使弦線出現(xiàn)振幅較大而穩(wěn)定的駐波。記錄振 動頻率、砝碼質(zhì)量，測量弦線波長。 實(shí)驗二實(shí)驗二 用冷卻法測定金屬的比熱容用冷卻法測定金屬的比熱容 本實(shí)

4、驗以銅樣品為標(biāo)準(zhǔn)樣品，采用冷卻法測定鐵、鋁樣 品在時的比熱容。 樣品溫度的變化由熱電偶溫度計反映。熱電偶數(shù)字顯示測溫 技術(shù)是當(dāng)前生產(chǎn)實(shí)際中常用的測試方法，它比用一般的溫度 計測溫有著測量范圍廣、計值精度高、可以自動補(bǔ)償熱電偶 的非線性因素等優(yōu)點(diǎn)。 一、實(shí)驗?zāi)康模阂?、?shí)驗?zāi)康模?1了解冷卻定律。 2學(xué)會用冷卻法測量金屬的比熱容。 3學(xué)習(xí)把曲線變?yōu)橹本€的一種數(shù)據(jù)處理方法。 二、二、 實(shí)驗原理：實(shí)驗原理： 將質(zhì)量為M1的金屬樣品加熱后，放在較低溫度的介質(zhì)中（例如 室溫的空氣），經(jīng)過對流，樣品將逐漸冷卻，單位時間內(nèi)其熱 量損失應(yīng)與溫度下降速率成正比，于是可得到關(guān)系式 ： （1） 式中表示單位時間內(nèi)樣品

5、因?qū)α鞫鴵p失的熱量，c1為金屬樣品 在溫度時的比熱容，為金屬樣品在溫度時的溫度下降速率。 根據(jù)冷卻定律，樣品因?qū)α鞫鴵p失的熱量由下式表示： （2） t Mc t Q 1 11 )( 0111 sa t Q 式中a1為熱交換系數(shù)，S1為樣品外表面的面積，為常數(shù)（強(qiáng) 迫對流時1，自然對流時54），為樣品溫度，為周圍 介質(zhì)的溫度。 由式（1）和（2）可得 )( 01 11 111 Mc Sa t （3） 對質(zhì)量為M2比熱容為c2的另一種樣品，則有同樣的表達(dá)式 )( 02 22 222 Mc Sa t （4） （3）和（4）相除，得 )( )( 021122 012211 2 1 McSa McSa

6、t t （5） 如果兩樣品的形狀與尺寸相同，即S1S2 ；兩樣品的表面狀 況也相同，而周圍介質(zhì)（空氣）的性質(zhì)也不變，則有a1 = a2。 于是，當(dāng)周圍介質(zhì)溫度不變，（即室溫度恒定）兩樣品又處于 相同溫度時，（5）也可以簡化為 2 2 1 1 12 t M t M cc （6） 21 tt 和分別是第一種樣品和第二種樣品在溫度時的冷卻速率。 根據(jù)冷卻規(guī)律，假設(shè)金屬固體在不太高的溫度范圍內(nèi)，比熱 容隨溫度變化很小，則（3）式可寫成： )( 0 1 11 cM Sa t （7） 兩邊取對數(shù)： 1 11 0 lg)lg(lg cM Sa t （8） 通過實(shí)驗，作出（ ）t冷卻曲線，在冷卻曲線上作 切線

7、，并求出曲線的斜率（如圖1），得到各溫度的冷卻速 率。 0 t 圖1 冷卻曲線 圖2 ）關(guān)系曲線（ 0 /t 在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上以 為橫軸，以 為縱軸， 作 圖（見圖2）。 0 t t 0 由（8）式可知各實(shí)驗點(diǎn)將連成一直線，直線的斜率為，截距 為lg（a1S1/cM1） ,將、a1S1/cM1代入（7）式，可得樣品冷 卻表達(dá)式。 如果已知標(biāo)準(zhǔn)金屬樣品的比熱容C1、質(zhì)量M1；待測樣品的質(zhì)量 M2及兩樣品在溫度時冷卻速率之比，通過（6）式就可以求出 待測的金屬材料的比熱容C2。 三、三、 實(shí)驗器材：實(shí)驗器材： DH4603冷卻法金屬比熱容測量儀，待測量的金屬材料銅、鐵和 鋁。 本實(shí)驗裝置（見上圖）

8、由加熱儀和測試儀組成。加熱儀的加熱裝 置可通過調(diào)節(jié)手輪自由升降。被測樣品安放在樣品室內(nèi)的底座上， 測溫?zé)犭娕挤胖糜诒粶y樣品內(nèi)的小孔中。當(dāng)加熱裝置向下移動到 底后，對被測樣品進(jìn)行加熱；樣品需要降溫時則將加熱裝置移上。 儀器內(nèi)設(shè)有自動控制限溫裝置，防止因長時間不切斷加熱電源而 引起溫度不斷升高。 四、四、 實(shí)驗內(nèi)容：實(shí)驗內(nèi)容： 1用電子天平秤出銅、鐵、鋁三種金屬樣品的質(zhì)量。 2測出銅、鐵、鋁三種金屬樣品在100時的冷卻速率。 3已知100時銅的比熱容Ccu=0.0940 cal/（gK），由式（6） 分別求出鐵和鋁在100時的比熱容。 100 )( t 五、實(shí)驗步驟：五、實(shí)驗步驟： 1、開機(jī)前先連

