大学物理实验B2 物理实验教学中心大学物理实验教研室 2017.8
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目录 热学部分绪论…2 实验一冷却法测量金属的比热容.，4 实验二液体比汽化热测量.…9 实验三受迫叛动…13 电磁学实验基础知识… .21 实验四示波卷的使用.…31 实验五磁场的描绘.37 实验六电表政装与校准…37 实验七薄透镜焦距的测定.，。 .51 实验八利用牛顿环的等厚干涉测量透镜的曲率半径.....…55
1 目 录 热学部分绪论 ......................................................... 2 实 验 一 冷 却 法 测 量 金 属 的 比 热 容 .................................... 4 实验二 液体比汽化热测量 .............................................. 9 实验三 受迫振动 ......................................................13 电磁学实验基础知识 ...................................................21 实验四 示波器的使用 ..................................................31 实验五 磁场的描绘 ....................................................37 实验六 电表改装与校准 ................................................37 实验七 薄透镜焦距的测定 ..............................................51 实验八 利用牛顿环的等厚干涉测量透镜的曲率半径 ........................55
热学部分绪论 在热学中，压强、体积、温度是热力学系统的三个基本状态参量。通过热学实 验，学会正确使用温度计（如液体温度计、半导体灵敏温度计、热电偶温度计等）、 气压计、量热器等基本热学仪器，从而掌握温度、压强等参量的测量方法。热膨胀 热能转换、相变、气态变化等热现象的研究和重要物理量（如线胀系数、导热系数 等)的测定以及基本规律的验证是热学实验的主要内容，通过实验加深对这些现象 的认识和状态变化规律的理解。 热学实验具有自己的规律和特点，其实验误差主要是系统误差。在实验中，因 测量温度和散热所引起的误差是实验误差的主要方面。由于散热不可避免，热学实 验一般误差较大。做实验时，为了尽量减小实验误差，必须在掌握实验的基础上， 针对不同实验的特点，采用较好的散热修正方法。以期得到比较理想的实验结果。 并能逐步学会比较各种设计方案以选取最优化的测量方法。 热学实验的基本知识和常用仪器 热学实验的基本要求 1、掌握温度、比热容等基本热学量的测量方法，了解温度计 在不同温度段和不同精度要求的特点和使用方法：加深热学实验系统的热平衡态观 念，了解几各散热修正的方法。 2、在做热学实验时，受外界因素的影响较大，对测量结果一般都要进行补偿和 修正，通过实验加深系统误差的观念，分清它和随机误差之间的区别和联系。 热平衡 热平衡是温度定义的依据，热学实验的基础。 1、热力学第零定律：两个物体同时和第三个物体达热平衡时，这两个物体彼此之 间也必定达热平衡。 2、测温要点：测温时必须使系统温度达到稳定而且均匀，即要用温度计的指示值 代表系统温度，必须使系统与温度计之间达到热平衡。为此1)需要一定的弛豫时 间：2)必须不断地搅拌。 保持孤立系统 在热学实验中，为使系统和外界的热交换尽量的小，以减小实验误差，热学实 验的基本实验条件是保持孤立系统。 1、量热器：用量热器使系统保持为孤立系统。 2、散热修正方法：如实验过程中与外界的热交换不能忽略，就要作散热或吸热 修正。 温度测量仪器 1、玻璃水银温度计 2、热电偶温度计 2
2 热学部分绪论 在热学中，压强、体积、温度是热力学系统的三个基本状态参量。通过热学实 验，学会正确使用温度计（如液体温度计、半导体灵敏温度计、热电偶温度计等）、 气压计、量热器等基本热学仪器，从而掌握温度、压强等参量的测量方法。热膨胀、 热能转换、相变、气态变化等热现象的研究和重要物理量（如线胀系数、导热系数 等）的测定以及基本规律的验证是热学实验的主要内容，通过实验加深对这些现象 的认识和状态变化规律的理解。 热学实验具有自己的规律和特点，其实验误差主要是系统误差。在实验中，因 测量温度和散热所引起的误差是实验误差的主要方面。由于散热不可避免，热学实 验一般误差较大。做实验时，为了尽量减小实验误差，必须在掌握实验的基础上， 针对不同实验的特点，采用较好的散热修正方法。以期得到比较理想的实验结果。 并能逐步学会比较各种设计方案以选取最优化的测量方法。 热学实验的基本知识和常用仪器 热学实验的基本要求 1、掌握温度、比热容等基本热学量的测量方法，了解温度计 在不同温度段和不同精度要求的特点和使用方法；加深热学实验系统的热平衡态观 念，了解几各散热修正的方法。 2、在做热学实验时，受外界因素的影响较大，对测量结果一般都要进行补偿和 修正，通过实验加深系统误差的观念，分清它和随机误差之间的区别和联系。 热平衡 热平衡是温度定义的依据，热学实验的基础。 1、热力学第零定律：两个物体同时和第三个物体达热平衡时，这两个物体彼此之 间也必定达热平衡。 2、测温要点：测温时必须使系统温度达到稳定而且均匀，即要用温度计的指示值 代表系统温度，必须使系统与温度计之间达到热平衡。为此 1）需要一定的弛豫时 间；2）必须不断地搅拌。 保持孤立系统 在热学实验中，为使系统和外界的热交换尽量的小，以减小实验误差，热学实 验的基本实验条件是保持孤立系统。 1、量热器：用量热器使系统保持为孤立系统。 2、散热修正方法：如实验过程中与外界的热交换不能忽略，就要作散热或吸热 修正。 温度测量仪器 1、玻璃水银温度计 2、热电偶温度计
