第一篇：用拉伸法測量金屬絲楊氏模量實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)專題

研究報告

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)

序號：05 用拉伸法測量金屬絲楊氏模量實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

普通物理實(shí)驗(yàn)中，在測量金屬絲長度時，是在架子上直接利用鋼尺進(jìn)行測量的，這樣既不便測量又會造成較大的測量誤差;在測量平面鏡與標(biāo)尺之間的距離時，是直接利用鋼尺進(jìn)行測量的，這樣測量不易保證鋼尺的水平性，從而增加了測量誤差;在測量金屬絲伸長量時，實(shí)驗(yàn)利用光杠桿和望遠(yuǎn)鏡等儀器，操作比較麻煩，在調(diào)整望遠(yuǎn)鏡及標(biāo)尺位置時，不易與平面鏡對準(zhǔn)，而且從望遠(yuǎn)鏡中讀數(shù)時，視線不易與刻度線平齊、容易使眼疲勞和晃動望遠(yuǎn)鏡，這都會造成較大的讀數(shù)誤差;在加砝碼后，砝碼經(jīng)常會持續(xù)的晃動，使金屬絲受力大小不停的變化，不利于讀數(shù)，也會影響測量結(jié)果。為了使實(shí)驗(yàn)更具準(zhǔn)確性及學(xué)習(xí)性，以下我將從這四個方面對該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改良。

針對直接在儀器上用鋼尺對待側(cè)金屬絲進(jìn)行測量造成的誤差，我將利用靈敏度較大的歐姆表來代替鋼尺進(jìn)行測量。做實(shí)驗(yàn)時，先利用歐姆表測量0.5米待測金屬絲的電阻，算出單位長度金屬絲的電阻R1，然后再測量我們做實(shí)驗(yàn)時，鋼絲上夾頭與下夾頭之間金屬絲的電阻R2,再利用L=R2/R1求出金屬絲的長度。我認(rèn)為這樣改良，雖然增加了實(shí)驗(yàn)的復(fù)雜性，而且增加了歐姆表這個實(shí)驗(yàn)儀器，從而增加了實(shí)驗(yàn)的開支，但這樣可以使學(xué)生多學(xué)一些知識，例如：學(xué)生對歐姆表的使用以及金屬絲電阻與長度的關(guān)系等知識的學(xué)習(xí)。而且這樣改良也可以減少金屬絲的測量誤差，從而使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加準(zhǔn)確。

對于測量兩個物體之間水平距離時，如何保證鋼尺良好的水平性，我將利用連通器原理進(jìn)行改良。在做實(shí)驗(yàn)時，取一個塑料細(xì)管，把管內(nèi)注入一些水，然后把細(xì)管的一端放在其中一個物體的邊緣，把另一端放在另一物體的邊緣，測量時鋼尺的兩端與塑料管兩端管內(nèi)的水面平齊，這樣就可以保證鋼尺在測量時的水平性，從而更加準(zhǔn)確的測量出兩物體之間的水平距離，減少實(shí)驗(yàn)誤差。而且該實(shí)驗(yàn)中利用了連通器的原理，也能使學(xué)生更加深入的掌握連通器原理，并活學(xué)活用，利用連通器原理對生活的一些方法進(jìn)行改良，例如：在工地上對同一高度做標(biāo)記時，就可以利用連通器原理來找出同一高度的位置。有利于學(xué)生知識與動手能力的培養(yǎng)。

針對利用光杠桿和望遠(yuǎn)鏡等儀器出現(xiàn)的問題，我將通過改變儀器來消除。我利用的也是光杠桿原理，我把放置平面鏡的地方換成了我初中時玩的一種激光燈 研究報告

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)

序號：05(該燈可以發(fā)出很細(xì)且?guī)墓饩€，而且光線強(qiáng)度較強(qiáng))。在做實(shí)驗(yàn)時，把激光燈前端放在支架上，后端放在與金屬絲 相連的圓座上，使得在拉金屬絲時，激光燈發(fā)出光線與水平夾角隨著金屬絲的長度的變化而變化。在裝有標(biāo)尺與望遠(yuǎn)鏡的鐵架上只保留一個標(biāo)尺，在做實(shí)驗(yàn)時，調(diào)整鐵架的位置，使得激光燈發(fā)出的光線照在標(biāo)尺上，在這一步中，因?yàn)榧す鉄舭l(fā)出的光線是有色且亮的，故很容易調(diào)整標(biāo)尺的位置。因?yàn)椴恍枰ㄟ^望遠(yuǎn)鏡來讀數(shù)了，就不會有因?yàn)橥h(yuǎn)鏡晃動而產(chǎn)生誤差了，而且直接在標(biāo)尺上讀數(shù)，容易使視線與刻度線平齊，降低眼疲勞等問題，使得讀數(shù)更加準(zhǔn)確。這樣改良實(shí)驗(yàn)，既能減少實(shí)驗(yàn)的難度，又能使實(shí)驗(yàn)測量的數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，而且由于我 利用的那種激光燈相對于望遠(yuǎn)鏡等儀器很便宜，故還可以節(jié)約實(shí)驗(yàn)的開支。

