适用场景:物理实验课程设计、大学物理实验准备
本文要点:单摆法测量重力加速度、单摆装置校准与数据采集、重力加速度计算与误差分析
行文逻辑:
大学物理实验(设计性实验)
实验报告
指导老师:王建明
姓 名:张国生
学 号:xx0233
学 院:信息与计算科学学院
班 级:05信计2班
重力加速度的测定
一、实验任务
精确测定银川地区的重力加速度
二、实验要求
测量结果的相对不确定度不超过5%
三、物理模型的建立及比较
初步确定有以下六种模型方案:
方法一、用打点计时器测量
所用仪器为:打点计时器、直尺、带钱夹的铁架台、纸带、夹子、重物、学生电源等.
利用自由落体原理使重物做自由落体运动.选择理想纸带,找出起始点0,数出时间为t的p点,用米尺测出op的距离为h,其中t=0.02秒×两点间隔数.由公式h=gt2/2得g=2h/t2,将所测代入即可求得g.
方法二、用滴水法测重力加速度
调节水龙头阀门,使水滴按相等时间滴下,用秒表测出n个(n取50—100)水滴所用时间t,则每两水滴相隔时间为t′=t/n,用米尺测出水滴下落距离h,由公式h=gt′2/2可得g=2hn2/t2.
方法三、取半径为r的玻璃杯,内装适当的液体,固定在旋转台上.旋转台绕其对称轴以角速度ω匀速旋转,这时液体相对于玻璃杯的形状为旋转抛物面
重力加速度的计算公式推导如下:
取液面上任一液元a,它距转轴为x,质量为m,受重力mg、弹力n.由动力学知:
ncosα-mg=0 (1)
nsinα=mω2x (2)
两式相比得tgα=ω2x/g,又 tgα=dy/dx,∴dy=ω2xdx/g,
∴y/x=ω2x/2g. ∴ g=ω2x2/2y.
.将某点对于对称轴和垂直于对称轴最低点的直角坐标系的坐标x、y测出,将转台转速ω代入即可求得g.
方法四、光电控制计时法
调节水龙头阀门,使水滴按相等时间滴下,用秒表测出n个(n取50—100)水滴所用时间t,则每两水滴相隔时间为t′=t/n,用米尺测出水滴下落距离h,由公式h=gt′2/2可得g=2hn2/t2.
方法五、用圆锥摆测量
所用仪器为:米尺、秒表、单摆.
使单摆的摆锤在水平面内作匀速圆周运动,用直尺测量出h(见图1),用秒表测出摆锥n转所用的时间t,则摆锥角速度ω=2πn/t
摆锥作匀速圆周运动的向心力f=mgtgθ,而tgθ=r/h所以mgtgθ=mω2r由以上几式得:
g=4π2n2h/t2.
将所测的n、t、h代入即可求得g值.
方法六、单摆法测量重力加速度
在摆角很小时,摆动周期为:
则
通过对以上六种方法的比较,本想尝试利用光电控制计时法来测量,但因为实验室器材不全,故该方法无法进行;对其他几种方法反复比较,用单摆法测量重力加速度原理、方法都比较简单且最熟悉,仪器在实验室也很齐全,故利用该方法来测最为顺利,从而可以得到更为精确的值。
四、采用模型六利用单摆法测量重力加速度
摘要:
重力加速度是物理学中一个重要参量。地球上各个地区重力加速度的数值,随该地区的地理纬度和相对海平面的高度而稍有差异。一般说,在赤道附近重力加速度值最小,越靠近南北两极,重力加速度的值越大,值与最小值之差约为1/300。研究重力加速度的分布情况,在地球物理学中具有重要意义。利用专门仪器,仔细测绘各地区重力加速度的分布情况,还可以对地下资源进行探测。
伽利略在比萨大教堂内观察一个圣灯的缓慢摆动,用他的脉搏跳动作为计时器计算圣灯摆动的时间,他发现连续摆动的圣灯,其每次摆动的时间间隔是相等的,与圣灯摆动的幅度无关,并进一步用实验证实了观察的结果,为单摆作为计时装置奠定了基础。这就是单摆的等时性原理。
应用单摆来测量重力加速度简单方便,因为单摆的振动周期是决定于振动系统本身的性质,即决定于重力加速度g和摆长l,只需要量出摆长,并测定摆动的周期,就可以算出g值。
实验器材:
单摆装置(自由落体测定仪),钢卷尺,游标卡尺、电脑通用计数器、光电门、单摆线
实验原理:
单摆是由一根不能伸长的轻质细线和悬在此线下端体积很小的重球所构成。在摆长远大于球的直径,摆锥质量远大于线的质量的条件下,将悬挂的小球自平衡位置拉至一边(很小距离,摆角小于5°),然后释放,摆锥即在平衡位置左右作周期性的往返摆动,如图2-1所示。
f =p sinθ
f
θ
t=p cosθ
p = mg
l
图2-1 单摆原理图
摆锥所受的力f是重力和绳子张力的合力,f指向平衡位置。当摆角很小时(θ<5°),圆弧可近似地看成直线,f也可近似地看作沿着这一直线。设摆长为l,小球位移为x,质量为m,则
sinθ=
f=psinθ=-mg =-m x (2-1)
由f=ma,可知a=- x
式中负号表示f与位移x方向相反。
单摆在摆角很小时的运动,可近似为简谐振动,比较谐振动公式:a= =-ω2x
可得ω=
于是得单摆运动周期为:
t=2π/ω=2π (2-2)