量热器 反映物质热学性质的物理量，如本实验要测量的比热容，往往是利用待测系统与已 知系统之间的热量与温度之间的关系来测量的。为 了测量实验系统内部的热交换，总是不希望实验系 统与环境之间有热交换，所以，要求实验系统保持 为一个“孤立系统”，即与环境没有热交换。本实 验所用的量热器（图3-3-2）就是为此目的设计的 种最简单的“孤立系统”。它是由热的良导体做成 的内筒①放在一个较大的外筒②中组成，二者之间 由绝热架③联接。通常在内筒中放置温度计④、搅 拌器⑤和水。这些东西（内筒、温度计、搅拌器、 水)与放进去的待测物体一起构成了实验系统。由 于内筒置于绝热架上，并在外筒上加一绝热盖⑥， 因此，系统与外界的空气对流很小。内外筒之间有 空气 一空气层隔开，空气是热的不良导体，以此减小内 外筒之间的热传导。同时，内筒外壁和外筒内壁都 图3-3-2量热器 电镀得很光亮，使得它们发射或吸收辐射热的本领 变小，这就使实验系统与环境间因辐射产生的热交换也大大减少。量热器可使实验 系统粗略地成为一个孤立的热学系统。 2
3 量热器 反映物质热学性质的物理量，如本实验要测量的比热容，往往是利用待测系统与已 知系统之间的热量与温度之间的关系来测量的。为 了测量实验系统内部的热交换，总是不希望实验系 统与环境之间有热交换，所以，要求实验系统保持 为一个“孤立系统”，即与环境没有热交换。本实 验所用的量热器（图 3-3-2）就是为此目的设计的一 种最简单的“孤立系统”。它是由热的良导体做成 的内筒①放在一个较大的外筒②中组成，二者之间 由绝热架③联接。通常在内筒中放置温度计④、搅 拌器⑤和水。这些东西（内筒、温度计、搅拌器、 水）与放进去的待测物体一起构成了实验系统。由 于内筒置于绝热架上，并在外筒上加一绝热盖⑥， 因此，系统与外界的空气对流很小。内外筒之间有 一空气层隔开，空气是热的不良导体，以此减小内 外筒之间的热传导。同时，内筒外壁和外筒内壁都 电镀得很光亮，使得它们发射或吸收辐射热的本领 变小，这就使实验系统与环境间因辐射产生的热交换也大大减少。量热器可使实验 系统粗略地成为一个孤立的热学系统
实验一冷却法测量金属的比热容 【实验目的】 1、通过实验了解金属的冷却速率和和它与环境之间温差关系及用冷却法进行金属 的比热容测量的实验条件。 2、测定铜、铁、铝的比热容。 【实验原理】 根据牛顿冷却定律，用冷却法测定金属的比热容是量热学常用方法之一。若已 知标准样品在不同温度的比热容，通过作冷却曲线可测量各种金属在不同温度时的 比热容。本实验以铜为标准样品，测定铁、铝样品在100℃或200℃时的比热容。 通过实验了解金属的冷却速率和它与环境之间的温差关系以及进行测量的实验条 件。单位质量的物质，其温度每升高1K(C)所需的热量叫做该物质的比热容，其 值随温度而变化。将质量为M,的金属样品加热后，放在较低温度的介质（例如室温 的空气)中，样品将会逐渐冷却。其单位时间的热量损失（△Q/△t)与温度下降的速 率成正比，于是得到下述关系式： 9=C,M,A9 (1) (1)式中C,为该金属样品在温度0，时的比热容，△9为金属样品在0，的温度下 △， 降速率，根据冷却定律有： △Q At =a1●s1●(01-0o)●m (2) (2)式中a,为热交换系数s,为该样品外表面的面积，m为常数，日，为金属样品 的温度，0。为周围介质的温度。由式(1)和(2)，可得 cM是=间，-8m (3) 同理，对质量为M2,比热容为C2的另一种金属样品，可有同样的表达式：
4 实验一 冷却法测量金属的比热容 【实验目的】 1、通过实验了解金属的冷却速率和和它与环境之间温差关系及用冷却法进行金属 的比热容测量的实验条件。 2、测定铜、铁、铝的比热容。 【实验原理】 根据牛顿冷却定律，用冷却法测定金属的比热容是量热学常用方法之一。若已 知标准样品在不同温度的比热容，通过作冷却曲线可测量各种金属在不同温度时的 比热容。本实验以铜为标准样品，测定铁、铝样品在 100 C 或 200 C 时的比热容。 通过实验了解金属的冷却速率和它与环境之间的温差关系以及进行测量的实验条 件。单位质量的物质，其温度每升高 1K(1C) 所需的热量叫做该物质的比热容，其 值随温度而变化。将质量为 M1 的金属样品加热后，放在较低温度的介质（例如室温 的空气）中，样品将会逐渐冷却。其单位时间的热量损失 (Q / t) 与温度下降的速 率成正比，于是得到下述关系式： t 1 C1 M1 t Q = • • （1） （1）式中 C1 为该金属样品在温度 1 时的比热容， t 1 为金属样品在 1 的温度下 降速率，根据冷却定律有： a s ( ) m t Q 1 1 1 0 = • • − • （2） （2）式中 1 a 为热交换系数 1 s 为该样品外表面的面积， m 为常数， 1 为金属样品 的温度， 0 为周围介质的温度。由式（1）和（2），可得 a s ( ) m t C M 1 1 1 0 1 1 1 = • • − • • • （3） 同理，对质量为 M2 ，比热容为 C2 的另一种金属样品，可有同样的表达式：