西安交通大学物理仿真实验报告合集
西安交通大学物理仿真实验实验报告(2)
物理仿真实验报告超声波测声速班级：计算机11学号：2110505018姓名：司默涵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、实验内容及操作步骤：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。
碰撞实验实验报告
竭诚为您提供优质文档/双击可除碰撞实验实验报告篇一：碰撞实验报告西安交通大学高级物理实验报告课程名称：高级物理实验实验名称：碰撞实验系别：实验日期：20XX年12月2日姓名：班级：学号：第1页共12页实验名称：碰撞实验一、实验目的1．设计不同实验验证一系列的力学定律；2．熟悉实验数据处理软件datastudio的应用。
二、实验原理1.动量守恒定理：若作用在质点系上的所有外力的矢量和为零，则该质点系的动量保持不变。
即：=????????根据该定理，我们将两个相互碰撞的小车看作一个质点系时，由于在忽略各种摩擦阻力的情况下外力矢量和为零，所以两个小车的动量之和应该始终不变。
2.动量定理：物体在某段时间内的动量增量，等于作用在物体上的合力在同一时间内的冲量。
即：2?1=????1??2其中F在??1到??2内的积分，根据积分的几何意义可以用F-t曲线与坐标轴的面积来计算。
3.机械能守恒定理：在仅有保守力做功的情况下，动能和时能可以相互转化，但是动能和势能的总和保持不变。
在质点系中，若没有势能的变化，若无外力作用则质点系动能守恒。
4.弹簧的劲度系数：由胡克定律：F=kx在得到F随x变化关系的情况下就可以根据曲线斜率计算出劲度系数。
5.碰撞：碰撞可以分为完全弹性碰撞、完全非弹性碰撞和非完全弹性碰撞。
完全弹性碰撞满足机械能守恒定律和动量守恒定律，完全非弹性碰撞和非完全弹性碰撞则只满足动量守恒定律而不满足机械能守恒定律。
三、实验设计1.摩擦力的测量：给小车一初速度使之在调节为水平的轨道上运动，同时记录其运动过程中的速度随时间变化图。
用直线拟合所得到的v-t图像，所得斜率即为加速度a，进而可得小车所受摩擦力为f=ma,并有小车与导轨之间的滚动摩擦因数为μ=a/g。
2.胡克定律测量弹性系数：使小车运动并撞向弹簧（注意速度不应太大以免直接撞到弹簧后边的传感器），记录该过程中弹簧弹力随小车位移的变化图线。
由于相撞过程中小车位移与弹簧保持一致，所以求得相撞阶段F-x图像的斜率△F/△x即为弹簧劲度系数。
西安交大 物理仿真实验 受迫振动
操作方法: 1) 把驱动臂与其他仪器连接时候，为了保护喇叭要把振荡器顶部的 锁头拨动到锁定位置锁定好驱动臂。 2) 用一个挂钩把振荡器驱动臂与实验仪器相互连接后,解锁驱动臂。 3) 把信号发生器与振荡器相连接。 4) 调整信号发生器的输出频率和幅度，注意电流不要超过 1A。 在软件中，振荡器已与信号发生器连接好。鼠标移动到振荡器时，显示当前 振荡器的振幅。 性能指标： 信号频率：0.1Hz 到 5 kHz. 振幅峰峰值：最大值是 7mm（1Hz 时），幅度随着频率上升下降。
(3)连接好信号发生器和振荡器,打开信号发生器，设定频率为 f o 。
8
(4)调整合适的信号发生器输出振幅。当挂钩振幅峰峰值超过 4cm 后，关闭信号 发生器。 (5)当振幅峰峰值衰减到 4cm 后，打开计时器。
(6)记录振幅峰峰值衰减到 2cm 时所需的时间 t1/2 (7)重复步骤(3)到(5),测量 3 次。 (8)测量 50 个全振动的时间。
2 max 0 2 2
(13.3)
幅度衰减一半的区域 ：
2 3 .
