测量冰的溶解热实验的误差分析与改进
（北京航空航天大学 xxxxxxx xxxxxxxx）
摘要: 本文对测量冰的溶解热实验进行了探讨，对实验误差进行了定量分析，并提出了实验的改进方法，总结了实验中的教训，表达了此次试验的感想和收获。
关键词：冰的溶解热；误差分析；改进
1. 实验目的
1.熟悉热学实验中的基本问题——量热和计温；
2.学习进行散热修正的方法——牛顿冷却定律法；
3.了解热学实验中合理安排实验和选择参量的重要性；
4.熟悉热学实验中基本仪器的使用。
2. 实验原理
2.1一般概念
本实验用混合量热法来测定冰的熔解热。其基本做法是：把待测的系统A和一个已知其热容的系统B混合起来，并设法使它们形成一个与外界没有热量交换的孤立系统C （C=A+B），这样A（或B）所放出的热量，全部为B(或A)所吸收，因为已知热容的系统在实验过程中所传递的热量Q，是可由其温度的改变Tδ和热容C。计算出来的，即Q=C sδT。
2.2装置简介
为了使实验系统（包括待测系统与已知其热容的系统）成为一个孤立系统，本实验采用了量热器。
量热器由良导体做成的内筒放在一较大的外筒中组成。通常在内筒中放水、温度计及搅拌器，它们（内筒、温度计、搅拌器及水）连同放进的待测物体就构成了我们所考虑的（进行实验的）系统。
内筒置于一绝热架上，外筒用绝热盖盖住，因此空气与外界对流很小，又因空气是不良导体，所以内、外筒靠传导方式传递的热量同样可以减至很小，同时由于内筒的外壁及外筒的内外壁都电镀的十分光亮，使得它们发射或吸收辐射热的本领变得很小，于是实验系统和环境之间因辐射而产生的热量传递也得以减小，这样的量热器就可以使实验系统粗略地接近于一个孤立系统了。
2.3实验原理
若有质量为M,温度为T
1的冰（在实验室环境下其比热容为c
1
，熔点为T
），与质量为
m，温度为T
2的水（比热容为c
）混合，冰全部溶解为水后的平衡温度为T
3
，设量热器的
内筒和搅拌器的质量分别为m
1、m
2
，比热容分别为c
1
、c
2
，温度计的热容为m
δ。如果
实验系统为孤立系统，将冰投入盛水的量热器中，则热平衡方程式为
c 1M(T
-T
1
)+ML+c
M(T
3
-T
)=(c
m+c
1
m
1
+c
2
m
2
+m
δ)(T
2
-T
3
)（4.5.1）图 1 量热器示意图
式中，L 为冰的熔解热。
在本实验条件下，冰的熔点也可认为是0℃，即T 0=0℃,所以冰的熔解热为 L=
M
1
(c 0m+c 1m 1+c 2m 2+m δ)(T 2-T 3)-c T 3+c I T 1 （4.5.2） 2.4牛顿冷却定律法
一个系统的温度如果高于环境温度它就要散失热量。实验证明，当温度差相当小时（例如不超过10—15℃），散热速率与温度差成正比，此即牛顿冷却定律，用数学形式表示可写成
θ)K(T δt
δq
-= （4.5.3） 式中，q δ是系统散失的热量；t δ是时间间隔；K 是散热常数，与系统表面积成正比，并随表面的吸收或发射辐射热的本领而变，T 、θ分别是所考虑的系统及环境的温度；t
q
δδ称为散热速率，表示单位时间内系统散失的热量。
根据牛顿冷却定律来粗略修正散热。已知当T>θ时，
t
q
δδ>0，系统向外散热；当T<θ时，t
q
δδ<0，系统从环境吸热。可以取系统的初温T 2>θ,终温T 3<θ,以设法使整个实验过程中系统与环境间的热量传递前后彼此相抵消。
下面介绍一种根据牛顿冷却定律粗略修正散热的方法。已知当T>θ时，t
q
δδ>0，系统向外散热；当T<θ时，
t
q
δδ<0，系统从环境吸热。可以取系统的初温T 2>θ,终温T 3<θ,以设法使整个实验过程中系统与环境间的热量传递前后彼此相抵消。
考虑到实验的具体情况，刚投入冰时，水温高，冰的有效面积大，溶解快，因此系统表面温度T （即量热器中的水温）降低较快；随后，随着冰的不断熔化，冰块逐渐变小，水温逐渐降低，冰溶解变缓，水温的降低也就变慢起来。量热器中水温随时间的变化曲线如图 2 系统散热修正所示。
图 2 系统散热修正
根据式（4.5.3），实验过程中，即系统温度从T 2变为T 3这段时间（t 2—t 3）内系统与环境间交换热量为
q = K T ?θ dt t 3t 2
=K T ?θ dt t θt 2
+K T ?θ dt t 3
t θ
前一项T-θ>0，系统散热，对应于图中面积S A =?-θθt t T 2
)(dt ；
后一项T-θ<0,系统吸热，对应于面积S B =
?
-3
)(t t T θ
θdt 。不难想见，面积S A 与系统向外界散失的热量成正比，即q 散
=KS A ；而面积S B 与系统从外界吸收的热量成正比，即q 吸=KS B ，K 是散热常数。因此，只要使S A ≈S B ，系统对外界的吸热和散热就可以相互抵消。
要使S A ≈S B ，就必须使（T 2-θ）>（θ-T 3），究竟T 2和T 3应取多少，或（T 2-θ）：（θ-T 3）应取多少，要在实验中根据具体情况选定。
上述这种使散热与吸热相互抵消的做法，不仅要求水的初温比环境温度高，末温比环境温度低，而且对初温、末温与环境温度相差的幅度要求比较严格，往往经过多次试做，效果仍可能不理想。
下面介绍另一种方法：
2
3
T 3
T 2
θ
θ
图 3 散热修正方法
如图 所示，在t=t 2时投入冰块，在t=t 3时冰块熔化完毕。在投入冰块前，系统的温度
沿T ''2T 2变化；在冰块熔化完毕后，系统温度沿T 3T ''3变化。T '
'2T 2和T 3T '
'3实际上都很接近直线。作T ''2T 2的延长线到T '2，作T 3T ''3的延长线到T '3，连接T '2T '3，使T '
2T '3与T 轴平行，且使面积S 1+S 2=S 3，用T '
2代替T 2，用T '3代替T 3，代入公式（4.5.2）求L ，就
得到系统与环境没有发生热量交换的实验结果。
实际的温度变化本来是T '
'2T 2T 4T 3T 3，在冰块投入到冰块熔化完毕的过程中，系统散失的热量相当于面积S 4，从环境吸收的热量相当于面积S 2+S 5，综合两者，系统共吸收的热量相当于面积S=S 2+S 5-S 4。
在用T '2代替T 2、用T '3代替T 3后，得到另一条新的温度曲线T ''2T 2T '
2T '3T 3T ''3。在从
冰块投入到冰块熔化完毕的过程中，系统散失的热量相当于面积S 1+S 4，从环境吸收的热量相当于面积S 3+S 5。综合两者，系统共吸收的热量相当于面积S '
=S 3+S 5-S 1-S 4。因为作图时已使S 1+S 2=S 3，所以有S '
=S 。这说明，新的温度曲线与实际温度曲线是等价的。
新的温度曲线的物理意义是，它把系统与环境交换热量的过程与冰熔化的过程分割开来，
从T 2到T '2和从T '3到T 3是系统与环境交换热量的过程，从T '
2到T '3是冰熔化的过程。由于冰熔化的过程变为无限短，自然没有机会进行热量交换，因而从T '
2到T '3，便仅仅是由于冰
的熔化而引起的水温变化。
t 2
3
T"
量热器、电子天平、温度计、数字三用表、冰、水桶、停表、干拭布等。
4.实验步骤
4.1合理选择实验参量
根据冰块大小选择2-4块。
一般选择水的初温T2高于环境温度θ10~15摄氏度。
水可取量热器内筒的1/2~2/3进行试探性实验。
4.2记录有关常数
称量各种质量。
4.3测定实验过程中系统温度随时间的变化
①每隔一定时间测系统温度，作T—t图。
测冰的溶解曲线时，约隔15s测一个点；测降温曲线和升温曲线时，时间间隔为1min。
②实测系统的散热常数K——量热器盛适量水，水温比环境温度低5—10℃，测量系统温度随时间的变化。
4.4数据处理
①用第二种散热修正方法，作图求出初、末温度的修正值，并算出冰的熔解热L。
②由测量数据估算系统的散热常数K。
5.数据记录与处理
5.1相关常数
内筒和搅拌器质量m
1+m
2
=137.87g
