資源簡介

實驗七十一 分壓與限流
實驗目的
掌握分壓與限流的原理。
實驗原理
分壓與限流是滑動變阻器的兩種接法，分壓法能使被測電路兩端的電壓從0V開始變化。限流接法能使電路的電流隨滑動變阻器的變化均勻變化。實驗電原理見圖71-1。

實驗器材
朗威?DISLab、計算機、朗威?系列電學實驗板EXB-07（圖71-2）、學生電源、滑動變阻器、導線若干。

實驗裝置圖
見圖71-3。

實驗過程與數據分析
將兩只電壓傳感器接入數據采集器；
將滑動變阻器接入實驗板；
當K閉合，此時為分壓式接法；
將兩只電壓傳感器的測量夾分別接到U1、U2的兩端；
調節滑動變阻器，可以看到兩只傳感器都能測得到0V~4.5V；
當K斷開，此時為限流接法。
調節滑動變阻器，可以發現U2的值雖不能象分壓接法那樣測到零電壓，但U2隨變阻器的調節呈現均勻變化，表明滑動變阻器（電位器W1）對R1中的電流更容易調節，即W1對R1來講起到了限流作用。
實驗七十七 勻強磁場研究
實驗目的
觀察勻強磁場現象，總結勻強磁場產生的條件，進而通過自制勻強磁場螺線管加深對勻強磁場現象的認識。
實驗原理
當通電螺線管具有一定的長徑比的時候，其內部磁場強度趨向于一個恒定值，被稱為勻強磁場。勻強磁場的圖線呈現出較大范圍的“平頂”特征。
實驗器材
朗威?DISLab、計算機、DISLab勻強磁場螺線管（圖77-1）、PVC管（Φ＝15mm）、漆包線（Φ＝0.3mm）、手搖繞線機、學生電源。

實驗裝置圖
見圖77-2。

實驗過程與數據分析
將磁感強度傳感器接入數據采集器；
使用實驗七十六的方法，測量螺線管內部磁感強度分布情況，得圖77-3所示的圖線；

觀察可知，在以勻速推動磁感應強度傳感器的探管進入螺線管的過程中，獲得的“B-t”（磁感應強度-時間）圖線具有典型平頂特征，說明該螺線管內部存在一定范圍的勻強磁場。
將PVC管截成長度不同的幾段，分配給學生小組；
讓學生用手搖繞線機將漆包線繞在PVC管上，記錄匝數，留出接頭；
測量各個螺線管的內部磁場分布情況，對所獲得的圖線進行比較；
篩選出“平頂”特征較為明顯的圖線，記錄該圖線對應的螺線管的長度、匝數，并計算其長徑比；
改變上述參數（增大或減小），再制作幾個螺線管，重復實驗，觀察其圖線的變化情況，得到“平頂”特征最明顯的圖線，測量該圖線對應的螺線管（圖77-4）的長度、匝數和長徑比；

總結勻強磁場產生的條件。
實驗七十三 伏安法測電阻
實驗目的
利用伏安法測電阻。
實驗原理
由歐姆定理I=U/R，得R=U/I。實驗電原理見圖73-1。

實驗器材
朗威?DISLab、朗威?系列電學實驗板EXB-08（圖73-2）、學生電源、滑動變阻器、導線若干。

實驗裝置圖
見圖73-3。

實驗過程與數據分析
將電壓和電流傳感器各一只分別接入數據采集器；
將實驗板EXB-08的開關K斷開，并接入滑動變阻器W。把電壓、電流傳感器的鱷魚夾分別接在“U”和“I”的兩端；
打開“計算表格”窗口，調節滑動變阻器，待各傳感器的示數穩定后，“點擊記錄”數據。不斷調節滑動變阻器，記錄多組數據；
點擊“公式”，調用電磁學公式庫中的“伏安法測電阻”公式，正確選擇對應的變量，完成公式的設定，得到計算結果（圖73-4）；

點擊“計算”，選擇菜單中“列數據求平均”，求出多組數據的平均值。
實驗七十九 直線電流的磁場
實驗目的
研究直線電流的磁場與電流的關系。
實驗原理
直線電流周圍有磁場，某一點磁場的大小與電流成正比。
實驗器材
朗威?DISLab、計算機、DISLab直線電流磁場演示器（或直線電流磁感強度演示器J2430）、滑動變阻器、學生電源、單刀開關、導線若干。
實驗裝置圖
見圖79-1。

實驗過程與數據分析
將磁傳感器接入數據采集器并固定，使傳感器的探管與直導線垂直；
將DISLab直線電流磁場演示器的直導線、學生電源、滑動變阻器、電流傳感器、開關串聯組成閉合電路，對磁傳感器調零；
電路閉合，磁傳感器的示數發生變化，說明直導線周圍產生磁場；
打開“組合圖線”窗口，添加“磁感應強度-時間（B-t）”、“電流-時間”兩條圖線；
點擊“開始”，來回調節滑動變阻器的觸點，并改變電路中的電流（或方向），繪出兩條圖線（圖79-2）。觀察可見：導線周圍的磁感強度與電流同步變化；

在“組合圖線”窗口中，刪除現有圖線，添加 “磁-電流”圖線，改變電流的大小和方向，繪出磁感強度隨電流變化的圖線（圖79-3），該圖線為一條通過原點的直線，說明了磁感強度與電流成正比關系。

實驗七十二 恒壓源、恒流源
實驗目的
通過實驗理解恒壓源與恒流源的原理。
實驗原理
恒壓源可以定義為電動勢恒定、內阻為零的電壓源。其回路的總電流改變時，端電壓保持不變。直接應用集成電路7805構造實驗電路，實驗電原理見圖72-1a。

