愛華網更多準確答案在以下網址：http://wenku.baidu.com/view/d8b9e5c708a1284ac850436b.html伏安法測電阻實驗目的 (1) 利用伏安法測電阻。(2) 驗證歐姆定律。(3) 學會間接測量量不確定度的計算；進一步掌握有效數字的概念。U實驗方法原理 根據歐姆定律， R = ，如測得 U 和 I 則可計算出 R。值得注意的是，本實驗待測電阻有兩只，I一個阻值相對較大，一個較小，因此測量時必須采用安培表內接和外接兩個方式，以減小測量誤差。實驗裝置待測電阻兩只，0～5mA 電流表 1 只，0－5V 電壓表 1 只，0～50mA 電流表 1 只，0～10V電壓表一只，滑線變阻器 1 只，DF1730SB3A 穩(wěn)壓源 1 臺。實驗步驟 本實驗為簡單設計性實驗，實驗線路、數據記錄表格和具體實驗步驟應由學生自行設計。必要時，可提示學生參照第 2 章中的第 2.4 一節(jié)的有關內容。分壓電路是必須要使用的，并作具體提示。(1) 根據相應的電路圖對電阻進行測量，記錄 U 值和 I 值。對每一個電阻測量 3 次。(2) 計算各次測量結果。如多次測量值相差不大，可取其平均值作為測量結果。(3) 如果同一電阻多次測量結果相差很大，應分析原因并重新測量。數據處理測量次數U1/VI1/mAR1/ Ω測量次數U2/VI2/mAR2/ Ω15.42.00270012.0838.054.726.92.60265422.2242.052.938.53.20265632.5047.053.2
∆U = Umax× 1.5% ，得到 ∆U1=
0.15V ,
U
V(1) 由(2) 由
∆I = Imax× 1.5% ，得到 ∆I1= 0.075mA,∆2= 0.075 ；∆I2= 0.75mA ；
∆U
2
∆I
2
u
= ×
1
,
u
==(3) 再由 uRR(3V+) (3I)
3，求得R19 10 ΩR21Ω；(4) 結果表示R1= (2.92 ± 0.09), R×10 Ω2=(44 1)± Ω
光柵衍射實驗目的(1) 了解分光計的原理和構造。(2) 學會分光計的調節(jié)和使用方法 。(3) 觀測汞燈在可見光范圍內幾條光譜線的波長實驗方法原理
若以單色平行光垂直照射在光柵面上， 按照光柵衍射理論，衍射光譜中明條紋的位置由下式決定： (a + b) sinψk=dsin ψk=±kλ如果人射光不是單色，則由上式可以看出，光的波長不同，其衍射角也各不相同，于是復色光將被分解，而在中央 k =0、ψ =0 處，各色光仍重疊在一起，形成中央明條紋。在中央明條紋兩側對稱地分布著 k=1，2，3，…級光譜，各級光譜線都按波長大小的順序依次 排列成一組彩色譜線，這樣就把復色光分解為單色光。如果已知光柵常數，用分光計測出 k級光譜中某一明條紋的衍射角ψ，即可算出該明條紋所對應的單色光的波長λ。實驗步驟(1) 調整分光計的工作狀態(tài)，使其滿足測量 條件。(2) 利用光柵衍射 測量汞燈在可見光范 圍內幾條譜線的波長。① 由于衍射光譜在中央明條紋兩側對稱地分布，為了提高測量的準確度，測量第k級光譜時 ，應測出 +k級和-k級光譜線的位置，兩位置的差值之 半即為實驗時 k取1 。② 為了減少分光計刻度盤的偏心誤差，測量每條光譜線時 ，刻度盤上的兩個游標都要讀數 ，然后取其平均值 (角游標的讀數方法與游 標卡尺的讀數方法基本一致)。③ 為了使十字絲對準光譜線，可以使用望遠鏡微調螺釘12來對準。④ 測量時，可將望遠 鏡置最右端，從 -l 級到 +1 級依次測量，以免漏測數據。數據處理
譜線 游標
左1級(k=-1)
右1級(k=+1)
φ
λ／nm
λ0／nm E黃l(明) 左右黃2(明) 左右綠(明) 左右紫(明) 左右102°45′ 62°13′282°48′ 242°18′102°40′ 62°20′282°42′ 242°24′101°31′ 63°29′281°34′ 243°30′97°35′ 67°23′277°37′ 247°28′
20.258° 577.1
20.158° 574.4
19.025° 543.3
15.092° 433.9
579.0
577.9
546.1
435.8
0.33％
0.45％
0.51％
0.44％
(1) 與公認值比較計算出各條譜線的相對誤−
λ0為公認值。(2) 計算 出紫色譜線波長 的不確定度( ) ⎤⎡ ∂ +(a b)sin ϕ
2差 E =λ λ0 xλ 0其中uϕ⎥ = a +ϕu(λ) =1⎢⎣∂ϕ�
π( )⎦(b) | cosϕ | u( )=600×.cos15 092××60 180=0.467nm ; U =2×u(λ) =0.9 nm
1.