9、接好加熱儀和測試儀，共有加熱四芯線和熱電偶 線兩組線。 2選取長度、直徑、表面光潔度盡可能相同的銅、鐵、鋁三種 金屬樣品，用電子天平稱出它們的質(zhì)量，再根據(jù)MCuMFe MA1這一特點(diǎn)，把它們區(qū)別開來。 3將熱電偶的冷端置于冰水混合物中。將熱電偶端的銅導(dǎo)線與 數(shù)字表的正端相連，冷端銅導(dǎo)線與數(shù)字表的負(fù)端相連。 4按鐵、銅、鋁的次序分別將被測樣品安放在樣品室內(nèi)的底座 上，測溫?zé)犭娕挤胖糜诒粶y樣品內(nèi)的小孔中。當(dāng)加熱裝置向下移 動到底后，對被測樣品進(jìn)行加熱。 5當(dāng)樣品加熱到150時（此時熱電勢顯示約為6.7mV），切斷 電源移去加熱源，樣品繼續(xù)安放在與外界基本隔絕的有機(jī)玻璃圓 筒內(nèi)自然冷卻（筒口須蓋上蓋

10、子）。記錄樣品的冷卻速率。 具體做法是記錄數(shù)字電壓表上示值約從降到所需的時間（因為數(shù) 字電壓表上的值顯示數(shù)字是跳躍性的，所以只能取附近的值）， 從而計算。每一樣品應(yīng)重復(fù)測量5次。 實(shí)驗三實(shí)驗三 磁場的描繪磁場的描繪 測量磁場的方法很多，常用的有電磁感應(yīng)法、半導(dǎo)體（霍 爾效應(yīng)）探測法和核磁共振法。本實(shí)驗采用電磁感應(yīng)法，應(yīng) 用先進(jìn)的玻莫合金磁阻傳感器作探頭，測量圓線圈和亥姆霍 茲線圈磁場。與探測線圈、霍爾傳感器作測量探頭相比，玻 莫合金磁阻傳感器具有靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、 易于測量等優(yōu)點(diǎn)，有助于學(xué)生深入研究弱磁場和地球磁場等。 一、實(shí)驗?zāi)康模阂弧?shí)驗?zāi)康模?1通過測量和描繪圓線圈軸線上

11、的磁場分布，學(xué)習(xí)弱磁場的 測量方法。 2驗證畢奧-薩伐爾定理。證明磁場迭加原理。 3用亥姆霍茲線圈校正和測量磁阻傳感器作探頭的弱磁特斯 拉儀線性度。 4學(xué)習(xí)測量地磁的水平分量（選做）。 二、二、 實(shí)驗原理：實(shí)驗原理： 1載流圓線圈的磁場 半徑為R的圓線圈，通以電流，根據(jù)畢奧一沙伐爾定律，可計算 出沿圓形電流軸線方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度B。它是一個非均勻磁場， 在軸線方向的量值為 I XR NR B 322 2 0 )(2 (1) 式(1)中，N是圓線圈的匝數(shù)，x為軸線上測量點(diǎn)離圓線圈中 心的距離，0為真空磁導(dǎo)率( )。 mH /104 7 0 2亥姆霍茲線圈的磁場 一對相同的載流圓線圈彼此平行且共軸，

12、通以同方向電流， 當(dāng)線圈間距d等于線圈半徑R時，則兩個載流圓線圈的總磁場 在軸的中點(diǎn)附近的較大范圍內(nèi)是均勻的。這對線圈稱為亥姆 霍茲線圈。 載流圓線圈及亥姆霍茲線圈的磁場分布見下圖。 (a )載流圓線圈磁場分布 (b)亥姆霍茲線圈磁場分布 圖1載流圓線圈及亥姆霍茲線圈的磁場分布 三、三、 實(shí)驗器材實(shí)驗器材 磁阻傳感器； 圓線圈和亥姆霍茲線圈實(shí)驗平臺(臺面上有1厘米 的等距離刻線組)；高靈敏度三位半數(shù)字毫伏表、三位半數(shù)字 電流表和直流穩(wěn)流電源(組成在一個儀器箱內(nèi)) 。 實(shí)驗裝置簡圖如圖2所示。 C M R - 1 磁 阻 傳 感 器 法 磁 場 描 繪 測 試 儀 輸 出 電 流 指 示 上 海

