大学物理实验指导书.doc

目 录实验一 牛顿第二定律的验证 2实验二弦线振动的研究 4实验三碰撞打靶实验 6实验四 利用直流电桥测量电阻 9实验一 牛顿第二定律的验证实验目的1．熟悉气垫导轨的构造，掌握正确的使用方法2．学会用光电计时系统测量物体的速度和加速度3．验证牛顿第二定律实验仪器气垫导轨，气源，通用电脑计数器，游标卡尺，物理天平等实验原理牛顿第二定律的表达式为F＝ma .验证此定律可分两步（1）验证m一定时，a与F成正比2）验证F一定时，a与m成反比把滑块放在水平导轨上滑块和砝码相连挂在滑轮上，由砝码盘、滑块、砝码和滑轮组成的这一系统，其系统所受到的合外力大小等于砝码（包括砝码盘）的重力W减去阻力，在本实验中阻力可忽略，因此砝码的重力W就等于作用在系统上合外力的大小系统的质量m就等于砝码的质量、滑块的质量和滑轮的折合质量的总和.在导轨上相距S的两处放置两光电门k1和k2，测出此系统在砝码重力作用下滑块通过两光电门和速度v1和v2，则系统的加速度a等于 在滑块上放置双挡光片，同时利用计时器测出经两光电门的时间间隔，则系统的加速度为 Δd图1其中为遮光片两个挡光沿的宽度如图1所示。

在此测量中实际上测定的是滑块上遮光片（宽）经过某一段时间的平均速度，但由于较窄，所以在范围内，滑块的速度变化比较小，故可把平均速度看成是滑块上遮光片经过两光电门的瞬时速度同样，如果越小（相应的遮光片宽度也越窄），则平均速度越能准确地反映滑块在该时刻运动的瞬时速度实验内容1．观察匀速直线运动（1）首先检查计时装置是否正常将计时装置与光电门连接好，要注意套管插头和插孔要正确插入将两光电门按在导轨上，双挡光片第一次挡光开始计时，第二次挡光停止计时就说明光电计时装置能正常工作；（2）给导轨通气，并检查气流是否均匀；（3）选择合适的挡光片放在滑块上，再把滑块置于导轨上；（4）调节导轨底座调平螺丝，使其水平只要导轨水平，滑块在导轨上的运动就是匀速运动，只要是匀速运动，对于同一个挡光片而言，滑块经过两光电门的时间就相等，即2．验证牛顿第二定律（1）保证系统的总质量不变时，验证加速度与外力的关系1）调整气垫导轨，让质量为m2滑块能在气垫导轨上作匀速运动将两个光电门置于相距L的位置上；2）把系有砝码盘的轻质细线通过滑轮和滑块相连，在滑块上放入质量为m1的砝码，用天平测得系统的总质量m，测量滑块经过两光电门的加速度a1 ；3）从滑块上取下质量为的砝码加至砝码盘中，测出加速度a2 ；4）从滑块上依次取下质量为砝码，放入砝码盘中，求出a3，a4 … 。

5）用作图法处理数据，验证加速度与外力之间的线性关系2）保持外力不变（即砝码盘与砝码的总质量不变），改变滑块质量，研究系统质量与加速度的关系1）调节两光电门之间的距离合适；2）令砝码的质量m1不变，改变滑块的质量m2 ，在滑块上每次增加砝码，测出a 3）多次改变滑块的质量，分别测量对应a ，用作图法处理数据，验证加速度与质量之间的反比关系数据处理1．保持系统总质量M不变的条件下，测出加速度a与外力F之间的相关数据并用作图法处理数据，验证加速度与外力之间的线性关系F(N)=mg5g10g15g20g25gaM= g作图F---a2．外力F不变的条件下，测出系统质量M与加速度a的相关数据并用作图法处理数据，验证加速度与质量之间的反比关系F= NM1/Ma作图F-----1/M实验二 弦线振动的研究实验目的1．观察横波在弦线上所形成的驻波波形2．验证弦线上的横波波长与弦线张力、密度的关系实验仪器电动音叉，滑轮，弦线，砝码，钢卷尺，天平实验原理由波动理论可以证明，横波沿着一条拉紧的弦线传播时，波速v与弦线的张力T、线密度μ(单位长度的质量)间的关系为 （2－1）设f为弦线的波动频率；λ为弦线上传播的横波波长，则根据v ＝fλ和（2—1）式得 （2－2）对上式两边取对数，则有 （2－3）可见，在μ、T一定时，lgλ～lgf图为一直线，其斜率为，截矩；在f、T一定时， lgλ～lgμ图也为一直线，其斜率为，截矩；在f、μ一定时，lgλ与lgT成正比，即lgλ～lgT图也为一直线，其斜率为，截矩。