内筒、搅拌器和水的质量m1+m2+m0=320.21g
内筒、搅拌器、水和冰的质量m1+m2+m0+M=351.35g
内筒和搅拌器的比热容c
1=c
2
=0.389×103J/(kg﹒K)
冰的比热容（-40—0℃时）为c
I
=1.80×103J/(kg﹒K)
水的比热容为c
=4.18×103J/(kg﹒K)
忽略温度计的热容m
冰的温度为T1=-21℃
环境温度的电阻值1.0926kΩ
环境温度θ=23.779℃
=180.34g
水的质量m
冰的质量M=31.14g
5.2数据列表Array
5.3数据处理
5.3.1 C语言程序（解一元二次方程）
#include
#include
int main()
{
double a=(-5.80195e-7),b=3.90802e-3,c=0,d,delt,x1,x2;
int k; //循环标志
do
{
printf("输入电阻值（单位：kΩ）:");
scanf("%lf",&d);
c=1-d;
delt = b*b-4*a*c;
x1 = (-b+sqrt(delt))/(2*a);
x2 = (-b-sqrt(delt))/(2*a);
printf("温度为：%lf℃\n",x1);
printf("继续？（1继续，0退出）");
scanf("%d",&k);
} while(k==1);
}
图 4 C语言运行界面5.3.2第一种散热修正方法：
T2=30.099℃；T3=19.71℃；
∴L=1
c0m+c1m1+c2m2T2′?T3′?c0T3′+c2T1=1.5×105J/kg
经查阅资料冰的溶解热约为3.34×105J/kg，得到误差为
|3.34?1.5|
×100%=55.1%误差很大
5.3.3第二种散热修正方法：
在坐标纸上作图：
由图知：T2′=36.90℃，T3′=19.62℃
∴L=1
c0m+c1m1+c2m2T2′?T3′?c0T3′+c2T1=3.25×105J/kg
误差为
|3.34?3.25|
×100%=2.7%
远远小于第一种散热方法得到的误差。 附：
图5 Excel 的散热修正图
5.3.4估算系统的散热常数K ：
在曲线T 3′T 3"
上取距离较远的两点T 11（450,19.80），T 22（805,20.30），由
θ)K(T δt
δq
-=得
K =c 0 M +m 0 +1ln T 22?θ
11=?0.334385J/（S ·K ）
6.误差分析 6.1定量分析
6.1.1由冰上带水引起误差
从冰柜取冰块至冰块加入量热器的过程中，冰块表面有一部分会熔化，冰上带水对误差的作用主要相当于冰质量的增大，设冰上带水0.5g ，利用文章刚开始给出的一般数值，可得由?M 引起的误差为
?L 1=
12 c 0m +c 1m 1+c 2m 2 T 2′?T 3′ ?M =7.20×103J/（S ·K ） 6.1.2量热器或者搅拌器里本身带有水引起误差
量热器里本身带有水引起误差的实际效果主要相当于水质量m 的减少以及量热器和搅拌器m 1+m 2的增大，设量热器或者搅拌器带水的质量?m=0.5g ，利用文章刚开始给出的一般数值，可得由?m 引起的误差为
?L2=c0
(T2′?T3′)?m
2
+
c1
T2′?T3′?(m1+m2)
2
=1.16×103J/（S·K）
经以上两项误差分析，可知冰的溶解热应为
L′=L+?L1+?L2=3.33×105J/kg
此时误差为
|3.34?3.33|
3.34
×100%=0.3%
可以看到误差大大减小。
6.2其他误差
1.搅拌过程中把水溅到量热器的盖子上；
2.搅拌不够均匀，导致温度的测量不准确；
3.读数时存在偏差，未卡在时间点上；
4.作图法不够精确，导致T2′和T3′的数据不准确；
5.加冰块时记录数据的时间有一定偏差。
6.实验中用手去把握量热器的任何部分；
7.在阳光的直接照射下或空气流动太快的地方（如通风过道、风扇旁边）进行实验；冬天在火炉或暖气旁做实验等。
7. 改进方法
1.实验室可提供毛巾，在称量量热器和搅拌器的质量前将量热器和搅拌器擦干。
2.冰箱离实验台较远，因而加冰前和加冰后不能及时读数，致使误差较大。考虑到实验室不可能给每个实验台配备小型冰柜，所以考虑用0℃的冰来做实验。制备0℃冰的方法如下：给每个实验台配备一个保温桶，设置冰柜的冰温度为-8℃~-5℃，将从冰柜中取出的冰块放置于盛有适量水的保温桶中，使桶内成为冰水混合物。在加冰之前用毛巾将冰块迅速擦干。如此，就用较低的成本解决了冰箱离实验台较远取冰时造成的误差以及冰上带水的误差。
3.放冰块时杯中热水的温度仍旧高于室温，如此大幅度地打开杯子盖子会造成杯中热量的散失，对流现象明显，孤立系统很难再满足条件。可以将将杯盖改装成绕中轴旋的盖子，然后在边缘加一橡胶圈起固定作用。此种改进方法近似于翻盖式的垃圾桶，投冰时免去了手动打开合上盖子的过程，大大缩短了操作时间和此过程中的热量散失。
8. 实验总结
总体来说，测量冰的溶解热这个实验相比于其他实验操作简单，用时较短。但是在做实
验的过程中，有很多同学经常因为参量选择不合理或者操作失误，测不出升温曲线或降温曲线，导致重复做这个实验2-3次，花费了大量时间。
我在做这个实验的时候，幸运地一次就成功了，以下是我的经验总结：
1.由于系统与外界温度差越大时，在它们之间传递热量越快，而且时间越长，传递的热量越多，因此在进行量热实验时，要尽可能使系统与外界温度差小，并尽量使实验过程进行得迅速。而且该实验要求1min记一次数据，在冰溶解过程中更要求15s记一次数据，边观察数据边记录边搅拌，经常使人手忙脚乱。因此必须对该实验做好充分的预习，老师讲解时也务必仔细地听，清楚地知道每一步要做什么，要测哪些数据，要注意哪些事项，这样的话在做实验的时候就不会太过慌乱。
2.实验前一定要先测量环境温度，根据环境温度的电阻值对照表估算环境温度，然后再对照表找出比环境温度高10~15℃以及比环境温度低10~15℃的电阻值范围，记在纸上，这样的话就清楚地知道自己需要多高温度的水以及实验完温度应该为多高，心里就有底了。
3.参量的选择十分重要，初始温度要高于环境温度10~15℃，水取量热器内筒的1/2~2/3，冰不可太多也不可太少，一定要有升温曲线和降温曲线。
4.不要忘记搅拌，搅拌也不可过猛，搅拌太用力可能会使水溅出来。
5.数字三用表持续用15min后会关一次机，所以在测量数据的间隙可以偶尔重启一下数字三用表，以防在读取数据时数字三用表突然关机。
在做这个实验的时候，我们掌握了热学实验的一些基本原理和一些基本仪器操作和使用的方法，同时也掌握了进行散热修正的方法——牛顿冷却定律法。
这次实验让我的收获很大，让我对热学实验有了更深刻的认识。同时，实验中发现问题和解决问题的过程也培养了我们的能力，让我们能够更好的面对以后的实验和在学习上遇到的问题。
9. 实验感想
在这一学期里，我先后做过1011，1021，1031，1041，1051，1061，1071，1091的实验，基本对各类实验都有所接触。通过做这些实验，我明显感觉到我的动手能力逐步增强，数据处理也越来越熟练，做实验的心态也由刚开始的不知所措、慌张转为淡然处之。
学期刚开始时，预习时抓不住重点，实验数据也处理得十分艰难，在实验时碰到不熟悉的仪器会很慌张。做过几次实验后，懂得了在物理网站上提前下课件预习，碰到难做的实验会提前预约，在做实验前会在网上看实验的视频，做好充分准备后，再做实验就很享受做实验的过程了。在绪论考试过后，对实验数据的处理也更为清楚明白，再处理起实验数据来就
得心应手了。
在这学期中，我学会了分光仪、示波器、电位差计、迈克尔逊干涉仪、检流计等仪器的使用方法，掌握了逐差法、一元线性回归、图示法等处理数据的方法，学习了力学、热学、电学、光学实验的基本原理，提升了我的动手能力和解决问题、分析问题的能力，收获颇丰。
参考文献
[1] 李朝荣, 徐平, 唐芳,等. 基础物理实验[M]. 北京航空航天大学出版社, 2010.