針對砝碼晃動引起金屬絲受力不斷變化，從而導(dǎo)致讀數(shù)誤差增大這一問題，我將在砝碼周圍增加一些器件來使其停止晃動。我的具體方法是，在裝有待測金屬絲的楊氏模量儀底座上安裝兩根相互垂直的滑桿，且兩桿的中心相互重疊，在兩個滑桿上分別套上兩個帶套的鐵片，這兩個鐵片分別在桿中心的兩邊，而且這些鐵片的套上分別都有一個螺帽，擰動螺帽可以控制鐵片在滑桿上的滑動及靜止。做實(shí)驗(yàn)時，在把砝碼放到砝碼盤后，滑動滑桿上的四個鐵片，使鐵片貼在砝碼上，但不給砝碼豎直方向上的力，并擰動螺帽固定鐵片，從而使砝碼停止 晃動，然后再進(jìn)行讀數(shù)，這樣就會消除由于砝碼晃動造成讀數(shù)的困難以及造成的讀數(shù)誤差。這樣改良實(shí)驗(yàn)，雖然增加了實(shí)驗(yàn)器件，從而增加了實(shí)驗(yàn)開支，以及增加了實(shí)驗(yàn)操作的復(fù)雜性，但有利于學(xué)生動手能力的培養(yǎng)，以及增加實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。綜合起來，這樣改良還算可以。

第二篇：用電子萬能拉伸試驗(yàn)機(jī)測量ABS材料拉伸強(qiáng)度

用電子萬能拉伸試驗(yàn)機(jī)測量ABS材料拉伸強(qiáng)度

一、概述

測 量方 法： 依據(jù)塑料－拉伸力的確定DIN EN ISO 527-2:1996

環(huán) 境條 件： 23℃，濕度60％

檢測所用儀器： CMT6104游標(biāo)卡尺（150mm）

樣 件描 述： ABS樣條，80×10×4mm

測 量過 程： 將樣條裝夾在電子萬能試驗(yàn)機(jī)上，以20mm/min的速率施加軸向力并測

量拉斷樣條所需的最大試驗(yàn)力Fm。拉伸強(qiáng)度Rm等于試驗(yàn)過程中的最大

試驗(yàn)力域樣條原有截面積So之比。

二、測量不確定度評定：

FRm?m

1． 數(shù)學(xué)模型So；Rm-拉伸強(qiáng)度；So-原始橫截面積；Fm-最大試驗(yàn)力。

1.輸入量F標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定

輸入量Fm的不確定度主要由試驗(yàn)機(jī)示值誤差和試驗(yàn)機(jī)檢定儀器標(biāo)準(zhǔn)測力儀構(gòu)成： a.試驗(yàn)機(jī)示值誤差引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量

根據(jù)廠家提供說明書，示值誤差為1％，按均勻分布

uF?a1%??0.58%；取自由度為50。k3

2.輸入量S標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定

輸入量S用游標(biāo)卡尺測量樣條寬度和厚度，計算s=寬度×厚度，其標(biāo)準(zhǔn)不確定度（US）主要由以下兩部分組成;

1.測量樣條所用的游標(biāo)卡尺準(zhǔn)確度引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量us1；

由使用說明書提供的準(zhǔn)確度為0.03mm,按照均勻分布，k取，則游標(biāo)卡尺準(zhǔn)確度引起的不確定度分量us1?U

k?0.03

2?0..0015um；取自由度為50。

2．測量人員測量樣條寬度和厚度的重復(fù)性引起的不確定度分量(Us2)

檢測人員使用數(shù)顯卡尺重復(fù)性引起的標(biāo)準(zhǔn)測量不確定度；

用游標(biāo)卡尺對同一樣件寬度重復(fù)7次測量寬度（b）得

10.02,10.01,10.02,10.01,10.02,10.01,10.01;經(jīng)計算得b平均為10.015mm,標(biāo)準(zhǔn)差s＝0.005mm.取單次測ub?s0.005??0.002k7自由度為6。

再用游標(biāo)卡尺對同一樣件厚度重復(fù)7次測量厚度(h)得

4.08,4.07,4.08,4.08,4.09,4.08,4.06;經(jīng)計算得h平均為4.08mm,標(biāo)準(zhǔn)差s＝0.01mm.取單次測量uh?s0.01??0.004自由度6。k7

2按不相關(guān)計算 S不確定度評定uS2?ub?uh2?0.05%。

vs=

3．合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度 U=u2?u2FS=0.58%；計算自由度為50。

4.擴(kuò)展不確定度(置信區(qū)間95％，自由度50)U95=t95*Uc=1.17%

第三篇：密立根油滴法測量電荷電量實(shí)驗(yàn)的一種改進(jìn)

密立根油滴實(shí)驗(yàn)的操作改進(jìn)

