1、大學(xué)物理仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告 姓名： 學(xué)號(hào)： 班級(jí)：實(shí)驗(yàn)-利用單擺測量重力加速度實(shí)驗(yàn)?zāi)康?利用單擺來測量重力加速度實(shí)驗(yàn)原理 單擺的結(jié)構(gòu)參考圖1單擺儀,一級(jí)近似的周期公式為由此通過測量周期擺長求重力加速度實(shí)驗(yàn)儀器 單擺儀、 擺幅測量標(biāo)尺、鋼球、游標(biāo)卡尺實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 一.    用誤差均分原理設(shè)計(jì)一單擺裝置,測量重力加速度g.設(shè)計(jì)要求:(1)  根據(jù)誤差均分原理,自行設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案,合理選擇測量儀器和方法.(2)  寫出詳細(xì)的推導(dǎo)過程,試驗(yàn)步驟.(3)  用自制的單擺裝置測量重力加速度g,測量精度要求g/g < 1%.可提供的器材及參數(shù):游標(biāo)卡尺

2、、米尺、千分尺、電子秒表、支架、細(xì)線(尼龍線)、鋼球、擺幅測量標(biāo)尺(提供硬白紙板自制)、天平(公用).假設(shè)擺長l70.00cm;擺球直徑D2.00cm;擺動(dòng)周期T1.700s;米尺精度米0.05cm;卡尺精度卡0.002cm;千分尺精度千0.001cm;秒表精度秒0.01s;根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,實(shí)驗(yàn)人員開或停秒表反應(yīng)時(shí)間為0.1s左右,所以實(shí)驗(yàn)人員開,停秒表總的反應(yīng)時(shí)間近似為人0.2s.二.  對(duì)重力加速度g的測量結(jié)果進(jìn)行誤差分析和數(shù)據(jù)處理,檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求.三.  自擬實(shí)驗(yàn)步驟研究單擺周期與擺長,擺角,懸線的質(zhì)量和彈性系數(shù),空氣阻力等因素的關(guān)系,試分析各項(xiàng)誤差的大小

3、.四.  自擬試驗(yàn)步驟用單擺實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擺線長+小球直徑L=91.50cm D（平均）=（1.750+1.752+1.744+1.740+1.749+1.748）÷6=1.7 47m R=D/2=0.850cm l=L-R=91.05cm t=95.91s，周期數(shù)n=50，周期T=1.92s 所以g=9.751 2T/t=0.0022，L/l=0.0005，所以g/g=0.27%，g=0.026 所以：g=（9.751±0.026）實(shí)驗(yàn)結(jié)論與誤差分析： 結(jié)論：g=（9.751±0.026），g/g=0.27%<1%,所以達(dá)到設(shè)計(jì)

4、要求。 誤差分析: 1.若5°（即角度過大）因?yàn)門 與相關(guān)，當(dāng)越大時(shí)T也越大，所以偏大，測量值比值偏小。 2.空氣阻力的影響相當(dāng)于重力加速度減小使擺動(dòng)周期變大且m 越小，相對(duì)誤差E 越大。3.若擺線太粗或擺球太輕，則系統(tǒng)重心上移，實(shí)驗(yàn)值減小，故g 測g0。 窗體頂端窗體底端實(shí)驗(yàn)二-磁控管法測定電子荷質(zhì)比實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1.了解電子在真空二極管內(nèi)徑向電場和軸向磁場中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；2.掌握利用磁控條件測量電子荷質(zhì)比的原理及方法。實(shí)驗(yàn)原理磁控二極管的結(jié)構(gòu)如圖3示，最外圈是個(gè)圓筒形的陽極，被兩根支桿固定。陰極是一根直立于圓筒中心的鎢絲，由通過它的電流直接加熱，發(fā)射電子。在裝配過程中，盡量保持陽極和陰

5、極同軸。如果在陽極和陰極之間加上直流電壓，就會(huì)在兩極之間形成一個(gè)軸對(duì)稱的徑向電場。若在磁控管外套上一個(gè)同軸的長直螺線管，并給螺線管通以電流，就會(huì)形成一個(gè)軸向的均勻磁場，磁場分布如圖4所示。 圖3真空二極管的構(gòu)造 圖4真空管內(nèi)的電磁場分布電子從陰極發(fā)射出來以后，在徑向電場的作用下加速奔向陽極，但電子在奔向陽極的過程中同時(shí)又受到軸向均勻磁場的作用，使電子運(yùn)動(dòng)軌跡發(fā)生彎曲，磁場越強(qiáng)，軌跡彎曲得越厲害。當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B達(dá)到某個(gè)臨界值時(shí)，電子束就不可能到達(dá)陽極，陽極電流急劇減小，并突然截至（見圖5和圖6）。 圖5電子運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖 圖6不同磁場的電子軌跡的彎曲程電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)如圖7所示，是陰極半徑，是陽極半

