[大学物理实验]实验预习报告-力学
孝感学院《大学物理实验》实验预习报告
日期： 2011 年 月 日 天气：__________
姓名：__________________ 学号：__________ 【实验题目】
实验1 用米尺、游标尺、螺旋测径器、读数显微镜测量长度
实 验 室：___________
院系专业：___________ 指导教师：________
【实验目的】
1．掌握__________、__________、_______________、_____________的测量原理和使用方法。 2．掌握一般仪器的_____________。
3．掌握多次等精度测量误差的__________与有效数字的基本运算。 【实验仪器及型号】
_______________________________________________________________________
【实验原理及预习】
1． 米尺（本实验使用的米尺）
最小分度值__________ 仪器误差∆仪=__________。
（读数练习）：l 左=___________________
l 右=___________________ l 左右=__________________
2． 游标卡尺（本实验使用的游标卡尺）
最小分度值__________ 仪器误差∆仪=__________。
3．如何记录游标卡尺的零点读数?
（读数练习）：___________________
若副尺零线在主尺零线左边，且副尺上第p 个刻度和主尺上某个刻度对准时，零点读数取______(正号、负号) ，若副尺零线在主尺零线右边时，零点读数取______(正号、负号) 。若测量物体长度的读数为L ' ，则物体的长度结果修正为L =_______________。 4．试述螺旋测微计的分度原理及使用方法。
一般实验室用的螺旋测径器量程为__________， 分度值是__________，仪器误差∆仪=__________。 5．螺旋测微计的零点读数
螺旋测微计的微分筒的零线应对准固定套筒上的微测基准线。如未对准，就要读出零点读数。顺刻
度方向读出的零点读数取______(正号、负号) ，，逆刻度方向读出的零点读数取______(正号、负号) 。每次测量之后，要从测量值的平均值中减去零点读数。 （练习：螺旋测径器零点读数）
6．螺旋测微器读数练习
___________________
___________________
___________________
7．如何利用读数显微镜测量物体的长度？
转动鼓轮，使叉丝交叉点分别与被测物体的左右两个位置相切，记下两次读数x 1、x 2，则待测物的长度L _______________。
【实验思考题】
1．欲测量半经为2cm 左右的钢球体积，要求单次测量的相对不确定度不大于0.5%，应使用什么仪器测量才能满足精度要求？为什么？
2．利用读数显微镜测量物体的长度时如何避免回程误差？
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日期： 2011 年 月 日 天气：__________
姓名：__________________ 学号：__________ 【实验题目】
实验2 随机（偶然）误差的统计分布
实 验 室：___________
院系专业：___________ 指导教师：________
【实验目的】
1．通过对单摆周期的多次测量，认识________________________，以及______________的意义。 2．掌握随机误差的估算方法。 【实验仪器及型号】
_______________________________________________________________________ 【实验原理及预习】
1．大量次数等精度测量的观测的结果服从随机误差的__________分布的统计规律，即：
⑴________________________________________________________ ⑵________________________________________________________ ⑶________________________________________________________ ⑷________________________________________________________ 2．正态分布统计规律：
正态分布概率密度函数：f (x ) =________________________________ 测量值落在区间(x -δ, x +δ) 之间的置信概率为___________， 测量值落在区间(x -2δ, x +2δ) 之间的置信概率为___________，
测量值落在区间(x -3δ, x +3δ) 之间的置信概率为___________。其中δ=________________。 【实验思考题】
1. 阐明在分区统计数据，做几率统计表格时划分区间的原则和方法
2. 若存在系统误差，它对统计直方图的形状、大小有何影响，为什么？
【实验数据分析训练】（选做）
1．下面的数表是某同学测量单摆周期的150次的测量数据，请计算
T ⑴单摆周期的平均值T =
N
i
=_______
⑵标准偏差S T =
=_________________
-(T -) 2
2S T
⑶构建以（S T ）为
参量的正态分布函数f (T ) =
=
_____________________
⑷分区统计数据，做几率统计表格
⑸用测量值的科学表达式报导测量结果
T =_________________________
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日期： 2011 年 月 日 天气：__________
姓名：__________________ 学号：__________ 【实验题目】
实验3 重力加速度的测定（落球法）
【实验目的】
1．熟悉_______________和_______________的调整和使用。 2．掌握用______________________________的方法。
【实验仪器及型号】
_______________________________________________________________________ 【实验原理及预习】
1．根据自由落体公式h =________________测出h 、t ，就可以算出重力加速度g 。
