《大学物理实验》必做实验实验要求教学文件三.docx
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《大学物理实验》必做实验实验要求教学文件三
3#206水银温度计的校正和热电偶定标
一、实验目的
1、学习水银温度计00和1000点的校正法及
0
温度计温标分度修正值的计算法。
2、学习福廷气压计的使用法。
3、了解热电偶测温的原理
4、学习热电偶定标方法。
二、实验仪器
热电偶（铜一康铜）、毫伏表、保温杯、加热器、搅拌器、冰、水银温度计，福廷气压计
三、实验内容
（一）水银温度计的校正（定点法校正水银温度计）
1、00C点a0的确定（8~10次）。
2、沸点a100的确定（8~10次）。
3、计算原温标每一分度值的改正值
（1）在福廷气压计上记录温度t及气压读数ht，并进行修正（福廷气压计使用法，参阅第三章第一节）：
（2）查附录表,确定大气压为H0时所对应的水沸点a'100
（3）利用公式得到改正值：
4、列温度校正表
t（0C）
0
10
20
…
100
tx（0C）
（二）热电偶定标
1、按定标装置图接好实验电路。
2、参考端置冰水混合物。
3、测量端加热至沸点，在温度－电压表格中记录标准温度计和数字毫伏表对应参数值。
4、切断加热器电源，降低测量端温度，等间隔（比如10°C）记录对应温度－电压值，直至室温。
5、制热电偶定标曲线（温度－电压曲线）。
四、数据处理
1、通过两点法得到温度计的温度校正表，并指出所使用温度计的最大误差。
2、绘制热电偶定标曲线，分析所使用热电偶的温度特性，画图法得到热电偶灵敏度K，并给出该热电偶电势差随温度变化的关系式。
3#206金属线胀系数的测量
一、实验目的
1、掌握千分表测量长度的微小变化量的方法。
2、了解PID控温调节的原理，掌握控制实验温度的方法。
二、实验仪器
控温式固体线胀系数测定仪、待测金属管、千分表。
三、实验内容
1、用PID控温仪控制实验温度；
2、用千分尺测量长度的微小变化量铜管的线膨胀系数（每隔5°C测量一次，至少测5次）。
四、实验提示
1、
标准值参阅总附录表18。
2、设置高温点
，到达该温度后，加热器电源切断，短时间内但温度仍然会上升，注意及时记录对应于
的
。
3、实验前应先对千分表调零或记录初试读数。
五、数据处理
计算待测金属管的线胀系数并和标准值比较，计算百分误差。
3#207长度的测量
一、实验目的
1.掌握游标卡尺、螺旋测微计、读数显微镜等常用长度测量仪器测量原理和使
用方法。
2.学习使用有效数字记录测量数据和不确定度计算。
二、实验仪器
游标卡尺（分度值0.02mm，量程15cm）、螺旋测微计（分度值0.01mm，量
程2.5cm）、读数显微镜（分度值0.01mm，量程20cm）、待测样品：
口型遮
光片、金属圆柱筒、金属片等。
三、实验内容
1．用螺旋测微计测量金属片的厚度10次。
测量时应注意—零点读数和使用棘
轮旋柄。
2．分别用游标卡尺测量圆柱筒内、外径和高各10次，求出圆柱筒的体积。
3．用读数显微镜测量口型遮光片的缝宽10次。
（先调目镜，后调物镜）
四、数据处理
1．金属片的厚度结果表示为
（mm）（P＝0.68）
其中：
，△仪＝0.004mm，UB=△仪/
，总不确定度U=
。
2．读数显微镜测量口型遮光片宽度。
数据处理方法同1，△仪＝0.004mm。
3．用游标卡尺测圆柱筒的内外径及高。
D1、D2、H都为直接测量量，不确定度的处理方法同1。
体积V为间接测量量，算出圆柱筒的体积为V，利用误差传导公式计算体积的不确定度（自己尝试推导。
详见第二章第四节）。
结果表示为：
（单位）（P=0.68）
3#207密度的测量
一、实验目的
1.掌握物理天平称衡法。
2.掌握用流体静力称衡法测量不规则固体密度。
3.掌握用比重瓶法测小粒固体密度。
二、实验仪器
物理天平（感量0.1g，秤量1000g）、法码、比重瓶（100ml）、烧杯
（450ml）、温度计（50℃/0.1℃）、待测大块固体、待测小粒固体、
待测液体等。
三、实验内容
1.物理天平调节——调节底座水平，调节横梁平衡。
2.用流体静力称衡法测铜块密度，并求出百分误差（应小于3%）。
3.用比重瓶法测金属小颗粒密度，并求出百分误差（应小于3%）。
四、实验提示
1、悬挂在液体中的固体，若附上汽泡会影响浮力，注意消除。
2、比重瓶内壁及小粒固体若附上汽泡影响测量的体积，注意消除。
3、比重法测量时应换臂测量以提高准确度。
4、铅粒密度的相对真值：
ρ大=11.342×103kg/m3，ρ小=11.194×103kg/m3。
五、数据处理
把测量结果和标准值作比较，计算百分误差。
4#206示波器的使用
一、实验目的
1．了解示波器的原理和基本结构；
