1、 大学物理大学物理基础实验基础实验授课老师授课老师: :伍老师伍老师实验项目实验项目5、实验、实验23霍尔效应霍尔效应4、实验、实验17空气中声速的测定空气中声速的测定1、实验、实验13扬氏模量的测定（伸长法）扬氏模量的测定（伸长法）2、实验、实验15冰的溶解热的测定冰的溶解热的测定3、实验、实验16空气比热容比的测定空气比热容比的测定6、实验、实验1基本测量基本测量7、实验、实验2电子元件伏安法特性的测定电子元件伏安法特性的测定8、实验、实验3示波器的使用示波器的使用9、实验、实验10万用表的使用万用表的使用实验实验16空气比热容比的测定空气比热容比的测定【实验目的【实验目的】1、学习用绝热
2、膨胀法测定空气的比热容、学习用绝热膨胀法测定空气的比热容比；比；2观察和分析热力学过程中状态的变化；观察和分析热力学过程中状态的变化；3、了解气体压力传感器和电流型集成温、了解气体压力传感器和电流型集成温度传感器的原理并掌握其使用方法。度传感器的原理并掌握其使用方法。【实验仪器【实验仪器】 空气比热容比测定仪（一套）空气比热容比测定仪（一套）（1 1）密封贮气瓶；（）密封贮气瓶；（2 2）温度、气压）温度、气压 传感传感器；（器；（3 3）温度、气压测定仪）温度、气压测定仪【实验原理【实验原理】1 1、比热容比、比热容比vpCC 2 2、实验操作过程：、实验操作过程：（1 1）充气：）充气：C
3、 C1 1开开C C2 2闭，用气球把大气打入瓶内，气闭，用气球把大气打入瓶内，气体从状态体从状态 I0（P0、T0、V0） II（PP、TT、V V1 1）；）；（2 2）关闭）关闭C C1 1，让气体从状态，让气体从状态 II（PP、TT、V V1 1） I I（P P1 1、T T0 0、V V1 1）；）； P P1 1瓶内气体压强，由数字压强计读出其值。瓶内气体压强，由数字压强计读出其值。T T0 0周围大气温度，由数字温度计读出其值。周围大气温度，由数字温度计读出其值。V V1 1下一过程选定留在瓶内的那一部分气体（热下一过程选定留在瓶内的那一部分气体（热力学系统）在状态力学系统）
4、在状态I I时所占瓶内的一部分体积（非瓶时所占瓶内的一部分体积（非瓶的体积）。的体积）。 绝热压缩过程绝热压缩过程等容放热过程等容放热过程 （3 3）打开）打开C C2 2，使瓶内气体与大气相通，迅速从瓶，使瓶内气体与大气相通，迅速从瓶内冲出；在放气声音消失瞬间，立刻关闭内冲出；在放气声音消失瞬间，立刻关闭C C2 2，这时，这时留在瓶内的气体达到状态留在瓶内的气体达到状态（P P0 0、T T2 2、V V2 2），气体），气体从状态从状态 I I（P P1 1、T T0 0、V V1 1） （P P0 0、T T2 2、V V2 2） 于是有于是有 V V2 2=V=V（瓶体积）（瓶体积）
5、 或或 （4 4）关闭）关闭C C2 2后，让气体从状态后，让气体从状态 （P P0 0、T T2 2、V V2 2） （P2、T0、V2） 2211VPVP120121 )()(TTPP绝热膨胀过程绝热膨胀过程等容吸热过程等容吸热过程2211VPVP（I I、状态）状态） 或或 （、状态）状态） 2002TTPP（5 5）有）有、或或、式，可得式，可得 )(2101PPPP取对数整理得：取对数整理得：2101loglogloglogPPPP 实验中，利用压强测试仪测出各压强值后，代入实验中，利用压强测试仪测出各压强值后，代入上式便可算出空气的比热容比。其中上式便可算出空气的比热容比。其中P
6、P0 0是当地的是当地的大气压值，为大气压值，为1.01485E+5（Pa） 实验注意：实验注意：在放气时，当听到放气声音结束应立在放气时，当听到放气声音结束应立刻关闭活塞刻关闭活塞C 2，提前或推迟关闭活塞提前或推迟关闭活塞C 2都影响实都影响实验结果。验结果。实验实验15冰的熔解热测定冰的熔解热测定【实验目的【实验目的】1 1、掌握热学实验中的基本测量方法、掌握热学实验中的基本测量方法混合量热法；混合量热法；2 2、学会通过参量调整选择进行散热修正、学会通过参量调整选择进行散热修正的方法；的方法；3 3、掌握物理天平和电子秒表的使用。、掌握物理天平和电子秒表的使用。【实验仪器【实验仪器】【
