资源简介

实验九 加速度的测量
实验目的
通过测量轨道小车的加速度，加深对加速度的理解。
实验原理
由定义得：加速度a=（Vt-V0）/ｔ。
实验器材
朗威DISLab、计算机、DISLab力学轨道及配套小车、挡光片等附件。
实验装置图
见图9-1。
实验过程与数据分析
使用DISLab力学轨道附件中的“I”型支架将两只光电门传感器固定在力学轨道一侧，将光电门分别接入数据采集器的第一、二通道；
将轨道的一端调高，小车上安装宽度为0.020m的“I”型挡光片，调整光电门的位置使小车及挡光片能够顺利通过并挡光；
打开“计算表格”窗口，点击“变量”，启用“挡光片经过两个光电门的时间”功能，软件默认为t12。定义挡光片的宽度为“d”，并输入默认数值0.020；
点击“开始”，令小车从轨道的高端下滑，使挡光片依次通过两光电门，则挡光片通过两只光电门传感器的时间t1、t2和经过两光电门的时间t12会记录在表格中；
使小车自轨道高端下滑，并注意每次起点均不相同，重复测量多次（注意操作中不要发生误挡光）；
在计算表格中分别输入代表“初速度v0”、“末速度vt”、“加速度a”的自由表达式“v1=d/t1”、“v2=d/t2”、“a=(v2-v1)/t12”，经计算得出实验结果。点击“求平均”计算出多次实验的平均值（图9-2）。
本实验亦可采用气垫导轨进行
实验装置图
见图9-3。
实验过程与数据分析
将两只光电门传感器分别接入数据采集器的第一、二通道，并将其固定在铁架台或气垫导轨上；
将气垫导轨的一端调高，在滑块上安装“U”型挡光片；
启动气垫导轨的气源，检测并调整光电门的高度，使挡光片顺利挡光；
点击“光电门设置”，挡光片类型选择“U型”；
打开“计算表格”窗口，点击“变量”，启用“挡光片经过两个光电门的时间”功能，软件定义此时间为t12。定义挡光片的宽度为“d”，并输入固定值0.030；
点击“开始”，令滑块从气轨的高端下滑，使挡光片依次通过两光电门，则挡光片通过两只光电门传感器的时间t1、t2和经过两光电门的时间t12会记录在表格中；
使滑块自气轨高端下滑，并注意每次起点均不相同，重复测量多次（注意操作中不要发生误挡光）；
在计算表格中分别输入代表“初速度v0”、“末速度vt”、“加速度a”的自由表达式“v1=d/t1”、“v2=d/t2”、“a=(v2-v1)/t12”，经计算得出实验结果（图9-4）。
实验九十 整流与滤波
实验目的
了解半波与全波整流滤波电路的工作原理。
实验原理
利用二极管的单向导电性、电容存储电荷的特性，可构造整流与滤波电路。实验电原理如图90-1a、90-1b所示。
实验器材
朗威?DISLab、计算机、朗威?系列电学实验板EXB-01、EXB-02（图90-2a、图90-2b）、信号发生器（或低压交流电源）。
实验装置图
见图90-3a、图90-3b。
实验过程与数据分析
将两只电压传感器分别接入数据采集器；
电压传感器的测量夹分别与实验板EXB-01的U1、U2连接；
接入交流电源，将K1断开，点击“停止”，将两传感器“采样频率”都设置为“1K”，设置“示波显示”，观察两传感器窗口内的图线；
打开“组合图线”，点击“添加”，选取“时间-电压1”与“时间-电压2”两条图线，点击“开始”，使两路信号同步。获得实验图线后点击“停止”，选中图线2，使用“只控制选择的图线”功能，将图线2向上平移，以显示半波整流的效果（图90-4）；
分别闭合K1、K2，观察容量为2.2微法与47微法的电容的滤波效果（图90-5、90-6）；
将两只电压传感器的测量夹分别与实验板EXB-02的U1、U2连接，重复实验步骤4、5，得到全波整流实验结果（图90-7）。
实验九十七 简单门电路
实验目的
掌握与门电路、或门电路和非门电路的原理。
实验原理
数字电路的设计应用中，当电路某点的电压接近于电源电压时，称该点为高电平，记为“1”；当某点的电压接近于0时，称该点为低电平，记为“0”。
数字电路中，用以完成逻辑变换的电路称作“门电路”。本实验介绍“与门电路”、“或门电路”和“非门电路”的原理。
与门电路的逻辑是：当输入端全为“1”时，输出为“1”；否则，输出为“0”；
或门电路的逻辑是：当输入端全为“0”时，输出为“0”；否则，输出为“1”；
非门电路的逻辑是：当输入端 “0”时，输出为“1”；当输入端为“1”时，输出为“0”。
利用二极管的单向导电性，配合限流电阻，就可以构成“与门电路”、“或门电路”，见原理图97-1与97-2。
利用“三极管共发射极电路”的输入、输出反相特性构成“非门电路”，见图97-3。
实验器材
朗威?DISLab、计算机、朗威?系列电学实验板EXB-20、21、22（图97-4）、学生电源。
实验过程与数据分析
将三只电压传感器分别接入数据采集器第一、二、三通道；
将电压传感器的鳄鱼夹分别接入实验板EXB-20的U1、U2、U3，进行与门电路实验；
通过调整开关K1、K2，得到输入端电平信号（U1、U2）的四种组合：“00”、“01”、“10”、“11”，观察并记录输出端电平信号（U3）变化（图97-5）；
电压传感器的鳄鱼夹分别接入实验板EXB-21的U1、U2、U3，可进行或门电路实验；
通过调整开关K1、K2，得到输入端电平信号（U4、U5）的四种组合：“00”、“01”、“10”、“11”，观察并记录输出端电平信号（U6）变化（图97-6）；
两只电压传感器的测量夹分别接入实验板EXB-22的U1、U2可以进行非门电路实验；
