物理实验研究报告

1 / 17 物理实验研究报告 基础物理实验研究性报告 分光仪的调整及其应用 第一作者： 12131064 吴恩泽 第二作者： 12131065原仁杰 目录 目录 . I 摘要 . II 一、实验目的 . 1 二、 实 验 原理 . 1 2 / 17 实验一分光仪的调整 . 1 分光仪的简介 . 1 分光仪的调节原理及方法 . 3 实验 2 三 棱 镜 顶 角 的 测量 . 6 三棱镜的调整 . 6 2 ） 掠 入 射法 .3 / 17 . 8 二、实验仪器 . 9 三、实验内容 . 9 实验 1 分 光 仪 的 调整 . 9 实验 2 三 棱 镜 顶 角 的 测量 . 10 调整三棱镜 . 10 反 射 法 测 棱 镜 顶4 / 17 角 . 10 偏 心 差 消 除 及 减 小 系 统 误差 . 10 实验 3 棱 镜 折 射 率 的 测量 . 11 四 、 实 验 数 据 处理 . 11 1. 反 射 法 测 三 棱 镜 顶角 . 11 原始数据记录及处理 . 11 不确定度计算 .5 / 17 . 12 最终结果 . 12 2. 最 小 偏 向 角 法 测 棱 镜 折 射率 . 12 原始数据记录及处理 . 12 不确定度计算 . 13 最终结果 . 13 3 . 掠 入 射法 .6 / 17 . 14 原始数据记录及处理 . 14 不确定度计算 . 14 最 终 结 果 表述 . 15 五、相关误差的分析 . 15 定性分析 . 15 偏心距误差定量分7 / 17 析 . 15 误差结论 . 17 六 、 分 光 仪 的 调 整 改 进 建议 . 17 七 、 使 用 程 序 语 言 编 程 进 行 数 据 处理 . 18 八、此次实验的不足以及实验感想 . 20 参考文献 . 22 原始数据 .8 / 17 . 23 摘要 本文以“分光仪调节与应用”为主要内容，介绍了有关分光仪在使用中的调节以及三棱镜顶角的反射测量法，以及最小偏向角法及掠入射法测棱镜折射率。而后介绍了数据处理以及不确定度的算法，同时对误差来源进行了定量分析。最后还给出了分光仪调节的方法和改进建议，以及运用程序语言进行数据的分析。 关键词：分光仪 调整 应用 三棱镜 误差 C语言 一、实验目的 1了解分光计的结构，测量原理； 2掌握调节方法及原理； 3创新性地调节分光仪及数据分析。 二、实验原理 实验一分光仪的调整 分光仪的简介 分光计是用来准确测角度的仪器，可用来测量各种光线之间的角度。分光仪的结构因型号不同各有差别，但基本原理是相同的，一般都由底座、刻度读数盘、自准直望远镜、平行光管、载物平台 5部分组成。 9 / 17 图 2- 2 JJY 型分光仪 在三角底座中心，装有一垂直的固定轴，望远镜，主刻度圆盘，游标刻度圆盘都可绕它旋转，这一固定 轴称为分光仪主轴。 圆盘上刻有角度数值的称主刻度 盘，在其内侧有一游标度，在游标刻度 盘上相对 180处刻有两个游标。主刻 度盘和游标刻度盘都垂直于仪器主轴，并可绕主轴转动。度数系统由主刻度盘和游标盘组成， 沿度盘一周刻有 360 个大格，每个 1，每大格又分成两小格，所以每小格为 30。主刻度盘内侧有一游标盘，主刻度盘可以和望远镜一起转 动，游标盘可以和载物台一起转动。游标盘在它的对径方向有两个游标刻度，游标刻度的 30个小格对应主刻度盘的 29 个小格，所以这一度数系统的准确度为 1。它的读数原理与游标卡尺完全相同。 载物平台用来放置光学元件，如棱镜、光栅等，在其下方有载物台调平螺钉 3只，以调节平台倾斜度。用螺钉7 可以调节载物台的高度，当固紧时平台与游标刻度盘固联。固紧螺钉 25，可使游标盘与主轴固联；拧动螺钉 24，可使载物台与游标盘一起微动。 自准直望远镜由目镜，全反射棱镜，叉丝分划板及物镜组成，目镜装在 A筒中，全反射棱 镜和叉丝分划板装在10 / 17 B 筒内，物镜装在 C 筒顶部， A 筒通过手轮可在 B 筒内前后移动， B 筒可在 C 筒内移动。叉丝分划板上刻有双十字形叉丝和透光小十字刻线，并且上叉丝与小十字刻线对称于中心叉丝，全反射棱镜紧贴其上。 开启光 北京航空航天大学 基础物理实验研究性报告 拉伸法测钢丝弹性模量及扭摆法测 转动惯量 第一作者： 第二作者： 学号： 学号： 所在院系：化学与环境学院 2 目录 摘要 . 4 一实验原理 . 5 11 / 17 二：实验仪器 . 10 三：实验步骤 . 12 四数据处理 . 14 五：讨论 . 24 七：实验总结与感想 . 34 八参考文献 . 35 3 摘要 本文采用拉伸法及光杠杆原理对直径约为厘米钢丝的弹性模量进行了测量。其中光杠杆法是一种利用光学放12 / 17 大方法测量微小长度的装置，它采用光学机制以光线来代替机械杠杆的长臂而实现间接放大测量，主要讨论了对影响测量结果的可能因素和用逐差法减少相应误差的方法。 