为验证λ与频率f的关系，本实验采取在弦线中形成驻波的方法图2B实验装置如图2所示，将弦线的一端固定在电动音叉的一个叉子的顶端，另一端绕过滑轮系在载有砝码的砝码盘上闭合电源开关后，调节音叉振动频率和相位，使音叉维持稳定的振动，并将其振动沿弦线向滑轮一端传播，形成横波当横波到达支撑点B后产生反射，由于前进波与反射波能够满足相干条件，在弦线上形成驻波，而任意两个相邻的波节（或波腹）间的距离都为波长的一半若调节弦线的长度或张力T，使驻波振幅最大且稳定，理论可以证明式中，式中n为半波长的波段数（简称半波数），由此可得波长为 （2－4）实验中测出不同张力T时的l和n，用公式（2－4）求出对应波长，通过作lgλ～lgf图，验证λ与f的关系；改用μ不同的弦线，测出T、l、n、f（为音叉固有频率），代入公式（2－4）和公式（2－2）又可验证λ与μ的关系实验内容1．验证λ与f的关系（1）用分析天平称出弦线的质量m，用米尺量出弦线的长度L，由μ＝m/l计算出弦线线密度μ用天平称量砝码和砝码盘的总质量m，弦线对应的张力T等于砝码和砝码盘的总重量mg。

2）保持拉力T，不断改变音叉频率f，测出驻波振幅最大且稳定时，所对应的驻波波长λ； f(Hz)λ(m)lgλlgfT= N（3）作出lgλ～lgf图象2．验证λ与T的关系（1）保持音叉频率f不变，不断改变砝码质量（T等于砝码和砝码盘的总重量），测出对应的驻波波长λ, 作出lgλ～lgf图象.T(N)λ(m)lgλlgT f= Hz实验三 碰撞打靶实验实验仪器碰撞打靶实验仪如图1所示，它由导轨、单摆、升降架（上有小电磁铁，可控断通）、被撞小球及载球支柱，靶盒等组成载球立柱上端为锥形平头状，减小钢球与支柱接触面积，在小钢球受击运动时，减少摩擦力做功支柱具有弱磁性，以保证小钢球质心沿着支柱中心位置图1 碰撞打靶实验仪1.调节螺钉 2.导轨  3.滑块　 4.立柱  5.刻线板　　 6.摆球 7.电磁铁　 8.衔铁螺钉  9.摆线　 10.锁紧螺钉  11.调节旋钮  12.立柱 13.被撞球  14.载球支柱 15.滑块　16.靶盒小球质量可用电子天平称衡实验原理1. 碰撞：指两运动物体相互接触时，运动状态发生迅速变化的现象"正碰"是指两碰撞物体的速度都沿着它们质心连线方向的碰撞；其他碰撞则为"斜碰"。

2. 碰撞时的动量守恒：两物体碰撞前后的总动量不变3. 平抛运动：将物体用一定的初速度v0沿水平方向抛出，在不计空气阻力的情况下，物体所作的运动称平抛运动，运动学方程为，（式t中是从抛出开始计算的时间，x是物体在时间t内水平方向的移动距离，y是物体在该时间内竖直下落的距离，ｇ是重力加速度）4. 在重力场中，质量为ｍ的物体在被提高距离ｈ后，其势能增加了5. 质量为m的物体以速度v运动时，其动能为6. 机械能的转化和守恒定律：任何物体系统在势能和动能相互转化过程中，若合外力对该物体系统所做的功为零，内力都是保守力（无耗散力），则物体系统的总机械能（即势能和动能的总和）保持恒定不变7. 弹性碰撞：在碰撞过程中没有机械能损失的碰撞8. 非弹性碰撞：碰撞过程中的机械能不守恒，其中一部分转化为非机械能（如热能）公式推导： 1．撞击球下摆至最低点过程，机械能守恒：                                （1） 2．撞击球与被撞球发生完全弹性碰撞（正碰），动量守恒：              ,            （2） 3．被撞球以初始速率做平抛运动：                ,                     (3)（1）、（2）、（3）式得：                            （4） 式中，x为靶心位置，y为被撞球的高度，h0为撞击球与被撞球高度差的理论值。

    当被撞球的高度为y，撞击球与被撞球高度差的理论值为h0时，被撞球实际击中靶纸的位置为x1

8. 观察二小球在碰撞前后的运动状态，分析碰撞前后各种能量损失的原因。