大学物理实验全集 下

实验实验 15光的等厚干涉与应用光的等厚干涉与应用 林一仙沈跃飞 一一 目的目的 1、观察光的等厚干涉现象，加深理解干涉原理 2、学习牛顿环干涉现象测定该装置中平凸透镜的曲率半径 3、掌握读数显微镜的使用方法 4、掌握逐差法处理数据的方法 二二 仪器仪器 读数显微镜，钠光灯，牛顿环装置 三三 原理原理 牛顿环装置是一个曲率半径相当大的平凸透镜放在一平板玻璃上，这样两玻璃间形成空气 薄层厚度 e 与薄层位置到中央接触点的距离 r，凸透镜曲率半径 R 的关系为： R r e 2 2 (a)(b) 图 201 根据干涉相消条件易得第 K 级暗纹的半径与波长 及牛顿环装置中平凸透镜的凸面曲率半 径 R 存在下述关系： KK R dr KK 4 22 根据与 K 成正比的性质采取逐差法处理实验数据 dK 2 )(4 22 nmR dd nm 四四 实验内容及步骤实验内容及步骤 1、打开钠光灯，调整牛顿环装置使干涉图样处于装置中心，之后将它放在显微镜的载 物台上, 调整显微镜的方向使显微镜下的半反射镜将光反射到牛顿环装置上，如图 20-1（a） 。 2、调节显微镜的目镜直到看清“十”字叉丝，降低显微镜筒，使它靠近牛顿环装置的 表面，然后慢慢往上调节必要时调节下方的反光镜，直到看清牛顿环图样为止。 3、转动鼓轮，使显微镜筒大约在主尺中间的位置。移动牛顿环装置，使“十”字叉丝 的交点在牛顿环中心，同时转动目镜使横向叉线平行于主尺。 4、顺时针转动鼓轮，使叉丝左移，同时读出叉丝越过暗纹的数目，读到 34 环停止移 动，然后逆时针慢慢转动鼓轮，使叉丝右移，当叉丝在第 32、30、26、24、22、20、18、16、14、12、10 暗纹的中心时读数。再继续向右 移使叉丝越过牛顿环中心，当叉丝在第 10、12、14、16、18、20、22、24、26、28、30、32 暗纹中心时读数计算各环的 直径测量值。 5、把牛顿环装置转 90 度后，重复第 3、4 步。并计算各环直径测量平均值。并用逐差 法处理数据。 五五 注意事项注意事项 1、仪器轻拿轻放，避免碰撞。 2、镜头不可用手触摸，有灰尘时用擦镜纸轻轻拂去不能用力擦拭。 3、调焦及调鼓轮时不可超出可调范围。为防止产生螺距误差，测量过程中鼓轮只能往 一个方向转动，不许中途回倒鼓轮。 六六 数据记录及处理数据记录及处理 表 1 曲率半径较小的数据 k (mm) 1 k X 2 k X k d 1 k X 1 k X k d 2 kk dd 2 k d 10 27.34522.5304.81527.22222.4004.8224.81823.213 12 27.54122.3225.21927.43522.2025.2335.22627.311 14 27.73522.1455.59027.60822.0105.5985.59431.293 16 27.90721.9625.94527.79521.8355.9605.95235.426 18 28.07921.7886.29127.96521.6686.2976.29439.614 20 28.23521.6326.60328.12521.5086.6176.61043.692 22 28.38521.4806.90528.26821.3556.9136.90947.734 24 28.53121.3557.19628.41521.2107.2057.20051.840 26 28.65521.1957.47028.55521.0727.4837.47655.890 28 28.80521.0687.73728.68520.9357.7507.74459.970 30 28.94120.9358.00628.80820.8058.0038.00464.064 32 29.06220.8088.25428.94020.6888.2528.25368.112 n dn 2 m dm 2 dd nm 22 dd nm 22 10 23.213 2247.73424.521 12 27.311 2451.84024.529 14 31.293 2655.89024.597 16 35.426 2859.97024.544 18 39.614 3064.06424.450 20 43.692 3268.11224.420 24.510 令 inm i dd A 22 A dd nm 22 2 6 1 2 065 . 0 5 1 mmAAS i iA 经肖维涅准则判断没有坏值 mm NM R dd nm 49.866 10893 . 5 124 51.24 4 4 22 2 027. 0 6 mm S Su A AA （忽略仪器误 mm NM SA Ru 2 4 1001.0 10893.5124 027.0 )(4 差） %12 . 