实验一电容反馈三点式振荡器实验
一、实验目的及要求
1. 通过实验深入理解电容反馈三点式振荡器的工作原理，熟悉电容反馈三点式振荡器的构成和电
路各元件的作用：
2. 研究不同静态工作点对振荡器起振、振荡幅度和振荡波形的影响；
3. 学习使用示波器和频率计测量高频振荡器振荡频率的方法；
4. 观察电源电压和负载变化对振荡幅度和振荡频率及频率稳定性的影响。
二、仪器用具
三、实验原理
为R5。R7的作用是为了用频率计（一般输入阻抗为几十Ω）测量振荡器工作频率时不影响电路的正常工作。
四、实验内容及步骤（包括原理图、实验结果与数据处理）
1. 研究晶体三极管静态工作点不同时对振荡器输出幅度和波形的影响：
1）将开关K1和K2均拨至1X档，负载电阻R5暂不接入，接通+12V电源，调节W使振荡器振荡，此时用示波器在TP1观察不失真的正弦电压波形；
实验结果：实验中可以观察到不失真的正弦波。
2）调节W使Q1静态电流在1mA-4mA之间变化（可用万用表测量R4两端的电压来计算相应的IeQ，至少取4个点），用示波器测量并记下TP1 点的幅度与波形变化情况。
实验结果：
实验原始数据如表1：
表1
用公式：IeQ=VR4/R4，其中R4=1kΩ。可以得到处理后的数据如表2：
表2
画出输出振幅随静态电流变化的实验曲线，如下图：
由数据可以看到，当IeQ<1.036mA以及IeQ>4.060mA的时候，波形幅度接近于0，说明没有产生振荡波形。说明正确设置静态工作点是振荡电路起振的重要条件。
2. 研究外界条件变化时对振荡频率的影响及正确测量振荡频率：
1）选择一合适的稳定工作点电流IeQ，使振荡器正常工作，利用示波器在TP3点和TP2点分别估测振荡器的振荡频率；
实验结果：
选取IeQ=3.608,此时振荡输出波形的峰峰值Vp-p=472mV。
此时可以读出相应点的周期值，如表3：
表3
用公式F=1/T，可以估计振荡器的振荡频率。如表4
2）用频率计重测，比较在TP3点和TP2点测量有何不同？
实验结果：用频率计测得各点的频率，如表5：
由以上数据可以看到，TP2和TP3有少许差异，经过射随器后的TP2点的频率比TP3点的频率大。存在差异原因为受到射随器中电容的影响。
3）将负载电阻R5接入电路(将开关K3拨至ON档)，用频率计测量振荡频率的变化（为估计振荡器频稳度的数量级，可每10s记录一次频率，至少记录5次），并填入下表。
实验结果：
表6
振荡器的频稳度可有以下公式计算：
由以上数据可以看到，加上负载之后，振荡频率升高，并且变化范围大，稳定度降低，说明负载会降低振荡器的频稳度。故应合理选择负载。
4)分别将开关K3拨至“OFF”和“ON”档，比较负载电阻R5不接入电路和接入电路两种情况下，输出振幅和波形的变化。用示波器在TP1点观察并记录。
实验结果：
原始数据记录如表7：
表7
由以上数据可以得到，当接入负载的时候，输出波形的峰峰值减小。说明负载会引起振荡器输出波形幅度变化，要得到良好的输出波形，必须合理设置负载。
3. 将均拨至2X档。比较选取电容值不同的C2、C3和C2X、C3X，反馈系数不同时的起振情况。注意改变电容值时应保持静态电流值不变。
实验结果：
原始数据记录如表8：
分析其原因是：起振应该满足两个条件，一个是相位条件，必须为2n；另一个则是放大倍数与反馈系数之乘积必须大于1，即 T(jw)=K(jw)F(jw)> 1。根据电路分析可以知道F=C2/C3,K=gm/Gp ，其中Gp为电路的固有电导和负载电导之和。当将C2、C3变为C2X、C3X时，F变小，且当接入并联负载时,Gp变大，导致K变小，使得振荡电路不再满足T(jw)> 1的条件，所以此时电路不再起振。
五、讨论与结论（对实验现象、实验故障及处理方法、实验中存在的问题等进行分析和讨
论，对实验的进一步想法或改进意见。）
1. 为什么静态工作点电流不合适时会影响振荡器的起振？
起振应该满足两个条件，一个是相位条件，必须为2n；另一个则是放大倍数与反馈系数之乘积必须大于1，即 T(jw)=K(jw)F(jw)> 1。当电路的静态工作点偏小时，其直流偏置小，会使晶体管工作在截止区域，放大电路增益K(jw)很小，导致振荡电路不满足起振条件；当静态工作点选择得太高时，会使静态管过早进入饱和区，导致三极管的gm开始变小，而K=gm/Gp ，则使放大电路的增益变小，从而导致不能正常起振。
2. 振荡器负载的变化为什么会引起输出振幅和频率的变化？
当负载变化时，产生的反馈会使三极管的静态工作点等参数发生变化，使得放大电路的增益发生变化，从而引起输出振幅和频率发生变化；再者，负载并联在回路两端，会降低电路的品质因素，从而使振荡器的频率稳定度下降，改变输出振幅和频率。
3.在TP3点和TP2点用同一种仪器（频率计或示波器）所测得的频率不同是什么原因？哪一点测得的结果更准确？
实验中TP2点和TP3点的差别主要在于TP2点接在射随器的后面，而射随器中晶体管be之间存在结电容，受此影响，在两点振荡频率将会不同。TP2点的更准确，因为射随器可增大振荡电路稳定性，从而获得正确的振荡频率。
实验二晶体振荡器实验
一、实验目的
1．了解晶体振荡器的工作原理及特点；
2．掌握晶体振荡器的设计方法及参数计算方法。
三、实验原理
本实验电路采用并联谐振型晶体振荡器，如图2-2所示。
图2-2
XT、C2、C3、C4组成振荡回路。Q1的集电极直流负载为R3,偏置电路由R1、R2、W和R4构成，改变W 可改变Q1的静态工作点。静态电流的选择既要保证振荡器处于截止平衡状态也要兼顾开始建立振荡时有足够大的电压增益。振荡器的交流负载实验电阻为R5。
四、实验步骤（包括原理图、实验结果与数据处理）
1．接通电源；
2．测量振荡器的静态工作点：
调整图中W，测得Iemin和Iemax（可测量R4两端的电压来计算相应的Ie值）；
实验结果：
此时测得R4两端电压为：min e U =0.379V ，max e U =6.408V ，根据R4=510Ω，因此可算出：
min e I =min e U /R4=0.703mA ，max e I =max e U /R4=12.56mA 。
3．测量当工作点在上述范围时的振荡器频率及输出电压。
实验结果：测量上述范围时输出电压O U =1.36V,振荡器的频率为9.9996MHz.