姓名：屈少斌 學(xué)號：2022015020 摘要: 密立根油滴實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)之一, 至今仍是近代物理實(shí)驗(yàn)中的必做實(shí)驗(yàn)。本文針對密立根油滴法測量電荷電量的實(shí)驗(yàn)中存在誤差過大導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏差過大的問題, 提出一種輔助該實(shí)驗(yàn)的軟件方案。該方案能夠避免過大的誤差, 同時合理保留精度允許范圍的誤差量, 較為真實(shí)可靠的還原整個實(shí)驗(yàn)過程。將該軟件改進(jìn)方案引入實(shí)驗(yàn)教學(xué), 能夠在節(jié)約成本的同時改善教學(xué)效果、提高教學(xué)質(zhì)量。關(guān)鍵詞: 密立根油滴法;實(shí)驗(yàn);電荷;改進(jìn)方案

引言

19世紀(jì)末, 隨著X射線的發(fā)現(xiàn)而迅速展開的物理學(xué)革命, 揭開了現(xiàn)代物理學(xué)的序幕, 人類從此打開了奇妙的微觀世界研究的大門。1897年J1J1Thomson在研究陰極射線的實(shí)驗(yàn)中確認(rèn)了電子的存在。于是, 測定電子電荷e就成了當(dāng)時物理學(xué)家面臨的重大課題。美國實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家密立根(R1A1Millikan)歷經(jīng)11年時間[ 1 ], 首次精確地測出了基本電荷的數(shù)值為e=(1.5924±0.0017)×10-19C,因而獲得1923年的諾貝爾物理學(xué)獎[ 2 ]。密立根油滴實(shí)驗(yàn)設(shè)計巧妙, 方法簡便, 設(shè)備簡單, 結(jié)果準(zhǔn)確, 堪稱物理實(shí)驗(yàn)之典范, 尤其是它的設(shè)計思想更值得借鑒。近年來[ 3 ], 根據(jù)該實(shí)驗(yàn)的設(shè)計思想改進(jìn)的用磁漂浮的方法測量分?jǐn)?shù)電荷, 以及用密立根油滴儀同時測量粉塵的粒徑和電荷量的實(shí)驗(yàn), 引起了人們的普遍關(guān)注, 說明該實(shí)驗(yàn)至今仍富巨大的生命力。重做密立根油滴實(shí)驗(yàn)[ 4 ], 在不斷改進(jìn)測量方法的同時, 可以進(jìn)一步體驗(yàn)前輩物理學(xué)家深刻的物理思想和精巧的實(shí)驗(yàn)設(shè)計。

1897年湯姆生發(fā)現(xiàn)了電子的存在后，人們進(jìn)行了多次嘗試，以精確確定它的性質(zhì)。湯姆生又測量了這種基本粒子的比荷（荷質(zhì)比），證實(shí)了這個比值是唯一的。許多科學(xué)家為測量電子的電荷量進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)探索工作。電子電荷的精確數(shù)值最早是美國科學(xué)家密立根于1917年用實(shí)驗(yàn)測得的。密立根在前人工作的基礎(chǔ)上，進(jìn)行基本電荷量e的測量，他作了幾千次測量，一個油滴要盯住幾個小時，可見其艱苦的程度。

密立根通過油滴實(shí)驗(yàn)，精確地測定基本電荷量e的過程，是一個不斷發(fā)現(xiàn)問題并解決問題的過程。為了實(shí)現(xiàn)精確測量，他創(chuàng)造了實(shí)驗(yàn)所必須的環(huán)境條件，例如油滴室的氣壓和溫度的測量和控制。開始他是用水滴作為電量的載體的，由于水滴的蒸發(fā)，不能得到滿意的結(jié)果，后來改用了揮發(fā)性小的油滴。最初，由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過公式計算出的e值隨油滴的減小而增大，面對這一情況，密立根經(jīng)過分析后認(rèn)為導(dǎo)致這個謬誤的原因在于，實(shí)驗(yàn)中選用的油滴很小，對它來說，空氣已不能看作連續(xù)媒質(zhì)，斯托克斯定律已不適用，因此他通過分析和實(shí)驗(yàn)對斯托克斯定律作了修正，得到了合理的結(jié)果。

密立根的實(shí)驗(yàn)裝置隨著技術(shù)的進(jìn)步而得到了不斷的改進(jìn)，但其實(shí)驗(yàn)原理至今仍在當(dāng)代物理科學(xué)研究的前沿發(fā)揮著作用，例如，科學(xué)家用類似的方法確定出基本粒子──夸克的電量。

油滴實(shí)驗(yàn)中將微觀量測量轉(zhuǎn)化為宏觀量測量的巧妙設(shè)想和精確構(gòu)思，以及用比較簡單的儀器，測得比較精確而穩(wěn)定的結(jié)果等都是富有啟發(fā)性的。

由于密立根油滴法的精妙設(shè)計和重大的意義, 因此大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課中, 密立根油滴法測定電子電荷的實(shí)驗(yàn)也是學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)之一?，F(xiàn)在做密立根油滴法測定電子電荷實(shí)驗(yàn)所用的儀器設(shè)備比起100年前的密立根所用設(shè)備有了非常大的改進(jìn)。學(xué)生用專用實(shí)驗(yàn)儀器在做該實(shí)驗(yàn) 時只需要找到合適的油滴, 并進(jìn)行簡單的按鍵操作就可以完成基本的測量。經(jīng)過測量, 實(shí)驗(yàn)儀器會自動給出油滴所帶的電荷數(shù)。然后, 學(xué)生通過計算就可以測定電子所帶的電荷數(shù)。然而, 由于實(shí)驗(yàn)儀器本身的原因和學(xué)生的操作誤差, 常常導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果測量到的電子電荷數(shù)和電子電荷理論值相距甚遠(yuǎn), 大大超出可接受的范圍?；谶@種實(shí)驗(yàn)課程中的實(shí)際情況, 本文提出了一種對密立根油滴法測定電子電荷實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)方案。

