升 R0 温
阻 1.1031 阻 R9 / KΩ
1.1172
R1 1.1049 R10 1.1187 R1′ 1.1258 R10′ 1.1238 0.0061 /min W/J
R2 1.1064 R11 1.1202 R2′ 1.1256 R11′ 1.1236
R3 1.1080 R12 1.1217 R3′ 1.1253 R12′ 1.1234 δT
R4 1.1095 R13 1.1232 R4′ 1.1251 R13′ 1.1232 -1.2039 °C △J 0.7358 0.0940
R5 1.1111 R14 1.1247 R5′ 1.1249 R14′ 1.1230
R6 1.1126 R15 1.1262 R6′ 1.1247 R15′ 1.1228
R7 1.1142
R8 1.1157
降 R0′温
阻 1.1261 值 R9′ /
KΩ
1.1240 K
计
算 值
R7′ 1.1245
R8′ 1.1243
Q/cal 895.83
5 1077.4 5
J 4.9228 4.0930
E 17 .5734% 2.2450 %
修正前 修正后
4410.0 0 4410.0 0
1. 该实验所必须的实验条件与采用的实验基本方法各是什么?系统误差的来源可能有哪些?
答：实验条件是系统与外界没有较大的热交换，并且系统（即水）应尽可能处于准静态变化过程。实验方法是电热法。 系统误差的最主要来源是系统的热量散失，而终温修正往往不能完全弥补热量散失对测量的影响。其他来源可能有①水 的温度不均匀，用局部温度代替整体温度。②水的温度与环境温度差异较大，从而给终温的修正带来误差。③温度，质 量及电功率等物理量的测量误差。
2. 试定性说明实验中发生以下情况时，实验结果是偏大还是偏小?
(1) 搅拌时水被溅出； 答：实验结果将会偏小。 水被溅出，即水的质量减少，在计算热功当量时，还以称横水的质量 计算，即认为水的质量不变，但是由于水的质量减少，对水加热时，以同样的电功加热，系统上升的温度要比水没有上 升时的温度要高，即水没溅出在同样电功加热时，应上升 T 度，而水溅出后上升的温度应是 T+ΔT 度。用 J = A / Q ， 有 Q =（cimiT），J = A / [（T+△T）/ mc]，分母变大 J 变小。
(2) 搅拌不均匀 ； 答：J 偏大、偏小由温度计插入的位置与电阻丝之间的距离而定。离电阻丝较远时，系统温度示数 比，匀均系统温度低，设 T 为均匀系统温度，温度计示值应为 T-ΔT，用 J=A/θ计算，分母变小，则 J 变大；离电阻丝 较近时，温度计示值应为 T+ΔT，分母变大，因而 J 变小。
(3) 室温测得偏高或偏低。 答：设θ0 为室温，若测得值偏高Δθ时，测量得到的温度值为θ0+Δθ；偏低Δθ时，测 量温度值为θ0-Δθ，在计算温度亏损时，dTi=k(Ti-θ)，k 是与是室温无关的量(k 与室温有关)，只与降温初温和降温 终温以及降温时间有关，测得室温偏高时，dTi=k[Ti- (θ0+Δθ)]，每秒内的温度亏损 dTi 小于实际值，t 秒末的温度亏 损δTi=∑k[Ti- (θ0+Δθ)]。此值小于实际值，由于散热造成的温度亏损δTi=Tf+ Tf″，修正后的温度 Tf″为：Tf″= Tf -δTi，δTi 为负值，当测量值低于实际室温时，δTi 的绝对值变小：Tf″=Tf+｜δTi｜，即 Tf″变小，ΔT 变小（其中Δ T＝Tf″- Tf 初，Tf 初：升温初始值），
AA J= =
Q ∑ ci mi ?T
, J 变大，反之 J 变小。
电表的改装和校正
实验目的
(1) 掌握将微安表改装成较大量程的电流表和电压表的原理和方法。 (2) 了解欧姆表的测量原理和刻度方法。
(3) 学会绘制校准曲线的方法并对改装表进行校对。 实验方法原理
设微安表头满量程是 Ig ,内阻为 R g.