4．研究有无负载对频率的影响：先将K1拨至OFF ，测出电路振荡频率，再将K1拨至R5，测出电路振荡频率，填入表2-1，并与LC 振荡器比较。 实验结果：
表2-1
五、讨论与结论（对实验现象、实验故障及处理方法、实验中存在的问题等进行分析和讨论，对实验的进一步想法或改进意见。）
1．实验电路的交流等效电路：
2．整理实验数据；
3．比较晶体振荡器与LC 振荡器带负载能力的差异，并分析原因；
答：一般两者都有输出缓冲级，不会直接带负载。但是晶体振荡器带负载能力不如LC 振荡器，因为晶体振荡器振荡时电压电流都很小且等效内阻较小，很容易受到负载电阻的影响。 4．说明本电路的优点。
答：晶体振荡频率稳定，受外界影响较小，这一点可以从实验步骤4得到验证；晶体振荡有非常高的品质因素；晶体振荡的接入系数非常小。
实验三单调谐回路谐振放大器及通频带展宽实验
一、实验目的
1. 熟悉高频电路实验箱的组成及其电路中各元件的作用；
2. 熟悉并联谐振回路的通频带与选择性等相关知识；
3. 熟悉负载对谐振回路的影响，从而了解频带扩展；
4. 熟悉和了解单调谐回路谐振放大器的性能指标和测量方法。
三、实验原理
本实验电路如图7-3所示。
图7-3
W、R1、R2和Re1(Re2)为直流偏置电路，调节W可改变直流工作点。C2、L1构成谐振回路，R3为回路电阻，RL为负载电阻。
四、实验内容和步骤：
1．测量谐振放大器的谐振频率：
1）拨动开关K3至“RL ”档；
2）拨动开关K1至“OFF ”档，断开R3 ； 3）拨动开关K2，选中Re2；
4）检查无误后接通电源； 5）调整谐振放大器的动态工作点；
6）高频信号发生器接到电路输入端TP1，示波器接电路输出端TP3；
7）使高频信号发生器的正弦信号输出幅度为300mV 左右（本实验指导书中所说幅度都是指峰峰值），其频率在3—5MHz 之间变化，找到谐振放大器输出电压幅度最大且波形不失真的频率并记录下来；（注意：如找不到不失真的波形，应同时调节W 来配合；幅度最大不失真的输出频率在4MHZ 左右。） 实验结果： max o U =5.36V ，对应的不失真频率为f=3.7MHz 。
2．测量放大器在谐振点的动态范围： 1）拨动开关K1，接通R3； 2）拨动开关K2，选中Re1；
3）高频信号发生器接到电路输入端TP1，示波器接电路输出端TP3；
4）调节高频信号发生器的正弦信号输出频率为4MHz ，调节C2使谐振放大器输出电压幅度u0 最大且波形不失真。此时调节高频信号发生器的信号输出幅度由300mV 变化到1V ，使谐振放大器的输出经历由不失真到失真的过程，记录下最大不失真的u0值（如找不到不失真的波形，可同时微调一下W 和C2来配合），填入表3-1： 实验结果：
表3-1
5）再选Re1=2K Ω，重复第4）步的过程；
6）在相同的坐标上画出不同Ic （由不同的Re 决定）时的动态范围曲线，并进行分析和比较。
实验结果：
I的动态范围曲线为：
c
3．测量放大器的通频带：
1）拨动开关K1，接通R3；
2）拨动开关K2，选中Re2；
3）拨动开关K3至“RL”档；
4）高频信号发生器接到电路输入端TP1，示波器接电路输出端TP3；
5）调节高频信号发生器的正弦信号输出频率为4MHz，信号输出幅度为300mV左右，调节 C2使输出电压幅度u0最大且波形不失真（注意检查一下此时谐振放大器如无放大倍数可调节W）。以此时回路的谐振频率4MHz为中心频率，保持高频信号发生器的信号输出幅度不变，改变频率由中心频率向两边偏离，测得在不同频率时对应的输出电压uo，频率偏离的范围根据实际情况确定。将测量的结果记录下来，并计算回路的谐振频率为4MHz时电路的电压放大倍数和回路的通频带；
6）拨动开关K1，断开R3，重复第5）步。比较通频带的情况。
五、讨论与结论（对实验现象、实验故障及处理方法、实验中存在的问题等进行分析和讨论，对实验的进一步想法或改进意见。）
1．实验电路的交流等效电路：
2．整理各实验步骤所得的数据和图形，绘制出单谐振回路接与不接回路电阻时的幅频特性和通频带，分析原因；
实验内容5）、6）的结果：
由计算结果可以粗略看出：
回路接电阻时的通频带：4～5MHz。
回路不接电阻时的通频带：3.5～4.5MHz。
原因：由于谐振回路的选频作用，当工作频率偏离谐振频率时，放大器的电压增益将下降，习惯上称电压增益uA下降到谐振电压增益0uA的0.707倍时所对应的频率偏移称为放大器的通频带fo：
3．分析Ic的大小不同对放大器的动态范围所造成的影响。
答：Ic影响Q值，Q值增大放大倍数减小，反之增大。
4．谈谈实验的心得体会。
通过这个实验，我了解了单调谐回路的电路简单,调试容易，选择性差,增益和通频带的矛盾比较突出；单级单调谐放大器是小信号放大器的基本电路，其电压增益主要决定于管子的参数、信号源和负载。通过电路中的负载对谐振回路的影响，从而了解频带扩展，还有单调谐回路谐振放大器的性能指标和测量方法。我们发现在做高频实验的过程中，不确定因素比较大，实验结果经常与期望不符，还需要我们善于检查接线与片子的好坏，否则会浪费很多时间。
实验五 幅度调制器实验
一、实验目的及要求
1.掌握集成模拟乘法器的基本工作原理；
2.掌握集成模拟乘法器构成的振幅调制电路的工作原理及特点；
3.学习调制系数m 及调制特性(m~ U Ωm )的测量方法，了解m<1 和m=1及 m>1时调幅波的波形特点。
二、仪器用具
三、实验原理
本实验电路如图7-5所示。 图7-5
图中MC1496芯片引脚1和引脚4接两个51Ω和两个75Ω电阻及51K 电位器用来调节输入馈通电压，调偏W ，有意引入一个直流补偿电压，由于调制电压u Ω与直流补偿电压相串联，相当于给调制信号u Ω叠加了某一直流电压后与载波电压uc 相乘，从而完成普通调幅。如需要产生抑制载波双边带调幅波，则应仔细调节W ，使MC1496输入端电路平衡。另外，调节W 也可改变调制系数m 。1496芯片引脚2和引脚3之间接有负反馈电阻R3，用来扩展u Ω的输入动态范围。载波电压uc 由引脚8输入。
MC1496芯片输出端（引脚6）接有一个由并联L1、C5回路构成的带通滤波器，原因是考虑到当uc 幅度较大时，乘法器内部双差分对管将处于开关工作状态，其输出信号中含有3ωc ±Ω、5ωc ±Ω、……等无用组合频率分量，为抑制无用分量和选出ωc ±Ω分量，故不能用纯阻负载，只能使用选频网络。
四、实验内容及步骤（包括原理图、实验结果与数据处理）
1.接通电源；
2.调节高频信号源使其产生fc=10MHz 幅度为200mV 左右的正弦信号作为载波接到幅度调制电路输入端TP1，从函数波发生器输出频率为f Ω=1KHz 左右幅度为600mV 左右的正弦调制信号到幅度调制电路输入端TP2，示波器接幅度调制电路输出端TP3；
3.反复调整u Ω的幅度和W 及C5使之出现合适的调幅波，观察其波形并测量调制系数m ；
4.调整u Ω的幅度和W 及C5，同时观察并记录m< 1、m=1及m>1时的调幅波形；
5.在保证fc 、f Ω和Ucm 一定的情况下测量m —U Ωm 曲线。
五、讨论与结论（对实验现象、实验故障及处理方法、实验中存在的问题等进行分析和讨论，对实验的进一步想法或改进意见。）
1. 整理各实验步骤所得的数据和波形。 由公式cm
m
U kU m Ω=，其中分子读数为1格x 500mv/格=500mv ，分母读数为2.48V ，则m=0.2。此为m<1的情况。
m=1的情况。可观察到在时间轴上出现满幅调制点。
m>1的情况。可观察到在时间轴上出现反相调制点，即过幅调制。
2.绘制出m—U Ωm调制特性曲线
m—U Ωm调制特性曲线
实验七丙类功率放大器实验
一、实验目的：
1. 了解谐振功率放大器的基本工作原理，初步掌握高频功率放大电路的计算和设计过程。