[2] 王宝升, 王维理, 张爱军,等. 用混合量热法测冰熔解热系统误差剖析[J]. 大学物理实验, 1997(3):54-56.
[3] 罗湘南, 唐建锋. 冰熔解热不确定度分析及实验设计[J]. 科技信息, 2010(6):108-108.
后附原始数据图：
北京航空航天大学物理研究性实验报告 分光仪的调整及其应用 第一作者：所在院系：就读专业：第二作者：所在院系：就读专业：
目录 目录 一.报告简介 (1) 二.实验原理 (1) 实验一.分光仪的调整 (1) 实验二.三棱镜顶角的测量 (3) 实验三.最小偏向角法测棱镜折射率 (1) 二．实验仪器 (1) 三.实验主要步骤 (2) 实验1.分光仪的调整 (2) 1.调整方法 (2) 2.要求 (4) 实验2.三棱镜顶角的测量 (4) 1.调整要求 (4) 2.实验操作 (5) 实验3.棱镜折射率的测定（最小偏向角法） (6) 四.实验数据记录 (6) 五.数据处理 (7) 实验2.反射法测三棱镜顶角 (7) 实验3.最小偏向角法测棱镜折射率 (7) 六.误差分析 (8) 七.分析总结 (8) 八.实验改进 (9) 九.实验感想 (10) 十.参考文献及图片附件： (11)
一.报告简介 本报告以分光仪的调整、三棱镜顶角和其折射率的测量为主要内容，先介绍了实验的基本原理与过程，而后进行了数据处理与不确定度计算。并以实验数据对误差的来源进行了分析。同时还给出了调节分光仪的经验总结与方法，并对现有实验仪器和试验方法提出了改进的意见。 二.实验原理 实验一.分光仪的调整 分光仪的结构因型号不同各有差别，但基本原理是相同的，一般都由底座、刻度读数盘、自准直望远镜、平行光管、载物平台5部分组成。 1-狭缝套筒；2-狭缝套筒紧固螺钉；3-平行光管；4-制动架；5-载物台；6-载物台调平螺钉；7-载物台锁紧螺钉；8-望远镜；9-望远镜锁紧螺钉；10-阿贝式自准直目镜；11-目镜；12-仰角螺钉；13-望远镜光轴水平螺钉；14-支臂；15-望远镜转角微调螺钉；16-读数刻度盘止动螺钉；17-制动架；18-望远镜止动螺钉；19底座；20-转座；21-
物理实验绪论测试题1 一、单项选择题 1.某测量结果0.01010cm有（ b ）位有效数字。 A.3位 B.4位 C.5位 D.6位 2.已知常数e=2.718281828……，测量L=0.0023，N=2.73，则(e-L)/N=( c ) A.0.994 B.0.9949 C.0.995 D.1.00 3.物理量A=x+y x?y ，那末其相对不确定度为（ a ） A. 2 x2?y2 √x2u2(y)+y2u2(x) B.2 x2?y2 √x2u2(y)?y2u2(x) C.√u 2(x)+u2(y) (x+y)2 +u2(x)+u2(y) (x?y)2 D.√u 2(x)+u2(y) (x+y)2 ?u2(x)?u2(y) (x?y)2 4.用作图法处理数据时，为保证精度，至少应使坐标纸的最小分格和测量值的（ c ）相对 应。 A.第一位有效数字 B.第二位有效数字 C.最后一位有效数字 D.最后一位准确数字 二、填空题： 5.用计算器算出圆柱体的转动惯量J=645.0126g?cm2，平均值的不确定度为u(J)= 则J+u(J)=( ± )×102g?cm2 6.多量程电压表（1级，3- 7.5-15-30V）用于检测某电路两端的电压，如果用3V档去测3V 电压，其相对不确定度为。如果用7.5V档去测3V电压，其相对不确定度为。 三、多项选择题： 7.满足正态分布的物理量，下面的叙述哪些是正确的？abc A 做任何次测量，其结果有68.3%的可能性落在区间[A?δ,A+δ] B 设某次测量的结果为X i，则X i±δ(x)表示真值落在[X i?δ(x),X i+δ(x)]的概率为0.683 C X i±δ(x)与x±δ(x)的置信概率是相同的 D x±δ(x)的置信概率比X i±δ(x)的置信概率高 8.指出下列关于仪器误差的叙述哪些是错误的（按物理实验课的简化要求）bcd A.千分尺的仪器误差等于最小分度的一半 B.游标卡尺的仪器误差等于游标精度的一半 C.磁电式仪表的仪器误差=等级%×测量值 D.箱式电桥? 仪 =等级%(测量值+基准值) 四、计算题
实验三UC-OS移植实验 一、实验目的 在内核移植了uCOS-II 的处理器上创建任务。 二、实验内容 1．运行实验十，在超级终端上观察四个任务的切换。 2. 任务1~3，每个控制“红”、“绿”、“蓝”一种颜色的显示，适当增加OSTimeDly()的时间，且优先级高的任务延时时间加长，以便看清三种颜色。 3.引入一个全局变量BOOLEAN ac_key，解决完整刷屏问题。 4. #define rUTRSTAT0 (*(volatile unsigned *)0x50000010) #define RdURXH0（）(*(volatile unsigned char *)0x50000024) 当键盘有输入时在超级终端上显示相应的字符。 三、实验设备 硬件：ARM嵌入式开发平台、用于ARM920T的JTAG仿真器、PC机Pentium100以上。 软件：PC机操作系统Win2000或WinXP、ARM ADS1.2集成开发环境、仿真器驱动程序、超级终端通讯程序。 四、实验原理 所谓移植，指的是一个操作系统可以在某个微处理器或者微控制器上运行。虽然uCOS-II的大部分源代码是用C语言写成的，仍需要用C语言和汇编语言完成一些与处理器相关的代码。比如:uCOS-II在读写处理器、寄存器时只能通过汇编语言来实现。因为uCOS-II在设计的时候就己经充分考虑了可移植性，所以，uCOS-II的移植还是比较容易的。 要使uCOS一工工可以正常工作，处理器必须满足以下要求: 1）处理器的C编译器能产生可重入代码。 2）在程序中可以打开或者关闭中断。 3）处理器支持中断，并A能产生定时中断(通常在10Hz}1000Hz之间)。 4）处理器支持能够容纳一定量数据的硬件堆栈。 5）处理器有将堆栈指针和其它CPU寄存器存储和读出到堆栈(或者内存)的指
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北航基础物理实验研究性报告1051 电位差计及其应用 140221班 2015-12-13 第一作者:邓旭锋14021014 第二作者:吴聪14021011
目录 1.引言 (4) 2.实验原理 (5) 2.1补偿原理 (5) 2.2 UJ25型电位差计 (8) 3.实验仪器 (10) 4.实验步骤 (10) 4.1自组电位差计 (10) 4.2 UJ25型箱式电位差计 (11) 5.实验数据处理 (12) 5.1 实际测量Ex的大小 (13) 5.2 不确定度的计算 (13) 5.3 测量结果最终表述 (14) 5.4 实验误差分析 (14) 6.实验改进与意见 (14) 6.1 实验器材的改进 (8) 6.2 实验方法改进 (10) 6.3 实验内容的改进 (10)