0 5 . 866 1001 . 0 2 R E uR R %)3 .68( %12 . 0 1001 . 0 66. 8 2 p E mmRR R Ru 表 2曲率半径较大的数据 k (mm) 1 k x 2 k x k d 1 k x 2 k x k d 2 kk dd 2 k d 10 29.80520.0159.79029.74019.8359.9059.84896.983 12 30.23819.57510.66330.19019.39510.79510.729115.111 14 30.64819.17511.47330.59518.99011.60511.539133.1548 16 31.02518.79512.23030.96518.60212.36312.296151.192 18 31.37518.44512.93031.32518.25013.07513.002169.052 20 31.70518.11513.59031.66217.90813.75413.672186.924 22 32.02517.79514.23031.98517.58514.40014.315204.919 24 32.32517.48814.83732.28517.28515.00014.918222.547 26 32.62817.19515.43335.58516.98515.60015.516240.746 28 32.90816.93015.97832.86216.69516.16716.072258.309 30 33.17816.64816.53033.14816.42516.73216.631276.590 32 33.43016.38817.04233.41516.16517.25017.146293.985 n dn 2 m dm 2 dd nm 22 dd nm 22 1096.98322204.919107.936 12115.11124222.547107.436 14133.14826240.746107.598 16151.19228258.309107.117 18169.05230276.590107.538 20186.92432293.985107.061 107.448 令； inm i dd A 22 A dd nm 22 2 6 1 2 33 . 0 5 1 mmAAS i iA 经判断没有坏值 ； mm NM R dd nm 57.3798 10893 . 5 124 448.107 4 4 22 2 14 . 0 6 mm S Su A AA （忽略仪器误 mm NM SA Ru 3 4 1005 . 0 10893 . 5 124 14 . 0 )(4 差） %3 . 1 57.3798 1005 . 0 3 R E uR R %) 3 . 68( %3 . 1 1005. 080. 3 3 p E mmRR R Ru 物理实验教案物理实验教案 实验名称实验名称：光的等厚干涉与应用 指导老师指导老师：林一仙，李仁全，沈跃飞 时间时间：2007/2008 学年第一学期 1 目的目的 1）观察光的等厚干涉现象，加深理解干涉原理 2）学习牛顿环干涉现象测定该装置中平凸透镜的曲率半径 3）掌握读数显微镜的使用方法 4）掌握逐差法处理数据的方法 2 仪器仪器 读数显微镜，钠光灯，牛顿环装置 3 实验原理实验原理 3.13.1 光的等厚干涉原理光的等厚干涉原理 如图 15-1 所示，在平面与平面之间存在一个空气气隙。当入射光投射到平面a a b b 上时，部分光被反射后朝 1 方向传播，部分透过平面投射到平面上被反射后再a a a a b b 透过平面朝 2 方向传播，两光线叠加互相干涉，叠加处两束光的光程差近似为a a ，式中为光由光疏介质反射到光密介质表面时产生的附加光程差，也称半波 2 2 e 2 损失。 图 15-1 产生暗纹的条件为： )(, 2 , 1 , 0, 2 ) 12( 2 2数数nKKe 厚度相等的地方光程差相等，所以称此种干涉为等厚干涉。 3.2 牛顿环与凸透镜曲率半径测定牛顿环与凸透镜曲率半径测定 牛顿环装置是一个曲率半径相当大的平凸透镜放在一平板玻璃上，这样两玻璃间形成空气 薄层厚度 e 与薄层位置到中央接触点的距离 r，凸透镜曲率半径 R 的关系为： R r e 2 2 (b) 图 201 根据干涉相消条件易得第 K 级暗纹的半径与波长 及牛顿环装置中平凸透镜的凸面曲 率半径 R 存在下述关系： KK R dr KK 4 22 根据与 K 成正比的性质采取逐差法处理实验数据 dK 2 )(4 22 nmR dd nm 4 教学内容教学内容 6、 打开钠光灯，调整牛顿环装置使干涉图样处于装置中心，之后将它放在显微镜的载物 台上, 调整显微镜的方向使显微镜下的半反射镜将光反射到牛顿环装置上，如图 20- 1（a） 。 