普物实验参考教材(6)

表（2）圆柱体的直径和高 零点： 1 2 3 4 5 6 平均 实际平均 d（㎜） L（㎜）

表（3）小孔直径 左（㎜） 右（㎜） D（㎜）

要求与提示：

1. 使用游标卡尺和螺旋测微仪读数直接记入表格，计算出平均值，减去零点读数算出实际平均值。

2. 螺旋测微仪使用时，不可直接转动活动套筒去卡住物体。 3. 使用移测显微镜注意克服“回程差”。 4. 要求求出长方体和圆柱体体积的不确定度。 （1）长方体体积的不确定度：

??V?2??V?2??V?2????uc?V???ua?ub??????u?c? ??a???b???c? ?2221 2 3 4 5 6 平均 ?ab?2u2?a???ac?2u2?b???ab?2u2?c?（2）圆柱体体积的不确定度：

??D2?2??V?2??V?2??DH?2 uc?V????u?D????u?H????u?D????4??u?H? ?D?H2????????2222

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实验二：表面张力系数测定（拉脱法）

一、实验目的：

1. 用拉脱法测定室温下水的表面张力系数 2. 学习约利称的使用方法 二、实验仪器：

约利称，金属框，砝码，玻璃器皿，测量架。 三、实验原理：

在液体的表面层分子间存在相互对拉的力，使液体的表面呈现收缩的趋势，表明在液体表面层内存在表面张力。在液体的表面任意截线（或周界）两旁表面张力垂直该截线，单位长度上的表面张力大小称为表面张力系数 ，??f。将金属框浸入水中后慢慢地将其L拉出水面，金属框横丝带起一水膜，当水膜被拉直时（水膜破的瞬间），由力学平衡，有

F?W?2?l?ldh?g，其中：F为向上的拉力，W是金属框所受的重力和浮力之差，d是

金属框的直径（即水膜的厚度），l是金属框的宽（即水膜的宽度），h是水膜的高度，?是水的密度。所以表面张力系数 ???F?W??ldh?g（L?2l是由于水膜有两个表面）

。

2l实验中用约利称测量?F?W?之值，用上式计算出表面张力系数。 四、实验内容：

1.测量弹簧的劲度系数，将弹簧（约利称）挂在支架上，弹簧下挂上带有平面镜的挂钩及托盘，并将挂钩放在带有刻线的玻璃管内。在托盘上加1.00g砝码，旋转支架下部的旋钮使弹簧上升，当玻璃管上的刻线、该刻线在平面镜中的像及平面镜上的刻线三者相重合时，由支架上的游标读出此时读数（十分游标）。以后每加0.50g砝码重复上面的操作，读出每次的读数。直到加到3.50g后再逐次减少0.50g砝码，用逐差法求出弹簧的劲度系数k，

k??m?g 其中： ?l ?m?1.00g

?l?1??l3?l1???l4?l2???l5?l3???l6?l4???l6?l8???l7?l9???l8?l10???l9?l11?? 82.将托盘取下，在弹簧下面挂上金属框，玻璃器皿内盛入适量的蒸馏水，旋转旋钮使金属框横丝和水面接触，由支架上的游标读出此时读数L0，再慢慢旋转旋钮，轻轻向上拉起弹

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簧，直到水膜刚好破坏，记下读数L，则两次读数的差值?L?L0?等于拉起水膜时弹簧的伸长加上水膜的高度。即 F?W?k??L?L0??h?。重复上面的步骤，求出L?L0的平均值。 3.用铜丝代替弹簧，同上面的步骤做拉断水膜的操作，这时的两次读数的差即为水膜的高

?，重复上面的步骤，求出L??L0?的平均值。 度h?L??L04.测量金属框横丝的长度l和金属丝的直径d。 5.由公式???F?W??ldh?g2l计算出水的表面张力系数。

