实验1 基本测量1[实验目的]1.1掌握游标和螺旋测微装置的原理，学会游标卡尺和螺旋测微计的正确使用；1.2掌握用比重瓶法测定物体密度的原理，学会使用物理天平和比重瓶；1.3学习仪器的读数方法，并能根据有效数字的概念正确记录实验数据；1.4掌握不确定度估算和实验结果的正确表示方法。

2[实验仪器]米尺，游标卡尺，螺旋测微计，物理天平，比重瓶（100ml），金属长方体，金属圆筒，小钢球，蒸馏水（简称水），温度计，细金属条，吸水纸，电吹风（公用）。

3[实验内容]3.1用米尺测量金属长方体的体积；3.2用游标卡尺测量金属圆筒的体积；3.3用螺旋测微计测量钢球的体积；3.4测金属薄板的密度；3.5用比重瓶法测小钢球的密度。

4[实验指导]4.1用米尺测量长方体的体积测定金属长方体长度（宽度、厚度）时，应选择不同部位测量5次，数据填入表4-1-1。

4.2用游标卡尺测量金属圆筒的体积（1）检查零点，使游标卡尺两钳密合，观察游标“0”线是否与主尺“0”线对齐，若不对齐则记下零点读数。

（2）用卡尺测圆筒的外径（D1）、内径（D2）和筒长（H），对每一个物理量要求在测量时应选择不同部位测量5次，数据填入表4-1-2。

4.3用螺旋测微计测量钢球的体积测定螺旋测微计的零点误差,记录量程、最小分度及单位，再将钢球直径测量6次，数据填入表4-1-3。

4.4测金属薄板的密度（1）用物理天平测出金属薄板在空气中的相应质量m，m=（）±0.05 （10-3kg）（2）记录天平感量（）kg，天平最大称量（）kg，环境温度（）℃。

4.5用比重瓶法测待测小钢球的密度（1）用物理天平称50粒小钢球的质量m，m=（）±0.05 （10-3kg）；（2）将比重瓶装满水，用吸水纸擦去瓶外及瓶口溢出的水，测出加满水的比重瓶质量Ma；（3）将小钢球放入比重瓶中，盖上瓶盖，擦去多余的水，测出小钢球和加满水的比重瓶的质量Mb；（4）按式（4-1-10）计算小钢球的密度ρ及ρσ，正确表示其结果。

4.6注意事项（1）米尺的刻度可能不够均匀，在测量要求高时可以选取不同的起点，进行多次测量。

（2）游标卡尺的主尺用cm刻度，游标用mm刻度，注意单位统一。

（3）游标卡尺用后放入仪器盒时，固定螺钉S 要松开。

（4）螺旋测微计测量结束，钳口A 、B 应留一空隙，再放入仪器盒内。

（5）用细金属条动作轻缓把比重瓶中小钢球的表面气泡赶掉，不能把比重瓶的薄壁碰破。

（6）实验结束用电吹风把小钢球吹干。

5 [实验数据处理]5.1米尺测量长方体体积的数据处理表4-1-1 米尺测量长方体的体积计算出金属长方体的长a 、宽b 、高c 的平均值、算术平均值的标准偏差a S 、b S 、c S 及不确定度a σ、b σ、c σ，再求出体积，表达出结果。

（计算步骤详细）)1()(12--=∑=n n a aS ni ia ，)1()(12--=∑=n n b bS ni ib ，)1()(12--=∑=n n c cS ni ic3仪仪∆=σ22仪σσ+=a a S ，22仪σσ+=b b S ，22仪σσ+=c c S ⇒ 长 a a a σ=±= cm宽 b b b σ=±= cm 高 c c c σ=±= cm 体积 V abc == cm 3222⎪⎭⎫⎝⎛⋅∂∂+⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅∂∂+⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅∂∂=c b a V c V b V a V σσσσ=()()()222cbab ac a c b σσσ⋅+⋅+⋅⇒ 体积V V V σ=±= cm 35.2游标卡尺测量金属圆筒体积的数据处理计算外径D 、内径d 和筒长H 的平均值、算术平均值的标准偏差及不确定度σ,再求出体积，表达出结果。

（计算步骤详细）外径 =±D D σ mm 内径 =±d d σ mm筒长 =±H H σ mm 体积 22()4V D d H π=-= mm 3DH D V 2π=∂∂，dH d V 2π=∂∂，()224d D H V -=∂∂π 222222H d D V H V d V D V σσσσ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=⇒体积V V V σ=±=mm 35.3螺旋测微计测量钢球的体积的数据处理计算出金属球直径D 的平均值、算术平均值的标准偏差及不确定度σ，再求出体积，表达出结果。

（计算步骤详细）直径 =±D D σ mm 体积 36V D π== mm 3D D V D D V σπσσ⋅=⎪⎭⎫⎝⎛⋅∂∂=222⇒ V V V σ±= mm 35.4测金属薄板的密度参照前面游标卡尺和体积计算方法，根据（4-1-7）式，利用6.2测量及求出的体积，求出ρ及ρσ，正确表示其结果。

5.5比重瓶法测小钢球的密度小钢球的密度 o mM M mρρ+-=上式两边取对数： o n n n n m M M m ρρ ++--=)(0 上式两边求偏导数：mM M dmm M M dM m M M dM m dm d +--+-++--=0000ρρ相对不确定度：20202002⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+⎪⎭⎫ ⎝⎛=m M M m M M m M M m m M M m σσσσρσρ 物理天平单次测量：)10(05.030kg M M m -=∆===仪σσσ 密度间接测量结果的不确定度:20220021313⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+⎪⎭⎫ ⎝⎛∆=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+⎪⎭⎫ ⎝⎛=m M M m m M M m M m 仪σσρσρ 测量结果标准表达式:)/(3m kg =±ρσρ6 [预习思考题]6.1游标尺的50格对应分度值为lmm 的主尺49格，此游标卡尺的分度值是 。