6、徑，在圖7中，電子運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程為： （12）圖7柱坐標(biāo)系中電子運(yùn)動(dòng)狀假定磁場沿著z軸正方向，電子受到的洛侖茲力為 （13）它的各個(gè)分量為 （14）徑向電場力的方向是沿著r的方向，因此方向唯一的力是磁場力的分量（），設(shè)電子剛離開陰極表面時(shí)的初速度很小，可以忽略，則時(shí)，電子在方向上的運(yùn)動(dòng)方程為 （15）由上式可解得： （16）電子的動(dòng)能來源于電場力對(duì)電子做功，考慮到z軸方向上電子的初速度為0，電子到達(dá)陰極時(shí)，電場力對(duì)電子所做功為。所以電子動(dòng)能為 （17）在臨界情況下，即當(dāng)磁場增加到恰好是陽極電流截止時(shí)的臨界磁場值時(shí)，在處應(yīng)有，且，可得出磁場的臨界值為： （18）進(jìn)而可得出電子的荷質(zhì)比 （19）所

7、以，只要在實(shí)驗(yàn)中測出在一定的陽極電壓V及使陽極電流截止的臨界磁場，就可以求出電子的荷質(zhì)比，這種測定電子荷質(zhì)比的方法稱為磁控管法。下面討論式（19）中 的測量原理和方法。長直螺線管軸線上某一點(diǎn)P的磁場有下式確定： （20）式中I是螺線管的激磁電流， ，R是螺線管的半徑， 是螺線管的長度，N是螺線管的匝數(shù)， 是單位長度的匝數(shù)， 是P點(diǎn)到螺線管中心處的距離。當(dāng)P點(diǎn)在螺線管的中心部位時(shí)， ，則（20）式可簡化為 （21）代入式（19），則 （22）式中 是陽極電流截止時(shí)螺線管的勵(lì)磁電流。圖8陽極電流與磁場的關(guān)系從理論上看，陽極電流和磁場（或勵(lì)磁電流）的關(guān)系應(yīng)如圖8所示，在 （或 ）時(shí)，陽極電流截止。實(shí)

8、際上，由于電子從陰極逸出時(shí)初速度不為0，陽極裝配時(shí)也可能產(chǎn)生偏心，導(dǎo)致陽極電流的截止不是突變而是漸變的，如圖中虛線所示。在這種情況下，可以把臨界勵(lì)磁電流取在初始陰極電流減半的 為 實(shí)驗(yàn)儀器 電子束實(shí)驗(yàn)儀、電子束實(shí)驗(yàn)儀、顯示屏、電流表、電壓表實(shí)驗(yàn)方法1.分別將安培表、微安表、電壓表接到鎢燈逸出功儀器的相端上；將螺線管套在真空二極管外（注意同軸問題），并將穩(wěn)壓電源接到螺線管上，以提供勵(lì)磁電流。2 .打開逸出功儀器測定儀及直流穩(wěn)壓源的電源，預(yù)熱3分鐘。在燈絲電壓保持一定的情況下，至少測出5組不同陽極Ua時(shí)的勵(lì)磁電流IS與陽極電流I a的變化關(guān)系曲線。3.作出IaIs曲線，分別求出每條曲線的臨界磁場BC時(shí)的勵(lì)磁電流Ic 。再作Ua Ic 2的曲線，根據(jù)作圖法并由（6）式求出e/m值。4求出e / m值，并與標(biāo)準(zhǔn)值比較求出誤差。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)由結(jié)果我們可知,測量得到的Ua Ic2曲線斜率K為69.273，e/m平均值為1.7444*10e-11,誤差大小為0.89%. 思考題1 調(diào)節(jié)螺線管的勵(lì)磁電流，改變磁感應(yīng)強(qiáng)度B觀察三次以上磁聚焦現(xiàn)象，并解釋此現(xiàn)象。由于，當(dāng)B增加時(shí)，周期T減小，所以當(dāng)調(diào)節(jié)電流I使得B增加3倍時(shí)，周期T變?yōu)樵瓉淼娜种弧Ｓ?，所以一個(gè)周期只能運(yùn)行在原來三分之一的距離，因此便有了三次聚焦。2 如何利用