工科物理实验

工科物理实验（上）总结 工科物理实验（上）总结论文 周勰（16009222） （东南大学，电气工程学院 南京，211189） 摘要：回顾本学期所做的实验，总结一些实验中出现的误差，分析其原因，并提出改进的建议。 关键词：三线扭摆法；电磁聚焦；密立根油滴法。 Conclusions to the Physical experiments ZhouXie (Electrical Engineering school of Southeast University,Nanjing16009222) Abstract : through retrospection to the experiments we did this term, we conclude from some experimental errors, analyzed the causes, and put forward some suggestions. Key s : Three -wire torsion pendulum method; Electromagnetic focusing; Millikan oil drop experiment. 1​  2​ 实验回顾 （1）​ 三线扭摆法测转动惯量： 基本关系：（忽略摩擦力影响）转动过程机械能守恒。通过对机械能守恒等式两边对时间求导数，经过一系列的转换得如下图所示的公式。此即为三线扭摆法测转动惯量的原理。实验仪器也如下图： （2）电磁聚焦： 电磁聚焦基本原理： 如下图所示：电子在磁场中运动，在垂直于磁场方向平面中受洛伦兹力的作用做圆周运动，在平行于磁场平面内，不受力，做匀速直线运动。所以电子在磁场中的运动轨迹为螺线型。在磁场中运动的电子，如果初始点相同，且在沿磁场方向平面中速度分量一样，则会在螺线距整数倍处交会。这就是电磁聚焦的原理。 电磁聚焦法测电子比荷的实验仪器如下： （3）密立根油滴法测电子电荷： 密立根巧妙的运用简单的测量方法，将对微观量的车辆转化为对宏观量的测量，原理清晰，仪器简单，结果准确。其设计极具启发性。 实验原理： 再通过公式的演变：如下： 2 实验误差观察，分析及其总结： （1）三线扭摆法测转动惯量：经过实验求得的结果与理论公式所求结果的比较，发现实验误差的偏差一会偏大一会偏小。通过观察实验仪器和所用原理，总结如下：我们实验所用的摆线伸缩性比较大。在摆动过程中会不同程度的出现松动。另一方面，对于实验装置的欠佳水平的调节缺乏一种可靠的操作性。此外众所周知：三线摆在空气中会有阻尼振动，而发生阻尼振动会使其摆动的频率发生变化，而频率的变化相应的导致周期的变化，因而导致所测转动惯量的误差。如下图中公式所示： 其实上述三线扭摆法测量转动惯量的公式又是在转动角度足够小的前提下。所以有时动作过大，也是导致误差变化的一个原因。因此对改进该实验提出一些建议：在测量过程中，应该保证转盘的水平，摆动角度应该足够小，并适当增加测量周期次数求取平均值，还有转盘的质量应当适当轻。此外，经过查询，和实验操作明，转盘摆动的频率越大，实验误差越小，不过当然要保证计数的方便。另外计数器应当采用光敏计时，这样也能减少因人反应时间而造成的误差。 （2）电子聚焦测电子比荷：对于本人在实验中出现的误差，我认为是聚焦不够完全的结果。因为测得的结果普遍偏大，误差范围超过10%左右，另外该实验装置，存在一个缺点，就是看的稍久一点就会让人看得眼花。且聚焦程度没有可比。提出的改进建议：应当在每台仪器上设置一个聚焦程度的标准，以便于控制聚焦时的旋钮调节。此外尽可能的改变观察方式，避免因眼花造成的观察误差。 （3）密立根油滴法测电子电荷：在此实验中，油滴大小的选取，我认为是比较重要的，因为，有时油滴过大，阻力会变大，导致测量时，油滴下落的时间变长，最 终导致测量得到的电量q的值偏小。此外应当控制油滴盒内的油滴数目，最好是控制在一滴，这样可以减少因油滴之间库仑力而引起的误差。还有就是应当保持油滴盒系统的水平，否则，油滴将不垂直地面运动，导致运动测量时间的延长，也会导致电量的测量值q变小。另外，对于，油滴盒系统和计时器的分离，导致计时的不便，恐怕也是导致测量误差的原因。因为一只手要控制电压，防止油滴粘壁，另一只手又要摁停计时器。所以对于以上几个方面提出一些建议：选取油滴体积要适当小，当然还是要便于观察，控制油滴盒系统内的油滴数目，保持油滴盒系统的水平，另外多测几次，求取平均值，减少测量的误差。此外数据样本所带的电量越小越好，也即在用静态法进行测量过程中，否则会带来空气扰动引起的误差。此外对于实验仪器，应当考虑将计时器与电压开关连接起来，达到切换电压开关的同时也改变计时器的状态的目的。 参考文献-------------大学生物理实验（上）主编：钱锋，潘人培 第5期第 11 卷第 5 期 2009 年 10 月黄山学院学报 东南大学物理实验中心网站phylab.seu.edu.cn 三线扭摆法测转动惯量实验中的扭动周期的探讨---南京机械高等专科学校学报 唐曙光，唐春红【分类号】 TH82 【DOI】CNKI:SUN:JXGZ.0.1999-03-006