DIS物理实验2125.docx
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DIS物理实验2125.docx
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DIS物理实验2125
高中DIS物理实验
二十一、单摆法测重力加速度(48)
二十二、玻意耳定律(50)
二十三、查理定律(53)
二十四、描绘小灯泡的伏安特性曲线(55)
二十五、通电螺线管的磁感强度测量(58)
大学物理实验室
二十一、单摆法测重力加速度
【实验目的】
图21-1实验装置图
利用单摆测量当地的重力加速度。
【实验原理】
由
,得:
方法一
【实验器材】
朗威®DISLab、计算机、单摆等。
实验装置图见图21-1。
【实验过程与数据分析】
1、点击“计算表格”,调用实验三十的实验数据,或重复实验三十的实验步骤,重新采集数据;
2、测量摆球的球心到悬挂点的长度,即摆线的长度L(本次实验为0.600米);
3、点击“变量”选择变量名称L,并赋默认值为0.600,点击“公式”,调用“力学”公式库中的“单摆测重力加速度”公式,确定公式变量对应表格项,计算出重力加速度的值(图21-2);
图21-2实验数据
4、比较测得的重力加速度与当地实际值的差别(实验地:
济南)。
方法二
【实验器材】
数据采集器、光电门、铁架台、钢球、细线。
【实验过程与实验数据分析】
1、将光电门传感器接入数据采集器第一通道,确保光电门能被顺利挡光;
2、选择【DIS实验】中的【设定实验】调整【光栅数】为2;
3、打开【DIS实验】中的【开始实验】,表格将记录单摆的周期,记录数据后,点击【停止实验】;
4、测量摆球的球心到悬挂点的长度,即摆线长度L(L=m);
5、手动输入公式
,其中T为所测量出的时间;
6、比较测量的重力加速度与当地实际值的差别。
【实验拓展】
1、根据实验计算,老式摆钟(周期为1s)的摆长为多少?
2、如果将上面的摆钟送到月球上去,单摆的周期会发生什么变化?
(提示:
月球的加速度约为地球加速度的1/6)
【注意】
光电门测量的是时间的间隔,点击“开始”后,用U型挡片从左端经过两个光电门时检测出4个数据,第一个数据为点击“开始”到光电门经过“挡片2”(第一次挡光结束)位置的的时间,第二个时间为光电门经过“2位置(第一次挡光结束)”和“4位置(第二次挡光结束)”的时间,第三个是挡片离开第一个光电门“4位置(第二次挡光结束)”经过另一个光电门“2位置(第三次挡光结束)”时候的时间,第四个为另一个光电门经过挡片“2位置(第三次挡光结束)”和“4位置(第四次挡光结束)”之间的时间。
二十二、玻意耳定律
【实验目的】
验证玻意耳定律。
【实验原理】
由玻意耳定律:
当温度不变时,一定质量的理想气体,其压强与体积的乘积(PV)为常量,即体积与压强成反比。
方法一
【实验器材】
朗威®DISLab、计算机等。
实验装置图见图22-1。
图22-1实验装置图
【实验过程与数据分析】
1、将压强传感器接入数据采集器;
2、取出注射器,将注射器的活塞置于15ml处(初始值可任意选值),并通过软管与压强传感器的测口紧密连接;
3、打开“计算表格”,增加变量“V”表示注射器的体积,拉动注射器的活塞至20ml处,手动输入V值;
4、点击记录压强值;
5、改变并输入V的值,记录不同的V值对应的压强数据;
图22-2玻意耳定律实验数据
图22-3“P-V”数据点
6、点击“公式”,选取热学公式库中的“玻意耳定律”公式,再输入“自由表达式”k=1/V代表体积的倒数,计算得出一组实验数据(图22-2);
7、观察实验结果,发现压强与体积的乘积基本为一常数;
8、启动“组合图线”功能,设定X轴、Y轴分别为“V”与“P1”,得出一组“P-V”数据点(图22-3);
9、观察可见,数据点的排列具有明显的双曲线特征。
点击“拟合”,选取“反比拟合”,得到一条拟合图线(图22-4),该图线与数据点完全重合,证明了事先关于压强与体积成反比的猜测;
10、设定X轴、Y轴分别为“k”与“P1”,得出一组“P-k”数据点。
观察可见,数据点的排列具有明显的线性特征。
点击“拟合”,选取“线性拟合”,一条非常接近原点的拟合图线(图22-5),该图线贯穿了所有数据点,证明了事先的猜测:
压强与体积的倒数成正比(线性关系);
图22-4“P-V”数据点拟合图线
图22-5“P-1/V”数据点拟合图线
11、观察分析上述图线,总结压强与体积的关系。
方法二
【实验器材】
数据采集器、气压-A传感器、注射器、硅胶管等。
【实验过程与数据分析】
1、将气压传感器接入数据采集器,再将采集器连接到电脑上;
2、将注射器的活塞置于25ml处,并将其与传感器连接并密封;
3、打开Excel表格,增加变量“V”表示注射器内的体积;
4、将气压传感器调零,改变体积V,记录不同V值对应的压强数据;