2.最后結果為: λ=(433.9±0.9) nm當用鈉光(波長λ=589.0nm)垂直入射到 1mm 內有 500條刻痕的平面透射光柵上時，試問最多能看到第幾級光譜?并請說明理由。答：由(a+b)sinφ=kλ 得 k={(a+b)/λ}sinφ∵φ最大為 90º 所以 sinφ=1又∵a+b=1/500mm=2*10-6m， λ=589.0nm=589.0*10-9m∴k=2*10-6/589.0*10-9=3.4 最多只能看到三級光譜。當狹縫太寬、太窄時將會出現(xiàn)什么現(xiàn)象?為什么? 答：狹縫太寬，則分辨本領將下降，如兩條黃色光譜線分不開。狹縫太窄，透光太少，光線太弱，視場太暗不利于測量。3. 為什么采用左右兩個游標讀數?左右游標在安裝位置上有何要求?答：采用左右游標讀數是為了消除偏心差，安裝時左右應差 180ºu12290X
光電效應
實驗目的(1) 觀察光電效現(xiàn)象,測定光電管的伏安特性曲線和光照度與光電流關系曲線;測定截止電壓,并通過現(xiàn)象了解其物理意義。(2) 練習電路的連接方法及儀器的使用 ; 學習用圖像總結物理律。實驗方法原理(1) 光子打到陰極上 ,若電子獲得 的能量 大于 逸出 功時則會 逸出 ，在電場力的作用下向 陽極運動而形成正向電流 。在 沒達到飽和前 ，光電流與電壓成線性關系 ,接近飽和時呈非線性關系 ,飽和后電流不再增加 。(2) 電光源發(fā)光后 ,其照度隨距光源的距離的平方成 (r 2)反比即光電管得到的光子數與 r2成反比,因此打出的電子數也與 r 2成反比,形成的飽和光電流 也與 r2成反比,即 I ∝r-2。(3) 若給 光電管接反向電壓 u 反，在 eU反 < mvmax/ 2=eUS時(vmax為具有最大速度的電子的速度) 仍會有電子移動到陽極而形成光電流 ，當繼續(xù)增大 電壓 U反，由于電場力做負功使 電子減速 ，當使其到達 陽極前速度剛好為零 時U反=US，此時所 觀察 到的 光電流為零 ，由此 可測 得此光電管在當前光源下的截止電壓 US。實驗步驟(1) 按講義中的電路原理圖連接好實物電路圖；(2) 測光電管的伏安特性曲線：① 先使正向電壓加至30伏以上，同時使光電流達最大（不超量程），② 將電壓從0開始按要求依次加大做好記錄；(3) 測照度與光電流的關系：① 先使光電管距光源20cm處，適當選擇光源亮度使光電流達最大(不超量程)；② 逐漸遠離光源按要求做好記錄；實驗步驟(4) 測光電管的截止電壓：① 將雙向開關換向；② 使光電管距光源20cm處，將電壓調至“0”， 適當選擇光源亮度使光電流達最大（不超量程），記錄此時的光電流I0，然后加反向電壓使光電流剛好為“0”，記下電壓值US；③ 使光電管遠離光源（光源亮度不變）重復上述步驟作好記錄。數據處理(1) 伏安特性曲線-0.6U /V401.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 20.0 30.0 40.0I /mA 02.96 5.68 10.316.818.719.919.919.919.919.9(2) 照度與光電流的關系45802457L /cm 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0
1/L20.00250.00160.00110.00080.00060.00040.00030.00020.00015I /µA 19.97 12.54 6.85 4.27 2.88 1.51 0.87 0.53 0.32
25
20
15
10
5
0-10 0 10 20 30 40 50流曲線(3) 零電壓下的光電流及截止電壓與照度的關系伏安特性曲線照度與光電
L /cm 20.0
I0/µA 1.96
25.0
1.85
30.0
1.06
35.0
0.85
40.0
0.64
50.0
0.61
60.0
0.58
70.0
0.55
US/V
0.64
0.63
0.65
0.66
0.62
0.64
0.65
0.631. 臨界截止電壓與照度有什么關系?從實驗中所得的結論是否同理論一致?如何解 釋光的波粒二象性? 答：臨界截止電壓與照度無關，實驗結果與理論相符。光具有干涉、衍射的特性，說明光具有撥動性。從光電效應現(xiàn)象上分析，光又具有粒子性，由愛因斯坦方程來描述：hν=(1/2)mv2max+A。2. 可否由 Us′ ν曲線求出陰極材料的逸出功?答：可以。由愛因斯坦方程hυ=e|us|+hυo可求出斜率Δus/Δυ=h/e和普朗克常數，還可以求出截距（h/e）υo，再由截距求出光電管陰極材料的紅限 υo，從而求出逸出功 A=hυo。光的干涉—牛頓環(huán)實驗目的(1) 觀察等厚干涉現(xiàn)象及其特點。(2) 學會用干涉法 測量透鏡的曲率半徑與微小厚度。實驗方法原理利用透明薄膜 (空氣層 )上下表面對人射光的 依次反射，人射光的振幅將分成振幅不同且有一定光程差的兩部分，這是一種獲得相干光的重要途徑。由于兩束反射光在相遇時的光程差取決于產生反射光的薄膜厚度，同一條干涉條紋所對應的薄膜厚度相同，這就是等厚干涉。將一塊曲率半徑 R 較大 的平凸透鏡的凸面置 于光學平板玻璃上，在透鏡的凸面和平板玻璃的上表面間就形成一層空氣薄膜，其厚度從中心接觸點到邊緣逐漸增加。當平 行的單色光垂直入射時，入射光將在此薄膜上下兩表面依次反射，產生具有一定光程差的兩束相干光。