大学物理实验指导书电子版样本

资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除。大学物理实验指导书(电子版)上海海运学院.05目录绪论┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅3实验数据的处理方法┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅7实验一.长度的测量┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅9实验二.测量钢丝杨氏模量┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅11实验三.扭摆法测定物体转动惯量┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅13实验四.空气比热容比测定实验┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅17实验五.线膨胀系数测定┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅18实验六.常见电学仪器的使用┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅-19实验七.惠斯登电桥测电阻┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅22实验八.电位差计测电动势┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅24实验九.电表改装┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅26实验十.示波器的使用┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅28实验十一.等厚干涉的应用┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅31实验十二.用光栅测定光波的波长┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅33实验十三.旋转液体物体特性测量┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅34实验十四.波尔共振┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅36实验十五.用梁的弯曲测量材料的杨氏模量┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅38实验十六.仿真实验—偏振光的研究┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅39实验十七.光纤传输技术┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅42实验十八.激光全息照相┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅44实验十九.迈克尔逊干涉仪的应用┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅46实验二十.光拍法测量光速┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅49实验二十一.光电效应┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅52实验二十二.霍尔效应及其应用┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅55实验二十三.荷质比实验┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅58实验二十四.金属电子逸出功实验┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅62实验二十五.声速测量┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅66实验二十六.夫兰克赫兹实验┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅69实验二十七.密立根油滴实验┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅73实验二十八.多量程直流电表的设计┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅77

绪论早在五十年代,中国物学家钱三强就指出:今天的科学技术发展能够概括为”科学技术化和技术的科学化”,也就是说:科学和技术关系越来越密切,科学与技术相互渗透。因此教育界普遍关心的问题,不但是工艺和设计程序的传授而应把重点放在创造精神和研究能力的培养上。为此,必须注意和加强学生实验技能的培养和训练。加强实验技能的培养,不是一门普通物理实验课所能完成的,各种实验技术都是一门专门的学问,可是任何复杂的实验工作总离不开基本物理量的测量。一．物理实验课的任务主要有下述三个方面:对学生进行实验基本知识、方法、技能技巧方面的培养的训练。要求学生掌握一些常见物理量的测量方法,基本上具备观察现象测量数据。处理和分析结果到完整地写出实验报告的能力。在实验中经过自己动手、观察、测量、分析、更深入理解物理理论。培养严肃认真、实事求是的科学作风和爱护国家财产、遵守纪律的优良品德。二．测量与误差基本概念测量可分为直接测量与间接测量两种。直接测量就是用量具或电表直接与被测之量比较所得的量。间接测量就是测出与待测量有一定关系的诸量,然后计算出该待测量。一个物理量在客观上有着确定的数值成为真值。测量值与真值之间的差别称为误差。误差按其产生原因与性质分为两类:系统误差产生系统误差的主要原因:仪器、测量方法和计算方法的不完善。偶然误差产生偶然误差的主要原因:人的感觉器官的限制及实验环境等干扰。偶然误差的出现服从统计规律,因此经过多次测量求平均值的方法能够减小偶然误差。粗大误差明显超出规定条件下预期的误差。实验中尽量避免。2．不确定度测量不确定度是表征被测量量的真值以一定的概率落在某一个量值范围内的不肯定程度的一个估算。一般用表示。不确定度分类:A类不确定度:统计分析方法评定,记作;B类不确定度:非统计分析方法评定,记作;合成不确定度:将A类不确定度和B类不确定度用一定规则合成,常见公式。3．