t2= l (2-3)
或 g=4π2 (2-4)
利用单摆实验测重力加速度时,一般采用某一个固定摆长l,在多次精密地测量出单摆的周期t后,代入(2-4)式,即可求得当地的重力加速度g。
由式(2-3)可知,t2和l之间具有线性关系, 为其斜率,如对于各种不同的摆长测出各自对应的周期,则可利用t2—l图线的斜率求出重力加速度g。
试验条件及误差分析:
上述单摆测量g的方法依据的公式是(2-2)式,这个公式的成立是有条件的,否则将使测量产生如下系统误差:
1. 单摆的摆动周期与摆角的关系,可通过测量θ<5°时两次不同摆角θ1、θ2的周期值进行比较。在本实验的测量精度范围内,验证出单摆的t与θ无关。
实际上,单摆的周期t随摆角θ增加而增加。根据振动理论,周期不仅与摆长l有关,而且与摆动的角振幅有关,其公式为:
t=t0[1+( )2sin2 +( )2sin2 +……]
式中t0为θ接近于0o时的周期,即t0=2π
2.悬线质量m0应远小于摆锥的质量m,摆锥的半径r应远小于摆长l,实际上任何一个单摆都不是理想的,由理论可以证明,此时考虑上述因素的影响,其摆动周期为:
3.如果考虑空气的浮力,则周期应为:
式中t0是同一单摆在真空中的摆动周期,ρ空气是空气的密度,ρ摆锥 是摆锥的密度,由上式可知单摆周期并非与摆锥材料无关,当摆锥密度很小时影响较大。
4.忽略了空气的粘滞阻力及其他因素引起的摩擦力。实际上单摆摆动时,由于存在这些摩擦阻力,使单摆不是作简谐振动而是作阻尼振动,使周期增大。
适用场景:实验课程课前准备、教学辅导材料参考
本文要点:明确实验任务、理解实验原理、了解实验仪器
摘要:简要说明了大学物理实验的重要地位和实验预习的重要性。详细介绍如何做好大学物理实验课程的实验预习,包括预习要求、预习重点、设计性实验的预习、预习报告的内容;并以“拉伸法测量钢丝杨氏模量”这一实验项目为例,具体说明了怎样做好实验预习。
一、大学物理实验的重要地位
大学物理实验是高等理工科院校对学生进行科学实验基本训练的必修基础课程,是本科生接受系统实验方法和实验技能训练的开端。
大学物理实验覆盖面广,具有丰富的实验思想、方法、手段,同时能提供综合性很强的基本实验技能训练,是培养学生科学实验能力、提高科学素质的`重要基础。
在培养学生严谨的治学态度、活跃的创新意识、理论联系实际和适应科技发展的综合应用能力等方面,大学物理实验具有其他实践类课程不可替代的作用。
二、大学物理实验的预习要求
与理论课程不同,实验课程的特点是学生在教师的指导下自己动手,独立完成实验任务。所以实验预习尤其重要。上课时教师要检查实验预习情况,评定实验预习成绩。没有预习的学生不能做实验。
实验预习的目的是全面认识和了解所要做的实验项目。因此,要求在预习时应理解实验原理,了解实验仪器和实验方法,明确实验任务,写出简单的预习报告。
(1)明确实验任务
要明确实验中需要测量哪些物理量,每个待测量又分别需要什么实验仪器和采用什么实验方法来测量。
(2)清楚实验原理
要理解实验基本原理。例如,电位差计精确测量电压实验用到补偿法原理进行定标,应该理解补偿电路的特点,什么是定标,定标的作用以及如何利用补偿电路定标;电位差计测量的主要误差来源,怎样减小误差。
(3)了解实验仪器要初步了解实验仪器,通过预习知道需要使用哪些仪器,并对仪器的相关知识进行初步学习,特别是仪器的结构功能、操作要领、注意事项等。
(4)了解实验误差
要了解引起实验误差的主要因素有哪些,思考在做实验时应当怎样减小误差。(5)总结实验预习
尝试归纳总结实验所体现的基本思想,自己在预习过程做了哪些工作,遇到了哪些问题,解决了哪些问题,怎么解决的,还有哪些问题不清楚,等等。
适用场景:物理课程实验总结、学期末实验成果汇报
本文要点:光纤通讯特性测量、氢氘光谱分析、磁致旋光效应验证
时间过得真快啊!我以为自己还有很多时间,只是当一个睁眼闭眼的瞬间,一个学期都快结束了,现在我们为一学期的大学物理实验就要画上一个圆满的句号了,本学期从第二周开设了近代物理实验课程,在三个多月的实验中我明白了近代物理实验是一门综合性和技术性很强的课程,回顾这一学期的学习,感觉十分的充实,通过亲自动手,使我进一步了解了物理实验的基本过程和基本方法,为我今后的学习和工作奠定了良好的实验基础。我们所做的实验基本上都是在物理学发展过程中起到决定性作用的著名实验,以及体现科学实验中不可缺少的现代实验技术的实验。它们是我受到了著名物理学家的物理思想和探索精神的熏陶,激发了我的探索和创新精神。同时近代物理实验也是一门包括物理、应用物理、材料科学、光电子科学与技术等系的重要专业技术基础物理实验课程也是我们物理系的专业必修课程。
我们本来每个人要做共八个实验,后来由于时间关系做了七个实验,我做的七个实验分别是:光纤通讯,光学多道与氢氘,法拉第效应,液晶物性,非线性电路与混沌,高温超导,塞满效应,下面我对每个实验及心得体会做些简单介绍:
一、光纤通讯:
本实验主要是通过对光纤的一些特性的探究(包括对光纤耦合效率的测量,光纤数值孔径的测量以及对塑料光纤光纤损耗的测量与计算),了解光纤光学的基础知识。探究相位调制型温度传感器的干涉条纹随温度的变化的移动情况,模拟语电话光通信,
了解光纤语音通信的基本原理和系统构成。老师讲的也很清楚,本试验在操作上并不是很困难,很易于实现,易于成功。
二、光学多道与氢氘:
本实验利用光学多道分析仪,从巴尔末公式出发研究氢氘光谱,了解其谱线特点, 并学习光学多道仪的使用方法及基本的光谱学技术通过此次实验得出了氢原子和氘原子在巴尔末系下的光谱波长,并利用测得的波长值计算出了氢氘的里德伯常量,得到了氢氘光谱的各光谱项及巴耳末系跃迁能级图,计算得出了质子和电子的质量之比。个人觉得这个实验有点太智能化,建议锻炼操作的部分能有所加强。对于一些仪器的原理在实验中没有体现。如果有所体现会比较容易使学生深入理解。数据处理有些麻烦。不过这也正是好好提高自己的分析数据、处理数据能力的好时候、更是理论联系实际的`桥梁。
三、法拉第效应:
本实验中,我们首先对磁场进行了均匀性测定,进一步测量了磁场和励磁电流之间的关系,利用磁场和励磁电流之间的线性关系,用电流表征磁场的大小;再利用磁光调制器和示波器,采用倍频法找出ZF6、MR3-2样品在不同强度的旋光角θ和磁场强度B的关系,并计算费尔德常数;最后利用MR3样品和石英晶体区分自然旋光和磁致旋光,验证磁致旋光的非互易性。
四﹑液晶物性:
本实验主要是通过对液晶盒的扭曲角,电光响应曲线和响应时间的测量,以及对液晶光栅的观察分析,了解液晶在外电场的作用下的变化,以及引起的液晶盒光学性质的变化,并掌握对液晶电光效应测量的方法。本实验中我们研究了液晶的基本物理性质和电光效应等。发现液晶的双折射现象会对旋光角的大小产生的影响,在实验中通过测量液晶盒两面锚泊方向的差值,得到液晶盒扭曲角的大小为125度;测量了液晶的响应时间。观察液晶光栅的衍射现象,在“常黑模式”和“常白模式”下分别测量了液晶升压和降压过程的电光响应曲线,求得了阈值电压、饱和电压和阈值锐度。并且比较了升压降压过程中阈值锐度的差别。我们一开始做的很慢,不过老师讲得很清楚,后来我们很快就做出来了,
五、非线性电路与混沌:
本实验通过测量非线性电阻的I-U特性曲线,了解非线性电阻特性,从而搭建出典型的非线性电路—蔡氏振荡电路,通过改变其状态参数,观察到混沌的产生,周期运动,倍周期与分岔,点吸引子,双吸引子,环吸引子,周期窗口的物理图像,并研究其费根鲍姆常数。最后,实验将两个蔡氏电路通过一个单相耦合系统连接并最终研究其混东同步现象。实验过程还可以,数据处理有点难,后来慢慢思考,最终还是处理好了,
六、高温超导:
本实验利用液氮创造低温环境,测量了高温超导材料样品的超导转变临界温度为90.。88K,并在实验同时对温差电偶温度计以及硅半导体温度计进行了温度定标,测得在实验的温度范围内,在磁悬浮实验上,我们分别测量了无磁场条件下相变(零场冷)的高温超导体样品的以及有磁场条件下相变(场冷)的高温超导体样品的磁悬浮力与距离的关系,认为此超导体在强磁场下进入了混合态,而在场冷条件下的实验证实了我们的假设。这次实验我们所作实验中最早结束的一个实验,不过在示波器中调波形时花了点时间,最终还是很快就做完了。
七、塞满效应:
这个实验是我最后一次做的实验,也是最晚结束的一个实验,因为我们去做实验的时候实验室没电了,于是我们等把电路修好后开始做实验了,于是做到晚上11点才结束了,本实验运用光栅摄谱仪和阿贝比长仪,采用摄谱法观测Hg谱线的分裂情况,并以此对外加磁感应强度进行估测。本次实验运用光栅摄谱法观察到了在外磁场下Hg谱线的分裂情况,直接验证了塞曼效应;还以Fe谱线作为标准谱,用内插法测得了各谱线的波长,并以此故测了外加磁感应强度B,基本实现了定量验证和分析,本实验数据处理比较容易,老师讲得也很清楚。
我们大家都知道实践是检验真理的唯一标准,近代物理实验属于学科基础课程,通过这次近代物理实验课程的学习,使我们认识到了一整套科学缜密的实验方法,对于我开发我们的智力,培养我们分析解决实际问题的能力,有着十分重要的意义,对于我们科学的逻辑思维的形成有着积极的现实意义,除此之外,使我从思想上牢记做任何事之前就像做实验一样只有好好预习才能做好实验;实验中如果出现问题应该耐心、细致的进行分析,并且要考虑实验仪器本身的因素,有时也应该咨询老师;实验通过做实验的艰辛和处理数据的繁琐让我体会到前辈们是怎么一步一艰辛的在科学之路上进行探索,他们的严谨、求实之精神必然激励着我们在今后的人生之路上向他们那样,孜孜不倦、勇于进取。
最后感谢每位实验老师,您们辛苦啦!每次都跟我们一起在实验室里待到很晚,谢谢您们!
