资源描述
,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。,力学测量和热学测量,中国科学技术大学 轩植华,1/52,物理学是研究物质运动、物质结构和性质科学，是最主要和最基本自然科学。,研究主要路径就是试验，试验主要,伎俩是测量。所谓测量，就是将待测物某特征与被选作标准某物某个特征做比较。,2/52,伽利略开创了物理学，是力学测量集大成者,1，用一个V型木槽和木球做斜面运动 试验，用水桶漏水量计量时间，测量加速度并推算重力加速度。,2，用外推法和逻辑法得到惯性定律。,3，注意到单摆等时性。,4，改进望远镜并观察月亮。,5，创造和改进秤（杠杆法）。,3/52,细观察，巧试验，勤思索，善推理，精演算,傅科在教堂中发觉悬吊灯摆动面并非严格平面，这个面迟缓但不停地旋转，灯绳长短不一样，旋转周期不一样；纬度不一样，周期也不一样，在北极旋转周期为24小时。,望远镜是荷兰一个眼镜店学徒先发觉，伽利略解释并改进。,4/52,一 力学测量,5/52,确定物体位置、长度、速度、加速度、运动轨迹等属于运动学测量；,而了解物体运动与质量和力关系，属于动力学范围；,描述硬度、黏性、杨氏模量、表面张力系数等物质特征，属物性研究。,6/52,这些测量又与质量、时间等物理量亲密相关。,用仪器测量力学量量限向两端延伸：,质量,跨15个量级；,力值跨16个量级；,压强跨14个量级。,7/52,测量方式由静态测量到动态测量，在改变过程中实时测量，广泛使用各种传感器。,在我们试验课程中也学习传感器测量较小物理量。,8/52,而对于天体位置、距离以及运动,测量，则依据它们运动规律,以及光谱进行间接测量。,对物质微观粒子力学性质测,量，要用到光学、电磁学、原,子以及核物理等伎俩进行间接,测量。,9/52,力学测量中包括到杠杆原理（如天平试验）,阿基米德定律（流体静力秤测量密度）,胡克定律（弹簧测量液体表面张力）,10/52,光线反射和折射定律（光杠杆测量,杨氏模量）,干涉或衍射（牛顿环测量透镜曲率半径，,测量细丝或狭缝宽度）,多普勒效应（测量速度和加速度）,压电效应（应用传感器制作电子秤）等。,11/52,要确定速度等力学量，还必须测量时间。,从古代日晷、沙漏，,到以摆动等时性为基础机械式钟表，,到晶体震荡为基础石英钟，,一直到原子钟，时间测量精度大大提,高了。,12/52,在我们物理试验课中，包括速度、,加速度有气垫导轨、单摆或物理摆、,多普勒效应等试验，测量声速试验；,还有测量密度、杨氏模量、粘滞性、,表面张力等包括物质性质试验；,应用传感器测量质量、微小形变等。,13/52,光速已经是长度单位米定义,原始米原器长度受温度影响，不易复制,1960年定义米长度为氪-862p,10,和5d,s,能级之间跃迁辐射在真空中波长,1 650 763.73倍。,现在定义米长度为光在真空中,（1/299 792 458）秒时间间隔内所经路径 长度。,14/52,强度调制光干涉法测量光速,15/52,将发光二极管红光强度调制为50MHz微波信号；,然后用分束镜将光分为两束，一束光强度调制信号输入双踪示波器X端，另一束出射到空气中并经过可移动反射镜反射回仪器内，将它强度调制信号输入到示波器Y端。,16/52,两个相互垂直同频率振动合成为李萨如图（普通为椭圆、圆或直线）；,经过初始条件旋纽，使李萨如图形为一直线；,改变反射镜位置，李萨如图形将逐步成椭圆，其椭圆度和方位角也不停改变；,17/52,当图形再次成为直线（从一三象限变为二四象限），光线在仪器外移动了调制信号半个波长，即反射镜移动了四分之一波长。测量移动距离；,波长与频率乘积为光速。,此法可得到四位有效数字。,18/52,用电阻应变片制作电子秤,传感器性质和应用,19/52,P,20/52,金属箔电阻应变片贴牢在悬臂梁上下表面，悬臂梁远端加砝码使它弯曲，上表面受到拉伸，下表面受到压缩。,所以上表面电阻阻值变大，下表面电阻阻值变小。,21/52,1 敏感栅 2 引线 3 粘结剂 4 盖层 5 基底,22/52,23/52,分别将一个、两个或四个电阻应变片与固定电阻组成电桥（所谓单臂、半桥或全桥），以电压表为平衡检测器。,未加砝码时，调整电桥平衡，输出电压为零。伴随负载增加，电桥不平衡性加大，电压表读数越大。,24/52,未加砝码时，调整电桥平衡，输出电压为零。伴随负载增加，电桥不平衡性加大，电压表读数越大。做M-U图，是线性关系。,测量未知质量，从非平衡电压值得到质量。,大质量测量经常采取这类传感器。,25/52,二 热学测量,26/52,18世纪末到19世纪一百年左,右，以蒸汽机创造和使用为,标志第一次工业革命极大地,促进了热（力）学发展。