将小球放在_____________的位置，在小球开始下落的同时开始计时，则t 是小球下落的时间，h 是
实 验 室：___________
院系专业：___________ 指导教师：________
t 时间内小球下落的距离。
2．为了解决确定h 的困难，我们采取如下方法。
将光控门E 1放在A 的位置，记下小球从静止开始下落到A 的时间t 1，OA =h 1；再将E 2放在B 的位置，记下小球从静止下落到B 的时间t 2，OB =h 2；则
h 1=__________ h 2=__________
重力加速度g =__________________。
这样可以不测h 1和h 2而测_______________，可以由支柱上的刻度较准确地读出。
3．为了避免测不准h 的困难，同时消除电磁铁剩磁的影响。
将E 1放在靠近支柱顶部位置A ，E 2放在中间位置，如图所示。记下AB ox 是自由落体下落的轨迹。
之间的距离h 1和小球相应得下落时间t 1；然后，把E 2放在接近底部的位置C ，记下AC 间的距离h 2和小球相应得下落时间t 2，于是有
h 1=__________ h 2=__________
其中v 0是小球经过A 点的速度。
重力加速度g =__________________。
如果将E 2每隔一定的距离下移，记下相应的t n 、h n ，则有
s n
=_____________
t n
【实验思考题】
1．实验中，为什么只改变光电门2的位置，而不改变光电门1的位置？
2．以误差分析说明，用（3-12）测g 时， ⑴A 要靠近顶部，即v 0要小。 ⑵C 要靠近底部，即t 2要大。
⑶B 的位置有一个最佳值。根据你所用仪器的实际数据，估算B 应在什么位置为好。
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日期： 2011 年 月 日 天气：__________
姓名：__________________ 学号：__________ 【实验题目】
实验4 固体密度的测量
【实验目的】
1．熟练掌握物理天平的__________和____________。 2．掌握测定固体密度的方法——流体静力称衡法。 【实验仪器及型号】
_______________________________________________________________________ 【实验原理及预习】
1．物体的密度定义为ρ=____________
2．间接测量体积----流体静力称衡法
⑴测定铜圆柱体的密度
测出物体在空气中和浸没在液体中m 和m 1的质量，ρ0为液体的密度，所测固体密度：
实 验 室：___________
院系专业：___________ 指导教师：________
ρ=_______________
⑵测定白蜡（ρ＜1）的密度
如果待测物体的密度小于液体的密度，则可以采用重物助沉法测量：将物体拴上一个重物，加上这个重物后物体连同重物可以全部浸没在液体中，这时进行称衡，如图(要求绘制测量的原理图)
———————————— ————————————
图（a ） 图（b ） 测量蜡块的质量m 、蜡块重物都在水中的质量m 2、蜡块在空中重物在水中的质量m 3。待测固体的密度为
ρ=________________
【实验思考题】
1．设计一个实验，用静力学称衡法测量白砂糖的密度
2．设计一个实验，用静力学称衡法测量酒精的密度
3. 估计一个成年人的体积（体重约60千克）
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日期： 2011 年 月 日 天气：__________
姓名：__________________ 学号：__________ 【实验题目】
实验5 速度和加速度的测量
【实验目的】
1．学习气____________、______________、_________________的使用方法。 2．学会在气垫导轨上测量_________和______________。 【实验仪器及型号】
_______________________________________________________________________ 【实验原理及预习】 1．速度
当滑块从左向右通过光电门时，挡光片边缘________(填44’、22’)遮光时起动计时，挡光片边缘________(填44’、22’)遮光时停止计时。若测出挡光片不相邻两条边的距离∆x ，计时计数测速仪显示的时间为∆t ，则滑块通过光电门的速度
实 验 室：___________
院系专业：___________ 指导教师：________
v =____________
2．加速度
设滑块经某点A 时的速度为v A ，经某点B 处的速度为v B ，经过A 、B 间的时间为t ，加速度
a =_____________________
如果能测出滑块经过A 到B 的距离s ，根据匀变速直线运动公式，v B =v A +2as 则有
2
2
a =_____________________
3．理论加速度
用垫块把已调好的水平导轨上的单脚端垫高，则加速度
a =_____________________
【实验分析与讨论】
1．具体分析本实验产生误差的各种原因
2
2．本实验可用 a =(v B -v A ) /t 和a =(v 2-v ) /2s 两种方法测量加速度，试从测量的不确定度的角度分析哪种方法测量的较好？
B A
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日期： 2011 年 月 日 天气：__________
姓名：__________________ 学号：__________ 【实验题目】
实验6 声速的测定
【实验目的】
1．学会用______________、______________测定空气中的声速。 2．了解利用电声换能器进行_______________和_________的原理与方法。 3．初步熟悉___________和_______________________的功能和使用方法。 【实验仪器及型号】
_______________________________________________________________________ 【实验原理及预习】
频率f 和波长λ的声波在空气中的传播速度
实 验 室：___________