(1) 将表头并联一个分流阻值 Rs 改成量成为 I 的电流表，如图（a)示，则有（I-I g）Rs =I g R g ，即 R s =R g /(n-1)
(n = I/I g )
(2) 将微安表头串联一个分压电阻 R H 改成量程为 U d 电压表，如图（b)示，则有 I g (R g +R H )=U 即 R H =U/I g －R ｇ 实验步骤
(1) 改装量程为5 A电流表
① 计算分流阻值Rs 的理论值，负载电阻RL 取1000Ω左右。 ② 按图3-7-8连接电路，各部件摆放原则是方便于观擦与调节。
③ 自查电路（线路的连接、标准表量程的选取、滑线变阻器初值的设定、各阻值的取值）。 ④ 校准电表：首先进行满量程校正，然后进行逐点校正（完成数据表格） (2) 改装电压表（程序与上面相同，电路图按3-7-10进行） 数据处理
改装表示值 I/mA 0.00
减小时
标准表示值 I0 /mA
增加时 平均
差值＝I0-I /mA 改装表示值U /V 标准表示值 U0 /V
0.00 减小时 增加时 平均
差值＝U0-U /V
1.00 1.03 1.01 1.02 0.02 1.00 1.02 1.01 1.02 0.02
2.00 1.99 2.01 2.00 0.00 2.00 1.98 1.99 1.99 -0.01
3.00 3.02 3.00 3.01 0.01 3.00 3.01 3.02 3.02 0.02
4.00 3.98 3.99 3.99 -0.01 4.00 4.02 4.01 4.01 0.01
5.00 5.00 5.00 5.00 0.00 5.00 5.00 5.00 5.00 0.00
1. 校正电流表时，如果发现改装的毫安表读数总是高于标准表的读数，分流电阻应调大还是调小 ?为什么? 答： 应调小。让电路中标准表读数不变，即保持回路电流不变，分流电阻值减小后将会分得更多的电流，从而使流过被改装 表表头的电流减小，改装表的读数也减小。
2. 校正电压表时，如果发现改装的电压表读数总是低于标准表的读数，分压电阻应调大还是调小?为什么? 答：应调小。 让电路中标准表读数不变，即加在改装电表上电压值不变。调小电阻，改装表的总电阻降低，流过改装毫安表的电流增 大，从而读数也增加。
3. 试证明用欧姆表测电阻时，如果表头指针正好指在表盘标度尺的中心，则这时的欧姆表指示值为什么正好等于该欧
1
I= Ig
2 ，当表姆表的内阻值。 答：设表头指针满刻度电流为 Ig、表头指针指表盘中心时电路中电流为 I，根据题意 V1V I== IgIg = 内阻为Rg 、待测电阻为 Rx 时， ；根据欧姆表工作原理，当待测电阻 Rx ＝0 时， 。即 R g + Rx 2Rg V1V = Rx 读数即为该欧姆表的内阻。 ，因而可得 Rx＝Rg。所以，欧姆表显示测 R g + R x 2 Rg
思考题
(1) 应调小。因为表头过载，所以需要再分掉一部分多余的电流。 (2) 应调小。因为串联电路中电压的分配和阻值成正比。 (3) 证明 因为 Ig＝U/(Rg+r) 而I＝U/(Rg+r+Rx) 所以 当2I＝Ig时 即2U/(Rg+r+Rx)＝U/(Rg+r) 所以 Rx＝Rg+r 证毕 (4) 由误差＝量程×级别％，设改装表的级别为a′, 则
max
5×a′%= δ I
+ 5×0.5%
∴a′
= 0.9 ，故该装电流表的级别为 1.0 级
示波器的原理和使用
实验目的 实验方法原理
(1) 了解示波器的主要结构和显示波形的基本原理； (2) 掌握模拟示波器和函数信号发生器的使用方法； (3) 观察正弦、矩形、三角波等信号发生器的使用方法； (4) 通过示波器观察李萨如图形，学会一种测量正弦振动频率的方法，并加深对互相垂直振动合成理论的理解。 (1) 模拟示波器的基本构造
示波器主要由示波管、垂直放大器、水平放大器、扫描信号放大器、触发同步等几个基本部分组成。 (2) 示波器显示波形原理
如果只在垂直偏转板上加一交变正弦电压，则电子束的亮点随电压的变化在竖直方向上按正弦规律变化。要想显示 波形，必须同时在水平偏转板上加一扫描电压，使电子束所产生的亮点沿水平方向拉开。 (3) 扫描同步
当扫描电压的周期 Tx 是被观察周期信号的整数倍时，扫描的后一个周期扫绘的波形与前一个周期完全一样，荧光屏 上得到清晰而稳定的波形，这叫做信号与扫描电压同步。 (4) 多踪显示