(13.4)
2. 耦合振动
k 弹簧
m k m k 弹簧 弹簧
振荡器
图 13.4
耦合振动系统
图 13.4 是一个耦合振动系统，由 3 个倔强系数 k 和 2 个质量 m 的重物组成。系 统有两个共振频率点，一种频率为，
9
公式(13.3),(13.4)计算的结果进行比较。 注意:可根据不同的实验要求设定不同的仪器参数，包括弹簧 1，2 的质量和倔强 系数。 4．耦合振动 (1)振动系统安装后向砝码盘上添加砝码,使每个砝码盘的总重量大约 50 g 。 (2)打开信号发生器,设定频率为 0.5Hz 。 (3)调节信号发生器的输出使得振荡器输出振幅大约 1mm(鼠标移到振荡器上显 示),等系统振动稳定后记下挂钩振幅的峰峰值。 (4)改变频率从 0.5 到 5.0 Hz，重复步骤(4)。 (5)做出振幅-频率图，求出两个共振频率点。 注意：弹簧振动时不能添加砝码，砝码盘重量参见“受迫振动”内容部分测量值, 弹簧的重量和倔强系数可自行制定。重量单位是 kg,倔强系数单位是 N/m 。
西安交通大学仿真实验报告
西安交通大学大学物理仿真实验实验报告实验名称：碰撞和动量守恒系别：实验日期姓名：学号：一、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。
二、实验目的１．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；２．通过实验提高误差分析的能力。
三实验内容1．研究三种碰撞状态下的守恒定律（1）取两滑块m1、m2，且m1>m2，用物理天平称m1、m2的质量（包括挡光片）。
将两滑块分别装上弹簧钢圈，滑块m2置于两光电门之间（两光电门距离不可太远），使其静止，用m1碰m2，分别记下m1通过第一个光电门的时间Δt10和经过第二个光电门的时间Δt1，以及m2通过第二个光电门的时间Δt2，重复五次，记录所测数据，数据表格自拟，计算、。
（2）分别在两滑块上换上尼龙搭扣，重复上述测量和计算。
（3）分别在两滑块上换上金属碰撞器，重复上述测量和计算。
2．验证机械能守恒定律（1）a=0时，测量m 、m ’、m e 、s 、v 1、v 2，计算势能增量mgs 和动能增量，重复五次测量，数据表格自拟。
（2）时，（即将导轨一端垫起一固定高度h ， ），重复以上测量。
四、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，即恒量=∑i i v m （1）。
实验中用两个质量分别为m1、m2的滑块来碰撞，若忽略气流阻力，根据动量守恒有2211202101v m v m v m v m +=+（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。
牛顿环测量曲率半径实验
西安交通大学物理仿真实验报告课程大学物理仿真实验实验名称牛顿环法测曲率半径第1页共 5页一、实验目的和简介：光的干涉现象表明了光的波动的性质，干涉现象在科学研究与计量技术中有着广泛的应用。
在干涉现象中，不论何种干涉，相邻干涉条纹的光程差的改变都等于相干光的波长，可见光的波长虽然很小，但干涉条纹间的距离或干涉条纹的数目是可以计量的。
因此，通过对干涉条纹数目或条纹移动数目的计量，可以得到以光的波长为单位的光程差。
利用光的等厚干涉可以测量光的波长，检验表面的平面度，球面度，光洁度，以及精确测量长度，角度和微小形变等。
二、实验仪器：1．读数显微镜——它由一个显微镜的镜筒和一个螺旋测微装置组成。
螺旋测微装置主要包括标尺，读数准线，测微鼓轮。
测微鼓轮的圆周上刻有100格的分度，它旋转一周，读数准线就沿标尺前进或后退1mm，故测微鼓轮的分度值为0.01mm。
2.钠光灯——波长在5893A附近，具有光强，色纯的特点3．入射光调节架——架上嵌有一个可以转动的玻璃片，玻璃片调到大约45°时，可使平行光垂直射到牛顿环玻璃表面。
4．牛顿环仪——由一块待测曲率半径的平凸透镜，以其凸面放在一块光学平板玻璃上构成，外由一金属圆框固定。
三、实验原理：图1如图所示，在平板玻璃面DCF上放一个曲率半径很大的平凸透镜ACB，C点为接触点，这样在ACB和DCF之间，形成一层厚度不均匀的空气薄膜，单色光从上方垂直入射到透镜上，透过透镜，近似垂直地入射于空气膜。
分别从膜的上下表面反射的两条光线来自同一条入射光线，它们满足相干条件并在膜的上表面相遇而产生干涉，干涉后的强度由相遇的两条光线的光程差决定，由图可见，二者的光程差等于膜厚度e的两倍，即此外，当光在空气膜的上表面反射时，是从光密媒质射向光疏媒质，反射光不发生相位突变，而在下表面反射时，则会发生相位突变，即在反射点处，反射光的相位与入射光的相位之间相差π，与之对应的光程差为λ/2 ，所以相干的两条光线还具有λ/2的附加光程差，总的光程差为（1）当∆满足条件（k=1,2,3…）（2）时，发生相长干涉，出现第K级亮纹，而当（k=0，1,2,3…）（3）时，发生相消干涉，出现第k级暗纹。
西安交通大学物理实验报告
西安交通大学物理仿真实验实验报告气垫导轨上的直线运动实验的目的:利用气垫技术精确的测定物体的平均速度、瞬时速度、加速度以当地的重力加速度，通过物体沿斜面自由下滑运动来研究匀变速运动的规律和验证牛顿第二定律。
