《大学物理实验-2版》(张旭峰 主编)【摘要_书评_试读】- 蔚蓝网
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&&&张旭峰主编的《大学物理实验(2版)》是根据教育部高等学校物理基础课程教学指导分委员会制定的《理工科类大学物理实验课程教学基本要求》，结合中北大学具体情况，在以前自编的《大学物理实验》(2003年)版基础上修订而成。全书共分8章。1章比较系统地介绍了误差和不确定度的概念及其计算方法，对有效数字、数据处理的初步方法等也作了介绍。本章内容在本课程中占有重要地位，它是学生进行实验和处理数据的基础。2章～7章共收入力学、热学、电磁学、光学与近代物理学实验及设计性实验44个。
&&&张旭峰主编的《大学物理实验(2版)》是中北大学物理实验教学中心全体教师多年教学实践经验和教学成果的结晶。全书共分8章：测量误差和数据处理基本知识、力学实验、热学实验、电磁学实验、光学实验、近代物理及综合性和应用性物理实验、设计性实验、基本实验方法与测量方法。每个实验简要介绍了实验原理、实验仪器装置和实验内容，并附有思考题，为教学和学生学习提供了方便。&&&&《大学物理实验(2版)》较系统地介绍了大学物理实验中测量误差、不确定度及数据处理的基本知识，收入了力学、热学、电磁学、光学和近代物理学实验共44个。&&&&本书为高等学校理工各专业的物理实验教材或教学参考书，也可作为实验技术人员和有关课程教师的参考用书和其他读者的自学参考用书。
前言绪论1章& 测量误差和数据处理基本知识& 1.1& 测量误差& 1.2& 发现和消除系统误差的方法& 1.3& 对实验随机误差处理的基本知识& 1.4& 直接测量的实验数据处理& 1.5& 间接测量的结果和不确定度的综合& 1.6& 用作图法处理实验数据& 1.7& 小二乘法直线拟合& 1.8& 我国的法定计量单位2章& 力学实验& 2.1& 长度测量器具& 2.2& 质量测量仪器& 2.3& 时间测量仪器& 实验1& 测固体的平均密度& 实验2& 自由落体运动实验& 实验3& 用单摆法测重力加速度& 实验4& 转动惯量的测量& 实验5& 弹性模量的测定& 实验6& 受迫振动的研究3章& 热学实验& 3.1& 量热器& 3.2& 温度测量仪器& 3.3& 干湿球温度计& 3.4& 气压计& 实验7& 热膨胀系数的测量& 实验8& 声速的测量& 实验9& 用落球法测液体的动力粘度& 实验10& 气体比热容比的测定4章& 电磁学实验& 4.1& 电源& 4.2& 标准电池& 4.3& 电阻器& 4.4& 开关& 4.5& 直流电表& 4.6& 数字电表& 4.7& 万用电表& 实验11& 电表的改装及其校准& 实验12& 用惠斯顿电桥测电阻& 实验13& 用开尔文电桥测低电阻& 实验14& 用滑线式电位差计测电池电动势及内阻& 实验15& 用箱式电位差计测量热电偶的温差电动势& 实验16& 用数字式冲击电流计测互感& 实验17& 用数字式冲击电流计测量电容和高电阻& 实验18& 模拟示波器基础实验& 实验19& 霍尔效应及其应用& 实验20& 用数字式示波器测软磁材料的磁滞回线5章& 光学实验& 5.1& 光学仪器的使用和注意事项& 5.2& 消视差调节& 5.3& 常用光源& 5.4& 分光仪的调节和使用& 5.5& 读数显微镜& 实验21& 薄透镜焦距的测量& 实验22& 等厚干涉实验& 实验23& 测三棱镜材料的折射率& 实验24& 光栅实验& 实验25& 偏振光的研究& 实验26& 迈克尔逊干涉仪& 实验27& 用干涉法测空气的折射率& 实验28& 数码相机照相实验6章& 近代物理及综合性和应用性物理实验& 实验29& 用光电效应法测定普朗克常量& 实验30& 密立根油滴实验& 实验31& 光谱的拍摄及谱线波长的确定& 实验32& 全息照相实验& 实验33& RLC串联电路暂态过程的研究& 实验34& 夫兰克-赫兹实验& 实验35& 光纤光学与半导体激光器的电光特性& 实验36& 电阻应变式传感器及其应用& 实验37& 差动变压器& 实验38& 电容式传感器的位移实验& 实验39& 调相型磁通门实验& 实验40& 太阳能电池的特性测量7章& 设计性实验& 实验41& 将微安表改装为多量程电流表并进行初校& 实
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用数字积分式冲击电流计测量电容与高阻(修)
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用冲击电流计测量磁场的分布能否用冲击电流计测量电容和高电阻的阻值
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测量电容应该可以,因为容抗也是非线形,可以用冲击电流计完成积分过程,电阻是线形元件,恐怕不行.