7、实验原理【实验原理】量热器量热器、物理天平、温度计、秒表。、物理天平、温度计、秒表。1 1、混合量热法、混合量热法 实验内容是应用实验内容是应用混合量热法混合量热法测定冰的熔解热。测定冰的熔解热。混合量热所依据的原理是，混合量热所依据的原理是，在绝热系统中，某部在绝热系统中，某部分所放出的热量等于另一部分所吸收的热量分所放出的热量等于另一部分所吸收的热量：实验中近似的绝热系统：实验中近似的绝热系统： 由冰由冰M、水、水m、量热器的内筒、量热器的内筒m1、搅拌器、搅拌器m2、温度计温度计m3组成。组成。放放吸吸QQ （热平衡原理）（热平衡原理）结构上是如何减小结构上是如何减小与外界热交换的？与外
8、界热交换的？ 根据混合量热法所依据的原理，可以列出下根据混合量热法所依据的原理，可以列出下面的式子：面的式子：)()(213322110020TTCmCmCmmCCTMML02213322110)(1CTTTCmCmCmmCML C0=4.18103J/kgoC (水的比热容水的比热容)C1=C2=C3=C铜铜=0.378103J/kgoC。 (C1、C2、C3分别是内筒、搅拌器、温度计的比热容分别是内筒、搅拌器、温度计的比热容)T1 放入冰前一刻水的温度。放入冰前一刻水的温度。T2 放入冰后系统温度下降到最低的温度。放入冰后系统温度下降到最低的温度。实验中实验中 用物理天平称出质量用物理天平
9、称出质量M、m、m1、m2、m3，用温度计量出用温度计量出T1和和T2，便可以由上式计算出冰的，便可以由上式计算出冰的熔解热熔解热L。2 2、 系统散热的粗略修正系统散热的粗略修正（1）修正依据）修正依据牛顿冷却定律牛顿冷却定律 设实验中，量热器内的水温随时间的变化曲设实验中，量热器内的水温随时间的变化曲线大致如下图所示。线大致如下图所示。T T1 1t t1 1T T0 0t t0 0T T2 2t t2 2S SA AS SB BA AB BC CD DE ET Tt t 当系统与外界温度差不超当系统与外界温度差不超过过10101515o oC C时，系统温度的时，系统温度的变化率与温度差
10、成正比，即变化率与温度差成正比，即)(0TTkdtdT因为因为 所以牛顿冷却定律也可以写为：所以牛顿冷却定律也可以写为：CdTdQ 根据牛顿冷却定律，实验过程中，系统温度根据牛顿冷却定律，实验过程中，系统温度T T从从T1T1下降到下降到T2T2这段时间（这段时间（t t1 1至至t t2 2）内系统散热为：）内系统散热为：k为散热系数为散热系数。)()(00TTkTTkCdtdQ200121000ttttttdtTTkdtTTkdtTTkQ)()()()(BABASSkkSkS前一项（前一项（T-TT-T0 0）0,0,系统散热；后一项（系统散热；后一项（T-TT-T0 0）00，系统吸热。
11、只要使系统吸热。只要使S SA ASSB B，系统对外界的吸热和散系统对外界的吸热和散热就可以相互抵消。热就可以相互抵消。（2 2）如何进行散热修正？）如何进行散热修正？下表是某同学实验根据测量数据描出的下表是某同学实验根据测量数据描出的T Tt t图线图线冰熔解热的实验测定Tt图线15.0016.0017.0018.0019.0020.0021.0022.0023.0024.0025.0026.0027.0028.0029.0030.0031.000123456789101112时间t（min）系统温度T（oC C）S1S2T T0 0=22.50=22.50o oC C S S1 1SS2
