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实验七十一 分压与限流
实验目的
掌握分压与限流的原理。
实验原理
分压与限流是滑动变阻器的两种接法，分压法能使被测电路两端的电压从0V开始变化。限流接法能使电路的电流随滑动变阻器的变化均匀变化。实验电原理见图71-1。

实验器材
朗威?DISLab、计算机、朗威?系列电学实验板EXB-07（图71-2）、学生电源、滑动变阻器、导线若干。

实验装置图
见图71-3。

实验过程与数据分析
将两只电压传感器接入数据采集器；
将滑动变阻器接入实验板；
当K闭合，此时为分压式接法；
将两只电压传感器的测量夹分别接到U1、U2的两端；
调节滑动变阻器，可以看到两只传感器都能测得到0V~4.5V；
当K断开，此时为限流接法。
调节滑动变阻器，可以发现U2的值虽不能象分压接法那样测到零电压，但U2随变阻器的调节呈现均匀变化，表明滑动变阻器（电位器W1）对R1中的电流更容易调节，即W1对R1来讲起到了限流作用。
实验七十七 匀强磁场研究
实验目的
观察匀强磁场现象，总结匀强磁场产生的条件，进而通过自制匀强磁场螺线管加深对匀强磁场现象的认识。
实验原理
当通电螺线管具有一定的长径比的时候，其内部磁场强度趋向于一个恒定值，被称为匀强磁场。匀强磁场的图线呈现出较大范围的“平顶”特征。
实验器材
朗威?DISLab、计算机、DISLab匀强磁场螺线管（图77-1）、PVC管（Φ＝15mm）、漆包线（Φ＝0.3mm）、手摇绕线机、学生电源。

实验装置图
见图77-2。

实验过程与数据分析
将磁感强度传感器接入数据采集器；
使用实验七十六的方法，测量螺线管内部磁感强度分布情况，得图77-3所示的图线；

观察可知，在以匀速推动磁感应强度传感器的探管进入螺线管的过程中，获得的“B-t”（磁感应强度-时间）图线具有典型平顶特征，说明该螺线管内部存在一定范围的匀强磁场。
将PVC管截成长度不同的几段，分配给学生小组；
让学生用手摇绕线机将漆包线绕在PVC管上，记录匝数，留出接头；
测量各个螺线管的内部磁场分布情况，对所获得的图线进行比较；
筛选出“平顶”特征较为明显的图线，记录该图线对应的螺线管的长度、匝数，并计算其长径比；
改变上述参数（增大或减小），再制作几个螺线管，重复实验，观察其图线的变化情况，得到“平顶”特征最明显的图线，测量该图线对应的螺线管（图77-4）的长度、匝数和长径比；

总结匀强磁场产生的条件。
实验七十三 伏安法测电阻
实验目的
利用伏安法测电阻。
实验原理
由欧姆定理I=U/R，得R=U/I。实验电原理见图73-1。

实验器材
朗威?DISLab、朗威?系列电学实验板EXB-08（图73-2）、学生电源、滑动变阻器、导线若干。

实验装置图
见图73-3。

实验过程与数据分析
将电压和电流传感器各一只分别接入数据采集器；
将实验板EXB-08的开关K断开，并接入滑动变阻器W。把电压、电流传感器的鳄鱼夹分别接在“U”和“I”的两端；
打开“计算表格”窗口，调节滑动变阻器，待各传感器的示数稳定后，“点击记录”数据。不断调节滑动变阻器，记录多组数据；
点击“公式”，调用电磁学公式库中的“伏安法测电阻”公式，正确选择对应的变量，完成公式的设定，得到计算结果（图73-4）；

点击“计算”，选择菜单中“列数据求平均”，求出多组数据的平均值。
实验七十九 直线电流的磁场
实验目的
研究直线电流的磁场与电流的关系。
实验原理
直线电流周围有磁场，某一点磁场的大小与电流成正比。
实验器材
朗威?DISLab、计算机、DISLab直线电流磁场演示器（或直线电流磁感强度演示器J2430）、滑动变阻器、学生电源、单刀开关、导线若干。
实验装置图
见图79-1。

实验过程与数据分析
将磁传感器接入数据采集器并固定，使传感器的探管与直导线垂直；
将DISLab直线电流磁场演示器的直导线、学生电源、滑动变阻器、电流传感器、开关串联组成闭合电路，对磁传感器调零；
电路闭合，磁传感器的示数发生变化，说明直导线周围产生磁场；
打开“组合图线”窗口，添加“磁感应强度-时间（B-t）”、“电流-时间”两条图线；
点击“开始”，来回调节滑动变阻器的触点，并改变电路中的电流（或方向），绘出两条图线（图79-2）。观察可见：导线周围的磁感强度与电流同步变化；

在“组合图线”窗口中，删除现有图线，添加 “磁-电流”图线，改变电流的大小和方向，绘出磁感强度随电流变化的图线（图79-3），该图线为一条通过原点的直线，说明了磁感强度与电流成正比关系。

