大学物理实验标准答案最靠谱版讲解.docx

示范报告1实验名称电桥法测中、低值电阻一 .目的和要求1 .掌握用平衡电桥法测量电阻的原理和方法；2 .学会自搭电桥，且用交换法测量电阻来减小和修正系统误差3 .学会使用QJ-23型惠斯登电桥测量中值电阻的方法；4 .学会使用QJ-42型凯尔文双臂电桥测量低值电阻的方法二 .实验原理直流平衡电桥的基本电路如下图所示B图中RA,RB称为比率臂，Rs为可调的标准电阻，称为比较臂，Rx为待测电阻在电路的对角线（称为桥路）接点BC之间接入直流检流计，作为平衡指示器，用以比较这两点的电位调节Rs的大小，当检流计指零时，B,C两点电位相等UAC=Uab;Ucd=Ubd,即IaRa=IbRb；IxRx=IsRs°因为检流计中无电流，所以Ia=Ix,Ib=Is,得到电桥平衡条件Rx=RARsRb三 .实验仪器直流电源，检流计，可变电阻箱，待测电阻，元器件插座板，QJ24a型惠斯登直流电桥,QJ42型凯尔文双臂电桥，四端接线箱，螺旋测微计四 .实验方法1 .按实验原理图接好电路；2 .根据先粗调后细调的原则，用反向逐次逼近法调节，使电桥逐步趋向平衡在调节过程中，先接上高值电阻Rm,防止过大电流损坏检流计。

当电桥接近平衡时，合上KG以提高桥路的灵敏度，进一步细调；3 .用箱式惠斯登电桥测量电阻时，所选取的比例臂应使有效数字最多△RS仪 =m是所用转盘个数,五.数据记录与分析1.交换法研究自搭电桥的系统误差-R/Rb=100/100RB/Ra=10C/100ARS仪(◎)(TRS(◎)△R，S仪(◎)(TRS'(◎)Rs(Q)R's(Q)R(2294.7300.90.30.20.30.2R(31976.02015.02121所以RX2=297.8±0.1C,RX3=1995.4±0.8G2.不同比例臂对测量结果的影响R/RbR(Q)Rx1(Q)结论100/10051.051.0比例臂越小，有效数100/1000500.650.06字位数越多，测量结100/100005125.651.256果越精确3.用箱式惠斯登电桥测量电阻RX比率CRS(Q)R(Q)结果%0.01509850.98比例臂C的选取应使有效数字位数最多，从而提高测量精度R20.12990299.0R(31199019904.用开尔文电桥测量低值电阻铜棒平均直径d=3.975mm（多次测量取平均）（末读数—初读数）铜棒长度/mm240.00280.00320.00360.00400.00440.00电阻值/10-3Q1.461.691.952.192.422.684：一、4：电阻R=—L=-2L,由下图中的拟合直线得出斜率k=-2=0.00609,S二d2二d2则电阻率「0=314空0还丝选731=756父10―44六.分析讨论题当惠斯登电桥平衡后，若互换电源与检流计位置，电桥是否仍保持平衡？试说明之。

答：电桥仍保持平衡在互换电源与检流计位置前，电桥平衡条件为Rx=RaRs,互Rb换位置后的电桥线路如下在新桥路内，若Ig=0,检流计无电流通过，A,D两点电位相等则有Uca=Ucd,Uab=UDB；1A=1B,Ix=Is,因而有1ARA=IxRXIbRB=IsRs的关系这样Ra/Rb=Rx/Rs即Rx=RARs就是互换位置前的平衡条件所以电桥仍保持Rb平衡B2实验名称静电场测绘一.目的与要求1 .学习用模拟法测绘静电场的分布2 .加强对电场强度和电势的概念二.实验原理由于静电实验条件苛刻且不稳定，而稳恒电流的电场和相应的静电场的空间是一致的,在一定的条件下，可以用稳恒电流的电场来模拟测绘静电场静电场与稳恒电流场的对应关系为静 电 场导体上的电荷士 Q电场强度E介电常数；电位移D 二 ； E * 4无荷区「E 0S =0稳恒电流场极间电流I电场强度E电导率；二电流密度J=E无源区-二一 E dS -0电势分布2U = 0电势分布2U = 01根据上表中的对应关系可知，要想在实验上用稳恒电流场来模拟静电场，需要满足下面三个条件：⑴电极系统与导体几何形状相同或相似⑵导电质与电介质分布规律相同或相似。

⑶电极的电导率远大于导电质的电导率，以保证电极表面为等势面以无限长同轴柱状导体间的电场为例，来讨论二者的等效性设真空静电场中圆柱导体A的半径为a,电势为Ua；柱面导体B的内径为b,且B接地导体单位长度带电土九（即线密度）根据高斯定理，在导体A、B之间与中心轴距离为r的任意一点的电场大小为E二2二；0r电势为导体A的电势可表示为2 二；°lnb r(2)(3)bUa2二；”a于是在距中心r处b . bU r =Ua ln In r a(4)此时的场强为Er1 Ua lnbr ■■■ a(5)将A、B间充以电阻率为p、厚度为6的均匀导电质，不改变其几彳S]'条件及A、B的电位,则在A、B之间将形成稳恒电流场设场中距中心线r点处的电势为U在r处宽度为dr的导电质环的电阻为从r到b的导电质的电阻为电极A、B间导电质的总电阻为由于A、B间为稳恒电流场，则即比较(10)和(4)式可知, 流场模拟描绘静电场dR一如:：、上s 2 二r、b PIn2 二、.lnE rUaRrR(6)(7)(8)(9)b . bU =Ua ln — : lnr a电流场中的电势分布与静电场中完全相同，可以用稳恒电(10)根据(4)可以导出br=彳或bUaa(11)r=anb1JIn=UrUa三.实验仪器静电场描绘仪，坐标纸。