因此形成以接觸點為中心的一系列明暗交2 2替的同心圓環(huán)——牛頓環(huán)。透鏡的曲率半徑為：R =−Dm Dn−=y−實驗步驟4(m n)λ 4(m n)λ(1) 轉動讀數顯微鏡的測微鼓輪 ，熟悉其讀數方法 ；調整目鏡，使十字叉絲清晰，并使其水平線與主尺平行 (判斷的方法是：轉動讀數顯微鏡的測微鼓輪，觀察目鏡中的十字叉絲豎線與牛頓環(huán)相切的切點連線是否始終與移動方向平行)。(2) 為了避免測微鼓輪的網程(空轉)誤差，在整個測量過程中，鼓輪只能向一個方向旋轉。應盡量使叉絲的豎線對準暗干涉條紋中央時才讀數。(3) 應盡量使叉絲的豎線對準暗干涉條紋中央時才讀數。(4) 測量時，隔一個暗環(huán)記錄一次數據。(5) 由于計算 R 時只需要知道環(huán)數差 m-n，因此以哪一個環(huán)作為第一環(huán)可以任選，但對任 一暗環(huán)其直徑必須是對應的兩切點坐標之差。數據處理環(huán)的級數m2422201 816環(huán)的位置 ／mm 右左21.39128.44921.552 21.70828.320 28.16321.86227.97022.04127.811環(huán)的直徑 ／mm Dm7.0586.7686.4556.1085.770環(huán)的級數n14121086環(huán)的位置 ／mm 右左22.23727.63222.435 22.66227.451 27.25422.88126.96523.16226.723環(huán)的直徑／mm Dn5.3955.0164.5924.0843.561
20.635
0.1220.70920.646 20.581875.4
0.6％20.62920.612
ucR( )
⎛
y ⎞
2
m
2
n
2
=
⎛
20.12 ⎞
=0.6％u( )⎛u( ) ⎞⎛u( ) ⎞⎟ + ×−8R=⎜⎜⎝y⎟⎟+⎜⎠ ⎝u Rm − n⎟ + ⎜⎠ ⎝m − n⎟⎠⎜⎝20.635⎠8.9 10uc( R) = R ×c( ) =5.25mm；U = 2× uc(R) = 11 mmRR = (R ± U ) =(875±11)mm1. 透射光牛頓環(huán)是如何形成的?如何觀察?畫出光路示意圖。答：光由牛頓環(huán)裝置下方射入，在空氣層上下兩表面對入射光的依次反射，形成干涉條紋，由上向下觀察。2. 在牛頓環(huán)實驗中，假如平玻璃板上有微小凸起，則凸起處空氣薄膜厚度減小，導致等厚干涉條紋發(fā)生畸變。試問這時的牛頓環(huán)(暗)將局部內凹還是局部外凸?為什么?答：將局部外凸，因為同一條紋對應的薄膜厚度相同。3. 用白光照射時能否看到牛頓環(huán)和劈 尖干涉條紋?此時的條紋有何特征?答：用白光照射能看到干涉條紋，特征是：彩色的條紋，但條紋數有限。雙棱鏡干涉實驗目的(1) 觀察雙棱鏡干涉現(xiàn)象,測量鈉光的波長。(2) 學習和鞏固光路的同軸調整。實驗方法原理雙棱鏡干涉實驗與雙縫實驗、雙面鏡實驗等一樣，都為光的波動學說的建立起過決定性作用，同時也是測量光波波長的一種簡單的實驗方法。雙棱鏡干涉是光的分波陣面干涉現(xiàn)象，由 S 發(fā)出的單色光經雙棱鏡折射后分成兩列，相當于從兩個虛光源 S1和 S2射出的兩束相干光。這兩束光在重疊區(qū)域內產生干涉，在該區(qū)域內放置的測微目鏡中可以觀察
到干涉條紋。根據光的干涉理論能夠得出相鄰兩明（暗）條紋間的距離為 ∆x =dD
λ ，即可有λ =d∆x 其中 d 為兩D個虛光源的距離，用共軛法來測，即 d =；離距的鏡目微
實驗步驟(1) 儀器調節(jié)① 粗調d1d2；D 為虛光源到接收屏之間的距離，在該實驗中我們測的是狹縫到測。量測鏡目微∆測 x由，小很將縫的位置放好，調至堅直，根據縫的位置來調節(jié)其他元件的左右和高低位置，使各元件中心大致等高。② 細調根據透鏡成像規(guī)律用共軛法進行調節(jié)。使得狹縫到測微目鏡的距離大于透鏡的四倍焦距，這樣通過移動透鏡能夠在測微目鏡處找到兩次成像。首先將雙棱鏡拿掉，此時狹縫為物，將放大像縮小像中心調至等高，然后使測微目鏡能夠接收到兩次成像，最后放入雙棱鏡，調雙棱鏡的左右位置，使得兩虛光源成像亮度相同，則細調完成。各元件中心基本達到同軸。(2) 觀察調節(jié)干涉條紋調出清晰的干涉條紋。視場不可太亮，縫不可太寬，同時雙棱鏡棱脊與狹縫應嚴格平行。取下透鏡，為方便調節(jié)可先將測微目鏡移至近處，待調出清晰的干涉條紋后再將測微目鏡移到滿足大于透鏡四倍焦距的位置。(3) 隨著 D 的增加觀察干涉條紋的變化規(guī)律。(4) 測量① 測量條紋間距 ∆x② 用共軛法測量兩虛光源 S1和 S2的距離 d
③ 測量狹縫到測微目鏡叉絲的距離 D數據處理測 ∆x 數據記錄條紋位置次數起始位置 a 終了位置 a′
被測條紋數
mm
|a-a′|
∆x1234568.0953.5548.0303.5508.1843.5933.5758.0353.5738.1003.6808.0801010101010104.5204.4814.4574.5504.5044.4870.45200.44810.44570.45500.45040.4487∆x = 0.44998mm
測 d 數據記錄
mm
次數放大像間距 d1a1a1′縮小像間距 d2|a1-a1′| a2a2′