实验七十二 恒压源、恒流源
实验目的
通过实验理解恒压源与恒流源的原理。
实验原理
恒压源可以定义为电动势恒定、内阻为零的电压源。其回路的总电流改变时，端电压保持不变。直接应用集成电路7805构造实验电路，实验电原理见图72-1a。

恒流源可以定义为电动势和内阻都为无穷大，并且电动势与内阻之比为定值的电压源。当回路中外电路的电阻改变时，端电压随之改变，但总电流保持不变。利用三极管的输出特性构造实验电路，实验电原理见图72-1b。

实验器材
朗威?DISLab、计算机、朗威?系列电学实验板EXB-12、13（图72-2a、图72-2b）、学生电源、滑动变阻器、导线若干。

实验装置图
见图72-3a、图72-3b。

实验过程与数据分析
将电压和电流传感器分别接入数据采集器；
恒压源实验，将电压、电流传感器的测量夹分别与电学实验板的U、I连接，外接滑动变阻器于W；
打开计算表格，调节滑动变阻器W1的触点，“点击记录”一组数据（图72-4），可以观察到电流变化时，电压保持恒定；

恒流源实验，将电压、电流传感器的测量夹分别与电学实验板的U、I连接，外接滑动变阻器于W；
打开计算表格，点击“新建”，调节滑动变阻器W，点击记录一组数据（图72-5），可以观察到电压在变化时，电流保持不变。

注意
恒压实验时，电流大于0.05A的时间不要过长，做完实验后应及时断开K。
实验七十五 用磁传感器研究地球磁场
实验目的
研究地球磁场的分布。
实验原理
地球是一个大的磁体，外磁场的方向由南指向北，地磁场的磁感强度很微弱，在地球表面约5×10-5T。
实验器材
朗威?DISLab、计算机等。
实验过程与数据分析
确保实验环境要远离高磁干扰区；
将磁传感器放置水平桌面上并接入数据采集器，为消除环境值的影响，对传感器进行软件调零；
在桌面上转动传感器，让传感器的探管指向不同方向，记录示数变化如下表：
表75-1 传感器在指向不同方向时与测量值的对应关系表
测量方向
N
EN
E
ES
S
WS
W
WN
测量值
0.03
0.02
0.00
-0.01
-0.04
-0.02
0.00
0.01
分析上表：当传感器指向北的时候，测量值最大，指向南的时候，测量值最小，说明地理北极为S极，地理南极为N极；
用同样的方法，让传感器在南北方向的垂直平面内转动，观察示数的变化，可以推断出地磁场的方向既不是水平的也不是垂直的，而是指向南偏斜下方。
注意
关于磁感强度示数的正负与磁感线方向的对应关系，请参见《用户手册》。
实验七十八 通电螺线管的磁感强度与电流的关系
实验目的
研究通电螺线管内磁感强度与电流的关系。
实验原理
通电导体周围磁场的磁感强度与导体中的电流成正比。
实验器材
朗威?DISLab、计算机、稳压电源、螺线管（或直线电流磁感强度演示器J2430）、滑动变阻器、导线等。
实验装置图
见图78-1。

实验过程与数据分析
将电流传感器与磁传感器分别接入数据采集器；
将电流传感器、滑动变阻器、螺线管、电源串联在电路中，磁传感器探管顶端置于螺线管内的某一位置；
打开“组合图线”窗口，添加“电流-磁感强度”图线；
调节滑动变阻器的触点，改变线圈中电流大小，得出一条实验图线；
将磁传感器探管置于螺线管内的不同位置，重复上述实验，可得出几条实验图线（图78-2）；

由实验结果可以显示出，“电流-磁感强度”图线是一条过原点的直线，说明螺线管内的磁感强度与螺线管中的电流成正比关系。
用直线电流磁感强度演示器替代螺线管，重复上述实验，观察结果是否与上相同。
实验七十六 通电螺线管的磁感强度测量
实验目的
观察通电螺线管内部磁感应强度大小，并研究其分布规律。
实验原理
通电螺线管产生磁场，其方向符合右手螺旋定则。
实验器材
朗威?DISLab、计算机、螺线管、稳压电源、直尺、导线等。
实验装置图
见图76-1。

实验过程与数据分析
将磁传感器接入数据采集器；
螺线管接入6V稳压电源，水平放置在桌面上。调节磁传感器的高度使其探管正好在螺线管的轴心线上通过；
打开“计算表格”，调节磁传感器探管前沿与螺线管一端相距1cm；
增加变量“s”表示磁传感器移动的相对距离，记录当前磁感强度值，输入s值为“0”；
将磁传感器向螺线管内每次移动0.5cm，输入s值并记录对应的磁感强度数据；
打开“组合图线”，选择X轴为“s”、Y轴为“B1”，基于已获得的实验数据，得到通电螺线管内部的磁感应强度与相对距离关系图线（图76-2）；

点击“锁定”，锁定当前图线；将电源电压调整为3V（改变通过螺线管的电流强度），重复步骤3-6，得到另一条图线（图76-3），比较二条图线的异同；

将位移传感器接收器接入数据采集器的第一通道，将发射模块与磁传感器固定在一起（保持同步运动），用位移传感器实时测出的距离替代人工读数；将磁传感器接入第二通道，在“组合图线”中设置“位移-磁感强度”图线（图76-4）；

