文章编号:167221926(2004)0120032205
收稿日期:2003209224;修回日期:20032112201
基金项目:国家“973”项目“天然气动态形成过程和富集度研究”
(编号:2001CB 30913)资助1作者简介:刘朝露(19682),男,江西莲花人,硕士研究生,主要从事天然气地球化学研究.
水溶气运移成藏物理模拟实验技术
刘朝露1,李 剑2,方家虎1,胡国艺2,严启团2,李志生2,马成华2,孙庆武2
(1.中国矿业大学(北京),北京 100083;2.中国石油勘探开发研究院廊坊分院,河北廊坊 065007)
摘 要:通过自行设计的天然气运移成藏物理模拟仪,对实际岩芯样品进行了高压水溶气运移成藏的物理模拟实验,目的是研究水溶作用对天然气运移指标产生的影响以及水溶气甲烷和乙烷碳氢同位素、C 2+ 总烃、i C 4 n C 4等8项地球化学参数的变化。实验结果表明:随着运移距离的增加,水溶气中的非烃CO 2含量普遍增大,烃类气体“甲烷化”趋势明显,C 2+以上的含量随碳数升高而降低(至C 5含量基本可以忽略不计),轻烃组分中的苯和甲苯含量由低(气源)到高(运移距离近)再变低(运移距离远),甲烷碳和氢同位素变化幅度均不大(仍具有略偏正的特征)。认为这些地球化学参数的变化特征对水溶气气藏的识别和油气运移的研究均具有重要的参考价值。关键词:水溶气;运移成藏;物理模拟
中图分类号:T E 12211 文献标识码:A
0 前言
早在20世纪60年代,国外已有不少学者测定了烃类气体在水中的溶解度[1,2],并提出水溶气藏形成的可能性[2]。70年代,P rice [3]提出了可以用烃类在水中的溶解度研究石油初次运移,同时,在意大利、匈牙利、菲律宾、尼泊尔、伊朗和日本等国家相继发现了水溶性天然气藏并生产了水溶性天然气[1];这些发现更增加了人们对天然气溶解实验研究的兴趣[4,5]。目前,这些成果已应用于天然气的运移与聚集的定量研究[6～8]。
与国外相比,我国对水溶气运移成藏的研究起步较晚。我国学者孙永祥[9]多次探讨了地下水对气藏形成的影响,郝石生[10]等研究了天然气在地层水中溶解度的变化特征,付晓泰等[11]提出了气体在地层水中的两种主要溶解机理。上述研究工作主要是在不同的温压条件下探讨地层水对天然气溶解的一些物理参数,解决了水溶气量的问题,而对天然气以水溶相运移而形成的水溶气藏的一些地球化学参数的变化特征,如水溶气的组分组成及其碳氢同位素和轻烃特征的研究却进行得较少。本文通过自行设计的天然气运移成藏物理模拟仪来对际岩芯进行高
压水溶气运移成藏物理模拟实验,目的是研究水溶气在运移成藏过程中的组分组成及其碳氢同位素和轻烃等一些地球化学参数的变化特征。这些参数特征对天然气的运聚以及水溶气藏的寻找和识别均具有重要的参考价值。
1 水溶相天然气释放的地质条件
付晓泰等[11]通过实验研究认为,天然气在地层水中的溶解主要存在两种机理:一种是天然气分子与水分子作用形成水合分子;另一种是天然气分子填充在水分子的间隙中。无论是哪一种机理,天然气的溶解度都会受到温度和压力变化的影响。压力增大,天然气在地层水中的总溶解度增大,反之,则减小。温度对其影响相对较为复杂,当温度小于80℃左右时,天然气溶解度随温度升高而减小;当温度大于80℃左右时,天然气溶解度随温度升高而逐渐增大。矿化度也对天然气溶解度有一定的影响:矿化度越高,溶解度越小;反之,矿化度越低,溶解度越大。但矿化度对天然气在地层水中的溶解度较温度和压力的影响要小得多。
由上述分析可以看出,地层水中天然气的溶解度与其所处温度、压力和矿化度存在密切关系。Ko 2
第15卷第1期
2004年2月
天然气地球科学
NA TU RAL GA S GEO SC IENCE
V o l .15N o.1Feb . 2004
rsen shejin
[12,13]
,zo rk ing 等[14,15]学者在研究西伯利
亚大气田中的水溶作用时认为,水溶相天然气在运移的过程中,由于地质条件的改变(如沿断层垂向运移)或由于地壳抬升,使含水层隆起或地层水基准面区域性或局部性降低和温度、压力逐渐降低,导致被地层水溶解的天然气由未饱和-饱和-过饱和而释放出来成为游离气,并在有利的圈闭中(低势区)聚集成水溶气藏。
2 模拟实验
2.1 样品的选取
岩样:选取苏6井两块深灰色致密砂岩作为岩芯样品。该样品孔隙度为0.37%～0.75%,渗透率
为(0.0024～0.0027)×10-3Λm 2
,长度30114～30137mm 。内径:24.9c m 。
气样:气源气样品采自华北油田采油四厂气站,其组分组成见表1,轻烃组分特征见图2。
水样:通过人工配制浓度为100g dm 3
的N aC l 溶液代替地层水。2.2 实验装置及步骤
实验装置如图1所示[16]。实验装置是由长岩芯夹持器、手动泵、中间容器、阀门、高压气瓶及一些管
线组成,以长岩芯夹持器为主体。采用实际岩芯,根据不同的地层情况和地质条件,组成运、聚、盖圈闭系统,综合模拟天然气在岩石中的运聚特征和成藏过程。该装置具有以下特点:
(1)采用实际岩芯。岩芯柱最长可达80c m ,根据不同的地层实际情况,可以对不同物性的岩芯进行组合。
(2)实验装置耐高温高压。可模拟上覆地层压力0～70M Pa ,气体充注压力0～30M Pa ,实际温度为室温到120℃。
(3)岩芯夹持器具有多测孔,可在不同长度段观测取样和检测天然气在运移过程中的特征参数和
表1 水溶气模拟实验样品测定数据
样品编号烃类气体组成(%)
C 1
C 2
C 3i C 4
n C 4
i C 5
n C 5
C 6+非烃气体含量
(%)
CO 2N 2i C 4 n C 4
C 2+ 总烃(%)?13C (‰)C 1
C 2
C 3
?D (‰)
C 1
C 2备注188.158.712.530.280.270.030.020.011.030.351.0411.85-40.8-28.2-25.8-216.7-177.6气源气14M Pa
288.308.552.560.260.260.030.020.021.350.43111.70-40.6-28.0-25.6-213.4-176.5气顶气14M Pa
398.051.320.490.0520.048
000.04
26.701.081.95-40.6-28.0-25.8-214.5-175.5498.071.510.310.040.03000.0424.701.331.93-40.4-27.9-26.0-213.9-176.1水溶气
597.731.910.280.030.02000.0320.001.502.27-40.5-28.2-25.4-214.6-175.3696.892.770.280.030.02000.0115.301.53.11-40.2-27.5-25.3-213.8-174.97
96.393.16
0.40
0.03
0.02
10.8
1.5
3.61
-40.3-27.6-25.7
-214.5
-175.2
图1 水溶气运移成藏物理模拟实验装置示意
压力变化规律。实验步骤如下:
(1)进样。将配好的(根据气田水文地质资料或直接用地层水)矿化水注入中间容器中,抽真空,检查装置的气密性,然后再将天然气注入中间容器中,并使之压力达到指定值(14M Pa ),恒压4h 。
(2)溶解:经过一段时间(时间长短与介质有
关,一般为7～15d ),使天然气在水中充分溶解并达到平衡。
(3)解析:将干燥后的岩芯装入岩芯夹持器中,加环压5M Pa ,抽真空,然后将中间容器中的水溶气通过阀门调节缓慢向岩芯夹持器中充注,最后在饱和盐水中采集水溶气样。
(4)测试:对采集的样品进行相关分析测试。