恒流源可以定義為電動勢和內阻都為無窮大，并且電動勢與內阻之比為定值的電壓源。當回路中外電路的電阻改變時，端電壓隨之改變，但總電流保持不變。利用三極管的輸出特性構造實驗電路，實驗電原理見圖72-1b。

實驗器材
朗威?DISLab、計算機、朗威?系列電學實驗板EXB-12、13（圖72-2a、圖72-2b）、學生電源、滑動變阻器、導線若干。

實驗裝置圖
見圖72-3a、圖72-3b。

實驗過程與數據分析
將電壓和電流傳感器分別接入數據采集器；
恒壓源實驗，將電壓、電流傳感器的測量夾分別與電學實驗板的U、I連接，外接滑動變阻器于W；
打開計算表格，調節滑動變阻器W1的觸點，“點擊記錄”一組數據（圖72-4），可以觀察到電流變化時，電壓保持恒定；

恒流源實驗，將電壓、電流傳感器的測量夾分別與電學實驗板的U、I連接，外接滑動變阻器于W；
打開計算表格，點擊“新建”，調節滑動變阻器W，點擊記錄一組數據（圖72-5），可以觀察到電壓在變化時，電流保持不變。

注意
恒壓實驗時，電流大于0.05A的時間不要過長，做完實驗后應及時斷開K。
實驗七十五 用磁傳感器研究地球磁場
實驗目的
研究地球磁場的分布。
實驗原理
地球是一個大的磁體，外磁場的方向由南指向北，地磁場的磁感強度很微弱，在地球表面約5×10-5T。
實驗器材
朗威?DISLab、計算機等。
實驗過程與數據分析
確保實驗環境要遠離高磁干擾區；
將磁傳感器放置水平桌面上并接入數據采集器，為消除環境值的影響，對傳感器進行軟件調零；
在桌面上轉動傳感器，讓傳感器的探管指向不同方向，記錄示數變化如下表：
表75-1 傳感器在指向不同方向時與測量值的對應關系表
測量方向
N
EN
E
ES
S
WS
W
WN
測量值
0.03
0.02
0.00
-0.01
-0.04
-0.02
0.00
0.01
分析上表：當傳感器指向北的時候，測量值最大，指向南的時候，測量值最小，說明地理北極為S極，地理南極為N極；
用同樣的方法，讓傳感器在南北方向的垂直平面內轉動，觀察示數的變化，可以推斷出地磁場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
關于磁感強度示數的正負與磁感線方向的對應關系，請參見《用戶手冊》。
實驗七十八 通電螺線管的磁感強度與電流的關系
實驗目的
研究通電螺線管內磁感強度與電流的關系。
實驗原理
通電導體周圍磁場的磁感強度與導體中的電流成正比。
實驗器材
朗威?DISLab、計算機、穩壓電源、螺線管（或直線電流磁感強度演示器J2430）、滑動變阻器、導線等。
實驗裝置圖
見圖78-1。

實驗過程與數據分析
將電流傳感器與磁傳感器分別接入數據采集器；
將電流傳感器、滑動變阻器、螺線管、電源串聯在電路中，磁傳感器探管頂端置于螺線管內的某一位置；
打開“組合圖線”窗口，添加“電流-磁感強度”圖線；
調節滑動變阻器的觸點，改變線圈中電流大小，得出一條實驗圖線；
將磁傳感器探管置于螺線管內的不同位置，重復上述實驗，可得出幾條實驗圖線（圖78-2）；

由實驗結果可以顯示出，“電流-磁感強度”圖線是一條過原點的直線，說明螺線管內的磁感強度與螺線管中的電流成正比關系。
用直線電流磁感強度演示器替代螺線管，重復上述實驗，觀察結果是否與上相同。
實驗七十六 通電螺線管的磁感強度測量
實驗目的
觀察通電螺線管內部磁感應強度大小，并研究其分布規律。
實驗原理
通電螺線管產生磁場，其方向符合右手螺旋定則。
實驗器材
朗威?DISLab、計算機、螺線管、穩壓電源、直尺、導線等。
實驗裝置圖
見圖76-1。

實驗過程與數據分析
將磁傳感器接入數據采集器；
螺線管接入6V穩壓電源，水平放置在桌面上。調節磁傳感器的高度使其探管正好在螺線管的軸心線上通過；
打開“計算表格”，調節磁傳感器探管前沿與螺線管一端相距1cm；
增加變量“s”表示磁傳感器移動的相對距離，記錄當前磁感強度值，輸入s值為“0”；
將磁傳感器向螺線管內每次移動0.5cm，輸入s值并記錄對應的磁感強度數據；
打開“組合圖線”，選擇X軸為“s”、Y軸為“B1”，基于已獲得的實驗數據，得到通電螺線管內部的磁感應強度與相對距離關系圖線（圖76-2）；

點擊“鎖定”，鎖定當前圖線；將電源電壓調整為3V（改變通過螺線管的電流強度），重復步驟3-6，得到另一條圖線（圖76-3），比較二條圖線的異同；

將位移傳感器接收器接入數據采集器的第一通道，將發射模塊與磁傳感器固定在一起（保持同步運動），用位移傳感器實時測出的距離替代人工讀數；將磁傳感器接入第二通道，在“組合圖線”中設置“位移-磁感強度”圖線（圖76-4）；