适用场景:实验室演示操作规范、教学实验流程说明
本文要点:观察弧光产生过程、分析电场击穿机制、阐述电弧应用实例
行文逻辑:明确实验目的→解析实验原理→描述操作步骤→记录实验现象→强调注意事项
一、实验目的:
通过演示来了解弧光放电的原理
二、实验原理:
给存在一定距离的两电极之间加上高压,若两电极间的电场达到空气的击穿电场时,两电极间的空气将被击穿,并产生大规模的放电,形成气体的弧光放电。
雅格布天梯的两极构成一梯形,下端间距小,因而场强大(因)。其下端的空气最先被击穿而放电。由于电弧加热(空气的温度升高,空气就越易被电离,击穿场强就下降),使其上部的空气也被击穿,形成不断放电。结果弧光区逐渐上移,犹如爬梯子一般的壮观。当升至一定的高度时,由于两电极间距过大,使极间场强太小不足以击穿空气,弧光因而熄灭。
三、简单操作:
打开电源,观察弧光产生。并观察现象。(注意弧光的产生、移动、消失)。
四、实验现象:
两根电极之间的高电压使极间最狭窄处的电场极度强。巨大的电场力使空气电离而形成气体离子导电,同时产生光和热。热空气带着电弧一起上升,就象圣经中的雅各布(yacob以色列人的祖先)梦中见到的天梯。
五、注意事项:
演示器工作一段时间后,进入保护状态,自动断电,稍等一段时间,仪器恢复后可继续演示,
六、实验拓展:
举例说明电弧放电的应用
适用场景:物理实验预习准备、实验报告撰写参考
本文要点:试验数据处理方法、试验现象记录规范、实验仪器操作技巧
预习报告:
1、试验目的。(这个大学物理试验书上抄,哪个试验就抄哪个)。
2、实验仪器。照着书上抄。
3、重要物理量和公式:把书上的公式抄了:一般情况下是抄结论性的公式。再对这个公式上的物理量进行分析,说明这些物理量都是什么东东。这是没有充分预习的做法,如果你充分地看懂了要做的试验,你就把整个试验里涉及的物理量写上,再分析。
4、试验内容和步骤。抄书上。差不多抄半面多就可以了。
5、试验数据。做完试验后的记录。这些数据最好用三线图画。注意标上表号和表名。eg:表1。紫铜环内外径和高的试验数据。
6、试验现象。随便写点。
试验报告:
1、试验目的。方法同上。
2、试验原理。把书上的归纳一下,抄!差不多半面纸。在原理的后面把试验仪器写上。
3、试验数据及其处理。书上有模板。照着做。一般情况是求平均值,标准偏差那些。书上有。注意:小数点的位数一定要正确。
4、试验结果:把上面处理好的数据处理的结果写出来。
5、讨论。如果那个试验的后面有思考题就把思考提回答了。如果没有就自己想,写点总结性的话。或者书上抄一两句比较具有代表性的句子。
实验报告大部分是抄的。建议你找你们学长学姐借他们当年的实验报告。还有,如果试验数据不好,就自己捏造。尤其是看到坏值,什么都别想,直接当没有那个数据过,仿着其他的数据写一个。
不知道。建议还是借学长学姐的比较好,网络上的不一定可以得高分。每个老师对报告的要求不一样,要照老师的习惯写报告。我现在还记得我第一次做迈克尔逊干涉仪实验时我虽然用心听讲,但是再我做时候却极为不顺利,因为我调节仪器时怎么也调不出干涉条纹,转动微调手轮也不怎么会用,最后调出干涉条纹了却掌握不了干涉条纹“涌出”或“陷入个数、速度与调节微调手轮的关系。测量钠光双线波长差时也出现了类似的问题,实验仪器用的非常不熟悉,这一切都给我做实验带来了极大的不方便,当我回去做实验报告的时候又发现实验的误差偏大,可庆幸的是计算还顺利。总而言之,第一个实验我做的是不成功,但是我从中总结了实验的不足之处,吸取了很大的教训。因此我从做第二个实验起,就在实验前做了大量的实验准备,比如说,上网做提前预习、认真写好预习报告弄懂实验原理等。因此我从做第二个实验起就在各个方面有了很大的进步,实验仪器的使用也熟悉多了,实验仪器的读数也更加精确了,仪器的调节也更加的符合实验的要求。就拿夫—赫实验/双光栅微振实验来说,我能够熟练调节zky—fh—2智能夫兰克—赫兹实验仪达到实验的目的和测得所需的实验数据,并且在实验后顺利地处理了数据和精确地画出了实验所要求的实验曲线。在实验后也做了很好的总结和个人体会,与此同时我也学会了列表法、图解法、函数表示法等实验数据处理方法,大大提高了我的实验能力和独立设计实验以及创造性地改进实验的能力等等。
下面我就谈一下我在做实验时的一些技巧与方法。首先,做实验要用科学认真的态度去对待实验,认真提前预习,做好实验预习报告;第二,上课时认真听老师做预习指导和讲解,把老师特别提醒会出错的地方写下来,做实验时切勿出错;第三,做实验时按步骤进行,切不可一步到位,太心急。并且一些小节之处要特别小心,若不会,可以跟其他同学一起探讨一下,把问题解决。第四,实验后数据处理一定要独立完成,莫抄其他同学的,否则,做实验就没有什么意义了,也就不会有什么收获。