33N o .1 刘朝露等:水溶气运移成藏物理模拟实验技术
3 实验结果分析与讨论
实验前采集气源气样1个,实验完毕后采集容器顶部气样1个,然后采集水溶气气样5个,共计7个样品。样品量为30m l 。时间间隔15m in 。实验样品测定结果见表1。
需要进一步说明的是:①岩芯采用致密砂岩的原因是作者曾对游离相天然气做过扩散运移模拟实验,此次用同样的岩芯做水溶相运移,目的是想了解
天然气以水溶相和游离相运移时的各种地球化学参
图2 水溶气运移成藏物理模拟实验结果
数特征的异同;②由于温度对水溶气运移影响较为复杂,所以该实验温度仅在室温下进行;③样品采集是在开放的体系中进行,因此可认为本实验是模拟天然气在高压下以水溶相运移、在常压下解析并聚集而成水溶气的一些地球化学参数特征。
从表1和图2的资料中可以获得如下一些初步认识
。
(1)水溶气碳、氢同位素特征。实验样品碳同位素和氢同位素是由F inn igan 公司生产的D elta p lus
43 天 然 气 地 球 科 学 V o l
.15
XL仪器测定。从表1中可以看出,气源气甲烷碳同位素为-40.8‰,顶部气该值为-40.6‰,而水溶气该值为-40.2‰～-40.6‰,变化幅度极小,甚至是在实验仪器的误差范围之内;但多次研究发现,甲烷碳同位素还是具有略偏正的特征;对于C2+以上的碳同位素,其变化幅度更小,而且具有不同的变化趋向。另外,从表1中还可以看出,气源气甲烷氢同位素为-216.7‰,顶部气的为-213.4‰,水溶气的为-214.9‰～-213.8‰,其总体变化趋势与甲烷碳同位素一致,变化幅度也不大,并略具偏正的特征。作者在研究中还发现,甲烷碳同位素以游离相扩散运移时,分馏效应可达9.8‰,而以水溶相运移时不足1‰。作者认为,出现这种现象主要原因可能与高压水溶气在运移的过程中容易形成优势运移通道而导致渗流作用在运移中占主导地位有关。
(2)水溶气烃类组分组成与非烃含量变化特征。样品组分是通过A gilen t6890N进行分析测定。从表1中可以看出,气源气甲烷含量为88.15%,实验完毕后,气顶气甲烷含量为88.30%,基本未发生变化。而水溶气中甲烷含量最高达98.05%,相对于气源气来说,水溶气中“甲烷化”趋势十分明显。其C2+以上部分的减少随碳数升高而变得非常明显, C2+ 总烃在气源气中为11.85,而在水溶气中为1193～3.61,这一现象可能应归结于不同碳数烃的扩散速率差异和岩芯中的沉积物对重烃的相对较强的吸附能力。另外,i C4 n C4也从1104上升至为115,这说明,水溶气在运移过程中可造成异构烷烃的相对富集和正构烷烃的不断丢失,至C5含量极微。另外,从非烃气体变化中可以看出,CO2的含量在气源气中仅为1.03%,在顶部气中也只有1.35%,而在水溶气中最高达26.7%,增幅较大。这是高压水溶气藏的典型特征。N2含量明显降低,在水溶气中几乎不含N2。
(3)水溶气轻烃组分特征。样品是由H P5890分析仪测定的,测定结果见图2。
从表1和图2中可以看出,水溶作用对天然气轻烃含量影响比较大。由于不同的轻烃组分在地层水中的溶解度不同(芳烃>环烷烃>链烷烃),经过不同路径运移后,天然气中的C6～C8轻烃分布发生了显著的变化:气源气中芳烃的含量,尤其是苯和甲苯的含量相对极少;经过水溶作用后,水溶气中苯和甲苯的含量显著增加,在芳烃含量中占绝对优势;运移时由于压力的降低,苯和甲苯又从水中脱附出来成为游离气,随着运移距离的增加,渗流作用的增强,苯和甲苯的含量在随后的样品中又迅速减少。这种规律性的变化,对研究天然气的运移方式和运移路径及成藏史具有重要的参考价值,也是寻找和识别水溶气气藏的一个非常有效的指标之一。
综上所述,水溶气运聚成藏的地球化学参数具有如下特征:碳氢同位素变化不明显,但略具偏正的特征;C2+重烃低,i C4 n C4相对显重;CO2高,N2低;苯和甲苯含量变化规律明显。这些特征对气-水关系带的划分也具有重要的意义。
4 几点认识
(1)与气源气相比较,水溶气中烃类组分甲烷碳、氢同位素变化均不明显,但略具偏正的特征,非烃组分中如CO2、N2等变化特征基本与卢家烂等[17]和陈安定等[18]的研究结果一致。
(2)i C4 n C4这个指标与陈安定等[18]的结果有所不同。陈安定等人认为,i C4 n C4偏低,其平均值为015～0.6,而作者在研究中发现,随着运移距离的增加,其值逐渐增大。
(3)苯和甲苯在水溶气气运移过程的变化特征是寻找与识别水溶气藏的一个有效指标之一。
致谢:本文得到戴金星院士的指导和廊坊分院有关领导的大力支持,在此深表感谢!
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EXPER I M ENTAL INVEST IGAT I ON ON PHY SI CAL SI M ULAT I ON OF
GAS D ISS OL VED IN W ATER D UR INGM IGRAT I ON
L I U Zhao2lu1,L I J ian2,FAN G J ia2hu1,HU Guo2yi2,YAN Q i2tuan2,L I Zh i2sheng2,
M A Cheng2hua2,SU N Q ing2w u2
(1.Ch ina U n iversity of M in ing and T echnology(B eij ing),B eij ing100083,Ch ina;
2.L ang F ang B ranch of R esea rch Institu te of P etroleum E xp lora tion and D evelopm en t,
P etroCh ina,L angf ang065007,Ch ina)
Abstract:B ased on the equ i pm en t designed and develop ed by ou rselves,the exp eri m en t has been p erfo rm ed to investigate som e influence of disso lu ti on on geochem istry p aram eters(such as?13C,?D,i C4 n C4,etc) of gas disso lved in w ater du ring m igrati on by m ean s of real co re.T he study indicated that the relative abundance of non hydrocarbon(CO2)and hydrocarbon(CH4)increased w ith the grow th of distance w h ile the relative abundance of hydrocarbon(C2+)decreased.T he relative abundance of benzene and m ethylben2 zene show ed a clear trend du ring m igrati on w h ile the carbon and hydrogen iso top e of m ethane kep t relative2 ly stab le,these geochem stry p aram eters can be regarded as indicato rs of iden tificati on on gas disso lved in w ater fo rm ati on s.
