大學物理實驗總結

2021-03-04 02:32:27 字數 4600 閱讀 2680

二、大學物理實驗中的體會

1、養成實驗前預習的好習慣。

實驗時,為了在規定的時間內快速高效率地完成實驗,達到良好的實驗效果,需要認真地預習,才能在課上更好的學習,收穫的更多、掌握的更多。根據實驗教材的相關內容,弄清楚所要進行的實驗的總體過程,弄懂實驗的目的,基本原理,了解實驗所採用的方法的關鍵與成功之處;思考實驗可能用到的相關實驗儀器,對照教材所列的實驗儀器,了解儀器的工作原理,效能,正確的操作步驟,特別是要注意那些可能對儀器造成損壞的事項。然後寫預習報告,包括目的,原理,儀器,操作步驟等。

學生對於將要進行的實驗做預習,通過閱讀實驗教材和參考資料,弄清本次實驗的目的、原理和所要使用的儀器,明確測量方法,了解實驗要求及實驗中特別要注意的問題等。預習報告包括:實驗目的、試驗中所用的儀器、實驗原理及實驗內容、實驗步驟這四大部分。

同學做好實驗預習報告以後才可以拿著預習報告去做實驗,預習報告在試驗中占有一定的分值。

2、上課時認真聽老師做講解,切記老師所講的重點內容。

記下老師實驗指導的內容有助於自己實驗時避免犯錯及實驗報告的書寫。

3、大學物理實驗培養了我做事的耐心與細心。

課堂操作時需要嚴格的遵守實驗的各項原則,要將儀器放置在合理的位置,以方便使用和確保安全。讀數,需要有足夠的耐心和細心,尤其是對一些精度比較高的儀器,讀數一定要按照正確的讀數方法並且一定要細心。對於資料的記錄,則要求我們要有原始的資料記錄,它是記載物理實驗全部操作過程的基礎性資料。

4、培養自己的動手能力。

現在,大學生的動手能力越來越被人們重視,大學物理實驗正好為我們提供了這一平台。每個實驗我都親自去做,不放棄每次鍛鍊的機會。

三實驗舉例

1. 模擬法要求倆個場的模擬物理量需要滿足倆個條件

(1) 在所考慮的區域內,倆者遵從的物理規律有相似的數學形式。

(2) 倆者的邊界條件相同或相似。

規律靜電場和穩恆電流場本是倆種不同性質的場。在一定條件下,它們具有某些相似性,因而測出穩恆電流場的電位分布,就可知道與之相似的靜電場的分布情況。

2.實驗原理

2.1靜電場與穩恆電流場

模擬法的基本思想:仿造另乙個場(稱模擬場),使它與原來的靜電場完全一樣,當探針伸入模擬場進行測量時,原來的場不受干擾,而電流場恰好滿足這個基本思想。

穩恆電流場與靜電場是兩種不同性質的場,但是它們兩者在一定條件下具有相似的空間分布,即兩種場遵守規律在形式上相似,都可以引入電位u,電場強度,都遵守高斯定律。

對於靜電場,電場強度在無源區域內滿足以下積分關係

對於穩恆電流場,電流密度向量在無源區域內也滿足類似的積分關係

靜電場與穩恆電流場的這種相似性給人們乙個啟示。如圖7-1(a)由幾個電勢為u1、u2、u3的帶電體激發的靜電場中p點的電勢為u時;那麼,將形狀與帶電體相同的良導體置於導電介質中的相同位置,加上直流電壓,使它們的電勢也是u1、u2、u3[圖1(b)],則在導電介質中對應p點位置的p點的電勢u將和u相同,反過來如果測量出穩恆電流場中p點的電勢為u,則相應靜電場中p點的電勢u將和u相同。這表示通過測量穩恆電流場的電勢分布可以了解相應靜電場的電勢分布,實驗結果表示這樣模擬是恰當的。

圖1概括起來有以下幾方面原因:

(1).首先,根本原因是靜電場和電流場所遵守的規律在形式上有相似性.如靜電場的基本規律:高斯定律、拉普拉斯方程等,對穩恆電流場也適用,所以兩種情況下的電場分布是等同的,知道了其中乙個場的電場分布情況就可以代替另乙個電場.所以我們對容易測量的電流場進行研究,來代替不易測量的靜電場進行研究。

(2).電位的相似性.雖說兩種場不同,但對兩個場都引入了電位的概念.如果某一靜電場是由幾個帶電體組所產生的,每個帶電體的位置形狀以及電位v1,v2…均已知,那麼我們可以把同樣形狀的良導體,按同樣的位置放在電介質中,使它們的電位也為v1,v2…,這樣得到電流場內任意一點p′的直流電位v,跟靜電場中對應點p的靜電電位v完全一樣,而直流電位很容易用伏特計測出,對應的靜電場電位也就確定了。

(3).電流線與電力線很相似.當把同樣電極放在導電介質上的同樣位置上,加上相應的電壓時,則導電介質中各點有相應的電流流過,每一點的電流密度j與該點的電場強度成正比,且方向相同,即遵守歐姆定律的微分形式:j=σe。其中,e是電介質內的電場強度,σ是電介質的電導率,其倒數是ρ稱為電阻率。

於是在此電介質中,由於電荷運動所形成的穩恆電流線與上述電場中的電力線就有相似的形狀.因此可由電流線的分布來模擬電力線.採用穩恆電流場模擬靜電場是需要一定條件的,即:

(1)電流場中導電介質分布,必須與靜電場介質分布相對應.若模擬真空場,則模擬場的電介質必須均勻;

(2)要模擬的靜電場中的導體如果表面是等位面,則電流場中的導體也應是等位面,這就要求採用良導體製作電極,而且導電介質的電導率不宜太大,若太大就會造成在良導體的電極上有分壓,而良導體表面不再是等位面;

(3)測量導電介質中的電位時,必須保證探針支路中無電流流過,以保證電流場不發生畸變.