12、 2 即即 Q Q吸吸QRA时，相对误差较小，可用内接法测量。时，相对误差较小，可用内接法测量。 AxAxxRRIRRIIUR )(测%100%100 xAxxxRRRRRE测内VRxROEAK+-内接法测电阻内接法测电阻 电路：电路： 误差：误差：偏小偏小 选择：选择： 当当RxRV时，相对误差较小，可用外接法测量。时，相对误差较小，可用外接法测量。 VxVxxVRVxRRRRRRUUIIUIUR )11(测测%100%100 xVxxxxRRRRRRE测外ROEK+V+-外接法测电阻外接法测电阻ARx 电路：电路：调节电位器调节电位器Ro和和R1，当，当Rt =0，Ig=0时，时，电流表的
13、读数即为流过电阻电流表的读数即为流过电阻Rx的电流的电流 I，电压，电压表的读数即为电阻表的读数即为电阻Rx 两端的电压两端的电压U。 误差：误差：很小，不存在分流，又不存在分压。很小，不存在分流，又不存在分压。 选择：选择：任何电阻均可用此法测量，但较复杂任何电阻均可用此法测量，但较复杂。ROEK+-补偿法测电阻补偿法测电阻ARxGVRIRt1、电表的准确度等级（、电表的准确度等级（P.22）七个等级：七个等级：a = 0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5和和5.0级。电表准确度等级越小，电表的准确度级。电表准确度等级越小，电表的准确度越高。越高。电表的最大允许误差：电表的最大允许
14、误差：2、电表测量量程选择、电表测量量程选择电表测量的示值相对误差电表测量的示值相对误差可见，要减小可见，要减小Em，电表的示值（读数），电表的示值（读数）xi 越大越大越好，尽可能接近量程。越好，尽可能接近量程。%aXmmax= %axX%xEimimaxm100=100= 1.实验板使用方法实验板使用方法2.2.电流表内、外接法的选择电流表内、外接法的选择 电流表内接法：电流表内接法： 电流表外接法：电流表外接法：3.3.电表量程的选择和内阻的计算电表量程的选择和内阻的计算 电压表内阻：电压表内阻：R RV V = =每伏欧姆数（每伏欧姆数（/V/V）量量程。程。 电流表的内阻电流表的内阻
15、R RA A：查查P.39P.39的附录的附录A A电表参数电表参数表。表。 电表量程选择要使读数尽可能接近量程，若电表量程选择要使读数尽可能接近量程，若读数小于满刻度的读数小于满刻度的1 1/ /3 3，应更换量程。，应更换量程。 针式仪表读数要读到有效位数针式仪表读数要读到有效位数（要估读（要估读1 1位）位）。 VAXRRR VAXRRR 实验实验3 示波器的使用示波器的使用1.广泛的电子测量仪器；广泛的电子测量仪器；2.测量电信号的波形（电压与时间关系）；测量电信号的波形（电压与时间关系）；3.测量幅度、周期、频率和相位等参数；测量幅度、周期、频率和相位等参数；4.配合传感器，测量一切
16、可以转化为电压的参配合传感器，测量一切可以转化为电压的参量（如电流、电阻、温度磁强等）量（如电流、电阻、温度磁强等）Y轴放大轴放大 X放大放大 锯齿波锯齿波发生器发生器 电源电源 外同步外同步内同步内同步电源同步电源同步扫描扫描外接外接X轴输入轴输入Y轴输入轴输入双踪示波器结构框图双踪示波器结构框图uFY2Y1X2X1u +-euxtaex2x1扫描线扫描线4.4.波形显示原理：波形显示原理：Y Y偏转板偏转板：正弦电压正弦电压u uy yX X偏转板偏转板：锯齿电压锯齿电压ux屏幕显示电压随时间屏幕显示电压随时间变化的正弦波形。变化的正弦波形。 触发同步：触发同步：只有只有x xnTnTy
17、y时，时，屏幕上的屏幕上的n n个波形才能稳定。个波形才能稳定。uxtabcedx2x1uyabcdey2y1a baax xT Ty yababTxnTy 触发同步触发同步就是就是从从触发源触发源（如轴电压）引（如轴电压）引入一部分信号去控制锯齿波发生器，强制入一部分信号去控制锯齿波发生器，强制 T Tx x=nT=nT。调同步：调同步：选触发源（选触发源（sourcesource）调电平调电平（trigger level trigger level ）。）。选通道：选通道：CH1、CH2、CH1+CH2，CH1-CH2选显示选显示方式方式：交替交替（ALTALT）/ /断续断续（CHOPC