转动惯量是刚体转动惯性大小的量度，是表征刚体特性的一个物理量 。转动惯量的测量，一般都是使刚体以一定的形式运动。通过表征这种运动特征的物理量与转动惯量之间的关系，进行转换测量。本实验使物体作扭转摆动，由摆动周期及其它参数的测定算出物体的转动惯量。 4 一实验原理 实验一 拉伸法测钢丝弹性模量 1.弹性模量 一粗细均匀的金属丝，长度为 l，截面积为 S，一端固定后竖直悬挂，下端挂以质量为 m 的砝码；则金属丝在外力 F=mg 的作用下伸长 l。单位截面积上所受的作用力 F/S称为应力， 单位长度的伸长量 l/l称为应变。 有胡克定律成立：在物体的弹性形变范围内，应力F/S和 l/l 应变成正比，即 F?l?E Sl 其中的比例系数 E?F/S ?l/l 称为该材料的弹性模量。 13 / 17 性质： 弹性模量 E 与外力 F、物体的长度 l 以及截面积 S无关， 只决定于金属丝的材料。 实验中测定 E， 只需测得 F、 S、 l 和 ?l 即可， 前三者可以用常用方法测得，而 ?l的数量级很小，故使用光杠杆镜尺法来进行较精确的测量。 1. 光杠杆原理 5 物理实验与探究报告册 答案 一、 用刻度尺测量长度、用停表测量时间 探究预备 1、 卷尺，米尺，刻度尺 2、 量程，分度值，零刻度线是否磨损 3、 时钟，手表 探究目的：学习用刻度尺测量长度，用停表测量时间 提出问题：怎样用刻度尺测量长度，怎样用停表测量时间 探究方案与实验设计：练习实验刻度尺，明确使用刻度尺的注意事项使用刻度尺测量长度测量物理课本的长度和宽度 实验器材：刻度尺，停表 资料或数据的收集： 分析和论证 ：多次测量取平均值，可以减小误差。 评估与交流： 1、刻度尺没与被测物体边缘平行刻度14 / 17 线没紧贴被测物体 2、棉线法，累积法，替换法，轮转法，组合法 二、测量物体运动的平均速度 探究预备： 1、 v=s/t2、刻度尺，停表 探究目的：测量物体运动的平均速度 提出问题：怎样用刻度尺、停表测小车的平均速度 探究方案与实验设计：如图 实验器材：长木板，木块，刻度尺，停表，小车，金属片 资料或数据收集： 分析和论证：计时要与小车的运动同步 评估与交流： 1、约 20km/h 2、卷尺，停表用卷尺测出走一段路程的距离 s，用停表测出时间 t，用公式 v=s/t计算平均速度 3、使物体做匀速直线运动相同时间通过的路程相等。 三、 探究响度与什么因素有关 探究预备： 1、声音的大小 2、同一音叉音调不变 探究目的：探究响度的影响因素 提出问题：探究响度与什么因素有关 猜想与假设：响度与振幅有关 探究方案与实验设计：取一音叉，用不同的力敲击，听音叉的响度，观察乒乓球被弹开的幅度 实验器材：音叉，乒乓球，细线，小锤 资料或数据收集：越用力敲击音叉，响度越大，乒15 / 17 乓球被弹开的幅度越大 分析和论证：响度与振幅有关 评估与交流： 1、水被音叉振起。扬声器紧贴盛水容器 2、录音机。录音机， mp3等。 3、声音 可以在空气和固体中传播，而且能够被反射。 四、 用温度计测量水的温度 探究预备： 1、量程，分度值 2、不能超过量程，玻璃泡要与被测液态充分接触，待示数稳定后 再读数，读数时温度计玻璃泡不能离开被测液态，视线与液柱上表面相平。 探究目的：用温度计测量水 的温度 提出问题：怎样用温度计测量水的温度 探究方案与实验设计：取一个装有水的烧杯，将温度计玻璃泡完全浸入水中，注意不能接触烧杯 的底和壁，待示数稳定后在读数。重复实验三次。 实验器材：大烧杯，温度计 资料或数据的收集： 分析和论证：测量时间过长，水温会下降 评估与交流： 1、估测液体温度，选择合适量程温度计正确测量 2、 五、 探究固体熔化时温度的变化规律 探究预备： 1、由固态变为液态。晶体熔化时温度不变，非晶 体温度上升。 2、溶化，是一种固体扩散到另一16 / 17 种液体中。熔化是固态变为液态。 探究目的：探究固体熔化时温度的变化规律 提出问题：固体熔化时温度的变化有什么规律 猜想与假设：晶体温度不变，非晶体温度上升 探究方案与实验设计：如图 实验器材：铁架台，酒精灯，大试管，温度计，铁夹，细线，停表，奈，蜡，石棉网 资料或数据的收集： 分析和论证：晶体熔化时温度不变，非晶体熔化时温度上升 评估与交流： 1、不一样。晶体熔化温度不变，非晶体熔化温度上升 2、晶体熔化温度不变，非晶体熔化温 度上升 六、 探究水沸腾时温度变化的特点 探究预备： 1、蒸发，沸腾 2、气泡越来越大 探究目的：探究水沸腾时温度变化的特点 提出问题：水沸腾时温度变化有什么特点 猜想与假设：水沸腾时，继续加热，温度不变，气泡越升越大 探究方案与实验设计：如图 实验器材：铁架台，酒精灯，温度计，铁夹，细线，停表，石棉网 资料或数据收集： 分析和论证：水沸腾时继续加热，温度不变，气泡越来越大 评估与交流： 1、沸腾前气泡越升越小，沸腾时气泡越升越大。沸腾前声音大，沸腾时 声音小 2、水沸腾时继续17