拉动磁传感器在螺线管中运动，即可获得“位移-磁感强度”图线；
改变供电源电压，使线圈中的电流随之改变，重复上述实验，可得出几组不同的图线（图76-5）；

分析比较各组图线的异同，归纳决定通电螺线管磁感强度因素。
讨论
什么是匀强磁场？获得匀强磁场，需要螺线管具备什么样的特征？
实验七十四 复杂电路分析
实验目的
研究混联电路。
实验原理
实验电原理见图74-1。

实验器材
朗威?DISLab、朗威?系列电学实验板EXB-03（图74-2）、滑动变阻器、学生电源、导线若干。

实验装置图
见图74-3。

实验过程与数据分析
将两只电压传感器，一只电流传感器，分别接入数据采集器的一、二、三通道，其鳄鱼夹别接入实验板EXB-03的“U1、U2、I”；
连接好电源，打开“计算表格”，逐渐增大滑动变阻器W的值，“点击记录”一组数据（图74-4）；

分析上图的实验结果，可见当W1变大时，回路总电阻变大，总电流减小。R1上的电压减小，与R1串联的部分电压（U1）增大，即R3两端的电压增大，从而R3中的电流（I3）增大。故总电流的减小是由R2所在支路的电流减小引起的，因此R2上的电压（U2）必然减小。
根据电原理图分析实验结果。
实验七十 小电机的伏安特性曲线
实验目的
研究小电机的伏安特性曲线。
实验原理
实验电原理见图70-1。

用电器的电功率P电＝UI，热功率P热＝I2R。对纯电阻用电器：P电＝P热，即UI＝I2R，由此可知U＝IR（电压与电流成正比）。反之对某用电器有U＝IR，则该用电器必为纯电阻性的。对非纯电阻用电器，P电＞P热，即UI＞I2R，由此可知U＞IR。反之对某用电器有U＞IR，则用电器必为非纯电阻性的。
实验器材
朗威?DISLab、计算机、直流稳压电源、小电机（带电扇叶轮）、滑动变阻器。
实验装置图
见图70-2。

实验过程与数据分析
将电压传感器和电流传感器分别接入数据采集器；
按图70-1连接电路；
打开“组合图线”，点击“添加”，设定X轴为“电流2”，Y轴为“电压1”；
让小电机空载，电路闭合，移动滑动变阻器的触头，使小电机两端的电压从0V变化到2.5V（在大约0.6V的时候，小电机开始转动）。然后调节电压从2V返回到0V，得到一条“U-I”图线（图70-3）；

将电压从0V连续调到2.5V左右，再突然将小电机制动，然后将电压逐渐调回到0，得到一条“U-I”图线（图70-4）；

将小电机制动，电压从0连续调到2.5V，突然松手，再将电压逐渐调回到0V，得到另一条“U-I”图线（图70-5）。

将小电机安装上电扇叶轮，电压从0连续调到2.5V，在大约1.1V的时候，小电机开始转动。然后，再调节电压从2.5V返回到0V，得到此时的“U-I”图线（图70-6）；

比较小电机有无负载时，伏安特性曲线的变化；
由实验结果，分析小电机伏安特性曲线在不同实验条件下发生变化的原因。
实验七 平均速度的测量
实验目的
理解平均速度的概念，掌握测量平均速度的方法。
实验原理
物体运动的平均速度v=s/t，s为时间t内的位移。
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7-1。

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；
将两光电门之间的距离设定为0.5m；
将轨道的一端调高，在小车上安装宽度为0.020m的“I”型挡光片（图7-2），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“s”为两光电门传感器之间的距离，输入固定值0.5m；
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；
保持小车从同一位置下滑，获得多组数据。注意操作中不要发生误挡光；
点击“公式”，调用力学公式库中的“平均速度”公式，正确选择公式变量，得出实验结果，点击“求平均”，计算出多次实验的平均值（图7-3），单位是m/s。

实验三 重力大小与质量的关系
实验目的
研究重力的大小与质量的关系。
实验原理
在地球上某一位置，物体所受的重力与其质量是成正比关系的。
实验器材
朗威DISLab、计算机、钩码若干、天平、铁架台。
实验过程与数据分析
将力传感器接入数据采集器，用转接器将传感器固定在铁架台上，使其测钩竖直向下，对传感器调零；
用天平称出各钩码的质量（本次实验所用钩码的质量为0.098kg/只）；
打开“计算表格”，设定变量“m”，表示钩码的质量；
将一只钩码挂在力传感器的测钩上，手动记录此时的重力值。依次增加钩码数量，记录一组数据；
点击“公式”，输入自定义公式“K=F1/m”，得到计算结果基本为一常数；
点击“绘图”，设定X轴为“m”，Y轴为“F1”。数据点的排列呈现明显的线性特征。点击“线性拟合”，得到一条过原点的拟合图线（图3-1）；