18、HOP）三、示波器的使用方法三、示波器的使用方法1.1.面板面板波形亮度、聚焦调节波形亮度、聚焦调节初学者使用初学者使用 顺口溜：顺口溜：自扫描，钮居中，选通道，自扫描，钮居中，选通道， 交耦合，垂触发，调电平。交耦合，垂触发，调电平。1）选扫描方式）选扫描方式（SWEEP MODESWEEP MODE） ： AUTO：以便无信号输入时产生水平亮线。以便无信号输入时产生水平亮线。 （NORMAL/SINGLE）。）。 旋钮居中旋钮居中：先将常用旋钮放在中间位置。先将常用旋钮放在中间位置。如如 “INTEN”（波形亮度）（波形亮度） “READ OUT”（字符亮度）（字符亮度） “POSITIO
19、N”（垂直、水平位移）等旋钮。（垂直、水平位移）等旋钮。2）选通道：）选通道：CH1/CH2； 选显示选显示方式：方式：ALTALT 交流（交流（ACAC）耦合：）耦合：一般一般选交流选交流耦合耦合输入输入方式方式。 3）调同步调同步 选触发源（选触发源（sourcesource）：）：选选VERTVERT（垂直）（垂直）触发方式，这样不管从触发方式，这样不管从CH1CH1还是从还是从CH2CH2输入输入信号，都能得到稳定的波形显示。信号，都能得到稳定的波形显示。 交流（交流（ACAC）耦合（）耦合（couplecouple）：）：一般选一般选ACAC耦合耦合触发触发方式方式。 调波形稳定：调
20、波形稳定：调调“TRIG LEVELTRIG LEVEL”（触（触发电平）发电平）4 4）调大小）调大小 调调“TIME/DIVTIME/DIV（扫描速率）（扫描速率）” 旋纽，旋纽，使屏幕使屏幕X X方向显示方向显示12个周期个周期波形。波形。 调节调节Y Y轴轴“VOLTS/DIVVOLTS/DIV（偏转因数）（偏转因数）”旋纽，使旋纽，使Y Y方向信号的峰峰值占方向信号的峰峰值占35格。格。 观察波形；测电信号幅度、周期（频率）与相位。观察波形；测电信号幅度、周期（频率）与相位。（1 1）“距离测量法距离测量法”基本方法基本方法 测量交流电压幅值测量交流电压幅值电压峰峰值：电压峰峰值：U
21、PP=Dy（div） Y Y轴轴偏转因数偏转因数K（V/div）交流有效值：交流有效值： 测周期（频率）：测周期（频率）： T=Dx（div） X X轴轴偏转因数偏转因数P（s/div） f =1/T（Hz）还可以用还可以用李萨如图李萨如图测量信号频率。测量信号频率。Dx（div）Dy（div）22PPUU 测相位差：测相位差： 利用利用“双踪功能双踪功能”测量两同频率电压的相位测量两同频率电压的相位差。差。相位差：相位差：= D(div) 2/DT（2） “光标测量法光标测量法”大多数示波器没有此功大多数示波器没有此功能。能。DTD4. 利用李萨如图形测量频率和相位差利用李萨如图形测量频率和
22、相位差设：设： X X轴（轴（CH1CH1）：）： Y Y轴（轴（CH2CH2）：）： 按下按下X-YX-Y按钮，则屏幕上显示两互相垂直的按钮，则屏幕上显示两互相垂直的谐振动的合成轨迹。如果两个正弦信号频率之比谐振动的合成轨迹。如果两个正弦信号频率之比为整数时，其轨迹是一个稳定的闭合曲线。这种为整数时，其轨迹是一个稳定的闭合曲线。这种曲线称为曲线称为李萨如图。李萨如图。)sin( tUuxxmx)sin(tUuyymy Nx= 3Ny= 2Ny= 1Ny= 1Nx= 1Nx= 2fy = fx fy =2 fx fy =（3/2） fx 利用李萨如图利用李萨如图形测量频率形测量频率 利用李萨如
23、图利用李萨如图形测量两同频率形测量两同频率正弦信号的相位正弦信号的相位差差xyyxNNff mxx22sin01 mmxxxx22sin00 则则有有：mx2my202x02yuyuxtt)sin()sin(tUutUuymyxmx 设设：实验实验10 万用表的使用万用表的使用一、万用表的种类和作用一、万用表的种类和作用 万用表又称多用表，它多功能、多量程。有万用表又称多用表，它多功能、多量程。有指针式万用表、数字式万用表和微处理器式万指针式万用表、数字式万用表和微处理器式万用表。用表。 一般的万用表可以测直流电压和电流、交流一般的万用表可以测直流电压和电流、交流电压、电阻和音频电平等；有些万