7.实验感想与体会 (21) 【参考文献】 (24) 摘要:将电位差计实验中的补偿法原理应用于电学物理量的测量中，该方法可以用来精确测量电流、电阻、电压等电学量，也可以利用电位差计，获得比较精确的二极管伏安特性曲线可以避免了因电表的内阻而引起的测量误差。利用实验室现有仪器设计了一些切实可行的新实验。 关键字：电位差计；补偿法；UJ23型电位差计；电阻；系统误差。 1.引言 电位差计是电压补偿原理应用的典型范例，它是利用电压补偿原理使电位差计变成一内阻无穷大的电压表，用于精密测量电势差或者电压。同理，利用电流补偿原理也可以制作一内阻为零的电流表，用于电流的精密测量。 电位差计的测量精确度高，且避免了测量的接入误差，但它的操作比较复杂，也不易实现测量的自动化。在数字仪表迅速发展的今天，电压
第0页 本人声明 我声明，本论文为本人独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。 3903·2415 高等工程学院 李柏
第1页 晶体的电光效应的深入剖析 第一作者：李柏（自主独立完成） 摘要 本文基于作者在认真做过实验并对内容的深刻理解，旨在对该实验从原理到操作流程以及实验数据处理进行更加深入的剖析。 在正文的第一部分，本文从一名大二本科生的角度对实验原理进行了系统地重新表述，查阅资料并补充了部分《大学物理·光学》的必要知识（例如1/4玻片、单轴晶体的定义）力求让下一届的学生们能彻底理解原理部分，部分素材也可适当补充进新版的《物理实验》课本中。 在第二部分，本文细致地描述了实验操作的各个流程，从等高共轴的调节方法开始，给出了有理有据的调节方法，可以作为今后教师指导学生的基本判据。 在第三部分，本文重新安排了数据处理，采用了更加翔实的原始数据，但必须指出本文的缺陷：依然未能定量地得出产生误差的原因。 在第四部分，包含作者对试验中一些现象的理论层面的深入剖析，以及实验感想、建议等等。 最后的最后，是完成本文参阅资料的声明。 关键词：晶体电光效应电光调制大学物理实验论文测量半波电压
第2页 第一章：实验原理的重新表述 1.1电光效应与一次电光效应 晶体在外电场作用下折射率会产生变化，这种现象称为电光效应。这种效应由于n 随电场变化而变化时间极短，甚至能跟得上1010Hz的电场变化频率，故可制成响应迅速的各种光电设备（例如斩波器、激光测距仪）。仅仅在同一教室内的光纤陀螺寻北的陀螺仪中就有电光效应制成的元件，可见电光效应的广泛应用。 电场引起折射率变化可表示为n - n0 = aE0 + bE02+…… 由一次项aE0 引起的变化称为一次电光效应，也称泡耳克斯效应。一次效应又区分纵横方向，以加载电场的取向决定。本实验研究铌酸锂晶体的一次纵向电光效应。 光在晶体中传播时，在不平行于光轴方向上，由于e光和o光传播速度不同，而出现两个不同折射率的光的像，这种现象叫做双折射现象（图1-1）。只有一个光轴的晶体就叫单轴晶体，铌酸锂原本是单轴晶体，但晶体外加电场后，将变成双轴晶体，导致与双折射类似的结果，出射光可能为椭圆偏振光。 图1-1 双折射原理示意图 1.2电光调制 在无线电通信中，为了传递信息，总是通过表征电磁波特性的正弦波性质受传递信号控制来实现，这种控制过程被称作调制。接收时，逆过程则称为解调。本实验采用强
北航物理实验绪论测试题1 一、 单项选择题 1. 某测量结果0.01010cm 有（ B ）位有效数字。 A.3位 B.4位 C.5位 D.6位 2. 已知常数e=2.718281828……，测量L=0.0023，N=2.73，则(e-L)/N=( C ) A.0.994 B.0.9949 C.0.995 D.1.00 3. 物理量A=错误！未找到引用源。，那末其相对不确定度为（A ） A.错误！未找到引用源。 B.错误！未找到引用源。 C .错误！未找到引用源。 D.错误！未找到引用源。 4. 用作图法处理数据时，为保证精度，至少应使坐标纸的最小分格和测量值的（ C ）相 对应。 A.第一位有效数字 B.第二位有效数字 C.最后一位有效数字 D.最后一位准确数字 二、填空题： 5. 用计算器算出圆柱体的转动惯量J=645.0126错误！未找到引用源。，平均值的不确定度为 u(J)= ：6.5、0.2 6：0.0058 7：ABC 8：BCD 则J+u(J)=( 6.5 0.2 )错误！未找到引用源。 6. 多量程电压表（1级，3- 7.5-15-30V ）用于检测某电路两端的电压，如果用3V 档去测3V 电压，其相对不确定度为 0,0058 。如果用7.5V 档去测3V 电压，其相对不确定度为 。 三、多项选择题： 7. 满足正态分布的物理量，下面的叙述哪些是正确的？ A 做任何次测量，其结果有68.3%的可能性落在区间错误！未找到引用源。内 B 设某次测量的结果为错误！未找到引用源。，则错误！未找到引用源。表示真值落在错误！未找到引用源。的概率为0.683 C 错误！未找到引用源。与错误！未找到引用源。的置信概率是相同的 D 错误！未找到引用源。的置信概率比错误！未找到引用源。的置信概率高 8. 指出下列关于仪器误差的叙述哪些是错误的（按物理实验课的简化要求） A.千分尺的仪器误差等于最小分度的一半 B.游标卡尺的仪器误差等于游标精度的一半 C.磁电式仪表的仪器误差=等级%×测量值 D.箱式电桥错误！未找到引用源。=等级%(测量值+基准值) 四、计算题 9. 弹簧振子的周期T 与质量m 的关系为错误！未找到引用源。。其中错误！未找到引用源。
光电子技术实验报告
实验五光电池特性实验 一．实验目的： 1．学习掌握硅光电池的工作原理。 2．学习掌握硅光电池的基本特性。 3．掌握硅光电池基本特性测试方法。 二．实验原理： 光电池是一种不需要加偏置电压就能把光能直接转换成电能的ＰＮ结光电器件，按光电池的功用可将其分为两大类：即太阳能光电池和测量光电池，本仪器用的是测量用的硅光电池，其主要功能是作为光电探测，即在不加偏置的情况下将光信号转换成电信号。 图（20）图（21）如图（20）所示为2DR型硅光电池的结构，它是以P型硅为衬底（即在本征型硅材料中掺入三价元素硼或镓等），然后在衬底上扩散磷而形成N型层并将其作为受光面。如图（21）所示当光作用于PN结时，耗尽区内的光生电子与空穴在内建电场力的作用下分别向N区和P区运动，在闭合电路中将产生输出电流IL,且负载电阻RL上产生电压降为U。显然，PN结获得的偏置电压U与光电池输出电流IL与负载电阻RL有关，即U=IL?RL，当以输出电流的IL为电流和电压的正方向时，可以得到如图（22）所示的伏安特性曲线。