|a2-a2′|1234567.5605.7717.5385.7557.5205.7355.7747.5615.7667.5495.7537.5151.7861.7901.7721.7941.7671.7807.3576.9337.3816.9107.3556.9516.9657.3606.9687.3306.9407.3600.4100.4280.4130.4200.4150.409
d1= 1.7915mm； d2= 0.4158mm測 D 數據記錄
mm狹縫位置 b1
(1) ∆x 的不確定度測微目鏡差絲位置 b′660
∆D=|b-b′|659uA( ) = 0.001329mm；
( ) 2
2uB( )=儀3= 0.005770mm；uuA( x) + u x0.005921mm。=B( ) =(2) 求 d1與 d2的不確定度uA( ) = 0.004288mm；
uA( ) = 0.002915mm；
∆uB( ) = 0.007mm； uB( ) = 0.005mm； uB( ) =儀=0.005770mm；3( )u22(1)+ u ( ) ==uA(d1) + u d2B2B0.01003mm；u( )=u d( ) +u d( )+ uB( ) = 0.00817mm。A2B2(3) 求 D 的不確定度u( ) = 1mm。(4) 波長的合成相對不確定度2
2
2ucλ( )=⎛u( )⎞⎟ +⎛u( )⎞⎟ +⎛u( )⎞⎟ =×−4mm；λ⎜⎝2∆x⎠⎜⎝d2⎠⎜⎝D
2⎠4.128 10⎛ u( ) ⎞其中 ⎜ ⎟ =1 ⎛ u( ) ⎞⎜⎜ ⎟⎟+1 ⎛ u( ) ⎞⎜⎜ ⎟⎟=×−5⎝d⎠4 ⎝d1⎠4 ⎝d2⎠1.374 10mm。(5) 測量結果
1 由
λ =d∆x 求得D( )
-4λ = 5.87731×10 mm。7
U = 2uc( )結果表達式為2uc= 2.427 ×10− mm；包含因子 k = 2 時， λ 的擴展不確定度−4λ = λ + U = (5.877 ±×0.005) 10mm。
2.1. 測量前儀器調節(jié)應達到什么要求?怎樣才能調節(jié)出清晰的干涉條紋?答：共軸，狹逢和棱背平行與測微目鏡共軸，并適當調節(jié)狹逢的寬度。2. 本實驗如何測得兩虛光源的距離 d?還有其他辦法嗎?答：d=(d1*d2)1/2或利用波長λ已知的激光作光源，則 d=(D/Δx)λ3. 狹縫與測微目鏡的距離及與雙棱鏡的距離改變時，條紋的間距和數量有何變化?答：狹縫和測微目鏡的距離越近，條紋的間距越窄，數量不變，狹縫和雙棱鏡的距離越近，條紋間距越寬，數量越小。4 . 在同一圖內畫出相距為 d 虛光源的 S1和 S2所成的像 d1和d2的光路圖。測薄透鏡的焦距實驗目的(1) 掌握測薄透鏡焦距的幾種方法；(2) 掌握簡單光路的分析和調整的方法；(3) 了解透鏡成像原理，掌握透鏡成像規(guī)律；(4) 進一步學習不確定度的計算方法。實驗方法原理(1) 自準法當光(物)點在凸透鏡的焦平面上時，光點發(fā)出的光線經過透鏡變成平行光束，再經過在透鏡另一側的平面鏡反射后
又匯聚在原焦平面上且與發(fā)光點(物點)對稱。(2) 物距像距法測出物距(u)與相距(v)代入公式：1/u +1/v=1/f 可求 f(3) 共軛法保持物與屏的距離(L)不變,移動透鏡，移動的距離為(e)，其中一次成放大像另一次成縮小像,放大像1/u +1/v=1/f ,縮小像1/(u+e)+1/(v-e)=1/ f ,由于 u+v=L ，所以f =(L2-e2)/4L 。
(4) 凹透鏡焦距的測量利用光路可逆原理，將凸透鏡所成的實像作為凹透鏡的物，即可測出凹透鏡成實像的物距和像距，代入公式1/u +1/v=1/f 可求出焦距 f。實驗步驟本實驗為簡單設計性實驗，具體實驗步驟由學生自行確定，必要時課建議學生按照實驗原理及方法中的順序作試
驗。 要求學生 自行設計的能直接反映出測量結果的數據 記錄 表格。數據處理(1) 自準法，物距像距法，則凹透鏡焦距三個試驗將所測數據及計算結果填寫在自行設計的表格中。(2) 對共軛法的測量數據及處理實例測量數據記錄表O1O1 左O1 右O1O2O2 左O2 右O2
e=o2-o1f=(L2-e2)/4L
f52.4353.5051.6752.7051.3052.352.9052.7052.8952.9052.8052.852.6753.1052.2852.8052.0552.598.0097.9899.0098.8098.6098.399.0099.2099.5099.2198.9099.198.5098.5999.2599.0198.7598.7
45.83 19.82
45.49 19.92
46.97 19.52
46.21 19.64
46.70 19.59
19.6940740246.1519.70① 不確定度的計算過程:6
uA(e)=(∑ −eie1)2
0.047 cm
uB( ) = 0.30 cm6(6 −1)=( )2+u2( )u(e)=uAB= 0.31 cm u(L)= 0.30 cm22( )⎡L22⎤所以u=⎢+ e⎥ u2 ( )+⎡2e⎤u2 ( )= 0.368 ×10-2f⎣(22 )L − e L⎦⎣⎢L2− e2⎥⎦u( f )=0.368×10-2×19.683cm=0.072cm U =2u( f)=0.145cm=0.1cm② 最后表達式:f = (19.7±0.1) cm