拉動磁傳感器在螺線管中運動，即可獲得“位移-磁感強度”圖線；
改變供電源電壓，使線圈中的電流隨之改變，重復上述實驗，可得出幾組不同的圖線（圖76-5）；

分析比較各組圖線的異同，歸納決定通電螺線管磁感強度因素。
討論
什么是勻強磁場？獲得勻強磁場，需要螺線管具備什么樣的特征？
實驗七十四 復雜電路分析
實驗目的
研究混聯電路。
實驗原理
實驗電原理見圖74-1。

實驗器材
朗威?DISLab、朗威?系列電學實驗板EXB-03（圖74-2）、滑動變阻器、學生電源、導線若干。

實驗裝置圖
見圖74-3。

實驗過程與數據分析
將兩只電壓傳感器，一只電流傳感器，分別接入數據采集器的一、二、三通道，其鱷魚夾別接入實驗板EXB-03的“U1、U2、I”；
連接好電源，打開“計算表格”，逐漸增大滑動變阻器W的值，“點擊記錄”一組數據（圖74-4）；

分析上圖的實驗結果，可見當W1變大時，回路總電阻變大，總電流減小。R1上的電壓減小，與R1串聯的部分電壓（U1）增大，即R3兩端的電壓增大，從而R3中的電流（I3）增大。故總電流的減小是由R2所在支路的電流減小引起的，因此R2上的電壓（U2）必然減小。
根據電原理圖分析實驗結果。
實驗七十 小電機的伏安特性曲線
實驗目的
研究小電機的伏安特性曲線。
實驗原理
實驗電原理見圖70-1。

用電器的電功率P電＝UI，熱功率P熱＝I2R。對純電阻用電器：P電＝P熱，即UI＝I2R，由此可知U＝IR（電壓與電流成正比）。反之對某用電器有U＝IR，則該用電器必為純電阻性的。對非純電阻用電器，P電＞P熱，即UI＞I2R，由此可知U＞IR。反之對某用電器有U＞IR，則用電器必為非純電阻性的。
實驗器材
朗威?DISLab、計算機、直流穩壓電源、小電機（帶電扇葉輪）、滑動變阻器。
實驗裝置圖
見圖70-2。

實驗過程與數據分析
將電壓傳感器和電流傳感器分別接入數據采集器；
按圖70-1連接電路；
打開“組合圖線”，點擊“添加”，設定X軸為“電流2”，Y軸為“電壓1”；
讓小電機空載，電路閉合，移動滑動變阻器的觸頭，使小電機兩端的電壓從0V變化到2.5V（在大約0.6V的時候，小電機開始轉動）。然后調節電壓從2V返回到0V，得到一條“U-I”圖線（圖70-3）；

將電壓從0V連續調到2.5V左右，再突然將小電機制動，然后將電壓逐漸調回到0，得到一條“U-I”圖線（圖70-4）；

將小電機制動，電壓從0連續調到2.5V，突然松手，再將電壓逐漸調回到0V，得到另一條“U-I”圖線（圖70-5）。

將小電機安裝上電扇葉輪，電壓從0連續調到2.5V，在大約1.1V的時候，小電機開始轉動。然后，再調節電壓從2.5V返回到0V，得到此時的“U-I”圖線（圖70-6）；

比較小電機有無負載時，伏安特性曲線的變化；
由實驗結果，分析小電機伏安特性曲線在不同實驗條件下發生變化的原因。
實驗七 平均速度的測量
實驗目的
理解平均速度的概念，掌握測量平均速度的方法。
實驗原理
物體運動的平均速度v=s/t，s為時間t內的位移。
實驗器材
朗威DISLab、計算機、DISLab力學軌道及配套小車、擋光片等附件。
實驗裝置圖
見圖7-1。

實驗過程與數據分析
使用DISLab力學軌道附件中的“I”型支架將兩只光電門傳感器固定在力學軌道一側，將光電門分別接入數據采集器的第一、二通道；
將兩光電門之間的距離設定為0.5m；
將軌道的一端調高，在小車上安裝寬度為0.020m的“I”型擋光片（圖7-2），調整光電門的位置使小車及擋光片能夠順利通過并擋光；

打開“計算表格”，點擊“變量”，啟用“擋光片經過兩個光電門的時間”功能，軟件默認變量為t12。定義“s”為兩光電門傳感器之間的距離，輸入固定值0.5m；
點擊“開始”，令小車從軌道的高端下滑，使擋光片依次通過兩光電門；
保持小車從同一位置下滑，獲得多組數據。注意操作中不要發生誤擋光；
點擊“公式”，調用力學公式庫中的“平均速度”公式，正確選擇公式變量，得出實驗結果，點擊“求平均”，計算出多次實驗的平均值（圖7-3），單位是m/s。

實驗三 重力大小與質量的關系
實驗目的
研究重力的大小與質量的關系。
實驗原理
在地球上某一位置，物體所受的重力與其質量是成正比關系的。
實驗器材
朗威DISLab、計算機、鉤碼若干、天平、鐵架臺。
實驗過程與數據分析
將力傳感器接入數據采集器，用轉接器將傳感器固定在鐵架臺上，使其測鉤豎直向下，對傳感器調零；
用天平稱出各鉤碼的質量（本次實驗所用鉤碼的質量為0.098kg/只）；
打開“計算表格”，設定變量“m”，表示鉤碼的質量；
將一只鉤碼掛在力傳感器的測鉤上，手動記錄此時的重力值。依次增加鉤碼數量，記錄一組數據；
點擊“公式”，輸入自定義公式“K=F1/m”，得到計算結果基本為一常數；
點擊“繪圖”，設定X軸為“m”，Y軸為“F1”。數據點的排列呈現明顯的線性特征。點擊“線性擬合”，得到一條過原點的擬合圖線（圖3-1）；