直接测量结果的不确定度计算①对某个物理量测量几次,每次测量结果分别为,求出算术平均值:②求标准偏差贝塞尔公式③A类不确定度(系数查书本第六页表1)注:测量次数6到10次时④B类不确定度(查书本第七页表2)⑤合成不确定度⑥结果表示不确定度与测量结果平均值之比称为相对不确定度。间接测量的不确定度计算设,则不确定度传递公式:结果表示:三．有效数字及其运算什么叫有效数字?在测量和计算时,正确而有效地表示测量和运算结果的数字,称为有效数字。它由若干位可靠数加一位估计数构成。处理有效数字时应注意几点:凡数字后面的”0”是有效数字;在数字前面的”0”不是有效数字;有效数字与小数点位置无关。运算规则加减法只保留一位可疑数字;乘除法以最少有效数字位数为标准;不确定度的有效数字只取一位。计算结果的表示要求:(保留一位有效数字,和对齐)四．实验报告的要求实验报告两个部分来完成,在实验之前先作预习部分。预习前留一页空白页在实验结束后再完成实验部分,数据数据写在预习前空白页,预习部分和实验部分的报告做在同一份实验报告纸上。实验报告包括:实验名称。2.目的要求.。3.简单原理。步骤。5.使用器材。6.记录和计算。误差讨论和分析其中1,2,3,4为预习内容五．习题答案1．(1)公里公里公里(2)毫米=毫米米2．(1)27(2)7.0(3)3.28(4)(5)(6)1.03．(1)8.9±0.1(2)0.0085±0.0001单位(3)(4)(5)(6)4．(1)(2)(3)(4)5．(1)(2)(3)6．7．8.x97531y46.6949636.1255625.50422715.4828245.304216实验数据的处理方法在物理实验中,选择好的数据处理方法十分重要。常见的有图示法,图解法,逐差法等。图示法任意两个物理量之间的关系即可从用一个解析函数表示,这时图示法就成为一种主要的表示方法了,图示法的另一优点是物理量之间的关系,可用曲线表示,一目了然。在很多场合下应用图线来解决实际问题十分方便,因此图示法是实验技能中的一项基本功,应该很好地掌握它。具体作法如下:作图必须用毫米方格纸。确定坐标⑴确定纵坐标和横坐标分别表示哪个物理量,一般以横坐标为自变量,纵坐标为因变量并划两条粗线表示纵轴和横轴。⑵写上坐标名称、单位,并在两个坐标轴上每隔一定的距离写上标度。标度时应做到:图上观测点的坐标读数的有效字位数要能表示出估读位。标尺的选择应使图线显示其特点。标度应划分得当,以不用计算就能直接读出图线上每一点的坐标为宜。一般取1:1,1:2,1:5的比例。使图线占据图纸的大部分,不要偏于一角或一边,能够采用横轴和纵轴的标度不同,或者两轴交点不从零开始标值,以便调整图线的大小和位置。画实验点及描绘曲线⑴画点将实验点用+、,等符号表明在图纸上,同一曲线上的坐标点要用统一符号。⑵联线穿过所有实验点画出的代表曲线,画点联线应注意两点:用削尖的硬铅笔用透明的直尺或曲线板⑶写图名在图纸上端空旷位置写出实验名称、图纸名称。图解法由实验求得两物理量的关系曲线后,利用此曲线能够求得第三个物理量,这种方法称为图解法。物理实验中遇到的图线大多是直线,故可用直线方程式表示:求直线的斜率和截距的方法如下:在直线的两端任取a和b,用与实验点不同的符号将它们表示出来,并在旁边注明坐标读数。然后将该二点坐标值代入直线方程式解之,得直线的斜率如果x轴起点为零,则可直接从图上读出截距,因x=0时,y=y0否则在求出斜率m后,以直线上任一点的坐标(x,y)带入中即可算出截距yo,于是得到和实验图线相合适的经验公式了。举例:如根据欧姆定律:V=RI,根据二点公司求直线斜率的方法可得三、逐差法逐差法是物理实验中常见的数据处理方法之一。逐差法就是把实验测量数据逐项相减,或分成高、低两组对应项相减。例如测得八组数据。用逐差法能够得到这样处理了以充分利用数据,保持了多次测量的优点。

实验一长度的测量目的要求学习误差及有效数字的基本知识掌握游标原理,学会正确使用游标卡尺学会正确使用螺旋测微仪,了解其结构和原理二.原理物理实验中最常见的长度测量仪器是游标卡尺,螺旋测微器(千分尺),一般见量程和分度值表示这些仪器的规格。量程是测量范围;分度值是仪器所表示的最小分划单位。分度值的大小反映仪器的精密程度,洋来说,分度值越小,一起越精密,仪器本身的”允许误差”响应也越小,学习使用这些仪器,要主义掌握它们的构造特点,规格性能,读数原理,使用方法及维护知识等。游标卡尺①结构游标卡尺又主尺和游标组成。包括卡尺的主尺,刀口,钳口,尾尺各个组成部分。②原理游标的个分度格长与主尺的个分度格长相等,设主尺的最小分度值(一般为),游标的最小分度值为,则,,就称为游标的精度值,常见的有,两种。③测量用钳口或刀口卡住物体,进行读数。2.螺旋测微器(千分尺)螺旋测微器结构的主要部分是一个微动螺旋杆,螺距是0.5mm,因此,当螺旋杆旋转一周时,它轴线方向只前进0.5mm,螺旋杆和螺旋柄连着的,在柄上附有沿园周的刻度,共有50等分格,当螺旋杆沿轴线方向前进0.5/50mm,即0.01mm时,螺旋柄上的刻度转过一分格,这就是所谓机械放大原理。读数时,从固定标尺上读出鉴格数(每格0.5mm),0.5mm以下的读数则由螺旋柄园周上的刻度读出,估读到0.001MM使用时先要记录初读数。三.实验内容:用游标卡尺测薄片尺寸(图1-1)并计算薄片的面积;用螺旋测微器测金属丝的直径并计算其横截面积值;用游标卡尺测量金属棒尺寸并计算其体积。四.注意事项1.使用游标尺时,一手拿物体,另一手执尺,要特别注意保护量爪不磨损,使用时轻轻把物体卡住即行读数,不允许用来测量粗糙的物体,并切忌把夹紧的物体在卡口内挪动。2.使用螺旋测径器,记录零点读数,并对测量数据作另点修正,螺旋测径器的另点能够调整,可见仪器说明书。3.记录另点及将待测物体夹紧测量时,应轻轻转动棘轮旋柄推进螺杆,不要直接拧转螺杆,以免夹得太紧,影响测量结果及损坏仪器,只要听到在转动小棘轮时发出喀喀的声音,就不要再推进螺杆而能够进行读数了。图1-1五.参考数据:使用的三种工具游标卡尺,螺旋测微计,米尺的B类不确定度分别为0.02mm,0.002mm,0.1mm1.单位:mm项目次数123456平均a39.9839.9840.0040.0239.9640.0240.00b25.0025.0224.9825.0025.0225.0225.00c8.008.028.028.047.988.008.01h8.008.048.048.028.048.008.02a=40.03±0.03mmb=25.00±0.03mmc=8.01±0.03mmh=8.02±0.03mm周长L=2(3.075+3.206+1.804)=146.04mmL=L±UL=146.0±0.1(mm)面积S=ab-ch=3=935()2．初读数0.001mm次数项目123456平均直径d7.9457.9467.9507.9517.9487.9487.948长度L128.1128.2128.1128.0128.3128.2128.2d=7.948±0.004mmL=128.2±0.7mm电阻丝截面积:次数项目123456平均外径D121.0021.0220.9620.9821.0021.0221.00内径D28.028.007.967.988.008.028.00高H30.1030.1430.1230.1630.1430.1230.13D1=21.00±0.03mmD2=8.00±0.03mmH=30.13±0.03mm