2. 了解电源电压与集电极负载对功率放大器功率和效率的影响。
二、仪器用具
三、实验原理
本电路由两级组成：Q1等构成前级推动放大，Q2为负偏压丙类功率放大器，R4、R5提供基极偏压（自给偏压电路），L1为输入耦合电路，主要作用是使谐振功放的晶体三极管的输入阻抗与前级电路的输出阻抗相匹配。L2为输出耦合回路，使晶体三极管集电极的最佳负载电阻与实际负载电阻相匹配。
R14为负载电阻。
四、实验步骤（包括原理图、实验结果与数据处理）
1、将开关拨到接通R14的位置，万用表选直流毫安的适当档位，红表笔接P2，黑表笔接P3；
2、检查无误后打开电源开关,调整W使电流表的指示最小（时刻注意监控电流不要过大，否则损坏晶
体三极管）；
实验结果：调整W测得的电流的最小值为3.287mA。
3、将示波器接在TP1和地之间，在输入端P1接入9MHz幅度约为100mV的高频正弦信号，缓慢增大
高频信号的幅度，直到示波器出现波形。这时调节L1、L2，同时通过示波器及万用表的指针来判断集电极回路是否谐振，即示波器的波形为最大值，电流表的指示I0为最小值时集电极回路处于谐振状态。用示波器监测此时波形应不失真。
实验结果：用示波器可以观察到，当输入信号的幅度为100mV，输出波形最大时，其频率为
f=9.071MHz，输出波形幅度Vp=6.72。
4、根据实际情况选两个合适的输入信号幅值，分别测量各工作电压和峰值电压及电流，并根据测得
的数据分别计算：
实验结果：
1）电源给出的总功率；
2）放大电路的输出功率；
3）三极管的损耗功率；
4）放大器的效率。
实验结果：
计算过程如下：
输入信号幅值Ui=0.1V
P电源=V cc*I=12*64.12*10-3=0.769W
P放大=Uo2/2R L=6.722/2*75=0.301W
P损耗= P电源-P放大=0.769-0.301=0.468W
η= P放大/P电源*100%=39%
输入信号幅值Ui=0.5V
P电源=V cc*I=12*63.15*10-3=0.758W
P放大=Uo2/2R L=7.22/2*75=0.346W
P损耗= P电源-P放大=0.758-0.346=0.412W
η= P放大/P电源*100%=46%
五、讨论与结论（对实验现象、实验故障及处理方法、实验中存在的问题等进行分析和讨论，对实验的进一步想法或改进意见。）
1.说明电源电压、输出电压、输出功率的关系。
关系如下：
输出电压*集电极电流基波分量=输出电压2/(2*负载电阻)=输出功率；
电源电压*集电极电流直流分量=总功率
输出功率=总功率-三极管损耗功率
实报告 课程名称：电路与模拟电子技术实验指导老师：成绩： 实验名称：基本运算电路设计实验类型：同组学生姓名： 一、实验目的和要求： 实验目的： 1、掌握集成运算放大器组成的比例、加法和积分等基本运算电路的设计。 2、了解集成运算放大器在实际应用中应考虑的一些问题。 实验要求： 1、实现两个信号的反向加法运算 2、用减法器实现两信号的减法运算 3、用积分电路将方波转化为三角波 4、实现同相比例运算（选做） 5、实现积分运算（选做） 二、实验设备： 双运算放大器LM358 三、实验须知： 1．在理想条件下，集成运放参数有哪些特征？ 答：开环电压增益很高，开环电压很高，共模抑制比很高，输入电阻很大，输入电流接近于零，输出电阻接近于零。2．通用型集成运放的输入级电路，为啥均以差分放大电路为基础？ 答：（1）能对差模输入信号放大 （2）对共模输入信号抑制 （3）在电路对称的条件下，差分放大具有很强的抑制零点漂移及抑制噪声与干扰的能力。 3．何谓集成运放的电压传输特性线？根据电压传输特性曲线，可以得到哪些信 息？ 答：运算放大器的电压传输特性是指输出电压和输入电压之比。4．何谓集成运放的输出失调电压？怎么解决输出失调？ 答：失调电压是直流（缓变）电压，会叠 加到交流电压上，使得交流电的零线偏移 （正负电压不对称），但是由于交流电可 以通过“隔直流”电容（又叫耦合电容） 输出，因此任何漂移的直流缓变分量都不 能通过，所以可以使输出的交流信号不受 失调电压的任何影响。 专业： 姓名： 日期： 地点：紫金港东
5．在本实验中，根据输入电路的不同，主要有哪三种输入方式？在实际运用中这三种输入方式都接成何种反馈形式，以实现各种模拟运算？ 答：反相加法运算电路，反相减法运算电路，积分运算电路。都为负反馈形式。 四、实验步骤： 1.实现两个信号的反相加法运算 实验电路： R′= Rl//R2//RF 电阻R'的作用：作为平衡电阻，以消除平均偏置电流及其漂移造成的运算误差 输入信号v s1v s1输出电压v o ，1kHz 0 2.减法器（差分放大电路） 实验电路： R1=R2、R F=R3 输入信号v s1v s1输出电压v o ，1kHz 0 共模抑制比850 3.用积分电路转换方波为三角波 实验电路： 电路中电阻R2的接入是为了抑制由I IO、V IO所造成的积分漂移，从而稳定运放的输出零点。 在t<<τ2（τ2=R2C）的条件下，若v S为常数，则v O与t 将近似成线性关系。 因此，当v S为方波信号并满足T p<<τ2时（T p为方波半个周期时间），则v O将转变
迈克耳逊干涉仪 一.实验目的 1.了解迈克尔逊干涉仪的结构和原理，掌握调节方法； 2.用迈克尔逊干涉仪测量钠光波长和精细结构。 二.实验仪器 迈克尔逊干涉仪、钠光灯、透镜等。 三.实验原理 迈克耳孙干涉仪原理如图所示。两平面反射镜M1、M2、光源 S和观察点E （或接收屏）四者北东西南各据一方。M1、M2相互垂直，M2是固定的，M1可沿导轨做精密移动。G1和G2是两块材料相同薄厚均匀相等的平行玻璃片。G1的一个表面上镀有半透明的薄银层或铝层，形成半反半透膜，可使入射光分成强度基本相等的两束光，称G1为分光板。G2与G1平行，以保证两束光在玻璃中所走的光程完全相等且与入射光的波长无关，保证仪器能够观察单、复色光的干涉。可见G2作为补偿光程用，故称之为补偿板。G1、G2与平面镜M1、M2倾斜成45°角。
如上图所示一束光入射到G1上，被G1分为反射光和透射光，这两束光分别经M1和M2反射后又沿原路返回，在分化板后表面分别被透射和反射，于E处相遇后成为相干光，可以产生干涉现象。图中M′2是平面镜M2由半反膜形成的虚像。观察者从E处去看，经M2反射的光好像是从M′2来的。因此干涉仪所产生的干涉和由平面M1与M′2之间的空气薄膜所产生的干涉是完全一样的，在讨论干涉条纹的形成时，只需考察M1和M2两个面所形成的空气薄膜即可。两面相互平行可到面光源在无穷远处产生的等倾干涉，两面有小的夹角可得到面光源在空气膜近处形成的等厚干涉。若光源是点光源，则上述两种情况均可在空间形成非定域干涉。设M1和M′2之间的距离为d，则它们所形成的空气薄膜造成的相干光的光程差近似用下式表示 若M1与M′2平行，则各处d相同，可得等倾干涉。系统具有轴对称不变性，故屏E上的干涉条纹应为一组同心圆环，圆心处对应的光程差最大且等于2d,d 越大圆环越密。反之中心圆斑变大圆环变疏。若d增加则中心“冒出”一个条纹，反之d减小则中心“缩进”一个条纹。故干涉条纹在中心处“冒出”或“缩进”的个数N与d的变化量△d之间有下列关系 根据该关系式就可测量光波波长λ或长度△d。 钠黄双线的精细结构测量原理简介： 干涉条纹可见度定义为：当，时V=1， 此时干涉条纹最清晰，可见度最大；时V=0，可见度最小。 从一视见度最低的位置开始算起，测量一次视见度最低处的位置，者其间的光程差 为，且由关系算出谱线的精细结构。 四.实验结果计与分析 次数初读数 d1（mm） 末读数 d2（mm） △ d=|d1-d2| (mm) (nm)(nm ) 137.7247937.754420.02963592.6592.6
理论力学转动惯量 实验报告