13、 上 大 電 子 設(shè) 備 有 限 公 司 磁 感 應(yīng) 強(qiáng) 度 指 示 m A 復(fù) 位調(diào) 零調(diào) 零 換 向磁 阻 傳 感 器電 流 調(diào) 節(jié)電 流 輸 出 2 0 0 2 0 0 0 C M R - 1 M e a s u r i n g C o i l M a n g n e t i c F i e l d W i t h M a g n e t o r e s i s t a n g e S e n s o r K2 K1 13 5 67 89 1 0 2 1 2 1 3 1 4 1 5 1 61 7 4 1 1 1 8 1 9 四、四、 實(shí)驗內(nèi)容：實(shí)驗內(nèi)容： 1、測量和描繪單個圓線圈軸線上的

14、磁場分布，驗證畢奧-薩伐爾 定理。 2、測量和描繪亥姆霍茲線圈的磁場分布，證明磁場迭加原理。 用亥姆霍茲線圈校正和測量磁阻傳感器作探頭的弱磁特斯拉儀 線性度。 3、測量地磁的水平分量（選做）。 五、實(shí)驗步驟：五、實(shí)驗步驟： 1按圖2所示安裝儀器。用直尺測量線圈外徑到工作臺中心線 的距離，適當(dāng)調(diào)節(jié)，使兩線圈的軸心線與工作臺中心線重合。 按實(shí)驗要求，調(diào)節(jié)線圈間距，并使線圈平面與實(shí)驗工作臺垂直。 2磁阻傳感器探頭插頭內(nèi)缺口向上，插入儀器上插座。然后 儀器通電，預(yù)熱十五分鐘。 3測量載流圓線圈a（左線圈）在軸線上的磁感應(yīng)強(qiáng)度Ba。 每移動一格，測量一次Ba，記錄數(shù)據(jù)。 4在亥姆霍茲線圈的軸線上，先測量

15、直流電流通過單個圓線 圈a和單個圓線圈b產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度Ba和Bb，然后測量直流 電流通過亥姆霍茲線圈產(chǎn)生的磁場Ba+b。 5傳感器置于亥姆霍茲線圈軸線中心，改變線圈電流，測量 磁感應(yīng)強(qiáng)度B。用亥姆霍茲線圈校正和測量磁阻傳感器作探頭 的弱磁特斯拉儀線性度。 實(shí)驗四實(shí)驗四 電學(xué)元件伏安特性的測量電學(xué)元件伏安特性的測量 伏特計、安培計法是一種較為普遍的測量電學(xué)元件的電 阻的方法，雖然精確度不很高，但所用的測量儀器（如伏特 計和安培計）卻較簡單，使用也方便。由于電表的內(nèi)阻往往 對測量結(jié)果有影響，所以這種方法常帶來明顯的系統(tǒng)誤差。 若改用補(bǔ)償法來測量電壓，則可避免這個缺點(diǎn)。 一、實(shí)驗?zāi)康模阂?、?shí)驗?zāi)康?/p>

16、： 1學(xué)會正確使用電學(xué)基本測量儀器。 2掌握電學(xué)元件伏安特性測量的基本方法。 3學(xué)會分析伏安法的電表接人誤差，正確選擇測量電路。 二、二、 實(shí)驗原理實(shí)驗原理 ： 1兩種測量電路的分析 在一定溫度下，當(dāng)直流電流通過某一待測電阻時，用電壓表測 出兩端的電壓U，同時用電流表測出通過的電流I，根據(jù)歐姆定 律計算： IURx/ 這種測量電阻的方法即伏安法。若UI為常量，則該電阻 稱為線性電阻；若UI不為常量，則稱該電阻為非線性電 阻(非線性元件)，如二極管等。 在實(shí)際測量中，由于電流表和電壓表各存在內(nèi)阻 和 ， 所以用(1)式計算出的和真實(shí)值不一致，而且選用不同的測 量電路，其系統(tǒng)誤差也不相同。以下是兩

17、種測量電路的分 析。 A R V R 電流表內(nèi)接：如圖 1(a)所示，實(shí)驗中電流表顯示出流過 的電流I， ，但電壓表所顯示的電壓為 和 上的電壓之和， 即 或 。 x R x R A R ）（ Ax RRIU Ax R I U R （a）電流表內(nèi)接 （b）電流表外接 2二極管的伏安特性(非線性電阻) 半導(dǎo)體二極管是由P型和N型半導(dǎo)體材料組成的，其核心部分 是一個PN結(jié)，PN結(jié)處在P區(qū)和N區(qū)的相連處。若電壓加在二 極管上，P端接高電位，N端接低電位，稱為“正向連接”。 半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)及符號見圖2。 二極管以正向連接時，很容易導(dǎo)通，電路中電流比較大。隨 著正向電壓的增加，電流增加，電流的大小并