從實驗結果得出結論：重力的大小與質量成正比。
實驗三十 受迫振動
實驗目的
觀察受迫振動的位移圖像，了解在簡諧策動力的作用下，系統振動的規律。
實驗原理
物質系統在策動力作用下所作的振動，叫做受迫振動。如果策動力是簡諧力，系統將做簡諧振動。在穩定狀態下，振幅不變，振動頻率即為策動力頻率，跟它的固有頻率無關。當策動力的頻率跟振動系統的固有頻率接近或相等時，出現振幅急劇增大的共振現象。當策動力消失，系統受阻力影響，呈現為振幅越來越小的阻尼振動。
實驗器材
朗威DISLab、計算機、DISLab力學軌道及附件、DISLab受迫振動策動源（圖30-1）、學生電源、彈簧、細線等。

實驗裝置圖
見圖30-2。

實驗過程與數據分析
將位移傳感器發射器固定在小車上，小車一端用彈簧固定在滑軌上，另一端用彈簧和細線與策動源電機上的曲軸連接在一起（圖30-3）；

將位移傳感器接收器固定在滑軌的另一端，并接入數據采集器的第一通道（圖30-4）；

連接供電電源與策動源電機，打開位移傳感器發射器電源開關；
調節顯示方式為“示波”，打開學生電源開關，調節輸出電壓，控制小電機的轉速由慢到快（低、中、高三檔），可得到顯示小車振動變化的“位移-時間”圖線（圖30-5）；

實驗表明：當小電機的轉動頻率為某一值時，系統的振動幅度最大（共振）（圖30-6），大于或小于這個頻率，振幅都會減小；

利用“圖線控制”功能對X軸放大，用波形個數除以時間方法計算出策動力的頻率，計算結果為：低速時為0.588Hz、中速時為0.727 Hz、高速時為1.032 Hz（圖30-7）；

在系統共振時，關閉小電機電源，系統轉而做阻尼振動，振幅越來越小，直到停止振動（圖30-8）。

建議
簡化實驗裝置，構造手動阻尼振動實驗系統，觀察形成的阻尼振動周期。
實驗三十七 噪聲波形
實驗目的
觀察噪聲的波形。
實驗器材
朗威?DISLab、計算機、鐵釘、玻璃、錘子、鐵塊等。
實驗原理
噪聲是發聲體無規則振動時發出的聲音。
實驗過程與數據分析
將聲傳感器接入數據采集器第一通道；
用鐵釘劃玻璃或者用錘子敲打鐵塊，觀察聲波的波形（圖37-1）；

實驗顯示，噪聲的波形是無規則的；
建議
組織學生觀察并記錄樂音的波形，比較兩者的差異，加深對噪聲認識并從物理學的角度探討音樂審美的內在機制。
實驗三十三 向心力研究
實驗目的
研究向心力與質量、半徑和角速度的關系。
實驗原理
使物體做圓周運動的力叫做向心力，向心力的大小與物體的質量、角速度的平方、半徑成正比，即F=mω2r。
實驗器材
朗威DISLab、計算機、DISLab向心力實驗器等。
實驗裝置圖
見圖33-1。

實驗過程與數據分析
將光電門傳感器和力傳感器分別接入數據采集器；
按實驗裝置圖把兩個傳感器固定在向心力實驗器上，實驗器有關參數：擋光桿直徑0.005m、兩砝碼質量分別為0.014kg和0.028kg、擋光桿到軸心的距離0.14m；
將實驗器調節為水平，對力傳感器調零，把砝碼（0.028kg）固定在離軸心0.12m處；
打開“計算表格”窗口，點擊“開始”，轉動實驗器的懸臂，記錄F、t數據；
點擊“公式”，輸入計算線速度和角速度的公式：v=0.005/t1 ω=(0.005/t1)/0.14，得到計算結果（圖33-2）；

點擊“繪圖”，選取X軸為“ω”，Y軸為“F2”，得到數據點在坐標系內的分布圖（圖33-3）；

觀察可見：數據點的分布具有拋物線特征。點擊“二次多項式”擬合，發現數據點與擬合線基本重合，驗證了事先的猜想，說明F與ω之間系二次方關系（圖33-4）；

在數據表格中，輸入計算角速度平方的公式q=w︿2，點擊“繪圖”，選取X軸為“q”，Y軸為“F2”，得到數據點在坐標系內的分布圖，點擊“線性擬合”，擬合圖線為過原點的直線（圖33-5），同樣證明了向心力與角速度之間是二次方關系。保存上述實驗數據；