【实验概述】 转动惯量是描述刚体转动中惯性大小的物理量，它与刚体的质量分布及转轴位置有关。 正确测定物体的转动惯量,~对于了解物体转动规律,~机械设计制造有着非常重要的意义。 然 而在实际工作中,大多数物体的几何形状都是不规则的, 难以直接用理论公式算出其转动惯~ 量，只能借助于实验的方法来实现。 因此，在工程技术中，用实验的方法来测定物体的转动 ’ 惯量就有着十分重要的意义。 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 ’ 时多功能毫秒仪自动记录刚体在一定转矩作用下， 的角加速度和刚体的转动惯量。 因此本实验提供了一种测量刚体转动惯量的新方法, 实验思 路新颖、科学，测量数据精确，仪器结构合理，维护简单方便，是开展研究型实验教学的新 仪器。 【实验目的】 1. 了解多功能计数计时毫秒仪实时测量(时间)的基本方法 2. 用刚体转动法测定物体的转动惯量 3. 验证刚体转动的平行轴定理 4. 验证刚体的转动惯量与外力矩无关 【实验原理】 1. 转动力矩、转动惯量和角加速度关系系统在外力矩作用下的运动方程 即绳子的张力T=m(g-r p 2) 砝码与系统脱离后的运动方程 (2) 由方程(1) (2)可得 J=mr(g-r p 2)/( p 2- p 1) 2. 角加速度的测量 0=3 o t+? p t2 若在t 1 、t 2时刻测得角位移0 1、B 2 则 0 1 = 3 0 t 1+? p t2 0 2=3 0 t 2+? p t2 所以，由方程(5)、(6)可得 p =2 (0 2 t 1- 0 1 t 2) / t 1 t 2 (t 2- t 1) 【实验仪器】 转过n 角位移的时刻，测定刚体转动时 T X 叶M 严J p 2 (1) 由牛顿第二定律可知，砝码下落时的运动方程为: mg-T=ma (5)
北京交通大学电路基础实验报告
实验目的: (1)学习MultiSim2001建立电路、直流电路的分析方法。 (2)掌握伏安特性的测量。 (3)通过实验，加深对叠加定理和戴维南定理的理解。 实验内容： 1）测量二极管的伏安特性 （1）建立如右图所示的仿真Array电路。 （2）启动Simulate菜单中的 Analyses下的DC Sweep 设置相应的参数后，单击Simulate按钮，得到二极管的伏 安特性曲线。 2）验证叠加定理Array（1）建立如右图 所示的仿真电路。 （2）启动仿真开 关后，用电压表分 别测出V1、V2单 独作用和共同作 用时个支路的电压值，验证叠加定理。 3）验证戴维南定理 （1）建立如下图所示的仿真电路。（其中a对应2的位置，
b 对应0的位置） （2）用电压表测量R3断开时a 、b 端口的开路电压。 （3）将电阻R3短路，用电流表测量a 、b 端口短路电压。 （4）计算出等效电阻。重新建立一仿真电路，调出一个直流电压源，设置其电压为测量出的开路电压值，调一个电阻值为计算出的等效电阻，与R3电阻串联成一个等效电路。再用电压表和电流表测量R3两端的电压和流过电流，验证戴维南定理。 实验过程： 1） 测量二极管的伏安特性。 如右图，建立仿真电路图后，启动Simulate 菜单中的Analyses 下的DC Sweep 命令，设置相应的参数后，单击Simulate 按钮，得到二极管的伏安特性曲线如下：
2）验证叠加定理。 V1单独作用： 令V2=0.启动仿真开关如下图： U11=8.727V U21=3.273V U31=3.273V V2单独作用： 令V1=0，启动仿真开关如下图：
1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 实验目的： 1） 学会使用迈克尔逊干涉仪 2） 观察等倾、等厚和非定域干涉现象 3） 测量氦氖激光的波长和钠光双线的波长差。 实验仪器： 氦氖激光光源、钠光灯、迈克尔逊干涉仪、毛玻璃屏实验原理： 1：迈克尔逊干涉仪的原理： 迈克尔逊干涉仪的光路图如图所示，光源 S 出 发的光经过称 45。 放置的背面镀银的半透玻璃板 P 1 被分成互相垂直的强度几乎相等的两束光， 光 路 1 通过 M 1 镜反射并再次通过 P 1 照射在观察平 面 E 上，光路 2 通过厚度、折射率与 P 1 相同的玻 璃板 P 2 后由 M 2 镜反射再次通过 P 2 并由 P 1 背面的 反射层反射照射在观察平面 E 上。图中平行于 M 的M ' 是M 经 P 反射所成的虚 1 2 2 1 像，即 P 到 M 与 P 到 M ' 的光程距离相等，故从 P 到M 的光路可用 P 到M ' 等 价替代。这样可以认为 M 与 M ' 之间形成了一个空气间隙， 这个空气间隙的厚度 可以通过移动 M 1 完成，空气间隙的夹角可以通过改变 M 1 镜或 M 2 镜的角度实现。 当 M 与M ' 平行时可以在观察平面 E 处观察到等倾干涉现象，当 M 与M ' 有一 1 2 1 2 定的夹角时可以在观察平面 E 处观察到等厚干涉现象。 2：激光器激光波长测量原理： 由等倾干涉条纹的特点，当 θ =0 时的光程差 δ 最大，即圆心所对应的
1 2 1 2 干 涉级别最高。转动手轮移动 M1，当 d 增加时，相当 于增大了和 k 相应的θ 角 ，可以看到圆 环一个个从中心 “冒出” ；若 d 减小时，圆环逐渐 缩小， 最后“淹没”在中心处。 每“冒” 出或“ 缩”进一个干涉环，相应的光程差改变了一个波长， 也就是 M 与 M ’ 之间距离 变化了半个波长。 若将 M 与 M ’ 之间距离改变了 △d 时，观察到 N 个干涉环变化，则 △d=N 由此可测单色光 的波长。 3：钠光双线波长差的测定： 在使用迈克尔逊干涉仪观察低压钠黄灯双线的等倾干涉条纹时，可以看到 随着动镜 M 1 的移动，条纹本身出现了由清晰到模糊再到清晰的周期性变化，即 反衬度从最大到最小再到最大的周期性变化， 利用这一特性， 可测量钠光双线波长差，对于等倾干涉而言，波长差的计算公式为： 实验内容与数据处理： （1） ）观察非定域干涉条纹 1） 通过粗调手轮打开激光光源， 调节激光器使其光束大致垂直于平面反光镜 M 2 入射，取掉投影屏 E ，可以看到两排激光点 2） 粗调手轮移动 M 1 镜的位置，使得通过分光板分开的两路光光程大致相等 3） 调节M 1 、M 2 镜后面的两个旋钮， 使两排激光点重合为一排，并使两个最 亮的光点重合在一起。此时再放上投影屏 E ，就可以看到干涉条纹。 4） 仔细调节 M 、 M 镜后面的两个旋钮，使 M 与 M ' 平行，这时在屏上可 以看到同心圆条纹，这些条纹为非定域条纹。 5） 转动微调手轮，观察干涉条纹的形状、疏密及中心“吞” 、“吐”条纹随光程差 改变的变化情况。
南昌大学物理实验报告 课程名称：扭摆法测定物体转动惯量 实验名称：扭摆法测定物体转动惯量 学院：信息工程学院专业班级：测控技术与仪器152班 学生姓名：夏正彬学号：5801215044 实验地点：基础实验大楼座位号：13 实验时间：第四周星期二（下午）一点开始
一、实验目的： 1.测定弹簧的扭转常数 k， 2.测定形状不同物体的转动惯量并与理论值比较， 3.验证转动惯量平行轴定理。 二、实验原理： 将物体在水平面内转过一角度?后，在弹簧的恢复力矩作用下物体就开始绕垂 直轴做往返扭转运动。根据胡可定律，弹簧受扭转而产生的恢复力矩 M 与所转过的 角度?成正比，即 M=-k? 式中 k 为弹簧的扭转常量，根据转动惯量 M=Iβ即β= 式中 I 为物体绕转轴的转动惯量，β为角角速度，由上式得 β==-=-ω2θ 上式ω2=，忽略轴承的摩擦阻力钜。 上述方程表示扭摆运动具有角简谐振动的特性，角加速度与角位移成正 比，且方向相反，此方程的解为 θ=Acos（ωt+φ） 式中，A 为谐振动的角振幅，φ为初相位，ω为角速度，此谐振动的周期为 T==2π（4-4）