7、 调节显微镜的目镜直到看清“十”字叉丝，降低显微镜筒，使它靠近牛顿环装置的表 面，然后慢慢往上调节必要时调节下方的反光镜，直到看清牛顿环图样为止。 8、 转动鼓轮，使显微镜筒大约在主尺中间的位置。移动牛顿环装置，使“十”字叉丝的 交点在牛顿环中心，同时转动目镜使横向叉线平行于主尺。 9、 顺时针转动鼓轮，使叉丝左移，同时读出叉丝越过暗纹的数目，读到 34 环停止移动， 然后逆时针慢慢转动鼓轮，使叉丝右移，当叉丝在第 32、30、26、24、22、20、18、16、14、12、10 暗纹的中心时读数。再继续向右移使 叉丝越过牛顿环中心，当叉丝在第 10、12、14、16、18、20、22、24、26、28、30、32 暗纹中心时读数计算各环的直径 测量值。 10、把牛顿环装置转 90 度后，重复第 3、4 步。并计算各环直径测量平均值。并用逐差法 处理数据。 5 实验教学组织及教学要求实验教学组织及教学要求 讲解原理，测量要求，测量的注意事项； 让学生自行操作；检查数据，并要求整理。 6 实验教学的重点与难点实验教学的重点与难点 重点：要掌握干涉原理 难点：装置调节和数环数 7实验中容易出现的问题实验中容易出现的问题 1)仪器轻拿轻放，避免碰撞。 2)镜头不可用手触摸，有灰尘时用擦镜纸轻轻拂去不能用力擦拭。 3)调焦及调鼓轮时不可超出可调范围。为防止产生螺距误差，测量过程中鼓轮只能往一 个方向转动，不许中途回倒鼓轮。 8 实验参考数据实验参考数据 表 1曲率半径较小的数据（=5.89310-4mm） k (mm) 1 k x 2 k x k d 1 k x 2 k x k d 2 kk dd 2 k d 10 27.34522.5304.81527.22222.4004.8224.81823.213 12 27.54122.3225.21927.43522.2025.2335.22627.311 14 27.73522.1455.59027.60822.0105.5985.59431.293 16 27.90721.9625.94527.79521.8355.9605.95235.426 18 28.07921.7886.29127.96521.6686.2976.29439.614 20 28.23521.6326.60328.12521.5086.6176.61043.692 22 28.38521.4806.90528.26821.3556.9136.90947.734 24 28.53121.3557.19628.41521.2107.2057.20051.840 26 28.65521.1957.47028.55521.0727.4837.47655.890 28 28.80521.0687.73728.68520.9357.7507.74459.970 30 28.94120.9358.00628.80820.8058.0038.00464.064 32 29.06220.8088.25428.94020.6888.2528.25368.112 n dn 2 m dm 2 dd nm 22 dd nm 22 1023.2132247.73424.521 1227.3112451.84024.529 1431.2932655.89024.597 1635.4262859.97024.544 1839.6143064.06424.450 2043.6923268.11224.420 24.510 表 2曲率半径较大的数据 k (mm) 1 k x 2 k x k d 1 k x 2 k x k d 2 kk dd 2 k d 10 29.80520.0159.79029.74019.8359.9059.84896.983 12 30.23819.57510.66330.19019.39510.79510.729115.111 14 30.64819.17511.47330.59518.99011.60511.539133.1548 16 31.02518.79512.23030.96518.60212.36312.296151.192 18 31.37518.44512.93031.32518.25013.07513.002169.052 20 31.70518.11513.59031.66217.90813.75413.672186.924 22 32.02517.79514.23031.98517.58514.40014.315204.919 24 32.32517.48814.83732.28517.28515.00014.918222.547 26 32.62817.19515.43335.58516.98515.60015.516240.746 