五、实验记录：

表（1）测量弹簧的劲度系数

m（g） 1.0 l（㎝） 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 表（2）测量（F?W）值 L0（㎝）L（㎝） 1 2 3 4 5 6 平均 ?值 表（3）测量h?L??L0 1 2 3 4 5 6 平均 ?（㎝） L0L?（㎝）

六、要求与提示：

1. 计算表面张力系数应有三位有效数字。 2. 要求计算出表面张力系数的标准不确定度 2???????2uc??????u?L?????L ??L??0

22?2???????2???????uL?uL???0???L???L????0222?2'??uL0?2??2?k??k??k?ld?g?2?k?ld?g?2?????u2?L????u2?L0????u?L?????u?L02l2l?2l??2l?????

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实验三：三 线 摆

一、实验目的：

掌握三线摆法测定物体转动惯量的原理和方法。 二、实验原理：

转动惯量是物体转动惯性的量度。物体对某轴的转动惯量的大小，取决于物体的质量、形状和回转轴的位置。对于质量分布均匀外形规则且不复杂的物体可以用积分的方法求出，而对于外形复杂和质量分布不均匀的物体只能从回转运动中去测得。三线摆法是通过扭转运动测量转动惯量的一种方法。

三线摆是将两个半径不同的两个圆盘，用三条等长的线联结而成。将上盘吊起时，两圆盘均被调成水平，两圆心在同一垂直线上。下盘可绕该垂直线扭转，其扭转周期和下盘的质量分布有关，当改变下盘的质量分布时（放上被测物体），其扭转周期将发生变化。三线摆就是通过测量它的扭转周期去求出任一质量已知物体的转动惯量。 由于机械能守恒定律及简谐振动方程 得三线摆圆盘的转动惯量 I0?m0gRr2T0 24?d0T2

当在圆盘上放一物体时 I?I0??m?m0?gRr4?2d0所以被测物体的转动惯量 I?gRr22?? m?mT?mT00024?d0??其中：r、R分别是上下圆盘悬线点到转轴的距离，d0是上下盘间的距离，T0和 T分别是三线摆不放圆环和放上圆环时的扭转周期，m0是下圆盘的质量，m时是待测物体的质量。 三、实验仪器：

三线摆、圆环、卡尺、米尺、游标卡尺、停表。 四、实验内容：

1. 用水准器检查三线摆下盘是否水平，如下盘不水平需调到水平。

2. 测量上、下盘两悬线点间的距离（用卡尺），由几何关系算出上、下盘悬线点的到转轴的距离r、R。测量上、下盘间的距离d0（用米尺）。 3. 用卡尺测量圆环的内外径d、D及小圆柱体的直径D?。

4. 分别测量三线摆不放圆环和放上圆环的周期T0和 T（30个周期）

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5. 由I?gRr22计算圆环的转动惯量 ??m?mT?mT00024?d0??221??D??d??6. 再由公式 I?m???????计算圆环的转动惯量，与上边的结果比较。

2???2??2???7. 验证平行轴定理：将两圆柱体对称放在下圆盘上，测量出圆柱体到下圆盘上中心的距离l，测量出三线摆周期 T?（30个周期），由 I???m0?2m??gRr4?2d0T?2?I0计算出两圆柱体对三线摆转动轴的转动惯量，由平行轴定理可

1m?R?2，比较两者的差异是否超过测量误差范围。 2知其转动惯量为I??m?l2?五、实验记录：

表（1）上、下盘两悬线点间的距离和上、下盘间的距离

L上（㎝） L下（㎝） d0 （㎝） 1 2 3 4 5 平均 r= （㎝） 其中 r?L上2sin60?R?L下2sin60?R= （㎝）

表（2）圆环的内外径和圆柱体直径 D （㎝） d （㎝） D?（㎝） 1 2 3 4 5 平均 表（3）三线摆不放圆环和放上圆环的周期T0和 T 30T0（s） 30T （s） 30T?（s） 1 2 3 4 5 平均 T0= （s）

T= （s） 30

T?= （s）

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