大学物理实验标准答案最靠谱版

示范报告11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。图中BARR,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ABACUU；BDCDUU，即BBAARIRI；SSXXRIRI。因为检流计中无电流，所以XAII，SBII，得到电桥平衡条件RsRRRxBA。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。示范报告2五.数据记录与分析1.交换法研究自搭电桥的系统误差-RA/RB=100/100RB/RA=100/100ΔRS仪(Ω)σRS(Ω)ΔR’S仪(Ω)σRS’(Ω)RS(Ω)R’S(Ω)RX2294.7300.90.30.20.30.2RX31976.02015.02121(0.0010.002)SRSRm仪＝，其中SR是电阻箱示值，m是所用转盘个数，2RSSSRSSSRRRR仪3，XSSRRR，2212XSSSSRRRSSRRRR所以2297.80.1XR，31995.40.8XR2.不同比例臂对测量结果的影响RA/RBRS(Ω)RX1(Ω)结论100/10051.051.0比例臂越小，有效数字位数越多，测量结果越精确。100/1000500.650.06100/100005125.651.2563.用箱式惠斯登电桥测量电阻RX比率CRS(Ω)RX(Ω)结果RX10.01509850.98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RX20.12990299.0RX31199019904.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/10-3Ω1.461.691.952.192.422.68电阻24RLLSd，由下图中的拟合直线得出斜率00609.042dk，则电阻率mkd82321056.7410975.300609.0142.34示范报告3六.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RsRRRxBA，互换位置后的电桥线路如下。在新桥路内，若0Ig，检流计无电流通过，A，D两点电位相等。则有IsIxIIUUUUBADBABCDCA,;,，因而有IsRsRIIxRxRIBBAA;的关系。这样RsRxRRBA//。即RsRRRxBA就是互换位置前的平衡条件。所以电桥仍保持平衡。示范报告42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稳恒电流场导体上的电荷±Q电场强度E介电常数电位移D=E无荷区0dSE电势分布02U极间电流I电场强度E电导率电流密度J=E无源区0dSE电势分布02U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aU；柱面导体B的内径为b，且B接地。导体单位长度带电±（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rE02(1)电势为rbUln20（2）导体A的电势可表示为abUaln20（3）示范报告5于是在距中心r处abrbUUarlnln（4）此时的场强为abUrEarln1（5）将A、B间充以电阻率为ρ、厚度为的均匀导电质，不改变其几何条件及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rdrsdrdR2（6）从r到b的导电质的电阻为rbdRRbrrln2（7）电极A、B间导电质的总电阻为abRln2（8）由于A、B间为稳恒电流场，则RRUUra（9）即abrbUUalnln（10）比较（10）和（4）式可知，电流场中的电势分布与静电场中完全相同，可以用稳恒电流场模拟描绘静电场。根据（4）可以导出arUUabbr或arnnUUnbar1（11）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VUa10。（2）移动探针，分别取测量电位rU为V1，V3，V5三个等势面，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，得到测量半径测r（对应有三个测量半径）。（3）将三个等势面的ir，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VUa10；（2）移动探针，分别取测量电位rU为V1，V3，V5，V7，V9三个等势面，每组示范报告6均匀分布8点等势点，曲率较大出取点应稍密。五.数据记录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mma00.5，负极mmb00.75（2）等势点坐标坐标序号1V等势点坐标3V等势点坐标5V等势点坐标X1(cm)Y1(cm)X2(cm)Y2(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：1cm：1.00cm纵轴：1cm：1.00cm0.001.002.003.004.005.006.007.008.009.0010.0011.0012.0013.000.001.002.003.004.005.006.007.008.009.0010.0011.0012.0013.0014.00各等势圆的圆心坐标和半径计算结果示范报告7电势值(V)135X0(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arUUabbr及%100rr理理测rE，当VUr1时，cmr72.51，1.9%E；当VUr3时，cmr33.33，1.5%E；当VUr5时，cmr94.15，4.1%E；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，示范报告83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θ角。在弹簧恢复力矩作用下，物体就开始绕垂直轴作往返扭转运动。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θ成正比，即Mk（1）式中：ｋ为弹簧的扭转常数。根据转动定律Ｍ＝Ｉβ（式中，Ｉ为物体绕转轴的转动惯量，β为角加速度）得MI（2）令2kI，忽略轴承摩擦阻力矩，由式（１）、式（２）得222dkdtI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cos()At;式中：Ａ为简谐振动的角振幅；为初相位角；ω为圆频率。此简谐振动的周期22ITk（3）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。理论分析证明，若质量为ｍ的物体绕通过质心轴的转动惯量为I0时，当转轴平行移动距离ｘ时，则此物体对新轴的转动惯量变为I0＋mx2。这就是转动惯量的平行轴定理。三.实验内容与步骤1.实验内容（1）熟悉仪器的构造和使用方法。（2）测定扭摆弹簧的扭转常数。（3）测定塑料圆柱体、金属圆筒、木球与金属细杆的转动惯量，并与理论计算值相比较，求百分误差。（4）改变滑块在细杆的位置，验证转动惯量平行轴定理。2.实验步骤（1）分别测出圆柱体直径，圆筒内外径以及细杆长度，并分别测出它们的质量。示范报告9①圆柱体直径、圆筒内外径、球体直径及细杆长度测量3次，取平均值；其中，圆柱体直径、圆筒外径和细杆长度用大游标卡尺测量，圆筒内径用小游标卡尺测量。②圆柱体、圆筒、球体及细杆的质量用电子天平测量1次.（2）物盘、圆柱体、圆筒、球体和细杆的摆动周期。①调整扭摆基座底脚螺钉，使水平仪中气泡居中。②装上金属载物盘，并调整光电探头的位置使载物盘上挡光杆处于其缺口中央且能遮住发射红外线的小孔。使用转动惯量测试仪测定摆动周期T0；使用累积放大法测量10个周期，测量3次，取平均值。③将塑料圆柱体、金属圆筒垂直放在载物盘上，测定其摆动周期T1、T2，使用累积放大法测量10个周期，测量3次，取平均值。④取下载物金属盘，装上木球，测定摆动周期T3（计算木球的转动惯量时，应扣除支架的转动惯量），使用累积放大法测量10个周期，测量3次，取平均值。⑤取下木球，装上金属细杆（金属细杆中心必须与转轴重合）。测定摆动周期T4（计算金属细杆转动惯量时，应扣除支架的转动惯量），使用累积放大法测量10个周期，测量3次，取平均值。（3）计算出各物体绕中心对称轴转动的转动惯量的理论值。圆柱体211118ImD；圆筒22222218ImDD内外；球体2333110ImD；细长杆244112ImL（4）由载物盘摆动周期T0，塑料圆柱体的摆动周期T1及圆柱体理论转动惯量值1I，算