总而言之,大学物理实验具有非常重要的意义。首先,物理概念的建立、物理规律的发现依赖于物理实验,是以实验为基础的,物理学作为一门科学的地位是由物理实验予以确立的;其次,已有的物理定律、物理假说、物理理论必须接受实验的检验,如果正确就予以确定,如果不正确就予以否定,如果不完全正确就予以修正。例如,爱因斯坦通过分析光电效应现象提出了光量子;伽利略用新发明的望远镜观察到木星有四个卫星后,否定了地心说;杨氏双缝干涉实验证实了光的波动假说的正确性。可以说,物理学的每一次进步都离不开实验。这对我们大学生来说也是非常重要的,尤其是对将来所从事的实际工作所需要具备的独立工作能力和创新能力等素质来讲,也是十分必要的,这是大学物理理论课不能做到,也不能取代的。
适用场景:物理演示实验准备、高校实验室操作指导
本文要点:调节电位器观察电压变化、触摸玻璃表面影响辉光分布、分析气体放电发光原理
辉光盘
【实验目的】:
观察平板晶体中的高压辉光放电现象。
【实验仪器】:大型闪电盘演示仪
【实验原理闪电盘是在两层玻璃盘中密封了涂有荧光材料的玻璃珠,玻璃珠 充有稀薄的惰性气体(如氩气等)。控制器中有一块振荡电路板,通过电源变换器,将12v低压直流电转变为高压高频电压加在电极上。通电后,振荡电路产生高频电压电场,由于稀薄气体受到高频电场的电离作用二产生紫外辐射,玻璃珠上的荧光材料受到紫外辐射激发出可见光,其颜色由玻璃珠上涂敷的荧光材料决定。由于电极上电压很高,故所发生的光是一些辐射状的辉光,绚丽多彩,光芒四射,在黑暗中非常好看。
【实验步骤】:
1. 将闪电盘后控制器上的电位器调节到最小;
2. 插上220v电源,打开开关;
3. 调高电位器,观察闪电盘上图像变化,当电压超过一定域值后,盘上出现闪光;
4. 用手触摸玻璃表面,观察闪光随手指移动变化;
5. 缓慢调低电位器到闪光恰好消失,对闪电盘拍手或说话,观察辉光岁声音的变化。
【注意事项】:
1. 闪电盘为玻璃质地,注意轻拿轻放;
2. 移动闪电盘时请勿在控制器上用力,避免控制器与盘面连接断裂;
3. 闪电盘不可悬空吊挂。
辉光球
【实验目的】
观察辉光放电现象,了解电场、电离、击穿及发光等概念。
【实验步骤】
1.将辉光球底座上的电位器调节到最小;
2.插上220v电源,并打开开关;
3. 调节电位器,观察辉光球的玻璃球壳内,电压超过一定域值后中心处电极之间随机产生数道辉光;
4.用手触摸玻璃球壳,观察到辉光随手指移动变化;
5.缓慢调低电位器到辉光恰好消失,对辉光球拍手或说话,观察辉光随声音的变化。
【注意事项】
1.辉光球要轻拿轻放;
2.辉光球长时间工作可能会产生臭氧。
【实验原理】
辉光球发光是低压气体(或叫稀疏气体)在高频电场中的放电现象。玻璃球 中央有一个黑色球状电极。球的底部有一块震荡电路板,通电后,震荡电路产生高频电压电场,由于球内稀薄气体受到高频电场的电离作用而光芒四射。辉光球工作时,在球中央的电极周围形成一个类似于点电荷的场。当用手(人与大地相连)触及球时,球周围的电场、电势分布不再均匀对称,故辉光在手指的周围处
变得更为明亮,产生的弧线顺着手的触摸移动而游动扭曲,随手指移动起舞。对辉光球拍手或说话时,也会影响电场的分布。
【相关介绍】
辉光球又称为电离子魔幻球。它的外观为直径约15cm的高强度玻璃球壳,球内充有稀薄的惰性气体(如氩气等),玻璃球中央有一个黑色球状电极。球的底部有一块震荡电路板,通过电源变换器,将12v低压直流电转变为高压高频电压加在电极上。通电后,震荡电路产生高频电压电场,由于球内稀薄气体受到高频电场的电离作用而光芒四射,产生神秘色彩。由于电极上电压很高,故所发生的光是一些辐射状的辉光,绚丽多彩,光芒四射,在黑暗中非常好看。
在日常生活中,低压气体中显示辉光的放电现象,也有广泛的应用。例如,在低压气体放电管中,在两极间加上足够高的电压时,或在其周围加上高频电场,就使管内的稀薄气体呈现出辉光放电现象,其特征是需要高电压而电流密度较小。辉光的部位和管内所充气体的压强有关,辉光的颜色随气体的种类而异。荧光灯、霓虹灯的发光都属于这种辉光放电。
在各种各样的辉光中,最神奇的还要算人体辉光了。1911年伦敦有一位叫华尔德?基尔纳的医生运用双花青染料刷过的玻璃屏透视人体,发现在人体表面有一个厚达15毫米的彩色光层。医学家们对此研究表明,人体在疾病发生前,体表的辉光会发生变化,出现一种干扰的“日冕”现象;癌症患者体内会产生一种云状辉光;当人喝酒时辉光开始有清晰、发亮的光斑,酒醉后便转为苍白色,最后光圈内收。吸烟的人其辉光则有不谐和的现象。
实验心得
12月的一次周末,我们利用这短短的2个小时去西区参观的物理实验室,并观看了物理演示实验。在这次的演示实验课中,我学到了很多平时的生活学习中学不到的东西。在实验课上,老师让我们自己学习实验原理,自己动手学习操作,然后给同学们演示并讲解。我们第一次见到了一些很新奇的仪器和实验,通
过奇妙的物理现象感受了伟大的自然科学的奥妙。我们怀着好奇心仔细的观看了每个演示实验,通过自己的学习和同学们的认真讲解,一些看似不正常的现象都能用科学的自然知识来解释了!
