物理设计性实验提要(2)

2019-08-30 13:54

物体浸没在液体中受到的浮力大小为:

f??液Vg

弦线在振动时频率?、波长?、张力T及弦线的线密度?有如下关系:

??1T??

当频率?与线密度?一定时,上式左右两边同时取对数,得到下式后还可以进一步简化。

log??11logT?log??log? 22提交整体设计方案时间

学生自选题后2~3周内完成实验整体设计方案并提交。提交整体设计方案,要求用纸质版供

教师修改。

参考书籍

《大学物理实验》陆廷济 胡德敬 陈铭南 主编

实验5 《用焦利氏秤测量弹簧的有效质量》实验提要

实验课题及任务

《用焦利氏秤测量弹簧的有效质量》实验课题任务是:自然界存在着多种振动现象,其中最简单的振动是简谐振动。一切复杂的振动都可以看成是由多个简谐振动合成的。本实验是研究焦利氏秤下面的弹簧的简谐振动,测量弹簧的有效质量,验证振动周期与质量的关系。 学生根据自己所学的知识,并在图书馆或互联网上查找资料,设计出《用焦利氏秤测量弹簧的有效质量》的整体方案,内容包括:写出实验原理和理论计算公式,研究测量方法,写出实验内容和步骤,然后根据自己设计的方案,进行实验操作,记录数据,做好数据处理,得出实验结果,写出完整的实验报告,也可按书写科学论文的格式书写实验报告。

设计要求

⑴ 通过查找资料,并到实验室了解所用仪器的实物以及阅读仪器使用说明书,了解仪器的使用方法,找出所要测量的物理量,并推导出计算公式,在此基础上设计出测定简谐振动周期与弹簧的倔强系数,弹簧振子的有效质量数值关系的方法,写出实验原理。

⑵ 选择实验的测量仪器,设计出实验方法和实验步骤,要具有可操作性。 ⑶ 拟出实验步骤,列出数据表格,建议多次测量减小误差。 ⑷ 用最小二乘法处理实验数据。 ⑸ 分析讨论实验结果。

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实验仪器

焦利氏秤及附件、天平、秒表或数字毫秒计。

实验提示

在一上端固定的弹簧下悬一重量为m的物体,弹簧的倔强系数为K。在弹簧的弹性回复力的作用下,如果略去阻力,则物体作简谐振动。不考虑弹簧自身的质量时,列出振动周期T与质量m,倔强系数K的关系式。

由于焦利氏秤的弹簧K值很小,弹簧自身的有效质量m0与弹簧下所加的物体系(包括小镜子、砝码托盘和砝码)的质量相比不能略去,在研究弹簧作用简谐振动时,需考虑其有效质量。若考虑弹簧的有效质量时,T、K、m、m0等关系又如何?

提交整体设计方案时间

学生自选题后2~3周内完成实验整体设计方案并提交。提交整体设计方案,要求用纸质版供教师修改。

实验6 《用热敏电阻改装温度计》实验提要

实验课题及任务

热敏电阻是阻值对温度变化非常敏感的一种半导体。不同于导体的阻值——温度特性(温度升高,阻值增大),半导体热敏电阻的阻值——温度特性是当温度升高,阻值降低。产生这种现象的原因是由于半导体中的载流子数目随着温度升高而按数激烈地增加,载流子的数目越多,导电能力越强,电阻率就越小。热敏电阻温度计是利用半导体的电阻值随温度急剧变化的特性而制作的,以半导体热敏电阻为传感器,通过测量其电阻值来确定温度的仪器。可以利用这种“非平衡电桥”的电路原理来实现对温度的测量。用半导体热敏电阻作为传感器,设计制作一台测温范围为40℃~80℃的半导体温度计。

《用热敏电阻改装温度计》实验课题任务是:根据所学的知识,设计实验把所给的热敏电阻改装成热敏温度计。

学生根据自己所学的知识,并在图书馆或互联网上查找资料,设计出《用热敏电阻改装温度计》的整体方案,内容包括:(写出实验原理和理论计算公式,研究测量方法,写出实验内容和步骤。),然后根据自己设计的方案,进行实验操作,记录数据,做好数据处理,得出实验结果,写出完整的实验报告,也可按书写科学论文的格式书写实验报告。

设计要求

⑴ 通过查找资料,并到实验室了解所用仪器的实物以及阅读仪器使用说明书,了解仪器的使用方法,找出所要测量的物理量,并推导出计算公式,了解非平衡电桥的工作原理,在此基础上

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写出该实验的实验原理。

⑵ 选择实验的测量仪器,设计出实验方法和实验步骤,要具有可操作性。

⑶ 温度计的测量范围在40℃~80℃,根据实验情况确定测量温度间隔(最大不能超过5℃)。 ⑷ 定标时要求测量升温和降温中同一温度下热敏温度计的指示值(自己确定测量间隔,要达到一定的测量精度)。定标后的刻度要求为:一大格表示5℃,一小格表示1℃。

⑸ 要求测量R~t曲线,标出改装后的的温度计的刻度,然后再进行校正,校正时的温度点不要和定标时的温度点相同。

实验仪器

惠斯通电桥,电阻箱,表头,热敏电阻,水银温度计,量热器等

提交整体设计方案时间

学生自选题后2~3周内完成实验整体设计方案并提交。提交整体设计方案,要求用纸质版供教师修改。

思考题

如何才能提高改装热敏温度计的精确度?