將砝碼的轉動半徑改為0.06m，重復上述步驟，得到另一條實驗圖線（圖33-6下方圖線），用軟件“顯示坐標”功能，比較ω相同時兩條圖線F的大小；

重新設置砝碼的轉動半徑為0.10m，更換砝碼的質量，獲得兩條實驗圖線（圖33-7），軟件“顯示坐標”功能，比較ω相同時兩條圖線F的大小；

根據上述結果，總結F與ω、m之間的關系。
建議
本實驗也可使用教材專用軟件來做，并可借助軟件預設的“一次”、“二次”和“三次”擬合工具加深學生的認識。
實驗三十九 振幅與響度的關系
實驗目的
觀察聲音響度與振幅的關系。
實驗原理
聲音的響度取決于聲波的振幅。
實驗器材
朗威?DISLab、計算機、音叉等。
實驗過程與數據分析
取出聲傳感器，接入數據采集器的第一通道；
將聲波傳感器移近聲源，調整聲源的響度，觀察不同響度聲源的波形；
可見聲源的響度不同（如以不同的力量敲擊音叉），測得的聲波振幅也不同。振幅越大，對應的響度越大。
實驗三十二 單擺法測重力加速度
實驗目的
利用單擺測量當地的重力加速度。
實驗原理
由T＝2(，得：g＝。
實驗器材
朗威DISLab、計算機、單擺等。
實驗裝置圖
同實驗三十一。
實驗過程與數據分析
點擊“計算表格”，調用實驗三十的實驗數據，或重復實驗三十的實驗步驟，重新采集數據；
測量擺球的球心到懸掛點的長度，即擺線的長度L（本次實驗為0.600米）；
點擊“變量”選擇變量名稱L，并賦默認值為0.600，點擊“公式”，調用“力學”公式庫中的“單擺測重力加速度”公式，確定公式變量對應表格項，計算出重力加速度的值（圖32-1）；

比較測得的重力加速度與當地實際值的差別（實驗地：濟南）。
實驗三十八 頻率與音調的關系
實驗目的
觀察并研究聲音音調與頻率的關系。
實驗原理
聲音的音調取決于基音的頻率。
實驗器材
朗威?DISLab、計算機、組合音叉等。
實驗裝置圖
見圖38-1。

實驗過程與數據分析
將聲傳感器接入數據采集器第一通道；
用不同音調的音叉，在聲波傳感器附近敲擊，觀察不同音調聲源的波形圖線；
音調高的音叉圖線（圖38-2）中滿屏顯示的周期個數為12個，運用“鼠標顯示坐標”功能得到滿屏時間：4.3236-4.2964＝0.0272秒，音叉的頻率：12/0.0272＝441Hz；

音調低的音叉圖線（圖38-3）中滿屏顯示的周期個數為7個，計算得出音叉的頻率：7/0.0272＝257Hz；

對比計算得出的音叉頻率與實際數據，總結音調的高低取決于基音頻率的規律。
實驗三十四 胡克定律
實驗目的
探究彈簧的伸長長度與彈力的關系。
實驗原理
由胡克定律，得彈簧的伸長長度s、彈力F之間有以下關系：F＝ks（k為彈性系數）。
實驗器材
朗威DISLab、計算機、螺旋彈簧組、透明塑料尺、彩色圓片等。
實驗裝置圖
見圖34-1。

實驗過程與數據分析
把彈簧固定在鐵架臺上，彈簧可上下自由拉伸，將彩色圓片穿入彈簧，定位在其下端并保持水平，用作顯示彈簧伸長幅度的游標；
將透明塑料尺固定在鐵架臺上；
將力傳感器接入數據采集器，傳感器的測鉤向上連接彈簧；
手持力傳感器，對傳感器進行軟件調零，打開“計算表格”；
向下拉力傳感器，透過塑料尺觀察彩色圓片的位置，每拉動0.01m，手動記錄一次數據；
在計算表格中，增加變量“s”代表彈簧伸長長度，輸入對應的值，設置自由表達式“k＝F1/s”，得到一組實驗數據，點擊“求平均”得出各列的平均值（圖34-2）；

點擊“繪圖”，選擇X軸為“s”Y軸為“F1”，得到一組數據點（圖34-3）；

觀察可見數據點排列具有明顯的線性特征，點擊“擬合”，選取“線性擬合”，發現擬合線與數據點基本重合（圖34-4）且通過原點，可以推斷彈力的大小與彈簧伸長的距離成正比關系；

將位移傳感器接入數據采集器的第一通道，力傳感器接入第二通道，將位移接收器固定在彈簧的上方，發射器與力傳感器固定在一起；
利用位移傳感器測距替代人工讀數，在“組合圖線”窗口中選取X為“位移”、Y軸為“力”，得到一條“F - s”圖線（圖34-5下方圖線）；

“鎖定”該圖線，更換不同的彈簧，可得到另一條“F - s”圖線（圖34-5上方圖線）；
比較兩條“F - s”圖線的差異并分析其原因。
建議
換用橡皮筋等其他彈性材料，重復實驗，觀察實驗結果的區別，討論其成因。
實驗九十一 LC振蕩
實驗目的
觀察電磁振蕩現象。
實驗原理
電容充電以后，如果與電感組成一個回路，電容可以循環放電充電，形成LC振蕩電路。實驗電原理見圖91-1。

電磁振蕩的周期和頻率：T＝2π，f＝
實驗器材
朗威?DISLab、計算機、朗威?系列電學實驗板EXB-17、學生電源。

實驗裝置圖
見圖91-3。

實驗過程與數據分析
將電壓傳感器接入數據采集器，與電學實驗板的U連接，將K撥到2，將電感接入電學實驗板；
點擊“停止”，將“采樣頻率”設置為500；
打開“組合圖線”，添加“時間-電壓1”圖線；
接通電源，將K撥到1，電容開始充電；
將K撥到2，在LC回路上產生電磁振蕩，點擊“停止”后回放實驗圖像（圖91-4）。