由式（4-4）可知，只要试验测得物体扭摆的摆动周期，并在 I 和 k 中任
何一个量已知时即可算出另一个量。 转动惯量组合定理：若一个物体由几部分组成，每一部分相对转轴的转动惯量分别为 I ?,I ?,I ?…, 那么整个物体对转动轴的转动惯量为 I ? +I ?+I ?+…本实验用一个几何 形状规则的物体，它的转动惯量可以根据它的质量和几何尺寸用理论共式直接计算 得到，再算出本仪器弹簧的 k 值。 如先测载物盘转动的周期 T?，有 T=2π（4-5）再测载物盘加塑料圆柱转动的周期 T?，有 T?=2π（4-6）I?′为塑料圆柱转动惯量理论计算值 I ?′= （4-7） 由式（4-5）和式（4-6）可得 k=4π2 (4-8) 若要测定其他形状物体的转动惯量，只需将待测物体安放在本仪器顶部的各种夹具上，测定其摆动周期，由公式（4-4）即可算出该物体绕转动轴的转动惯量： I=-I?(4-9)
实验题目: 日光灯电路改善功率因数实验 一、实验目的 1、了解日光灯电路的工作原理及提高功率因数的方法； 2、通过测量日光灯电路所消耗的功率，学会电工电子电力拖动实验装置； 3、学会日光灯的接线方法。 二、实验原理 用P 、S 、I 、V 分别表示电路的有功功率、视在功率、总电流和电源电压。按定义电路的功率因数IU P S P = = ?cos 。由此可见，在电源电压且电路的有功功率一定时，电路的功率因数越高，它占用电源（或供电设备）的容量S 就越少。 日光灯电路中，镇流器是一个感性元件（相当于电感与电阻的串联），因此它是一个感性电路，且功率因数很低，约0.5—0.6。 提高日光灯电路（其它感性电路也是一样）功率因数的方法是在电路的输入端并联一定容量的电容器。如图7-1所示： 图7-1 图7-2 图7-1 并联电容提高功率因数电路 图7-2 并联电容后的相量图 图7-1中L 为镇流器的电感，R 为日光灯和镇流器的等效电阻，C 为并联的电容器， 设并联电容后电路总电流I ，电容支路电流C I ，灯管支路电流RL I （等于未并电容前电路中的总电流），则三者关系可用相量图如图7-2所示。由图7-2知，并联电容C 前总电流 为RL I ，RL I 与总电压U 的相位差为L ?，功率因数为L ?cos ；并联电容C 后的总电流为I ，I 与总电压U 的相位差为?，功率因数为?cos ；显然?cos ＞L ?cos ，功率被提高了。并联电容C 前后的有功功率??cos cos IU U I P L RL ==，即有功功率不变。并联电容C 后的 总电流I 减小，视在功率IU S =则减小了，从而减轻了电源的负担，提高了电源的利用率。 三、实验设备 电工电子电力拖动实验装置一台，型号：TH-DT 、导线若干 四、实验内容 1、功率因数测试 按照图7-3的电路 实验电路如图7-3所示，将三表测得的数据记录于表7-1中。 图7-3 日光灯实验电路 W 为功率表,C 用可调电容箱。 五、实验数据与分析 表7-1 感性电路并联电容后的原始数据 C （μF ） P(瓦) V （伏） I （安） Cos ф 0 44.7 220 0.410 0.42
实验目的： 1）学会使用迈克尔逊干涉仪 2）观察等倾、等厚和非定域干涉现象 3）测量氦氖激光的波长和钠光双线的波长差。 实验仪器： 氦氖激光光源、钠光灯、迈克尔逊干涉仪、毛玻璃屏 实验原理： 1：迈克尔逊干涉仪的原理： 迈克尔逊干涉仪的光路图如图所示，光源S 出发的光经过称。45放置的背面镀银的半透玻璃板1P 被分成互相垂直的强度几乎相等的两束光，光 路1通过1M 镜反射并再次通过1P 照射在观察平 面E 上，光路2通过厚度、折射率与1P 相同的玻 璃板2P 后由2M 镜反射再次通过2P 并由1P 背面 的反射层反射照射在观察平面E 上。图中平行于1M 的'2M 是2M 经1P 反射所成的虚像，即1P 到2M 与1P 到'2M 的光程距离相等，故从1P 到2M 的光路可用1P 到'2M 等价替代。这样可以认为1M 与'2M 之间形成了一个空气间隙，这个空气间隙的厚度可以通过移动1M 完成，空气间隙的夹角可以通过改变1M 镜或2M 镜的角度实现。当1M 与' 2M 平行时可以在观察平面E 处观察到等倾干涉现象，当1M 与'2M 有一定的夹角时可以在观察平面E 处观察到等厚干涉现象。 2：激光器激光波长测量原理： 由等倾干涉条纹的特点，当θ =0 时的光程差δ 最大，即圆心所对应的干
涉级别最高。转动手轮移动 M1，当 d 增加时，相当 于增大了和 k 相应的θ 角 ，可以看到圆 环一个个从中心“冒出” ；若 d 减小时，圆环逐渐 缩小，最后“淹没”在中心处。 每“冒”出或“缩”进一个干涉环，相应的光程差改变了一个波长，也就是 M 与M ’之间距离 变化了半个波长。 若将 M 与 M ’之间距离改变了△d 时，观察到 N 个干涉环变化，则△d =N 由此可测单色光的波长。 3：钠光双线波长差的测定： 在使用迈克尔逊干涉仪观察低压钠黄灯双线的等倾干涉条纹时，可以看到随着动镜1M 的移动，条纹本身出现了由清晰到模糊再到清晰的周期性变化，即反衬度从最大到最小再到最大的周期性变化，利用这一特性，可测量钠光双线波长差，对于等倾干涉而言，波长差的计算公式为： 实验内容与数据处理： （1）观察非定域干涉条纹 1）通过粗调手轮打开激光光源，调节激光器使其光束大致垂直于平面反光镜2M 入射，取掉投影屏E ，可以看到两排激光点 2）粗调手轮移动1M 镜的位置，使得通过分光板分开的两路光光程大致相等 3）调节1M 、2M 镜后面的两个旋钮，使两排激光点重合为一排，并使两个最亮的光点重合在一起。此时再放上投影屏E ，就可以看到干涉条纹。 4）仔细调节1M 、2M 镜后面的两个旋钮，使1M 与' 2M 平行，这时在屏上可以看到同心圆条纹，这些条纹为非定域条纹。 5）转动微调手轮，观察干涉条纹的形状、疏密及中心“吞”、“吐”条纹随光程差改变的变化情况。
转动惯量实验报告 一．实验目的 (1) 学会用落体法转动实验仪测定刚体的转动惯量； (2) 研究刚体的转动惯量与形状、大小及转轴位置的关系。 三．实验仪器描述 本实验所用NNZ-2型刚体转动实验仪由主机和测量仪表与拉线牵引台辅机及待测刚体球、环、盘、棒等组成。主机包括基础转盘和测量传感器；辅机由转数表和计时表、拉线、悬臂及砝码。 四．实验内容 1.测量基础转盘的转动惯量 2.测量圆环(或圆盘)的转动惯量 3.测双球的转动惯量并用球体验证平行移轴定理。 五．测量及实验步骤
1.测量基础转盘的转动惯量： 将主机上的霍尔传感器输出端插头和电磁铁及电插头，插入辅机的对应插口。将砝码托盘上的挂线穿过悬臂上的滑轮并使其一端固定在转轴上。（1）调节好主机和辅机的高度，使拉线与悬臂轴线平行，为此，悬臂上设有两个定位钉，使拉线通过两个定位钉即可。 （2）打开辅机上的电源开关，这时电磁铁会自动将基础转盘锁住。我们已将转数设为16个脉冲，即测量转2周的转动时间。 （3）绕线与测试准备--测试键-完成测试：主机因电磁铁失电而解锁，砝码从静止开始下落，刚体转动2周后，电磁铁自动吸合，重新锁紧转动的刚体，并显示刚体转动2周的下落时间。绕线键-主机解锁，重新绕线，绕线合适位置后完毕按下准备键，仪表全部数据归零，做好测量准备，主机（转动刚体）通过电磁铁被锁紧；按下测试键,再次测试转动2周的时间。 这里要特别强调，绕线到合适位置的含义。因为我们要测出刚体完整转动2周的时间，霍尔传感器给出开始和结束讯号的位置就必须是同一位置，这是减少误差的重要环节。 （4）测试在砝码托盘上放200g砝码，然后点按一下测试键，电磁铁失电，砝码带动刚体作匀加速转动，计时仪表开始计时，当刚体转动2周结束