实验二测定钢丝的杨氏模量一.目的1．学会测量杨氏弹性模量的一种方法;2．掌握光杠杆放大法测量微小长度的原理;3．学会用逐差法处理数据。二．原理任何物体在外力作用下都要发生形变,根据虎克定律:(2-1)式中比例系数就称为材料的杨氏弹性模量,即(2-2)外力,钢丝伸长量,钢丝截面积,钢丝原长度本实验采用光杠杆放大法测量微小长度值,其结果比较准确。图2-1为光杠杆放大原理图。开始时光杠杆反射镜与标尺在同一平面,在望远镜中读到标尺读数,当钢丝受力伸长时带动光杠杆反射镜后足尖下降,镜面发现转动一个微小角度,这时在望远镜读数为,为放大后钢丝伸长量,因为角度微小图2-1若很小,得因此:式中S钢丝横截面积,N小镜偏转前后的读数差,b光杆杆常数,D为两次反射镜面与标尺的距离。三．光路调节:1、将光杠杆前两足尖放在平台槽内,后尖放在圆形托盘上,并使平面镜与平台面积本垂直。2、调节望远镜高度,使其与光杠杆基本处于等高位置。3、调节二次反射镜的倾角螺丝,看到照明标尺在光杠杆反射镜的二次反射像。4、将望远镜对准照明标尺在光杆杆里的像,注意”等高同轴”要领。四．测量步骤1、按下数显屏的”开关”键,显示屏显示”０００”2、将数据拉力从某一负载开始,先测加载过程,每间隔2Kg记录8个数据。隔1-2分后,每减少2Kg记录一次读数,记入表格中。３、测量完毕后调节液压调节螺杆到最外端,使显示屏显示”０００”后关闭电源。４、用钢卷尺测出二次反射镜面到标尺距离Ｄ。５、用螺旋测微计测出钢丝直径ｄ。６、取下光杆杆,在白纸上印出三个点,测高ｂ。７、用钢卷尺测量钢丝长度。五．参考数据1、标尺读数记录次数i拉力示值(Kg)加载Pi’(cm)减载Pi”(cm)Pi=(Pi’+Pi”)/2(cm)逐差值(cm)Ni=Pi+4-Pi0853.653.453.512.811056.456.656.512.321259.159.259.212.631463.163.463.212.641666.366.366.351868.968.768.862071.971.871.872275.875.875.8

2、钢丝直径d千分尺的仪器误差取0.004mm初读数0.003mm次数12345平均d(cm)0.07950.07930.07940.07920.07960.07943、其它数据测量标尺到二次反射镜距离D=779.8mm,钢丝长度,光杠杆腿长b=84.59mm六．注意事项:1、对于钢丝不直或钻头夹具夹的不紧将出现假伸长,为此,必须用力将钻头卡夹紧钢丝。同时,在测量前应将金属丝拉直并施加相当的预拉力。2、对于钢丝在加外力后,要经过一段时间才能达到稳定的伸长量,这种现象称为滞后效应,这段时间称为驰豫时间。为此每次加力后应等到显示器数据稳定后再进行测量读数。3、本实验所用的数字测力秤的误差为。实验三扭摆法测定物体转动惯量转动惯量是刚体转动时惯性大小的量度,是表明刚体特性的一个物理量。刚体转动惯量除了与物体的质量有关,还与转轴的位置和质量分布(即形状、大小和密度分布)有关。如果刚体形状简单,且质量分布均匀,能够直接计算出它绕特定转轴的转动惯量。对于形状复杂,质量分布不均匀的刚体,计算将极为复杂,一般采用实验方法来测定,例如机械部件,电动机转子和枪炮的弹丸等。转动惯量的测量,一般都是使刚体以一定形式运动,经过表征这种运动特征的物理量与转动惯量的关系,进行转换测量。本实验使物体作扭转摆动,由摆动周期及其其它参数的测定计算出物体的转动惯量。一.实验目的1．熟悉扭摆的构造,使用方法,掌握数字式计时仪的正确使用;2．掌握用扭摆测定几种不同形状物体的转动惯量,并与理论值进行比较;3．改变滑块在细长杆上的位置,验证转动惯量平行轴移动定理。二．实验原理扭摆的构造见图(3-1)所示,在其垂直轴1上装有一根薄片状的螺旋弹簧2,用以产生恢复力矩。在轴的上方能够装上各种待测物体。垂直轴与支座间装有轴承,使摩擦力矩降低。图3-1扭摆构造图将物体在水平面内转过一角度θ后,在弹簧的恢复力矩作用下,物体就开始绕垂直轴作往返扭转运动。根据虎克定律,弹簧受扭转而产生的恢复力矩M与所转过的角度成正比,即 (3-1)式中,K为弹簧的扭转常数。根据转动定律式中,I为物体绕转轴的转动惯量,为角加速度,由上式得 (3-2)令,且忽略轴承的摩擦阻力矩,由式(3-1)与(3-2)得＝＝－＝－ω2上述方程表示扭摆运动具有角简谐振动的特性:角加速度与角位移成正比,且方向相反。此方程的解为＝Acos(ωt＋φ)式中,A为谐振动的角振幅,Φ为初相位角,ω为角速度。此谐振动的周期为T＝＝2(3-3)利用公式(3-3)测得扭摆的摆动周期后,在I和K中任何一个量已知时即可计算出另一个量。若仪器的弹簧扭转常数K为已知值,则可算出物体的转动惯量: (3-4)实验中可用一个几何形状有规则的物体,它的转动惯量能够根据它的质量和几何尺寸用理论公式直接计算得到,计算出仪器弹簧的K值。若要测定其它形状物体的转动惯量,只需将待测物体安放在本仪器顶部的各种夹具上,测定其摆动周期,由公式(3-4)即可算出该物体绕转动轴的转动惯量。理论分析证明,若质量为的物体绕经过质心轴的转动惯量为,当转轴平行移动距离时,则此物体对新轴线的转动惯量变为。这称为转动惯量的平行轴定理。值的计算是本实验中必须解决的,由于圆柱绕其中轴的转动惯量理论值需要测量的量少,且测量的精度也比较高,因此我们这里以圆柱的转动惯量理论值作为已知求值,圆柱的转动惯量为(3-5)圆柱与盘的转动量实验值为(3-6)盘的转动惯量实验值为(3-7)柱的转动惯量实验值为(3-8)由(5)、(6)、(7)、(8)可得(3-9)于是(9)就能够作为值的测量式。由于各台仪器的弹簧形状各不尽同,因而值也不相同。三．实验步骤1．用游标卡尺分别测出圆柱体的外径,金属圆筒的内径、外径、球体直径,滑块的内径、外径和长度,用钢皮尺测金属细长杆长度(各测量3次)。记入表3-1中。2．调节扭摆基座底脚螺丝,使水准仪气泡居中。3．装上金属载物盘,并调整光电探头的位置使载物盘上档光杆处于其缺口中央且遮住发射接收红外光线的小孔,测定其摆动周期。记入表3-2中。4.将塑料圆柱体垂直放在载物台上,测出摆动周期。记入表3-2中。5.用金属圆筒代替塑料圆柱体,测出摆动周期。记入表3-2中。6.取下载物金属盘,装上球体并测出它的摆动周期。记入表3-2中。7.取下球体,装上金属细杆(金属细杆中心必须与转轴重合),测出摆动周期。记入表3-2中。8.将滑块对称的放置在细杆两边的凹槽(此时滑块质心离转轴的距离分别为5.00,10.00,15.00,20.00,25.00厘米),测定细杆的摆动周期。记入表3-4中。9.记下塑料圆柱体、金属圆筒、实心球、金属细杆和滑块的质量。四．