通过开关K，调整输入端电平信号U2出现两种情况：0、1，观察并输出端电平信号变化（图97-7）；
总结出与门、或门、非门电路的逻辑关系，并讨论其应用。
实验九十三 二极管特性曲线
实验目的
了解二极管的电特性，绘制二极管特性曲线。
实验原理
将二极管中的电流随其两端电压的变化关系描绘出来，即得到二极管的特性曲线。实验电原理见图93-1。
实验器材
朗威?DISLab、计算机、朗威?系列电学实验板EXB-09（图93-2）、学生电源。
实验装置图
见图93-3。
实验过程与数据分析
将电压传感器、电流传感器分别接入数据采集器，将电压传感器、电流传感器分别与实验板EXB-09的U、I连接；
拨动开关K1到“＋”，使二极管加上正向电压；
打开“组合图线”，选取X轴为“电压”，选取Y轴为“电流”；
旋转电位器R1的旋钮，即可得到二极管的正向特性曲线；
调整电位器，使两路的电压最小；
拨动开关K1到“－”使电压反向；
旋转电位器R1的旋钮，即可得到二极管的负向特性曲线；
观察并分析二极管正、负向特性曲线（图93-4）。
实验九十九 多谐振荡
实验目的
了解多谐振荡器的工作原理。
实验原理
本实验是在“双稳态电路实验”的基础上，去掉两开关，用电容取代交叉连接的电阻而形成的，实验电原理如图99-1所示。
此电路通电的瞬间，由于元件的离散性，两只三极管必定一只导通，一只截止。但这种状态持续的时间并不长：随着电容充电和放电到某种程度，就产生了类似手动按下开关的作用，从而使电路翻转到另一状态。周而复始，形成振荡。由于这种电路的振荡波形是方波，从频谱分析的观点上来看即含有无穷多种谐波，故称多谐振荡器。
实验器材
朗威?DISLab、计算机、朗威?系列电学实验板EXB-15（图99-2）、电源、导线等。
实验装置
见图99-3。
实验过程与数据分析
取出一只电压传感器，接入数据采集器；
将电压传感器的鳄鱼夹接入实验板EXB-15的U；
选择“示波”显示方式，点击“停止”，将“采样频率”设置为“500”；
接入电源，将K1拨到2，即可观察到振荡波形（图99-4）；
在“A +A-”或“B+B-”之间并联2.2μF的电容，可以观察到两电容的大小决定了电路输出波形的振荡频率和占空比（图99-5）。
实验九十二 RC、RL移相
实验目的
分析电容、电感在交流电路中引起的相差。
实验原理
电容、电感在交流电路中的电压与电流有一定的相位差。实验电原理如电路图92-1所示，U1为加到电路上的电压。因为该电路的电流太小，使用电流传感器测量的难度较大，所以本次实验中借助电阻上的电压波形U2替代电路中的电流波形。
将图92-1中的电键拨至电感L端，即为RL移相电路。
实验器材
朗威?DISLab、计算机、朗威?系列电学实验板EXB-04、电感模块（图92-2-1、图92-2-2）、低压交流电源（或低频信号发生器）。
实验装置图
见图92-3。
实验过程与数据分析
将两只电压传感器分别接入数据采集器；
两电压传感器的测量夹分别与电学实验板-04的“U1”、“U2”连接，将电感连接到电学实验板上；
打开“组合图线”窗口，添加“时间-电压1”与“时间-电压2”两条图线；
点击“停止”，将“采样频率”设置为“1k”，点击“开始”；
接通实验电源，将K拨到C，可以获得电容移相实验图线（图92-4）；
将K拨到L，可以获得电感移相实验图线（图92-5）；

分析总结电容、电感移相的规律。
实验九十五 三极管放大电路
实验目的
学习低频三极管放大电路的原理。
实验原理
本次实验介绍的是典型的NPN型晶体管放大电路，实验电原理如图95-1所示。未加信号时晶体管上各点的电压及各管脚中的电流，称为晶体管放大电路的静态工作点。基极的上偏置电阻R3为可调，调整该电阻即可调整电路的静态工作点。利用示波显示方式，能清晰地观察输入、输出信号之间的关系，以及在不同静态工作点下，电路放大能力的差异。其中交流信号在50～200Hz之间。
实验器材
朗威?DISLab、计算机、朗威?系列电学实验板EXB-11（图95-2）、学生电源、低频信号发生器。
实验过程与数据分析
将两只电压传感器分别接入数据采集器，选取“示波”显示方式；
将两传感器与实验板EXB-11的U1、U2连接；
接好电源，闭合开关K，开启信号发生器电源；
点击“停止”，将两个电压传感器的“采样频率”设置为1K；
调整信号发生器的输出幅度，使信号振幅不致太大；
调整W使之出现第二通道图线（图95-3），表示该放大电路偏流已调整至理想状态；
打开“组合图线”，添加“时间-电压1”与“时间-电压2”两条图线，点击“开始”，即可观察到该信号放大电路的输入、输出两信号相位相反（图95-4），表明该信号放大电路是一个反相放大器；
逆时针旋转W，使其阻值减小，偏流随之增大，即可获得饱和失真图线（图95-5）；
调整W，使其阻值增大，偏流随之减小，即可获得截止失真图线（图95-6）。
实验九十八 双稳态电路
实验目的
了解双稳态电路的工作原理。
实验原理
实验电原理见图98-1。将两只三极管的基极与集电极通过限流电阻交叉连接，令其相互制约。电路通电的瞬间，由于元件存在离散性，两只三极管必定一只导通，一只截止，处于一种稳定状态。此时，如果闭合触点开关S1，可使Q1的基极接地而截止，同时Q2的基极电压升高而导通；反之，闭合S2，可使Q2截止，Q1导通，电路状态产生翻转。该电路具有两种可以切换的稳定状态，故被称为“双稳态电路”。
实验器材
朗威?DISLab、计算机、朗威?系列电学实验板EXB-14（图98-2）、电源、导线等。