一

密立根油滴法實(shí)驗(yàn)原理

密立根油滴實(shí)驗(yàn)有兩種基本的方法, 即動態(tài)法和靜態(tài)平衡法。這兩種方法都是從觀察和測量帶電油滴在電場中的運(yùn)動規(guī)律入手的, 運(yùn)動規(guī)律不同導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)方法有一定區(qū)別。為了獲得比較精確的測量結(jié)果, 盡可能把油滴受到的各種作用和修正因素都考慮進(jìn)去。

動態(tài)法

當(dāng)油滴受到的重力、電場力、浮力及粘滯阻力四個力的作用平衡時, 作勻速的上升運(yùn)動, 就滿足了動態(tài) 法的測量條件。(1)實(shí)驗(yàn)原理

當(dāng)平行極板間未加電壓時, 油滴受重力、浮力、粘滯阻力三個力作用,平衡時 F重-F浮=F粘在平行極板間加電壓, 油滴受重力、浮力、電場力及粘滯阻力四個力作用,平衡時。

靜態(tài)平衡法

當(dāng)油滴在重力、電場力、浮力三個力的作用下靜止時, 就滿足了靜態(tài)平衡法的測量條件。(1)實(shí)驗(yàn)原理

當(dāng)平行極板間未加電壓時, 油滴的受力情況與311節(jié)(1)中未加電壓時相同。

當(dāng)給平行極板加上電壓時, 調(diào)節(jié)電壓使油滴靜止, 這時油滴同時受到重力、浮力、電場力三個力作用, 其關(guān)系為： F重-F浮= F電

在介紹改進(jìn)方案之前, 再介紹下密立根油滴法[ 5 ]。實(shí)驗(yàn)中，用噴霧器將油滴噴入兩塊相距為d的水平放置的平行極板之間，如圖3所示。油滴在噴射時由于摩擦，一般都會帶電。設(shè)油滴的質(zhì)量為m，所帶電量為q，加在兩平行極板之間的電壓為V，油滴在兩平行極板之間將受到兩個力的作用，一個是重力mg，一個是電場力mg=qV/d。通過調(diào)節(jié)加在兩極板之間的電壓V，可以使這兩個力大小相等、方向相反，從而使油滴達(dá)到平衡，懸浮在兩極板之間。此時有: mg=qV/d

(1)

為了測定油滴所帶的電量q，除了測定V和d外，還需要測定油滴的質(zhì)量m。但是，由于m很小，需要使用下面的特殊方法進(jìn)行測定。

因?yàn)樵谄叫袠O板間未加電壓時，油滴受重力作用將加速下降，但是由于空氣的粘滯性會對油滴產(chǎn)生一個與其速度大小成正比的阻力，油滴下降一小段距離而達(dá)到某一速度v后，阻力與重力達(dá)到平衡（忽略空氣的浮力），油滴將以此速度勻速下降示。

由斯托克斯定律可得:

f=6παηv=mg

(2)其中η是空氣的粘滯系數(shù)，α是油滴的半徑（由于表面張力的作用，小油滴總是呈球狀）。

設(shè)油滴的密度為ρ，油滴的質(zhì)量m可用下式表示

m=4πα3ρ/3

(3)將（2）式和（3）式合并，可得油滴的半徑為:

α=(9ηv/2ρg)1/2

(4)由于斯托克斯定律對均勻介質(zhì)才是正確的，對于半徑小到10-6m的油滴小球，其大小接近空氣空隙的大小，空氣介質(zhì)對油滴小球不能再認(rèn)為是均勻的了，因而斯托克斯定律應(yīng)該修正為

fr=6παηv/(1+b/αp)式中b為一修正常數(shù)，取b=6.17 ×10-6cmHg ；P為大氣壓強(qiáng)，單位是cmHg。利用平衡條件和（3）式可得

α=[9ηv/2ρg(1+b/αp)]1/2

(5)上式根號下雖然還包含油滴的半徑α，因?yàn)樗翘幱谛拚?xiàng)中，不需要十分精確，仍可用（4）

式來表示。將（5）代入（3）式得

3/

2m=4π/3[9ηv/2ρg(1+b/αp)] ρ

(6)當(dāng)平行極板間的電壓為0時，設(shè)油滴勻速下降的距離為l，時間為t，則油滴勻速下降的速度為

v=L/t

(7)將（7）式代入（6）式，再將（6）式代入（1）式得

q=18πd[ηL/t(1+b/αp)]

3/2

/v(2ρg)1/2

(8)