图（22）图（23）光电池在不同的光强照射下可以产生不同的光电流和光生电动势，硅光电池的光照特性曲线如图（23）所示，短路电流在很大范围内与光强成线性关系，开路电压随光强变化是非线性的，并且当照度在2000lx时就趋于饱和，因此，把光电池作为测量元件时，应把它当作电流源来使用，不宜用作电压源。 硒光电池和硅光电池的光谱特性曲线如图（25）所示，不同的光电池其光谱峰值的位置不同，硅光电池的在800nm附近，硒光电池的在540nm附近，硅光电池的光谱范围很广，在450～1100nm之间，硒光电池的光谱范围为340～750nm。 图（24）图（25）光电池的温度特性主要描述光电池的开路电压和短路电流随温度变化的情况，由于它关系到应用光电池设备的温度漂移，影响到测量精度或控制精度等主要指标，光电池的温度特性如图（24）所示。开路电压随温度升高而下降的速度较快，而短路电流随温度升高而缓慢增加，因此，当使用光电池作为测量元件时，在系统设计中应考虑到温度的漂移，并采取相应的措施进行补偿。 三．实验所需部件： 两种光电池、各类光源、实验选配单元、数字电压表(4 1/2位)自备、微安表（毫安表）、激光器、照度计（用户选配）。
北航物理实验绪论考试真题(套题含答案)
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物理实验绪论测试题1 一、 单项选择题 1. 某测量结果0.01010cm 有（ b ）位有效数字。 A.3位 B.4位 C.5位 D.6位 2. 已知常数e=2.718281828……，测量L=0.0023，N=2.73，则(e-L)/N=( c ) A.0.994 B.0.9949 C.0.995 D.1.00 3. 物理量A=x+y x?y ，那末其相对不确定度为（ a ） A. 2 x 2?y 2√x 2u 2(y )+y 2u 2(x) B. 2x 2?y 2 √x 2u 2(y )?y 2u 2(x) C .√ u 2(x )+u 2(y)(x+y)2 + u 2(x )+u 2(y)(x?y)2 D.√ u 2(x )+u 2(y)(x+y)2 ? u 2(x )?u 2(y)(x?y)2 4. 用作图法处理数据时，为保证精度，至少应使坐标纸的最小分格和测量值的（ c ）相对 应。 A.第一位有效数字 B.第二位有效数字 C.最后一位有效数字 D.最后一位准确数字 二、填空题： 5. 用计算器算出圆柱体的转动惯量J=645.0126g ?cm 2，平均值的不确定度为u(J)= 则J+u(J)=( ± )×102g ?cm 2 6. 多量程电压表（1级，3- 7.5-15-30V ）用于检测某电路两端的电压，如果用3V 档去测3V 电压，其相对不确定度为 。如果用7.5V 档去测3V 电压，其相对不确定度为 。 三、多项选择题： 7. 满足正态分布的物理量，下面的叙述哪些是正确的？abc A 做任何次测量，其结果有68.3%的可能性落在区间[A ?δ,A +δ]内 B 设某次测量的结果为X i ，则X i ±δ(x)表示真值落在[X i ?δ(x),X i +δ(x)]的概率为0.683 C X i ±δ(x)与x ±δ(x)的置信概率是相同的 D x ±δ(x)的置信概率比X i ±δ(x )的置信概率高 8. 指出下列关于仪器误差的叙述哪些是错误的（按物理实验课的简化要求）bcd A.千分尺的仪器误差等于最小分度的一半 B.游标卡尺的仪器误差等于游标精度的一半 C.磁电式仪表的仪器误差=等级%×测量值 D.箱式电桥?仪=等级%(测量值+基准值) 四、计算题
旋光色散 【实验目的】：观察旋光色散现象。 【实验仪器】：旋光色散演示仪。 【实验原理】： 图1 旋光色散原理图 旋光色散是研究光学活性材料的偏振角随波长变化的一种色散效应。当偏振光通过某些物质(如石英、氯酸钠等晶体或食糖水溶液、松节油等)，光矢量的振动面将以传播方向为轴发生转动，这一现象称为旋光现象。 本实验利用糖溶液的旋光性演示旋光现象及影响旋光效应的因素。糖溶液放在两个偏振片中间，一个偏振片用于起偏，另一个偏振片用于检偏。单色偏振光通过液态旋光物质时，振动面转过的角度即旋光度ΔΦ与旋光物质的性质、偏振光在旋光物质中经过的距离L、溶液浓度C有关，其关系为 ΔΦ=αCL 比例系数α称溶液的旋光率，它是与入射光波长有关的常数。旋光度大致与入射偏振光波长的平方成反比，这种旋光度随波长而变化的现象称为旋光色散。 【实验步骤】：
图2 旋光色散实验装置图 1、配置溶液。大约用300克蔗糖，玻璃管内的溶液大约占整个容器的2/3左右为妥，将溶液摇匀。 2、打开仪器灯箱光源，连续缓慢转动前端偏振片，可观察到玻璃管下半部有糖溶液的地方透过来的光的颜色赤橙黄绿青兰紫依次变化；管的上部没有糖溶液的地方仅有明暗的变化。 3、在光源和装有糖溶液的玻璃管之间加上滤色片，旋转偏振片，观察玻璃管上下半部的变化情况。 4、换用另一种颜色的滤色片，重复3的操作。 5、实验结束，关闭电源。 【实验应用】： 1、半定量地测量不同波长的光对偏振面旋转角度的影响。 在光源和装有糖溶液的玻璃管之间加上滤色片，旋转检偏器，记录下从玻璃管上方看视场最暗时检偏器的角度；再旋转检偏器，再记下从玻璃管下方看视场最暗时检偏器的角度；上述两个测量角位置之差就是糖溶液的旋光角度。 2、旋光法可用于各种光学活性物质的定量测定或纯度检验。 将样品在指定的溶剂中配成一定浓度的溶液，由测得的旋光度算出比旋光度，与标准比较，或以不同浓度溶液制出标准曲线，求出含量。在旋光计的基础上还发展了一种糖量计，专门用于测量蔗糖含量。用白光为光源，以石英楔抵消蔗糖溶液对不同波长光的色散，并将石英楔校正，标以蔗糖的百分含量，即可直接测出浓度，简便迅速，常用于制糖工业。
数字图像处理实验报告 实验二图像变换实验 1．实验目的 学会对图像进行傅立叶等变换，在频谱上对图像进行分析，增进对图像频域上的感性认识，并用图像变换进行压缩。 2．实验内容 对Lena或cameraman图像进行傅立叶、离散余弦、哈达玛变换。在频域，对比他们的变换后系数矩阵的频谱情况，进一步，通过逆变换观察不同变换下的图像重建质量情况。 3. 实验要求 实验采用获取的图像，为灰度图像，该图像每象素由8比特表示。具体要求如下： （1）输入图像采用实验1所获取的图像（Lena、Cameraman）； （2）对图像进行傅立叶变换、获得变换后的系数矩阵； （3）将傅立叶变换后系数矩阵的频谱用图像输出，观察频谱； （4）通过设定门限，将系数矩阵中95%的（小值）系数置为0，对图像进行反变换，获得逆变换后图像； （5）观察逆变换后图像质量，并比较原始图像与逆变后的峰值信噪比（PSNR）。 （6）对输入图像进行离散余弦、哈达玛变换，重复步骤1-5； （7）比较三种变换的频谱情况、以及逆变换后图像的质量（PSNR）。 4. 实验结果 1. DFT的源程序及结果 J=imread('10021033.bmp'); P=fft2(J); for i=0:size(P,1)-1 for j=1:size(P,2) G(i*size(P,2)+j)=P(i+1,j); end end Q=sort(G); for i=1:size(Q,2) if (i 2009级基础物理实验期末试题 一、单项选择题（每题3分，共30分） 1、不确定度在可修正的系统误差修正以后，将余下的全部误差按产生原因及计算方法不同分为两类，其中 B 属于A类分量。 