实验原理：1 ．平均速度和瞬时速度的测量做直线运动的物体在时间内的位移为，则物体在时间内的平均速度为 ts v ∆∆= (1) 当时，平均速度趋近于一个极限，即物体在该点的瞬时速度。
我们用来表示瞬时速度t s v t ∆∆=→∆0limt（2）实验上直接用上式测量某点的瞬时速度是很困难的，一般在一定误差范围内，用极短的内的平均速度代替瞬时速度。
2 ．匀速直线运动若滑块受一恒力，它将做匀变速直线运动，可采用在导轨一端加一滑轮，通过滑轮旋一重物在滑块上，也可以把气垫导轨一端垫高成一斜面来实现。
采用前者可改变外力，不但可测得加速度，还可以验证牛顿第二定律。
采用后者，因在测量过程中受外界干扰较小，测量误差较小，在测量加速度的基础上，还可以测量当地的重力加速度。
匀变速运动方程如下：at v v +=0 （3）2021at t v s +=（4）as v v 2202+=（5）在斜面上物体从同一位置由静止开始下滑，若测得不同位置处的速度......,,321v v v 为相应的时间......,,321t t t ,以t 为横坐标，为v 纵坐标作图，如果图线是一条直线，证明物体作匀加速直线运动，图线的斜率为加速度a, 截距为t v 。
同样把......,,321v v v 对应处的测出，作t t s -图和s v -2图，若图线是直线，则物体作匀加速直线运动，斜率分别为a 21和a 2，截距分别为a v 和20v 。
3． 重力加速度的测定如图1所时，h 为垫块的高度，L 为斜面长，滑块沿斜面下滑的加速度为L hg g a ==θsin (6)L h a g = (7)4． 验证牛顿第二定律设运动物体的总质量为 M ，作用力为 F ，假设其他耗散力如摩擦力、空气阻力、气垫粘滞力可忽略不计，这时牛顿第二定律可表示为Ma F = (8)F 不变，改变 M， F/a应为一常量，即F增大，a同时增大；若保持MaF减小，a同时减小。
西安交大物理仿真实验实验报告lily2
实验名称：测量刚体的转动惯量姓名：梁俐俐班级：能动92学号：09031027一．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。
刚体受到张力的力矩为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= Iβ。
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 - M f = 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<<g，所以可得到近似表达式：mgr = 2hI/ rt2 (3)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：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。
大学物理仿真实验报告牛顿环(word文档良心出品).docx
西安交通大学大学物理仿真实验报告实验名称：牛顿环法测曲率半径实验日期：专业班级：姓名：学号：教师签字： ________________一、实验目的1.学会用牛定透曲率半径。
2.正确使用微，学用逐差法理数据。
二、实验仪器牛，数微，光灯，入射光架。
三、实验原理如所示，在平板玻璃面 DCF上放一个曲率半径很大的平凸透ACB，C 点接触点，在 ACB和 DCF之，形成一厚度不均匀的空气薄膜，色光从上方垂直入射到透上，透透，近似垂直地入射于空气膜。
分从膜的上下表面反射的两条光来自同一条入射光，它足相干条件并在膜的上表面相遇而生干涉，干涉后的度由相遇的两条光的光程差决定，由可，二者的光程差等于膜厚度 e 的两倍，即此外，当光在空气膜的上表面反射，是从光密媒射向光疏媒，反射光不生相位突，而在下表面反射，会生相位突，即在反射点，反射光的相位与入射光的相位之相差，与之的光程差/2，所以相干的两条光具有/2 的附加光程差，的光程差（1）当足条件（2），生相干涉，出第K 亮，而当（k = 0,1,2⋯）（3），生相消干涉，出第k 暗。
因1同一级条纹对应着相同的膜厚，所以干涉条纹是一组等厚度线。
可以想见，干涉条纹是一组以 C 点为中心的同心圆，这就是所谓的牛顿环。
如图所示，设第k 级条纹的半径为，对应的膜厚度为，则（4）在实验中， R 的大小为几米到十几米，而的数量级为毫米，所以 R >> e，e2相对于k k2Re k是一个小量，可以忽略，所以上式可以简化为（ 5）如果 r k是第k级暗条纹的半径，由式（1）和（ 3）可得（ 6）代入式（ 5）得透镜曲率半径的计算公式（7）对给定的装置，R 为常数，暗纹半径（ 8）和级数 k 的平方根成正比，即随着k 的增大，条纹越来越细。
同理，如果r k是第k级明纹，则由式（1）和（ 2）得（9）代入式（ 5），可以算出（ 10）2由式（ 8）和（ 10）可见，只要测出暗纹半径（或明纹半径），数出对应的级数k，即可算出 R。
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三．实验内容