Key words:Gas disso lved in w ater;M igrati on;Si m u lati on.
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大学物理实验报告 姓名：wuming 1目的：（1）霍尔效应原理及霍尔元件有关参数的含义和作用 （2）测绘霍尔元件的V H—Is，V H—I M曲线，了解霍尔电势差V H与霍尔元件工作电流Is，磁场应强度B及励磁电流I M之间的关系。 （3）学习利用霍尔效应测量磁感应强度B及磁场分布。 （4）学习用“对称交换测量法”消除负效应产生的系统误差。 2简单的实验报告数据分析 （1）实验原理 霍尔效应从本质上讲，是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力的作用而引起的偏转。当带电粒子（电子或空穴）被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场的方向上产生正负电荷在不同侧的聚积，从而形成附加的横向电场。如下图(1)所示，磁场B 位于Z的正向，与之垂直的半导体薄片上沿X正向通以电流Is（称为工作电流），假设载流子为电子（N型半导体材料），它沿着与电流Is相反的X负向运动。由于洛仑兹力f L作用，电子即向图中虚线箭头所指的位于y轴负方向的B侧偏转，并使B侧形成电子积累，而相对的A侧形成正电荷积累。与此同时运动的电子还受到由于两种积累的异种电荷形成的反向电场力f E的作用。随着电荷积累的增加，f E增大，当两力大小相等（方向相反）时，f L=－f E，则电子积累便达到动态平衡。这时在A、B两端面之间建立的电场称为霍尔电场E H，相应的电势差称为霍尔电势V H。设电子按平均速度V，向图示的X负方向运动，在磁场B作用下，所受洛仑兹力为： f L=－e V B 式中：e 为电子电量，V为电子漂移平均速度，B为磁感应强度。 同时，电场作用于电子的力为： f E H H eV eE- = - =l
大学物理仿真实验报告 实验名称 碰撞与动量守恒 班级： ： 学号： 日期：
碰撞和动量守恒 实验简介 动量守恒定律和能量守恒定律在物理学中占有非常重要的地位。力学中的运动定理和守恒定律最初是冲牛顿定律导出来的，在现代物理学所研究的领域中存在很多牛顿定律不适用的情况，例如高速运动物体或微观领域中粒子的运动规律和相互作用等，但是能量守恒定律仍然有效。因此，能量守恒定律成为了比牛顿定律更为普遍适用的定律。 本实验的目的是利用气垫导轨研究一维碰撞的三种情况，验证动量守恒和能量守恒定律。定量研究动量损失和能量损失在工程技术中有重要意义。同时通过实验还可提高误差分析的能力。 实验原理 如果一个力学系统所受合外力为零或在某方向上的合外力为零，则该力学系统总动量守恒或在某方向上守恒，即 （1） 实验中用两个质量分别为m1、m2的滑块来碰撞（图4.1.2-1），若忽略气流阻力，根据动量守恒有 （2） 对于完全弹性碰撞，要求两个滑行器的碰撞面有用弹性良好的弹簧组成的缓冲器，我们可用钢圈作完全弹性碰撞器；对于完全非弹性碰撞，碰撞面可用尼龙搭扣、橡皮泥或油灰；一般非弹性碰撞用一般金属如合金、铁等，无论哪种碰撞面，必须保证是对心碰撞。 当两滑块在水平的导轨上作对心碰撞时，忽略气流阻力，且不受他任何水平方向外力的影响，因此这两个滑块组成的力学系统在水平方向动量守恒。由于滑块作一维运动，
式（2）中矢量v可改成标量，的方向由正负号决定，若与所选取的坐标轴方向相同则取正号，反之，则取负号。 1．完全弹性碰撞 完全弹性碰撞的标志是碰撞前后动量守恒，动能也守恒，即 （3） （4） 由（3）、（4）两式可解得碰撞后的速度为 （5） （6） 如果v20=0，则有 （7） （8） 动量损失率为 （9） 能量损失率为 （10） 理论上，动量损失和能量损失都为零，但在实验中，由于空气阻力和气垫导轨本身的原因，不可能完全为零，但在一定误差围可认为是守恒的。 2.完全非弹性碰撞 碰撞后，二滑块粘在一起以10同一速度运动，即为完全非弹性碰撞。在完全非弹性碰撞中，系统动量守恒，动能不守恒。 （11） 在实验中，让v20=0，则有 （12） （13） 动量损失率 （14） 动能损失率 （15） 3．一般非弹性碰撞
实验名称：光电效应实验 专业班级：核工程实验日期： 2012 年 5 月 25 日 姓名：学号： 光电效应实验简介： 当光照在物体上时，光的能量仅部分的以热的形式为物体吸收，而另一部分则转换为物体中某些电子的能量，使电子溢出物体表面，这种效应称为光电效应，溢出的电子称为光电子。根据爱因斯坦理论，每个光子的能量为其中h为普朗克常数，是近代量子物理中的重要常数。而本实验就是利用光电效应法来测得普朗克常数。 一．实验目的： 1．了解光电效应的基本规律。 2. 验证爱因斯坦光电方程。 3．熟悉普朗克常数测定仪的操作比并用光电效应方法测量普朗克常数。 二．实验仪器： 包括GD-5光电管、单色仪、水银灯、检流计、直流电源、直流电压表、滑线变阻器、临界电阻箱。 三．实验步骤： 1．连接电路 根据测量光电管正向特性的电路图将实验电路接好；根据测量光电管反向特性的电路图将实验电路接好。 线路连接好后，鼠标右键单击，弹出主菜单，选中接线检查。若连线正确，就可以正式开始实验，否则需要继续连线。 2．调整仪器 通过接线检查后，双击各仪器弹出其放大窗口，调整该仪器。 （1）检流计的调零。 （2）临界电阻箱的调节。 （3）调节单色仪，得到合适波长的单色光，实验中将用到5770埃、5461埃、4358埃、4047埃四种波长的单色光。 四．测量内容及数据处理：
（1）分别对四种波长的光进行实验，得到光电管在各种波长的单色光照射下的正向、反向电压特性，一共八组数据，记录在表格中。 5770埃正向伏安特性： 5770埃反向伏安特性： 5461埃正向伏安特性：
5461埃反向伏安特性： 4358埃正向伏安特性： 4358埃反向伏安特性：