24、用表还可以电压、电阻和音频电平等；有些万用表还可以测交流电流、电容量和电感量、晶体管共射放测交流电流、电容量和电感量、晶体管共射放大倍数大倍数h hFEFE等电参数。等电参数。V uAR1R2R3R4R51V5V25V公用公用+-+-+VR1R2ABCE-Rv1）功能开关拨至电压功能开关拨至电压V V或或mVmV档时，万用表就是档时，万用表就是一个多量程直流一个多量程直流伏特计伏特计；各量程分别是各量程分别是1 V、5 V等等。2 2）伏特计内阻：）伏特计内阻：R RV V每每伏欧姆数伏欧姆数量程。量程。3 3）伏特计有内阻，测电）伏特计有内阻，测电压时产生分流，产生接压时产生分流，产生接入误
25、差，要修正。入误差，要修正。4 4）要减少接入误差，伏）要减少接入误差，伏特计内阻必须足够大。特计内阻必须足够大。 50uA0.5mA公用公用+-5mA 50mA500mA50uAmA+mARRIE-1 1）功能开关拨至电流）功能开关拨至电流mAmA档时，万用表就是一个多档时，万用表就是一个多量程量程安培计安培计。2 2）安培计内阻：通常不在电表面板标出，查手册。）安培计内阻：通常不在电表面板标出，查手册。3 3）安培计有内阻，测电流时产生分压，产生接入）安培计有内阻，测电流时产生分压，产生接入误差。误差。4 4）要减少接入误差，）要减少接入误差，安培计内阻须足够小。安培计内阻须足够小。1 1
26、）表测电阻的原理电路表测电阻的原理电路功能开关拨至欧姆档时，万用表就是一个多量程功能开关拨至欧姆档时，万用表就是一个多量程欧姆计欧姆计。它的等效电路如图示。它的等效电路如图示。2 2）当当R Rx x0 0时，设时，设R R中中R Rg gR R，3 3）欧姆计非均匀刻度。）欧姆计非均匀刻度。xgxRRREI 中中RERREIgg GRRg IgEIxRxabxxRREI 中中4 4）中值电阻中值电阻R R中：中： R Rx x=R=R中中时，时，I IxI Ig2,2,指针偏转为满度的一指针偏转为满度的一半，所以把半，所以把R R中中R Rg gR R称为欧姆表的称为欧姆表的中值电阻中值电阻
27、，它是它是表的等效内阻。不同档位有不同的中值表的等效内阻。不同档位有不同的中值电阻。电阻。5 5）欧姆调零：欧姆调零：由于干电池由于干电池E E 的变化，所以要的变化，所以要“欧姆调零欧姆调零”，以保证刻度正确。，以保证刻度正确。 每次测电阻前和改变测量档后都必须调节欧每次测电阻前和改变测量档后都必须调节欧姆零点。姆零点。 6 6）电阻读数电阻读数= =指示值指示值倍率倍率。例如，选择例如，选择R R1K1K档，读数为档，读数为1.251.25，则阻值为，则阻值为1.25 1.25 1K1K。1、选功能（开关）、选功能（开关）2、选量程（开关）、选量程（开关） 测量电压和电流测量电压和电流:
28、从大到小尝试，指针偏转尽从大到小尝试，指针偏转尽可能接近满刻度（误差较小）。可能接近满刻度（误差较小）。 测量电阻测量电阻: 读数应尽可能接近中值电阻读数应尽可能接近中值电阻,即指针即指针应指在刻度尺的中间部分。应指在刻度尺的中间部分。3、读数：、读数：读到有效位数，读到有效位数，估读一位。估读一位。 电压或电流读数电压或电流读数= =指示值指示值量程量程/ /满偏值。满偏值。 电阻读数电阻读数= =指示值指示值倍率倍率。4 4、注意事项、注意事项（1）红表笔接）红表笔接“十十”插口，黑表笔接插口，黑表笔接“”插插口内。口内。（2）测量时，手指不允许碰到金属部分。）测量时，手指不允许碰到金属部分。（3）要做到要做到“测前要看档，不查档位不测测前要看档，不查档位不测量量”。（4 4）不能用电阻档测量已通电电路的电阻，不能用电阻档测量已通电电路的电阻，也不能用电阻档来测量微安表和电流表的内阻。也不能用电阻档来测量微安表和电流表的内阻。 （5 5）测量完毕，功能开关应置于交流电压最）测量完毕，功能开关应置于交流电压最大量程档。大量程档。