A、由测量仪器产生的的误差分析 B、同一条件下的多次测量值按统计方法计算的误差分量 C、由环境产生的误差分析 D、由测量条件产生的误差分量 2、下列说法中 C 是正确的。 A、在给定的实验条件下，系统误差和随机误差可以相互转化 B、当测量条件改变后，系统误差的大小和符号不随之变化 C、随机误差可以通过多次重复测量发现 D、一组测量数据中，出现异常的值即为粗大误差 5、已知()，下列公式中 B 是正确的。 A、 B、 C、 D、 7、用千分尺（精度0、01mm）测某金属片厚度d的结果为 i1234567 1.516 1.519 1.514 1.522 1.523 1.513 1.517 则测量结果应表述为d u(d)= A A、(1.5180.003)mm B、(1.5180.004)mm C、(1.5180.001)mm D、 (1.5180.002)mm 8.tg45°1′有 B 位有效数字 A、 6 B、5 C、 4 D、 3 9、对y=a+bx的线性函数，利用图解法求b时，正确的求解方法是 C 。 A、 b=tg（为所作直线与坐标横轴的夹角实测值） B、 b=（、为任选两个测点的坐标值之差） C、 b=（、为在所作直线上任选两个分得较远的点的坐标值之差） D、 b=（x、y为所作直线上任选一点的坐标） 10、用量程为500mV的5级电压表测电压，下列测量记录中哪个是正确的？ D A、250.43mV B、250.4mV C、250mV D、0.25V 二、填空题（每题3分，共15分） 11、已被确切掌握了其大小和符号的系统误差成为可定系统误差。 12、已知某地的重力加速度值为9.794，甲、乙、丙三人测量的结果分别为：9.7950.024，9.8110.004，9.7910.006，试比较他们测量的精密度、正确度和准确度。甲测量的精密度低，正确度高；乙测量的正确度最低； 北航物理研究性实验报告 专题：模拟示波器的使用及其应用 学号：10151192 班级：101517 姓名：王波 目录 目录 (2) 摘要 (3) 一．实验目的 (3) 二．实验原理 (3) 1.模拟示波器简介 (3) 2.示波器的应用 (6) 三．实验仪器 (6) 四．实验步骤 (7) 1.模拟示波器的使用 (7) 2.声速测量 (8) 五．数据记录与处理 (8) 六．讨论 (10) 摘要 示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器，它能直观、动态地显示电压信号随时间变化的波形，便于人们研究各种电现象的变化过程，并可直接测量信号的幅度、频率以及信号之间相位关系等各种参数。示波器是观察电路实验现象、分析实验中的问题、测量实验结果的重要仪器，也是调试、检验、修理和制作各种电子仪表、设备时不可或缺的工具。 一．实验目的 1.了解示波器的主要结构和波形显示及参数测量的基本原理，掌握 示波器、信号发生器的使用方法； 2.学习用示波器观察波形以及测量电压、周期和频率的方法； 3.学会用连续波方法测量空气速度，加深对共振、相位等概念的理 解； 4.用示波器研究电信号谐振频率、二极管的伏安特性曲线、同轴电 缆中电信号传播速度等测量方法。 二．实验原理 1.模拟示波器简介 模拟示波器是利用电子示波管的特性，将人眼无法直接观测的交变电信号转换成图像并显示在荧光屏上以便测量和分析的电子仪器。它主要由阴极射线示波管，扫描、触发系统，放大系统，电源系统四部分组成。 示波管结构图 （1）工作原理 模拟示波器的基本工作原理是：被测信号经Y轴衰减后送至Y1放大器，经延迟级后到Y2放大器，信号放大后加到示波管的Y轴偏转板上。 若Y轴所加信号为图所示的正弦信号，X输入开关S切换到“外”输入，且X轴没有输入信号，则光点在荧光屏竖直方向上按正弦规律上下运动，随着Y轴方向信号的提高，由于视觉暂留，在荧光屏上显示一条竖直扫描线。同理，如在X轴所加信号为锯齿波信号，且Y轴没有输入信号，则光点在荧光屏上显示一条水平直线。 物理实验绪论测试题1 一、单项选择题 1. 某测量结果0.01010cm 有（ b ）位有效数字。 A.3位 B.4位 C.5位 D.6位 2. 已知常数e=2.718281828……，测量L=0.0023，N=2.73，则(e-L)/N=( c ) A.0.994 B.0.9949 C.0.995 D.1.00 3. 物理量A=x+yx-y ，那末其相对不确定度为（ a ） A.2x2-y2x2u2y+y2u2(x) B.2x2-y2x2u2y -y2u2(x) C .u2x+u2(y)(x+y)2+u2x+u2(y)(x-y)2 D.u2x+u2(y)(x+y)2-u2x -u2(y)(x-y)2 4. 用作图法处理数据时，为保证精度，至少应使坐标纸的最小分格和测量值的（ c ）相对 电压，其相对不确定度为 。如果用7.5V 档去测3V 电压，其相对不确定度为 。 三、多项选择题： 7. 满足正态分布的物理量，下面的叙述哪些是正确的？abc A 做任何次测量，其结果有68.3%的可能性落在区间A-δ,A+δ内 B 设某次测量的结果为 Xi ，则Xi ±δ(x)表示真值落在Xi -δ(x),Xi+δ(x)的概率为0.683 C Xi ±δ(x)与x ±δ(x)的置信概率是相同的 D x ±δ(x)的置信概率比Xi ±δx 的置信概率高 8. 指出下列关于仪器误差的叙述哪些是错误的（按物理实验课的简化要求）bcd A.千分尺的仪器误差等于最小分度的一半 B.游标卡尺的仪器误差等于游标精度的一半 C.磁电式仪表的仪器误差=等级%×测量值 D.箱式电桥?仪=等级%(测量值+基准值) 四、计算题 9. 弹簧振子的周期T 与质量m 的关系为T=2πm+m0K 。其中m0是弹簧的质量（未知）。 基于运动规划的惯性导航系统动态实验 GAGGAGAGGAFFFFAFAF 二零一三年六月十日 实验4.1 惯性导航系统运动轨迹规划与设计实验一、实验目的 为进行动态下简化惯性导航算法的实验研究，进行路径和运动状态规划，以验证不同运动状态下惯导系统的性能。通过实验掌握步进电机控制方法，并产生不同运动路径和运动状态。 二、实验内容 学习利用6045B 控制板对步进电机进行控制的方法，并控制电机使运动滑轨产生定长运动和不同加速度下的定长运动。 三、实验系统组成 USB_PCL6045B 控制板（评估板）、运动滑轨和控制计算机组成。 四、实验原理 IMU安装误差系数的计算方法 GAGGAGAGGAFFFFAFAF USB_PCL6045B 控制板采用了USB 串行总线接口通信方式，不必拆卸计算机箱就可以在台式机或笔记本电脑上进行运动控制芯片PCL6045B 的学习和评估。 USB_PCL6045B 评估板采用USB 串行总线方式实现评估板同计算机的数据交换，由评估板的FIFO 控制回路完成步进电机以及伺服电机的高速脉冲控制，任意 2 轴的圆弧插补，2-4 轴的直线插补等运动控制功能。USB_PCL6045B 评估板上配置了全部PCL6045B 芯片的外部信号接口和增量编码器信号输入接口。由 USB_PCL6045B 评估测试软件可以进行PCL6045B 芯片的主要功能的评估测试。 