(2020年整理)焦利氏称的使用(实验七).doc

新型焦利秤实验仪使用说明书一、概述20世纪90年代以来，集成霍耳传感器技术得到了迅猛发展，各种性能的集成霍耳传感器层出不穷，在工业、交通、无线电等领域的自动控制中，此类传感器得到了广泛的应用。

如：磁感应强度测量、微小位移、周期和转速的测量，以及液位控制、流量控制、车辆行程计量、车辆气缸自动点火和自动门窗等。

为使原有传统的力学实验增加新科技内容，并使实验装置更牢靠，本公司对原焦利秤拉线杆升降装置易断及易打滑等弊病进行了改进，采用指针加反射镜与游标尺相结合的弹簧位置读数装置，提高了实验装置的可靠性和测量的准确度。

在计时方法上采用了集成开关型霍耳传感器测量弹簧振动周期。

此项改进，既保留了经典的测量手段和操作技能，同时又引入了用霍耳传感器来测量周期的新方法，让学生对集成霍耳开关传感器的特性及其在自动测量和自动控制中的应用有进了一步的认识。

通过本实验装置可掌握弹簧振子作简谐运动的规律，又可加深对胡克定律的认识，同时掌握一种用新方法测量振动周期的实验手段。

本仪器除新功能外,含盖普通焦利氏秤的全部功能,可用于高校及中专基础物理实验，也可用于传感器技术实验及物理演示实验。

二、用途1.验证胡克定律，测量弹簧的劲度系数。

2.研究弹簧振子作简谐振动的特性，测量简谐振动的周期，用理论公式计算弹簧劲度系数，对两种方法的测量结果进行比较。

3.学习集成霍耳开关的特性及使用方法，用集成霍耳开关准确测量弹簧振子的振动周期。

4.用新型焦利秤测量微小拉力-液体的表面张力。

5.测量本地区的重力加速度。

6.观测弹簧的线径与直径对弹簧劲度系数的影响。

三、仪器组成及技术指标1．仪器结构：实验仪器主要由二部分组成，如图1所示：（1） 737FB 新型焦利氏秤（2） A 213FB 型数显计时计数毫秒仪(集成霍耳开关传感器控制)（3） 图中水槽、可升降平台部分等没画出 。

2．技术指标：（1）焦利氏秤标尺量程：mm 550~0，读数精度为mm 02.0。

第 1 页 共 13 页简谐振动特性研究与液体表面张力系数测定(FB737新型焦利氏秤实验仪)实验一、简谐振动特性研究与弹簧劲度系数测量【实验目的】1. 胡克定律的验证与弹簧劲度系数的测量；2. 测量弹簧的简谐振动周期，求得弹簧的劲度系数；3. 测量两个不同弹簧的劲度系数，加深对弹簧的劲度系数与它的线径、外径关系的了解。

4. 了解并掌握集成霍耳开关传感器的基本工作原理和应用方法。

【实验原理】1. 弹簧在外力作用下将产生形变（伸长或缩短）。

在弹性限度内由胡克定律知：外力F 和它的变形量Y Δ成正比，即：Y K F Δ•= （1） （1）式中，K 为弹簧的劲度系数，它取决于弹簧的形状、材料的性质。

通过测量F 和Y Δ的对应关系，就可由（1）式推算出弹簧的劲度系数K 。

2. 将质量为M 的物体挂在垂直悬挂于固定支架上的弹簧的下端，构成一个弹簧振子，若物体在外力作用下（如用手下拉，或向上托）离开平衡位置少许，然后释放，则物体就在平衡点附近做简谐振动，其周期为： KPM M 2T 0+π= （2） 式中P 是待定系数，它的值近似为3/1，可由实验测得，0M 是弹簧本身的质量，而0PM 被称为弹簧的有效质量。