实验7 《测量小灯泡伏安特性曲线》实验提要

实验课题及任务

《测量小灯泡伏安特性曲线》实验课题任务是:电学知识告诉我们当电压一定时,电流I与电阻R成反比,但小灯炮的电阻会随温度的改变而变化,小灯泡(6.3V、0.15A)在一定电流范围内其电压与电流的关系为U?KI,K和n是与灯泡有关的系数。

n学生根据自己所学的知识,并在图书馆或互联网上查找资料,设计出《测量小灯泡伏安特性曲线》的整体方案,内容包括:写出实验原理和理论计算公式,研究测量方法,写出实验内容和步骤,然后根据自己设计的方案,进行实验操作,记录数据,做好数据处理,得出实验结果,写出完整的实验报告,也可按书写科学论文的格式书写实验报告。

设计要求

⑴ 通过查找资料,并到实验室了解所用仪器的实物以及阅读仪器使用说明书,了解仪器的使用方法,找出所要测量的物理量,并推导出计算公式,在此基础上写出该实验的实验原理。

⑵ 选择实验的测量仪器,设计出测小灯泡伏安曲线的电路和实验步骤,要具有可操作性。 ⑶ 验证公式U?KI; ⑷ 求系数K和n;

⑸ 求出室温下灯丝电阻,分析讨论实验结果。

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n实验仪器

小灯泡、电流表、电压表、变阻器、直流电源、开关、导线。

实验提示

小灯泡通电后,灯丝的电阻受灯丝的影响。低温时灯丝的电阻的变化与温度升到较高时电阻变化是不一样的。

提交整体设计方案时间

学生自选题后2~3周内完成实验整体设计方案并提交。提交整体设计方案,要求用纸质版供教师修改。

实验8《利用刚体转动惯量实验仪验证转动定律》

实验提要

实验课题及任务

物理实验室有多套刚体转动惯量实验仪,该实验设计有缺陷,实验误差较大,闲置多年不用。在大学物理实验里,没有关于刚体定轴转动定律方面的实验。为了使闲置仪器再次利用,同时填补刚体定轴转动定律方面的实验空白,要求学生设计一个“利用刚体转动惯量实验仪验证转动定律”的设计性实验。本实验要求学生了解“刚体转动惯量实验仪实验”[参考附录1],利用实验室现有的气垫导轨实验用的JSJ?3A型数字毫秒计及光电门,对刚体转动惯量实验仪进行改装,验证刚体定轴转动定律。[提示:计算出合外力矩M??mgr?M?与?,当合外力矩M??mgr?M?与?成正比时,刚体定轴转动定律M?I?成立。]

学生根据自己所学的知识,并在图书馆或互联网上查找资料,设计出《利用刚体转动惯量实验仪验证转动定律》的整体方案,内容包括:(写出实验原理和理论计算公式,研究测量方法,写出实验内容和步骤。),然后根据自己设计的方案,进行实验操作,记录数据,做好数据处理,得出实验结果,按要求写出完整的实验报告。

设计要求

本实验要求学生自主完成四部分内容:一是完成刚体转动惯量实验仪的改装,二是自主设计实验原理及内容,三是估测阻力矩,四是验证刚体定轴转动定律。

实验仪器

刚体转动惯量实验仪,JSJ?3A型数字毫秒计,光电门

学时分配

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实验验收,3学时,在实验室内完成;教师指导(开放实验室)和开题报告2学时。

思考题

如何才能提高实验的精确度?

提交整体设计方案时间

学生自选题后2~3周内完成实验整体设计方案并提交。提交整体设计方案,要求手写设计方案,字迹清晰,作图准确。

附录1

刚体转动实验仪

实验目的

1 学会应用功能原理测量物体的转动惯量。

2 通过实验加深认识影响转动惯量的因素,学会用作图法处理资料; 3 学习一种消除系统误差的方法。 实验仪器

刚体转动实验仪,秒表,砝码,米尺。 仪器介绍

刚体转动实验仪如图8-1所示。A是一个具有不同半径r的塔轮,其中心轴支

承在支臂I和底座J之间,两根具有等分刻度的均匀细杆B和B′对称地装在塔轮的中心套两侧,圆柱形重物m0可沿B和B′移动,它们一起组成了一个可以绕定轴00′转动的刚体系。若在塔轮上绕一层细线,其另一端通过支承在实验台上的滑轮C与砝码M相连,当砝码下落时,细线对刚体系施加外力矩,使刚体转动,滑轮C的支架可通过滑轮台架E上的固定螺钉D而升降,以保证细线绕不同半径的塔轮时可保持与转轴垂直。H是滑轮台架固定板手,F是作为砝码下落是起始位置的标记。

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