实验装置图
见图98-3。
实验过程与数据分析
将两只电压传感器，分别接入数据采集器；
将电压传感器的鳄鱼夹与实验板EXB-14的U1、U2连接；
接入电源，将K1拨到1；
打开“组合图线”，添加“时间-电压1”与“时间-电压2”两条图线，点击“开始”，即可观察到一路电压信号高于4V，而另一路电压信号接近0V；
依次闭合开关S1、S2，则可观察到两路电压测量信号的“高-低”转换（图98-4）。
思考
双稳态电路作为一种最简单的记忆电路，虽然原理与结构都较容易理解，但正是利用该电路工作原理，人们才设计制造了计算机的内存芯片。试想，双稳态电路还可以有什么用途？
实验九十六 李萨如图形
实验目的
观察李萨如图形，理解“物理量-物理量”关系图线。
实验原理
李萨如图形即为两个正交方向的简谐振动的合成图像。
实验器材
朗威?DISLab、计算机、两台低频信号发生器等。
实验装置图
见图96-1。
实验过程与数据分析
将两只电压传感器，分别接入数据采集器；
将两只电压传感器的鳄鱼夹分别接入两台信号发生器的电压输出端；
打开“组合图线”窗口，点击“添加”选取图线“电压1-电压2”，选中“暂态显示”；
点击“停止”，将“采样频率”设置为“1K”，点击“开始”；
打开信号发生器的电源，调整两台信号发生器正弦信号的频率比分别为“1∶1”、“1∶2”、“1∶3”、“1∶4”、“1∶5”时，观察所形成的李萨如图形（图96-2～图96-6）；
可观察50~200Hz之间的任意两输入信道上交流信号产生的李萨如图形。
实验九十四 三极管特性曲线
实验目的
了解三极管的电特性，绘制三极管输出特性曲线。
实验原理
使三极管的基极与发射极之间的电流保持为恒定，在坐标系中将三极管集电极与发射极之间电流随电压变化的关系描画出来，即得到三极管的一条输出特性曲线。实验电原理见图94-1。
实验器材
朗威?DISLab、计算机、朗威?系列电学实验板EXB-10（图94-2）、学生电源等。
实验装置图
见图94-3。
实验过程与数据分析
将电压传感器、电流传感器分别接入数据采集器；
将电压传感器、电流传感器分别与实验板EXB-10的U、I连接；
先将电位器W逆时针旋转到底，将六位拨动开关动K拨到1，设定一个基极电流；
打开“组合图线”，选取X轴为“电压”，Y轴为“电流”；
缓慢旋转电位器W，使电压由零上升至电源电压，再反向旋回电位器，即可获得一条三极管输出特性曲线；
拨动K的位置，依次改变基极电流，重复步骤5，即可获得多条三极管输出特性曲线（图94-4）。
实验二 滑动摩擦力研究
实验目的
研究影响滑动摩擦力的因素。
实验原理
两个接触着的物体，有了沿接触面的相对滑动，在接触面上就会产生阻碍相对滑动的力，即滑动摩擦力。固态物体之间的摩擦力与接触面相切，并与相对滑动或相对滑动趋势的方向相反。摩擦力的大小，与相互接触的物体的性质、表面的光洁程度及物体间的正压力有关，与接触面积无关。
实验器材
朗威DISLab、计算机、木质或铁质物块、斜面板、小细绳、配重块（或砝码）、天平。
实验装置图
同实验一。
实验过程与数据分析
用天平称出物块和配重块的质量，把斜面板放置水平；
将力传感器接入数据采集器；
打开“组合图线”窗口，点击“添加”，设置X轴为“时间”，Y轴为“力”；
物块放置在斜面板上，传感器的测钩用小细绳与物块连接好，水平方向缓慢拉动物体，待物体开始匀速运动一段时间后停止拉动，获得“F-t”图线（图2-1）；
点击“停止”，用“选择区域”工具在图2-1的“F-t”图线中选取对应物块匀速运动的一段图线；
点击“其它处理”菜单中的“平均值”，得出被选中的那段“F-t”图线对应测量数据的平均值（图2-2）；
点击平均值窗口中的“记入表格”，将平均值数据记录在表格中；
在物块上放置配重块，重复步骤4~7，测出并记录一组数据；
打开“计算表格”，点击“变量”，定义“m”为代表物块与配重块的总质量并输入相应值，输入公式“Fn=9.8*m”代表压力，输入公式“k=F1/Fn”，代表摩擦力与压力的比值，得出计算结果（图2-3）；
从计算结果中看出，摩擦力与压力的比值基本为一常量，说明二者成正比。点击“绘图”，选择X轴为“Fn”，Y轴为“F1”，各数据点在坐标系的排列呈线性特征，点击“线性拟合”，发现所有数据点都在拟合线上，且拟合线过原点，同样验证了二者的正比关系（图2-4）；
分别改变物块的接触面积、材料、粗糙程度，重复上述实验，总结影响滑动摩擦力的因素。
实验二十 功和能
实验目的
探究物体在恒力的作用下，所受合力所做的功与物体动能变化的关系。
实验原理
由动能定理：合力所做的功等于物体动能变化量，即W=Ek2-Ek1。
用小钩码拉动小车在轨道上滑动。如果小钩码的质量远小于小车的质量，可认为小车是在恒力的作用下运行。测出小车分别通过两光电门的时间和运行距离，通过计算得出力对小车做的功和动能变化。
实验器材
朗威DISLab、计算机、DISLab力学轨道和配套小车等附件、天平、小钩码、小沙桶。
实验装置图
见图20-1。
实验过程与数据分析
在小车上安装“I”型挡光片（本次实验所用挡光片的两前沿距离为0.020m），用天平称出小车的总质量M=0.225（kg）及小钩码的质量m1（kg）；
将两只光电门传感器接入数据采集器的第一、二通道，分别用“I”型支架固定在轨道的一侧；
调整力学轨道水平，将小钩码悬挂在轨道末端下方，并通过牵引绳与小车连接，对小车施加拉力；
点击“光电门设置”，挡光片类型选择“I型”；