参考数据测量各种形状物体的转动惯量 单位:10-2次数项目123平均塑料圆柱体外径D柱10.01810.01610.01410.016金属圆筒内径D内9.3549.3549.3549.354金属圆筒外径D外9.9869.9909.9869.987实心球直径D柱11.25411.25211.25211.253金属细杆长度L60.9260.9260.9360.92滑块内径d内0.6120.6000.6080.607滑块外径d外3.5023.5003.5023.501滑块长度L13.3003.2983.3003.299项目内容金属载物盘载物盘＋金属圆筒实心球载物盘＋塑料圆柱体金属细杆摆动10周期所需的时间(s)18.5617.2014.1313.8523.3028.5617.2014.1213.8623.2938.5617.2014.1213.8523.29平均8.5617.2014.1213.8523.29周期T(S)0.8561.7201.4121.3852.329质量:712.5克,713.0克,1171.1克,132.6克,239.9克物体名称转动惯量理论值(X10-4kgm2)转动惯量实验值(X10-4kgm2)百分误差金属载物盘5.52塑料柱体8.935－=8.9380.04%金属圆筒=16.71－=16.770.3%实心球14.830＝15.031%金属细杆＝40.82＝40.880.1%二滑块的质心绕转轴的转动惯量理论值I滑块=2[m滑()+m滑]=0.8138X10-2kgm2其中:d外为滑块的外径,d内为滑块的内径,L1为滑块的长度。验证转动惯量平行轴定理: 滑块质心离转轴距离x(10-2m5.0010.0015.0020.0025.005次摆动周期5T(S)13.3613.3613.3617.2517.2517.2622.2722.2722.2927.8427.8427.8433.6433.6433.65摆动周期(S)2.6723.4484.4545.5686.728实验值(10-2kgm2)0.53810.89711.4952.3373.412理论值I=I细杆＋2m滑x2＋I(10-2kgm2)0.53690.89671.4982.3363.416百分误差0.2%0.04%0.02%0.04%0.01%思考题解答:怎样测量不规则物体的转动惯量?答:先用已知的转动惯量测出装置的K值,然后设计一个能使该物体能以要测的转动惯量的轴转旋转的装置,按实验介绍测量其转动惯量,最后将该不规则物体固定于装置上,测出两者复合转动惯量,再求出该物体的转动惯量。若两个滑块不对称放置时,怎样验证平行轴定理?答:只将验证公式中的项换成,其中、分别为滑块1和滑块2离转轴的距离。实验四空气比热容比测定实验一.实验目的1．用绝热膨胀法测定空气的比热容比;2．观测热力学过程中状态变化及基本物理规律;3．学习气体压力传感器核电流型集成温度传感器的原理及使用方法。二、实验原理气体的比热容比,也可称为气体的绝热系数,它是一个重要的物理量,经常出现在热力学方程中。如图4-1所示,实验时先关闭放气阀,将原处于环境大气压强,室温的气体送入储气瓶。这时关闭充气阀,取瓶内一部分气体为研究对象,这部分企图状态为。然后突然打开放气阀放气,,放气过程可认为是绝热膨胀过程,放气结束关闭阀门,这时瓶内气体状态为,为储气瓶容积。在关闭放弃阀后,温度将伸高,当温度达到,这时记作状态。绝热膨胀过程:I到II状态,有(4-1)图4-1P-V图I到III为等温线有:(4-2)由(1)(2)式得到:(4-3)三、实验步骤1．用ForTon式气压计测定大气压。开启电源并预热20分钟。2．把放气阀关闭,充气阀打开,用打气球把空气缓缓地打进储气瓶,用压力传感器和温度传感器测量压强均匀稳定时的压力和温度记录进表格。3．突然打开放气阀,当储气瓶的压力降低至环境大气压强时迅速关闭放气阀。4．当储气瓶温度上升到记下储气瓶压强。5．用公式(3)计算比热容比数值。四、参考数据:()(mV)(mV)(mV)(mV)()()1.0121114.51517.028.81516.61.06941.02651.345116．71525.829.81525.41.07041.02701.353117.31506.234.71505.81.07081.02941.432118.01511.428.91511.01.07111.02661.304 注意事项:1．打开放气阀放气时,当听到放气声结束应迅速关闭放气阀,提早或推迟关闭放气阀都会影响实验结果。2．实验要求环境温度基本不变,如发生环境温度不断下降的情况,可在远离实验仪器处适当加温,以保证实验正常进行。实验五线膨胀系数测定一、实验目的1．测定铁、铜、铝棒的线膨胀系数;2．测量其它固体物质的线膨胀系数;3．分析影响测量精度的诸因素;4．观察某些合金材料在金相组织发生变化温度附近出现线膨胀的突变现象;5．掌握使用千分表和温度控制仪的操作方法。二、实验原理物质在一定温度内,原长为的物体受热后伸长量与温度的增加量近似成正比,与原长也成正比,即。一般固体在温度升高时,它的长度将发生变化。固态物质当温度改变时,其长度变化与在时的比值,成为该物质的线膨胀系数。如果一根金属棒在时长为,那么在温度为时的长度为:。实际上金属的线膨胀系数不是一个常数,只是在某一温度区域内近似与常数。三、实验步骤1．接通电加热器与温控仪输入输出接口和温度传感器的航空插头。2．旋转千分表固定架螺栓,转动固定架致使被测样品能插入紫铜管内,再插入低导热体,用力压紧后转动固定架,在安装千分表架时注意被测物体与千分表测量头保持在同一直线。3．安装千分表在固定架上,而且扭紧螺栓,不试千分表转动,再向前移动固定架,使千分表读数在0.2-0.4mm,固定架给予固定。然后稍用力压一下千分表滑络端,使它与绝热体有良好的接触,再转动千分表圆盘读数为零。4．接通温控仪的电源,设定需加热的数值,一般可分别增加温度为,,,,,。按确定键开始加热。5．每次设定温度测完后,按复位键,重新设定所需温度,当显示值上升到大于设定值,电脑自动控制到设定值,正常情况下在左右波动。当温度达到设定温度附近(与设定温度相差),例如温度达到时,千分表的指针基本不动,学生可记录千分表的读数,为了计算方便,达到下一个设定值时,也要记录千分表读数6．换不同金属样品,分别测量并计算各自的线膨胀系数。四、电加热箱的结构和使用要求1．使用要求(1)被测物体尺寸控制于;(2)整体要求平稳,因伸长量极小,故仪器不应有振动;(3)千分表安装适当固定且与被测物体有良好的接触(读数在处较为适宜,然后在转动表壳校零);(4)被测物体与千分表探头需保持在同一直线。2．结构如图5-1五、恒温控制仪使用说明1．面板操作简图如图5-22．使用要求(1)面包电源接通数字显示为FdHc表示该公司产品符号,A**.*表示当时传感器温度,b==.=表示等待设定温度。(2)按升温键,数字由零逐渐增大至所需的设定值,最高可选80度。(3)如果数字显示高于设定的温度,可按降温键直至到所需的温度设定值。(4)当数字设定值达到实验者所需的值时,可按确定键,开始对样品加热,同时指示灯亮,发光频闪与加热频率成正比。(5)确定键也可用作选择键,可观察当时的温度值和先前的设定值。