1. 你認為三種測量凸透鏡焦距的方法，哪種最好?為什么?答：共軛法最好，因為這個方法把焦距的測量歸結為對可以精確測定的量 L 和 e 的測量，避免了在測量 u 和 v時，由于估計透鏡光心位置不準確所帶來的誤差。2 22. 由f =−L e4 L推導出共軛法測 f 的標準相對合成不確定度傳遞公式。根據實際結果，試說明 uB(L)、uB(e)、uA(e)哪個量對最后結果影響最大?為什么?由此你可否得到一些對實驗具有指導性意義的結論? 答：uA(L)對最后結果影響最大，因為 L 為單次測量量。對 O1、O2的測量時，要采用左右逼近法讀數。3. 測量凹透鏡焦距 f 和實驗室給出的 f0，比較后計算出的 E 值（相對誤差）一般比較大，試分析 E大的原因?答：E 較大的原因可能是因為放入凹透鏡后所成像的清晰度很難確定，即像的聚焦情況不好，從而導致很難測出清晰成像的位置。4. 在測量凸透鏡的焦距時，可以利用測得的多組 u、v 值，然后以 u+v 作縱軸，以 u•v作橫軸，畫出實驗曲線。根據式(3-15-1)事先推斷一下實驗曲線將屬于什么類型，怎樣根據這條曲線求出透鏡的焦距 f?u υf =答：曲線是直線，可根據直線的斜率求出 f，f=1/k，因為 1/f=1/u+1/v，即 +u υ ，故可有 f=1/k。5. 測量凸透鏡的焦距時，可以測得多組 u、v 值，以 v/u(即像的放大率)作縱軸，以 v作橫軸，畫出實驗曲線。試問這條實驗曲線具有什么形狀?怎樣由這條曲線求出透鏡的焦距 f ?答：曲線是直線，在橫軸上的截距就是 f。
激光全息照相實驗目的(1) 了解全息照相的原理及特點。(2) 掌握漫反射物體的全息照相方法，制作漫反射的三維全息圖 。(3) 掌握反射全息的照相方法，學會制作物體的白光再現(xiàn)反射全息圖。(4) 進一步熟悉光路的調整方法，學習暗室技術。實驗方法原理(1) 概述全息照相是利用光涉的干涉和衍射原理，將物光波以干涉條紋的形式記錄下來，然后在一定條件下，利用衍射再現(xiàn)原物體的立體圖像。可見，全息照相必須分兩步進行：①物體全息圖的記錄過程；②立體物像的再現(xiàn)過程。(2) 全息照相與普通照相的主要區(qū)別①全息照相能夠把物光波的全部信息記錄下來，而普通照相只能記錄物光波的強度。②全息照片上每一部分都包含了被攝物體上每一點的光波信息，所以它具有可分割性，即全息照片的每一部分都能再現(xiàn)出物體的完整的圖像。③在同一張全息底片上，可以采用不同的角度多次拍攝不同的物體，再現(xiàn)時，在不同的衍射方向上能夠互不干擾地觀察到每個物體的立體圖像。(3) 全息照相技術的發(fā)展全息照相技術發(fā)展到現(xiàn)在已有四代。本實驗將用激光作光源完成物體的第二代全息圖—漫反射全息圖和第三代全息圖—反射全息圖的拍攝和再現(xiàn)。e-He-H
O
實驗步驟
θ
L2
θM2
L1eN
L.KS
M1
O H
LeN
L.K首先要熟悉本實驗所用儀器和光學元件。打開激光器電源，點亮 He-Ne 激光器，調整其工作電流，使其輸出最強的H激光，然后按下述內容和步驟開始進行實驗。(1) 漫反射全息圖的拍攝M① 按漫反射全息光路圖擺放好各元件的位置，整個光路大概占實驗臺面的三分之二左右。 ②各光束都應與臺面平行，通過調平面鏡的俯仰角來調節(jié)。且光點都要打到各元件的中心部位。③兩束光的光程差約為 20cm,光程都是由分束鏡開始算起,沿著光束前進的方向量至全息底片為止。④物光與參考光夾角為30°u65374X50°u12290X⑤參考光與物光的光強比為3:1～8:1（通過調整擴束鏡的位置來實現(xiàn)）。⑥曝光時間為 6S。⑦上底片及曝光拍照（底片上好后要靜止1～2min），藥膜面要正對物體放。(2) 白光再現(xiàn)反射全息圖① 按反射全息光路擺放好各元件的位置，先不放入擴束鏡 L，各光事與臺面平行。② 調整硬幣，使之與干板（屏）平行，使激光束照在硬幣的中心。 ③ 放入擴束鏡，使光均勻照射且光強適中，確定曝光時間為 3s。④ 曝光，硬幣與干板間距為 1cm。(3) 底片處理① 顯影。②顯影后沖洗 1min，停顯 30s 左右，定影 3～5min，定影后可打開白熾燈，用水沖洗干板5～10min，再用吹風機吹干（吹時不可太近且不可正對著吹，以免藥膜收縮）。(4) 再現(xiàn)觀察① 漫反射全息圖的再現(xiàn)。② 白光再現(xiàn)反射全息圖的觀察。數據處理本實驗無數據處理內容1. 全息照像有哪些重要特點?答：全息照相是利用光波的干涉和衍射原理，將物體“發(fā)出”的特定波前（同時包括振幅和位相）以干涉條紋的形式記錄下來，然后在一定條件下，利用衍射再現(xiàn)原物體的立體像。全息照相必須分兩步進行：（1）物體全息圖的記錄過程；（2）立體物像的再現(xiàn)過程。2. 全息底片和普通照像底片有什么區(qū)別?答：（1）全息照相能夠把物光波的全部信息（即振幅和相位）全部記錄下來，而普通照相只能記錄物光波的強度（既振幅），因此，全息照片能再現(xiàn)出與原物體完全相同的立體圖象。（2）由于全息照片上的每部分都包含了被攝物體上每一點的光波信息，所以，它具有可分割性，即全息照片的每一部分都可以再現(xiàn)出原物體的立體圖象。（ 3）在同一張全息底片上，可以采用不同的角度多次拍攝不同的物體，再現(xiàn)時，在不同的衍射方向上能夠互不干擾地觀察到每個物體的立體圖象。