6.2 检查千分尺零点时，发现微分套筒上第49根刻线与主尺上的读数标志线重合，此时零点值是 。

6.3 测长度约为2cm 物体。

用分度值为0.02mm 的卡尺测有效数字有 位，用千分尺测有效数字 位，用米尺测有效数字有 位。

6.4 螺旋测微计螺距0.5mm ，微分筒上刻有100个分格，它的分度值是多少？ 6.5如何调整天平水平？如何调整天平零点？7 [课后习题]7.1 列表总结实验中所用米尺、游标卡尺、螺旋测微器的量程、分度值和应读到的位数。

7.2 有人把天平的使用，总结为四句话：“称量、分度值先看清，柱直、梁平、游码零，物左、砝右止动勤，仪器用毕收拾净”，请给出解释。

7.3 比重瓶盖中的毛细管的作用是什么？实验2 刚体转动惯量的测定＜第一部分＞IM-2刚体转动实验仪1[实验目的]1.1了解多功能计数，计时毫秒仪实时测量（时间）的基本方法。

1.2用刚体转动法测定物体的转动惯量。

1.3验证转动定律及平行轴定理．1.4分析实验中误差产生的原因和实验中为降低误差应采取的实验手段。

2[实验仪器]IM-2刚体转动惯量实验仪，应用霍尔开关传感器结合计数计多功能时毫秒仪自动记录刚体在一定转矩作用下，转过π角位移的时刻，测定刚体转动时的角加速度和刚体的转动惯量。

3[实验内容]3.1（必做部分）β和砝码⑴以铝盘中心孔安装铝盘，组成转动系统，测量在砝码力矩作用下角加速度2β。

挂线脱离后角加速度1β和⑵以铝盘作为载物台，加载环形铜质实验样品，测量在砝码力矩作用下角加速度2β。

砝码挂线脱离后角加速度13.2（选做部分）β和砝以铝盘偏心孔d= 3.0，4.0，5.0cm为转轴，测量在砝码力矩作用下角加速度2β。

码挂线脱离后角加速度14[数据处理]根据实验要求，将有关数据填入对应表格（见本实验附录）中，按所学的理论对数据进行处理。

5[预习思考题]利用该刚体转动惯量仪，能否想出其它测转动惯量的方法。

6[课后习题]使用该刚体转动惯量仪的注意事项有哪些？＜第二部分＞IM-1三线悬盘摆实验仪1[实验目的]1.1学会用三线摆来研究刚体的转动规律，测定刚体的转动惯量。

1.2 研究转动惯量随刚体的质量、质量分布及转轴位置而变化的规律。

1.3 验证转动定律及平行轴定理．1.4 分析实验中误差产生的原因和实验中为降低误差应采取的实验手段。

1.5 学习利用曲线改直及图解法求待测量的方法。

2 [实验仪器]三线摆实验仪，水平仪，水准仪，秒表，米尺，卡尺，物理天平。

3 [实验内容]3.1仪器调平将气泡水准仪放在悬挂上圆盘的支架上，调节底座的两个螺钉，使上圆盘处于水平状态。

再将水准仪放在下圆盘上，调节三根悬线的长度使下盘水平（L 约50cm ）。

3.2 测出仪器各参数L ，R ，r ，r m ，m ，m 1，m 2，a ，b ，r 2而)(31,33,)(32122a a a a a r r R L H ++==--= )(31,33321b b b b b R ++==其中，a i ，和b i ，分别是上、下圆盘上三线的孔距。

3.3测量下盘的转动惯量使三线摆保持静止，然后轻轻转动上盘5°~10°。

用秒表测出50次完全摆动周期的时间t ，测三次，求平均摆动周期T 0，代入式（4-2-13）计算出I 0，并与理论值2021m mr J ='相比较，求出百分差（r m 是下圆盘的半径）。

3.4测量某一圆环的转动惯量将待测圆环置于下盘B 上，使两者中心轴心重合，按上条过程测出T 1，由（4-2-12）式计算即可。

求出J 1与理论值2)(11b a m J +='比较，求百分差（a 、b 是待测圆环的内外半径）。

3.5平行轴定理将两个完全相同的圆柱体，对称地置于下盘B 上，按上条过程测出T 2，由式（4-2-16）计算出一个圆柱体绕OO ˊ，轴的转动惯量（记录d 值），并与理论值（4-2-15）式比较，求出百分差。

4 [实验方法](1) 实验开始时，扭动上盘以带动下盘摆动，A 盘角度不能大，以免B 盘产生晃动。

角度大了，也不能满足推理的条件。

(2) 记时秒表在正式读用前，要正确掌握其功能和方法。

记录50个周期的时间，不能错记一个周期数。

(3) 用作图方法处理计算实验数据，应该很好地阅读书中有关作图的知识。

5 [数据处理]根据实验要求，自制表格并将有关数据填入表中，按所学的理论对数据进行处理。

6[预习思考题]6.1实验中为什么要求做到两盘水平、三线相等? 启动三线摆时，怎样防止下盘晃动?6.2测出仪器各参数（L，R，r ，m）时应该选择什么仪器?6.3为什么周期T要通过测量50次的时间，次数太少或太多有什么不好?7[课后习题]7.1三线摆在摆动过程中受到空气阻尼，振幅越来越小，周期有没有变化?7.2加上一待测物后，三线摆的周期是否一定比空盘大?实验3 冷却法金属比热容法的测定实验1 [实验目的]1.1 了解冷却定律，学会用冷却法测量金属的比热容。