28 32.90816.93015.97832.86216.69516.16716.072258.309 30 33.17816.64816.53033.14816.42516.73216.631276.590 32 33.43016.38817.04233.41516.16517.25017.146293.985 n dn 2 m dm 2 dd nm 22 dd nm 22 1096.98322204.919107.936 12115.11124222.547107.436 14133.14826240.746107.598 16151.19228258.309107.117 18169.05230276.590107.538 20186.92432293.985107.061 107.448 9 实验结果检查方法实验结果检查方法 主要是看数据有没有忽大忽小。随着环数的增加，半径越来越大。 10 课堂实验预习检查题目课堂实验预习检查题目 实验目的，实验涉及的物理量和主要的计算公式，实验内容、简要步骤及注意事项，记录 数据表格（三线格） 。 11 思考题思考题 1） 劈尖干涉条纹与牛顿环的条纹有何不同？为什么？ 2） 从理论上看，劈尖棱边和牛顿环中央应为暗纹，但实验中有时呈现出亮点，是何原 因？如何消除？ 3） 劈尖中的空气或柴油、汽油时，干涉条纹将如何变化？ 迈克尔逊干涉仪实验数据处理迈克尔逊干涉仪实验数据处理 公式： 12 2 DD N DD 12 2 数据记录表格： NDN(mm)MDM(mm)DM-DN(mm) 1044.9945541044.866920.12763 6044.9783546044.851090.12726 11044.9624251044.835250.12713 16044.9465556044.819580.12697 21044.9307261044.803700.12702 26044.9145066044.787650.12685 31044.8986571044.771750.12690 36044.8828076044.755850.12695 数据处理： ；S=2.38410-4 ； SC8=4.4410-4 12709 . 0 NM DD 经查 0.12763 是坏值，剔除它； 重新算平均值： ；S=1.3110-4； SC7=2.3610-4 12701 . 0 )( NM DD 经查 0.12726 是坏值，剔除它； 重新算平均值： ； S=8.9310-5；SC6=1.610-4 12697 . 0 )“( NM DD 无坏值，所以)(103485 . 6 400 1012697 . 0 2)(2 7 3 m N DD NM 不确定度估算： m=0.0001mm ； 3 2 22m DD NM uuu 52 2 10213 . 1 3 2 S m u NM DD %010 . 0 12697 . 0 10213 . 1 )( 5 )( NM DD DD u NM m u 7117 100007 . 0 107%010 . 0 103485 . 6 处理结果： %010 . 0 100007 . 0 3485 . 6 7 mu 实验实验 19 旋光仪测旋光液体的浓度旋光仪测旋光液体的浓度 林一仙林一仙 1 实验目的实验目的 1） 观察光的偏振现象，加深对光偏振的认识； 2） 了解旋光仪的结构及测量原理； 3） 掌握旋光仪测定旋光液体浓度的方法。 2实验仪器实验仪器 WXG-4 圆盘旋光仪、葡萄糖溶液样品试管 3实验原理实验原理 3.1 偏振光的获得与检测 1）偏振光的获得：使自然光通过偏振片就形成只有一个振动方向的线偏振光（平面偏 振光） 。 2）偏振光的检测：用偏振片观察偏振光时，转动偏振片，当偏振片的偏振化方向与偏 振光的振动方向一致时可看到最大的光强度，当偏振片的偏振化方向与偏振光的振动方 垂直时，光强度为零。用偏振片来观察自然光，转动偏振片观察时光强度保持不变。 3）物质的旋光性质：平面光通过旋物质时振动面相对入射光的振动面旋转了一定的角 度，角度的大小（称旋光度） 与偏振光通过旋光物质的路程 l 成正比，对于旋光溶 液，旋光度还与液体的浓度 C 成正比。 对于旋光溶液对于旋光晶体lC，l 其中 为旋光率。 3.2 旋光溶液旋光率及浓度的测定方法 用旋光仪测量一组不同浓度（浓度已知）的葡萄糖溶液的旋光度 ，用作图法 处理数据，并求得旋光率 ， l k 用旋光仪测量未知浓度的旋光度，可求得浓度；也可利用旋光关 x l C x x 系曲线直接确定对应的浓度。 4 4旋光仪的结构旋光仪的结构 4.1 光学原理 从图 1 旋光仪的光路图可以看出，钠光灯射出的光线通过毛玻璃后，经聚光透镜成 平行光，再经滤色镜变成波长为的单色光。