根据开关信号的转换频率不同，有两种不同的时间分割方式，即“交替”和“断续”方式。 (5) 观察李萨如图形并测频率
fyX方向切线对图形的切点数N x =
Y方向切线对图形的切点数N yfx
0
π4
π
2
3π 4
π 5π 4
3π 2
7π 4
2π
实验步骤
(1) 熟悉示波器各控制开关的作用，进行使用前的检查和校准。频率相同位相不同时的李萨如图形 (2) 将信号发生器的输出信号连接到示波器的 CH1 或 CH2，观察信号波形。
(3) 用示波器测量信号的周期 T、频率 f、幅值 U、峰－峰值 Up-p、有效值 Urms,频率和幅值任选。 (4) 观察李萨如图形和“拍”。
(5) 利用多波形显示法和李萨如图形判别法观测两信号的相位差 ① 多波形显示法观测相位差。 ② 李萨如图形判别法观测相位差。 数据处理
(1) 测量正弦信号峰峰值 UP-P，周期 T
示波器测量值 H=4.0DIV L=5.0DIV
V0/DIV=0.5V/DIV T0/DIV=20us/DIV
UP-P =2.0V T =0.10ms
信号发生器显示值 U 显 = 2.0V T 显 = 0.10ms
Eup?p =
U p ?p ? U 显 U显
=0 ET =
T ? T0 =0 T0
U ＝2.9V
U 显 ＝3.0V
(2) 测量直流信号的幅度 H = 5.8 (3) 测量相移 x1/DIV
x/DIV
V0／DIV=0.5V/DIV
θ=
x1 × 360° x
°
5.3 25.0
76.32
1. 模拟示波器为何能显示高速变化的电信号轨迹？
答：在模拟示波器垂直偏转板上加的是被观测信号电压，而在水平偏转板上加的是锯齿波（时间线性变化）信号电压，
所以示波器的示波管的横轴相当于直角坐标的时间轴，经过一个锯齿波信号周期，电子束便在示波管的荧光屏上描绘出 被观测信号的波形的一段轨迹。当锯齿波信号的周期大于或等于周期性观测信号的周期且与其相位锁定时（同步 ），电 子束便在示波管的荧光屏上描绘出被观测信号的波形的同一段轨迹，由于人眼的视觉暂留和荧光屏的余辉，便可以观测 到信号的波形。
2. 在本实验中，观察李萨如图形时，为什么得不到长时间稳定的图形？
答：因为 CH1 与 CH2 输入的是两个完全不相关的信号，它们的位相差难以保持恒定，所以得不到长时间的稳定波形。 3. 假定在示波器的 Y 轴输入一个正弦信号，所用的水平扫描频率为 120Hz，在荧光屏上出现三个稳定完整的正弦波形， 那么输入信号的频率是什么？这是否是测量信号频率的好方法？为何？
答：输入信号的频率是 360Hz。这种方法不是测量信号频率的好方法，因为用此方法测量的频率精确度低。 4. 示波器的扫描频率远大于或远小于输入正弦信号的频率时，屏上的图形是什么情况？
答：扫描频率远小于输入正弦信号频率时，出现图形是密集正弦波；扫描频率远大于输入正弦信号频率时，一个周期 的信号波形将会被分解成数段，显示的图形将会变成网状交叉线。
超声波声速的测量
实验目的
(1) 进一步熟悉示波器的基本结构和原理。
(2) 了解压电换能器的功能，加深对驻波及振动合成等理论知识的理解。 (3) 学习几种测定声波传播速度的原理和方法。 实验方法原理
(4) 通过时差法对声波传播速度的测量，了解声纳技术的原理及其重要的实用意义。
声波是一种弹性媒质中传播的纵波，波长、强度、传播速度等是声波的重要参数，超声波是频率大于 20 kH 的机械 波，本实验利用声速与振动频率 f 和波长λ之间的关系 v = λ f 来测量超声波在空气中的传播速度。
SV5 型声速测量组合实验仪（含专用信号源），可以做时差法测定超声波传播速度的实验；配以示波器可完成利用 共振干涉法，双踪比较法和相应比较法测量声速的任务。本声速测量仪是利用压电体的逆压电效应而产生超声波，利用 正压电效应接收超声波，测量声速的四种实验方法如下：（由于声波频率可通过声源的振动频率得出，所以测量声波波 长是本实验主要任务。）
（1）李萨如图形相位判别法
频率相同的李萨如图形随着Δφ的不同，其图形的形状也不同，当形状为倾斜方向相同的直线两次出现时，Δφ变 化 2 π ，对应接受器变化一个波长。 （2）共振法
由发射器发出的平面波经接受器发射和反射器二次反射后，在接受器与发射器之间形成两列传播方向相同的叠加 波，观察示波器上的图形，两次加强或减弱的位置差即为波形λ。 （3）双踪相位比较法
