第2章 基本物理实验.doc

第二章 基本物理实验(一)? TOC \o 1-1 \h \u  HYPERLINK \l _Toc23813 实验1 物体在流体中运动阻力的研究?  PAGEREF _Toc23813 1  HYPERLINK \l _Toc9666 实验2 用物理摆测重力加速度?  PAGEREF _Toc9666 4  HYPERLINK \l _Toc12764 实验3电流表的改装?  PAGEREF _Toc12764 7  HYPERLINK \l _Toc6800 实验4 声速的测量 ?  PAGEREF _Toc6800 15  HYPERLINK \l _Toc14748 实验5相变潜热?  PAGEREF _Toc14748 20  HYPERLINK \l _Toc4207 实验6 用电视显微油滴仪测电子电荷?  PAGEREF _Toc4207 23  HYPERLINK \l _Toc29128 实验7物体冷却规律的研究?  PAGEREF _Toc29128 30  HYPERLINK \l _Toc22326 实验8振动的研究实验8振动的研究?  PAGEREF _Toc22326 37  HYPERLINK \l _Toc6572 实验9霍尔效应的研究?  PAGEREF _Toc6572 41  HYPERLINK \l _Toc3189 实验11 等厚干涉——牛顿环?  PAGEREF _Toc3189 50  HYPERLINK \l _Toc3659 实验12衍射光栅?  PAGEREF _Toc3659 54  HYPERLINK \l _Toc8231 实验13光纤传输技术?  PAGEREF _Toc8231 59  HYPERLINK \l _Toc29353 实验14透镜组基点的测量?  PAGEREF _Toc29353 64 实验1 物体在流体中运动阻力的研究? 一、 实验目的? （1）学会使用汽垫导轨和光电记时装置。 （2）研究不同形状物体在水中运动所受阻力。? 二、 实验原理及实验装置? 为了研究不同形状物体在流体中运动时所受阻力情况，特设计了如图1－1的实验装置。让被研究的物体和汽垫导轨上的滑块连在一起，以同一速度运动，利用汽垫导轨的光电计时装置很容易测出滑块在不同位置的速度和加速度，即测出了物体在不同位置的速度与加速度。 图1－1 如被测物体的质量为m滑块质量为M，则这个系统的运动方程为： 　　　　　　　　，　　　　　（1） 其中m′g为物体在流体中的浮力，f为物体在流体中运动时所受的阻力。(忽略线重和滑轮产生的影响。)利用实验装置测出物??在不同位置速度与加速度的变化。很容易利用方程（1）找出f与的关系。如把物体作成球形，流线体，圆锥形等等，便可以研究各种形状物体在流体中运动所受阻力情况。 从流体力学可知，如物体为半径为r的小球，当小球在流体中向下运动时，如小球的运动速度不大，则粘在小球表面的一层流体和小球一起向下运动，由于流体的粘滞力，粘附在小球表面一层流体又拖动相邻的一层流体一起运动，这样一层拖一层一起向下运动，由于流层之间相互滑动产生的滑动摩擦力形成了对小球的运动阻力。这种阻力属于流体在层流情况下产生的阻力，对粘度较大的流体，v较小时，此阻力f应满足斯托克斯公式： f＝6πηvr， 其中η为流体的粘度，v为小球的运动速度，考虑到盛流体的容器半径R的影响和流体深度H的影响，f修正为 ， 如小球的运动速度加快，速度大到一定程度，粘附在小球表面的一层流体将会脱落，不随小球一起运动，在小球后面形成涡流。使小球后面的流体速度大于小球前面的流体速度，形成压差阻力。就像飞机的机翼，由于机翼上面弯曲，下面平，使机翼上面的空气流速大于机翼下面的空气流速，由于流速大，压力小；流速小，压力大；上下压力差形成了飞机机翼的升力。而小球前后压力差，形成了对小球运动的压差阻力。此时小球的运动速度和所受阻力之间已不再是斯托克斯公式的线性关系，呈现非线性。为了判别流体流动时是否处于层流状态，特引入雷诺数Re。 ， 其中ρ为流体密度，η为流体粘度，v为小球运动速度，d为小球直径。在一般情况下，d为特征长度，v为特征速度。当Re超过某个临界值时的层流被破坏，出现不稳定流动——湍流。而湍流的产生还与物体的形状有关，实验证明，流线体后面最不容易出现湍流，所以流线体的运动阻力小，速度大。当Re＜1，F与V遵从斯托克斯定律，Re在1～2000范围内时，斯托克斯定律要加以修正，当Re＞ 2000时，形成湍流。还必须强调指出斯托克斯公式只适