利用轨道上的标尺确定两光电门之间的距离s（本次实验为0.30m）；
打开“计算表格”窗口，点击“开始”，令小车从轨道的一端向下运动，使挡光片依次通过两光电门，则挡光片通过两只光电门传感器的挡光时间t1、t2会记录在表格中；
在计算表格中，增加变量“M”、“m1”、“s”，并输入相应数值，添加公式“F”；
在计算表格中分别以“自由表达式”的方法输入计算“动能变化”、“功”的公式：E=0.225*((0.002/t2)︿2-(0.002/t1)︿2)/2、W=F*0.30，不改变钩码的质量，重复实验，得出图20-2所示的计算结果；
输入计算“动能变化”和“功”二者的相对误差公式：n=(W-E)/(W+E)/2 ，可见结果在误差允许的范围内二者相等；
增加小钩码的质量，重复实验，得到图20-3所示的5组数据，可见实验结果在误差允许的范围仍是相等的。
本实验亦可使用气垫导轨。
实验器材
朗威DISLab、计算机、气垫导轨、天平、小钩码、配重片等。
实验装置图
见图20-4。
实验过程与数据分析
在滑块上安装“U”型挡光片（本次实验所用挡光片的两前沿距离为0.030m），用天平称出滑块的总质量m（kg）及小钩码与配重片的总质量m1（kg）；
将两只光电门传感器接入数据采集器的第一、二通道，将其固定在气垫导轨或铁架台上；
调整气垫导轨水平，将小钩码与配重片悬挂在导轨末端下方，并通过牵引绳与滑块连接，对滑块施加拉力；
启动气垫导轨的气源，检测并调整光电门的高度，使挡光片顺利挡光；
点击“光电门设置”，挡光片类型选择“U型”；
用气轨上的标尺读出两光电门的距离s（本次实验为0.50m）；
打开“计算表格”窗口，点击自动记录中的“开始”，令滑块从气轨的一端滑动，使挡光片依次通过两光电门，则挡光片通过两只光电门传感器的挡光时间t1、t2会记录在表格中；
逐次增加配重片的质量并手动记录之，使其对滑块施加的拉力逐次增大，采用上述实验的步骤，测出不同拉力下的数值；
在计算表格中，增加变量“m”、“m1”和“s”，并输入相应数值；
分别输入计算“拉力”、“动能变化”、“功”的自由表达式“F=9.8*m1”、E=0.5* m ((0.03/t2)︿2-(0.03/t1)︿2)、W=F*s，得出计算结果（图20-5）；
输入计算“动能变化”和“功”二者的相对误差公式：n=(W-E)/((W+E)/2) ，发现结果在0.45%~4.18%之间，说明在误差允许的范围内二者相等。
实验二十一 观察碰撞中的动能
实验目的
观察碰撞中动能的变化。
实验原理
采用几组不同的碰撞接触物，观察动能的损失。
实验器材
朗威DISLab、计算机、气垫导轨、天平等。
实验装置图
同图19-4。
实验过程与数据分析
调用实验十九中的完全非弹性碰撞的实验数据（实验数据的保存和调用方法详见《用户手册》），输入计算碰前、碰后动能的公式和动能损失相对百分比公式：e1=0.5*0.230*(0.030/t1)︿2、e2=0.5*0.446*(0.030/t2)︿2、n=（e1-e2）/e1，计算得出基于实验数据的计算结果（图21-1）。
结果说明：在完全非弹性碰撞中，碰后的能量损失约占碰前能量的50%；
调用实验十九中完全弹性碰撞的实验数据，输入公式e=0.5*0.222*(0.030/t1)︿2+0.5*0.2295*(0.030/t2)︿2，计算得出碰前碰后的动能（图21-2）。
图21-2中，第1、3、5行中的计算结果为碰前的总动能，第2、4、6行的计算结果为碰后的总动能，可见碰后的总动能小于碰前的总动能，说明能量还是有损失的，通过计算三次碰撞能量的损失分别为14. 4%、14.8%、15.2%。
将两滑块前安装同性强磁铁，依靠磁铁的排斥力来构造相对理想的完全弹性碰撞实验。实验记录完成后，输入碰前、碰后及能量的损失计算公式，得到基于实验数据的计算结果（图21-3）；
由计算结果可知，在四次非接触碰撞实验中，能量的损失分别是6.8%、9.2%、6.8%、6.1%；
总结：如果忽略摩擦力对滑块的影响，即在理想状况下，完全弹性碰撞中的动能是守恒的。
本实验亦可采用DISLab力学轨道。
实验器材
朗威DISLab、计算机、DISLab力学轨道和附件、天平等。
实验装置图
同图19-1。
实验过程与数据分析
调用实验十九中的完全非弹性碰撞的实验数据（实验数据的保存和调用方法详见《用户手册》），输入计算碰前、碰后动能的公式和动能损失相对百分比公式；
结果说明：在完全非弹性碰撞中，碰后的能量损失约占碰前能量的50%；在完全弹性碰撞中，能量的损失约为15%；
总结：如果忽略摩擦力对小车的影响，即在理想状况下，完全弹性碰撞中的动能是守恒的。
实验二十七 简谐波的叠加
实验目的
观察简谐波的叠加波形，总结波的叠加规律。
实验原理
几列波叠加时，介质的质点同时参与这几列波引起的振动，质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的矢量和。实验方法同实验二十三，需制作两套相同的实验装置（称为装置1、装置2）。实验时，将一只电压传感器与装置1中的单摆软导线D1和水槽中的B1并联，用于单独观察装置1的图像；将另一只电压传感器与装置2中的单摆软导线D2和水槽中的B2并联，用于单独观察装置2的图像；用导线将B1与D2短接，将第三只电压传感器与D1和B2点并联，用于观察两单摆叠加后的图像。
实验器材
朗威DISLab、计算机、单摆球2只、软导线、大头针、发波水槽2个、稳压电源2个、粗铜线、导线等。
实验装置图
见图27-1。