2.2同軸帶電圓柱體間的靜電場

如圖2,設內圓柱半徑為ra,電勢為ua;外環內半徑為rb,電勢為ub,則靜電場中距離軸心為r 處的電勢ur可表示為:

又根據高斯定理,電荷均勻分布的無限長圓柱體的場強大小為

式中c由圓柱體上線電荷密度決定。由以上二式可得

由於r=rb處,ur=ub,即

則取ua=u0,ub=0,整理後得

或寫成1)

現根據模擬原理,討論穩恆電流場的分布(如圖7-3)。取厚度為t的圓柱形同軸不良導體片為研究物件。設材料電阻率為,則任意半徑r到r+dr的圓周間的電阻是

則半徑為r到rb之間的圓柱片的電阻為

圖7-3 同軸電纜的模擬模型

總電阻為(半徑ra到rb之間圓柱片的電阻)

設ub=0,則兩圓柱面間所加電壓為ua,徑向電流為

距軸線r處的電位為

2)由以上分析可見,ur與ur,er與er的分布函式完全相同。可知,在同軸圓柱面之間建立乙個靜電場或電流場,如果柱面間靜電電位差和直流電位差相同,則在兩種場中對應點有相同的電位。

用一般儀表直接測量帶電體在空間形成的靜電場是非常困難的.因為儀器的探針一旦引入靜電場,將在探針上產生感應電荷,這些電荷又產生電場,使原靜電場改變.為了解決這個問題,可以採用靜電儀表進行測量.人們通常也採用用電流場模擬靜電場的方法進行測量.因為電流場很容易測量.用電流場模擬靜電場是研究靜電電場最簡單的方法之一.

3.實驗內容

3.1實驗儀器

ce-n靜電場描繪儀,探針,游標卡尺,滑線變阻器,鋼尺,複寫紙,紙,圓規。

3.2描繪無限長同軸圓柱之間的電場分布:

(1) 按圖要求鏈結儀器;

(2) 拉起上層板壓鐵,放上一張白紙;在白紙上放複寫紙,再放上一張白紙,壓上壓鐵;

(3) 在測量盤中注入0.5厘公尺左右深的自來水,水不能淹沒中心電極;將測量盤放入下層板並固定;

(4) 放入探針,做適當調節,在自然狀態下,上面的記錄針不能接觸紙面;

(5) 測試開關打至內側檔,將倆電極間電壓調至10v;

(6) 測試開關打至外側檔,電表顯示電位參考點至探針的電壓,移動探針進行初探,看能在1、2、3、4、5、6v中能探到哪些值;

(7) 找準圓心(在圓心上找三點、作弦的垂直平分線交與圓心的方法)

(8) 按對稱和呈輻射狀,探測電壓值的點,每探準乙個電壓值,穩住探針,輕輕的按下上針,紙上打下乙個點的位置記錄點,白紙反覆探測和記錄;每個電壓值記下10個點,要保證有10組完整的資料;

(9) 關閉電源;拆除導線;倒掉水;收好儀器;

(10) 從圓心出發,測量各個點到圓心的距離,及a、b電極的半徑,填入資料表;按要求進行資料處理。

4.資料處理及處理記錄

4.1據白紙描繪出來的點畫出等勢線即為下圖:

4.2據白紙的資料量出各點據圓心的距離即可得到下表:

表1 v=10v;=1.00cm;=4.99cm

4.3用線性回歸法作資料處理

設公式中為未知量,由推出線性回歸方程y=b+kmx。由表中求出-與y-x的對應關係,求出係數m、b及相關係數,從m、b與之間的關係求出之值。

推導過程:

==y=b+kmx b= m=

即:y=+x

實驗教會了我們要養成良好的科學的實驗習慣。預習思考題,是加深實驗內容或對關鍵問題的理解、開發視野的一些問題,在實驗前認真地思考並回答這些問題。

其實我們都清楚,要想學好物理知識,僅僅在課堂上學習理論知識是不夠的。而物理實驗就是學習物理的基礎。我們利用老師們精心設計的實驗講義, 以最佳的方式呈現物理問題, 是我從中訓練到了我們實際動手的能力和綜合解決問題的能力並加深了我們對課堂上所學物理知識的理解。

通過學習大學物理實驗,我獲益匪淺。 回憶起這個學期第一次物理實驗室,走進物理實驗室時對一切器材都非常好奇,很想弄清它們的工作原理以及如何操作這些器材。但是,當我真正操作的時候,我發現還是存在相當大的難度。

在同學的協助之下,只能草草完成了第一次實驗。

我們做實驗主要依據的就是實驗教程,實驗教程編寫的很詳細,即使是乙個完全陌生的實驗課題也能通過研讀實驗教材來了解實驗的具體原理,操作及注意事項。但是,事實上讀懂了實驗教材並不意味著能做好實驗,這應該就是理論與實踐之間存在的差異。往往實驗教材讀的很熟,可是當面對實驗儀器時會發現依舊是手慢腳亂,難以應付。

這充分反映了我們動手能力的欠缺,雖然理論學習的很出色,但是在實踐上卻很笨拙。這可能與我們國家的教育體制有關,我們過分的強調理論的學習,很大程度上忽略了操作這一塊,因此常常會有人說:西方國家的學生在動手能力方面比中國學生強很多,但在理論考試上卻是中國學生的天下。

我想我們既然發現了這一點不足,就應該加強這方面的訓練,從教育的體制抓起,不要一味的重視理論,這樣只能培養紙上談兵的學生。

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