从实验结果得出结论：重力的大小与质量成正比。
实验三十 受迫振动
实验目的
观察受迫振动的位移图像，了解在简谐策动力的作用下，系统振动的规律。
实验原理
物质系统在策动力作用下所作的振动，叫做受迫振动。如果策动力是简谐力，系统将做简谐振动。在稳定状态下，振幅不变，振动频率即为策动力频率，跟它的固有频率无关。当策动力的频率跟振动系统的固有频率接近或相等时，出现振幅急剧增大的共振现象。当策动力消失，系统受阻力影响，呈现为振幅越来越小的阻尼振动。
实验器材
朗威DISLab、计算机、DISLab力学轨道及附件、DISLab受迫振动策动源（图30-1）、学生电源、弹簧、细线等。

实验装置图
见图30-2。

实验过程与数据分析
将位移传感器发射器固定在小车上，小车一端用弹簧固定在滑轨上，另一端用弹簧和细线与策动源电机上的曲轴连接在一起（图30-3）；

将位移传感器接收器固定在滑轨的另一端，并接入数据采集器的第一通道（图30-4）；

连接供电电源与策动源电机，打开位移传感器发射器电源开关；
调节显示方式为“示波”，打开学生电源开关，调节输出电压，控制小电机的转速由慢到快（低、中、高三档），可得到显示小车振动变化的“位移-时间”图线（图30-5）；

实验表明：当小电机的转动频率为某一值时，系统的振动幅度最大（共振）（图30-6），大于或小于这个频率，振幅都会减小；

利用“图线控制”功能对X轴放大，用波形个数除以时间方法计算出策动力的频率，计算结果为：低速时为0.588Hz、中速时为0.727 Hz、高速时为1.032 Hz（图30-7）；

在系统共振时，关闭小电机电源，系统转而做阻尼振动，振幅越来越小，直到停止振动（图30-8）。

建议
简化实验装置，构造手动阻尼振动实验系统，观察形成的阻尼振动周期。
实验三十七 噪声波形
实验目的
观察噪声的波形。
实验器材
朗威?DISLab、计算机、铁钉、玻璃、锤子、铁块等。
实验原理
噪声是发声体无规则振动时发出的声音。
实验过程与数据分析
将声传感器接入数据采集器第一通道；
用铁钉划玻璃或者用锤子敲打铁块，观察声波的波形（图37-1）；

实验显示，噪声的波形是无规则的；
建议
组织学生观察并记录乐音的波形，比较两者的差异，加深对噪声认识并从物理学的角度探讨音乐审美的内在机制。
实验三十三 向心力研究
实验目的
研究向心力与质量、半径和角速度的关系。
实验原理
使物体做圆周运动的力叫做向心力，向心力的大小与物体的质量、角速度的平方、半径成正比，即F=mω2r。
实验器材
朗威DISLab、计算机、DISLab向心力实验器等。
实验装置图
见图33-1。

实验过程与数据分析
将光电门传感器和力传感器分别接入数据采集器；
按实验装置图把两个传感器固定在向心力实验器上，实验器有关参数：挡光杆直径0.005m、两砝码质量分别为0.014kg和0.028kg、挡光杆到轴心的距离0.14m；
将实验器调节为水平，对力传感器调零，把砝码（0.028kg）固定在离轴心0.12m处；
打开“计算表格”窗口，点击“开始”，转动实验器的悬臂，记录F、t数据；
点击“公式”，输入计算线速度和角速度的公式：v=0.005/t1 ω=(0.005/t1)/0.14，得到计算结果（图33-2）；

点击“绘图”，选取X轴为“ω”，Y轴为“F2”，得到数据点在坐标系内的分布图（图33-3）；

观察可见：数据点的分布具有抛物线特征。点击“二次多项式”拟合，发现数据点与拟合线基本重合，验证了事先的猜想，说明F与ω之间系二次方关系（图33-4）；

在数据表格中，输入计算角速度平方的公式q=w︿2，点击“绘图”，选取X轴为“q”，Y轴为“F2”，得到数据点在坐标系内的分布图，点击“线性拟合”，拟合图线为过原点的直线（图33-5），同样证明了向心力与角速度之间是二次方关系。保存上述实验数据；