物理实验中的模拟法 模拟法是在实验室里先设计出于某被研究现象或过程（即原型）相似的模型，然后通过模型，间接的研究原型规律性的实验方法。先依照原型的主要特征，创设一个相似的模型，然后通过模型来间接研究原型的一种形容方法。 模拟法应用于物理教学，可使事过境迁或稍纵即逝的自然现象或过程在实验室重现，可将现象简化或进行时空的放大、缩小，可对那些既不能打开又不能从外部直接观察其内容状态的系统进行研究。 特别是解决那些尚无简单有效的仪器可演示的实验，模拟法则成了一种重要的辅助手段。 物理实验中的模拟法，根据其主要功能，并结合教学实践，分可大致为以下三类： 一、研究对象模拟 对象模拟的设计思想主要在于下述两种情况： 1.为了突出客观实体的主要矛盾和本质特征，摒弃次要的非本质因素，使研究对象从客观实体中直接抽象出来。如质点、理想气体、弹簧振子、点电荷、纯电阻、理想变压器等理想模型，以及天体运动模型，微观结构等几何相似模型。在研究二极管的单向导电性时，在实验基础上，运用对象模拟法，用自行车气门和进水阀门来模拟单向门。如此，不但加深对“单向性”的认识，而且激发了兴趣，开阔了思路。 由电磁学理论可知,无自由电荷分布的各向同性均匀电介质中的静电场的电势、与不含电源的各向同性均匀导体中稳恒电流场的电势,两者所遵从的物理规律具有相同的数学表达式.在相同的边界条件下,这两种场的电势分布相似,因此只要选择合适的模型,在一定条件下用稳恒电流场去模拟静电场是可行的 2.为了解释某些行为和特征而建立起来的模拟。如地球因自转而产生的科里奥利力比较抽象，在地理课中亦有提及。我们不妨取一个地球仪来模拟地球自转，然后将红墨水从上往下滴落在转动的“地球”表面。此时即可明显看到水痕西边呈扩散状，从而令人信服的说明北半球南流冲刷西岸这一自然现象。 二、物理过程模拟 把具体物理过程纯粹化、理想化，并根据其本质特征而设计的一种模拟叫过程模拟。其特点是过程简化，易于控制。气体压强的分子运动论观点，通常采用雨滴打伞等面来类比。这种大量分子对器壁连续碰撞的过程，如果用豆落在平衡天平一端倒扣着的托盘底上的现象来模拟，就显得直观生动了。布朗运动的模拟，装有铁屑的试管模拟铁棒的磁化和退磁等都是过程模拟的成功例子，还有伽利略的自由落体运动，当物体不受力时将做匀速运动，但在现实中不可能不受力，于是不断减小阻力，当阻力愈来愈小时，物体无限接近于语速运动。 气体压强的分子运动论观点，通常采用雨滴打伞等面来类比。这种大量分子对器壁连续碰撞的过程，如果用豆落在平衡天平一端倒扣着的托盘底上的现象来模拟，就显得直观生动了。布朗运动的模拟，装有铁屑的试管模拟铁棒的磁化和退磁等都是过程模拟的成功例子。 电子技术中半导体的导电机理，电子运动易理解，空穴导电则抽象，课堂教学中如用“空 位置”的运动来作一现场过程模拟，无疑会使学生茅塞顿开。分析曲线运动的思想方法——运动的分解和合成是个难点，可以平抛运动为突破口，在演示有关实验后，用“慢镜头”的方法，手持粉笔头边走（模拟水平匀速直线运动）边沿自身前方，从上向下加速下移，以此模拟平抛运动，既简单明了，又便于分析。理解机械波的形成过程是本章教学的一个重点和难点，运用模拟器材，以纽扣状的物体来表示振动的质点，通过摇转，使质点绕平衡位置上下振动，而整体波形向外传递，边演示边分析，效果很好。 热学中的统计方法和光本性的几率概念，由于受课堂教学时间的限制，怎样从个别事
大学物理仿真实验报告固体线膨胀系数的测量 院系名称： 专业班级： 姓名： 学号：
固体线膨胀系数的测量 一、实验目的 1、测定金属棒的线胀系数 2、学习用光杠杆测量微小伸长的原理和方法 3、创新方法的研究和讨论 二、实验原理 固体的线膨胀系数和体膨胀系数是固体热学特性的重要参数，通常体膨胀系数是线膨胀系数的3倍左右，本实验主要介绍固体线膨胀系数的测量方法。 线膨胀是指材料在受热膨胀时，在一维方向上的伸长。在一定的温度范围内，固体受热后，其长度都会增加，设物体原长为L，由初温t1加热至末温t2，物体伸长了△L，则线膨胀系数满足：
则固体线膨胀系数为 三、实验仪器 尺读望远镜、米尺、固体线膨胀系数测定仪、铜棒、光杠杆、温度计 四、实验内容及步骤 1、在实验界面单击右键选择“开始实验” 2、调节平面镜至竖直状态 3、打开望远镜视野，并调节方位、聚焦、目镜使得标尺刻线清晰，且中央叉丝读数为0.0mm（抓图1） 4、单击铜棒测量长度，单击温度计显示铜棒温度，打开电源加热，记录每升高10度时标尺读数直至温度升高到90度止（抓图2）
5、单击卷尺，分别测量l、D，（抓图3） 经测得l=62.1mm 经测得D=1885.4mm 6、以t为横轴，b为纵轴作b-t关系曲线，求直线斜率k （抓图4） 7、代入公式计算线膨胀系数值 A=1.1×10^-5 五、实验数据记录与处理 D/mm 1885.4 l/mm 62.1 a 1.1×10 ^-5 六、思考题 1．对于一对大多数材料来说，线胀系数是否一定是一个常数？为什么？
对大多数材料来说，线胀系数并不是一个常数。即在不同温度区间，材料的线胀系数有或大或小的差别，也就是材料受热胀缩与温度常常不是线性关系 2．你还能想出一种测微小长度的方法，从而测出线胀系数吗？ 可以用激光位移传感器，可以测到几微米的位移变化。 3．引起测量误差的主要因素是什么？ 温度计的热惯性，升温时实际温度高于读数温度，降温时实际温度低于读数温度，采取了升温，降温同一温度对应的标尺读数n取平均的办法，可消除这种误差。 （2）铜棒温度不均匀，中下部温度高，上部温度偏低，温度计所在部位不同，可使测量结果有所不同，由于温度计在中上部，可是测得的线胀系数偏小。 （3）光杠杆原理公式具有近似性。只有当dn很小时才近似成立。
西安交通大学实验报告 课程：数据结构实验实验名称：利用单摆测量重力加速度 系别：实验日期： 专业班级：实验报告日期： 姓名：学号： 第 1页 / 共3页 一、实验简介 单摆实验是个经典实验，许多著名的物理学家都对单摆实验进行过细致的研究。本实验的目的是学习进行简单设计性实验的基本方法，根据已知条件和测量精度的要求，学会应用误差均分原则选用适当的仪器和测量方法，学习累积放大法的原理和应用，分析基本误差的来源及进行修正的方法。 二、实验原理 单摆的结构参考图1单摆仪,一级近似的周期公式为 由此通过测量周期摆长求重力加速度。 三、实验内容 1、设计要求: (1) 根据误差均分原理,自行设计试验方案,合理选择测量仪器和方法. (2) 写出详细的推导过程,试验步骤. (3) 用自制的单摆装置测量重力加速度g,测量精度要求△g/g < 1%. 2、可提供的器材及参数: 游标卡尺、米尺、千分尺、电子秒表、支架、细线(尼龙线)、钢球、摆幅测量标尺(提供硬白纸板自制)、天平(公用).