院系专业：___________ 指导教师：________
u =___________
f 可从_________________________测得，λ则用________________或__________________来测定。
1．共振干涉法（驻波法）
超声声速测定仪上二端面间距为
l =______________________
时，入射波与反射波相干形成驻波。
声驻波中，波腹的声压(即气体因声波传播产生的附加压强）最______（媒质最疏），波节处声压最______（媒质最密），换能器将其转换为电压信号的__________变化，由_____________显示，从而判断是否出现稳定的驻波，进一步依据电压的__________依次找出一个个波节的位置。由
l 1=__________ l 2=__________
求出λ=__________ 2．相位比较法（行波法）
从声源不断发出的频率为f 的声波在传播过程中形成一个声场，该场中任一点和声源的振动位相之差
∆ϕ=__________
若将__________________和______________的信号分别接入示波器的x 、y 轴输入端，改变接收器的位置，可观察到两个正弦量合成的一系列______________，如图所示。当相位差改变2π时，相应的l
的
改变量即为______________，由波长和频率值可求出声速u 。 图形：
_________ __________ __________
∆ϕ=0 ∆ϕ=π ∆ϕ=2π
3．理想气体中的声速值
声波在理想气体中的传播速度为：
u = __________________________________________ 式中，u 0=331.45m ⋅s -1是00C 时的声速，t 为摄氏温度。
【实验思考题】
1．下图是试验中从示波器上观察到的电压信号幅值随接收器S2位置变化的关系曲线，从曲线分析为什么测L 时不测波腹间的距离而要测波节间的距离？
2．若不从第一个波节而从任一个波节开始测量，是否同样能得出实验结论？但会引起什么问题？
3． 如何寻找谐振频率？依据是什么？
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日期： 2011 年 月 日 天气：__________
姓名：__________________ 学号：__________ 【实验题目】
实验7 弦的振动实验 【实验目的】
1. 观察弦振动形成的_______。
2. 学会测量弦线上横波__________的方法。
3. 用________法验证弦振动________与________的关系。 【实验仪器及型号】
_______________________________________________________________________ 【实验原理及预习】 1. 简述驻波及其特点
在电动音叉策动下，弦线与音叉臂的联接点P 的振动沿弦线向滑轮一端的方向传播而形成__________，再由P’端反射沿弦线朝音叉端传播，形成__________。当入射波与反射波符合相干条件时，两列相向传播的波在弦线上就可合成为横波的_______。
在驻波中，相邻两波节（或波腹）间的距离，等于__________。在本实验中，由于弦的两端______
的，故两端点为_______。所以，只有当均匀弦线的两个固定端之间的距离（弦长）等于________________，才能形成驻波。由此可得沿弦线传播的横波波长
实 验 室：___________
院系专业：___________ 指导教师：________
λ＝____________
2. 弦振动规律
弦振动的频率为f ，驻波波长λ，则弦线上横波传播的速度为V =________________。 由力学理论可知：在线密度为ρ、张力为T 的弦线上，横波传播的速度为V =_________。
3. f =
当弦线在频率为f 的音叉策动下振动时，适当改变T 、L 和ρ，则可能和强迫力发生共振的不一定是基频，而可能是谐频。取对数，得
lg f 0=________________
上式表明在lg f 0和lg L 、lg T 之间存在线性关系，本实验将分别验证这一关系。
【思考题与习题】
1. 根据什么现象判断驻波已经稳定？
2. 弦线的粗细和弹性对于实验有什么影响？应如何选择？
2. 如果要研究波长λ与弦线密度ρ的关系，实验如何安排？
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日期： 2011 年 月 日 天气：__________
姓名：__________________ 学号：__________ 【实验题目】
实验8 碰撞实验 【实验目的】
1. 验证_______________。
2. 深入了解____________________与____________________的特点。 【实验仪器及型号】
_______________________________________________________________________ 【实验原理及预习】 1．检验动量守恒定律
本实验是检验两物体沿一直线碰撞时，如果保持在碰撞方向上合外力为零，则碰撞前后的动量维持不变，即
——————————————————————
在实验中，利用__________使两个滑块在近似水平的平面内作直线碰撞，若忽略滑块与导轨间的摩擦力，则满足碰撞时合外力为零的条件。如取v B =0，则上式简化为 —————————————————————— 不论碰撞是________的或是___________的，动量守恒定律都成立。 2．碰撞前后动能的变化
若碰撞物体由弹性材料组成、碰撞物体没有发生形变，则物体的总动能____________，这就是_________碰撞。若物体具有一定塑性，碰撞结束后有部分形变，则物体系的总动能有____________，这就是非弹性碰撞。
3．验证全弹性碰撞与完全非弹性碰撞的特点的计算方案
用所测得的数据代入公式
______________________、_____________________________ 的具体动量和动能，然后算出百分比。（请具体阐明）
1）．完全非弹性碰撞
实 验 室：___________
院系专业：___________ 指导教师：________
(K -K ' ) /K ⨯100%=______________________________________________________________