将砝码的转动半径改为0.06m，重复上述步骤，得到另一条实验图线（图33-6下方图线），用软件“显示坐标”功能，比较ω相同时两条图线F的大小；

重新设置砝码的转动半径为0.10m，更换砝码的质量，获得两条实验图线（图33-7），软件“显示坐标”功能，比较ω相同时两条图线F的大小；

根据上述结果，总结F与ω、m之间的关系。
建议
本实验也可使用教材专用软件来做，并可借助软件预设的“一次”、“二次”和“三次”拟合工具加深学生的认识。
实验三十九 振幅与响度的关系
实验目的
观察声音响度与振幅的关系。
实验原理
声音的响度取决于声波的振幅。
实验器材
朗威?DISLab、计算机、音叉等。
实验过程与数据分析
取出声传感器，接入数据采集器的第一通道；
将声波传感器移近声源，调整声源的响度，观察不同响度声源的波形；
可见声源的响度不同（如以不同的力量敲击音叉），测得的声波振幅也不同。振幅越大，对应的响度越大。
实验三十二 单摆法测重力加速度
实验目的
利用单摆测量当地的重力加速度。
实验原理
由T＝2(，得：g＝。
实验器材
朗威DISLab、计算机、单摆等。
实验装置图
同实验三十一。
实验过程与数据分析
点击“计算表格”，调用实验三十的实验数据，或重复实验三十的实验步骤，重新采集数据；
测量摆球的球心到悬挂点的长度，即摆线的长度L（本次实验为0.600米）；
点击“变量”选择变量名称L，并赋默认值为0.600，点击“公式”，调用“力学”公式库中的“单摆测重力加速度”公式，确定公式变量对应表格项，计算出重力加速度的值（图32-1）；

比较测得的重力加速度与当地实际值的差别（实验地：济南）。
实验三十八 频率与音调的关系
实验目的
观察并研究声音音调与频率的关系。
实验原理
声音的音调取决于基音的频率。
实验器材
朗威?DISLab、计算机、组合音叉等。
实验装置图
见图38-1。

实验过程与数据分析
将声传感器接入数据采集器第一通道；
用不同音调的音叉，在声波传感器附近敲击，观察不同音调声源的波形图线；
音调高的音叉图线（图38-2）中满屏显示的周期个数为12个，运用“鼠标显示坐标”功能得到满屏时间：4.3236-4.2964＝0.0272秒，音叉的频率：12/0.0272＝441Hz；

音调低的音叉图线（图38-3）中满屏显示的周期个数为7个，计算得出音叉的频率：7/0.0272＝257Hz；

对比计算得出的音叉频率与实际数据，总结音调的高低取决于基音频率的规律。
实验三十四 胡克定律
实验目的
探究弹簧的伸长长度与弹力的关系。
实验原理
由胡克定律，得弹簧的伸长长度s、弹力F之间有以下关系：F＝ks（k为弹性系数）。
实验器材
朗威DISLab、计算机、螺旋弹簧组、透明塑料尺、彩色圆片等。
实验装置图
见图34-1。

实验过程与数据分析
把弹簧固定在铁架台上，弹簧可上下自由拉伸，将彩色圆片穿入弹簧，定位在其下端并保持水平，用作显示弹簧伸长幅度的游标；
将透明塑料尺固定在铁架台上；
将力传感器接入数据采集器，传感器的测钩向上连接弹簧；
手持力传感器，对传感器进行软件调零，打开“计算表格”；
向下拉力传感器，透过塑料尺观察彩色圆片的位置，每拉动0.01m，手动记录一次数据；
在计算表格中，增加变量“s”代表弹簧伸长长度，输入对应的值，设置自由表达式“k＝F1/s”，得到一组实验数据，点击“求平均”得出各列的平均值（图34-2）；

点击“绘图”，选择X轴为“s”Y轴为“F1”，得到一组数据点（图34-3）；

观察可见数据点排列具有明显的线性特征，点击“拟合”，选取“线性拟合”，发现拟合线与数据点基本重合（图34-4）且通过原点，可以推断弹力的大小与弹簧伸长的距离成正比关系；

将位移传感器接入数据采集器的第一通道，力传感器接入第二通道，将位移接收器固定在弹簧的上方，发射器与力传感器固定在一起；
利用位移传感器测距替代人工读数，在“组合图线”窗口中选取X为“位移”、Y轴为“力”，得到一条“F - s”图线（图34-5下方图线）；

“锁定”该图线，更换不同的弹簧，可得到另一条“F - s”图线（图34-5上方图线）；
比较两条“F - s”图线的差异并分析其原因。
建议
换用橡皮筋等其他弹性材料，重复实验，观察实验结果的区别，讨论其成因。
实验九十一 LC振荡
实验目的
观察电磁振荡现象。
实验原理
电容充电以后，如果与电感组成一个回路，电容可以循环放电充电，形成LC振荡电路。实验电原理见图91-1。

电磁振荡的周期和频率：T＝2π，f＝
实验器材
朗威?DISLab、计算机、朗威?系列电学实验板EXB-17、学生电源。

实验装置图
见图91-3。

实验过程与数据分析
将电压传感器接入数据采集器，与电学实验板的U连接，将K拨到2，将电感接入电学实验板；
点击“停止”，将“采样频率”设置为500；
打开“组合图线”，添加“时间-电压1”图线；
接通电源，将K拨到1，电容开始充电；
将K拨到2，在LC回路上产生电磁振荡，点击“停止”后回放实验图像（图91-4）。

实验六 研究匀加速直线运动
实验目的
研究匀加速直线运动的规律。
实验原理
物体做变速直线运动时，如单位时间内速度的增加量相等，即为匀加速直线运动。
实验器材
朗威DISLab、计算机、DISLab力学轨道及配套小车等附件。
实验装置图
同实验五。
实验过程与数据分析
将位移传感器接收器接入数据采集器并固定在轨道的高端；
将位移传感器发射器与轨道小车固定在一起，调节轨道一端的高度，使小车做匀加速运动。调整接收、发射模块的位置，使其发射口与接收口正对；
打开“组合图线”，点击“添加”图线，选择X轴为“时间”，Y轴为“位移”；
打开位移传感器发射器的电源开关，让小车自轨道的高端下滑，得出s-t（位移与时间）图线（图6-1）；