假设摆长l≈70.00cm;摆球直径D≈2.00cm;摆动周期T≈1.700s; 米尺精度△米≈ 0.05cm;卡尺精度△卡≈0.002cm;千分尺精度△千≈0.001cm;秒表精度△秒≈0.01s;根据统计分析,实验人员开或停秒表反应时间为0.1s左右,所以实验人员开,停秒表总的反应时间近似为△人≈0.2s. 3、对重力加速度g的测量结果进行误差分析和数据处理,检验实验结果是否达到设计要求. 4、自拟实验步骤研究单摆周期与摆长,摆角,悬线的质量和弹性系数,空气阻力等因素的关系,试分析各项误差的大小. 5、自拟试验步骤用单摆实验验证机械能守恒定律. 四、实验仪器 单摆仪，摆幅测量标尺，钢球，游标卡尺 五、实验操作 1. 用米尺测量摆线长度； 2. 用游标卡尺测量小球直径； 3. 把摆线偏移中心不超过5度，释放单摆，开始计时，单摆摆过50个周期后停止计时，记录所用时间； 六、实验结果
物理仿真实验 姓名：索玉昌 班级：信息54 学号：2150508187 实验名称：不良导体热导率的测量 1、实验目的 1、学会用稳态平板法测定不良导体的导热系数； 2、学会用作图法求出冷却速率 。 2、仪器用具及使用方法 仪器：自耦调压器,数字电压表,杜瓦瓶,游标卡尺,电子秒表。 使用方法： （1）开始实验后，从实验仪器栏将橡胶盘、电子秒表和游标卡尺拖至实验台上。 （2）测量铜盘、橡胶盘的直径及厚度并记录到实验表格中。 （3）将橡胶盘拖至主仪器的支架上 (4) 连接好线路，调节自耦调压器，开始加热。
(5) 移走橡胶盘，加热铜盘A、C。 (6) 移走上铜盘，让下铜盘独立散热。 (7) 记录数据。 3、测量内容及数据处理 测量铜盘直径（单位：mm） 测量铜盘厚度（单位：mm） 测量橡胶盘直径（单位：mm） 测量橡胶盘厚度（单位：mm）
A盘加热到平衡温度时的温差电动势的绝对值: 3.25mv C盘加热到平衡温度时的温差电动势的绝对值： 2.35mv C盘降温过程中不同时刻温度对应的温差电动势（每隔30s记录一次）： 测量次数 1 2 3 4 5 6 电压(mv) 2.77 2.72 2.68 2.63 2.59 2.54 7 8 9 10 11 12 13 2.49 2.45 2.41 2.36 2.32 2.28 2.24 由逐差法可得 散热盘散热速率测定：0.0015（mv/s） 由导热系数的公式： λ=0.151 （3）
由题意可知， 。 （4）由逐差法求得的 与线性拟合出的数据均为0.0357， 误差为0%，故橡胶盘的热导系数为0.151 4、小结 结论：橡胶盘的热导系数为0.151 ， =0.0357，冷却速率误差为0。 误差分析：（1）仪器误差使得测量不精确 （2）游标卡尺读数误差 建议：用更精确的仪器或者等仪器稳定后读数，多次测量取平 均值。 5、思考题 1 试分析实验中产生误差的主要因素以及实验中是如何减小误差的？
实验简介： 液体表层指液体与气体、液体与固体以及不相混合的液体之间的界面。液体表层分子有从液面挤入液体内部的倾向，这使得液体的表面自然收缩，就整个液面来说，如同拉紧的弹性薄膜，这种沿着表面，使液面收缩的力称为表面张力。表面张力在船舶制造、水利学、化学化工、凝聚态物理中都能找到它的应用。 测量液体（例如水）的表面张力系数有多种方法，如最大泡压法、平板法（亦称拉普拉斯法）、毛细管法、焦利氏秤法、扭力天平法等。这里只介绍焦利氏秤法。本实验首先利用逐差法测量焦利氏秤弹簧的倔强系数，然后利用拉脱法测量液体的表面张力系数。 实验原理 1、液体分子受力情况 液体表面层中分子的受力情况与液体内部不同。在液体内部，分子在各个方向上受力均匀，合力为零。而在表面层中，由于液面上方气体分子数较少，使得表面层中的分子受到向上的引力小于向下的引力，合力不为零，这个合力垂直于液体表面并指向液体内部，如图1所示。所以，表面层的分子有从液面挤入液体内部的倾向，从而使得液体的表面自然收缩，直到达到动态平衡(即表面层中分 图1 液体分子受力示意图 子挤入液体内部的速率与液体内部分子热运动而达到液面的速率相等)。这时，就整个液面来说，如同拉紧的弹性薄膜。这种沿着表面，使液面收缩的力称为表面张力。 想象在液面上划一条线，表面张力就表现为直线两侧的液体以一定的拉力相互作用。这种张力垂直于该直线且与线的长度成正比，比例系数称为表面张力系数。 2、矩形金属框架测量原理 将一表面清洁的矩形金属薄片竖直浸入水中，使其底面水平并轻轻提起。当金属片底面与水面相平，或略高于水面时，由于液体表面张力的作用，金属片的四周将带起一部分水，使水面弯曲，呈图2所示的形状。这时，金属片在竖直方向上受到(1)金属片的重力mg；(2)向上的拉力F；(3)水表面对金属片的作用力——表面张力。 图2 金属框受力示意图 其中为水面与金属片侧面的夹角，称为接触角。如果金属片静止，则竖直方向上合力为零，有
大学物理仿真实验 大学物理仿真实验 学院:能动学院专业班号:装备81 姓名:黄崇海 学号:08037011 - 1 - 实验名称: 测螺线管磁场 一、实验目的: 学习测量交变磁场的一种方法，加深理解磁场的一些特性及电磁感应定律。 二、实验仪器: 测量螺线管内磁场实验装置全貌 铜导线螺线管、霍尔元件(轴向磁场探针)、(毫)特斯拉计、电流源。 三、实验原理: 图1 图1是一个长为2l，匝数为N的单层密绕的直螺线管产生的磁场。当导线中流过电流I时，由毕奥—萨伐尔定律可以计算出在轴线上某一点P的磁感应强度为- 2 - 式中，为单位长度上的线圈匝数，R为螺线管半径，x 为P点到螺线管中心处的距离。在SI单位制中，B的单位为特斯拉(T)。图1同时给出B随x的分布曲线。 磁场测量的方法很多。其中最简单也是最常用的方法是基于电磁感 应原理的探测线圈法。本实验采用此方法测量直螺线管中产生的交变磁场。下图是实验装置的实验装置的示意图。
图2 当螺线管A中通过一个低频的交流电流i(t) = I0sinωt时，在螺线管内产生一个与电流成正比的交变磁场B(t) = Cpi(t) = B0sinωt其中Cp是比例常数，把探测线圈A1放到螺线管内部或附近，在A1中将产生感生电动势，其大小取决于线圈所在处磁场的大小、线圈结构和线圈相对于磁场的取向。探测线圈的尺寸比较小，匝数比较多。若其截面积为S1，匝数为N1，线圈平面的法向平面与磁场方向的夹角为θ，则穿过线圈的磁通链数为: Ψ = N1S1B(t)cosθ 根据法拉第定律，线圈中的感生电动势为: - 3 - 通常测量的是电压的有效值，设E(t)的有效值为V，B(t)的有效值为B ，则有 ，由此得出磁感应强度: 其中r1是探测线圈的半径，f是交变电源的频率。在测量过程中如始终保持A 和A1在同一轴线上，此时，则螺线管中的磁感应强度为 在实验装置中，在待测螺线管回路中串接毫安计用于测量螺线管导线中交变电流的有效值。在探测线圈A1两端连接数字毫伏计用于测量A1中感应电动势的有效值。 使用探测线圈法测量直流磁场时，可以使用冲击电流计作为探测仪器，同学们可以参考冲击电流计原理设计出测量方法。 四、实验内容及操作步骤: 1(研究螺线管中磁感应强度B与电流I和感生电动势V之间的关系，测量 螺线管中的磁感应强度。 2(测量螺线管轴线上的磁场分布。
物理仿真实验报告1
物理仿真实验报告 受迫振动 班级应物01 姓名赵锦文 学号10093020