2．掌握用示波器测量交流信号的电压、频率及位相差的方法。
二、实验仪器
YB4325二踪示波器（见P148）、信号发生器、移相器（见P147）
三、实验内容
1.了解示波器的原理和基本结构，掌握示波器主要旋钮的功能及开机步骤。
掌握信号源的调节方法（正弦波U=5.00V、f=3000Hz）。
2.测量交流信号的电压Vpp并计算其电压有效值；
3.测量交流信号的频率，为减少测量误差每次可选择多个波长进行测量
4.用利萨如图形法测量两相同频率信号的位相差。
[数据表格]
1、测量交流信号的电压：
项目
次数
读数法
光标法
V/div
div
UP-P/V
U有效/V
UP-P/V
U有效/V
（3次）
2、测量交流信号的频率：
项目
次数
读数法
光标法
周期n
t/div
div
f（=1/T）
f
（3次）
3、测量两相同频率信号的位相差（两种方法各一次）：
项目
李萨如图法
2x
2b
测量结果
四、注意事项
1.进行测量前要先熟悉示波器面板各按钮、旋钮的功能；
2.避免亮点在荧光屏上长时间停留；转动旋钮时不可太用力。
五、数据处理：
完成表格，比较两种方法的结果
4#206RC暂态研究
一、实验目的：
１.通过对RC串联电路暂态过程的研究，加深对电容特性的认识。
掌握时
间常数τ的意义及测量方法。
2.进一步熟悉电子示波器的使用。
二、实验仪器及电路：
YB4325二踪示波器（见P148）、信号发生器、六钮电阻、电容、导线若干
RC暂态实验电路见教材P230图5-10-9（实验采用示波器替换pasco系统采集信号）。
三、实验内容：
１.RC电路暂态过程的观察。
选择方波信号频率为1KHZ，测量、记录输入信号信息；
取不同的时间常数τ（固定C值，变化R值）观察3个UC（i）和UR（i）的波形（包含未饱和、饱和和过饱和状态），用坐标纸画下对应的波形，并分析波形变化规律。
2.测量时间常数τ。
选择刚好充电饱和（波形峰值为E）的波形，从uy（格数）--t曲线上测8—10点，用作图法算出时间常数τ，并和理论值比较。
四、数据处理：
1、画出三种状态的UC（i）和UR（i）示意图并标注相关参数；分析暂态过程UC（i）和UR（i）的变化情况。
2、通过画图法得到τ并和RC作比较。
4#207非线性元件伏安特性的研究
一、实验目的
1、掌握伏安法研究二极管正向伏安特性及减少伏安法引入测量误差的方法；
2、掌握伏安法测量钨丝灯的伏安特性；
3、掌握用最小二乘法（回归法）求取经验公式的数据处理方法
二、实验仪器
DH6102型伏安特性实验仪一套。
三、实验电路
二极管正向伏安特性测量电路钨丝灯伏安特性测量电路
四、实验内容及要求
1、用外接法测量二极管的正向伏安特性，并进行电流修正。
U（v）
0.1…
0.6
0.65
0.7
……
Ig（mA）
ID（mA）
作二极管正向伏安特性图，即V~I曲线图，从图中求出阈值电压值，并描述该曲线的特征及相关意义，得出结论。
2、测量钨丝灯伏安特性曲线，在坐标纸上作其伏安特性曲线，得出结论。
U（V）
1.0
2.0
……
I（mA）
作钨丝灯正向伏安特性图，即V~I曲线图，并描述该曲线的特征及相关意义，得出结论。
五、注意事项
确认二极管正向和钨丝灯两端能施加的最大电压，以免烧坏仪器。
五、数据处理
1．得到两种材料的伏安特性曲线，并进行分析。
2.利用最小二乘法求出二极管正向伏安特性的数学表达式（粗差剔除&相关系数、详见备注）
4#207用惠斯登电桥测电阻（自组）
一实验目的：
1、掌握惠斯登电桥测电阻的原理和方法；
2、
了解影响电桥灵敏度的几个因素，掌握测量电桥灵敏度的方法。
二实验仪器及电路：
直流稳压电源AC5/2型直流指针式检流计ZX21型电阻箱
3滑线变阻器 待测电阻电位器 换向开关 导线若干
三实验内容和要求：
利用惠斯登电桥测未知电阻RX（RX≈2K
）和电桥灵敏度S，要求按教材中的表格要求测量。
1、填表求出RX并计算测量不确定度，URx=UR4（详见备注）。
测中值电阻的数据表6-1：
R单位：
Ω
E
R2
R3
R41（+E）
R42（-E）
6V
R3
R2
R41（+E）
R42（-E）
2、测量电桥灵敏度
测电桥灵敏度数据表6-2：
R单位：
Ω
E（υ）
R2
R3
R4
｜△R4｜
（N=﹢2div）
｜△’R4｜
（N=﹢2div）
6V
四注意事项：
1、注意保护捡流计，不能使指针超过满偏；
2、比例臂阻值选取必须考虑测量精度和电阻箱的额定功率。
五数据处理：
1、通过改变电流方向以及换臂法得到待测电阻阻值，并计算不确定度。
2、测量所连接电桥的灵敏度
4#309等厚干涉测透镜曲率半径
一、实验目的
1．了解移测显微镜及牛顿环仪的原理，掌握移测显微镜的调节方法。