(6)实验者如果需要改变设定值可按复位键,重新设置。实验六常见电学仪器的使用一．实验目的1．了解电路的组成和各部分的作用;2．掌握常见电学仪表的性能、用法、正确连接电路的方法;3．用欧姆定律测量未知电阻;4。学习作图法分析和处理问题。二．常见电学仪器介绍一般用电线路中,一般总是由电源、用电设备(负载)、控制设备、测量仪表等部分组成的。这些部分用导线连接通路,称为电路。电源电源是把其它形式能量转换成电能、提供电路能量的装置。电源分为直流电源和交流电源两种。交流电源:用符号”AC”或””表示交流电。常见的交流电有380V和220V两种,频率为50Hz。直流电源:用符号”DC”或”—”表示直流电。常见的直流电有干电池,蓄电池和晶体管稳压电源等。直流电源使用时,正负极不能接错,要严防短路,以免电流过大损坏电源。电阻电阻可用来改变电路中电流、电压的大小。电阻分为固定式和可变式两种。下面介绍常见的两种可变电阻。1．滑线变阻器滑线变阻器有两种接法(1)变流器接法:如图6-1所示。(2)分压器接法:如图6-2所示。图6-1变流电路图6-2分压电路2．旋转式电阻箱实验室常见的ZX21型直流电阻箱的面板如图6-3(a),其内部是若干个采用锰铜合金线绕成的具有高稳定的固定电阻元件,按一定的方式接在特殊的变换开关装置上组成,如图6-3(b)。图6-3ZX21型直流电阻箱面板上有六个开关旋钮和四个接线柱。每个旋钮的圆盘上都标有0、1、2、…、9等数字,靠旋钮边缘的面板上刻有箭头,并有×0.1、×1、×10、…等字样,这些数字为倍率。表1电阻箱各旋盘倍率的准确度旋盘倍率0.1110100100010000准确度5%0.5%0.2%0.1%0.1%0.1%磁电式仪表磁电式仪表测量的是偏转角度,把电流的标准量变换为角度的标准量,然后与被测流的标准角度相比较,实现比较测量。1．直流检流计或将被测的量进行某种变换后才能实现的直接比较测量的方法称为间接比较测量法。检测电路中有无电流经过即电流方向的一起称为检流计。磁电式检流计有指针式和复射式两种。磁电式检流计的主要技术特性是:(1)电流常数:即检流计指针在标度尺上偏转1小格所代表的电流值。(2)内阻:检流计内部的电阻。(3)使检流计指针以最短的时间稳定在平衡位置而不振动的外电路的电阻称为外临界电阻,这段时间称为阻尼时间。2．直流电流表直流电流表示在检流计两端并联低电阻,电表的零分度线在标度盘的最左端。3.直流电压表一般在电流表上串联分压电阻就构成了电压表。直流电流表、电压表的主要参数:(１)量程:即满刻度电流或电压值。(２)内阻:一般电流表内阻非常小,以减小电流表的电压降,电压表的内阻非常大,以避免对电路产生分流作用。(３)精度等级:电流表,电压表的精度等级分为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0共7个等级,准确度为Ｋ级的电表简称为Ｋ级电表,其测量最大误差允许为:(为所用电表的量程)表２常见电学仪表的符号介绍注意事项:(1)使用前如果磁电式仪表的指针不在零分度线上,可用小螺丝刀或接线叉轻轻旋转零调节器,使指针指零,成为机械调零。(2)读数时的视线应正对指针并于标度盘垂直。对附有反射镜的标度盘,只能在指针与指针在反射镜中的像重合时才能读取数据。仪器布置和电路连接:1.仪器布置操作之前,首先把电路图中每个符号代表的意思、各仪器的作用搞清楚。对初学者,可按电路图布置仪器。接线能力提高后,应按照”接线方便,易于操作,易于观察,保证安全”的原则布置仪器2.电路连接从电源正极开始,按电路分回路逐个接线。3．检查接好电路后,先复查电路连接是否正确。确认无误后,请教师检查,经同意后接通电源进行实验。4．通电在通电合闸的同时,应仔细观察整个电路上的所有仪器。5．拆线,归整测的实验数据后,先断开电源。用理论知识判断数据是否正确,确认后才能拆线。用安培表和伏特表测定电阻根据欧姆定律,如果测得了经过电阻的电流强度和两端的电压,即可利用求出阻值。常见测量电路有两种,如图6-4和图6-5所示。对于一定的阻值选用适当的电路测量。图6-4内接法图6-5外接法三.实验步骤1．开关放在断开位置,按图6-4将器材布置在适当位置,然后连接导线,经教师检查无误后通电。2．调节稳压电源使输出电压E为10~11伏,调节滑线变阻器,使电流表和电压表有适当的读数,逐次记录下相应的电流值和电压值。为了作图方便,电压应取等间隔的整数值。3．改换另一种线路,重复步骤1、2。4．将换成,重复步骤1、2、3。5．记下和上的标称值。四.注意事项:1．接电线时不得带电操作,即必须让电源处于断电状态下接线。2．测量大电阻时,电流表用小量程。测量小电阻时,电流表用大量程。实验七惠斯登电桥测电阻一.目的要求1、学会用惠斯登电桥的方法测定未知电阻的方法2、掌握箱式惠斯登电桥和检流计的使用方法二.原理电桥是一种以测量电阻或与电阻有一定函数关系的参量(加温度)的比较式仪器,它是经过被测电阻与标准电阻进行比较而获得最后测量结果的。惠斯登电桥由四个电阻臂串联成一个封闭器边形,相交于a,b,c,d四个顶点,在a,c两顶点接电源u称电源对角线,则在b,d两顶点接电源u称电源对角线,就可构成一个电的通路,电源和检流计好象答接在两对顶点间的”桥”一样,故称之为电桥。工作原理:惠斯登电桥含有三个已知电阻和待测电阻,当变动电阻,总能够使检流计G中的电流,此时说明故或可简记为电桥线路相对臂的电阻乘积相等。惠斯登电桥用于测量中值电阻(1—10),惠氏电桥主要特点是使用方便,测量时,除电源和检流计及保护电阻外,不需要其它附件,测量范围广,精度较高。在滑线式电桥中,我们用电阻来代替。三.实验步骤:按图接线,保护电阻用10的线绕式电位器。R用标准电阻箱,先测量。(2)使R=0,滑线上滑动接能器放在导线中央处,先按下电源的开关k,再按上滑动接能点C,观察检流计偏转方向。(3)调节电阻箱R为一任意数值,若为200,按步骤(2)观察检流计偏转方向,若二次检流计指针偏转方向相反,则电阻的值应较0欧姆为大,较200欧姆为小。(4)用同样的方法继续调节R,使检流计指针不偏转为止,然后把保护电阻调至0,再调节滑动接能点,使检流计指针不再有偏转为止,记录R,之值,即可算出。(5)对调R和的位置,重新测量一次。(6)用同样的方法测量另一电阻和的串联、并联值。(7)用箱式惠斯登电桥重测一遍。附:箱式惠斯登电桥使用方法。(图略)比例臂即——B为电源开关,C为检流计开关。四只转盘电阻即为电阻箱R,先使检流计指针与”0”重合,被测电阻接到两接线柱上,适当调节此比例臂与R的阻值,使按钮”B”和”G”按下时,检流计没有电流流过,则可由,得出之值四.参考数据⒈滑线式惠斯登电桥测量未知电阻(对调前)(对调后)507.4507.85/0.4507.6507.6±0.51973.91971.55/1.61972.71973±22481.62477.15/1.62479.32479±2403.7403.25/0.2403.4403.4±0.4待测电阻的不确定度为:的计算方法参照实验六常见电学仪器中有关旋转式电阻箱的讲述。