T -T '
⨯100%=______________________________________________________________ T
2）．完全弹性碰撞
(K -K ' ) /K ⨯100%=______________________________________________________________
T -T '
⨯100%=______________________________________________________________ T
【思考题与习题】
（1）碰撞过程中滑块速度太快和太慢会给实验和实验仪器带来什么影响？
K -K '
（2）动量的百分比的值为什么有正、有负？
K
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日期： 2011 年 月 日 天气：__________
姓名：__________________ 学号：__________ 【实验题目】
实验9 杨氏弹性模量的测定（拉伸法） 【实验目的】
1．掌握用__________________________的原理和方法，测金属丝的________________。
2．训练正确地调节测量系统的能力和用_____________处理数据的方法。。 【实验仪器及型号】
_______________________________________________________________________ 【实验原理及预习】
1． 杨氏模量
设金属丝的长度为l ，截面积为S ，一端固定，一端在延长度方向上受力为F ，并伸长△l 。根据胡克定律，杨氏弹性模量
实 验 室：___________
院系专业：___________ 指导教师：________
E =______________
若钢丝的直径为d ，则E =______________。
∆l 是长度的___________改变量，难于用普通测长仪器测出，本实验中借助
_____________________________。
2. 光杠杆原理:由图，平面镜转过θ角，反射线旋转了2θ角：
θ≈tan θ=__________
2θ≈tan 2θ=__________
由以上两式即得钢丝的伸长量δl =__________ 由此可见，光杠杆的作用在于________________
__________________________________________。 3. 测量公式
E =______________
【思考题与习题】
1. 估算：实际上∆l 是一个微小的长度变化量，以钢丝为例：
211
设钢丝l =100.00cm，直径d =0.0480cm，由有关手册查得E =2.00×10N /m ，当金属丝
所悬挂的钩码为m =1.00kg 时的长度变化
2. 本实验中各种长度是用不同精度的仪器来测量的，这些仪器是如何选取的？为什么？
3. 请估算本实验所用的光杠杆和望远镜的放大倍率，它能够分辨最小长度的变化为多少？怎样提高它？
4. 导出本实验杨氏模量相对误差公式，并分析哪些量的误差对于测量效果影响最大，如何克服其误差。
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日期： 2011 年 月 日 天气：__________
姓名：__________________ 学号：__________ 【实验题目】
实验11 刚体转动惯量的测定
实 验 室：___________
院系专业：___________ 指导教师：________
【实验目的】
1．了解_______________________________，验证_______________________________。 2. 研究刚体的转动惯量与其_______、______________及________________的关系。 3. 熟练掌握___________________________的方法。 【实验仪器及型号】
_______________________________________________________________________ 【实验原理及预习】 1．转动定理
刚体绕定轴转动的转动定理为_________________。
为验证转动定理，采用原理图装置，若m 以加速度a 从静止开始运动，经过时间t 后下落的距离为h ，则h =
12
at ，即a =_____________，故a 可由h 、t 的测量值来计算。 2
当m 下落，塔轮转动，忽略定滑轮和细线的质量及转动时的空气阻力，将转轴与轴承之间的摩擦力矩M μ视为一常数，则由转动定理，可得
———————————————————
或 _____________________________________
若摩擦力的影响可以略去，即有____________________
1). 实验时可改变m ，测量h ，t 值，然后以m 为纵坐标，
1
为横坐标作图。如果它们的关系确t 2
为__________，即转动定理得到验证。同时，由曲线的斜率k 可求得塔轮系统的转动惯量I ：
I =_____________
2). 若保持h 、r 、m 不变，对称地改变m 0距OO '轴的距离x ，根据刚体转动惯量的平行轴定理，刚体系绕OO '的转动惯量
I =__________________
t 2=______________________________
如果直角坐标图t -x 是一斜率为k 2的直线，说明I 随质量分布的变化且验证了_______________和________________________。
3). 如果维持r 、m 、h 不变，将两个m 0放入（3，3′）、（2，4′）、(1,5) 位置上，这相当于由两个距离一定，质量各为m 0的物体组成的刚体绕不同的平行轴转动，由此可以观测刚体绕不同轴的转动惯量，并验证平行轴定理。
设两个m 0分别在上述位置时下落时间分别为t 1、t 2、t 3，相应的转动惯量为I 1，I 2=_______，
'
2
2
I 3=___________ 。得
t 22-t 12=_____________ t 32-t 12=____________
【思考题与习题】
1. 影响实验结果的精确度的主要因素是什么? 如何改进？
2. 实验中如何保证g >>a 的条件？由于作了这一近似，会对结果产生什么影响？ 3. c =
M μgr
式中c 值如何由实验方法定出来？