实验过程与数据分析
将电压传感器接入数据采集器，按装置图连接电路；
打开“组合图线”窗口，点击“添加”，选取显示“时间-电压1”、“时间-电压2”和“时间-电压3”三条图线；
点击“开始”，让两单摆同相摆动，得到如图27-2所示实验结果；
让两单摆反相摆动，得到如图27-3所示实验结果；
改变某一单摆的摆长，得到如图27-4所示的实验结果；
点击“停止”，选中图线3后，在图线控制中选取“只控制选择的图线”，将图线3向下移动，实验显示效果更好（图27-5）。
实验二十三 机械能守恒定理（摆球法）
实验目的
用摆球法验证机械能守恒定律。
实验原理
把一个摆球用细线悬挂起来并拉到一定的高度，然后放开，摆球在摆动过程中，动能和势能发生相互转化，忽略空气的阻力影响，因只有重力对其做功，所以机械能守恒。
取摆球摆动时最低点为零势点，将光电门传感器固定在不同点，设此点的高度为h，则在两光电门传感器处摆球的机械能为：E=1/2mv2+mgh；
本实验中，摆球为直径为0.008m小圆柱体，质量为0.0075kg，摆球通过光电门传感器时的挡光时间为t1，所以：摆球的速度为v=0.008/t1。
实验器材
朗威DISLab、计算机、DISLab机械能守恒实验器（图23-1）、天平等。
实验装置图
见图23-2。
实验过程与数据分析
将DISLab机械能守恒实验器按装配图安装好（参照《用户手册》），把光电门传感器固定在实验器的A点，并接入数据采集器的第一通道；
将小摆球用磁铁夹吸住，固定在A点上方5~10厘米处；
移动光电门传感器固定臂，使用测平器观察并调整光电门的透光孔正好在A点；
打开“计算表格”，点击“自动记录”中的“开始”，释放摆球，当摆球通过光电门传感器后，阻止摆球回摆；
移动光电门传感器固定臂，使用测平器观察并调整光电门的透光孔分别位于B、C、D点，重复步骤4，获得四次实验数据；
点击“变量”分别定义“h”“m”表示光电门距零势点的高度和摆球的质量，并输入相应的数据；
点击“公式”，输入计算摆球速度和摆球在各点的机械能公式，得到实验结果（图23-3）；
由结果可见：摆球在四个点的机械能变化范围小于5%。在误差范围内，可得出结论：在只有重力做功的情况下，机械能守恒。
实验二十九 简谐振动过程中振子位移与弹簧受力关系研究
实验目的
观察弹簧振子的位移与力的关系。
实验原理
弹簧振子在做简谐振动时，其位移与所受的力呈现同周期反相变化。
实验器材
朗威DISLab、计算机、弹簧、铁架台、支架。
实验装置图
见图29-1。
实验过程与数据分析
将位移传感器接受器和力传感器分别接入数据采集器的第一、二通道；
将力传感器固定在铁架台上，将弹簧挂在其测钩上，把位移传感器发射器挂在弹簧底部，让其发射口向下；
在支架上固定好位移传感器的接收器，让其接收口向上，放置在发射器的正下方；
对力传感器调零（作相对测量），打开“组合图线”窗口，点击“添加”，选择显示“位移-时间”和“力-时间”两条图线，点击“开始”，使两条图线同步；
向下拉动位移传感器发射器，松手后该模块作为弹簧振子上下振动，同时得到两条简谐振动图线（图29-2）；
图29-2上方图线是“位移-时间”，下方图线是“力-时间”。观察分析可知：在位移最小时（发射器最靠近接收器），振子对弹簧的拉力最大；在位移最大时（发射器最远离接收器），振子对弹簧的拉力最小（示重已小于振子的重量），可见两图线反相；
利用“只控制选择的图线”功能，对位移-时间图线单独向下平移，实验效果更加明显（图29-3）。也可当振子静止时，对两传感器同时调零，能得到同样的实验结果。
建议
将位移传感器接收器固定在弹簧的上方，与力传感器并列（如本《实验实例》封面所示）。使发射模块的超声波发射口向上，重复实验，比较使用两种装置的实验结果。
实验二十二 机械能守恒定理（斜轨法）
实验目的
用斜轨法验证机械能守恒定律。
实验原理
位于倾斜轨道上的小车，忽略轨道的摩擦力，因只有重力对其做功，所以机械能守恒。
取低处光电门传感器(接数据采集器第二通道)为零势点，设两光电门之间的高差为h，则：在两光电门传感器处小车的机械能分别为：E1＝1/2mv12+mgh、E2＝1/2mv22；
若L1为两光电门间的距离，L2为轨道两支脚之间的距离，S为轨道一个支脚调高高度，S’为本支脚平衡摩擦后高度，则公式中h＝L1*(S-S’) /L2。
本实验中，“I”型挡光片的宽度为0.02m，小车的质量为0.2345kg， L1＝0.50m，L2＝1.00m，S＝0.037m, S’＝0.013m，所以h＝0.012m。
两光电门传感器处机械能损耗的计算公式为：n＝（E1-E2）/（（E1+E2）/2）。
实验器材
朗威DISLab、计算机、DISLab力学轨道及附件、天平等。
实验装置图
见图22-1。
实验过程与数据分析
将力学轨道调节水平，把一侧调高3.7cm，按0.5米间距安装两光电门；
将两光电门接入数据采集器第一、二通道；
打开“计算表格”，点击“自动记录”中的“开始”，让小车自由向下滑动5~6次，点击停止；
点击“公式”，输入变量和计算公式，得到计算结果（图22-2）；
由结果可见：六次实验中机械能损失仅在1.90%~2.90%之间；
进一步改进实验手法，精细调节力学轨道垫高的角度，平衡摩擦力，可大幅度提高实验精度，得到图22-3所示的计算结果，机械能的损失已控制在千分之一以内；
由此可得出结论：在只有重力做功的情况下，机械能守恒。
本实验亦可采用气垫导轨。
实验器材
朗威DISLab、计算机、气垫导轨、天平等。