这单色光通过起偏镜后成为 m 7 10893 . 5 平面偏振光，中间部分的偏振光再通过竖条状旋光晶片，其振动面相对两旁部分转过一 个小角度，形成三分视场。 仪器出厂时把三分场均匀暗作为零度视场并调在度盘零度位置，三分场均匀暗的形 成原理如图 2 所示。 图 1 旋光仪的光路图 图 2 三分场均匀暗视场的形成原理 4.2 度盘双游标读数 读取左右两游标的读数并求平均得： 2 BA （注意：如果为 170 多度时，那么读数应当加上 180 度） 。 0 0 4.3 使用方法 打开电源后，旋转目镜调焦调焦旋钮使视场清晰。 调到三分场均匀暗时读 0 将待测试管放入样品镜筒内，调到三分场均匀暗，读双游标读数，经修正后的 值即为待测样品的旋光度。 注意：取试管时请用双手，免得打破试管注意：取试管时请用双手，免得打破试管。 5 数据处理数据处理 表 1 不同浓度的旋光度 调零 A B （A+B）/2 E1 A B （A+B）/2 E2 A B （A+B）/2 E3 A B （A+B）/2 178.95 179.00 178.983.95 4.00 3.988.85 8.95 8.9012.55 12.60 12.58 178.90 178.95 178.924.40 4.45 4.428.60 8.70 8.6512.25 12.30 12.28 179.05 179.15 179.104.40 4.45 4.429.10 9.20 9.1512.70 12.75 12.72 179.10 179.15 179.123.85 3.95 3.909.00 9.05 9.0212.15 12.20 12.18 179.00 179.05 179.023.70 3.80 3.758.65 8.70 8.6812.35 12.40 12.38 179.00 179.05 179.023.90 3.95 3.929.05 9.10 9.0812.55 12.65 12.60 179.03 s=0.0745 4.06 s=0.2858.91 s=0.21 12.46 s=0.21 E4 A B （A+B）/2 E5 A B （A+B）/2 EX A B （A+B）/2 17.90 17.95 17.9222.70 22.80 22.759.55 9.60 9.58 18.40 18.50 18.4522.25 22.30 22.289.25 9.35 9.30 18.30 18.35 18.3222.95 23.00 22.989.65 9.75 9.70 18.30 18.40 18.3522.75 22.80 22.789.40 9.50 9.45 18.50 18.60 18.5523.25 23.35 23.309.50 9.60 9.55 18.15 18.25 18.2023.00 23.10 23.059.70 9.75 9.72 18.30 s=0.2222.86 s=0.359.55 s=0.16 以上数据经查均无坏值 用作图法处理数据 从图 3 取两点代入公式求旋光率： %1 . 10045 . 0 0105 . 0 3 0 . 18 1 . 02 3 9 . 38 25 . 0 2 3 2 3 2 1063 . 4 10 10 8 . 11 7 . 50 0 . 6 0 . 24 22 22 2 2 22 24 m mc CK mkg l BA BA C EEEE lCCl k 度 22 1005 . 0 1063 . 4 %1 . 1 E u 图 3 旋光度和浓度的关系 求未知浓度 )/(227 . 0 100 . 0 1063 . 4 52.10 2 mlg l C x x ； ； 3 0 m u B 左 3 0 m u B 右 2 00 0 右左 32 2 2 122 000 m uuu BBB 右左 0152 . 0 001 . 0 0304 . 0 2 1 05 . 0 32 2 0304 . 0 2 1 2 1 2 2 2 2 22 000 uSu B 0325 . 0 001 . 0 065 . 0 2 1 05 . 0 32 2 065 . 0 2 1 2 1 2 2 2 2 22 uSu iBii 又 0 xx 036 . 0 0325 . 0 0152 . 0 22 22 0 uuu xx 或者 2 2 3 m Su xx %34 . 0 52.10 036 . 0 u E %2 . 1%1 . 1%34 . 0 2 2 22 EEE xCx )/(003 . 0 227 . 0 %2 . 1mlg CEu xCC xx 最终结果： （P=68.3%） %1 . 1 1005 . 0 63 . 4 2 E u mkg l度 (P=68.3%) %2 . 1 )/(003 . 