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，對于同一個油滴，如果改變它所帶的電量，則能夠使油滴達(dá)到平衡的電壓必須是某些特定的值vn。研究這些電壓變化的規(guī)律可以發(fā)現(xiàn)，他們都滿足下面的方程

q=ne=mgd/vn 式中n=±1, ±2…..而e則是一個不變的值。

對于不同的油滴，可以證明有相同的規(guī)律，而且e值是相同的常數(shù)，這即是說電荷是不連續(xù)的，電荷存在著最小的電荷單位，也即是電子的電荷值e。于是，（8）式可化為 ne=18πd[ηL/t(1+b/αp)]

3/2

/v(2ρg)1/2

(9)

根據(jù)上式即可測出電子的電荷值e，驗(yàn)證電子電荷的不連續(xù)性。

二

密立根油滴實(shí)驗(yàn)的儀器

密立根油滴實(shí)驗(yàn)儀MOD-8由油滴儀和CCD成像系統(tǒng)組成。在過去的油滴實(shí)驗(yàn)中常通過顯微鏡觀測油滴, 時間一長眼睛感到疲勞, 以至于丟失油滴。現(xiàn)使用電視顯微油滴儀, 采用CCD攝像頭和監(jiān)視器。從監(jiān)視器上觀察油滴, 視野寬闊, 圖像鮮明, 提高了測量精度[ 6 ]。

三

實(shí)驗(yàn)中存在的問題

現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)采用的密立根油滴儀的操作雖然比較簡單, 但由于儀器自身的限制, 加上學(xué)生的操作誤差, 常常不能得到令人滿意的測量精度。根據(jù)實(shí)際的實(shí)驗(yàn)經(jīng)歷, 總結(jié)如下幾方面的誤差:

第一, 由于采用噴霧器, 因此油滴大小不可控, 選擇合適大小的油滴需要耗費(fèi)大量時間和精力。

第二, 兩個帶電極板間的電壓是可調(diào)的, 但是其精度有限, 因此會造成實(shí)驗(yàn)中極板間的電場力和油滴重力不能完全平衡, 油滴會存在緩慢的漂移。

第三, 學(xué)生肉眼判斷油滴進(jìn)入勻速下降狀態(tài)存在一定的誤差。

第四, 油滴儀的按鍵存在響應(yīng)時間。學(xué)生目視油滴儀屏幕, 觀察到油滴勻速下落開始計時和計時結(jié)束時都需要操作按鍵, 而從學(xué)生看到到按鍵響應(yīng)中間的時間誤差較大。由于油的密度、重力加速度、空氣粘度、大氣壓強(qiáng)、平行板間距離等都可以通過精確測量得到較為準(zhǔn)確的數(shù)值, 顧不考慮這幾個參量引入的誤差。

從上述分析可以看出, 密立根油滴儀對油滴的選擇具有極大的隨機(jī)性, 而儀器本身的性能又增加了許多限制, 加上學(xué)生個體的操作誤差, 在有限的課堂時間中,很可能會使實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)非常大的偏差。這種實(shí)驗(yàn)偏差不但不利于學(xué)生對密立根油滴法的理解, 還給教師的教學(xué)帶來了許多不必要的麻煩。

四

改進(jìn)方案

為了能夠在有限的課堂時間中改善實(shí)驗(yàn)效果, 讓學(xué)生對密立根油滴法有更為直觀和準(zhǔn)確的認(rèn)識, 本文提出一種軟件方案來模擬密立根油滴法測定電子電荷實(shí)驗(yàn)。改進(jìn)方案具體包含以下幾個部分: 第一, 由于油的密度、重力加速度、空氣粘度、大氣壓強(qiáng)、平行板間距離和修正常數(shù)基本不會引入大的誤差, 所以我們在軟件中將這些參量預(yù)置為本地測量的實(shí)際數(shù)據(jù)。

第二, 通過軟件隨機(jī)產(chǎn)生模擬油滴的質(zhì)量, 并把油滴的質(zhì)量控制在與實(shí)際噴霧器噴出的油滴相同的數(shù)量級,這個值做為模擬油滴的真實(shí)值。并根據(jù)這個模擬的真實(shí)質(zhì)量和前面預(yù)置的本地重力加速度值來計算出模擬油滴受到的重力。

第三, 為模擬油滴的真實(shí)值附加一個大小合適的隨機(jī)測量誤差, 從而得到模擬油滴的質(zhì)量測量值。

第四, 設(shè)置兩極板電壓可調(diào), 并且極板電壓調(diào)節(jié)精度采用最高精度的浮點(diǎn)數(shù), 從而保證兩極板電壓絕對可以使帶電油滴所受到的電場力完全和其重力平衡。電壓值給出精確值。

第五, 通過軟件實(shí)現(xiàn)模擬油滴從屏幕上方自由落體下落, 并在一個起始線后進(jìn)入勻速狀態(tài)。該勻速度的大小可以由修正的斯托克斯定律求得。

第六, 學(xué)生觀察到模擬滴穿越起始線進(jìn)入勻速狀態(tài)后, 隨時可以點(diǎn)擊鼠標(biāo)開始記錄時間和下降距離。記錄完畢時, 再次點(diǎn)擊鼠標(biāo), 計算機(jī)自動統(tǒng)計給出下降的時間和下降的距離。