一、实验简介 在本实验中，我们将研究弹簧重物振动系统的运动。在这里，振动中系统除受弹性力和阻尼力作用外，另外还受到一个作正弦变化的力的作用。这种运动是一类广泛的实际运动，即一个振动着的力学体系还受到一个作周期变化的力的作用时的运动的一种简化模型。如我们将会看到的，可以使这个体系按照与施加力相同的频率振动，共振幅既取决于力的大小也取决于力的频率。当力的频率接近体系的固有振动频率时，“受迫振动”的振幅可以变得非常大，这种现象称为共振。共振现象是重要的，它普遍地存在于自然界，工程技术和物理学各领域中．共振概念具有广泛的应用，根据具体问题中共振是“利”还是“害”，再相应地进行趋利避害的处理。 两个相互耦合的简谐振子称为耦合振子，耦合振子乃是晶体中原子在其平衡位置附近振动的理想模型。 本实验目的在于研究阻尼振动和受迫振动的特性,要求学生测量弹簧重物振动系统的阻尼常数，共振频率。 二、实验原理 1．受迫振动 砝码和挂钩 弹簧 弹簧 振荡器 图13.1 受迫振动 质量M 的重物按图1放置在两个弹簧中间。静止平衡时，重物收到的合外力为0。当重物被偏离平衡位置时，系统开始振动。由于阻尼衰减(例如摩擦力)，最终系统会停止振动。振动频率较低时，可以近似认为阻力与振动频率成线性关系。作用在重物上的合力： x M x Kx x x k x k F 21=--=---=ββ 其中k1, k2是弹簧的倔强系数。
K = k1+ k2是系统的等效倔强系数。 x 是重物偏离平衡位置的距离, β 是阻尼系数。 因此重物的运动方程可表示为： 22 0=++x x x ωγ 其中 γβ=M and ω02 =K M 。 在欠阻尼状态时(ωγ0>),方程解为： ) cos(22 0 φγωγ+-=-t Ae x t A, φ 由系统初始态决定。方程的解是一个幅度衰减的谐振动，如图2所示。 T 图13.2 衰减振动 振动频率是： f T = =-11202 2π ωγ (13.1) 如果重物下面的弹簧1k 由一个幅度为a 的振荡器驱动，那么这个弹簧作用于重物的力是) cos (1x t a k -ω。此时重物的运动方程为： M t a k x x x cos 212 0ωωγ= ++ . 方程的稳态解为： ) cos(4)(2 2 2 22 1θωω γωω-+-= t M a k x (13.2) 其中 )2(tan 2 201 ωωγω θ-=-。图13.3显示振动的幅度与频率的关系。
西安交通大学实验报告 第 1 页(共10 页）课程：_____大学物理实验____ 实验日期 : 2014 年 11月 30日 专业班号______组别__无___ 交报告日期： 2012 年 12 月 4 日 姓名___ 学号______ 报告退发：（订正、重做) 同组者____________________________ 教师审批签字： 实验名称：超声波测声速 一、实验目的: 1。了解超声波的产生、发射、和接收方法； 2.用驻波法、相位比较法测量声速。 二、实验仪器： SV—DH系列声速测试仪，示波器，声速测试仪信号源. 三、实验原理： 由波动理论可知，波速与波长、频率有如下关系：v = f λ，只要知道频率 和波长就可以求出波速.本实验通过低频信号发生器控制换能器,信号发生器的 输出频率就是声波频率。声波的波长用驻波法（共振干涉法）和行波法（相位比 较法）测量.下图是超声波测声速实验装置图.
1。驻波法测波长 由声源发出的平面波经前方的平面反射后，入射波与发射波叠加，它们波动方程分别是： 叠加后合成波为: 振幅最大的各点称为波腹，其对应位置： 振幅最小的各点称为波节，其对应位置： 因此只要测得相邻两波腹（或波节)的位置Xn、Xn—1即可得波长. 2。相位比较法测波长
从换能器S1发出的超声波到达接收器S2，所以在同一时刻S1与S2处的波有一相位差:。因为x改变一个波长时，相位差就改变2π。利用李萨如图形就可以测得超声波的波长. 四、实验内容 1．接线 2．调整仪器 （1）示波器的使用与调整 使用示波器时候，请先调整好示波器的聚焦.然后鼠标单击示波器的输入信号的接口,把信号输入示波器.接着调节通道1，2的幅度微调，扫描信号的时基微调。最后选择合适的垂直方式选择开关，触发源选择开关，内触发源选择开关，Auto-Norm-X—Y开关，在示波器上显示出需要观察的信号波形。输入信道的信号是由实验线路的连接决定的。 （2）信号发生器的调整 根据实验的要求调整信号发生器，产生频率大概在35KHz左右，幅度为5V 的一个正弦信号。由于本实验测声速的方法需要通过换能器（压电陶瓷）共振把电信号转为声信号,然后再转为电信号进行的,所以在开始测量前需要调节信号的频率为换能器的共振频率。在寻找共振频率时，通过调节信号发生器的微调旋钮,观察示波器上信号幅度是否为最大来逐步寻找的。 (3）超声速测定仪的使用 在超声速测定仪中，左边的换能器是固定的，右边的换能器是与游标卡尺的滑动部分连接在一起的。这样，左右换能器间的距离就可以通过游标卡尺来测量出来，在上图的下半部分是一个放大的游标卡尺的读数图. 3．实验内容 寻找到超声波的频率（就是换能器的共振频率)后,只要测量到信号的波长就可以求得声速.我们采用驻波法和相位比较法来测量信号波长： （1）驻波法 信号发生器产生的信号通过超声速测定仪后，会在两个换能器件之间产生驻波。改变换能器之间的距离（移动右边的换能器）时，在接收端(把声信号转为电信号的换能器）的信号振幅会相应改变。当换能器之间的距离为信号波长的一
大学物理仿真实验报告 实验目的 利用气垫导轨研究一维碰撞的三种情况，验证动量守恒和能量守恒定律， 定量研究动量损失和能量损失在工程技术中有重要意义。 同时通过实验还可提高误差分析的能力。 实验原理 如果一个力学系统所受合外力为零或在某方向上的合外力为零，则该力学系统总动量守恒或在某方向上守恒，即 实验中用两个质量分别为m1、m2的滑块来碰撞（图1），若忽略气流阻力，根据动量守恒有 对于完全弹性碰撞，要求两个滑行器的碰撞面有用弹性良好的弹簧组成的缓冲器，我们可用钢圈作完全弹性碰撞器；对于完全非弹性碰撞，碰撞面可用尼龙搭扣、橡皮泥或油灰；一般非弹性碰撞用一般金属如合金、铁等，无论哪种碰撞面，必须保证是对心碰撞。 当两滑块在水平的导轨上作对心碰撞时，忽略气流阻力，且不受他任何水平方向外力的影响，因此这两个滑块组成的力学系统在水平方向动量守恒。由于滑块作一维运动，式（2）中矢量v可 改成标量，的方向由正负号决定，若与所选取的坐标轴方向相同则取正号，反之，则取 负号。 完全弹性碰撞 完全弹性碰撞的标志是碰撞前后动量守恒，动能也守恒，即 由（3）、（4）两式可解得碰撞后的速度为
如果v20=0，则有 动量损失率为 能量损失率为 理论上，动量损失和能量损失都为零，但在实验中，由于空气阻力和气垫导轨本身的原因，不可能完全为零，但在一定误差范围内可认为是守恒的。 完全非弹性碰撞 碰撞后，二滑块粘在一起以10同一速度运动，即为完全非弹性碰撞。在完全非弹性碰撞中，系统动量守恒，动能不守恒。 在实验中，让v20=0，则有 动量损失率 动能损失率
一般非弹性碰撞 一般情况下，碰撞后，一部分机械能将转变为其他形式的能量，机械能守恒在此情况已不适用。牛顿总结实验结果并提出碰撞定律：碰撞后两物体的分离速度与碰撞前两物体的接近速度成正比，比值称为恢复系数，即 恢复系数e由碰撞物体的质料决定。E值由实验测定，一般情况下0