1) 打开多用数字测试仪与凯特摆调节界面对凯特摆动四个摆子以及两个刀口 进行调节。并分别测出正放与倒置后的两个周期。
2)
使 T1 与 T2 逐渐靠近，当| T1 T2 | 0.001s 时，测量 T1 和 T2 的值。
3)
将凯特摆水平放置调节使其两端平衡，测出摆长与左刀口距重心的距离。
下图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。由公式（3）可得
T1 2
IG mh12 mh1
(5)
T2 2
IG mh22 mh2
测量开始后加热器停止加热的半周期内才调整和观察热端流速。
2) 打开操作软件。 操作软件使用方法参见“实验指导”中“操作软件使用”部分说明。
3) 接通电源。 在实验场景中鼠标右键弹出菜单，选择“打开电源”接通测量仪器电源。
4）在控制软件中设置热源周期 T（T 一般为 180s）。选择铜样品或铝样品进行测量。 测量顺序最好先铜后铝。
2D
（7）
因此在热端温度变化的角频率已知的情况下，只要测出波速或波长就可以计算出 D．然
后再由
D
K C
计算出材料的热导率
K．本实验采用.式（6）可得
V
2
2
K C
则K
V 2C 4f
V 2C 4
T
（8）
其中，f、T 分别为热端温度按简谐变化的频率和周期．实现上述测量的关键是：1) 热 量在样品中一维传播．2) 热端温度按简谐变化．
T 2 I
(1)
mgh
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 IG ，当 G 轴与 O 轴平行时，有
I IG mh2
(2)
代入（1）得：
T 2 IG mh2
(3)
mgh
对比单摆周期公式
T 2 l
可得
g
l IG mh2 mh
（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。
三．实验仪器
1. 仪器结构
实验仪器结构框图见图 2(a)，该仪器包括样品单元，控制单元和记录单元三大部 分．实际仪器由两种工作方式：手动和程控．他们都含样品单元和控制单元，不同的只 是记录单元．前者用高精度 x-y 记录仪，后者用微机实现对整个系统的控制、数据的采
电源组
信号调理 单元
X-Y 记录仪（可选）
100%
0.6%
重力加速度值 g /(m/s2) 9.7250 9.7474 9.7602 9.7666
五．小结
由实验的结果可以看出来实验数据与理论上的值有一定的差距，而造成这一现象的 原因主要是在调节凯特摆的时候并没有能够完全做到调节至 t1 与 t2 的值相同以至于致 使后面的数据的处理中出现误差
6) 设置 x,y 轴单位坐标。x 方向为时间，单位是秒，y 方向是信号强度，单位为毫伏(与 温度对应)。
7) 在“选择测量点”栏中选择一个或某几个测量点。 8) 按下“操作”栏中“测量”按钮，仪器开始测量工作，在电脑屏幕上画出 T~t 曲线
簇，如下图所示。上述步骤进行 40 分钟后，系统进入动态平衡，样品内温度动态 稳定。此时按下“暂停”，可选择打印出曲线，或在界面顶部“文件”菜单中选择 对应的保存功能，将对应的数据存储下来，供数据测量所用。“平滑”功能尽量不 要按，防止信号失真。 9) 实验结束后，按顺序先关闭测量仪器，然后关闭自来水，最后关闭电脑。这样可以 防止因加热时无水冷却导致仪器损坏。 铜的热导率测量：
波迅速衰减，见图 3(c)，约至 6~7 厘米后就只剩基波，其波形为
E
E
E
t
t
t
(a)
(b)
(c)
图 3 简谐热端温度的形成
T T0 Tm sin t
若取此处 x=0，它就是边界条件式(4)
（10）
温差电偶列阵中各点均为由热端传来的与式（10）一样的热波．实验中还需提供 一个周期与基波相同的方波做计算位相差的参考方波，用它参考求出波速 V，已知周期 T，可用式（8）计算 K 值．
图 2(C) 热导率动态仪实物图
图 2(d) 控制面板 2. 脉动热源及冷却装置
为实现热温度随时间做简谐变化，在样品棒的一端放上电热器，使电热器始终处于 T/2 开、T/2 关的交替加热的状态，于是电热器便成了频率为 T 的脉动热源(图 3(a))。
由于存在热滞后，并不是加热器一停止加热，棒端温度就立刻冷却下来。为增加曲 线变化幅度，由电脑控制“进水电磁阀门”使得在加热半周期时，热端停止供水；停止 加热半周期时，热端供水冷却。为了保证冷却处于一个稳定的温度 T0，冷断要一直保持 供水。
(6)
其中 T1 和 h1 为摆绕 O 轴的摆动周期和 O 轴到重心 G 的距离。当 T1 T2 时，h1 h2 l 即为等效摆长。由式(5)和(6)消去 IG ，可得：
4 2 T12 T22 T12 T22 a b
g
2l 2(2h1 l)
（7）
此式中， 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 项则不易精确求得。但当 T1 T2 以及| 2h1 l | 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。
5
55
3
53.