实验装置图
见图22-4。
实验过程与数据分析
将气垫导轨调节水平，把一个支脚调高2.4cm，（也可先安装，测量出角度后修改公式），按0.5米间距安装两光电门；
将两光电门接入数据采集器第一、二通道；
打开“计算表格”，点击“自动记录”中的“开始”，启动气源，让滑块自由滑下4~5次，关闭气源；
点击“公式”，输入变量和计算公式，得到计算结果（图22-5）；
由结果可见，五次实验中机械能损失仅在1.30~1.95%之间。在误差范围内，可得出结论：在只有重力做功的情况下，机械能守恒。
实验二十五 阻尼振动
实验目的
观察阻尼振动的图像。
实验原理
实验原理同实验二十四，只是将水槽中的水面加高，让摆球的一小部分浸在水中，单摆摆动时将克服水的阻力做功，形成阻尼振动。
实验装置图
见实验二十四。
实验器材
朗威DISLab、计算机、单摆球、软导线、大头针、水槽、粗铜线、稳压电源等。
实验过程与数据分析
取出电压传感器，接入数据采集器，打开“组合图线”窗口，选择显示“时间-电压”；
接好实验装置，将电压传感器与软导线和B点并联；
压缩时间轴，让摆球振动，可获得单摆的阻尼振动图线（图25-1）。
建议
该实验也可使用DISLab力学轨道，由轨道小车、弹簧构成一个实验系统。参见本《实验实例》之“受迫振动”实验。
实验二十八 弹簧振子的振动图像
实验目的
观察弹簧振子的振动图像。
实验原理
将位移传感器发射器作为弹簧振子固定在弹簧振子实验器上并使之振动，获得的s-t曲线即为弹簧振子的振动图像。
实验器材
朗威DISLab、计算机、弹簧振子实验器等。
实验装置图
见图28-1。
实验操作
将位移传感器发射器作为弹簧振子使用，悬吊并可做水平振动。将位移传感器接收器固定在另一侧，使之与接收器处于同一平面且基本正对；
将实验窗口调整为“示波显示”方式；
打开位移传感器发射器的电源开关，使之水平振动，可以观察到弹簧振子振动图像（图28-2）。
建议
尝试改变弹簧振子的质量，探究质量对振动周期的影响；
利用位移传感器的特点，鼓励学生自行设计构造弹簧振子实验器。
实验二十六 简谐振动的相位
实验目的
了解简谐振动的相位。
实验原理
相位是简谐振动中决定质点某时刻运动状态的重要物理量。本实验通过比较同频率的两只单摆的振动，使相位的概念得以直观的表现。实验原理同实验二十四，使用两只单摆。
实验装置图
同实验二十四，但需制作两只同摆长的单摆放在一个水槽中。
实验器材
朗威DISLab、计算机、单摆球2只、软导线、大头针、水槽、粗铜线、稳压电源等。
实验过程与数据分析
将两只电压传感器分别接入数据采集器的第一、二通道，并分别与两只单摆的软线与水槽中的B点连接；
打开“组合图线”窗口，添加两条图线：选取显示“时间-电压1”与“时间-电压2”；
点击“开始”，让两单摆振动。发挥组合图线功能的优势，即可得到两单摆不同相位的摆动图线的组合显示结果。其中，既有两单摆同相振动（图26-1），也有两单摆反相振动（图26-2）和两单摆呈其它相差振动（图26-3）。
实验二十四 单摆的振动图像
实验目的
观察并理解简谐振动的“位移-时间”图像。
实验原理
在水槽中注入2cm深的自来水，以A、B、C为三根粗铜线作电极，A、C两端加上9V的电压，在水中形成均匀电场，B点在A、C正中间，摆球的平衡位置与B点对应，将软导线下连接大头针后穿过摆球作为摆线，大头针浸在水中，当摆球振动时，因大头针与粗铜线B之间的电压变化，对应了摆球相对于平衡位置之间的位移，故所测量的电压变化曲线即可看作对摆球位移的直观描述（图24-1）。
实验器材
朗威DISLab、计算机、单摆球、软导线、大头针、水槽、粗铜线、稳压电源等。
实验装置图
见图24-2。
实验过程与数据分析
将电压传感器接入数据采集器，选择“示波显示”；
连接好实验装置，电压传感器的鳄鱼夹与软导线和B点并联；
调整单摆的高度，使之摆动过程中大头针针尖始终在水面以下；
让摆球摆动，即可得到描述单摆振动的“电压-时间”图线（图24-3）。
实验八 平均速度与瞬时速度的关系
实验目的
掌握“瞬时速度就是平均速度极限”的概念。
实验原理
选取物体运动过程中的某一段位移s并测量该物体在s内的平均速度v。如果使s逐渐减小，则v将逐渐趋近于某一定值，该定值（平均速度的极限）即为物体运动的瞬时速度。
实验器材
朗威DISLab、计算机、DISLab力学轨道及配套小车、挡光片等。
实验装置图
同实验七。
实验过程与数据分析
使用DISLab力学轨道附件中的“I”型支架将两只光电门传感器固定在力学轨道一侧，将光电门分别接入数据采集器的第一、二通道；
将轨道的一端调高，小车上安装宽度为0.020m的“I”型挡光片，调整光电门的位置使小车及挡光片能够顺利通过并挡光；
打开“计算表格”，点击“变量”，启用“挡光片经过两个光电门的时间”功能，软件默认变量为t12。定义“变量s”为两光电门传感器之间的距离；
点击“开始”，令小车从轨道的高端下滑，使挡光片依次通过两光电门；
保持靠近小车起点的光电门位置不变，逐次移动另一只光电门向其靠近，手动输入两只光电门之间的距离s，令小车从同一位置下滑，测量多次后点击“停止”；
点击“公式”，选择力学公式库中的“平均速度”，正确选择公式变量，得出实验结果（图8-1，单位m/s）；
观察可见，随着s或t12值的减小，速度越来越趋近于某个定值，该定值即为小车通过第一只光电门时瞬时速度；