實驗六 研究勻加速直線運動
實驗目的
研究勻加速直線運動的規律。
實驗原理
物體做變速直線運動時，如單位時間內速度的增加量相等，即為勻加速直線運動。
實驗器材
朗威DISLab、計算機、DISLab力學軌道及配套小車等附件。
實驗裝置圖
同實驗五。
實驗過程與數據分析
將位移傳感器接收器接入數據采集器并固定在軌道的高端；
將位移傳感器發射器與軌道小車固定在一起，調節軌道一端的高度，使小車做勻加速運動。調整接收、發射模塊的位置，使其發射口與接收口正對；
打開“組合圖線”，點擊“添加”圖線，選擇X軸為“時間”，Y軸為“位移”；
打開位移傳感器發射器的電源開關，讓小車自軌道的高端下滑，得出s-t（位移與時間）圖線（圖6-1）；

點擊“選擇區段”，選擇s-t圖線中對應小車運動的區段（圖6-2）；
點擊“擬合”，選取“二次擬合”，可見擬合圖線與s-t圖線所選區段完全重合，表明小車的運動屬于勻加速直線運動，位移與時間為二次多項式關系（圖6-3）；
對擬合獲得的二次多項式圖線進行求導（其物理意義是將s-t圖轉為v-t圖），獲得的導數圖線為直線（圖6-4），說明速度與時間為線性關系；
對導數圖線進行線性擬合（圖6-5），該擬合線的線性方程的斜率即為運動物體的加速度。

實驗六十一 電流的熱效應與電阻的關系
實驗目的
研究電流的熱效應與電阻的關系。
實驗原理
在電流相同的情況下，電阻越大，產生的熱量越多（Q＝I2Rt）。
實驗器材
朗威?DISLab、計算機、試管兩只、錳銅絲、試管夾、透明膠帶、學生電源、導線若干、鐵架臺等。
實驗裝置圖
見圖61-1。

實驗過程與數據分析
將兩只溫度傳感器接入數據采集器；
取長度分別為2m和1m的兩條錳銅絲，分別繞在兩只試管上，用透明膠帶固定并引出兩個接點，將其固定在試管夾上；
將學生電源電壓輸出調節到6V，將兩條錳銅絲串聯接在電源的兩端，關閉電源；
兩試管中放入等量的水，將第一通道溫度傳感器的探針（T1）插在繞有2米長錳銅絲的試管中，將第二通道溫度傳感器的探針（T2）插在另一個試管中；
打開“計算表格”，選擇“自動記錄”，時間間隔設為“10s”；
打開電源開關，點擊“開始”，當溫度升高大約15℃時，點擊“結束”，斷開電源，得到一組實驗數據（圖61-2）：

點擊“繪圖”，設定X軸為“t”，Y軸分別為“T1”、“T2”，得到兩條“溫度-時間”圖線（圖61-3）；

由實驗結果不難得出結論，串聯在電路中的兩個電阻絲，雖然電流相同，但熱效應不同，電阻越大（2米長錳銅絲），熱效應越強；
為了進一步研究電阻與熱效應之間的數量關系，在計算表格中，輸入計算每個試管中水溫度增加量的公式（減去環境溫度），可以看出，第一只試管中水溫度的升高幅度約為第二個試管的二倍，正好與兩個電阻值的比值相同（圖61-2）。
實驗六十七 補償法測量電池電動勢
實驗目的
學習補償法原理。
實驗原理
由ε＝Ir+U端，當I＝0時，ε＝U端。
為此，構造實驗電路如圖67-1所示。

調節電位器W，使電壓傳感器2兩端的電勢差U2＝0。此時，流過待測電池的電流I＝0為零。已知此時待測電池電動勢等于W分壓，且可以用電壓傳感器1測量，因此可使用此方法測出電池電動勢。
實驗器材
朗威?DISLab、計算機、朗威?系列電學實驗板EXB-06（圖67-2）、滑動變阻器、學生電源、待測電池、導線等。

實驗裝置圖
如圖67-3。

實驗過程與數據分析
取出兩只電壓傳感器，分別接入數據采集器第一、二通道；
將電壓傳感器分別接入實驗板EXB-04的U1、U2；
接好學生電源和待測電池，連接滑動變阻器W1；
調節W1，使U2讀數為零（圖67-4），表明它兩端的電壓相等，且其中的電流為零（U2端也可用電流傳感器代替）。因此，流過待測電池的電流為零，加在待測電池內阻上的電壓為零，而端電壓就等于電動勢；

由以上分析得：U1的讀數即等于待測電池的電動勢。
實驗六十三 歐姆定律
實驗目的
驗證歐姆定律。
實驗原理
導體中的電流I跟導體兩端的電壓U成正比，跟導體兩端的電阻R成反比。電原理圖如圖63-1所示。

實驗器材
朗威?DISLab、計算機、電阻箱、學生電源（12V）、滑動變阻器（20~50Ω）、單刀開關、導線等。
實驗裝置圖
見圖63-2。

實驗過程與數據分析
將電壓、電流傳感器各一只分別接入數據采集器；
按圖63-1、63-2連接好線路，保持電阻箱R1的電阻值不變，將滑動變阻器R2的觸點調到電池正極一端，閉合開關；
打開“計算表格”，調節滑動變阻器，“點擊記錄”幾組不同的數據；
打開“組合圖線”，選擇X軸為“U1”，Y軸為“I2”，得到一組數據點。觀察可見，數據點排列呈現明顯的線性特征。點擊“擬合”，選取“線性擬合”，得出一條與數據點重合且經過坐標原點的擬合圖線（圖63-3），說明電流與電壓系正比關系；