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用数字积分式冲击电流计测量电容与高阻(修) 5被测电容：其名义值为 0.1、1、10uF 三种。相应的电容通过连线与“C X”的右侧接线柱相连即可。需要外接被测电容时，断开内接被测电容，连接至“C X”两端接线柱即可。被测高阻：其名义值为 1MΩ、10 MΩ、100 MΩ 三种。相应的电阻通过连线与 “RX”的右侧接线柱相连即可。需要外接被测高阻时，断开内接被测高阻，连接至“R X”两端接线柱即可。3、计时秒表计时范围：量程 1：999.99s，分辨率：0.01s；量程 2：9999.9s，分辨率：0.1s量程 3：99999s，分辨率：1s，三量程自动转换。4、转换开关密封式高性能无油开关，避免长期使用后绝缘下降。绝缘电阻：≥10000MΩ。内部是两刀三位的联动开关，通过合理的线路连接，完成充电、放电、测量和同步计时功能。具体原理见面板线路图。4/uC反NQ正向漂移量= = 正N?反向漂移量= = 反2、用冲击电流计测量高阻采用作图法计算待测电阻的阻值t/s 5 10 20 30 40/uC测NQ修正值 /uC修修Nln注意：表中的时间应以测量时间为准附录：DHDQ-3A 冲击法电容与高阻测量仪本实验仪可以配合冲击电流计,进行电容和高阻的测量。由于使用了比较法，在以较高准确度的标准电容为基准的前提下，可以获得较高准确度的测量结果；用经典的 RC 放电法，可以较为准确地测量106～10 10 量级的高阻。更为重要的是，通过使用这个仪器进行实验，可以掌握在其他电磁学实验中欠缺的电量这个物理量的内涵，以及电量与电容、电压、电流、时间等量纲的传递关系。借助于新型的高性能数字冲击电流计，可以重建冲击电流计在电磁测量中的重要地位，拓展更多的与冲击电流计相关的实验内容，例如磁性材料的测量、磁场的测量等等。为了进行电容与高阻的测量，仪器提供了一组高稳定性的低内阻电源，在比较测量的时间内其电压值能基本维持不变，由于其具有较小的内阻，所以充电时间快，负载特性好。仪器没有使用可调式电容箱，而是提供了三个量值的高性能 CBB 标准电容，这有利于减小分布电容的影响，可获得更好的准确度。必要时也可以外接更高等级的标准电容。为了实验的方便，仪器还内置提供了被测电容和被测高阻。需要提醒的是，被测电容和被测高阻并不具有精确的量值，仪器给出的仅是名义值。当然，外接的被测电容和被测高阻也可以方便地连接到本仪器进行测量。主要技术性能: 1、直流稳压源输出电压：0-19V 可调，电压稳定度： 2×10-5/10min，负载稳定度： 1×10-4。输出电流：最大 30mA，最大等效内阻：5Ω。数字电压表：三位半数显。分 2V，20V 两个量程。换向开关：已在内部连接，有正向、断、反向三档。 ，经反向后的电压从“直流稳压源”的两个接线柱输出，可以用于接到更精确的电压表，或者其他合适的用途。2、测量元件标准电容：分 0.1、1、10uF 三档，其不准定度为：±0.5%。相应的电容通过连线与“C N”的右侧接线柱相连即可。需要外接标准电容时，断开内接标准电容，连接至“C N”两端接线柱即可。32. 测量 10uF 的标准电容 C N。2.1 保证所测电量的数值的大小在冲击电流计的量程范围内，合理地选择工作电压的大小 U10，并记录。2.2 K1 置于“正向” ，K 3 置于“标准”，K 2 置于“充电”，则电源对标准电容 CN 充电。将 K2 置于“测量”挡，则 CN 向冲击电流计 Q 放电。冲击电流计完成电量的测量，自动显示电量的大小并保持，直到下一次测量。记录这个 QN 值。同一个电容在同样的电压下测量 5 次电量值。K1 置于“反向”后，重复上述操作。由于冲击电流计存在零点漂移，因此需要对所测电量进行修正，即对于同一电容应取“正向”和“反向”的平均值作为该次测量的最终结果。