基尔霍夫定律和叠加定理的验证 组长：曹波组员：袁怡潘依林王群梁泽宇郑勋 一、实验目的 通过本次实验验证基尔霍夫电流定律和电压定律加深对“节点电流代数和”及“回路电压代数和”的概念的理解；通过实验验证叠加定理，加深对线性电路中可加性的认识。 二、实验原理 ①基尔霍夫节点电流定律[KCL]：在集总电路中，任何时刻，对任一结点，所有流出结点的支路电流的代数和恒等于0。 ②基尔霍夫回路电压定律[KVL]:在集总电路中，任何时刻，沿任一回路，所有支路电压的代数和恒等于0。 ③叠加定理：在线性电阻电路中，某处电压或电流都是电路中各个独立电源单独作用时，在该处分别产生的电压或电流的叠加。 三、实验准备 ①仪器准备 1.0～30V可调直流稳压电源 2.±15V直流稳压电源 3.200mA可调恒流源 4.电阻 5.交直流电压电流表 6.实验电路板 7.导线
②实验电路图设计简图 四、实验步骤及内容 1、启动仪器总电源，连通整个电路，分别用导线给电路中加上直流电压U1=15v，U2=10v。 2、先大致计算好电路中的电流和电压，同时调好各电表量程。 3、依次用直流电压表测出电阻电压U AB、U BE、U ED，并记录好电压表读数。 4、再换用电流表分别测出支路电流I1、I2、I3，并记录好电流读数。 5、然后断开电压U2，用直流电压表测出电阻电压U、BE，用电流表分别测出支路电流I、1并记录好电压表读数。 6、然后断开电压U1，接通电压U2，用直流电压表测出电阻电压U、、BE，用电流表分别测出支路电流I、、1并记录好电压表读数。 7、实验完毕，将各器材整理并收拾好，放回原处。 实验过程辑录 图1 测出U AB= 图2 测出电压U BE=
一、实验目的 1、掌握迈克尔逊干涉仪的调节方法并观察各种干涉图样。 2、区别等倾干涉、等厚干涉和非定域干涉，测定 He-Ne 激光波长 二、实验仪器 迈克尔逊干涉仪、 He-Ne 激光器及光源、小孔光阑、扩束镜（短焦距会聚镜）、毛玻璃屏等。 （图一） （图二） 三、实验原理 ①用 He-Ne 激光器做光源，使激光通过扩束镜会聚后发散，此时就得到了一个相关性很好的点光源，射到分光板 P1和 P2上后就将光分成了两束分别射到 M1 和 M2 上，反射后通过 P1 、 P2 就可以得到两束相关光，此时就会产生干涉条纹。 ②产生干涉条纹的条件，如图 2 所示， B 、 C 是两个相干点光源，则到 A 点的光程差δ =AB-AC=BCcosi , 若在 A 点出产生了亮条纹，则δ =2dcosi=k λ (k 为亮条纹的级数 ) ，因为 i 和 k 均为不可测的量，所以取其差值，即λ =2 Δ d/ Δ k。 四、实验步骤 1、打开激光电源，先不要放扩束镜，让激光照到分光镜 P1 上，并调节激光的反射光照射到激光筒上。 2、调节 M2 的位置使屏上两排光中最亮的两个光点重回，并调至其闪烁。 3、将扩束镜放于激光前，调节扩束镜的高度和偏角，使光能照在 P1分光镜上，看显示屏上有没有产生同心圆的干涉条纹图案。没有的话重复 2 、 3 步骤，直到产生同心圆的干涉条纹图案。 4、微调 M2是干涉图案处于显示屏的中间。 5、转动微量读数鼓轮，使 M1 移动，可以看到中心条纹冒出或缩进，若看不到此现象，先转动可度轮，再转动微量读数鼓轮。记下当前位置的读数 d0 ，转动微量读数鼓轮，看到中心条纹冒出或缩进 30 次则记一次数据，共记录 10 次数据即 d0、 d1 (9)
4π 2 H 《用三线摆法测定物体的转动惯量》的示范报告 一、教学目的： 1、学会用三线摆测定物体圆环的转动惯量； 2、学会用累积放大法测量周期运动的周期； 4、学习运用表格法处理原始数据，进一步学习和巩固完整地表示测量结果； 5、学会定量的分析误差和讨论实验结果。 二、实验仪器： 1．FB210 型三线摆转动惯量测定仪 2．米尺、游标卡尺、水平仪、小纸片、胶带 3．物理天平、砝码块、各种形状的待铁块 三、实验原理 gRr J = J - J = [(m + m )T 2 - m T 2 ] 1 0 0 1 0 0 通过长度、质量和时间的测量，便可求出刚体绕某轴的转动惯量。 四、实验内容 1．用三线摆测定圆环对通过其质心且垂直于环面轴的转动惯量。 2．用三线摆验证平行轴定理。实验步骤要点如下： (1) 调整下盘水平：将水准仪置于下盘任意两悬线之间，调整小圆盘上的三个旋钮，改变三悬线的长 度，直至下盘水平。 (2) 测量空盘绕中心轴 OO 转动的运动周期 T 0：设定计时次数，方法为按“置数”键后，再按“下调”或“上 调”键至所需的次数，再按“置数”键确定。轻轻转动上盘，带动下盘转动，这样可以避免三线摆在作扭摆运 动时发生晃动。注意扭摆的转角控制在 5o 左右，摆动数次后，按测试仪上的“执行”键，光电门开始计数（灯 闪）到给定的次数后，灯停止闪烁，此时测试仪显示的计数为总的时间 ,从而摆动周期为总时间除以摆动 次数。进行下一次测量时，测试仪先按“返回”键。 (3) 测出待测圆环与下盘共同转动的周期 T 1：将待测圆环置于下盘上，注意使两者中心重合，按同样 的方法测出它们一起运动的周期 T 1。 (4) 测出上下圆盘三悬点之间的距离 a 和 b ，然后算出悬点到中心的距离 r 和 R （等边三角形外接圆半 径） (5) 其它物理量的测量：用米尺测出两圆盘之间的垂直距离 H 0 和放置两小圆柱体小孔间距 2x ；用游标 卡尺测出待测圆环的内、外直径 2R 1、2R 2。 (6) 用物理天平测量圆环的质量。 五、实验数据记录与处理： 1．实验数据记录 r = 3 a = 3.870 ± 0.002 cm ， R = 3 b = 7.150 ± 0.002 cm 3 3 H 0 = 54.60 ± 0.05 cm ， 下盘质量 m 0 =499.68 ± 0.10 g 待测圆环质量 m =192.260 ± 0.020 g 累积法测周期数据记录参考表格 下盘 下盘加圆环 摆动 50 次 所需 时间 50T （s ） 1 2 3 4 5 平均 71.68 72.06 71.88 71.65 71.62 71.78 1 2 3 4 5 平均 74.28 74.16 74.15 74.22 74.13 74.19 周 期 T 0=1.44 ± 0.01 s T 1= 1.48±0.01 s
“迈克尔逊干涉仪”实验报告 【引言】 迈克尔逊干涉仪是美国物理学家迈克尔逊(A.A.Michelson)发明的。1887年迈克尔逊和莫雷(Morley)否定了“以太”的存在，为爱因斯坦的狭义相对论提供了实验依据。迈克尔逊用镉红光波长作为干涉仪光源来测量标准米尺的长度，建立了以光波长为基准的绝对长度标准，即1m=1 553 164．13个镉红线的波长。在光谱学方面，迈克尔逊发现了氢光谱的精细结构以及水银和铊光谱的超精细结构，这一发现在现代原子理论中起了重大作用。迈克尔逊还用该干涉仪测量出太阳系以外星球的大小。 因创造精密的光学仪器，和用以进行光谱学和度量学的研究，并精密测出光速，迈克尔逊于1907年获得了诺贝尔物理学奖。 【实验目的】 （1）了解迈克尔逊干涉仪的原理和调整方法。 （2）测量光波的波长和钠双线波长差。 【实验仪器】 迈克尔逊干涉仪、He-Ne激光器、钠光灯、扩束镜 【实验原理】 1.迈克尔逊干涉仪结构原理 图1是迈克尔逊干涉仪光路图，点光源 S发出的光射在分光镜G1，G1右表面镀有半 透半反射膜，使入射光分成强度相等的两束。 反射光和透射光分别垂直入射到全反射镜M1 和M2，它们经反射后再回到G1的半透半反射 膜处，再分别经过透射和反射后，来到观察区 域E。如到达E处的两束光满足相干条件，可 发生干涉现象。 G2为补偿扳，它与G1为相同材料，有 相同的厚度，且平行安装，目的是要使参加干 涉的两光束经过玻璃板的次数相等，波阵面不会发生横向平移。 M1为可动全反射镜，背部有三个粗调螺丝。 M2为固定全反射镜，背部有三个粗调螺丝，侧面和下面有两个微调螺丝。 2.可动全反镜移动及读数 可动全反镜在导轨上可由粗动手轮和微动手轮的转动而前后移动。可动全反镜位置的读数为： ××.□□△△△ (mm) （1）××在mm刻度尺上读出。