点击“选择区段”，选择s-t图线中对应小车运动的区段（图6-2）；
点击“拟合”，选取“二次拟合”，可见拟合图线与s-t图线所选区段完全重合，表明小车的运动属于匀加速直线运动，位移与时间为二次多项式关系（图6-3）；
对拟合获得的二次多项式图线进行求导（其物理意义是将s-t图转为v-t图），获得的导数图线为直线（图6-4），说明速度与时间为线性关系；
对导数图线进行线性拟合（图6-5），该拟合线的线性方程的斜率即为运动物体的加速度。

实验六十一 电流的热效应与电阻的关系
实验目的
研究电流的热效应与电阻的关系。
实验原理
在电流相同的情况下，电阻越大，产生的热量越多（Q＝I2Rt）。
实验器材
朗威?DISLab、计算机、试管两只、锰铜丝、试管夹、透明胶带、学生电源、导线若干、铁架台等。
实验装置图
见图61-1。

实验过程与数据分析
将两只温度传感器接入数据采集器；
取长度分别为2m和1m的两条锰铜丝，分别绕在两只试管上，用透明胶带固定并引出两个接点，将其固定在试管夹上；
将学生电源电压输出调节到6V，将两条锰铜丝串联接在电源的两端，关闭电源；
两试管中放入等量的水，将第一通道温度传感器的探针（T1）插在绕有2米长锰铜丝的试管中，将第二通道温度传感器的探针（T2）插在另一个试管中；
打开“计算表格”，选择“自动记录”，时间间隔设为“10s”；
打开电源开关，点击“开始”，当温度升高大约15℃时，点击“结束”，断开电源，得到一组实验数据（图61-2）：

点击“绘图”，设定X轴为“t”，Y轴分别为“T1”、“T2”，得到两条“温度-时间”图线（图61-3）；

由实验结果不难得出结论，串联在电路中的两个电阻丝，虽然电流相同，但热效应不同，电阻越大（2米长锰铜丝），热效应越强；
为了进一步研究电阻与热效应之间的数量关系，在计算表格中，输入计算每个试管中水温度增加量的公式（减去环境温度），可以看出，第一只试管中水温度的升高幅度约为第二个试管的二倍，正好与两个电阻值的比值相同（图61-2）。
实验六十七 补偿法测量电池电动势
实验目的
学习补偿法原理。
实验原理
由ε＝Ir+U端，当I＝0时，ε＝U端。
为此，构造实验电路如图67-1所示。

调节电位器W，使电压传感器2两端的电势差U2＝0。此时，流过待测电池的电流I＝0为零。已知此时待测电池电动势等于W分压，且可以用电压传感器1测量，因此可使用此方法测出电池电动势。
实验器材
朗威?DISLab、计算机、朗威?系列电学实验板EXB-06（图67-2）、滑动变阻器、学生电源、待测电池、导线等。

实验装置图
如图67-3。

实验过程与数据分析
取出两只电压传感器，分别接入数据采集器第一、二通道；
将电压传感器分别接入实验板EXB-04的U1、U2；
接好学生电源和待测电池，连接滑动变阻器W1；
调节W1，使U2读数为零（图67-4），表明它两端的电压相等，且其中的电流为零（U2端也可用电流传感器代替）。因此，流过待测电池的电流为零，加在待测电池内阻上的电压为零，而端电压就等于电动势；

由以上分析得：U1的读数即等于待测电池的电动势。
实验六十三 欧姆定律
实验目的
验证欧姆定律。
实验原理
导体中的电流I跟导体两端的电压U成正比，跟导体两端的电阻R成反比。电原理图如图63-1所示。

实验器材
朗威?DISLab、计算机、电阻箱、学生电源（12V）、滑动变阻器（20~50Ω）、单刀开关、导线等。
实验装置图
见图63-2。

实验过程与数据分析
将电压、电流传感器各一只分别接入数据采集器；
按图63-1、63-2连接好线路，保持电阻箱R1的电阻值不变，将滑动变阻器R2的触点调到电池正极一端，闭合开关；
打开“计算表格”，调节滑动变阻器，“点击记录”几组不同的数据；
打开“组合图线”，选择X轴为“U1”，Y轴为“I2”，得到一组数据点。观察可见，数据点排列呈现明显的线性特征。点击“拟合”，选取“线性拟合”，得出一条与数据点重合且经过坐标原点的拟合图线（图63-3），说明电流与电压系正比关系；