同时，我们可以分别计算出仪器的“正向漂移量”和“反向漂移量” 。2.3. 仿照 2.1 和 2.2，重新测量 1uF 和 0.1uF 的标准电容 C N。3. 测量 10uF 的待测电容 C X。3.1 将工作电压设定为 U10，即此时的工作电压与测量 10uF 的标准电容相同。3.2 K1 置于“正向” ，K 3 置于“待测” ，K 2 置于“充电 ”，则电源对待测电容 CX 充电。将 K2 置于“测量”挡，则 CX 向冲击电流计放电。冲击电流计完成电量的测量，自动显示电量的大小并保持，直到下一次测量。记录这个 QX 值。同一个电容在同样的电压下测量 5 次电量值。K1 置于“反向”后，重复上述操作。3.3. 仿照 3.1 和 3.2，重新测量 1uF 和 0.1uF 的待测电容 C X。4. 根据公式（1）计算 C X 值。2、用冲击电流计测量高阻按图 2 接线，接好冲击电流计、C N 和 RX，根据实验仪器的基本参数，在本实验中，R X 设定为 10 MΩ，C N 设定为 10uF。具体操作步骤为：CN 充电：K 1 置于“正向”或 “反向”端，K 3 置于“标准 ”，K 2 置于“充电”，同时 K2 的另一组开关接通计时器 S 的 “复位”端，计时表示值回零。 CN 放电：K 3 置于“高阻”端，一组开关接至 CN 不变，另一组开关接至“开始/ 停止”端，准备进行计时。将 K2 置于“放电”端，R X 并联到 CN 两端，电容开始放电；同时，K 2 的另一组开关接通计时器 S的“开始/停止”端，计时器开始计时。测量：将放电时间 t 分别取为 5.0、10s、20s、30s、40s（鉴于时间控制问题，允许在相应时间内波动±0.3s） ， 放电结束后，将 K2 切换到“测量”端，此时 RX 自动断开，C N 向冲击电流计放电。同时 K2的另一组开关再次接通计时器 S 的“开始/停止”端停止计时；记录下时间 t 和 Q 值。每个放电时间分别测 1 次。 （注意：由于冲击电流计存在零点漂移，需对 Q 值继续相应修正）另外学生要自行考虑一个方案，以使时间常数 τ=RXCN 在 10～100s 之间。τ 太大，则测量时间过长；τ 太小，计时容易产生误差。再根据 CN 值，选择合适的电源 E 的电压值 U，使 Q=CNU 值的大小在冲击电流计的量程范围内，否则不能有效测量。因此大家在理论指导下得出一个高阻比较好的测量条件。【数据处理】1、用冲击电流计测量电容?NC1 2 3 4 5 电量平均值 电量修正值 NQNC/uC正Q2高阻一般是指阻值大于 106Ω 的电阻。用数字电阻表或伏安法测量高电阻时，因为数字表的输入电流或因电流非常小的原因，造成测量失准。借助于高性能的数字冲击电流计，用放电法测量高阻是一种较为准确的方法。将待测高阻与已知电容组成回路，在电容放电时测量电容上的电量（或电压）随时间的变化关系，确定其时间常数，在已知标准电容容量的情况下，可确定高阻的阻值。其电路图如图 2 所示。在图 2 中，开关 K2、K 3 是一个双刀三位开关，其绝缘电阻高、断路间隙小、接触抖动小，测量工作过程如下：CN 充电：K 3 置于“标准” ，K 2 置于“充电” ，在很短时间即可完成充电。同时 K2 的另一组开关接通计时器 S 的“复位” 端，计时表示值回零。CN 放电：K 3 置于“高阻”端，一组开关接至 CN 不变，另一组开关接至“开始/ 停止”端，准备进行计时。将 K2 置于“放电”端，R X 就并联到 CN 两端，电容开始放电；同时，K 2 的另一组开关接通计时器S 的“开始/停止 ”端，计时器开始计时。由于 K2 的两组开关是联动的，所以确保了放电与计时的同步性。由于 K2、K 3 使用了高绝缘性能的开关，而且 CN 本身的绝缘电阻很高，所以实验中切换开关时，开关动作快慢并不会明显影响计时准确度，这降低了操作难度，并提高了测量准确性。