0 227 . 0 cx cxxx E mlguCC 物理实验教案物理实验教案 实验名称实验名称：旋光仪测旋光液体的浓度 指导老师指导老师：林一仙，李仁全，沈跃飞 时间：时间：2007/2008 学年第一学期 1 目的目的 1)观察光的偏振现象，加深对光偏振的认识； 2)了解旋光仪的结构及测量原理； 3)掌握旋光仪测定旋光液体浓度的方法。 2 仪器仪器 WXG-4 圆盘旋光仪、葡萄糖溶液样品试管 3 实验原理实验原理 3.1 偏振光的获得与检测偏振光的获得与检测 1)偏振光的获得：使自然光通过偏振片就形成只有一个振动方向的线偏振光（平面偏 振光） 。 2)偏振光的检测：用偏振片观察偏振光时，转动偏振片，当偏振片的偏振化方向与偏 振光的振动方向一致时可看到最大的光强度，当偏振片的偏振化方向与偏振光的振 动方垂直时，光强度为零。用偏振片来观察自然光，转动偏振片观察时光强度保持 不变。 3)物质的旋光性质：平面光通过旋物质时振动面相对入射光的振动面旋转了一定的角 度，角度的大小（称旋光度） 与偏振光通过旋光物质的路程 l 成正比，对于旋 光溶液，旋光度还与液体的浓度 C 成正比。 对于旋光溶液对于旋光晶体lC，l 其中 为旋光率。 3.2 旋光溶液旋光率及浓度的测定方法旋光溶液旋光率及浓度的测定方法 1)用旋光仪测量一组不同浓度（浓度已知）的葡萄糖溶液的旋光度 ，用作图法处 理数据，并求得旋光率 ， l k 2)用旋光仪测量未知浓度的旋光度，可求得浓度；也可利用旋光关 x l C x x 系曲线直接确定对应的浓度。 3.3 光学原理光学原理 从图 1 旋光仪的光路图可以看出，钠光灯射出的光线通过毛玻璃后，经聚光透镜成 平行光，再经滤色镜变成波长为的单色光。这单色光通过起偏镜后成为 m 7 10893 . 5 平面偏振光，中间部分的偏振光再通过竖条状旋光晶片，其振动面相对两旁部分转过一 个小角度，形成三分视场。 仪器出厂时把三分场均匀暗作为零度视场并调在度盘零度位置，三分场均匀暗的形 成原理如图 2 所示。 图 1 旋光仪的光路图 图 2 三分场均匀暗视场的形成原理 3.4 度盘双游标读数度盘双游标读数 1)读取左右两游标的读数并求平均得： 2 BA 2)（注意：如果为 170 多度时，那么读数应当加上 180 度） 。 0 0 3.5 使用方法使用方法 1)打开电源后，旋转目镜调焦调焦旋钮使视场清晰。 2)调到三分场均匀暗时读 0 3)将待测试管放入样品镜筒内，调到三分场均匀暗，读双游标读数，经修正后的 值即为待测样品的旋光度。 注意：取试管时请用双手，免得打破试管注意：取试管时请用双手，免得打破试管。 4 教学内容教学内容 1)偏振光的获得：起偏、检偏等； 2)旋光仪的结构原理：主要是三分视场的原理； 3)旋光仪的使用方法：调焦、放试管、读数； 4)实验内容：以三分场均匀暗分布状态作为检偏状态，读零点读数，重复 6 次； 0 之后分别放入 5 种不同浓度的葡萄糖溶液的试管，测出相应的读数，每一种重复 6 次；最后测出一种未知浓度的试管，重复 6 次读数。 5)数据处理的方法：作图法，要完成旋光率的测定和未知浓度的测定。 5 实验教学组织及教学要求实验教学组织及教学要求 讲解原理，测量要求，测量的注意事项； 示范并让学生自行操作； 检查数据，并要求整理仪器。 6 实验教学的重点与难点实验教学的重点与难点 重点：要掌握旋光度的测量方法 难点：偏振光的概念以及形成原理和应用；三分场均匀暗的调节；旋光率要测好，否则会 影响测未知浓度。 7 实验中容易出现的问题实验中容易出现的问题 试管没有放好，会受到气泡的影响；试管要小心取放。 8 实验参考数据实验参考数据 表 1 不同浓度的旋光度 试管的长度 l=10.00cm 调零E1 （10.0%）E2 （20.0%）E3（30.0%） AB(A+B)/2AB(A+B)/2AB （A+B）/2 AB （A+B） /2 178.95178.98179.003.954.003.988.858.908.9512.5512.6012.58 178.90178.95178.924.404.454.428.608.658.7012.2512.3012.28 179.05179.15179.104.404.454.429.109.159.2012.7012.7512.72 179.10179.15179.123.853.953.909.009.029.0512.1512.2012.18 179.00179.05179.023.703.803.758.658.688.7012.3512.4012.38 179.00179.05179.023.903.953.929.059.089.1012.5512.6512.60 179.03 s=0.0745 4.06 s=0.2858.91 s=0.21 12.46 