直接比较发信号和接收信号，同时沿传播方向移动接受器位置，寻找两个波形相同的状态可测出波长。 （4）时差法
测出脉冲声速传播距离 X 和所经历时间 t, 便可求得声速。 实验步骤
(1) 李萨如图形相位比较法
转动声速测量组合实验仪的距离调节鼓轮，观察波形当出现两次倾斜方向相同的倾斜直线时，记录这两次换能器的 位置，两次位置之差为波长。 (2) 共振法
移动声速测量仪手轮会发现信号振幅发生变化，信号变化相邻两次极大值或极小值所对应的接受器移动的距离即是 λ/2 ，移动手轮，观察波形变化，在不同位置测 6 次，每次测 3 个波长的间隔。 (3) 比较法
使双通道两路信号双踪显示幅度一样，移动手法会发现其中一路在移动，当移动信号两次与固定信号重合时所对应 的接收器移动的距离是λ，移动手轮，观察波形变化，多记录几次两路信号重合时的位置，利用逐差法求波长。 (4) 时差法
转动手轮使两换能器的距离加大，每隔 10mm 左右记录一次数据 xi 和 t i ,根据公式获得一系列 vi 后，可以利用逐差 法求得声速 v 的平均值υ 。 数据处理
(1) 李萨如图形相位比较法
温度＝20.8℃ 信号发生器显示频率＝37.003 kHz 接受器位置序号 接受器位置坐标
0 55.40
1 64.53
2 73.94
3 83.40
4 92.65
5 101.90
/mm 接受器位置序号 接受器位置坐标 /mm
6 111.30 55.90 9.32
7 120.68 56.15 9.36
8 129.95 56.01 9.34
9 139.25 55.85 9.31
10 148.60 55.95 9.33
11 158.06 56.16 9.36
= x x ?x
j
i+6
i
i
λi =
x 6
(2) 共振法 温度＝20.8℃ 次数 1 2 3 4 5 6 其中 λ =
15
λ = Σ λ j = 9.34 × 10 ?3 m; v = fλ = 3.4561× 10 2 m / s 6 j =0
信号发生器显示频率＝37.012 kHz
被测数 76.28 104.40 132.41 160.59 188.69 216.72
被测λ数 n 3 3 3 3 3 3
x = a1 ? a2
接受器记 录 48.20 76.28 104.40 132.41 160.59 188.69
/mm λ=x/n /mm
9.36 9.37 9.34 9.39 9.37 9.34
λ
28.08 28.12 28.01 28.18 28.10 28.03
9.36×10
-3
(3) 比较法
温度＝20.8℃ 接受器位置序号 接受器位置坐标 接受器位置序号 接受器位置坐标
16
Σ λi = 9.36 × 10 ? 3 m；v v = fλ = 3.4649 ×10 2 m / s 6 i =1
信号发生器显示频率＝37.015 kHz 0 57.65 6 114.06 56.41 9.40
1 67.04 7 123.50 56.46 9.41
2 76.38 8 132.77 56.39 9.40
3 86.75 9 142.26 55.51 9.25
4 95.12 10 151.58 56.46 9.41
5 104.59 11 161.09 56.50 9.42
xj = xi +6 ? xi /mm
λj =
1 5
Σλ6 j=0
j
(4)时差法 温度＝20.8℃ 接收器位置序号 i 接收器位置坐标 xi /mm 脉冲传播时间 ti /us 接收器位置序号 i 接收器位置坐标 xi /mm 脉冲传播时间 ti /us
x? xi/ ms? 1v j = i +6
ti + 6 ? t
i
信号发生器显示频率＝37.032 kHz
0 56.85 347 6 116.80 522
1 66.80 377 7 126.80 551 344.83
2 76.80 407 8 136.80 579 348.84
3 86.80 434 9 146.80 606 348.84
4 96.80 465 10 156.80 635 352.94
5 106.80 491 11 166.80 663 348.84
342.57
(5) 环境温度为 T(℃)时的声速
152
υ = Σ υ j = 3.4781 × 10 mm/s 6 j =0