18、不與電壓成正 比。即R=UI公式成立，但R不為常量，且其值變化范圍很 大。以正向電壓U和正向電流I的對應(yīng)關(guān)系作圖，稱為二極管 的正向伏安特性曲線，見圖3。同樣地，測二極管的正向I U特性曲線，也要考慮到電流表內(nèi)接或外接的問題，以盡量 減小電表的測量誤差。 三、三、 實(shí)驗器材：實(shí)驗器材： 直流穩(wěn)壓電源E、開關(guān)K、滑線變阻器（可調(diào)電位器Ro）、數(shù) 字多用表（電流表mA）、數(shù)字萬用表（電壓表V）、待測線 性電阻R、待測二極管。 四、四、 實(shí)驗內(nèi)容：實(shí)驗內(nèi)容： 用內(nèi)接法和外接法分別測電阻R。 測二極管的正向伏安特性，作圖線。 五、實(shí)驗步驟：五、實(shí)驗步驟： 1連接好線路，逐次測量。 實(shí)驗線路如下圖所示。

19、每次測量之前，將開關(guān)K斷開，首先估 算并調(diào)節(jié)電流表、電壓表、滑線變阻器Ro所應(yīng)放置的合適檔 位。 2測量數(shù)據(jù) (1)按圖4(a)連線，用外接法分別測 電阻R1，將實(shí)驗數(shù)據(jù)記入表l中。 (2)按圖4(b)連線，用內(nèi)接法分別測 R1，將實(shí)驗數(shù)據(jù)記入表2中。 (3)按右圖 (c)連線，測二極管的正向 伏安特性(注意二極管的正負(fù)極性)。 對于不同型號的二極管，各正向電 壓、電流的參數(shù)不同，應(yīng)正確確定 電壓和電流的測量范圍，以及電壓 間隔的選取。將測量數(shù)據(jù)記人表中。 3以為橫坐標(biāo)，以為縱坐標(biāo)，在毫 米方格紙上作出二極管的正向伏安 特性曲線。 實(shí)驗五實(shí)驗五 測定波璃的折射率測定波璃的折射率 當(dāng)光線以一定的

20、入射角穿過兩面平行的玻璃板時，傳播方 向不變，但是出射光線跟入射光線相比，有一定的側(cè)移。根據(jù) 這一特點(diǎn)，可用插針法求玻璃的折射率。 一、實(shí)驗?zāi)康模阂?、?shí)驗?zāi)康模?1加深對折射定律的理解。 2學(xué)習(xí)用插針法測定玻璃的折射率。 二、二、 實(shí)驗原理：實(shí)驗原理： 根據(jù)光的折射定律 ，求玻璃對空氣的折射率。n r i sin sin A N O V1 O P1 P2 i B a b a b N r P3 P4 三、三、 實(shí)驗器材：實(shí)驗器材： 長方形玻璃磚、白紙、大頭針、圖釘、直尺、錘子、繪圖板、 量角器等。 四、四、 實(shí)驗內(nèi)容：實(shí)驗內(nèi)容： 用插針法測定玻璃的折射率，求玻璃對空氣的折射率。 五、實(shí)驗步驟：五

21、、實(shí)驗步驟： 1用圖釘把白紙釘在繪圖板上。 2在白紙上畫一條直線aa作為界面，過aa上的一點(diǎn)O畫出 界面的法線NN，并畫一條線段AO作為入射光線。 3把玻璃磚平放在紙上，使它的長邊跟aa對齊，畫出玻璃 磚的另一邊bb，此后不要再移動玻璃磚的位置。 4在線段AO上豎直地插上兩枚大頭針P1、P2。 5透過玻璃磚觀察大頭針P1、P2的像，調(diào)整視線的方向，直 到P1的像被P2擋住。再在觀察的這一側(cè)插兩枚大頭針P3、P4， 使P3擋住P1、P2，P4擋住P1、P2、 P3。記下P3、P4的位置。 6移去大頭針和玻璃磚，過P3P4引直線OB，與bb交于O。 連接OO。這樣入射角i=AON，折射角r =OO

22、N。 7用量角器量出入射角和折射角，查出它們的正弦值，填入表格。 8用上面的方法，分別求出多組入射角和對應(yīng)的折射角，查出它 們的正弦值，記入表格。 9對表格中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，求出玻璃對空氣的折射率n。 實(shí)驗六實(shí)驗六 單擺測量重力加速度單擺測量重力加速度 要研究周期與擺角的關(guān)系，就必須在不同的擺角，甚至在 大擺角下進(jìn)行周期測量。由于空氣阻尼的存在，無法精確測得 大角度下擺動周期的準(zhǔn)確值。采用集成開關(guān)型霍耳傳感器和電 子計時器實(shí)現(xiàn)自動計時后，能夠在很短的幾個周期內(nèi)準(zhǔn)確測得 單擺在大角度下的周期，這樣就可以忽略空氣阻尼對擺角的影 響，使研究周期與擺角關(guān)系的實(shí)驗得以順利進(jìn)行。在得到周期 與擺角的關(guān)系后