我觉得我们做的虽然是演示实验,但也很有收获,这是我们对课上所学知识的一个更直观的了解,通过此次光学演示实验使我对光有了一种感性的认识,加深了对光学现象及原理的认识,为今后光学的学习打下深厚的基础,此次演示实验把理论与现实相结合,让大家在现实生活中理解光波的本质,这给我们每天的理论学习增添了一点趣味。
特别是辉光球和辉光盘,在现实生活中根本看不到,这是我第一次看。一丝一丝的五光十色的光线通过辉光球迸射出来如同礼花绽放般浪漫,让我想起了除夕夜的美妙绝伦的烟火。虽然说演示实验的过程是简单的,但它的意义绝非如此。我们学习的知识重在应用,对大学生来说,演示实验不仅开动了我们思考的马达,也让我们更好地把物理知识运用到了实际现象的分析中去,使我们不但对大自然产生了以前没有的敬畏和尊重,也有了对大自然探究的好奇心,我想这是一个人做学问最最重要的一点。因此我想在我们平时的学习中,要带着一种崇敬的心情和责任感,认认真真地学习,踏踏实实地学习,只有这样,我们才能真正学会一门课,学好一门课。此外,我觉得我们不能将眼光仅仅定位在事物的表面,不能被眼镜所欺骗,要认真的分析,理解,找出事物背后的真理;不仅在物理,生活中更应如此,只有这样我们才能成为一个完美的人,我想这也是为什么大纲上要安排这样一个演示实验的目的所在。我很庆幸能和老师一起参与本次试验,老师的细致指导是我能够顺利完成、理解本次试验的前提。
感谢老师的指导!
适用场景:实验室操作前准备、数据记录规范学习
本文要点:数据记录误差控制、实验步骤严谨执行、测量仪器熟练使用
首段:引言
基本测量实验是大学物理实验中的重要环节,通过该实验我们能够了解测量的基本原理和方法,并提高我们的实验技能。最近我们进行了一次基本测量实验,并撰写了实验报告。在这个过程中,我获得了宝贵的经验和教训,也深刻体会到了实验报告撰写的重要性。以下是我的心得体会。
第二段:实验的准备和操作
在进行实验前,我需要对实验目的、原理和步骤等进行充分的了解和准备。在操作过程中,我要小心谨慎,遵循操作规程,确保实验过程的准确性和安全性。尽管实验步骤看似简单,但是实际操作时却需要细心和耐心,只有耐心进行实验,才能得到真实可靠的数据。在实验中,我还要严格遵守实验室的安全规定,保护个人安全和周围环境。
第三段:数据处理和结果分析
在实验过程中,我认真记录数据,并尽可能减小测量误差。数据处理是实验报告的关键部分,我通过使用适当的统计方法和图表,对实验数据进行分析和解释。在分析结果时,我尽可能避免主观臆断,通过对数据的客观分析得出结论,提高实验报告的科学性和可信度。
第四段:问题与改进
在实验中,也难免出现问题和误差。通过仔细检查实验过程和数据,我能识别出错误和不足,并进一步改进下一次实验。例如,我发现在记录数据时,有时会因为疏忽导致数据漏记或记错等错误,所以我在下一次实验中加强了记录的重要性。此外,对于一些仪器的使用也需要进一步熟悉和掌握,以减小测量误差。
第五段:总结
通过这次基本测量实验,我不仅了解了测量的基本原理和方法,还提高了我对实验报告撰写的认识。实验报告的撰写对于实验过程的逻辑性和有效性是至关重要的,它能够帮助我们整理实验数据、分析实验结果,并从实验中深刻认识到问题和对策。在实验报告中,要坚持客观、准确和详实的.原则,力求做到精益求精。从这次实验中,我明白了实验报告的重要性,也认识到自己在报告撰写方面的不足之处,在今后的学习中我会不断完善和提高。
通过这次实验,我对基本测量实验有了更加全面的了解,也对实验报告的要求有了更深刻的认识。通过不断的实践和经验积累,我相信自己能够在未来的实验中取得更好的成绩,并撰写出更为完善的实验报告。
适用场景:实验室测量温度特性、教学实验数据记录
本文要点:使用非平衡直流电桥测量电阻变化、分析热敏电阻的温度系数、研究内热效应对测量的影响
大学物理实验报告 热敏电阻
热敏电阻是阻值对温度变化非常敏感的一种半导体电阻,具有许多独特的优点和用途,在自动控制、无线电子技术、遥控技术及测温技术等方面有着广泛的应用。本实验通过用电桥法来研究热敏电阻的电阻温度特性,加深对热敏电阻的电阻温度特性的了解。
关键词:热敏电阻、非平衡直流电桥、电阻温度特性
1、引言
热敏电阻是根据半导体材料的电导率与温度有很强的依赖关系而制成的一种器件,其电阻温度系数一般为(-0.003~+0.6)℃-1。因此,热敏电阻一般可以分为:
ⅰ、负电阻温度系数(简称ntc)的热敏电阻元件
常由一些过渡金属氧化物(主要用铜、镍、钴、镉等氧化物)在一定的烧结条件下形成的半导体金属氧化物作为基本材料制成的,近年还有单晶半导体等材料制成。国产的主要是指mf91~mf96型半导体热敏电阻。由于组成这类热敏电阻的上述过渡金属氧化物在室温范围内基本已全部电离,即载流子浓度基本上与温度无关,因此这类热敏电阻的电阻率随温度变化主要考虑迁移率与温度的关系,随着温度的升高,迁移率增加,电阻率下降。大多应用于测温控温技术,还可以制成流量计、功率计等。
ⅱ、正电阻温度系数(简称ptc)的热敏电阻元件