第七, 為上述參與公式計算的測量量分別附加一個合理的誤差, 輸出給學(xué)生。并且將電荷量的計算結(jié)果輸出給學(xué)生, 讓學(xué)生根據(jù)這個值進(jìn)行計算。

第八, 通過軟件圖示演示數(shù)據(jù)處理過程和誤差分析的方法, 讓學(xué)生對整個實(shí)驗(yàn)加深認(rèn)識和理解, 掌握密立根實(shí)驗(yàn)的精髓。

五

改進(jìn)方案的C++和Matlab編程實(shí)現(xiàn)要點(diǎn)

由于C++和Matlab語言具有豐富的函數(shù)庫和強(qiáng)大的開發(fā)功能[ 7 ] [ 8 ], 上述改進(jìn)方案的具體實(shí)現(xiàn)采用C++和Matlab語言編程實(shí)現(xiàn)。由于文章篇幅所限, 本文并不給出具體程序, 而只闡述編程實(shí)現(xiàn)過程中需要注意的關(guān)鍵問題: 第一, 軟件方案中的預(yù)置量需要提前實(shí)地測量, 保證與實(shí)際密立根油滴儀一致。只有這些前提條件是準(zhǔn)確一致的, 才能確保兩個實(shí)驗(yàn)可以進(jìn)行相對應(yīng)的比較。

第二, 隨機(jī)產(chǎn)生油滴時, 由于帶電量和質(zhì)量都是隨機(jī)的, 所以需要通過軟件設(shè)置保證油滴的質(zhì)量和帶電量基本符合實(shí)際情況, 不會相差若干個數(shù)量級。

第三, 一定要給軟件產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量附加一個誤差量, 而且誤差量的具體大小根據(jù)相應(yīng)的實(shí)際測量工具來確定。

六

結(jié)

論

密立根油滴實(shí)驗(yàn)的方法給我們許多啟發(fā)，通過本實(shí)驗(yàn)，我們不僅能進(jìn)一步理解該實(shí)驗(yàn)，而且還可以對電荷的量子性有初步的感受，能夠用實(shí)驗(yàn)的方法對量子論的東西進(jìn)行接觸，也許對我們學(xué)習(xí)量子論的物理知識有很大的幫助，可能就是因?yàn)樽鲞^本實(shí)驗(yàn)，我們在學(xué)習(xí)量子論的后續(xù)課程中有一點(diǎn)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)了想要做好此實(shí)驗(yàn)并不是那么的容易，因?yàn)楫?dāng)我們真正的來做該實(shí)驗(yàn)的時候，我們才發(fā)現(xiàn)，雖然實(shí)驗(yàn)的原理不是很難，但是操做起來比較困難，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)中我們不僅要用眼睛觀看油滴的運(yùn)動，而且還要用手進(jìn)行相關(guān)的操作，這樣導(dǎo)致我們的眼眼睛和手的操作很難同時實(shí)現(xiàn)。鑒于上面的這些因素，才提出了下面的操作控制。

密立根油滴法測量電荷電量的實(shí)驗(yàn)中常常由于實(shí)驗(yàn)儀器本身的誤差和學(xué)生的操作誤差過大而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果嚴(yán)重偏離正確值, 給學(xué)生的學(xué)習(xí)和教師的教學(xué)都帶來了非常大的困擾。本文提出一種軟件方案用于輔助密立根油滴法實(shí)驗(yàn)教學(xué)。該方案能夠避免上述較大的誤差, 同時合理保留精度允許范圍的誤差量, 較為真實(shí)的反映密立根油滴法實(shí)驗(yàn)的整個過程。采用該方法, 在不用更換密立根油滴儀的情況下, 就可以解決該實(shí)驗(yàn)中學(xué)習(xí)和教學(xué)的問題, 可以在節(jié)約成本的同時實(shí)現(xiàn)對教學(xué)效果較好的改善。

密立根因測出電子電量及其他方面的貢獻(xiàn)，榮獲1923諾貝爾物理獎，從他的成功過程可以看出，在科學(xué)探索中，只要具備了條件，思想方法正確，百折不撓地干下去，認(rèn)識就能不斷深化，并能最終獲得成功。p參考文獻(xiàn): [1] 熊俊.近代物理實(shí)驗(yàn)[M].北京: 北京師范大學(xué)出版社,2007:1-9.[2] 李娟,李蜀晉, 胡再國.密立根油滴實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析[ J].物理實(shí)驗(yàn),2008,28(4):28-30.[3] 潘人培.物理實(shí)驗(yàn)[M].南京: 南京工學(xué)院出版社,1986:267-276.[4] 鄔鴻彥,朱明剛.近代物理實(shí)驗(yàn)[M].北京:科學(xué)出版社, 1998:41-51.[5] 李明.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教程[M].浙江: 浙江大學(xué)出版社, 2007.[6] 張?zhí)?,董有爾.近代物理實(shí)驗(yàn)[M].北京:科學(xué)出版社, 2004:30-36.[7] 譚浩強(qiáng)，周志德，北京：清華大學(xué)出版社，C++程序設(shè)計。電子工業(yè)出版社，2006.[8] 陳杰.MATLAB寶典[M].北京: 電子工業(yè)出版社, 2007.