GAGGAGAGGAFFFFAFAF 图4-1-1USB_PCL6045B 评估板原理框图如图4-1-1 所示，CN11 接口主要用于外部电源连接，可以选择DC5V 单一电源或DC5V/24V 电源。CN12 接口是USB 信号接口，用于USB_PCL6045B 评估板同计算机的数据交换。 USB_PCL6045B 评估板已经完成对PCL6045B 芯片的底层程序开发和硬件资源与端口的驱动，并封装成156 个API 接口函数。用户可直接在VC 环境下利用API 接口函数进行编程。 五、实验内容 GAGGAGAGGAFFFFAFAF 目录 实验一 (2) 实验二 (8) 实验三 (14) 实验四 (27) 实验一 实验目的：熟悉硬件开发流程，掌握Modelsim设计与仿真环境，学会简单组合逻辑电路、简单时序逻辑电路设计，不要求掌握综合和综合后仿真。 实验内容：必做实验：练习一、简单的组合逻辑设计 练习二、简单分频时序逻辑电路的设计 选做实验：选做一、练习一的练习题 选做二、7段数码管译码电路 练习一、简单的组合逻辑设计 描述一个可综合的数据比较器，比较数据a 、b的大小，若相同，则给出结果1，否则给出结果0。 实验代码： 模块源代码： module compare(equal,a,b); input a,b; output equal; assign equal=(a==b)?1:0; endmodule 测试模块源代码： `timescale 1ns/1ns `include "./compare.v" module t; reg a,b; wire equal; initial begin a=0; b=0; #100 a=0;b=1; #100 a=1;b=1; #100 a=1;b=0; #100 a=0;b=0; #100 $stop; end compare m(.equal(equal),.a(a),.b(b)); endmodule 实验波形 练习二、简单分频时序逻辑电路的设计 用always块和@(posedge clk)或@(negedge clk)的结构表述一个1/2分频器的可综合模型，观察时序仿真结果。 实验代码： 模块源代码： module halfclk(reset,clkin,clkout); input clkin,reset; output clkout; reg clkout; always@(posedge clkin) begin if(!reset) clkout=0; else clkout=~clkout; end endmodule 测试模块源代码： `timescale 1ns/100ps `define clkcycle 50 module tt; reg clkin,reset; wire clkout; always#`clkcycle clkin=~clkin; initial begin clkin=0; reset=1; #10 reset=0; #110 reset=1; #100000 $stop; end halfclk m0(.reset(reset),.clkin(clkin),.clkout(clkout)); endmodule 机电系统设计仿真实验报告 题目：基于Maple的滑块摆仿真实验程序设计院系： 班级： 姓名： 学号： 。 北京航空航天大学机电系统设计仿真实验 基于Maple的滑块摆实验程序设计 一、实验目的及意义 通过本实验掌握Maple仿真软件的使用方法，建立系统数学建模的思想，同时对编程能力也是一种提高。 二、实验原理与要求 2.1 Maple简介 Maple是一个具有强大符号运算能力、数值计算能力、图形处理能力的交互式计算机代数系统(Computer Algebra System)。它可以借助键盘和显示器代替原来的笔和纸进行各种科学计算、数学推理、猜想的证明以及智能化文字处理。Maple这个超强数学工具不仅适合数学家、物理学家、工程师, 还适合化学家、生物学家和社会学家, 总之, 它适合于所有需要科学计算的人。 2.2 滑块摆实验要求 滑块摆由一置于光滑杆上的质量为m的滑块A、一质量为M的小球B和长度为L，质量不计的刚性杆铰接而成，不计各处摩擦，以过A点的水平面为零势能面，通过Lagrange 方程建立系统的运动方程，利用Maple软件画出： 1.滑块A的位移x随时间t的变化曲线 2.角度φ随时间t的变化曲线 3.滑块摆的运动动画 三、实验设计及方法 3.1 设计原理 设定初始条件为：m=1Kg ，M=1Kg ，g=9.8，L=2m φ(0) = 0rad, x(0) = 0m, φ’(0) = -1.3rad/s, x ’(0) = 1m/s 如下定义的拉格朗日方程 ''c p q L E E d L L D F dt q q q =-? ? ??????-+= ?????? ?? 其中: q x(t)和θ(t)的自由度 D 由于摩擦而消耗的能量 F q 由自由度q 产生的力 E c 和E p 系统的动能和势能 系统有两个自由度，以x 和?为广义坐标，以过A 点的水平面为零势能面，系统的动 实 验一 陀螺仪关键参数测试与分析实验 加速度计关键参数测试与分析实验 二零一三年五月十二日 实验一陀螺仪关键参数测试与分析实验 一、实验目得 通过在速率转台上得测试实验,增强动手能力与对惯性测试设备得感性认识；通过对陀螺仪测试数据得分析,对陀螺漂移等参数得物理意义有清晰得认识,同时为在实际工程中应用陀螺仪与对陀螺仪进行误差建模与补偿奠定基础。 二、实验内容 利用单轴速率转台,进行陀螺仪标度因数测试、零偏测试、零偏重复性测试、零漂测试实验与陀螺仪标度因数与零偏建模、误差补偿实验。 三、实验系统组成 单轴速率转台、MEMS 陀螺仪(或光纤陀螺仪)、稳压电源、数据采集系统与分析系统。 四、实验原理 1.陀螺仪原理 陀螺仪就是角速率传感器,用来测量载体相对惯性空间得角速度，通常输出与角速率对应得电压信号。也有得陀螺输出频率信号(如激光陀螺）与数字信号（把模拟电压数字化)。以电压表示得陀螺输出信号可表示为: (1-1）式中就是与比力有关得陀螺输出误差项，反映了陀螺输出受比力得影响,本实验不考虑此项误差。因此，式（１－１）简化为 (１-2）由（１－2）式得陀螺输出值所对应得角速度测量值: (1－3) 对于数字输出得陀螺仪,传感器内部已经利用标度因数对陀螺仪模拟输出进行了量化,直接输出角速度值,即： （１－4）就是就是陀螺仪得零偏，物理意义就是输入角速度为零时，陀螺仪输出值所对应得角速度。且 (１-5) 精度受陀螺仪标度因数、随机漂移、陀螺输出信号得检测精度与得影响。通常与表现为有规律性,可通过建模与补偿方法消除,表现为随机特性,可通过信号滤波方法抵制。因此，准确标定与就是实现角速度准确测量得基础。 