⒉箱式惠斯登电桥测量未知电阻比例臂10.1528.9528.91250625060.1420.6420.6实验八电位差计测电动势一.目的要求:研究电位差计的原理、滑浅式电位差计的构造成。用电位差计测定电池的电动势。应用电位差计校准伏将计的读数。二.原理:直流电位差计是当前电工仪表检修中不可缺少的标准仪器,它的优点是能够测量一般电工仪表扬不能测量的微小电势,从几微伏到几伏。而且损耗被测电势的能量极小,因此,在测量时,不会使被测电动势失去原来的数值。如果配以一定的标准附件,如标准电阻,分压箱米,还能够测量电流,较高的电压、电功率、电阻等等,用途较广。线路原理(见实验讲义)二、实验方法:(1)取50.93cm,那时双刀双掷开关打向。调节R,使检流计无偏转,些时伏/cm,(2)开关倒向,调节,些时检流计无偏转,记下的长度,0.02(3)校准伏特计读数,按图将分压器线路接好,将板向电压表处,用电位差计测量的电压值校正伏特计上的读数,调节滑线变阻器R使伏特计的读数分别0.250V,0.500V,0.750V,1.000V,1.250V,1.500V等约为6个数据,同时用电位差计测出各相应的伏特数。三.实验故障排除(1)检流计指针一直往一边偏转,应检查电源是否打开,电源正负与标准电池正负相接无误,或标准电池接线不佳。(2)辅助电源E用劲V,不得取任意值。辅助电源的电压值与电阻系AB、限变变阻器R阻值(此实验中采用110)相匹配使电阻丝统每厘米上的电压降为0.02V。四.注意事项:(1)电位差计直接读数法的调整,要注意电源电压E(辅助电源)线变阻器值和木板报式电位差计阻值的配合,使在50.93处电阻系上的电压降能调节1.0186V,即E必须大于2V。(2)注意E、E、E正极必须与正极相接,负极与负极相接,如正负极接反,电位差计算无法处于平衡位置。(3)指针式检流计前必须串联保护电阻,(用可调电阻箱、电位器或固定电阻10K左右都可)。(4)测量E的值须根据理论上的计算大致范围内去测量,不要盲目的在电阻丝上找取数值。(5)图-2中因分压器R阻值较大,(为2.6)E为干电池(1.5V),因此,E处没有加开关,这样尽管线路一直接通,但耗电量还是较小的。(6)调节R使电阻丝上每cm上电压降为0.2伏后,一般情况下不须再调节,如测量时间过长或线路有所变动时,仍需再调节,使线路何持标准化状态。五.参考数据:cmcm伏特表读数(V)电位差计长度读数电位差计电压读数电位差计读数—伏特表读数(V)0.25012.450.2490-0.0010.50024.980.499600.75037.400.7480-0.0021.00049.950.9990-0.0011.25062.391.248-0.0021.50073.981.477-0.003用毫米方格纸作图,横坐标为伏特表读数,纵坐标为电位差计读数-伏特表读数。 实验九电表改装微安表只允许经过微小的电流,一般只能测量很小的电流和电压,如果要用它来测量较大的电流或电压,就必须进行改装以扩大其量限,经过改装的微安表具有测量较大的电流、电压和电阻等多种用途。若在表内再配以将交流变直流的整流电路,则它还能够测量交流电压等有关量。一.原理(一)、分流法扩大直流电流表的量程分流电阻与表头内阻及扩大倍率的关系:(9-1)式中,为表头内阻,为量程扩大倍数。(二)、分压法把电流表改装成电压表分压电阻与改装表的量程V,电流表量程I0和表头内阻的关系:(9-2)式中:V———改装后电压量程;I0———改装前电流表的量程;———改装前电流表内阻。二.实验步骤:图9-1电流表扩大量程图9-2电流表改装成电压表1.将0—100μA电流表改装成0—1000μA电流表(1).查电流表身上的电流表内阻(2).利用(9-1)式计算并联电阻(3).用一个电阻箱作为并联电阻,然后并联在0—100μA电流表,组成一个0—1000μA电流表(4).按图9-3接线,用一个0—1000μA电流表校正改装的0—1000μA电流表2.将以改装好的0—1000μA电流表改装成0—10V电压表(1).计算以改装好的0—1000μA电流表内阻(2).利用9—2式计算分压电阻的值(3).用一个电阻箱作为,然后将其串接在0—1000μA电流表上,组成一个0—10V电压表(4).按图9—4接线,用一只0—10V电压表校正改装的电压表三．本实验的参考数据1.改装的0—1000μA电流表的校正数据(单位μA)改装表读数01002003004005006007008009001000标准表读数0102201304398497602698803901998误差0214-2-32-231-2=标准表读数—改装表读数改装的0—10V电压表的校正数据(单位V)改装表读数01.002.003.004.005.006.007.008.009.0010.00标准表读数01.021.983.043.984.966.026.978.038.989.98误差00.02-0.020.04-0.02-0.040.02-0.030.03-0.02-0.02=标准表读数—改装表读数作图:以纵坐标表示误差,横坐标表示改装表读数,选用适当的坐标,分别作出改装0—1000μA电流表和0—10V电压表校正曲线。实验十示波器的使用一．实验目的1．了解示波器的结构及观察稳定波形的原理;2．掌握示波器、信号发生器的使用方法;3．学会用示波器观察各种电压波形并在示波器上测量它们的电压和周期;4．学会用示波器观察李萨如图形和用李萨如图形方法测量正弦波信号的频率。二．实验原理示波器线路结构一般如图10—1所示:图10—1示波器的原理方框图⒈输入电路:直流讯号直接输入,交流讯号经隔直流电容输入。⒉衰减器:采用Rc衰减网络,如图⑴Rc分压线路衰减器,当时则分压即衰减比与频率无关。⒊增幅器:y轴交流增幅比x轴交流增幅大。增幅器采用单端输入双端输出差动放大器,减小零点漂移和电源电压波动对电路的影响,为了增大输入阻抗,在晶体管示波器中常见场效应管源极跟随器作为第一级。另外还采用各种形式的负反馈,以减小讯号放大过程的失真和提高放大器的稳定性。⒋扫描发生器:以双稳态电路作为控制电路的闸门,对电容器进行充放电,产生锯齿波扫描电压,为了锯齿波电压准确,均采用恒流源充电,并使放电时间缩短,在晶体管示波器中还增设了消影脉冲讯号,以消除放电时间(回扫时间)对示波动果的影响。⒌整步及触发增幅器:将外接输入及本机y轴增幅来的整步或触发信号进行放大,作为对扫描发生器中双稳电路的触发讯号,以整步锯齿波,y轴增幅来的信号幅度已较大,一般减少用一级放大。⒍标准讯号源:SB-14型采用市电50周讯号,而晶体管SB-05型则设置多谐振荡器产生一个对称方波,讯号均从y轴增幅前输入。⒎高低压电源:SB-14型采用变压器对市电直接升、降压获得,高压电源部分只经整流、滤波、低压部分则另加稳压;SB-05型的低压电源部分同SB-14型方式,高压部分则采用直流变换的方波,再用变压器升压而得,8示波管。示波管采用静电聚焦,静电偏转,平面屏的阴极射线管。