第四篇：測量鋅和稀硫酸反應(yīng)速率實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

測量鋅和稀硫酸反應(yīng)速率實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

李嚴(yán)

（南京市中華中學(xué) 江蘇 南京

210019）

摘要 測量鋅和稀硫酸反應(yīng)速率是中學(xué)化學(xué)重要定量實(shí)驗(yàn)。文中對課本上測量鋅和稀硫酸反應(yīng)速率的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了溫度控制等改進(jìn)和創(chuàng)新，使裝置具有科學(xué)性、實(shí)用性特點(diǎn)，達(dá)到了操作簡便、現(xiàn)象明顯、節(jié)約用品、安全可靠的效果。

關(guān)鍵詞 鋅 硫酸 冰水混合物 注射器 原實(shí)驗(yàn)中的不足

現(xiàn)行人教版化學(xué)選修四第二章第一節(jié)通過實(shí)驗(yàn)2-1測量了化學(xué)反應(yīng)速率，實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。

具體做法為：按圖1所示安裝2套裝置,在錐形瓶內(nèi)各盛2g鋅粒(顆粒大小基本相同),通過分液漏斗分別加入40mL1mol/L和40mL4mol/L的硫酸。比較二者收集10mL H2所用的時間,以此來測量同質(zhì)量的鋅與不同物質(zhì)的量濃度的硫酸反應(yīng)的速率。

該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象較為明顯，但是實(shí)驗(yàn)還存在著下述明顯的不足之處：（1）鋅和硫酸反應(yīng)是放熱反應(yīng)，隨著反應(yīng)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)速率會明顯加快，并且收集到的氣體溫度也在不斷變化之中，難以精確計算化學(xué)反應(yīng)速率。（2）本實(shí)驗(yàn)比較濃度對反應(yīng)速率的影響，但是學(xué)生無法從視覺上直觀感知實(shí)驗(yàn)所用硫酸濃度的差異。（3）儀器較多，不便攜帶，操作較為繁瑣。（4）實(shí)驗(yàn)實(shí)際收集到的是氫氣和空氣的混合氣，可能受到一些偶發(fā)因素引起爆炸，不安全。鑒于上述原因, 進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)改進(jìn)。2 改進(jìn)方法

（1）實(shí)驗(yàn)用品

注射器（2支，20mL），橡膠塞，量筒，秒表，藥匙，燒杯。

鋅粒，品紅，4mol/L硫酸，冰水混合物。

（2）實(shí)驗(yàn)裝置

圖2 測量鋅與硫酸反應(yīng)速率的改進(jìn)裝置

圖2中，2支注射器中分別裝有等量鋅粒和不同濃度硫酸，注射器放在冰水混合物里。

（3）實(shí)驗(yàn)步驟和結(jié)果

①在4mol/L硫酸溶液中加入少量品紅粉末，使其顯紅色，量取25mL4mol/L硫酸，稀釋至100mL得1mol/L硫酸，顯淺紅色。

②取兩支注射器（不含針頭），拔出推桿，向其中各放人4個鋅粒(顆粒大小基本相同，約2g)，插入推桿至不能推動為止。

③把硫酸放入冰水混合物中冷卻后，用2支注射器同時吸取1 mol/L和4mol/L硫酸（學(xué)生協(xié)作），擠出針筒內(nèi)的空氣和部分硫酸，使針筒內(nèi)硫酸體積為10mL，將注射器尖嘴插入橡膠塞（橡膠塞預(yù)先打有小孔）后把注射器如圖2放在燒杯的冰水混合物里，并開始計時。

④當(dāng) H2體積達(dá)到10mL時，拔去橡膠塞，擠出注射器內(nèi)硫酸。比較二者收集10mL H2所用的時間,以此來測量同質(zhì)量的鋅與不同物質(zhì)的量濃度的硫酸反應(yīng)的速率?，F(xiàn)象是裝有紅色液體的注射器推桿移動明顯快于裝有淺紅色液體的注射器推桿。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表所示。

加入試劑 反應(yīng)時間反應(yīng)速率

（min）（mol.L-1.min-1）

1mol/LH2SO4 10 0.0045 4mol/LH2SO4 2.5 0.018 改進(jìn)后優(yōu)點(diǎn)

①改進(jìn)裝置利用注射器將氫氣發(fā)生裝置與收集裝置合二為一[1] ；利用燒杯將課本上2套測量化學(xué)反應(yīng)速率裝置合二為一，儀器和硫酸用量都大為減少，操作簡易、便于攜帶。

②通過品紅來指示硫酸濃度大小非常直觀，注射器并排放置于同一燒杯中能產(chǎn)生強(qiáng)烈的對比效果。

③反應(yīng)放在冰水混合物中進(jìn)行，排除了溫度變化對速率反應(yīng)速率的影響，更加科學(xué)合理；收集到的氣體溫度恒定為0OC，用于計算化學(xué)反應(yīng)速率更加方便準(zhǔn)確。