在圖63-1、63-2中去掉電位器（變阻器）與電壓傳感器，打開“計算表格”，增加“變量”為電阻R，手動輸入電阻箱的阻值，“點擊記錄”此時的電流值。改變電阻箱R1的阻值，記錄幾組對應的電流值；
點擊“繪圖”，選擇X軸為“R”，Y軸為“I1”。得出一組數據點。觀察可見，數據點的排列呈雙曲線特征。點擊“擬合”，選擇“反比擬合”，得出一條與數據點重合的擬合圖線（圖63-4），說明電流與電阻系反比關系；
總結歐姆定律在實驗中的體現。
實驗六十 串聯電路中電壓的規律
實驗目的
研究串聯電路中各個元件的分壓特點。
實驗原理
串聯電路中分電壓之和等于總電壓。
實驗電原理見圖60-1。

實驗器材
朗威?DISLab、計算機、學生電源、電阻二只、滑動變阻器、單刀開關、導線若干。
實驗過程與數據分析
將三只電壓傳感器分別接入數據采集器；
按照實驗原理圖連接好實驗裝置圖，電路閉合；
打開“計算表格”，手動點擊記錄此時各電壓傳感器的測量值，多次調節滑動變阻器觸點，并記錄數據；
點擊“自定義公式”，輸入“U=U1+U2”，比較U與U3的關系，得到一組實驗數據（圖60-2）；

由上述實驗數據可得出結論：串聯電路中分電壓之和等于總電壓。
實驗六十九 描繪小燈泡的伏安特性曲線
實驗目的
描繪小燈泡的伏安特性曲線。
實驗原理
在溫度不變的情況下，電阻的伏安特性曲線為過原點的直線。由于小燈泡發熱，燈絲的阻值呈現非線性變化，其伏安特性曲線隨之發生顯著變化。
實驗電路可分為分壓法和限流法。

實驗器材
朗威?DISLab、計算機、滑動變阻器、學生電源、小燈泡、朗威?系列電學實驗板EXB-19（圖69-2）、導線等。

實驗裝置圖
見圖69-3。

實驗過程與數據分析
分別將電壓傳感器和電流傳感器接入數據采集器；
采用分壓法進行實驗，將實驗板的K撥到閉合，電壓傳感器和電流傳感器的鱷魚夾分別與實驗板的“U”、“I”端連接；
打開“計算表格”，改變滑動變阻器的值，點擊記錄多組不同的電壓和電流值；
點擊“公式”，調用電磁學公式庫中的“伏安法測電阻”公式，得出計算結果可見所測燈絲的電阻值隨電流的增大而增大（圖69-4），保存實驗數據；

啟動“繪圖”功能，選擇X軸為I2，Y為U1，獲得基于實驗數據的小燈泡伏安特性曲線（圖69-5）；

采用限流法進行實驗，將實驗板的開關K斷開，重復步驟3~5，獲得另一條小燈泡伏安法特性曲線（圖69-6）；

打開“計算表格”，調用分壓法實驗數據，同時顯示通過分壓法和限流法獲得兩條伏安特性曲線（圖69-7）；

對兩種實驗方法加以分析比較。
實驗六十二 電容充放電與串并聯
實驗目的
觀察電容充放電過程，了解電容串并聯的容量變化。
實驗原理
電源接通時，開始對電容充電，經過一定時間后，電容充電完成，然后將電源去掉換成導線，電容開始放電；在相同的電氣環境下，充電時間的長短取決于電容量大小，電容量大的充電時間長，可根據充電時間的大小，推斷電容串并聯后的容量變化。
實驗電原理見圖62-1a、62-1b。

實驗器材
朗威?DISLab、計算機、朗威?系列電學實驗板EXB-16（圖62-2）、學生電源、導線等。

實驗裝置圖
見圖62-3a、圖62-3b。

實驗過程與數據分析
將電壓傳感器接入數據采集器，并連接實驗板EXB-16的U1；
選擇示波顯示方式；
將電源接入實驗板EXB-16，開關K1由放電撥到充電；當曲線平緩上升趨于穩定后，再把K1撥到放電，即可得到充放電圖線（圖62-4）；
取另一只電壓傳感器，接入數據采集器第二通道，將測量夾連接實驗板EXB-16的U2，K2閉合；
啟動“組合圖線”功能，添加 “時間-電壓1、時間-電壓2”圖線，點擊“開始”；
將K1由放電撥到充電，可以得到兩條充放電圖線（圖62-5）：左為兩只同型電容串聯，右為單獨一只電容。比較兩者可見：串聯電容充放電圖線的變化速率（上升和下降）明顯大于單獨一只電容充放電圖，說明其充放電所用時間較短，即電容串聯后容量減小；

將第二通道電壓傳感器接入實驗板EXB-16的U3，K2閉合，重復步驟6，可以得到單獨一只電容與兩只相型電容并聯的充放電圖線；
總結電容充放電及串并聯的規律；
取下第二通道的傳感器，第一通道的傳感器接入實驗板EXB-16的U3，將采樣頻率設置為500，打開“計算表格”，選用“自動記錄”，時間間隔設定為“0.02”；
點擊“開始”，同時將K1撥到1，按照設定的時間間隔記錄電容充電過程中的數值，記錄2秒左右后點擊“結束”；若K1由1撥到2，則記錄一組電容放電過程中的數據；
點擊“繪圖”，設定X軸為t，Y軸為U1，得到基于電容放電實驗數據的“電壓-時間”數據點（圖62-6）；
確定“選擇區域”，點擊“擬合”，選取多種擬合方式，比較各種擬合圖線與數據點的對應關系。發現：只有選擇“指數擬合”的時候，數據點與擬合圖線完全重合（圖62-7）。這說明電容放電過程中的電壓（電流）與時間的關系為指數函數關系；