5、利用公式在表格中得到K=1/V表示体积的倒数,将气压与K制表即可得到,压强与体积的关系,也可以直接作出压强与体积的图像;
6、从图像我们可以明显的看出压强与体积成反比关系。
二十三、查理定律
图23-1实验装置图
【实验目的】
验证查理定律。
【实验原理】
由查理定律,对一定质量气体,当体积不变时,压强与热力学温度成正比:
P∝T或P/T=常量。
方法一
【实验器材】
朗威®DISLab、计算机、锥形瓶(100ml)、橡皮塞、塑料管、盛水容器等。
实验装置图见图23-1。
【实验过程与数据分析】
1、取出压强和温度传感器,分别接入数据采集器的第一、二路通道;
2、橡皮塞打孔后将塑料管插入其中,并保证密封;
3、将塑料管用导管与压强传感器的测口相连,橡皮塞盖紧锥形瓶;
4、将温度传感器的探针和锥形瓶放入盛满温水的容器中;
5、打开“计算表格”,待压强与温度的读数稳定后,手动记录数据;
6、在容器中加入热水,使水温发生变化,观察读数稳定后,手动记录数据;
7、重复步骤6,记录几组数据;
图23-2实验数据
8、输入自由表达式“T=T2+”(代表热力学温度);再调用热学公式库中的“查理定律”公式,得出一组实验数据(图23-2);
图23-3压强与热力学温度关系图线
图23-4压强与摄氏温度的关系图线
9、打开“组合图线”界面,得出一组“热力学温度-绝对压强”(T-P1)数据点。
观察上述数据点,可见其排列具有线性特征。
点击“线性拟合”,得到的拟合图线非常接近原点(图23-3);
10、重新设置X轴为“P1”、Y轴为“T2”,基于所获得的“P-T”数据点,可得到另一条拟合图线(图23-4);
11、由该拟合图线的方程y=x+(-281.3514),得出直线在Y轴上的截距为-℃。
该数值的物理意义即为热力学温标零度,与实际值(-273℃)之间的误差很小,说明实验达到了较高的精度。
方法二
【实验器材】
数据采集器、温度传感器、气压A传感器、带支管的锥形瓶,橡皮塞、硅胶管、大烧杯等。
【实验步骤与数据分析】
1、取出压强传感器和温度传感器,分别接入数据采集器,再将数据采集器连接到计算机上;
2、将温度传感器插入锥形瓶中并用橡皮塞密封;
3、将气压传感器用硅胶管连接在锥形瓶的支管处;
4、将大烧杯中加入适量热水,待平衡后打开Excel文件里的【DIS实验】菜单,点击【设置实验】里的【设定传感器】,对气压传感器调零,然后开始记录数据;
5、将所得到的温度t作为X轴,压强P1为Y轴,即可得到气压与温度的关系图。
二十四、描绘小灯泡的伏安特性曲线
【实验目的】
描绘小灯泡的伏安特性曲线。
【实验原理】
在温度不变的情况下,电阻的伏安特性曲线为过原点的直线。
由于小灯泡发热,灯丝的阻值呈现非线性变化,其伏安特性曲线随之发生显著变化。
实验电路可分为分压法(图31-1)和限流法(图31-2)。
图31-1分压法实验电路
图31-2限流法实验电路
方法一
【实验器材】
图31-3实验装置图
朗威®DISLab、计算机、滑动变阻器、学生电源、小灯泡、朗威®系列电学实验板EXB-12。
实验装置图见图31-3。
【实验过程与数据分析】
1、将电压传感器和电流传感器各一只分别接入数据采集器;
图31-5用分压法测得伏安特性曲线
图31-4实验数据
2、采用分压法实验电路,将实验板的K拨到2,滑动变阻器接入W2,电压传感器和电流传感器的鳄鱼夹分别与实验板的“U”、“I”端连接;
3、打开“计算表格”,改变滑动变阻器的值,点击记录多组不同的电压和电流值;
4、点击“公式”,调用电磁学公式库中的“伏安法测电阻”公式,得出计算结果可见所测灯丝的电阻值随电流的增大而增大(图31-4),保存实验数据;
5、启动“绘图”功能,选择X轴为I2,Y为U1,获得基于实验数据的小灯泡伏安特性曲线(图31-5);
6、采用限流法进行实验,将实验板的开关K拨到1,滑动变阻器接入W1,重复步骤3~5,获得另一条小灯泡伏安法特性曲线(图31-6);
7、打开“计算表格”,调用分压法实验数据,同时显示通过分压法和限流法获得两条伏安特性曲线(图31-7);
图31-6用限流法测得的伏安特性曲线
图31-7组合(叠加)显示两条图线并加以比较
8、对两种实验方法加以分析比较。
方法二
【实验器材】
数据采集器、电压传感器、电流传感器、滑动变阻器、学生电源、小灯泡、单刀开关、导线若干。
【实验步骤与数据分析】
1、将电流传感器与电压传感器分别接入数据采集器的A、B接口,再连接到计算机上;
2、如上图所示连接好电路,并闭合电路;
3、在Excel表格中,打开【DIS实验】菜单,点击【开始实验】,调节滑动变阻器的电阻,使小灯泡的电压由零逐渐变大,记录电压电流的变化数据;
4、将实验数据,以电流为X轴,电压为Y轴绘制图表,就可以得到小灯泡的伏安特性曲线图。
【实验拓展】
1、此次实验为分压法测小灯泡的伏安特性,若改为限流法则伏安特性图将有什么变化?