测量：放电一段时间后，将 K2 切换到“测量”端，C N 向冲击电流计放电，并断开 RX，以免在冲击电流计测量期间 CN 向 RX 放电。同时 K2 的另一组开关再次接通计时器 S 的“开始/停止”端停止计时；也由于 K2 的两组开关是联动的，所以确保了冲击电流计测量与计时停止的同步性。在上述的测量过程中，设放电时间为 t，则在 t 时刻电容 C 上的电量 Q、电压 U 和 RC 回路中的电流I 之间满足： ； 其中 UQ?RI?dtI?其中负号表示随着放电时间的增加，电容器极板上的电荷 Q 随之减少。注意：Q 、U、I 三个量都是时间的函数。设初始条件为：t=0 时，Q=Q 0，则电容上电量随时间的关系： 。即 (2)RCqdt??RCteQ?0式中 RC 称为时间常数，一般用 τ 表示，其物理意义为：当 t=τ=RC 时，电容上的电量由 t=0 时的 Q0下降到 0.368Q0，它决定放电过程的快慢。 τ 时间常数越大，放电越慢；反之，τ 越小，放电越快。对应的放电曲线见图 3图 3 Q～t 曲线 图 4 lnQ～t 曲线对(2)式取自然对数有：(3)0lnlRCt???根据式（3）可知 Q 与 t 成线性关系，见图 4。其直线斜率就是 ，根据已知标准电容值就可以RC1?求得 R 的大小。【实验内容】一、用冲击电流计测量电容1. 按图 1 连接线路。Q lnQQ Q00.3681用数字积分式冲击电流计测量电容与高阻冲击电流计常用于测量电量,而不是电流。例如,电路在短时间内脉冲电流所迁移的电量、静电电量等。本质上讲，是对脉冲电流的积分测量。因此冲击电流计还可间接地测量磁感应强度、电容、电阻等。本实验采用新型的数字积分式冲击电流计进行测量。其原理是对输入的脉冲电流信号，用高速数字电路进行采集，计算其面积。这种方法相对于一般的电容积分峰值保持式测量电路，具有很大的优势，原因是干扰脉冲对整体面积的影响可以被很大程度上均和而抵消，但对于峰值保持式积分器，干扰脉冲将严重影响其测量结果。 本实验将通过电量的测量，学习电量与电流、电压、电容、电阻等物理量的关系。通过比较法测量电容和放电法测量高阻，拓展冲击电流计的应用，丰富了电磁学实验的内容。【实验目的】1、学习数字积分式冲击电流计的使用方法。2、比较法测量电容。3、掌握 RC 放电法测量高阻的原理，并测量高阻。【实验仪器】1、DQ-3 数字积分式冲击电流计2、DHDQ-3A 冲击法电容与高阻测量仪，含标准电容、待测电容、高值电阻、直流电源、放电开关、同步计时秒表等。【实验原理】1、用冲击电流计测量电容的原理在图 1 中，电源 E 用于给电容提供充电电源。要求其具有较高的电压稳定度，且其内阻要足够小。开关 K1 用于换向，需要时可以进行正反向测量，以提高测量准确度。开关 K2 用于选择充电与测量，K 3用于选择标准与被测电容。对 K2、K 3 开关的要求是绝缘电阻要高、断路间隙小、接触抖动小，否则抖动和漏电阻将可能会影响测量结果。K3 置于“标准”，K 2 置于“ 充电”，则电源 E 对标准电容 CN 充电。标准电容 CN 上所充电量为：QN=CNU。将 K2 置于“测量” 挡，则 CN 向冲击电流计放电，并显示 （由于冲击电流计具有一定的内阻，需等待一定时间，显示数值才能达到稳定数值） 。将 K3 置于“被测”，K 2 置于“ 充电”，则电源对待测电容 CX 充电。待测电容 CX 上所充电量为：QX=CXU。将 K2 置于“测量” 挡，则 CX 向冲击电流计 Q 放电。冲击电流计完成电量的测量，并显示。由于存在漏电阻，同时稳压电源的输出可能存在微小波动，因此为了减小该系统误差，在计算 CX 时有：（1）NXU?由于 CN 为已知值，故可求得 CX。2、RC 放电法测高阻图 1 用冲击电流计测量电容 图 2 用冲击电流计测量高阻
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