23、，可以用外推至擺角為零的方法，精確測得擺 角極小時的振動周期值，從而更精確地測定重力加速度。 一、實(shí)驗?zāi)康模阂?、?shí)驗?zāi)康模?1驗證單擺擺長與周期之間的關(guān)系，并求出重力加速度。 2測量擺角與周期之間的關(guān)系，作 關(guān)系圖，求出重 力加速度。 3學(xué)會運(yùn)用外推法求所需的物理量。 ) 2 (sin2 2m T 二、二、 實(shí)驗原理：實(shí)驗原理： 1周期與擺長的關(guān)系 當(dāng)擺角m很小時（小于3），單擺的振動周期T和擺長L有 如下近似關(guān)系： g L T2 g L T 22 4 或 (1) 如固定擺長L，測出相應(yīng)的振動周期T，由（1）式可以求出g。 也可以逐次改變擺長L，測量各相應(yīng)的周期T，再求出T2，最 后在坐標(biāo)紙上

24、作T2-L圖。如圖是一條直線，說明T2與L成正 比關(guān)系。求出該直線的斜率k，由 可以求出g。 k g 2 4 2周期與擺角的關(guān)系 在忽略空氣阻力和浮力的情況下，由單擺振動時能量守恒， 可以得到質(zhì)量為m的小球在擺角為處動能和勢能之和為常量， 即： 0 22 )cos1 ()( 2 1 EmgL dt d mL (2) 式中，L為單擺擺長， 為擺角，g為重力加速度，t為時間， E0為小球的總機(jī)械能。因為小球在擺幅為m處釋放，則有 E0 = mgL（1-cosm），代入（2）式，解方程得到 m m d g L T coscos4 2 (3) （3）式中T為單擺的振動周期。 令k=sin（m/2），并

25、作變換sin（/2）=ksin，則有 2/ 0 22 sin1 4 k d g L T 經(jīng)過近似計算可得 2 sin 4 1 12 2m g L T (4) 以往的單擺實(shí)驗對（4）式只能考慮到一級近似，現(xiàn)在 單擺振動周期可以精確測量了，即可用二級近似公式。 于是測出不同的m所對應(yīng)的二倍周期2T，作出 圖，并對圖線外推，從截距2T得到周期T，就可以進(jìn)一 步得到重力加速度g。 ) 2 (sin2 2m T 三、三、 實(shí)驗器材：實(shí)驗器材： FD-DB-型單擺實(shí)驗儀 四、四、 實(shí)驗內(nèi)容：實(shí)驗內(nèi)容： 1當(dāng)擺角m很小時（小于3），逐次改變擺長L，測量各 相應(yīng)的周期T，在坐標(biāo)紙上作T2-L圖，求出圖線的斜率

26、k，由 求出g。 2固定擺長L，測出不同的擺角m所對應(yīng)的周期T，作出 圖，并對圖線外推，從截距2T得到周期T，進(jìn)一 步求得重力加速度g。 k g 2 4 ) 2 (sin2 2m T 五、實(shí)驗步驟：五、實(shí)驗步驟： 1以靜止的單擺線為鉛垂線，移動米尺上所附的平面鏡，使懸 點(diǎn)在平面鏡上的水平橫線處成像。仔細(xì)調(diào)節(jié)，使懸點(diǎn)、橫劃線、 懸點(diǎn)的像三點(diǎn)共線。記下橫劃線在米尺上的讀數(shù)，即懸點(diǎn)的位 置。 2在平面鏡的上方裝上傳感器，再移動至擺球下方約1.0cm處。 在金屬小球底部貼上一塊小型釹鐵硼磁鋼，調(diào)節(jié)擺線的長度， 使磁鋼產(chǎn)生的磁場能被傳感器接收到。調(diào)節(jié)計時器，預(yù)置開關(guān) 次數(shù)（不宜太大，實(shí)驗中可用10次，即

27、5個周期）。 3將小球拉開一段距離，用水平直尺測量x的距離，應(yīng)用三角 函數(shù)計算出擺角的大小。 4在擺角小于3條件下，取5組擺長，每一擺長都做5次，測 相應(yīng)的周期T。將所得的數(shù)據(jù)填入表1中。 5固定擺長，改變擺角（即改變x的距離），取6組擺角（小 于45即可）。每組測6次，測相應(yīng)的周期T。將所得的數(shù)據(jù)填 入表2中。 實(shí)驗七實(shí)驗七 聲速的測量聲速的測量（超聲） 聲速是描述聲波在媒質(zhì)中傳播快慢的物理量。其測量 方法可分為兩大類：一類是根據(jù)公式 ，測出聲波 傳播路程s所需要的時間，去求 ；另一類是利用公式 ，測量聲波的頻率和波長去求聲速。在本實(shí)驗中用 的是后一種方法。 一、實(shí)驗?zāi)康模阂?、?shí)驗?zāi)康模?1