示波管的基本结构如图:图10—2示波管的结构示意图电子枪产生具有一定速度与良好聚焦的细子束,经过偏转极上信号电压的作用而在空间发生偏转以后轰击荧光屏,并在其上显示电信号随时变化的形状。电子枪:可分为发射系统与聚焦系统两部分:发射系统由灯丝、阴极、调制极和第一阳极组成,它们任务是产生强度足够大而且能够调节的电子流。灯丝加热阴极,使其发射大量的电子,第一阳极的高电位促使电子定向运动,控制极控制电子的数目。聚焦系统:由控制极一第一阳极的预聚焦透镜和第二。第一阳极的主聚焦透镜组成,每一电子透镜的低压空间是会聚的,高压间是发散的,但由于电子在低压空间的速度较小,偏转效果大,因此总的效果是会聚的。偏转系统:为两对相互垂直的平行极,高速运动的电子进入平行极后,在极的电场。在超高频示波器中,示波管结构上必须减小偏转板间的电容和电子束经过偏转板的时间,因此把偏精板的尺寸适当减小,特别是减小其长度,或改用行波示波管。荧光屏:在固体中加入少许激活剂,如用锰作为激活剂的硅酸锌制成的荧光粉涂在示波管平面屏上,当高速电子轰击这些固体时,固体的原子中外层电子激发到高能态上去,当其回到低能态时便发出光,示波器中一般采用中余辉荧光粉。⒏示波管的控制电路:所有电极电压基本上均从分压电阻取得,除控制极电位比阴极低以外:阴极-第一阳极-第二阳级-(第三阳极)电位逐步升高,使电子逐步加速,而且往往使第二阳极电位接近或等于零电位,控制极电压,控制电子束电流的大小,即亮度调节,第一阳极的电压即调节了聚焦。移位电位器两端有相等的正负电压,滑动其接触点就会在偏转极上加以正或负的附加直流电压使电子束偏转,光点位置改变,为了消除调节聚焦时对亮度的影响,常在控制极和第一阳极间加一个加速极,其电位与第二阳极相同。三.实验步骤⒈面板上旋钮的作用:⑴辉度:即亮度,调示波管控制极电位,控制电子流的强度。⑵聚焦:即亮点的大小,调节一阳极电位,改变电子透镜的聚焦能力。⑶移位:(x轴,y轴各一个),亮点在屏上的位置,给偏转板一个附加直流电压(可为0),使电子束经偏转板后预先偏转一定量,使亮点出现在屏上的某一需要的位置上。⑷输入(x轴、y轴交流、y轴直流),外来讯号输入y轴分交直流两种讯号输入端,讯号应为电压讯号,若为电流或其它讯号应予转换后方可输入,如电流讯号可在线路中串一小电阻,取电阻上的电压降作为讯号输入示波器。⑸衰减(x轴、y轴衰减两旋钮中的1、10、100档),当外讯号过强时为了使示波器能正常工作,而将外来讯号衰减速,1、10、100表示衰减后的讯号为输入讯号的1、1/10、1/100,Y轴衰减速中的”50~”表示机内已从市电中取50周讯号从Y轴输入。⑹增辐(X轴、Y轴),外来讯号太小时,予以放大到一定值,使讯号电压增大,另外,由于衰减旋钮只能成10,成100的衰减,而本旋钮则连续可调,因此这两旋钮相互配合可给予外来讯号以适当的放大(或衰减)以满足偏转电压的需要。⑺整步输入和X轴衰减中的连续和触发:均为整步讯号输入端,X轴衰减中的连续表示采用Y轴输入讯号对机内的扫描锯齿波进行整步,此时整步选择应选”内”,当整步选择选”外”时,应有外讯号从整步输入端输入,当外整步电压辐度不够时,用”整少增幅”予以放大。⑻扫描范围和扫描微调:均是调节扫描锯齿波的频率,(扫描微调连续可调),使扫描锯齿波与Y轴输入的外讯号整步(同步)。⒉使用实例:⑴检验示波器:Y轴移位,X轴移位,辉度,聚焦适中,X轴增辐,Y轴增辐(以下略)Y轴衰减-50～;整步选择-内;扫描范围100;X轴衰减-连续;调扫描微调,使显示稳定,50周正弦波,说明,示波器主机工作正常。(2)观察波形a.打开信号发生器电源,信号发生器的电压输出于示波器Y轴相连,”AC⊥TC”符号置ＡＣ档。ｂ．适当调节灵敏度开关、扫描速度开关,以及她们的微调旋钮,调节出发点平ＬＥＶＥＬ旋钮,使屏幕上显示合适大小的稳定正弦波、方波、三角波等波形。ｃ．考虑信号发生器的信号电压幅度和频率变大变小时,Ｖ／Ｄｉｖ开关、ｔ／Ｄｉｖ开关如何相应改变。(3)李萨如图形观察:Y轴衰减-50～(当采用外正弦波从Y轴交流输入时,用1-100档)外正弦波讯号从X轴输入,X轴衰减,1-100档。根据李萨如图形可估计出外来讯号的频率,图形翻滚时不是整数式中为图形与Y轴的切点数为图形与X轴的切点数四.参考数据表1待测信号的波形V/div档级0.5V0.5V0.5VH(div)20.820.220.4UP-P(V)2.42.12.2t/div档级1ms1ms1msL(div)20.420.420.4周期T(md)4.24.24.2频率f(Hz)238.1238.1238.1表2李萨如图形12311112频率比1:11:21:32:150.125.016.6100.050.050.050.050.0实验十一等厚干涉的应用一.目的⒈了解牛顿环等厚干涉原理和观察方法;⒉理解用牛顿环测量透镜的曲率半径的方法;⒊掌握读数显微镜的使用;=4\*GB1⒋学习用逐差法处理数据;=5\*GB1⒌理解用劈尖测薄片厚度的方法。二.原理1．牛顿环仪是将一块曲率半径较大的平凸玻璃透镜,以其凸面放在一块光学平玻璃片上构成的。平凸透镜的凸面与玻璃片之间的空气厚度从中心接触到边缘逐渐增加,若以平行单色光垂直照射到牛顿环仪上,则经空气层上、下二表面反射的二束光就有一光程差,它们在平凸透镜的凸面相遇后,将发生干涉,当我们用显微镜来观察时,便能够清楚地看到中心是小暗圆斑,而周围是许多明暗相间,间隔逐渐减小的同心圆环,称为等厚干涉条纹,又叫牛顿环。若已知二条反射光的光程差为根据光的干涉条件,当光程差为波长的整数倍时,则两束光相互加强而成明条纹;光程差为半波长的奇数倍时,相互减弱而成暗条纹,对于球面透镜,干涉条纹是圆环。实验中考虑干涉条纹中的暗环,则有(K=0、1、2……)由上式表明,当K越大,相邻两圈的半径差越小,在牛顿环中心接触点O处是暗斑。实际上我们并不能直接用上式,这是因为第一,当把平玻璃板叠在透镜上时,在接触点引起明显的表面形变,故其附近圆环的直径不能按此式计算;第二,或许因为平玻璃片上有灰尘,”接触点”实际上有间隙,这时就不能确定其环的级数,为了消除这样引起的系统误差,所得的结果将比较准确。设第m环直径为dm,第n环直径为dn,则或式中dm、dn分别为第m环及第n环的直径。由此可见为计算λ或R,只需知道所数过的圆环数目(m-n)就能够了,m或n的真正数值不必知道,这种消除起始点(本实验为中心暗点)误差的处理数据的方法,称为逐差法,是实验中常见的一种方法。2．劈尖如图11-2所示,将待测细丝或薄片放在两块平行平面玻璃板俄一端,在两板间形成一个劈尖形空气薄层。由于劈尖上下表面均为平面,因此干涉图样为一组等间距的直线状等厚干涉条纹。设单色光的波长为,细丝直径为,则有公式(k为空气薄膜厚度为处所对应的干涉条纹级数)。三.步骤(1)用牛顿环侧曲率半径1.打开钠光灯开关,让其点燃。2.将调整好的牛顿环装置放在读数显微镜物台上,在牛顿环装置的上方放一平玻片。3.把读数显微镜面对光源,调节玻片与水平成45度角,让光线入射到玻片上,垂直反射到牛顿环后再射回,透过玻片进入显微镜内。4.眼睛对准显微镜,观察牛顿环,先调玻片是在显微镜中看到黄光,再调显微镜焦距及牛顿环位置,直到看到清晰的干涉条纹。