3
10
17214. 1721. 17214. 1721. 36.19
9
49
5
45
4
10
17215. 1721. 17214. 1721. 36.20
2
52
7
47
73.09 73.09 73.09 73.09
重力加速度的平均值： g =9.7498
实验中
g
值误差为
Eg
9.81 9.7498 9.81
当脉动热源加热到一定时间后，棒的热端就会出现稳定的幅度较大的温度脉动变化 （图 3(b)）．当热量向冷端传播时，根据傅里叶分解，则棒端温度为脉动形式：
n x
T T0 Tmne 2D sin(n t
n
n x) 2D
（9）
式(9)说明 T 是由 倍频的多次谐波组成，当这些谐波同时沿棒向冷端传播时，高次谐
大学物理仿真实验
——凯特摆测重力加速度
实 验 报 告
姓名： 班级： 学号：
一．实验目的 学习凯特摆设计的技巧与结构； 掌握一种测量重力加速度比较准确的方法。
二．原理简述
图 1 是复摆示意图，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：
3． 控制单元及作用
控制单元包括主控单元和相关几个单元，作用是：
1） 对来自热电耦的待测温度信号进行调理。 2） 提供“手动”和“程控”两种工作方式。仿真软件采用程控模式，操作软件控制
实验的进行。 3）提供周期为 60，120，180，240 秒的参考方波。 4） 控制加热器半周期开，半周期关的周期性供电。 5） 控制进水电磁阀门半周期热端停水，停止加热的半周期进水。 4. 数据记录 “程控”方式下数据自动发送到电脑进行记录和处理，处理过程参见“实验指导”中 的“操作软件使用”。
热量将只沿轴向传播，在任意一个垂直于棒轴的截面上各点的温度是相同的，于是，只
要测量轴线上各点温度分布，就可确定整个棒体上的温度分布．温度的测量采用热电偶
列阵．将热电偶偶端均匀插在棒内轴线处，两个相邻偶间距离均为 2cm，为保持棒尾的
温度To 恒 防止整个
定，以 棒温
起伏，用冷
却水
冷却．
图 2(b) 主机结构示意图
T T0 x Tme
2D
x
sin(t
2D
x)
（5）
其中 T0 是直流成分， 是线性成分的斜率，从式（5）中可以看出：
1) 热端(x=0)处温度按简谐方式变化时，这种变化将以衰减波的形式在棒内向冷端传 播，称为热波．
2) 热波波速：V 2D
（6）
3)
热波波长： 2
六．思考题
1、凯特摆测重力加速度，在实验设计上有什么特点？避免了什么量的测量？降低了哪 个量的测量精度？实验上如何来实现？
答：先后使用两边进行实验避免了对摆子的直径的测量，但是降低了摆长度的测量精
度。
实验中通过使用两边的刀口分别进行测量，在两边的
周期值近视相同的情况下可以忽略对摆子的测量但是这样一来摆长的测定就有一些
四． 实验内容
测量铜棒和铝棒的导热率。
实验场景图
1． 打开水源，从出水口观察流量，要求水流稳定 1) 热端水流量较小时，待测材料内温度较高，水流较大时，温度波动较大。因此热端
水流要保持一个合适的流速，大约 200ml/分。仿真软件对应实验场景中表示流速 的箭头 保持一个合适的大小（大小如“ ”即可）。 2） 冷端水流量要求不高，只要保持固定的室温即可。一般取 200ml/分，仿真软件对 应实验场景中表示流速的箭头 保持对应的大小。 3） 调节水流的方法是保持电脑操作软件的数据显示曲线幅度和形状较好为好。 4） 两端冷却水管在两个样品中是串连的，水流先走铝后走铜。一般先测铜样品，后测 铝样品,以免冷却水变热。
4) 根据上述测量值计算重力加速度 g 及实验误差。
四．测量内容及数据处理