在图63-1、63-2中去掉电位器（变阻器）与电压传感器，打开“计算表格”，增加“变量”为电阻R，手动输入电阻箱的阻值，“点击记录”此时的电流值。改变电阻箱R1的阻值，记录几组对应的电流值；
点击“绘图”，选择X轴为“R”，Y轴为“I1”。得出一组数据点。观察可见，数据点的排列呈双曲线特征。点击“拟合”，选择“反比拟合”，得出一条与数据点重合的拟合图线（图63-4），说明电流与电阻系反比关系；
总结欧姆定律在实验中的体现。
实验六十 串联电路中电压的规律
实验目的
研究串联电路中各个元件的分压特点。
实验原理
串联电路中分电压之和等于总电压。
实验电原理见图60-1。

实验器材
朗威?DISLab、计算机、学生电源、电阻二只、滑动变阻器、单刀开关、导线若干。
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；
按照实验原理图连接好实验装置图，电路闭合；
打开“计算表格”，手动点击记录此时各电压传感器的测量值，多次调节滑动变阻器触点，并记录数据；
点击“自定义公式”，输入“U=U1+U2”，比较U与U3的关系，得到一组实验数据（图60-2）；

由上述实验数据可得出结论：串联电路中分电压之和等于总电压。
实验六十九 描绘小灯泡的伏安特性曲线
实验目的
描绘小灯泡的伏安特性曲线。
实验原理
在温度不变的情况下，电阻的伏安特性曲线为过原点的直线。由于小灯泡发热，灯丝的阻值呈现非线性变化，其伏安特性曲线随之发生显著变化。
实验电路可分为分压法和限流法。

实验器材
朗威?DISLab、计算机、滑动变阻器、学生电源、小灯泡、朗威?系列电学实验板EXB-19（图69-2）、导线等。

实验装置图
见图69-3。

实验过程与数据分析
分别将电压传感器和电流传感器接入数据采集器；
采用分压法进行实验，将实验板的K拨到闭合，电压传感器和电流传感器的鳄鱼夹分别与实验板的“U”、“I”端连接；
打开“计算表格”，改变滑动变阻器的值，点击记录多组不同的电压和电流值；
点击“公式”，调用电磁学公式库中的“伏安法测电阻”公式，得出计算结果可见所测灯丝的电阻值随电流的增大而增大（图69-4），保存实验数据；

启动“绘图”功能，选择X轴为I2，Y为U1，获得基于实验数据的小灯泡伏安特性曲线（图69-5）；

采用限流法进行实验，将实验板的开关K断开，重复步骤3~5，获得另一条小灯泡伏安法特性曲线（图69-6）；

打开“计算表格”，调用分压法实验数据，同时显示通过分压法和限流法获得两条伏安特性曲线（图69-7）；

对两种实验方法加以分析比较。
实验六十二 电容充放电与串并联
实验目的
观察电容充放电过程，了解电容串并联的容量变化。
实验原理
电源接通时，开始对电容充电，经过一定时间后，电容充电完成，然后将电源去掉换成导线，电容开始放电；在相同的电气环境下，充电时间的长短取决于电容量大小，电容量大的充电时间长，可根据充电时间的大小，推断电容串并联后的容量变化。
实验电原理见图62-1a、62-1b。

实验器材
朗威?DISLab、计算机、朗威?系列电学实验板EXB-16（图62-2）、学生电源、导线等。

实验装置图
见图62-3a、图62-3b。

实验过程与数据分析
将电压传感器接入数据采集器，并连接实验板EXB-16的U1；
选择示波显示方式；
将电源接入实验板EXB-16，开关K1由放电拨到充电；当曲线平缓上升趋于稳定后，再把K1拨到放电，即可得到充放电图线（图62-4）；
取另一只电压传感器，接入数据采集器第二通道，将测量夹连接实验板EXB-16的U2，K2闭合；
启动“组合图线”功能，添加 “时间-电压1、时间-电压2”图线，点击“开始”；
将K1由放电拨到充电，可以得到两条充放电图线（图62-5）：左为两只同型电容串联，右为单独一只电容。比较两者可见：串联电容充放电图线的变化速率（上升和下降）明显大于单独一只电容充放电图，说明其充放电所用时间较短，即电容串联后容量减小；

将第二通道电压传感器接入实验板EXB-16的U3，K2闭合，重复步骤6，可以得到单独一只电容与两只相型电容并联的充放电图线；
总结电容充放电及串并联的规律；
取下第二通道的传感器，第一通道的传感器接入实验板EXB-16的U3，将采样频率设置为500，打开“计算表格”，选用“自动记录”，时间间隔设定为“0.02”；
点击“开始”，同时将K1拨到1，按照设定的时间间隔记录电容充电过程中的数值，记录2秒左右后点击“结束”；若K1由1拨到2，则记录一组电容放电过程中的数据；
点击“绘图”，设定X轴为t，Y轴为U1，得到基于电容放电实验数据的“电压-时间”数据点（图62-6）；
确定“选择区域”，点击“拟合”，选取多种拟合方式，比较各种拟合图线与数据点的对应关系。发现：只有选择“指数拟合”的时候，数据点与拟合图线完全重合（图62-7）。这说明电容放电过程中的电压（电流）与时间的关系为指数函数关系；