28、運(yùn)用振幅極值法（駐波法）測聲波在空氣中的速度。 2了解電壓換能器的功能。 3學(xué)習(xí)用逐差法處理實(shí)驗數(shù)據(jù)。 t s 二、二、 實(shí)驗原理：實(shí)驗原理： 由發(fā)射器發(fā)生的聲波經(jīng)空氣傳播到一定距離的接受器，如果 接受面與發(fā)射面平行，聲波即在兩面間來回反射形成駐波， 當(dāng)兩面之間的距離為半波長的整數(shù)倍時，接受器上的聲壓達(dá) 到最大值。測出聲壓最大值的位置L1、L2、L3相鄰兩次極 大值之間的距離為半波長。如已知聲波的頻率，由 可 以求出聲波在空氣中的速度。 三、三、 實(shí)驗器材：實(shí)驗器材： 低頻信號發(fā)生器、數(shù)字頻率計、壓電陶瓷超聲換能器一對、 游標(biāo)卡尺、同軸電纜、示波器等。 四、四、 實(shí)驗內(nèi)容：實(shí)驗內(nèi)容： 運(yùn)用振幅

29、極值法（駐波法）測聲波在空氣中的速度，并求出 誤差。 五、實(shí)驗步驟：五、實(shí)驗步驟： 1連接測試系統(tǒng)。 2在收發(fā)超聲換能器間隔幾厘米時，調(diào)整測試系統(tǒng)頻率，在 示波器上看到接受信號幅度最大。記下此時接受器的位置。 3改變接受器位置，測出相繼出現(xiàn)10個接受器信號最大值位 置L，從分開和靠攏兩次求平均值。用分組逐差法求出波長， 并記下信號頻率和室溫。 4求出聲速，求出誤差。 實(shí)驗八實(shí)驗八 氣墊導(dǎo)軌上的碰撞實(shí)驗氣墊導(dǎo)軌上的碰撞實(shí)驗 氣墊導(dǎo)軌簡稱氣軌，它利用從導(dǎo)軌表面小孔噴出的壓縮 空氣，在導(dǎo)軌和滑塊之間形成一層很薄的“氣墊”，使滑塊 漂浮在氣墊上。當(dāng)滑塊在氣軌上運(yùn)動時，僅受到很小的空氣 粘滯性摩擦阻力，

30、這樣滑塊的運(yùn)動可近似地認(rèn)為是無摩擦的 運(yùn)動。本實(shí)驗運(yùn)用氣墊導(dǎo)軌技術(shù)研究一維碰撞運(yùn)動中的動量 和能量問題。 一、實(shí)驗?zāi)康模阂?、?shí)驗?zāi)康模?1驗證動量守恒定律。 2了解非完全彈性碰撞與完全非彈性碰撞的特點(diǎn)。 二、二、 實(shí)驗原理：實(shí)驗原理： 當(dāng)兩滑塊在水平的導(dǎo)軌上沿直線作對心碰撞時，根據(jù)動量守 恒定律，兩滑塊的總動量在碰撞前后保持不變。即 2211202101 vmvmvmvm (1) 式（1）中為滑塊1的質(zhì)量，和是滑塊1碰撞前和碰撞后的動量。 為滑塊2的質(zhì)量，和是滑塊2碰撞前和碰撞后的動量。 兩滑塊碰撞后的相對速度與碰撞前相對速度的比值稱為恢復(fù)系 數(shù)，用e表示，即 2010 12 vv vv e

31、(2) 當(dāng)e =1時，兩滑塊的碰撞為完全彈性碰撞； 當(dāng)e =0時，兩滑塊的碰撞為完全非彈性碰撞； 當(dāng)0e1時, 兩滑塊的碰撞為非完全彈性碰撞。 1非完全彈性碰撞 取滑塊1的質(zhì)量大于滑塊2的質(zhì)量，先使滑塊2靜止，然后推 動滑塊1去撞滑塊2。則有 2211101 vmvmvm 碰撞前后動能的變化為 (3) 2 101 2 22 2 11 2 1 )( 2 1 vmvmvmEk (4) 2完全非彈性碰撞 滑塊2先靜止，然后推動滑塊1去撞滑塊2，碰撞后兩滑 塊粘在一起，以同一速度運(yùn)動。則有 221101 )(vmmvm (5) 碰撞前后動能的變化為 2 101 2 221 2 1 )( 2 1 vmv

32、mmEk (6) 三、三、 實(shí)驗器材：實(shí)驗器材： 氣墊導(dǎo)軌、滑塊、光電門、數(shù)字毫秒計、游標(biāo)卡尺、尼龍 粘膠帶或橡皮泥。 四、四、 實(shí)驗內(nèi)容：實(shí)驗內(nèi)容： 研究非完全彈性碰撞與完全非彈性碰撞的性質(zhì)，驗證動量守 恒定律。 五、實(shí)驗步驟：五、實(shí)驗步驟： 1調(diào)平氣軌，檢查滑塊碰撞彈簧，保證對心碰撞。 2進(jìn)行非完全彈性碰撞。 適當(dāng)安置光電門A、B的位置，使能順序測出3個時間t1A、 t2B、t1B，并在可能條件下使A、B距離小些。每次碰撞時， 需使 =0，也不要太大。20 v 3進(jìn)行完全非彈性碰撞。 兩滑塊的相對碰撞面上加上尼龍膠帶，使 =0，進(jìn)行碰撞。 4計算結(jié)果和分析。 兩類碰撞，碰撞后、前動量之比。