通过测量弹簧振子的振动周期T ，就可由（2）式计算出弹簧的劲度系数K 。

3. 磁开关（磁场控制开关）：nemoxatu2011.11.21第 2 页 共 13 页如图1所示，集成霍耳传感器是一种磁敏开关。

在“1脚”和“2脚”间加V 5直流电压，“1脚”接电源正极、“2脚”接电源负极。

当垂直于该传感器的磁感应强度大于某值Bm 时,该传感器处于“导通”状态，这时处于“3”脚和“2”脚之间输出电压极小，近似为零，当磁感强度小于某值)Bm Bn (Bn <时，输出电压等于“1脚”、“2脚”端所加的电源电压，利用集成霍耳开关这个特性，可以将传感器输出信号输入周期测定仪，测量物体转动的周期或物体移动所经时间。

物理仿真实验报告——液体表面张力系数的测定实验简介：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。

南昌理工学院实验报告二OO 年月日课程名称大学物理实验名称焦利氏称的使用班级姓名同组人指导教师评定签名【一、实验名称】焦利氏称的使用【二、实验目的】1、掌握焦利氏秤的工作原理，学习焦利氏秤的使用方法。

2、学会用焦利氏秤测量弹簧的弹性系数。

3、学会用焦利氏秤测量微小物体的质量。

【三、实验原理】1、焦利氏秤图1焦利氏秤实际上就是弹簧秤。

但一般的弹簧秤，弹簧的上端固定不动，在弹簧下端挂重物时，弹簧则伸长，物体重量可由指针所指示的标尺直接标出。

而焦利氏秤上的弹簧是挂在可以上下移动的有刻度的管子上的，管外面套有外管，外管上有游标，旋转旋钮即可使管上下移动。

利用焦利氏秤可测定负荷与弹簧伸长的关系，可以测量液体的的表面张力系数、物体的比重以及进行微小物体的重量的秤衡。

其结构如图1所示：在装有水平调节螺丝②的三足座①上，竖直装一套筒④，套筒顶端安装0.1刻度的游标⑤，筒内插入刻有毫米度尺的钢管⑥，利用旋扭③通过里面的滑轮，链条可调节刻度铜管在11用夹子○16供夹持套筒中升降，螺钉⑦供固定弹簧⑧之用，带小缺口的夹子⑩供夹持指示管○平台套筒，旋扭○17调节平台○15的升降。

本仪器另附有玻皿盘○13、铝盘○12和指标镜⑨。

当上下移动管，使细金属杆上镜子的标线和玻璃管上的标线在镜中的像三者重合（以后简称三线重合）时，相当于弹簧秤对准零点，零点的读数可由管的刻度和外管上的游标读出。

实验所用的合金丝绕制的弹簧共两种规格列表如下：弹簧形状合金丝直径（毫米）最大负荷（克）柱形0.5 30锥形0.6 302. 焦利氏秤的“三线对齐”使用方法在使用焦利氏秤时，应是反光镜D上的水平刻线、玻璃管E的水平刻线各玻璃管水平刻线在反光镜D中的像重合，即“三线对齐”。

用“三线对齐”方法可保证弹簧下端的位置始终是固定的，而弹簧伸长量△X使可以用米尺和游标卡尺测量出来（也即将弹簧伸长前、后两次的读数之差测量出来）。

读数方法和游标卡尺的读书方法完全一样。

实验七液体表面张力系数的测定【实验目的】1. 了解焦利氏秤测微小力的原理、结构和方法；2．用拉脱法测量室温下水的表面张力系数；3．掌握用逐差法处理数据。

【实验仪器】焦利氏秤，Π型金属丝框，法码，游标卡尺，玻璃杯，酒精，金属镊子，温度计及蒸馏水。

【实验原理】许多涉及液体的物理现象都与液体的表面性质有关，液体表面的主要性质就是表面张力。

例如液体与固体接触时的浸润与不浸润现象、毛细现象、液体泡沫的形成等，工业生产中使用的浮选技术，动植物体内液体的运动，土壤中水的运动等都是液体表面张力的表现。

液体表面层中分子的受力情况与液体的内部不同。

在液体内部，任一个分子受其他分子引力、斥力在各方向上均相等，则所受的合力为0；而在表面层，由于液体上方气体分子密度较小，液体表面层分子间的距离大于正常距离，这时引力大于斥力。