常用钛酸钡材料添加微量的钛、钡等或稀土元素采用陶瓷工艺,高温烧制而成。这类热敏电阻的电阻率随温度变化主要依赖于载流子浓度,而迁移率随温度的变化相对可以忽略。载流子数目随温度的升高呈指数增加,载流子数目越多,电阻率越小。应用广泛,除测温、控温,在电子线路中作温度补偿外,还制成各类加热器,如电吹风等。
2、实验装置及原理
【实验装置】
fqj—ⅱ型教学用非平衡直流电桥,fqj非平衡电桥加热实验装置(加热炉内置mf51型半导体热敏电阻(2.7kω)以及控温用的温度传感器),连接线若干。
【实验原理】
根据半导体理论,一般半导体材料的电阻率 和绝对温度 之间的关系为式中a与b对于同一种半导体材料为常量,其数值与材料的物理性质有关。因而热敏电阻的电阻值 可以根据电阻定律写为式中 为两电极间距离, 为热敏电阻的横截面。
对某一特定电阻而言, 与b均为常数,用实验方法可以测定。为了便于数据处理,将上式两边取对数,则有上式表明 与 呈线,在实验中只要测得各个温度 以及对应的电阻 的值,以 为横坐标, 为纵坐标作图,则得到的图线应为直线,可用图解法、计算法或最小二乘法求出参数 a、b的值。热敏电阻的电阻温度系数 下式给出。
从上述方法求得的b值和室温代入式(1—4),就可以算出室温时的电阻温度系数。
热敏电阻 在不同温度时的电阻值,可由非平衡直流电桥测得。非平衡直流电桥原理图如右图所示,b、d之间为一负载电阻 ,只要测出 ,就可以得到 值。
当负载电阻 → ,即电桥输出处于开路状态时, =0,仅有电压输出,用 表示,当 时,电桥输出 =0,即电桥处于平衡状态。为了测量的准确性,在测量之前,电桥必须预调平衡,这样可使输出电压只与某一臂的电阻变化有关。
若r1、r2、r3固定,r4为待测电阻,r4 = rx,则当r4→r4+△r时,因电桥不平衡而产生的电压输出为:(1—5)
在测量mf51型热敏电阻时,非平衡直流电桥所采用的是立式电桥 , 且 ,则(1—6)
式中r和 均为预调平衡后的电阻值,测得电压输出后,通过式(1—6)运算可得△r,从而求的 =r4+△r。
3、热敏电阻的电阻温度特性研究
根据表一中mf51型半导体热敏电阻(2.7kω)之电阻~温度特性研究桥式电路,并设计各臂电阻r和 的值,以确保电压输出不会溢出(本实验 =1000.0ω, =4323.0ω)。
根据桥式,预调平衡,将“功能转换”开关旋至“电压“位置,按下g、b开关,打开实验加热装置升温,每隔2℃测1个值,并将测量数据列表(表二)。
mf51型半导体热敏电阻(2.7kω)之电阻~温度特性
温度℃ 25 30 35 40 45 50 55 60 65
电阻ω 2700 2225 1870 1573 1341 1160 1000 868 748
非平衡电桥电压输出形式(立式)测量mf51型热敏电阻的数据
i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
温度t℃ 10.4 12.4 14.4 16.4 18.4 20.4 22.4 24.4 26.4 28.4
热力学t k 283.4 285.4 287.4 289.4 291.4 293.4 295.4 297.4 299.4 301.4
0.0 -12.5 -27.0 -42.5 -58.4 -74.8 -91.6 -107.8 -126.4 -144.4
0.0 -259.2 -529.9 -789 -1027.2 -124.8 -1451.9 -1630.1 -1815.4 -1977.9
4323.0 4063.8 3793.1 3534.0 3295.8 3074.9 2871.1 2692.9 2507.6 2345.1
根据表二所得的数据作出 ~ 图,如右图所示。运用最小二乘法计算所得的线性方程为 ,即mf51型半导体热敏电阻(2.7kω)的电阻~温度特性的数学表达式为 。
4、实验结果误差
通过实验所得的mf51型半导体热敏电阻的电阻—温度特性的数学表达式为 。根据所得表达式计算出热敏电阻的电阻~温度特性的测量值,与表一所给出的参考值有较好的一致性,如下表所示:
表三 实验结果比较
温度℃ 25 30 35 40 45 50 55 60 65
参考值rt ω 2700 2225 1870 1573 1341 1160 1000 868 748
测量值rt ω 2720 2238 1900 1587 1408 1232 1074 939 823
相对误差 % 0.74 0.58 1.60 0.89 4.99 6.20 7.40 8.18 10.00
从上述结果来看,基本在实验误差范围之内。但我们可以清楚的发现,随着温度的升高,电阻值变小,但是相对误差却在变大,这主要是由内热效应而引起的。
5、内热效应的影响
在实验过程中,由于利用非平衡电桥测量热敏电阻时总有一定的工作电流通过,热敏电阻的电阻值大,体积小,热容量小,因此焦耳热将迅速使热敏电阻产生稳定的高于外界温度的附加内热温升,这就是所谓的内热效应。在准确测量热敏电阻的温度特性时,必须考虑内热效应的影响。本实验不作进一步的研究和探讨。