五、陀螺仪测试实验步骤 1)标度因数与零偏测试实验 ａ、接通电源，预热一定时间; b、陀螺工作稳定后，测量静止情况下陀螺输出并保存数据; 近代物理演示实验报告近代物理实验报告 实验名称：电子自旋共振 姓名：同组者：指导老师： 得分： 院系： 班级： 日期： 评语： 二、实验原理 实验数据记录表 四、测试结果的计算 1、磁场计算公式 B0=Ko*((uo*No*(R^2)*Io)/(((R^2)+(X^2))^0.5)) 式中： uo--真空中磁导率，uo=4*PI*10E(-7) (亨/米) R--亥姆霍兹线圈半径(米) No--稳恒磁场线圈匝数 Ns--扫场线圈匝数 Io--通过稳恒场线圈的电流(A) Is--通过扫场线圈的电流峰峰值 X--两线圈间距离的一半。对于亥姆霍兹线圈，X=R/2 Ko--磁场线圈系数 2、g因子计算公式 根据共振时的Io 算出磁场后，将所测得的频率及其它常量代入共振表达式 hv=gJ*uB*B 式中： uB--玻耳磁子，uB=0.9273*10E(-23) (J/T) h--普朗克常数， h=6.626*10E(-34) (J/S) 结果计算记录表 地磁场的计算方法为：地磁场=（B+ - B-）/ 2 3、误差计算 中国石油大学近代物理实验实验报告成班级：材物二班姓名：焦方宇同组者：杜圣教师：周丽霞光泵磁共振 【实验目的】 1.观察铷原子光抽运信号，加深对原子超精细结构的理解 2.观察铷原子的磁共振信号，测定铷原子超精细结构塞曼子能级的朗德因子。 3.学会利用光磁共振的方法测量地磁场【实验原理】 1．Rb原子基态及最低激发态的能级 在第一激发能级5P与基态5S 之间产生的跃迁是铷原子主线系的第一条谱线，谱线为双线。52P1/2到52S1/2的跃迁产生的谱线为D1 线，波长是794nm；52P1/2 到52S1/2的跃迁产生的谱线为D2 线，波长是780nm。 在核自旋 I = 0 时，原子的价电子L-S 耦合后总角动量PJ与原子总磁矩μJ的关系μJ=-gJe2 （1） gJ?1? J(J?1)?L(L?1)?S(S?1) 2J(J?1) （2） I≠0时，对87Rb， I = 3/2；对85Rb， I = 5/2。总角动量F= I+J,?,| I-J |。87Rb基态F 有两个值：F = 2 及F = 1；85Rb基态有F = 3 及F = 2。由F 量子数表征的能级称为超精细结构能级。原子总角动量与总磁矩之间的关系为：μF=-gFe2mPF （3） gF?gJ 探究测定冰的熔解热实验冰水质量比 以及实验过程和数据处理的改进方法 周晓城，巨建树 （北京航空航天大学生物与医学工程学院北京 100191） 摘要：本文通过计算得到混合量热法中的最佳冰水质量比并在实验中对此进行比较讨论，验证计算值，得出结论；验证牛顿冷却定律，同时得到实验参照值；并就本人在实验过程中遇到的一些问题提出实验操作以及数据处理方面的一些改进意见和建议；以及在数据处理过程中发现的水量、温差与冷却常数和实验误差之间的大致关系。 关键词：冰水质量比；牛顿冷却定律；数据处理；改进意见；误差规律 中图分类号：043文献标识码：A文章编号： 1.实验背景 测量冰的熔解热的实验方法有很多，在大学物理实验中使用最多的是混合量热法，而作为大学物理少数几个热学实验中的一员，其重要性显而易见。然而在实验的操作过程中很多同学反映实验不好操作，具体的问题有： 1.依据《基础物理实验》[1]，实验中需要保证加冰前与加冰后的稳定温度与室温的温差大约在10-15℃能较好地依据牛顿冷却定律绘制温度补偿修正曲线，而对于没有经验的实验者来说实验中的水量和冰量添加不好把握，加冰太少，可能造成冰块溶解后水温高于室温而无法温度修正，或者加冰太多，造成温度稳定后冰块无法溶解完全，在实验中往往需要经过多次尝试才能取得较好的实验数据，费时费力费水； 2.取冰时，所有同学都是徒手取冰的，而对于较低温度（-21℃）的冰块，手的温度较高（30℃左右），即使在取冰和透冰过程中接触的时间很短（亲测至少15s），参照实验过程中冰块溶解降温曲线，吸热也会很明显，从而使得实验结果偏低，而在没有同伴的情况下，为了协调记录时间、记录温度，同时还要投冰动作迅速而使水不外溅，观察到通常同学会找特殊时刻投冰，在这种情况下不是冰块在外界的时间过长甚至开始融化了，就是手忙脚乱实验数据很难记录，实验效果不是很好； 3.同时，由于投冰之后冰融化的最初几分钟铂电阻温度计示数变化非常快，而且需记录的数据比较多，同时还要不断搅拌，使得这段数据点很容易记录不全或者记录偏差，而这段数据是数据处理过程中非常重要的部分，直接影响到温度的修正，所以很容易造成实验误差； 2008-2009第1学期《基础物理实验》期末试题 一、单项选择题（每题3分，共30分） 1.在同一被测量的多次测量过程中，保持恒定或以可以预知方法变化的那一部分误差称为_____ A.仪器误差 B.系统误差 C.随机误差 D.粗大误差 2. 平均值的标准（偏）差() S x的计算公式是_____ 3. 用停表测量单摆周期，启停一次秒表的误差不会超过0.2s。实验测出10个周期的时间为10T=22.02''，则其不确定度u（T）=_____ 秒 A.0.01 B.0.1 C.0.02 D.0.2 4. 欲用伏安法测量一阻值约200Ω的电阻，要求测量结果的相对不确定度 () 1% u R R < ，应选择下列_____组仪器（提示：不计电表内阻的影响和A类不确定度） A.电流表1.0级，量程10mA；电压表1.0级，量程2V B.电流表1.5级，量程10mA；电压表1.5级，量程2V C.电流表2.5级，量程15mA；电压表2.5级，量程2V D.电流表0.5级，量程50mA；电压表0.5级，量程2V 5. 某长度测量值为2.130mm，则所用仪器可能是_____ A.毫米尺 B.50分度卡尺 C.20分度卡尺 D.千分尺 6.已知3 1 2 N x y =+，则其不确定度_____ A. 2222 1 ()()() 2 u N u x y u y =+ B. 2222 3 ()()() 2 u N u x y u y =+ C. 2242 9 ()()() 4 u N u x y u y =+ D. 222 9 ()()() 4 u N u x u y =+ 7. 200(10080) 1010(0.0100.000251) +- = ?+ _____ A.21 B.21.2 C.21.25 D.22 8. 用作图法处理数据时，为保证精度，至少应使坐标纸的最小分格和测量值的_____相对应 A.最后一位有效数字 B.最后一位准确数字 C.第一位有效数字 D.第二位有效数字 9. 下列关于测量的说法中_____是错误的 A.测量是为了确定被测对象的量值而进行的一组操作 B.测量结果是根据已有信息和条件对被测量量值做出的最佳估计，也就是真值 C.在相同测量条件下，对同一被测量进行多次测量所得结果的一致性被称为测量结果的重复性 D.在不同测量条件下，对同一被测量进行多次测量所得结果的一致性被称为测量结果的复现性 10. 以下所示电路中，_____构成了换向电路北航基础物理实验考试试题及答案
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