33、 兩類碰撞，碰撞前后動能變化。 非完全彈性碰撞時的恢復(fù)系數(shù)。 對實(shí)驗結(jié)果作分析與評價。 六、實(shí)驗數(shù)據(jù)六、實(shí)驗數(shù)據(jù): 1非完全彈性碰撞 = = d1= d2= t10/st1/st2/sV10（m/s）V1（m/s）V2（m/s）cEk/-10-7Je C為碰撞后動量和與碰撞前動量和之比。 2完全非彈性碰撞 = = d1= d2= t10/st2/sV10（m/s）V2（m/s）cEk/-10-7J C為碰撞后動量和與碰撞前動量和之比。 20 v 1 m 2 m 1 m 2 m 實(shí)驗九實(shí)驗九 用用DIS實(shí)驗系統(tǒng)測小車的加速度實(shí)驗系統(tǒng)測小車的加速度 現(xiàn)代信息技術(shù)給物理量的測量帶來了革命性的變化，不

34、但 簡單方便，而且測量精度高，誤差小。利用數(shù)字化、信息化技 術(shù)進(jìn)行實(shí)驗研究，簡稱為DIS實(shí)驗，DIS是英文digital information system的縮寫。本實(shí)驗是應(yīng)用DIS實(shí)驗系統(tǒng)測量小 車的加速度。 一、實(shí)驗?zāi)康模阂?、?shí)驗?zāi)康模?1熟悉DIS實(shí)驗系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理。 2學(xué)習(xí)用DIS實(shí)驗系統(tǒng)測定下滑小車的加速度。 二、二、 實(shí)驗原理：實(shí)驗原理： DIS實(shí)驗系統(tǒng)是一種將傳感器、數(shù)據(jù)采集器和計算機(jī)組合起來， 共同完成對物理量測量的實(shí)驗裝置，它能實(shí)時采集數(shù)據(jù)并進(jìn)行 快速處理，它能顯示難以觀察的實(shí)驗過程。它的測量系統(tǒng)框圖 如下： 本實(shí)驗用運(yùn)動傳感器結(jié)合計算機(jī)獲得小車從斜面上下滑時的v-t 圖

35、，根據(jù) ，再通過圖象求小車的加速度。 三、三、 實(shí)驗器材：實(shí)驗器材： 小車、1m長的木板、運(yùn)動傳感器、數(shù)字采集器、計算機(jī) 四、四、 實(shí)驗內(nèi)容：實(shí)驗內(nèi)容： 認(rèn)識DIS實(shí)驗系統(tǒng)的組成和部件，應(yīng)用DIS實(shí)驗系統(tǒng)測定下滑 小車的加速度。 計算機(jī)研究對象傳感器數(shù)據(jù)采集器 12 12 tt vv a 五、實(shí)驗步驟：五、實(shí)驗步驟： 1把運(yùn)動傳感器的發(fā)射部分固定在小車上，其接收部分固定 在平板的右端。平板稍傾斜。用專用導(dǎo)線把運(yùn)動傳感器接收部 分、數(shù)據(jù)采集器和計算機(jī)相連。 2開啟實(shí)驗裝置電源，運(yùn)行計算機(jī)輔助系統(tǒng)軟件，點(diǎn)擊屏幕 上的實(shí)驗菜單，選擇“從v-t 圖求加速度”。屏上將出現(xiàn)“位 移-時間”坐標(biāo)。 3從平板

36、一端推一下小車后，單擊“起動”，屏上顯示運(yùn)動 小車的s-t圖。 4單擊屏上“v t ”按鈕，可得到整段s-t 圖線所對應(yīng)的v-t 圖 線。 5單擊“選擇區(qū)域”按鈕，選擇需要分析的一段v-t 圖線，屏 幕上將顯示由軟件計算出的對應(yīng)的加速度。 6多次測量以得出a的平均值。 實(shí)驗十實(shí)驗十 誤差和實(shí)驗數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)知識誤差和實(shí)驗數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)知識 一、測量誤差的基本知識一、測量誤差的基本知識 1測量與誤差測量與誤差 （）測量與單位 從計量角度說，測量就是把待測量直接或間接地與另一個選作 標(biāo)準(zhǔn)的同類量（即單位）進(jìn)行比較，從而得到待測量與選 作標(biāo)準(zhǔn)的同類量之間的倍數(shù)（即數(shù)值）關(guān)系的實(shí)驗過程。 測量所得到的