④課本上注射器內(nèi)收集的是氫氣和空氣的混合氣，而本實(shí)驗(yàn)注射器內(nèi)收集的是純氫氣，安全可靠，在一個班級演示后再到另外一個班級演示時，只需注射器重新吸入硫酸即可，十分便捷。

參考文獻(xiàn)

[1] 張平，中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2013，（Z1）：40

李嚴(yán)，手機(jī)***，電話 02552689065 312397363@qq.com

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第五篇：《實(shí)驗(yàn)：用打點(diǎn)計時器測量速度》教學(xué)反思

身為一位優(yōu)秀的老師，我們的工作之一就是教學(xué)，寫教學(xué)反思可以很好的把我們的教學(xué)記錄下來，那么寫教學(xué)反思需要注意哪些問題呢？下面是小編整理的《實(shí)驗(yàn)：用打點(diǎn)計時器測量速度》教學(xué)反思，希望對大家有所幫助。

本周學(xué)生做了高中的第一個實(shí)驗(yàn)，用打點(diǎn)計時器測量速度。由于我是第一次上實(shí)驗(yàn)課，習(xí)慣了大學(xué)的實(shí)驗(yàn)課方式，不太了解高中生的實(shí)驗(yàn)要求，以致于講解的時候沒有到位。通過之后的學(xué)生反饋情況，確實(shí)存在很多的問題。

對于我自己的教學(xué)，從如下幾方面反思：

1、教學(xué)有點(diǎn)填鴨式。在講一些理論知識的時候，大都是我一個人在講，沒有引導(dǎo)學(xué)生有足夠的思考，比如講到時間間隔和頻率的關(guān)系，就一句話帶過說時間間隔是頻率的倒數(shù)，如果提出頻率的變化如何影響時間變化的問題思考會更好。

2、知識點(diǎn)沒有完全覆蓋到。對于前面兩個班級，我沒有提出實(shí)驗(yàn)點(diǎn)和測量點(diǎn)的概念，雖然有讓學(xué)生了解間隔了幾個點(diǎn)的時間計算方法，但是沒有讓學(xué)生實(shí)際去操作。

3、沒有很詳細(xì)的說明實(shí)驗(yàn)中可能會出現(xiàn)的問題。比如打出來的點(diǎn)很淡等等。

對于學(xué)生的情況，做如下分析：

1、由于初中沒有接觸太多的實(shí)驗(yàn)，對做實(shí)驗(yàn)要注意的事項(xiàng)非常的陌生。也由于是第一次實(shí)驗(yàn)，所以顯得非常的興奮，比如在未經(jīng)允許下亂擺弄實(shí)驗(yàn)儀器。

2、缺乏對實(shí)驗(yàn)的科學(xué)態(tài)度。學(xué)生雖然喜歡做實(shí)驗(yàn)，事實(shí)上卻不重視實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)課對他們來說就是玩的一節(jié)課，因此在實(shí)驗(yàn)過程當(dāng)中，沒有科學(xué)的按照實(shí)驗(yàn)操作去進(jìn)行，導(dǎo)致最后紙帶上的點(diǎn)都是密密麻麻的無法區(qū)分獨(dú)立的點(diǎn)。

3、對實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理不認(rèn)真。有些學(xué)生打完紙帶就覺得完事了，實(shí)驗(yàn)冊上的.表格都是隨便填寫。在測量位移的時候也沒有注意估讀，有效數(shù)字等等。總結(jié)：我覺得首先要加強(qiáng)自身的科學(xué)素養(yǎng)，其次要琢磨透高中實(shí)驗(yàn)應(yīng)該要達(dá)到的要求，最后要培養(yǎng)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的科學(xué)態(tài)度。

學(xué)生對完成這個實(shí)驗(yàn)基本沒什么問題，主要還是在數(shù)據(jù)處理和圖像的繪制上。

1、對位移單位沒有換算;

2、平均速度計算基本沒什么問題，表一能夠順利完成；在計算瞬時速度時用一段時間的平均速度代替某點(diǎn)的瞬時速度，為了使計算出的平均速度更接近于該點(diǎn)瞬時速度，求某點(diǎn)的瞬時速度等于相鄰兩點(diǎn)的平均速度。單純的計算，在練習(xí)中玩成的很好，但在添表二時又出現(xiàn)了問題:

3、紙帶上的第一個點(diǎn)速度不為零(紙帶從中間截取)，根據(jù)極限思維求0點(diǎn)瞬時速度等于0-1的平均速度;

4、根據(jù)表二繪制v-t圖像時，大部分學(xué)生能夠完成;

5、結(jié)合整個實(shí)驗(yàn)報告的數(shù)據(jù)處理，表一中平均速度完成后，就可以直接完成表二瞬時速度(某點(diǎn)的瞬時速度等于相鄰兩點(diǎn)的平均速度)，然后繪制v-t圖像。

6、誤差分析時學(xué)生都能說出自己做實(shí)驗(yàn)室造成的誤差。

學(xué)生做完實(shí)驗(yàn)，完成實(shí)驗(yàn)報告后，做相應(yīng)練習(xí)時就很順手，基本完成了實(shí)驗(yàn)要求。

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