福建工程学院 实验报告 专业：通信工程 班级：1002 座号：3100205219 姓名：郑智勇 日期：2011-10-20
凯特摆测量重力加速度 实验目的： 1. 学习凯特摆的实验设计思想和技巧。 2. 掌握一种比较精确的测量重力加速度的方法。 3. 利用凯特摆测量重力加速度的方法 实验内容： 一．实验原理 图一是复摆的示意图，设一质量为m 的刚体，其重心G 到转轴Ｏ的距离为h ，绕O 轴的转动惯量为I ，当摆幅很小时，刚体绕O 轴摆动的周期T 为 mgh I T π2= （1） 式中g 为当地的重力加速度。 设复摆绕通过重心G 的轴的转动惯量为I G ，当G 轴与O 轴平行时，有 2 mh I I G += （2） 代入式（1）得 mgh mh I T G 2 2+=π （3） 对比单摆周期的公式g l T π2=，可得 mh mh I l G 2 += （4） l 称为复摆的等效摆长。因此只要测出周期和等效摆长便可求得重力加速度。 复摆的周期我们能测得非常精确，但利用mh mh I l G 2 +=来确定l 是很困难的。因为重心G 的位置不易测定，因而重心G 到悬点O 的距离h 也是难以精确测定的。同时由于复摆不可能做成理想的、规则的形状，其密度也难绝对均匀，想精确计算I G 也是不可能的。我们利用复摆上两点的共轭性可以精确求得l 。在复摆重心G 的两旁，总可找到两点
O和O’，使得该摆以O悬点的摆动周期T1与以O’为悬点的摆动周期T2相同，那么可以证明' OO就是我们要求的等效摆长l。 图一复摆示意图图二凯特摆摆杆示意图图二是凯特摆摆杆的示意图，对凯特摆而言，两刀口间的距离就是该摆的等效摆长l。在实验中当两刀口位置确定后，通过调节A、B、C、D四摆锤的位置可使正、倒悬挂时的摆动周期T1和T2基本相等，即T1≈T2。由公式（3）可得 1 2 1 1 2 m gh m h I T G + =π （5） 2 2 2 2 2 m gh m h I T G + =π （6）其中T1和h1为摆绕O轴的摆动周期和O轴倒重心G的距离。当T1≈T2时，h1+h2=l即为等效摆长。由式（5）和（6）消去I G，可得 ()b a l h T T l T T g + = - - + + = 1 2 2 2 1 2 2 2 1 2 2 2 2 4π （7）式中，l、T1、T2都是可以精确测定的量，而h1则不易测准。由此可知，a项可以精确求得，而b项不易精确求得。但当T1＝T2以及l h- 1 2的值较大时，b项的值相对a项是非常小的，这样b项的不精确对测量结果产生的影响就微乎其微了。 二．实验内容 1．实验仪器 本实验装置包括凯特摆、光电探头和多用数字测试仪。 实验中将光电探头放在摆杆下方，调整它的位置和高度，让摆针在摆动时经过光电探测器。电信号由B插口输入到数字测试仪中，数字测试仪的功能选择旋钮放在“振动计数”档，时标旋钮放在“0.1ms”档，计停开关置于“停止”，然后接通电源。
学院数统学院专业信计21 姓名倪皓洋学号 2120602015 实验名称：刚体的转动惯量 一实验简介： 在研究摆的中心升降问题时，惠更斯发现了物体系的重心与后来欧勒称之为转动惯量的量。转动惯量是表征刚体转动惯性大小的物理量，它与刚体的质量、质量相对于转轴的分布有关。 二实验目的： 1.用实验方法验证转动惯量，并求转动惯量。 2.观察转动惯量与质量的分布关系。 3.学习作图的曲线改直法，并由作图法处理实验数据。 三实验原理： 1. 刚体的转动定律 具有确定转轴的刚体，在外力矩作用下，将获得较加速度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 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 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=at2/2。刚体收到张力的力矩为T r和轴摩擦力力矩M f。由转动定律可得到刚体的转动运动方程：T r--M f=I β。绳与塔轮间无相对滑动时有a =rβ，上述四个方程得到： m(g - a)r - Mf = 2hI/rt2 (2） M f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< 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： A．作m – 1/t2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： M = K1/ t2 (4) 式中K1 =2hI/ gr2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/t2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。 从m – 1/t2图中测得斜率K1，并用已知的h、r、g值，由K1 =2hI/gr2求得刚体的I。 B．作r – 1/t图法：配重物的位置不变，即选定一个刚体，取砝码m和下落高度h为固定值。将式（3）写为： r = K2/ t （5） 式中K2 = (2hI/ mg)1/2是常量。上式表明r与1/t成正比关系。实验中换用不同的塔轮半径r，测得同一质量的砝码下落时间t，用所得一组数据作r－1/t图，应是直线。即若所作图是直线，便验证了转动定律。 从r－1/t图上测得斜率，并用已知的m、h、g值，由K2 = (2hI/ mg)1/2求出刚体的I。 四实验仪器： 刚体转动仪，滑轮，秒表，砝码 其中刚体转动仪包括： A.、塔轮，由五个不同半径的圆盘组成。上面绕有挂小砝码的细线，由它对刚体施加外力矩。 B、对称形的细长伸杆，上有圆柱形配重物，调节其在杆上位置即可改变转动惯量。与A和配重物构成一个刚体。 C.、底座调节螺钉，用于调节底座水平，使转动轴垂直于水平面。 此外还有转向定滑轮，起始点标志，滑轮高度调节螺钉等部分 。 双击刚体转动仪底座下方的旋钮，会弹出底座放大窗口和底座调节窗口，在底座调节窗口的旋钮上点击鼠标左、右键，可以调整底座水平。在底座放大窗口上单击右键可以转换视角。（如下图） 一.ball.m clear vx=input('please input the speed ration of Vx and Vi:'); k=input('coefficient of rebound(<1):'); if k>=1 return,end tm=(1+k)/(1-k); xm=vx*tm; figure plot([0,xm],[0,0],'LineWidth',3) grid on axis equal axis([0,xm,0,1]) title('Trajectoey of ball','FontSize',16) xlabel('horizontal distance(m)','FontSize',16) ylabel('Vertical height(m)','FontSize',16) dt=0.001; tm=1; t=0:dt:tm; x=2*vx*t; y=1-t.