四.实验操作步骤1 .测量长的同轴圆柱体间的电场分布1)按照实验面板提示，选择检流计法，调整好仪器，选U=1CVoa(2)移动探针，分别取测量电位Ur为1V,3V,5V三个等势面，每组均匀分布8点等势点，测出各等势点的坐标，并列表记录，将数据输入电脑处理，得到测量半径r测(对应有三个测量半径)3)将三个等势面的「，并与(11)式的理论值r理比较，并求百分误差2 .测量平行输电线间的电场分布(1)按照实验面板提示，选择电压法，调整好仪器，仍选U=1CV；a(2)移动探针，分别取测量电位Ur为1V,3V,5V,7V,9V三个等势面，每组均匀分布8点等势点，曲率较大出取点应稍密1.同轴电缆电流场模拟同轴圆柱带电静电场等势圆测绘(1)电极半径：正极a=5.00mm,负极b=75.00mm(2)等势点坐标标序「、1V等势点坐标3V等势点坐标5V等势点坐标X1(cm)Y(cm)X2(cm)丫2(cm)X3(cm)Y3(cm)12.136.704.556.755.856.7523.652.665.704.156.455.3537.200.907.503.457.754.90413.186.059.604.008.865.20513.207.8911.007.309.606.15610.3511.509.859.258.218.3077.5012.108.159.957.828.5585.1011.656.549.836.908.45同轴电缆电流场模拟同轴圆柱带电体静电场等势圆测绘横轴：1cm1.00cm纵轴：1cm1.00cm13.0012.0011.0010.009.008.007.006.005.004.003.002.001.000.00二 1=一，三_1=3二1=3三知 ttw HHwtmttttTwmtritit wttrtffHftrHHrttwwfHttfrTttWtwtiwfttitt tHirrtHittmth ttttrttfiftrttttttWttrHtf Hitt ttttrri0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.0 11.0 12.0 13.0 14.00 0 0 0 0各等势圆的圆心坐标和半径计算结果电势值(V)135X)(cm)7.687.777.73Y0(cm)6.556.726.69RP(cm)5.613.281.86(3)等势圆理论半径的计算及比较根据(11)式r=一bU-及EJ测flx100%,电Hr理当Ur=1V时，ri=5.72cm,E=1.9%；当Ur=3V时，r3=3.33cm,E=1.5%；当Ur=5V时，r5=1.94cm,E=4.1%；2.平行输电线电流场模拟等值异号点电荷静电场等势线簇测绘六.分析讨论题1 .根据测绘的等势线和电场线的分布，试分析哪些地方场强较强，那些地方场强较弱？答：根据(11)式，电场强度的大小E与半径r成反比，越靠近内电极A,电场越强，电场线越密。

2 .对电极和导电纸的电导率各有什么要求，为什么？两者相互接触的要求对实验结果有什么影响，为什么？答：导电纸的电导率应较小，而电极的电导率远大于导电纸的电导率，以保证电极表面为等势面，3实验名称刚体转动惯量的测量（扭摆）一 .实验要求与目的1 .用扭摆测定多种形状物理的转动惯量和弹簧的扭转系数；2 .观察刚体的转动惯量与质量分布的关系；3 .验证平行轴定理；二 .实验原理将物体在水平面内转过0角在弹簧恢复力矩作用下，物体就开始绕垂直轴作往返扭0成正比，即转运动根据虎克定律，弹簧受扭转而产生的恢复力矩M与所转过的角度（1）3 （式中，I为物体绕转轴的转动惯量,M=-"式中：k为弹簧的扭转常数根据转动定律M=I3为角加速度）得二 MI(2)令82=k/I,忽略轴承摩擦阻力矩，由式（1）dt2-一・，2uI上述方程表示扭摆运动为简谐振动，角加速度与角位移成正比，且方向相反此方程的解中为初相位角；3为圆频率此简谐a=Acos（0t+中）；式中：A为简谐振动的角振幅;振动的周期由式（3）可知，只要实验测得物体扭摆的摆动周期，并在I和k中任何一个量已知时即可计算出另一个量本实验测量形状规则物体的转动惯量，它的质量和几何尺寸通过量具直接测量得到，再算出本仪器弹簧的k值。

若要测定其他形状物体的转动惯量，只需将待测物体安放在本仪器顶部的各种夹具上，测定其摆动的周期，由式（3）即可算出该物体绕转动轴的转动惯量I0时，当转轴平行移动理论分析证明，若质量为m的物体绕通过质心轴的转动。