3. 為什么安裝底片后要靜止一段時間，才能進行曝光?答：為了減少震動，提高拍攝質量，減震是全息照相的一項重要措施，要保證照相質量，光路中各元器件的相對位移量要限制在<λ/2 范圍內。5. 普通照像在沖洗底片時是在紅光下進行的，全息照像沖洗底片時為什么必須在綠光甚至全黑下進行?答：因為全息干板涂有對紅光敏感的感光材料，所以沖洗底片時必須在綠光甚至全黑下進行。用惠斯通電橋測電阻實驗目的(1) 掌握用惠斯通電橋測電阻的原理(2) 正確應用復射式光點檢流計(3) 學會用QJ19型箱式電橋測電阻實驗方法原理應用自組電橋和箱式電橋兩種方法來測未知電阻 Rx。其原理如圖示，其中 R1、R2、R3是三個已知電阻與未知電阻 Rx構成四個臂，調節(jié)RR3， 當Ucd=0 時電橋平衡。即 I1R1=I2R2, I1Rx=I2R3∴ Rx=實驗步驟(1) 自組電橋:1R3 。R2① 按圖 3-9-1 連接電路,根據被測阻值范圍恰當選擇比例臂(在電阻箱上), 判斷平衡指示儀用指針式檢流計。② 調整測定臂 R3使其平衡,記下各臂阻值.逐一測得 RX1、RX2、RX 串，RX 并。(2) 箱式電橋：① (按圖 3-9-3 或箱式電橋儀器銘牌右上角的線路圖接線，平衡指示儀用復射式光點檢流計。②參照書 P95頁表格選取 R1、R2兩臂和電源電壓，參照自組橋測試結果選取 R3的初始值。③ 對每個被測電阻通過不同的靈敏度分別進行粗細調平衡，并記錄相應阻值。數據處理
自組點橋數據RX1R 11/Ω 500R 1
2
000
RX
3
3
串
000
RX
5
5
并
000
箱式電橋數據RX
1 R1/R21 R
1
0
RX
1
1
2
0
RX
1
3
X 串
0
R
1
5
并
0
RX
1
12/Ω 500R
1000
3000
5000
13/Ω46.6058.5106.4204.213/Ω
X/Ω
R475.21475.2592.03592.0069.05069.0042.81042.8
X/ΩR1466.03585.15064.21042.1數據處理：(1) 自組電橋(a =0.1 級) 由△R= 3 Ra/100 而 U0.95=0.95△R得：U1=0.95× 3 ×1475.20.1÷100=2ΩU2=0.95× 3 ×3592.0×0.1/100=6ΩU3=0.95× 3 ×5069.0×0.1/100=8ΩU4=0.95× 3 ×1042.8×0.1/100=2Ω測量結果：R1=(1475±2) ΩR2=(3592±6) ΩR3=(5069±8) ΩR4=(1043±2) Ω(2) 箱式電橋（a = 0.05 級） 由△R=±a/100%(kR3+RN/10),又 U0.95=0.95△R得：U=0.95×0.05/100×(10R3+1000/10)
∴U1=0.95×0.05/100×(10×146.60+100)=0.7ΩU2=0.95×0.05/100×(10×358.51+100)=2ΩU3=0.95×0.05/100×(10×506.42+100)=2ΩU4=0.95×0.05/100×(10×104.21+100)=0.5Ω測量結果： R1=(1466.0±0.7)Ω R2=(3585±2)ΩR3=(5064±2)Ω R4=(1042.1±0.5)Ω思考題(1) 電橋一般有兩個比例臂 R1、R2，一個測定臂 R3和另一個待測電阻RX組成。電橋的平衡條件是RX=（R1/R2）R3。(2) 不能平衡，因為橋臂兩端 C 和 D 兩點電位不會相等。(3) ①不會，因為被測阻值僅僅依賴于 R1、R2、R3三個阻值。② 會，因為要由檢流計判斷是否平衡。③ 不會，因為檢流計分度值不影響電橋誤差。④ 會，因為電壓太低會降低電橋的靈敏度，從而增大誤差。⑤ 會，因為除了 R1、R2、R3三個電阻外，還有導線電阻。(4) 由被測阻值大約為1.2kΩ，應考慮電源電壓及倍率。電源電壓選擇6V，倍率R1/R2=1，因為當電橋的四個臂接近時電橋有較高的靈敏度。1.電橋由哪幾部分組成? 電橋的平衡條件是什么?答：由電源、開關、檢流計橋臂電阻組成。平衡條件是 Rx=(R1/R2)R32.若待測電阻 Rx 的一個頭沒接(或斷頭)，電橋是否能調平衡?為什么?答：不能，Rx沒接（或斷頭），電路將變?yōu)橛覉D所示，A、C 及 C、D 間總有電流，所以電橋不能調平。3.下列因素是否會使電橋誤差增大?為什么?(1) 電源電壓不太穩(wěn)定；由于電橋調平以后與電源電壓無關，則電源電壓不太穩(wěn)定基本不會使電橋誤差增大。(2) 檢流計沒有調好零點；若檢流計沒有調好零點，當其指針指零時檢流計中電流不為零，即電橋沒有達到平衡正態(tài)，此時的測量讀數中將會含有較大誤差甚至會出現(xiàn)錯誤讀數；(3) 檢流計分度值大 ；檢流計分度值大時會使電橋誤差增大，因電橋的靈敏度與分度值成反比；(4) 電源電壓太低；電源電壓太低會使電橋誤差增大，因電橋的靈敏度與電源電壓成正比；(5) 導線電阻不能完全忽略；對高電阻不會，當被測電阻的阻值很高時導線電阻可以忽略。4. 為了能更好地測準電阻，在自組電橋時，假如要測一個約 1.2kΩ的電阻，應該考慮哪些因素 ?這些因素如何選取 ?答：應考慮電源電壓，比例臂的電阻值，檢流計的分度值。電源電壓取 6V，R1，R2取 1000Ω，檢流計取 1.5 級µA 表。液體粘滯系數的測定