6、实验小结
通过实验,我们很明显的可以发现热敏电阻的阻值对温度的变化是非常敏感的,而且随着温度上升,其电阻值呈指数关系下降。因而可以利用电阻—温度特性制成各类传感器,可使微小的温度变化转变为电阻的变化形成大的信号输出,特别适于高精度测量。又由于元件的体积小,形状和封装材料选择性广,特别适于高温、高湿、振动及热冲击等环境下作温湿度传感器,可应用与各种生产作业,开发潜力非常大。
适用场景:材料实验数据整理、物理实验操作指导
本文要点:光杠杆测微小伸长量、逐差法处理实验数据、杨氏模量仪调节与使用
行文逻辑:学习原理→熟悉仪器→测量数据→处理数据
【实验目的】
(1)学会拉伸法测量杨氏弹性模量的基本原理和实现方法。
(2)掌握用光杠杆法测量微小伸长量的原理和方法。
(3)学会用逐差法处理实验数据。
(通过实验目的可以知道本实验中要用到几种测量长度的器具,要提前预习使用方法,并且要熟悉“光杠杆”测微小长度变化的方法以及用逐差法处理数据。)
【实验原理】
什么是杨氏弹性模量
设钢丝截面积为s,长为l。若沿长度方向施以外力f使钢丝伸长△l,则比值f/s 是单位截面上的作用力,称为应力;比值△l/l 是物体的相对伸长量,称为应变,表示物体形变的大小。根据胡克定律,在物体的弹性限度内,应力与应变成正比式中比例系数e的大小,只取决于材料本身的性质,与外力f、物体原长l 及截面积s 的大小无关,叫做杨氏模量。
(所以实验当中需要测量f、l、s或d、δl几个量才能计算出杨氏模量,究竟如何测量呢?)
【实验仪器】
杨氏模量测定仪、光杠杆、望远镜尺组、米尺、千分尺等。
(应该在下面阅读中仔细查阅杨氏模量测定仪、千分尺的结构及使用方法如杨氏模量仪中光杠杆及其测微小长度变化的原理、千分尺的读数方法;并思考如何选择上面几种测量仪器。)
【实验内容】
(1)调整杨氏模量仪
(2)光杠杆及望远镜尺组的调节
(3)测量相应物理量
(4)逐差法处理数据
(实验中要注意光杠杆(望远镜、平面镜、标尺)的调节,特别注意如何消除十字叉丝像和标尺像的视差;千分尺的读数(注意初末位置的读数),初步理解不同量如何选择相应测量仪器的方法。)
适用场景:物理课程实验准备、实验操作流程学习
本文要点:记录实验数据、分析仪器故障、完成实验报告
这个学期我们开了一门特别的课程——《大学物理实验》,这和以往的课程不大一样,因为这一门完全以实验为主要上课内容的课程,这就意味着在学习这门课程的过程中要 不断的 做实验,因为以前都没接触到这样的课程,自己的动手能力又差,所以在学习的过程中心里一直悬着一块石头,直到最后一次实验的顺利完成,心才敢放松些,石头当然还没完全放下,因为我们下周才考试,笔试加实验,实验是随机考的,抽到什么做什么.。
大学物理实验第一次课程在教室上的,老师上个女的,上课时就对老师说的内容只有个模糊的印象,还潦草地记了一些笔记,笔记记在大学物理课本上了,因为当时课本还没订到,傻乎乎的认为大学物理就是大学物理实验,就把课本给带过去了。不过现在学了知道它们基本不沾边,呵呵,不要笑我傻哦。下课前老师还给我们交代了做实验的时间和注意事项,让我们准备好下次的实验。
我们的实验开在周二早上,地点在本部,所以我们得早早的起来搭校车,晚了自己得搭公交车去钱当然得自己掏喽。为了自己不被队伍落下,减少额外的消费我们起得挺早的`。(当然是闹铃吵醒的,呵呵)第一次去的时候感觉很是新鲜,不过心里还是一丝不安,因为我们还没发教材,除了知道此次做的实验是用拉伸法测定金属丝的杨氏弹性模量外,其他一概不知,只能到时候具体情况具体分析了。
到了实验实签完到后(每次都要求签到,前后各一次)老师便开始说本次实验原理和实验操作,老师都只简要的说,所以得认真听。这个课上得很仓促,实验报告册都还没有发,因为当时我还是班干,拿报告册的任务据在我身上了,其实我也部想的,因为我都还不知道这个实验怎么做呢。回来后没几分钟老师久说完了,然后久让我们自己做。然后我给大家发报告册,发完后只剩下一台坏的仪器给我了( 真郁闷啊~~~又给听懂,又是坏仪器)~~当时我还不知道是坏的,在那里鼓捣了半天也没什么收获,我心里那个急啊,(实验可是要求规定时间内完成,把数据给老师看后才能离开,而且要是没完成在校车离开以前~~那么就自己掏钱挤公交车了),我就向老师求助~老师在我仪器上搞了半天~然后说仪器坏了,我急忙说那我该怎么办呢?(其实我这样问是想让老师给我说说怎么做~~我真的还不会啊~~)老师人真好~~他说那你和其他同学一起吧~呵呵~~这个是要求独立完成的实验~听他这样说我乐死了~~~,有了同学的帮助我很快冷静了下来,试着回忆步骤,然后和同学边回忆边讨论的做实验,当我拿着测出的数据顺利得到老师签字时,满是顺利完成实验的欣喜!第一个 实验就这样完成了~呵呵。
后来因为教材没到,这个课停了一个月,直到十月底才得以继续。
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