这种状态下，整个液面如同绷紧的弹性薄膜，这时产生的沿液面并使之收缩的力称为液体表面张力，用表面张力系数来描述。

液体的表面张力系数与液体的性质、杂质情况、温度等有关。

当液面与其蒸汽相接触时，表面张力仅与液体性质及温度有关。

一般来讲，密度小，易挥发液体小；温度愈高，愈小。

如果在液体表面想象一条直线段，那么,表面张力就表现为线段两边的的液面会以一定的拉力相互作用,此拉力方向垂直于线段,大小与此线段的长度成正比,即（7-1）其中，为液体表面张力系数,它表示单位长线段两侧液体的相互作用，国际制中单位为牛顿/米，记为N?M-1。

拉脱法测定液体表面张力系数是基于液体与固体接触时的表面现象提出的。

由分子运动论可知，当液体分子和与其接触的固体分子之间的吸引力大于液体分子的内聚力时，就会产生液体浸润固体的现象。

现将一洁净Π型金属丝浸入水中，由于水能浸润金属，当拉起金属丝时，在Π型金属丝框内就形成双面水膜。

设Π型金属丝的直径为，内宽为，重量，受浮力，弹簧向上的拉力，液体的表面张力为。

则Π型丝的受力平衡条件为（7-2）设接触角为，由于水膜宽度为（L+d）,则表面张力为（7-3）缓慢拉起Π型丝至水面时，接触角趋近于零，上式中。

焦力氏秤读数
英国医学物理学家艾德蒙焦力氏（EdmundJaull）在1847年提出了称为“焦力氏秤读数”的概念，他认为，人们应该在伤害诊断和测量标准的量程中反映出伤害的损失。

这一概念后来被广泛地用于伤害诊断。

今天，焦力氏秤读数已经成为伤害测量的重要工具，用于诊断、比较和提示伤害的重要性。

“焦力氏秤读数”的定义是：一个伤害的“读数”，是两个或多个量程中该伤害的相对损失值，用于衡量其中每一个量程中伤害的损失情况。

焦力氏秤读数最初被用于脑外伤，然后被广泛用于所有类型的伤害，以测量伤害的程度。

焦力氏秤读数的测量标准是以10，20，30，40和50的量程来进行的。

例如，10-20之间的“焦力氏秤读数”可以指出伤害的程度，30-40之间的“焦力氏秤读数”可以表明伤害的严重程度，以及伤害是否属于“重度”伤害。

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用焦利氏秤测量弹簧的有效质量实验目的：1.测定弹簧的倔强系数；2.学会用焦利氏称测量弹簧的有效质量；3验证振动周期与质量的关系。

实验仪器：焦利氏秤及附件、天平、秒表或数字毫秒计。

焦利氏秤实际上就是弹簧秤。

但一般的弹簧秤，弹簧的上端固定不动，在弹簧下端挂重物时，弹簧则伸长，物体重量可由指针所指示的标尺直接标出。

而焦利氏秤上的弹簧是挂在可以上下移动的有刻度的管子上的，管外面套有外管，外管上有游标，旋转旋钮即可使管上下移动。

在外管上，有夹子，夹子中央有带标线的短玻璃管，弹簧下端挂一细金属杆，金属杆中部有一长形小镜，镜中央有一刻痕，金属杆从玻璃管中通过，在金属杆的下端可挂砝码托盘与钢丝码。