2．掌握用牛顿环仪测定透镜曲率半径的方法，通过实验加强等厚干涉原理的理解。
二、实验仪器
牛顿环仪钠灯（
）移测显微镜（带45°半反片）
三、实验内容
1.合理放置实验仪器，通过调节45°半反片以及移测显微镜镜筒位置观测到清晰的牛顿换
2.测牛顿环仪中平凸透镜的曲率半径：
测出15~30环的各环直径。
四、注意事项
1．干涉环两侧的序号不要数错。
2．防止实验装置受震引起干涉环的变化。
3．消除移测显微镜的“空程误差”。
五、数据处理
通过逐差法和画图法计算透镜曲率半径并比较。
4#309透镜焦距的测量
一、实验目的
1．掌握光学平台的使用方法，学会调节光学系统的等高共轴。
2．掌握薄透镜焦距的常用测定方法。
二、实验仪器
光学平台及磁性支架（二维磁性支架两个，一维磁性支架一个）
发散透镜会聚透镜像屛平面反射镜
带灯十字（即光源、十字物屏）
三、实验内容
1．各光学元件调等高共轴。
2．用物距象距法、自准直法、二次成像法测定薄凸透镜的焦距。
3．用辅助透镜成像法测定薄凹透镜的焦距。
4．采用物象法通过观测薄透镜的清晰成像范围测量景深（为了景深尽量小（小于5
），测量时应使像为缩小像）。
四、数据处理
1．计算得到各透镜的焦距，和真实值作比较，计算百分误差。
2．以景深可作为像距的不确定度大小，计算物象法单次测量所得透镜焦距的不确定度（详见备注）。
备注
最小二乘法实例
假设所测得的U-I数据为：
U
I
已知U、I呈非线性，因此定义X=U，Y=lnI，可得：
X
Y
X2
Y2
X*Y
0.4000
0.0300
0.4000
-3.5066
0.1600
12.2959
-1.4026
0.5000
0.0400
0.5000
-3.2189
0.2500
10.3612
-1.6094
0.6000
1.7500
0.6000
0.5596
0.3600
0.3132
0.3358
0.6500
4.3000
0.6500
1.4586
0.4225
2.1276
0.9481
0.7000
7.7100
0.7000
2.0425
0.4900
4.1719
1.4298
0.7500
11.6300
0.7500
2.4536
0.5625
6.0201
1.8402
0.8000
15.7400
0.8000
2.7562
0.6400
7.5967
2.2050
0.8500
19.9300
0.8500
2.9922
0.7225
8.9534
2.5434
0.9000
24.2500
0.9000
3.1884
0.8100
10.1660
2.8696
0.9500
28.7100
0.9500
3.3572
0.9025
11.2711
3.1894
1.0000
33.2200
1.0000
3.5032
1.0000
12.2721
3.5032
可得：
把计算结果代入公式可得：
，因为n=11，查表可知临界系数R0=0.735，R>R0,可见为线性关系。
肖维涅舍弃判据来剔除测量值中带有粗差的数据，列表如下（n=11时,Cu=2.00）
a+bx+cuσy
-0.6563
0.5746
1.8055
2.4209
3.0363
3.6518
4.2672
4.8826
5.4980
6.1135
6.7289
a+bx-cuσy
-4.7903
-3.5594
-2.3285
-1.7131
-1.0977
-0.4823
0.1332
0.7486
1.3640
1.9795
2.5949
a+bx
-2.7233
-1.4924
-0.2615
0.3539
0.9693
1.5848
2.2002
2.8156
3.4310
4.0465
4.6619
有表可见，a+bx在[a+bx-cuσy,a+bx+cuσy]范围内，因此，该数据没有粗差，不用剔除，因此回归方程为：
y=-7.6467+12.3086*x
即：
电桥测中值电阻不确定度计算示例
电阻的极限误差为：
（1）
其中：
R为电阻箱所取的电阻值;α为电阻箱的准确度等级;m为电阻箱所使用的旋钮数;b为每个旋钮的残余误差,一般α≤0.05级时,b=0.002Ω,α≥0.1.级时,b=0.005Ω。
假设测得的量为：
R41（+E）
R42（-E）
R/41（+E）
R/42（-E）
利用测得的电阻大小，通过公式
（1）分别可以得到（把电阻的极限误差当做其不确定度）：
利用误差传导公式可得：
再次传导可得到Rx的不确定度：
薄透镜焦距不确定度计算示例
设物体p位置为X0，透镜位置为X1，屏左右两次成清晰象位置分别为X21、X22（以两者中点为屏的位置，X2=（X21+X22）/2）。
数据处理：
物距S=X0-X1（取负）
像距S′=X2-X1（取正）
焦距
不确定度
正确表示实验结果：
凸透镜焦距为
升级会员 