實驗目的(1) 觀察液體的內摩擦現(xiàn)象,了解小球在液體中下落的運動規(guī)律。(2) 用多管落球法測定液體粘滯系數。(3) 掌握讀數顯微鏡及停表的使用方法。(4) 學習用外延擴展法獲得理想條件的思想方法。(5) 用作圖法及最小二乘法處理數據。實驗方法原理液體流動時,各層之間有相對運動,任意兩層間產生等值反向的作用力, 稱其為內摩擦力或粘滯力 f , f 的方向沿液層接觸面,其大小與接觸面積 S 及速度梯度成正比,即 f = ηSdvdx當密度為ρ的小球緩慢下落時，根據斯托克斯定律可知,小球受到的摩擦阻力為 f = 3πηvd小球勻速下落時, 小球所受的重力ρvg,浮力ρovg,及摩擦阻力 f 平衡，有V ()gρ − ρo=3πηvod13()=dg3πηv d6π ρ − ρoo
( ρ − ρ )gd2η =o18vo大量的實驗數據分析表明 t 與 d/D 成線性關系。以 t 為縱軸，d/D 為橫軸的實驗圖線為一直線，直線在 t軸上的截距為 to，此時為無限廣延的液體小球下所需要的時間，故vo=Lt實驗圖線為直線，因此有t = to+ ax可用最小二乘法確定 a 和 t0的值。實驗步驟(1) 用讀數顯微鏡測鋼珠的直徑。(2) 用卡尺量量筒的內徑。(3) 向量筒內投入鋼球，并測出鋼球通過上下兩劃痕之間距離所需要的時間。(4) 記錄室溫。數據處理
序號
1
2
3
4
5
6
小球直徑 /mm
1.3081.309 1.3041.2951.3011.301 1.3011.3001.3001.303 1.3021.3031.3031.304 1.3021.2981.3101.304 1.3051.3011.3081.306 1.3041.298
量筒直徑 D/mm
50.14
40.10
31.18
23.42
18.96
14.26
時間 t/s
25.41 2.61
25.63 3.24
25.72 4.18
25.96 5.56
26.28 6.88
26.34 9.14dD
2×10 −/度
17.8用最小二乘法計算 tot = 26.01x = 0.0527xt = 1.37x2=0.000328
a =
to=0.0527 ×20.0527−
−26.01 − 1.370.000328
=
−2.29
=
sL25.89 (−2.29) × 0.052726.01vo= = 4.61mmto2sη =(ρ − ρ )gd18vo=1.37 ×10−3⋅kg / m s1. 用誤差理論分析本實驗產生誤差（測量不確定度）的主要原因。怎樣減小它的測量誤差?
答：主要有小球半徑測量不確定度 u(d)、小球下落距離測量不確定度 u(L)和小球下落時間測量不確定度u(t)等。①u(d)有兩種原因：①是小球直徑不均勻,因此應求平均半徑；②是儀器誤差。② u(L)有兩種原因：①用鋼板尺測 L所帶來的誤差；②按計數器時，因小球剛好沒有對齊標示線而產生的誤差。③ u(t)按計數器時所產生的誤差。分析結果可見，小球直徑的誤差對測量結果影響最大，所以小球不能太小，其次量筒應適當加長，以增加落球時間，從而減少時間測量的誤差。2. 量筒的上刻痕線是否可在液面位置?為什么?答：不能。因為開始小球是加速運動，只有當小球所受的重力、浮力、粘滯力三力平衡后，小球做勻速運動時，才可以計時，所以不能從液面開始。3. 為什么小球要沿量筒軸線下落?答：圓形玻璃量筒的筒壁對小球運動產生嚴重影響，只能在軸線上運動，才能使筒壁橫向的作用力合力為零。用電位差計測量電動勢實驗目的(1) 掌握電位差計的基本線路及測量原理。(2) 掌握用線式電位差計、 UJ37箱式電位差計測量電動勢的電壓的基本實驗方法。實驗方法原理
(1) 用補償法準確測量電動勢（原理）如圖 3-10-2 所示。 EX是待測電源， E0是電動勢可調的電源， E0和 EXE0
G
通過檢流計聯(lián)在一起。當調節(jié) E0的大小，使夫流計指針不偏轉，即電路中沒有電流時，兩個等，互相補償，即 EX＝E0，電路達到平衡。(2) 電位差計 測量電動勢（方法）EX
3-10-2 補償原理電源的電動勢大小相由電源 E、開關 K、變電阻 RC精密電阻 RAB和毫安表組成的回路叫工作回路。由 RAB上有壓降，當改變 a0、b0兩觸頭的位置，就改變 a0、b0間的電位差 Ua。b。，就相當于可調電動勢 E0。測量時把 Ua。b。引出與未知電動勢 EX比較。由 EX、KX和 Raxbx 組成的回路叫測量回路。調節(jié) RC的大小，使工作回路中電流值 I0和 RAB的乘積 I0RAB略大于 ES和 EX二者中大的一個。RC
AaXE
a0
ES
R
KSK
b0
G
BbX
G
mA實驗步驟(1) 用線式電位差計測電池電動勢EX
KX① 聯(lián)結線路按書中圖 3-10-4 聯(lián)電路，先聯(lián)接工作回路，后聯(lián)接測量回路。正確聯(lián)接測量回路的關鍵是正確聯(lián)雙刀雙擲開關 K2。②測量(a) 調節(jié) RC使 UAB≥EX，I0值調好后不許再變。3-10-3 電位差計原理圖(b) 將 K2擲向 ES一側，將滑動觸頭從 1 逐一碰試，直到碰相鄰插孔時檢流計指針向不同方向擺動或指零，將 a插入較小讀數插孔，移動 b′使檢流計指零。最后合上 K3。(c) 將 K2擲向 EX，重復步驟（b）。(2) UJ37 箱式電位差計的校準和使用UJ37 箱式電位計測量范圍為 1~103mV，準確度級別 0.1 級，工作溫度范圍 5℃～45℃。①校準先把檢流計機械調零。把四刀雙擲扳鍵 D 扳向“標準”，調節(jié)工作電流直至檢流計指零點。②測量校準完后，把待測電壓接入未知，將未知電壓開關扳向“ON”。先粗調，后細調。數據處理