重復上述步驟，研究電容充電過程中電壓（電流）與時間的關系。
將第一通道的電壓傳感器更換為電流傳感器（量程為200mA），將電流傳感器接入實驗板EXB-16的I，將K2斷開，添加 “時間-電流1、時間-電壓2”圖線，點擊“開始”，將開關K1由放電撥到充電；當曲線平緩上升趨于穩定后，再把K1撥到放電，便可以得到兩只電容并聯時電流和電壓的充放電曲線（圖62-8）。

實驗六十五 伏安法測金屬絲的電阻率
實驗目的
測定金屬絲的電阻率。
實驗原理
由電阻定律：R＝ρ，得：ρ＝R＝R。公式中，R為伏安法測出的金屬絲的電阻值，可由求得，d為金屬絲的直徑，L為金屬絲的長度。
實驗電原理如圖65-1所示。

實驗器材
朗威?DISLab、計算機、待測金屬絲、米尺、螺旋測微器、學生電源、開關等。
實驗過程與數據分析
分別用米尺和螺旋測微器測量出待測金屬絲的長度L和橫截面直徑d；
取出電壓傳感器和電流傳感器各一只，分別接入數據采集器第一、二通道；
按電原理圖（圖65-1）連接好電路，打開“計算表格”；
調整W為不同的阻值，“點擊記錄”幾組不同的電壓、電流值；
在計算表格中，點擊“變量”，設置“常量d、常量L”，并輸入測量值；
點擊“公式”，調用“電磁學”類別中的“伏安法測金屬絲的電阻率”公式，正確選擇公式變量對應表格中的關系，得到計算結果（圖65-2）：本次實驗所測金屬絲的電阻率為9.2×10-7歐·米。

實驗六十八 研究電源的輸出功率與電源效率
實驗目的
研究電源的輸出功率和電源效率與外電阻的關系，驗證當外電阻等于電源內阻時，電源的輸出功率最大；當電源的輸出功率最大時，電源的效率為50%。
實驗原理
實驗電原理見圖68-1。

因學生電源內阻很小（約1Ω），當外電路負載很小時，電路中的電流太大，會損壞電源，所以在實驗時給電源串聯一個電阻圈r，把電源和電阻圈r合起來看作是一個電源，選擇電壓輸出12V，r＝10Ω，R為電阻箱作為電源的負載。
當電源的負載是純電阻時，電源的輸出功率為：
P＝I2R＝＝，
式中E、r分別為電源的電動勢和內電阻。
當R＝r時，輸出功率P取極大值：
Pmax＝，
電源電動勢E與電路中電流強度I的乘積為電源的功率：
P0＝EI＝I2（R＋r），
電源的效率：
η＝＝＝＝，當R＝r時，η＝0.5。
實驗器材
朗威?DISLab、計算機、直流穩壓電源、電阻箱、電阻圈、單刀開關、電線等。
實驗過程與數據分析
按電原理圖連接好電路，將電壓傳感器和電流傳感器接入數據采集器。
打開“計算表格”，增加變量“R”代表電阻箱的值，增加變量“E”為常量，代表電源的電動勢，“I2”代表通過電源的電流；
將電阻箱的阻值從1Ω起，逐漸增大它的阻值，增大的幅度逐漸變大，到電流很小為止，在R＝r附近多取幾組值。每改變一次變阻箱的值，“點擊記錄”此時的電壓、電流值，手動輸入電阻箱的阻值；
點擊“公式”，分別輸入自定義公式“P＝U1*I2”、“P0＝E*I2”、“n＝P/P0”，計算出電源的功率、電源的輸出功率和電源的效率（圖68-2）；

由計算結果可看出，當外電阻與電源內阻相等時（約11Ω），電源的輸出功率最大（2.974），而此時電源的效率為50.5%；
打開“計算表格”，點擊“繪圖”，選取X軸為“R”，Y軸為“P”，得到電源的輸出功率與外電阻的關系圖線（圖68-3）；

再次打開“計算表格”，點擊“繪圖”，選取X軸為“R”，Y軸為“n”，得到電源的效率與外電阻的關系圖線（圖68-4）；

比較理論值與實驗結果。
實驗六十四 導體的伏安特性
實驗目的
通過圖線研究導體的伏安特性。
實驗原理
導體中的電流I跟導體兩端的電壓U成正比，伏安特性圖線是一條過原點的直線，實驗電原理如圖64-1所示。

實驗器材
朗威?DISLab、計算機、電阻、學生電源（6V）、滑動變阻器（20~50Ω）、單刀開關、導線。
實驗過程與數據分析
取電壓、電流傳感器各一只，分別接入數據采集器的第一、二通道；
按圖64-1連接好線路，閉合開關；
啟動“組合圖線”，點擊“添加”“電壓1-時間”、“電流2-時間”兩條圖線，點擊“開始”；
連續調節滑動變阻器，得出兩條圖線（圖64-2）；

因電流值遠小于電壓值，所以圖64-2中電流圖線變化不很明顯。選中“電流2-時間” 圖線，使用圖線控制中的“只控制選擇的圖線”功能，對其單獨進行縱軸放大，即可觀察到電流隨電壓明顯的同步變化（圖64-3）；

重新啟動“組合圖線”，點擊“添加”，選擇“電壓1-電流2”圖線，連續調節滑動變阻器，并改變電源的極性，即可得出導體的伏安特性圖線（圖64-4）；
觀察并總結出導體的伏安特性圖線的特點。

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