^2; i=0; hold on while tm>0.01 comet(x,y) plot(x,y,'LineWidth',2) i=i+1; tm=2*k.^i; t=0:0.001:tm; x=x(end)+2*vx*t; y=2*k^i*t-t.^2; end 二.collision.m clear m=0:0.5:2; n=length(m); theta=0:5:90; th=theta*pi/180; [M,TH]=meshgrid(m,th); PHI=2*asin(sin(TH/2)./(1+M))*180/pi; figure(1) plot(theta,PHI(:,1),'o-',theta,PHI(:,2),'s-',theta,PHI(:,3),'d-',... theta,PHI(:,4),'p-',theta,PHI(:,5),'h-') xlabel('\it\theta\rm/\circ','FontSize',16) ylabel('\it\phi\rm/\circ','FontSize',16) title('Angle of ball and object','FontSize',16) grid on legend([repmat('Ratio of mass\itM/m\rm=',n,1),num2str(m')],2) DE=M./(1+M).*(1-cos(TH)); figure(2) plot(theta,DE(:,1),'o-',theta,DE(:,2),'d-',theta,DE(:,3),'s-',... theta,DE(:,4),'p-',theta,DE(:,5),'h-') xlabel('\it\theta\rm/\circ','FontSize',16) ylabel('\Delta\itE/mgl','FontSize',16) title('Mechanical Energy','FontSize',16) grid on legend([repmat('Ration of mass\itM/m\rm=',n,1),num2str(m')],2) 三.niudunhuan.m clear rm=5; r=-rm:0.01:rm; [X,Y]=meshgrid(r); R=sqrt(X.^2+Y.^2); 物理仿真实验氢氘光谱拍摄实验报告范本 一、实验目的 1．掌握氢氘光谱各谱线系的规律，即计算氢氘里德伯常数RH，RD的方法。 2．掌握获得和测量氢氘光谱的实验方法。 3．学习光栅摄谱仪的运行机理，并学会正确使用。 二、实验仪器及其使用方法 WPS-1自动控制箱，光源：铁电极。电弧发生器，光源：氢氘放电管。中间光阑，哈德曼光阑，摄谱窗口。 平面光栅摄谱仪是以平面衍射光栅作为色散元件的光谱仪器。它的光学系统用Ebert-Fastie装置（垂直对称式装置），其光学系统如图2所示。由光源B(铁电极、氢氘放电管)发射的光，经过消色差的三透镜照明系统L均匀照明狭缝S，再经反射镜P折向球面反射镜M下方的准光镜O1上，经O1反射，以平行光束射到光栅G上，经光栅衍射后，不同方向的单色光束射到球面反射镜的中央窗口暗箱物镜O2处，最后按波长排列聚焦于感光板F上，旋转光栅G，改变光栅的入射角，便可改变拍摄谱线的波段范围和光谱级次。这种装置的入射狭缝S和光谱感光板是垂直平面内对称于光栅G放置的，由于光路结构的对称性，彗差和像散可以矫正到理想的程度，使得在较长谱面范围内，谱线清晰、均匀。同时由于使用球面镜M同时作为准直物镜和摄谱物镜，因此不产生色差，且谱面平直。使用摄谱仪做光谱实验时必须注意以下事项： （1）摄谱仪为精密仪器，使用时要注意爱护。尤其是狭缝，非经教师允许，不可以随意调节各旋钮，手柄均应轻调慢调，旋到头时不能再继续用力，不要触及仪器的各光学表面； （2）燃电弧时，注意操作安全。电弧利用高频高压，点燃后不要用手触及仪器外壳；更换电极时要切断高压电，用绝缘性能好的钳子或手套来更换；电弧有强紫外线辐射，使用时要戴防护眼镜； （3）铁弧电极上不能有氧化物，应经常磨光，呈圆锥形；调节两电极头之间的距离，注意电极头成像不要进入中间光阑。 三、实验原理 巴尔末总结出来的可见光区氢光谱的规律为： （n = 3，4，5 ……） 式中的B=364.56nm。此规律可改写为： 式中的为波数，为氢的里德伯常数（109 678cm）。 根据玻尔理论或量子力学中的相关理论，可得出对氢及类氢离子的光谱规律为： 其中，和为整数，z为该元素的核电荷数，相应元素的里德伯常数为： 其中，m和e为电子的质量和电荷，c是真空中的光速，h为普朗克常数，M为原子核的质量。显然，随元素的不同R应略有不同，但当认为M→∞时，便可得到里德伯常量为： 这与玻尔原子理论（即电子绕不动的核运动）所推出的R值完全一样。现在公认的 物理仿真实验 姓名：索玉昌 班级：信息54 学号：2150508187 实验名称：不良导体热导率的测量 一、实验目的 1、学会用稳态平板法测定不良导体的导热系数； 2、学会用作图法求出冷却速率。 二、仪器用具及使用方法 仪器：自耦调压器,数字电压表,杜瓦瓶,游标卡尺,电子秒表。 使用方法： （1）开始实验后，从实验仪器栏将橡胶盘、电子秒表和游标卡尺拖至实验台上。 （2）测量铜盘、橡胶盘的直径及厚度并记录到实验表格中。（3）将橡胶盘拖至主仪器的支架上 (4) 连接好线路，调节自耦调压器，开始加热。 (5) 移走橡胶盘，加热铜盘A、C。 (6) 移走上铜盘，让下铜盘独立散热。 (7) 记录数据。 三、测量内容及数据处理 测量铜盘直径（单位：mm） 测量铜盘厚度（单位：mm） 测量橡胶盘直径（单位：mm） 测量橡胶盘厚度（单位：mm） 厚度 7.86 7.86 7.86 7.86 A 盘加热到平衡温度时的温差电动势的绝对值: 3.25mv C 盘加热到平衡温度时的温差电动势的绝对值： 2.35mv C 盘降温过程中不同时刻温度对应的温差电动势（每隔30s 记录一次）： 测量次数 1 2 3 4 5 6 电压(mv) 2.77 2.72 2.68 2.63 2.59 2.54 7 8 9 10 11 12 13 2.49 2.45 2.41 2.36 2.32 2.28 2.24 由逐差法可得 散热盘散热速率测定：0.0015（mv/s ） 由导热系数的公式： λ=0.151)(k m w （3） 由题意可知， 0357.0=?=dt dmv dmv dT dt dT 。 （4）由逐差法求得的 dt dT 与线性拟合出的数据均为0.0357， 误差为0%，故橡胶盘的热导系数为0.151)(k m w ? 四、小结 结论：橡胶盘的热导系数为0.151)(k m w ?，dt dT =0.0357，冷却速 率误差为0。 误差分析：（1）仪器误差使得测量不精确 （2）游标卡尺读数误差 建议：用更精确的仪器或者等仪器稳定后读数，多次测量取平均 值。 五、思考题matlab实现简单物理实验模拟
【实验报告】物理仿真实验氢氘光谱拍摄实验报告范本
物理仿真实验 (2)
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