重复上述步骤，研究电容充电过程中电压（电流）与时间的关系。
将第一通道的电压传感器更换为电流传感器（量程为200mA），将电流传感器接入实验板EXB-16的I，将K2断开，添加 “时间-电流1、时间-电压2”图线，点击“开始”，将开关K1由放电拨到充电；当曲线平缓上升趋于稳定后，再把K1拨到放电，便可以得到两只电容并联时电流和电压的充放电曲线（图62-8）。

实验六十五 伏安法测金属丝的电阻率
实验目的
测定金属丝的电阻率。
实验原理
由电阻定律：R＝ρ，得：ρ＝R＝R。公式中，R为伏安法测出的金属丝的电阻值，可由求得，d为金属丝的直径，L为金属丝的长度。
实验电原理如图65-1所示。

实验器材
朗威?DISLab、计算机、待测金属丝、米尺、螺旋测微器、学生电源、开关等。
实验过程与数据分析
分别用米尺和螺旋测微器测量出待测金属丝的长度L和横截面直径d；
取出电压传感器和电流传感器各一只，分别接入数据采集器第一、二通道；
按电原理图（图65-1）连接好电路，打开“计算表格”；
调整W为不同的阻值，“点击记录”几组不同的电压、电流值；
在计算表格中，点击“变量”，设置“常量d、常量L”，并输入测量值；
点击“公式”，调用“电磁学”类别中的“伏安法测金属丝的电阻率”公式，正确选择公式变量对应表格中的关系，得到计算结果（图65-2）：本次实验所测金属丝的电阻率为9.2×10-7欧·米。

实验六十八 研究电源的输出功率与电源效率
实验目的
研究电源的输出功率和电源效率与外电阻的关系，验证当外电阻等于电源内阻时，电源的输出功率最大；当电源的输出功率最大时，电源的效率为50%。
实验原理
实验电原理见图68-1。

因学生电源内阻很小（约1Ω），当外电路负载很小时，电路中的电流太大，会损坏电源，所以在实验时给电源串联一个电阻圈r，把电源和电阻圈r合起来看作是一个电源，选择电压输出12V，r＝10Ω，R为电阻箱作为电源的负载。
当电源的负载是纯电阻时，电源的输出功率为：
P＝I2R＝＝，
式中E、r分别为电源的电动势和内电阻。
当R＝r时，输出功率P取极大值：
Pmax＝，
电源电动势E与电路中电流强度I的乘积为电源的功率：
P0＝EI＝I2（R＋r），
电源的效率：
η＝＝＝＝，当R＝r时，η＝0.5。
实验器材
朗威?DISLab、计算机、直流稳压电源、电阻箱、电阻圈、单刀开关、电线等。
实验过程与数据分析
按电原理图连接好电路，将电压传感器和电流传感器接入数据采集器。
打开“计算表格”，增加变量“R”代表电阻箱的值，增加变量“E”为常量，代表电源的电动势，“I2”代表通过电源的电流；
将电阻箱的阻值从1Ω起，逐渐增大它的阻值，增大的幅度逐渐变大，到电流很小为止，在R＝r附近多取几组值。每改变一次变阻箱的值，“点击记录”此时的电压、电流值，手动输入电阻箱的阻值；
点击“公式”，分别输入自定义公式“P＝U1*I2”、“P0＝E*I2”、“n＝P/P0”，计算出电源的功率、电源的输出功率和电源的效率（图68-2）；

由计算结果可看出，当外电阻与电源内阻相等时（约11Ω），电源的输出功率最大（2.974），而此时电源的效率为50.5%；
打开“计算表格”，点击“绘图”，选取X轴为“R”，Y轴为“P”，得到电源的输出功率与外电阻的关系图线（图68-3）；

再次打开“计算表格”，点击“绘图”，选取X轴为“R”，Y轴为“n”，得到电源的效率与外电阻的关系图线（图68-4）；

比较理论值与实验结果。
实验六十四 导体的伏安特性
实验目的
通过图线研究导体的伏安特性。
实验原理
导体中的电流I跟导体两端的电压U成正比，伏安特性图线是一条过原点的直线，实验电原理如图64-1所示。

实验器材
朗威?DISLab、计算机、电阻、学生电源（6V）、滑动变阻器（20~50Ω）、单刀开关、导线。
实验过程与数据分析
取电压、电流传感器各一只，分别接入数据采集器的第一、二通道；
按图64-1连接好线路，闭合开关；
启动“组合图线”，点击“添加”“电压1-时间”、“电流2-时间”两条图线，点击“开始”；
连续调节滑动变阻器，得出两条图线（图64-2）；

因电流值远小于电压值，所以图64-2中电流图线变化不很明显。选中“电流2-时间” 图线，使用图线控制中的“只控制选择的图线”功能，对其单独进行纵轴放大，即可观察到电流随电压明显的同步变化（图64-3）；

重新启动“组合图线”，点击“添加”，选择“电压1-电流2”图线，连续调节滑动变阻器，并改变电源的极性，即可得出导体的伏安特性图线（图64-4）；
观察并总结出导体的伏安特性图线的特点。

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