当上下移动管，使细金属杆上镜子的标线和玻璃管上的标线在镜中的像三者重合（以后简称三线重合）时，相当于弹簧秤对准零点，零点的读数可由管的刻度和外管上的游标读出。

如果我们在砝码托盘上加X克砝码，弹簧伸长了某一长度，细金属杆上镜中的标线即向下移动，此时三线不再重合。

转动旋钮使管向上移动，因而细金属杆也随之向上移动。

当三线又重合时，在管及管的游标上可读出第二个读数，该读数与第一个读数这差就是弹簧在增加X克重量时所伸长的长度。

图2-1 焦利氏秤实验装置实验原理：在弹性限度内,弹簧的伸长x 与所受的拉力F 成正比,这就是胡克定律: kx F =，mg F = 其中m 为砝码的质量，g 为重力加速度。

则 xmgx F k ==（1） 比例系数k 就是弹簧的倔强系数。

被拉伸后伸长为x 的弹簧，其弹性恢复力为kx -，“-”表示恢复力指向弹簧平衡位置。

一个质量为m 的物体系在弹簧的一端，在弹簧的弹性回复力作用下，如果略去阻力，则物体作简谐振动。

在不考虑弹簧自身的质量时，其周期 km π2=T（2）如果考虑弹簧的有效质量0m ,则弹簧、物体系的振动周期为km m 02+=T π（3）实验内容和步骤：一．测量弹簧的倔强系数1．安装仪器如图（1），但此时不要放上烧杯及钢丝码而是在小金属杆下只挂小砝码盘，调节三脚架上的螺旋，使管竖直（即金属杆恰在玻璃管的正中），转动旋钮，使三线重合，记下此时游标的读数x。

简谐振动特性研究与液体表面张力系数测定(FB737新型焦利氏秤实验仪)实验一、简谐振动特性研究与弹簧劲度系数测量【实验目的】1. 胡克定律的验证与弹簧劲度系数的测量；2. 测量弹簧的简谐振动周期，求得弹簧的劲度系数；3. 测量两个不同弹簧的劲度系数，加深对弹簧的劲度系数与它的线径、外径关系的了解。

4. 了解并掌握集成霍耳开关传感器的基本工作原理和应用方法。

【实验原理】1. 弹簧在外力作用下将产生形变（伸长或缩短）。

在弹性限度内由胡克定律知：外力F 和它的变形量Y ∆成正比，即：Y K F ∆∙= （1） （1）式中，K 为弹簧的劲度系数，它取决于弹簧的形状、材料的性质。

通过测量F 和Y ∆的对应关系，就可由（1）式推算出弹簧的劲度系数K 。

2. 将质量为M 的物体挂在垂直悬挂于固定支架上的弹簧的下端，构成一个弹簧振子，若物体在外力作用下（如用手下拉，或向上托）离开平衡位置少许，然后释放，则物体就在平衡点附近做简谐振动，其周期为： KPM M 2T 0+π= （2） 式中P 是待定系数，它的值近似为3/1，可由实验测得，0M 是弹簧本身的质量，而0PM 被称为弹簧的有效质量。

通过测量弹簧振子的振动周期T ，就可由（2）式计算出弹簧的劲度系数K 。

3. 磁开关（磁场控制开关）：如图1所示，集成霍耳传感器是一种磁敏开关。

在“1脚”和“2脚”间加V 5直流电压，“1脚”接电源正极、“2脚”接电源负极。

当垂直于该传感器的磁感应强度大于某值Bm 时,该传感器处于“导通”状态，这时处于“3”脚和“2”脚之间输出电压极小，近似为零，当磁感强度小于某值)Bm Bn (Bn 时，输出电压等于“1脚”、“2脚”端所加的电源电压，利用集成霍耳开关这个特性，可以将传感器输出信号输入周期测定仪，测量物体转动的周期或物体移动所经时间。

【实验仪器】FB737新型焦利氏秤实验仪1台，FB213A 型数显计时计数毫秒仪【实验步骤】1. 用拉伸法测定弹簧劲度系数K ：（不使用毫秒仪）（1）按图2,调节底板的三个水平调节螺丝，使重锤尖端对准重锤基准的尖端。