37、數(shù)值的大小，與所選用的單位有關(guān)。因此， 在表示某一待測量的測量結(jié)果時，必須同時給出數(shù)值和單 位，兩者缺一不可。 （）直接測量和間接測量 直接測量：直接測量：將待測量與預(yù)先標(biāo)定好的儀器、量具直接進(jìn)行比較， 讀出其量值的大小。例如用米尺測長度，用天平稱質(zhì)量，用秒 表測時間，用電表測電流或電壓等。 間接測量：間接測量：如用單擺測重力加速度g，先直接測得擺長l和單擺 周期T，然后由公式 算出重力加速度，因此g為間接 測量量。 （）測量誤差 在實(shí)際測量過程中，由于測量儀器的精度不夠，測量原理和方 法的不完善，測量者感官能力的限制，所得的測量結(jié)果和真值 總存在一定的差異。這種測量值與真值之間的差異稱為測量

38、誤 差，若某物理量的測量值為x，真值為A，則測量誤差定義為： =x-A。 上式所定義的測量誤差反映了測量值偏離真值的大小和方向， 因此又稱為絕對誤差。 g l T2 由于在實(shí)際測量中，往往不能確切知道真值A(chǔ)，而只能求得最接 近于真值的估計值，即最佳估計值，通常取多次重復(fù)測量的平 均值作為最佳值，用表示。因此，實(shí)際能求得的誤差僅是測量 值和最佳估計值之差。 絕對誤差可以表示某一測量結(jié)果的優(yōu)劣，但在比較不同測量結(jié) 果時則不適用，需要用相對誤差表示。相對誤差定義為： 相對誤差相對誤差=（絕對誤差/測量最佳值）100% 。 有時被測量有公認(rèn)值或理論值，還可以用“百分誤差”來表征： 百分誤差百分誤差=（

39、測量最佳值-公認(rèn)值）/公認(rèn)值100% 。 誤差的分類誤差的分類 根據(jù)誤差的性質(zhì)及產(chǎn)生的原因，可將誤差分為系統(tǒng)誤差、隨機(jī) 誤差和粗大誤差。 （）系統(tǒng)誤差（）系統(tǒng)誤差 在一定條件下對同一物理量進(jìn)行多次重復(fù)測量時，誤差的大小 和符號均保持不變；而當(dāng)條件改變時，誤差按某種確定的規(guī)律 變化（如遞增、遞減、周期性變化等），則這類誤差稱為系統(tǒng) 誤差。 系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因：系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因： 測量儀器本身的缺陷。 實(shí)驗理論和方法的不完善。 環(huán)境的影響或沒有在所規(guī)定的條件下使用儀器。 實(shí)驗者的習(xí)慣與偏向引入的系統(tǒng)誤差。 （）隨機(jī)誤差（）隨機(jī)誤差 在同一條件下多次測量同一物理量時，測量值彼此之間總有稍 許誤差，

40、而且變化不定，并在消除系統(tǒng)誤差后仍然如此，這種 絕對值和符號隨機(jī)變化的誤差稱為隨機(jī)誤差，也稱偶然誤差。 隨機(jī)誤差產(chǎn)生的原因：隨機(jī)誤差產(chǎn)生的原因： 實(shí)驗者本人感覺器官分辨能力的限制。 測量過程中，實(shí)驗條件和環(huán)境因素的微小的、無規(guī)則的起伏 變化。 （）粗大誤差（）粗大誤差 明顯地歪曲了測量結(jié)果的誤差稱為粗大誤差。它是由于實(shí)驗者 使用儀器的方法不正確，粗心大意讀錯、記錯、算錯測量數(shù)據(jù) 或?qū)嶒灄l件突變等原因造成的。含有粗大誤差的測量值稱為壞 值或異常值，正確的結(jié)果中不應(yīng)包含有過失錯誤。在實(shí)驗測量 中要極力避免過失錯誤，在數(shù)據(jù)處理中要盡量剔除壞值。 二、有效數(shù)字及其運(yùn)算規(guī)則二、有效數(shù)字及其運(yùn)算規(guī)則 有效數(shù)字的定義及基本性質(zhì)有效數(shù)字的定義及基本性質(zhì) （1）有效數(shù)字的定義 在使用儀器對被測量進(jìn)行測量讀數(shù)時，由于受到儀器的制約， 只能讀到儀器的最小分度值，然后在最小分度值以下還可再 估讀一位數(shù)字。從儀器刻度讀出的最小分度值的整數(shù)部分是 準(zhǔn)確的數(shù)字，稱為可靠數(shù)字；而在最小分度以下估讀的末位 數(shù)字，它具有不確定度，通常稱為可疑數(shù)字。據(jù)此定義：測 量結(jié)果中所有可靠數(shù)字加上末位的可疑數(shù)字統(tǒng)稱為測量結(jié)果 的有效數(shù)字。 （2）有效數(shù)字的基本特性 有效數(shù)字的位數(shù)與儀器的最小分度值有關(guān)，也與被測