大学物理实验报告测量刚体的转动惯量 测量刚体的转动惯量 实验目的： 1．用实验方法验证刚体转动定律，并求其转动惯量； 2．观察刚体的转动惯量与质量分布的关系 3．学习作图的曲线改直法，并由作图法处理实验数据。 二. 实验原理: 1．刚体的转动定律 具有确定转轴的刚体，在外力矩的作用下，将获得角加速度β，其值与外力矩成正比，与刚体的转动惯量成反比，即有刚体的转动定律： m = iβ (1) 利用转动定律，通过实验的方法，可求得难以用计算方法得到的转动
惯量。 2．应用转动定律求转动惯量 图片已关闭显示，点此查看 如图所示，待测刚体由塔轮，伸杆及杆上的配重物组成。刚体将在砝码的拖动下绕竖直轴转动。 设细线不可伸长，砝码受到重力和细线的张力作用，从静止开始以加速度a 下落，其运动方程为mg –t=ma，在t 时间内下落的高度为h=at/2。刚体受到张力的力矩为tr 和轴摩擦力力矩mf 。由转动定律可得到刚体的转动运动方程：tr - mf = iβ。绳与塔轮间无相对滑动时有a = rβ，上述四个方程得到： 22m(g - a)r - mf = 2hi/rt (2) mf与张力矩相比可以忽略，砝码质量m 比刚体的质量小的多时有a< 式中r 、h 、t 可直接测量到，m 是试验中任意选定的。因此可根据（3）用实验的方法求得转动惯量i 。 3．验证转动定律，求转动惯量 从（3）出发，考虑用以下两种方法： 2a．作m – 1/t图法：伸杆上配重物位置不变，即选定一个刚体，取固定力臂r 和砝码下 落高度h ，（3）式变为： 2m = k1/ t (4) 2式中k1 = 2hi/ gr为常量。上式表明：所用砝码的质量与下落时间t 的平方成反比。实验 中选用一系列的砝码质量，可测得一组m 与1/t的数据，将其在直角坐标系上作图，应是直线。即若所作的图是直线，便验证了转动定律。 222从m – 1/t图中测得斜率k1，并用已知的h 、r 、g 值，由k1 = 实验一 1. 实验目的 学习使用workbench软件，学习组建简单直流电路并使用仿真测量仪表测量电压、电流。 2.解决方案 1）基尔霍夫电流、电压定理的验证。 解决方案：自己设计一个电路，要求至少包括两个回路和两个节点，测量节点的电流代数和与回路电压代数和，验证基尔霍夫电流和电压定理并与理论计算值相比较。 2）电阻串并联分压和分流关系验证。 解决方案：自己设计一个电路，要求包括三个以上的电阻，有串联电阻和并联电阻，测量电阻上的电压和电流，验证电阻串并联分压和分流关系，并与理论计算值相比较。 3.实验电路及测试数据 4.理论计算 根据KVL和KCL及电阻VCR列方程如下： Is=I1+I2, U1+U2=U3, U1=I1*R1, U2=I1*R2, U3=I2*R3 解得，U1=10V,U2=20V,U3=30V,I1=5A,I2=5A 5. 实验数据与理论计算比较 由上可以看出，实验数据与理论计算没有偏差，基尔霍夫定理正确； R1与R2串联，两者电流相同，电压和为两者的总电压，即分压不分流； R1R2与R3并联，电压相同，电流符合分流规律。 6. 实验心得 第一次用软件，好多东西都找不着，再看了指导书和同学们的讨论后，终于完成了本次实验。在实验过程中，出现的一些操作上的一些小问题都给予解决了。 实验二 1.实验目的 通过实验加深对叠加定理的理解；学习使用受控源；进一步学习使用仿真测量仪表测量电压、电流等变量。 2.解决方案 自己设计一个电路，要求包括至少两个以上的独立源（一个电压源和一个电流源）和一个受控源，分别测量每个独立源单独作用时的响应，并测量所有独立源一起作用时的响应，验证叠加定理。并与理论计算值比较。 3. 实验电路及测试数据 电压源单独作用： 迈克尔逊干涉仪实验报 告 文件排版存档编号：[UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208] 迈克耳逊干涉仪 一. 实验目的 1.了解迈克尔逊干涉仪的结构和原理，掌握调节方法； 2.用迈克尔逊干涉仪测量钠光波长和精细结构。 二. 实验仪器 迈克尔逊干涉仪、钠光灯、透镜等。 三. 实验原理 迈克耳孙干涉仪原理如图所示。两平面反射镜M1、M2、光源 S和观察点E （或接收屏）四者北东西南各据一方。M1、M2相互垂直，M2是固定的，M1可沿导轨做精密移动。G1和G2是两块材料相同薄厚均匀相等的平行玻璃片。G1的一个表面上镀有半透明的薄银层或铝层，形成半反半透膜，可使入射光分成强度基本相等的两束光，称G1为分光板。G2与G1平行，以保证两束光在玻璃中所走的光程完全相等且与入射光的波长无关，保证仪器能够观察单、复色光的干涉。可见G2作为补偿光程用，故称之为补偿板。G1、G2与平面镜M1、M2倾斜成45°角。 如上图所示一束光入射到G1上，被G1分为反射光和透射光，这两束光分别经M1和M2反射后又沿原路返回，在分化板后表面分别被透射和反射，于E处相遇后成为相干光，可以产生干涉现象。图中M′2是平面镜M2由半反膜形成的虚像。观察者从E处去看，经M2反射的光好像是从M′2来的。因此干涉仪所产生的干涉和由平面M1与M′2之间的空气薄膜所产生的干涉是完全一样的，在讨论干涉条纹的形成时，只需考察M1和M2两个面所形成的空气薄膜即可。两面相互平行可到面光源在无穷远处产生的等倾干涉，两面有小的夹角可得到面光源在空气膜近处形成的等厚 干涉。若光源是点光源，则上述两种情况均可在空间形成非定域干涉。设M1和M ′2之间的距离为d ，则它们所形成的空气薄膜造成的相干光的光程差近似用下式表示 若M1与M ′2平行，则各处d 相同，可得等倾干涉。系统具有轴对称不变性，故屏E 上的干涉条纹应为一组同心圆环，圆心处对应的光程差最大且等于2d,d 越大圆环越密。反之中心圆斑变大圆环变疏。若d 增加 则中心“冒出”一个条纹，反之d 减小 则中心“缩进”一个条纹。故干涉条纹在中心处“冒出”或“缩进”的个数N 与d 的变化量△d 之间有下列关系 根据该关系式就可测量光波波长λ或长度△d 。 钠黄双线的精细结构测量原理简介： 干涉条纹可见度定义为： 当，时V=1，此时干涉条纹最清晰，可见度最大；时V=0，可见度最小。 从一视见度最低的位置开始算起，测量一次视见度最低处的位置，者其间的光程差为，且由关系算出谱线的精细结构。 四. 实验结果计与分析 钠光的平均波长 次数 初读数 d 1（mm ） 末读数 d 2（mm ） △d=|d 1-d 2| (mm) (nm) (nm) 1 其中λ=2*Δd/100，根据λ0=； = E=% 钠光的精细结构： 刚体绕轴转动惯性的度量。其数值为J=∑mi*ri^2，式中mi 表示刚体的某个质点的质量，ri表示该质点到转轴的垂直距离。 求和号（或积分号）遍及整个刚体。转动惯量只决定于刚体的形状、质量分布和转轴的位置，而同刚体绕轴的转动状态（如角速度的大小）无关。规则形状的均质刚体，其转动惯量可直接计得。不规则刚体或非均质刚体的转动惯量，一般用实验法测定。转动惯量应用于刚体各种运动的动力学计算中。 描述刚体绕互相平行诸转轴的转动惯量之间的关系，有如下的平行轴定理：刚体对一轴的转动惯量，等于该刚体对同此轴平行并通过质心之轴的转动惯量加上该刚体的质量同两轴间距离平方的乘积。由于和式的第二项恒大于零，因此刚体绕过质量中心之轴的转动惯量是绕该束平行轴诸转动惯量中的最小者。 还有垂直轴定理：垂直轴定理 一个平面刚体薄板对于垂直它的平面轴的转动惯量，等于绕平面内与垂直轴相交的任意两正交轴的转动惯量之和。 