s=0.21 E4（40.0%）E5 （50.0%） EX AB （A+B）/2 AB （A+B）/2 AB （A+B）/2 7.9017.9517.9222.7022.8022.759.559.609.58 18.4018.5018.4522.2522.3022.289.259.359.30 18.3018.3518.3222.9523.0022.989.659.759.70 18.3018.4018.3522.7522.8022.789.409.509.45 18.5018.6018.5523.2523.3523.309.509.609.55 18.1518.2518.2023.0023.1023.059.709.759.72 18.30 s=0.2222.86 s=0.359.55 s=0.16 浓度用 g/ml 也可以。 9 实验结果检查方法实验结果检查方法 结果成线性关系（旋光率是定值） 10 课堂实验预习检查题目课堂实验预习检查题目 实验目的，实验涉及的物理量和主要的计算公式，实验内容、简要步骤及注意事项，记录 数据表格（三线格） 。 11 思考题思考题 1） 如果装有葡萄糖溶液样品试管的端口有气泡，对测量会有什么影响？测量时应如 何消除气泡的影响？ 2） 测量旋光溶液的浓度时，试详细分析样品试管长度大小对测量结果的影响。 3） 利用眼睛来判断检偏结果的精确度受到一定的限制，试提出一些提高检测精确度 的方法。 实验实验 21 用拉伸法测杨氏模量用拉伸法测杨氏模量 林一仙 1 实验目的实验目的 1）掌握拉伸法测定金属杨氏模量的方法； 2）学习用光杠杆放大测量微小长度变化量的方法； 3）学习用作图法处理数据。 2 实验原理实验原理 相关仪器： 杨氏模量仪、光杠杆、尺读望远镜、卡尺、千分尺、砝码。 2.1 杨氏模量杨氏模量 任何固体在外力使用下都要发生形变，最简单的形变就是物体受外力拉伸（或压缩） 时发生的伸长（或缩短）形变。本实验研究的是棒状物体弹性形变中的伸长形变。 设金属丝的长度为 L，截面积为 S，一端固定， 一端在延长度方向上受力为 F，并伸长L，如图 21-1，比值： 是物体的相对伸长，叫应变。 L L 是物体单位面积上的作用力，叫应力。 S F 根据胡克定律，在物体的弹性限度内，物体的应力与应 变成正比，即 L L Y S F 则有 （1） LS FL Y （1）式中的比例系数 Y 称为杨氏弹性模量（简称杨氏模量） 。 实验证明：杨氏模量 Y 与外力 F、物体长度 L 以及截面积的大小均无关，而只取决定 于物体的材料本身的性质。它是表征固体性质的一个物理量。 根据（1）式，测出等号右边各量，杨氏模量便可求得。 （1）式中的 F、S、L 三个量 都可用一般方法测得。唯有是一个微小的变化量，用一般量具难以测准。本实验采用L 光杠杆法进行间接测量(具体方法如右图所示)。 2.2 光杠杆的放大原理光杠杆的放大原理 如右图所示,当钢丝的长度发生变化时，光杠杆镜面的竖直度必然要发生改变。那么改 变后的镜面和改变前的镜面必然成有一个角度差，用 来表示这个角度差。从下图我们可 以看出： （2） h L tg 这时望远镜中看到的刻度为 ，而且，所 1 2 01 以就有： （3） D NN tg 01 2 采用近似法原理不难得出： （4）L h D NNN 2 01 这就是光杠杆的放大原理了。 将（4）式代入（1）式，并且 S=d2,即可得下式： Nh d FLD Y 2 8 这就是本实验所依据的公式。 2.3 实验步骤实验步骤 1）将待测金属丝下端砝码钩上加 1.000kg 砝码使它伸直。调节仪器底部三脚螺丝，使 G 平台水平。 2）将光杠杆的两前足置于平台的槽内，后足置于 C 上，调整镜面与平台垂直。 3）调整标尺与望远镜支架于合适位置使标尺与望远镜以光杠杆镜面中心为对称，并使 镜面与标尺距离 D 约为 1.5 米左右。 4）用千分尺测量金属丝上、中、下直径，用卷尺量出金属丝的长度 L。 5）调整望远镜使其与光杠杆镜面在同一高度，先在望远镜外面附近找到光杠杆镜面中 标尺的象（如找不到，应左右或上下移动标尺的位置或微调光杠杆镜面的垂直度） 。再把望 远镜移到眼睛所在处，结合调整望远镜的角度，在望远镜中便可看到光杠杆镜面中标尺的 反射象（不一定很清晰） 。 6）调节目镜，看清十字叉丝，调节调焦旋钮，看清标尺的反射象，而且无视差。若有 视差，应继续细心调节目镜，直到无视差为止。检查视差的办法是使眼睛上下移动，看叉 丝与标尺的象是否相对移动；若有相对移动，说明有视差，就应再调目镜直到叉丝与标尺 象无相对运动（即无视差）为止。记下水平叉丝（或叉丝交点）所对准的标尺的初读数 ，一般应调在标尺 0 刻线附近，若差得很远，应上下移动标尺或检查光杠杆反射镜 N0N0 面是否竖直。 