,27/52,经过几十年科学试验，尤其是,准确地测量了热功当量，人们认识,到机械能、化学能、热能和电磁能,（以后还有原子能和核能）之间是,能够相互转化，在转换过程中总,量守恒。,28/52,这就是热力学第一定律。,人类认识到能量转换和守恒定律，其中焦耳贡献是最大。,对热力学发展做出巨大贡献还有卡诺、迈耶、亥姆霍兹、W.汤姆孙（开尔文勋爵）、克劳修斯、吉布斯、恩斯特等人。,29/52,人类生产、生活以及,科学研究活动都证实了这是自然界,中最根本规律。,热力学第二定律还指出了宇宙中一,切宏观过程发展改变方向，也即,时间只能从过去到现在，再到未来,方向。,30/52,假如发觉有不符合这些定律数据或现象，,一定是试验做错了或者是有待发觉新物,质形式或新相互作用。这是无数实践证实,了，也将指导人类今后活动。,不消耗能量第一类永动机或从单一,能源获取能量第二类,永动机是造不出来。,31/52,在改进热机，提升热机效率,实践中人们又逐步认识到，,热机效率不可能抵达百分之百。,这又造成热力学第二定律建立。,32/52,即一切宏观过程都是不可逆。热力学箭头和时间箭头是一致。,不过在微观世界中，不论是经典力学还是量子力学，运动方程都是时间对称，即全部改变都可能反方向进行，过程是可逆。,33/52,假如摔碎水杯恢复原貌，洒到地上水聚拢起来，水杯又升高回到桌上，不会违反任何力学公式。,从实践中，我们知道这是不可能。,这是物理学和哲学有意义和有趣问题。,34/52,在蒸汽机时代，因为科学发展,局限，人们认为有一个无质量物质,热质能够自由地从高温物体,迁移到低温物体，并在此“热质说”,基础上建立了量热学、传热学。,35/52,当代科学即使否定了热质说，,然而因为量热学、传热学等,是建立在试验基础之上，,能有效地描述宏观热现象。,后人依然沿用“热量”、“热流”,等术语.,36/52,温度是描述物体冷热程度,物理量,它是物质微观粒子无,规则运动动能大小标志.,热学测量关键是对温度,测量.,37/52,在生产和生活中广泛使用摄氏温标,在物理学研究上使用,热力学温标。,热力学温标与压强趋于零时,理想气体温标是一致。,38/52,温度测量分为直接测量和间,接测量.所谓直接测量,指测温,元件与被测对象直接接触.,惯用玻璃液体温度计,金属电阻,温度计,热电偶,气体温度计等.,39/52,间接测量是依据被测物辐射亮度,颜色和光谱等特征,非接触地测量温度,（如恒星.温度测量，炼钢炉内温度测量等）,40/52,热力学量是物体微观态宏观表 征。,热学量（如汽化热、熔解热、沸点,、凝固点等测量）与物态改变（相变）亲密相关。,所以热学测量对于研究物体,微观世界也有主要意义。,41/52,在我们试验课中，要测量比热容、汽化热、熔解热、导热系数、气体比热容比等，还有测量电阻温度系数并制作半导体温度计等试验。,也有依据光谱特征测量黑体辐射温度试验。,42/52,测温元件有液体玻璃温度计、热电偶、半导体温度传感器、电阻温度计等。,实例：不良导体导热系数测量,橡胶、木材、泡沫塑料等热不良导体，用于各种隔热装置,43/52,当物体内存在温度梯度时，就有热量从高温出传递到低温处。在单位时间内经过面积热量正比于温度梯度,44/52,负号表示热量从高温流向低温，就是导热系数。式中是传热速率，,是不轻易测量量。,45/52,我们把单侧表面积为S、厚度为h圆形,薄板B两面温度维持在稳定T1和 T2,（T1 T2）。薄板上表面与传热筒,底部（T1）亲密接触，下表面与一个散,热黄铜盘A（T2）亲密接触（它们侧面各,有小孔，热电偶插入其中测量温度）。,46/52,在稳定传热条件下，可认为薄板传热速率与铜盘向环境散热速率相等。,47/52,所以可经过铜盘在稳定T2附近散热速率求出薄板传热速率。装置如,图,。以下设法求出铜盘在T2附近散热速率。,48/52,将热电偶插入筒底部侧面小孔以及通盘侧面小孔，另一端插入杜瓦瓶中冰水混合物中。,将样品夹在传热筒底与铜盘A之间，使两面接触良好,。,49/52,用调压器调整红外线灯加热器电压，每2分钟统计传热筒底部温度T1和铜盘温度T2。若10分钟内T1和 T2基本不变，统计它们。,50/52,移去样品，让A盘直接与传热器筒底接触，加热A盘，使之温度比T2高10度左右，断开电源，移去传热筒，让铜盘自然冷却，每隔30秒统计一次温度,。,51/52,选择T2附近前后10个数据，用作图法、逐差法或回归法计算出A盘冷却速率,用公式计算散热速率从而得到导热系数,52/52,
展开阅读全文
浙ICP备2021020529号-1 | 浙B2-20240490 