2、通过实验我们能否知道为什么灯泡的损坏通常是在刚接通电源时发生?
3、从实验中能否知道日常生活中通常使用的电饭煲、电炉、吹风机、电熨斗等的伏安特性曲线?
二十五、通电螺线管的磁感强度测量
【实验目的】
观察通电螺线管内部磁感应强度大小,并研究其分布规律。
【实验原理】
通电螺线管产生磁场,其方向符合右手螺线定则。
方法一
【实验器材】
图33-1实验装置图
朗威®DISLab、计算机、螺线管、稳压电源、直尺、导线等。
实验装置图见图33-1。
【实验过程与数据分析】
1、将磁传感器接入数据采集器;
2、螺线管接入6V稳压电源,水平放置在桌面上。
调节磁传感器的高度使其探管正好在螺线管的轴心线上通过;
3、打开“计算表格”,调节磁传感器探管前沿与螺线管一端相距1cm;
4、增加变量“s”表示磁传感器移动的相对距离,记录当前磁感强度值,输入s值为“0”;
5、将磁传感器向螺线管内每次移动cm,输入s值并记录对应的磁感强度数据;
6、打开“组合图线”,选择X轴为“s”、Y轴为“B1”,基于已获得的实验数据,得到通电螺线管内部的磁感应强度与相对距离关系图线(图33-2);
图33-2螺线管内部磁感强度分布图线
图33-3螺线管内部磁感强度随电压变化
7、点击“锁定”,锁定当前图线;将电源电压调整为3V(改变通过螺线管的电流强度),重复步骤3-6,得到另一条图线(图33-3),比较二条图线的异同;
8、将位移传感器接收模块接入数据采集器的第一通道,将发射模块与磁传感器固定在一起(保持同步运动),用位移传感器实时测出的距离替代人工读数;将磁传感器接入第二通道,在“组合图线”中设置“位移-磁感强度”图线;
9、拉动磁传感器在螺线管中运动,即可获得“位移-磁感强度”图线;
图33-4位移和磁传感器组合使用
10、改变供电源电压,使线圈中的电流随之改变,重复上述实验,可得出几组不同的图线(图33-4);
图33-5组合使用位移和磁传感器测量磁感强度
11、分析比较各组图线的异同,归纳决定通电螺线管磁感强度因素。
【讨论】:
什么是匀强磁场?
获得匀强磁场,需要螺线管具备什么样的特征?
方法二
【实验器材】
数据采集器、磁感应传感器、距离传感器、线圈、学生电源等。
【实验步骤与数据分析】
1、将磁感应传感器接入数据采集器,再将采集器连接到电脑上;
2、将螺线管接入的恒流源,水平放置,并调节磁感应传感器的高度使其能正好通过螺线管的轴心线;
3、打开Excel,让磁感应传感器前端距离线圈3cm,手动记录数据,然后让传感器慢慢靠近线圈,并通过线圈,即可得到一组数据;
4、改用的电流,重复上述实验,并记录数据;
5、选取两列在不同电流下的实验数据,点击【制表】,出现如下图所示的曲线图,从图表中我们可以清楚地看到:
通过螺线管的电流越大,产生的磁感应强度就越大(可以试利用距离传感器代替手动记数)。
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- DIS 物理 实验 2125