点击“绘图”，选取X轴为位移“s”，Y轴为平均速度“v”，点击“拟合”，选取“线性拟合”，得拟合图线（图8-2）。由该图线的直线方程：“y=0.2947x+0.5334”，得其在Y轴上的截距为0.533。该截距的物理意义即为小车通过第一只光电门时的瞬时速度。
建议：
本实验亦可使用朗威?DISLab教材专用软件来作，此时使用一只光电门即可。详见《用户手册》“瞬时速度的测定”实验。
实验八十 安培力测量
实验目的
探究安培力与电流以及导线长度的关系。
实验原理
在匀强磁场中，当通电导线与磁场的方向垂直时，电流所受的安培力F等于磁感强度B、电流I和导线长度L三者的乘积。用缠绕多匝导线的长方形线圈的某一边置于强磁场中，线圈的边长之比为2比1，更换置于磁场中不同的边，可视为更换磁场中导线的长度。
实验器材
朗威?DISLab、计算机、长方形线圈、专用吊架、钕磁铁座、铁架台、滑动变阻器、学生电源。
实验装置图
见图80-1。
实验过程与数据分析
将一只电流传感器和一只力传感器分别接入数据采集器；
将力传感器固定在铁架台上，把力传感器的测钩更换成专用吊架，调整传感器的高度，使线圈的长边刚好置于强磁场中；
用分压法将滑动变阻器、学生电源、线圈、电流传感器组成闭合电路，关闭学生电源，对两传感器调零；
打开“计算表格”窗口，闭合学生电源开关，改变滑动变阻器的触点，使线圈中的电流从0逐渐增大。每改变一次电流，手动记录一次数据。记录结束后保存实验数据；
点击“绘图”，选取X轴为“I2”Y为“F1”，得到一组安培力随电流变化的数据点。观察可见数据点的排列具有线性特征，点击“拟合”，选取“线性拟合”，可见拟合线与各数据点基本重合且过坐标原点（图80-2），证明安培力与电流成正比关系；
把线圈的短边放在强磁场中，重复步骤4~5，得到另一组实验数据。数据点的线性拟合同样证明了导体所受的安培力与流过导体的电流成正比关系（图80-3）；
调用第一次实验的数据，点击“绘图”，组合显示两次实验所获得的数据点并进行线性拟合，得到在原点相交的两条图线（图80-4）；
其中，上方和下方图线分别是线圈长边和短边在磁场中的安培力与电流的关系图线。使用右键“鼠标显示坐标值”，不难看出：电流相同时，长边对应的力值（上方图线）是短边对应力值（下方图线）的二倍，因长边与短边的长度比为2比1，说明安培力与导线在磁场中的长度成正比；
总结电流、磁场中的导线长度与安培力的关系。
实验八十一 用单匝线圈研究电磁感应现象
实验目的
观察回路中因磁场变化引起的感应电流。
实验原理
闭合回路中的磁通量发生变化时，会在回路中产生感应电流。
实验器材
朗威?DISLab、计算机、粗铜线、单匝线圈、蹄形磁铁、条形磁铁、稳压电源、开关。
实验装置图
见图81-1。
实验过程与数据分析
将微电流传感器接入数据采集器；
将微电流传感器的鳄鱼夹连接在单匝线圈两端；
选择传感器窗口为“指针”或“示波”显示方式；
手持单匝线圈，在蹄形磁铁形成的磁场中沿不同方向运动，观察指针或波形变化情况；
用粗铜线做成5匝左右的线圈并与微电流传感器连接，手持条形磁铁在线圈内做往复运动，即可获得与“步骤4”类似的实验图线（图81-2）；
将传感器与感应线圈的外线圈连接，内线圈接入3V稳压电源与外线圈套放在一起；
用开关控制电路反复通断几次，获得实验图线（图81-3）；
总结产生电磁感应现象的条件。
实验八十七 自感现象
实验目的
演示自感现象。
实验原理
电感线圈中由于自身电流的变化而引起感应电流的现象，称为自感现象。实验电原理见图87-1。
实验器材
朗威?DISLab、计算机、朗威?系列电学实验板EXB-18、电感模块（图87-2、图87-3）、学生电源、导线。
实验装置图
见图87-4。
实验过程与数据分析
将两只电流传感器分别接入数据采集器；
将电流传感器与实验板EXB-18中的I2、I3连接，将电感与实验板连接；
接通电源，将K拨至断开；
启动“组合图线”，增加图线“时间-电流1”与“时间-电流2”，将两条图线设置为不同颜色，点击“停止”与“开始”，使两路信号同步；
将K拨至闭合后再拨至断不开，适当缩放坐标，获得两条“时间-电流”图线（图87-5）；
观察可见，该图像清晰地展示了通电自感与断电自感现象（图87-6）。
实验八十三 法拉第电磁感应定律
实验目的
验证法拉第电磁感应定律。
实验原理
当穿过回路的磁通量发生变化时，回路中感生电动势的大小和穿过回路的磁通量变化率成正比。即ε∝ΔΦ/Δt。
实验器材
朗威?DISLab、计算机、线圈（用Φ0.5的漆包线绕200匝，也可用演示线圈代替）、条形磁铁、铁架台、标尺、透明胶带、导线若干。
实验装置图
见图83-1。
实验过程与数据分析
将电压传感器接入数据采集器；
把线圈水平固定在铁架台上，并连接电压传感器；
打开“组合图线”，添加“电压-时间”图线，将采样频率设为“50Hz”；
手持条形磁铁，让磁铁在不同高度（先低后高）自上而下穿过线圈；
利用“图线控制”功能回放实验图线，发现磁铁第一次穿过线圈时产生的电动势比第二次小（图83-2）。分析可知：虽然两次通过线圈引发的磁通量变化ΔΦ相同，但由于第二次穿过线圈的时间Δt短（用鼠标右键功能，得出两次穿过线圈所用的时间分别是0.2310s和0.1861s），即磁通量的变化率大，所以产生感生电动势也大；
把两个条形磁铁极性相同的部分并排放在一起并用胶带粘牢，手持磁铁，让磁铁在某一高度从线圈上方下落穿过线圈。再换成单条磁铁，让磁铁在同一高度上从线圈上方下落穿过线圈。