7）每次将 1.000kg 砝码轻轻地加于砝码钩上，并分别记下读数、 N 1 、，共做 5 次。 N 2Ni 8）每次减少 1.000kg 砝码，并依次记下记读数，、。 Ni 1Ni 2 N 0 9）当砝码加到最大时（如 6.000kg）时，再测一次金属丝上、中、下的直径 d，并与 挂 1.000kg 砝码时对应的直径求平均值，作为金属丝的直径 d 值。 10）用卡尺测出光杠杆后足尖与前两足尖的距离 h，用尺读望远镜的测距功能测出 D（长短叉丝的刻度差乘长短叉丝的刻度差乘 100 倍倍） 。 11）用图解法处理实验数据确定测量结果及测量不确定度。 2.4 注意事项注意事项 1）光杠杆及镜尺系统一经调好，中途不得再任意变动，否则所测数据无效。 2）加、减砝码要细心，须用手轻轻托住砝码托盘，不得碰动仪器；而且需待钢丝伸缩 稳定后方可读数。 3）在测量钢丝伸长量过程中，不可中途停顿而改测其他物理量（如 d、L、D 等） ，否 则若中途受到另外干扰，则钢丝的伸长（或缩短）值将发生变化，导致误差增大。 3 数据处理数据处理 1） 实验数据记录表格 表 1 相关数据的测量 次 序 F(9.789N) Ni(加， cm) Ni(减， cm) N d(1kg) (mm) d(6kg) (mm) L(cm ) D(c m) H(cm) 11.0000-0.05-0.020.4420.44098.001507.842 22.0001.381.651.520.4650.460 33.0002.902.952.920.4380.455 44.0004.304.454.38 55.0005.725.905.81 66.0007.12 7.12 2） 用作图法处理数据确定的测量结果及不确定度； N F )/(1090.610 05.015.7 789.900.100.6 22 mN NN FF N F AB AB %0 . 1103 . 3107 . 6 10 . 7 3 05 . 0 2 00 . 5 3 05. 02 22 55 22 22 22 N u F u N u F u E BA NF NF N F )/(10069 . 0 1090 . 6 %0 . 1 22 mN N F E N F N F u 3） 计算钢丝的杨氏模量的测量结果及不确定度。 )/(1063 . 1 1090 . 6 842 . 7 0450. 014 . 3 1015000.9888 2112 2 2 2 mN Nhd FLD Y ;cm m Hu 0012 . 0 3 002. 0 3 ;cm m Lu 029 . 0 3 05 . 0 3 cm m Du 9 . 2100 3 05 . 0 3 cm m ddSu 9 . 2100 3 05 . 0 0047 . 0 3 2 2 2 2 %5 . 2 100 . 1102 . 2101 . 1107 . 3107 . 8 %0 . 1 842 . 7 0012 . 0 450 . 0 9 . 22 150 9 . 2 00.98 029 . 0 2 48448 2 2222 22222 E N F HdDL Y H u d u D u L u E )/(10039 . 0 %5 . 21063 . 1 21111 mNEY Y Yu 4 实验结果：实验结果： )683 . 0 ( %5 . 2 /1004 . 0 63 . 1 211 p E mNYY Y Yu 5 思考题（讨论）思考题（讨论） 1）本实验为什么用不同仪器来测定各个长度量？ 2）光杠杆法能否用来测量一块薄金属片的厚度？如何测量？ 3）调节光杠杆镜尺系统时，若遇到下列现象时你将如何处理（即如何调节）？ （1）用望远镜找标尺的像时，看到了光杠杆的镜面，而看不到标尺的像。 （2）某一同学已调好的光杠杆系统（他确已调好了） ，但你去看时感到标尺的像很模 糊。 金属线胀系数的测量 1 实验目的实验目的 1、学习用电热法测量金属线胀系数； 2、学习利用光杠杆法测量微小长度变化量； 3、掌握图解法处理数据的方法。 2 实验原理实验原理 2.1 相关的实验仪器相关的实验仪器：控温式固体线胀系数测定仪（型号 GXC-S） 、光杠杆、尺读望远 镜、卷尺、游标卡尺。 2.2 原理概述原理概述 1、当温度升高时，金属杆的长度会发生变化，这种变化可用线胀系数来衡量。当温度 变化不大时可用平均线胀系数 来描述。即 )( )(1 12 12 1 tt LL L 式中和分别为物体在温度和时的长度，一般固体材料的值很小，所以1L2L1t2t 也很小，因此本实验成功的关键之一就是测准的问题，我们采用光杠杆12LLLL 法测量。L 2、热传导和热平衡原理： 温度总是从高温往低温传递，因此只要存在温差就会有热传导在进行，那么就不会处 在平衡的状态。从观察方法来看，当温度不变时就表明系统处于热平衡的状态。只有在平