表达式:Iz=Ix+Iy 刚体对一轴的转动惯量，可折算成质量等于刚体质量的单个质点对该轴所形成的转动惯量。由此折算所得的质点到转轴的距离，称为刚体绕该轴的回转半径κ，其公式为_____，式中M为刚体质量；I为转动惯量。 转动惯量的量纲为L^2M，在SI单位制中，它的单位是 kg·m^2。 刚体绕某一点转动的惯性由更普遍的惯量张量描述。惯量张量是二阶对称张量，它完整地刻画出刚体绕通过该点任一轴的转动惯量的大小。 补充对转动惯量的详细解释及其物理意义： 先说转动惯量的由来，先从动能说起大家都知道动能E=(1/2)mv^2，而且动能的实际物理意义是：物体相对某个系统（选定一个参考系）运动的实际能量，（P势能实际意义则是物体相对某个系统运动的可能转化为运动的实际能量的大小）。 E=(1/2)mv^2（v^2为v的2次方） 把v=wr代入上式(w是角速度,r是半径，在这里对任何物体来说是把物体微分化分为无数个质点，质点与运动整体的重心的距离为r,而再把不同质点积分化得到实际等效的r) 得到E=(1/2)m(wr)^2 由于某一个对象物体在运动当中的本身属性m和r都是不变的，所以把关于m、r的变量用一个变量K代替, K=mr^2 得到E=(1/2)Kw^2 K就是转动惯量，分析实际情况中的作用相当于牛顿运动平动分析中的质量的作用，都是一般不轻易变的量。 这样分析一个转动问题就可以用能量的角度分析了，而不必 扭摆法测定物体的转动惯量 实验原理： 1．扭摆运动——角简谐振动 (1) 此角谐振动的周期为 （2） 式中，为弹簧的扭转常数式中，为物体绕转轴的转动惯量。 2．弹簧的扭转系数的测定： 实验中用一个几何形状规则的物体，它的转动惯量可以根据它的质量和几何尺寸用理论公式直接计算得到， 再由实验数据算出本仪器弹簧的值。方法如下： （1）测载物盘摆动周期，由（2）式其转动惯量为 （2）塑料圆柱体放在载物盘上，测出摆动周期，由（2）式其总转动惯量为 （3）塑料圆柱体的转动惯量理论值为 则由，得 （周期我们采用多次测量求平均值来计算） 3．测任意物体的转动惯量： 若要测定其它形状物体的转动惯量，只需将待测物体安放在本仪器顶部的各种夹具上，测定其摆动周期，即 可算出该物体绕转动轴的转动惯量。 根据2内容，载物盘的转动惯量为 待测物体的转动惯量为 4．转动惯量的平行轴定理 实验内容与要求： 必做内容： 1．熟悉扭摆的构造及使用方法，以及转动惯量测试仪的使用方法。调整扭摆基座底脚螺丝，使水平仪的气 泡位于中心。（认真阅读仪器使用方法和实验注意事项） 2．测定扭摆的弹簧的扭转常数，写出。 3．测定塑料圆柱（金属圆筒）的转动惯量。并与理论值比较，求相对误差。 4．测定金属细杆+夹具的过质心轴的转动惯量。 5．滑块对称放置在细杆两边的凹槽内，改变滑块在金属细杆上的位置，验证转动惯量平行轴定理。 数据记录： 一、测定弹簧的扭转系数 及各种物体的转动惯量: 表格一： ； ；0.01s ； 二、验证平行轴定理： 表格二： ； ； ； 。 ） ） () ( 滑块的总转动惯量为： 数据处理：（要求同学们写出详细的计算过程） 1．计算弹簧的扭转系数 ； ； ；； ；； ；； ； 2．计算物体的转动惯量（公式见表格） 3．验证平行轴定理（公式见表格） 篇一：转动惯量的实验分析报告 转动惯量的测量实验分析报告 一、数据处理 （1）用游标卡尺、米尺、天平分别测出待测物体的质量和必要的几何尺寸。如塑料圆柱的直径，金属圆筒的内、外径，木球的直径以及金属细杆的长度等。 （2）计算扭摆弹簧的扭转常数k,计算公式为： i1 k?4?2?0.0411*******n?m 2 t1?t2 2 （3）测定塑料圆柱、金属圆筒、木球与金属细杆的转动周期，计算转动惯量的实验值，并与理论值相比较，求出百分比误差。 百分比误差= 理论值-实验值 ?100 理论值 以上各测量值均记录在表3-2-1中，具体计算公式也包含在表格中。 表3-2-1 刚体转动惯量的测定 （4）验证平行轴定理。改变滑块在金属细杆上的位置，测定转动周期，测 量数据记录在表3-2-2中。计算滑块在不同位置出系统的转动惯量，并与理论值比较，计算百分比误差。其中测得m滑块=0.2397kg。 表3-2-2 平行轴定理的验证从以上实验结果可知，实验结果与理论计算结果百分比误差在百分之十以内，理论值与实验值的拟合较为合理，可有效地验证测定刚体的转动惯量并验证平行轴定理。 其中，误差来源主要有以下几点： （1）圆盘转动的角度大于90度，致使弹簧的形变系数发生改变。（2）没有对仪器进行水平调节。（3）圆盘的固定螺丝没有拧紧。（4）摆上圆台的物体有一定的倾斜角度。三、思考题 （一）预习思考题 1、如何测量扭摆弹簧的扭转系数k? 答：先测出小塑料圆柱的几何尺寸及质量，得到小塑料圆柱的转动惯量理 21 论值为i1?m1d1，再测量出金属载物盘的转动周期t0及小塑料圆柱的转动周 8 i1 期为t1，利用计算公式k?4?2代入数据即可求出k。 2 t1?t2 2 2.如何测定任意形状的物体绕特定轴转动的转动惯量？答：利用题1中测得的i1、t1和t0得到金属载物盘的转动惯量为 i1t1 i0?2,将待测物体放在金属载物盘上，测出其转动惯量周期为t2，再利2 t1?t0 2 南昌大学物理实验报告 课程名称：大学物理实验 实验名称：迈克尔逊干涉仪 学院：机电工程学院专业班级：能源与 动力工程162班 学生姓名：韩杰学号： 51 实验地点：基础实验大楼座位号： 再分别经过透射和反射后，来到观察区域E。如到达E处的两束光满足相干条件，可发生干涉现象。 G2为补偿扳，它与G1为相同材料，有相同的厚度，且平行安装，目的是要使参加干涉的两光束经过玻璃板的次数相等，波阵面不会发生横向平移。 M1为可动全反射镜，背部有三个粗调螺丝。 M2为固定全反射镜，背部有三个粗调螺丝，侧面和下面有两个 微调螺丝。 2.可动全反镜移动及读数 可动全反镜在导轨上可由粗动手轮和微动手轮的转动而前 后移动。可动全反镜位置的读数为： ××.□□△△△ (mm) （1）××在mm刻度尺上读出。 （2）粗动手轮：每转一圈可动全反镜移动1mm，读数窗口内刻度盘转动一圈共100个小格，每小格为0.01mm，□□由读数窗口内刻度盘读出。 （3）微动手轮：每转一圈读数窗口内刻度盘转动一格，即可动全反镜移动0.01mm，微动手轮有100格，每格0.0001mm，还可估读下一位。△△△由微动手轮上刻度读出。 注意螺距差的影响。 激光器激光波长测试原理及方法 光程差为： 2cos d δθ= (2cos (21) ()2 k d k λδθλ ==+?? ???明纹)暗纹 当θ=0时的光程差δ最大，即圆心所对应的干涉级别最高。转动手轮移动M 1，当d 增加时，相当于增大了和k 相应的θ角（或圆锥角），可以看到圆环一个个从中心“冒出” ；若d 减小时，圆环逐渐缩小，最后“淹没”在中心处。 每“冒”出或“缩”进一个干涉环，相应的光程差改变了一个波长，也就是M 1与M 2 ’之间距离变化了半个波长。 若将M 1与M 2 ’之间距离改变了△d 时，观察到N 个干涉环变化，则 2 d N λ ?=? 或 2d N λ?= 由此可测单色光的波长。 4.钠双线波长差的测量原理和测量方法 从条纹最清晰到条纹消失由于M 1移动所附加的光程差： 1212()m L k k λλ==+ 钠双线波长差:2 2m L λλ?= L m 是视场中的条纹连续出现两次反衬度最低时M 1所移动的距离。 二、 实验仪器： 迈克尔逊干涉仪、He-Ne 激光器、钠光灯、扩束镜电路分析基础实验报告
迈克尔逊干涉仪实验报告
转动惯量实验报告
实验报告-用扭摆法测定物体的转动惯量
转动惯量实验报告
迈克尔逊干涉仪实验报告南昌大学
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