利用“图线控制”功能回放实验图线，发现磁铁第一次穿过线圈时产生的感生电动势大于第二次（图83-3），分析可知：虽然磁铁二次通过线圈的时间Δt相同（分别是0.2760s和0.2818s），但由于第一次穿过线圈引起的磁通量变化量ΔΦ大，即磁通量的变化率大，所以产生感生电动势也大；
总结实验结果，验证法拉第电磁感应定律。
建议
更换不同匝数的线圈（或用两个线圈串联在一起），研究线实匝数对感生电动势的影响。
实验八十九 交流电波形
实验目的
观察交流电的波形，使学生更好的理解交流电。
实验原理
交流电是大小和方向随时间作周期性变化的电流，其电压也具有上述特征。
实验器材
朗威?DISLab、计算机、低频信号发生器、导线等。
实验过程与数据分析
将电压传感器接入数据采集器，并以鳄鱼夹连接低频信号发生器的电压输出端；
选择传感器窗口为“示波”显示方式，点击“停止”，将“采样频率”设置为“1K”；
调节信号发生器输出正弦波（图89-1），观察显示窗口的波形；
调节信号发生器分别输出三角波（图89-2）、方波（图89-3），观察显示窗口的波形并分析其成因。
实验八十二 楞次定律
实验目的
验证楞次定律。
实验原理
导体做切割磁力线运动时产生的感应电流方向，与磁场的方向和导体的运动方向有关。
实验器材
朗威?DISLab、计算机、粗铜线、蹄形磁铁、感应线圈、条形磁铁、开关。
实验装置图
见图82-1。
实验过程与数据分析
同实验八十一，利用得到的实验图形并配合实物，得出楞次定律的结论。
实验八十五 微弱磁通量变化时的感生电流
实验目的
观察微弱磁通量变化时的感生电流。
实验原理
地球的磁场很微弱，但穿过线圈平面的地磁场磁通量发生变化时，仍有感生电流产生。
实验器材
朗威?DISLab、计算机、DISLab环形线圈（图85-1）或用自制带屏蔽的线圈代替。
实验装置图
见图85-2。
实验过程与数据分析
将微电流传感器接入数据采集器并与实验线圈连接；
选择“指针”或“示波”显示方式；
转动线圈，观察现象并总结规律（图85-3）。
注意
可自制类似的实验线圈，但应注意在线圈外面加上屏敝层，否则请将线圈悬挂，并避免与身体接触，防止干扰。
实验八十八 发电机原理
实验目的
通过图线观察了解发电机的原理。
实验原理
线圈在磁场中转动，由于切割磁感线而产生感生电动势，通过电刷不同的连接方式，改变输出交直流。
实验器材
朗威?DISLab、计算机、手摇交直流发电机、导线等。
实验装置图
见图88-1。
实验过程与数据分析
将电压传感器接入数据采集器；
将电压传感器与发电机输出端并联；
设置“采样频率”为“500”；
缓慢摇动发电机模型的手柄，观察电压窗口内的图线变化；
变换传感器窗口的显示方式，分别观察采用“示波”、“指针”和“数字”显示方式时发电机输出的电压信号特点，总结其规律；
调整电刷的连接方式，观察交流电（图88-2）与直流电（图88-3）的不同；
改变摇动发电机的速度，结合实验图线（图88-4），分析发电机转速与交流电频率之间的关系。
注意
手摇发电机产生的电压波形不是正弦波的原因在于发电机使用的永久磁铁是蹄形磁铁，因此转子不是在均匀磁场中转动。
建议
组织学生以分组的形式，利用实验室现有的漆包线、绕线机、磁性材料进行自制风力、人力发电机比赛，并结合国家当前的能源形式，围绕节约能源、利用可再生能源进行探索。
实验八十六 用磁传感器测量转速
实验目的
利用磁传感器测量转盘的转速。
实验原理
在转盘上放上条形磁铁，磁铁随转盘转动。将磁感强度传感器靠近转盘，转盘（及磁铁）转动会引起磁感强度测量值的周期性变化，该变化与转盘转动的周期一致。
实验器材
朗威?DISLab、条形磁铁、转盘、支架。
实验装置图
见图86-1。
实验过程与数据分析
将磁传感器接入数据采集器并固定在支架上，使之与转盘的轴心相对，对传感器调零；
将条形磁铁放置在转盘上；
选择“示波”显示方式，用手转动转盘并使其自然减速，获得“磁感强度-时间”图线（图86-2）；
观察可见：磁感强度图线的变化周期越来越长，说明转盘的转速越来越慢。
实验八十四 电磁阻尼
实验目的
观察电磁阻尼现象，了解电磁阻尼产生的原因。
实验原理
将块状金属置于变化的磁场中，或令其在磁场中运动，金属块内有感应电流产生并自成闭合回路，形成旋涡，称为涡电流（简称涡流）。涡流又形成磁场，并与外部磁场相互作用，从而阻碍了金属块的运动。
实验器材
朗威?DISLab、计算机、滑轨、小车、钕磁铁组、铝片、栅形铝片（图84-1）、专用支架等。
实验装置图
见图84-2。
实验过程与数据分析
将位移传感器发射器和铝片固定在小车上；
将位移传感器接收器固定在滑轨的一端，接入数据采集器；
选用示波显示方式，将小车放在滑轨上，打开位移发射模块的电源开关，调整滑轨的倾角，使小车的运动接近匀速；
打开“组合图线”，添加“位移-时间”图线1；
让小车从高端下滑，绘出图线1，点击“锁定”；
在滑轨的侧面安装磁铁组，让小车上的铝片正好从磁铁组之间的缝隙通过。添加一条“位移-时间”图线2，点击“开始”，令小车从滑轨的高端下滑，绘出图线2并“锁定”；
将小车上的铝片更换为栅形（图84-2），再添加一条“位移-时间”图线3；重复上述步骤，绘出图线3并“锁定”，从而可以并行观察三条实验图线（图84-3）；
由实验结果可明显看出：当块状金属通过磁场时，图线斜率明显变小，速度降低；而栅型金属片受磁场的影响要小的多；
讨论产生上述现象的原因。
思考
如果载有铝片的小车通过磁铁组的时候初速度过小，会出现什么情况？

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