5.调节显微镜的十字叉丝,使目镜中一条叉丝平行于显微镜主光轴,另一叉丝与牛顿环相切。6.调节显微镜测微鼓轮,从牛顿环干涉条纹中心向左侧数31圈暗条纹,然后返回到30圈,记录读数。根据表格计算30,25,…,5圈的直径。7.用逐差法计算透镜曲率半径。(2)用劈尖测细丝直径1.将劈尖置于读数显微镜载物台上,使显微镜对劈尖表面聚焦,以看到清晰的干涉条纹。2.先测出单位长度内的干涉条纹级数。3.劈尖有两个黑框,两个黑框间距离是,求出细丝直径四.参考数据圈数左侧(毫米)右侧(毫米)直径d(厘米)3030.28319.77010.5132529.82320.3329.4912029.36520.6958.6701528.80221.2507.5521028.15121.9036.248527.33623.7303.606m-ndm+dn(mm)dm-dn(mm)(m)30-1518.0652.9610.151325-1015.7393.2430.144420-512.2765.0640.1757R=0.1571(米)劈尖测细丝直径:五.注意事项1、拿取透镜和平玻片时,应拿其侧边,不可用手去抚摸光学玻璃的表面,如表面不洁,应用擦镜纸擦拭。2、测量时使用读数显微镜的测微螺旋,只能向一个方向旋动,不能在中途进进退退。3、将显微镜对准牛顿环聚焦,先把镜筒下降至最低处(不要碰到玻璃),然后再用眼睛在镜筒里观察,同时调节镜筒逐渐向上,调到清晰的条纹为止。4、调节玻璃片与水平成45度夹角,这时可在镜筒看到很明晰的干涉条纹。实验十二用光栅测定水银灯光谱的波长一.目的光绕过单缝第一类障碍物而弯曲的现象称为光的绕射。光的绕射是光的波动性的一种表现。光栅是用以形成光谱的分光元件,但比其它分光元件如三棱镜,具有很多优点:谱线均匀;条纹清晰,分辨本事大;不但适用于可见光波,而且适用于红外、紫外光波。经过本实验让学生学会测定光波的一种方法并掌握分光计的使用。二.原理光栅光谱是匀排光谱。当一束单色平行光垂直入射到绕射光栅时,如在光栅后面放一透镜,则在通经焦面上出现一系列相隔一定距离的明亮条纹,它们对于中央明纹来说左右对称,其某一级条纹,对应的绕射角Φk与λ入射光波的波长有下列关系:式中:d=a+b是光栅常数k=0、1、2……绕射条纹的级数Φk是第R级条纹的绕射角三.参考数据光栅常数(厘米)中央明纹位置级数K谱线该级明纹位置ΦkΦk平均值()右左右左Ⅰ黄134°50´119°40´7°30´7°40´7°35´4264绿136°08´117°46´8°48´9°34´9°11´5277紫137°09´117°05´9°49´10°15´10°2´5907Ⅱ黄142°12´112°08´14°52´15°9´15°2´4369绿146°08´108°02´18°58´19°48´19°3´5508紫148°01´107°04´20°41´20°16´20°29´5780III黄150°08´105°01´22°48´22°99´22°34´4223绿156°38´097°26´29°18´29°54´29°36´5447紫158°30´098°34´31°10´31°46´31°28´576四．注意事项1、严禁用手摸光栅,以免弄脏或损坏光学仪器。2、水银灯的紫外光较强,不可直看,以免灼伤眼睛。3、必须先熟悉分光计的使用和调节。实验十三旋转液体物体特性测量一.实验目的1.研究旋转液体表面形状,并由此求出重力加速度;2.将旋转液体作为光学系统。研究其城乡情况;3.测定物体的折射率。二.实验原理当一个盛有液体的圆柱形容器绕其中心轴对称匀速转动,当转速不同时,液体的表面将成为不同的抛物面,如图13-1所示。当容器转动平衡时,液体上表面形成一个稳定形状的抛物面,考虑位于液面上的一个质元,当处于平衡位置时,如图13-1所示。此时,该点的切向与水平面满足(13-1)由此得:(13-2)这是一个抛物线方程。其顶点在处,焦点在处。能够设想,在液体旋转中,液体上表面总有一点与液体静止高度等高,这一位置有这样的物理特性:(13-3)同时,在液体旋转中,其液体总体积保持不变。因此:(13-4)得:(13-5)由(13-3)与(13-5)式,求得时:,也就是说,在处,不论液体转速多大,在稳定情况下:(13-6)这一位置与转速无关。三.实验步骤1.用米尺测量容器内壁直径和静止液体的高度各五次。2.在光源与容器间插入屏幕,用米尺测量转台与屏幕的距离五次。3.调整激光笔,使激光束垂直向下,经过透明屏幕,射在离容器中心距离为处的液体表面处。在屏上读出反射光点与激光入射光点的距离,入射角为,反射角也为。因而入射光与反射光的夹角为。因此:(13-7)4.缓慢转动电压调节旋钮,改变转盘转动频率,测量不同光电时的反射光点位置。计算,填入表中。5.以作图求斜率计算重力加速度,计算相对不确定度。四.参考数据表1表212345平均值10.9810.9910.9810.9810.9910.993.283.283.303.283.283.2814.0014.0014.0013.9914.0014.00电压(V)(度)1.422.0121.662.320.216.010.111.616.1035.172.980.319.280.161.815.8042.323.840.3711.470.182.014.0063.474.900.5515.200.222.212.5580.306.000.7820.280.312.411.32100.207.400.9323.400.38五.注意事项1.不要直视激光束,也不要直视经液体镜面反射后的激光束。2.用气泡水平仪将屏幕调整至水平位置。3.在整个实验过程中,将在屏幕上看到几个光斑,它们分别对应于空气、液体、屏幕和杯子之间的折射和反射而形成的不同光路,注意鉴别测量对象是实验所需的重点。4.必须逐渐的改变转动角度,并在测量前等待足够的时间以确保液体处于平衡状态。 实验十四波尔共振——研究受迫振动一.实验目的1.研究波尔共振仪中摆轮受迫振动的幅频特性和相频特性2.研究不同阻尼力矩对受迫振动的影响,观察共振现象3.学习用频闪法测定运动物体的某些量二.实验原理物体在周期力的作用下发生的振动称为受迫振动,这种周期性的外力成为强迫力。如果外力按简谐振动规律变化,那么其振动频率与外力频率相同。采用波尔共振仪研究与测量自由振动,阻尼振动,受迫振动的基本物理特性,是十分直观与全面的。实验振动系统是一个圆形铜质摆轮,它与一蜗卷弹簧连接,弹簧的弹性力矩为,在弹性力矩作用下摆轮自由摆动,在摆轮下方有一对阻尼线圈。当阻尼线圈通以不同电流,对摆轮摆动产生电磁阻尼,电磁阻尼加空气阻尼的阻尼力矩为,为使摆轮做受迫振动,在摆轮右侧有一电动机,电动机转动时,经过电动机轴上偏心轮,带动连杆使摆轮受迫振动,产生的周期性外力矩。其运动方程:(14-1)式中,J为摆轮的转动惯量,为强迫力的圆频率。令则(14-1)变为(14-2)当时,式(14-2)为阻尼振动方程。振动振幅逐渐减小。当,式(14-2)为简谐振动方程,为系统固有频率。方程(14-2)解为:(14-3)