1次 LS／mLS 左＝4.6686LS 右＝4.6690LS1＝4.6688LS 左＝4.6689Lx／mLX 左＝9.5350LX 右＝9.5352LX1＝9.5351LX 左＝9.5358
E =
Lx
E ＝3.2004V2
3LS 右＝4.6691LS2＝4.6690LS 左＝4.6688LS 右＝4.6673LS3＝4.6681LX 右＝9.5360LX2＝9.5359LX 左＝9.5355LX 右＝9.5362LX3＝9.5359xLSS
4
5
6
平均值
LS 左＝4.6687LS 右＝4.6691LS4＝4.6689LS 左＝4.6684LS 右＝4.6692LS5＝4.6688LS 左＝4.6686LS 右＝4.6690LS6＝4.6688LS=4.6687
LX 左＝9.5364LX 右＝9.5370LX4＝9.5367LX 左＝9.5360LX 右＝9.5370LX5＝9.5365LX 左＝9.5378LX 右＝9.5385LX6＝9.5382LX＝9.5364(1) 計算未知電動勢 Ex的平均值LxE =E＝3.2004VxLSS(2) 計算未知電動勢 Ex的不確定度 U① 計算直接測量量 Ls 的標準不確定度 u( )
u ( ) =(L L∑ −Si S)2
＝0.3mm； uB( ) = 8mm；A(n n −(1)
)2uA( ) =L L∑ −Si S( 1)n n −2
2＝0.3mm； uB( ) = 8mm；u( ) =uA( ) + uB( ) ＝8.0056mm。② 計算直接測量量的 Lx的標準不確定度u( )
u ( ) =(L L∑xi−
x)2
＝1.1mm； uB( ) = 12mm；A
2(n n −1)
2u( ) =uA( ) + uB( ) ＝12.05mm。③ Es的標準不確定度( ) = uB( )u
=
∆儀3
＝0.002V。
RC
E
K④ 間接測量量 Ex的標準不確定度 uc( )ucrel( )x=0.38％；Ex的合成標準不確定度 uc( )＝ ucrel( )Ex＝0.012V。⑤ Ex的擴展不確定度取包含因子k = 2，Ex 的擴展不確定度U為
EX
L1L2
R
G思考題圖 3-10-6 思考題 2 附圖U =( ) =kucx2uc( )x＝0.024V。RXKS(3) 結果表達式(
)V = (
)Ex= Ex+U3.20 ± 0.02 V;k = 2(1) 按圖3－10－4聯(lián)好電路做實驗時，有時不管如何調動a頭和b頭，檢流計G的指針總指零，或總不指零，兩種情況的可能原因各有哪些？(2)用電位差計可以測定電池的內阻，其電路如圖3-10-6所示，假定工作電池E>EX，測試過程中Rc調好后不再變動，RX是個準確度很高的電阻箱。R是一根均勻的電阻絲。L1、L2分別為KX斷開和接通時電位差計處于補償狀態(tài)時電阻絲的長L L度。試證明電池EX的內阻 r=1−2Rx（RX為已知）。L2
1.按圖 3-10-4 聯(lián)好電路做實驗時，有時不管如何調動 a 頭和 b 頭，檢流計 G的指針總指零，或總不指零，兩種情況的可能原因各有哪些?答：總指零的原因：測量回路斷路?？偛恢噶愕脑颍?① E 和 Ex極性不對頂；②工作回路斷路；③ RAB上的全部電壓降小于 ES，Ex二者中小的一個。圖 3-10-6 思考題 2 附圖
2. 用電位差計可以測定電池的內阻，其電路如圖 3-10-6 所示，假定工作電池 E＞Ex，測試過程中 Rc調好后不再變動，Rx 是個準確度很高的電阻箱。R 是一根均勻的電阻絲。L1、L2分別為 Kx斷開和接通時電位差計處于補償狀態(tài)時電阻絲的長度。試證明電池 Ex 的內阻 r=[(L1-L2)/L2]Rx(Rx為已知)。證明：設 A 為 R 上單位長度的電位差，
Rx / ( r + Rx )Ex =AL2(3)Vx為 K2的端電壓，則有：代入（2）式得:Ex=AL1(1)Vx=AL2(2) 而
(1)式除(3)式，整理后得： r =[(L1- L2) / L2] Rx4. 如圖 3-10-4 所示的電位差計，由 A 到 B 是 11m 長的電阻絲，若設 a=0.1V/m，11m長的電壓降是 1.1V，用它測僅幾毫伏的溫差電動勢，誤差太大。為了減少誤差，采用圖 3-10-8 所示電路。圖 3-10-8 是將 11m 長的電阻絲 AB上串接了兩個較大的電阻 R1和 R2。若 AB 的總電阻已知為 r, 且 R1、R2、r 上的總電壓為 1.1V，并設計AB(11m)電阻絲上的 a=0.1mV/m，試問 R1+R2的電阻值應取多少? 若標準電池 E0的電動勢為 1.0186V，則R1可取的最大值和最小值分別為多少(用線電阻 r表示)?答：① 由于電位差計單位長度電阻線的電位差為 a，則電阻線 AB 上的電位差VAB=11a＝1.1mV，而回路電流應為I =VAB/r。另一方面，由于 I(R1+R2+r)=1.1V，所以 (VAB/r)(R1+R2+r)= 1.1V, 即 VAB[ (R1+R2)/r +1]= 1.1V。所以R1+R2=[(1.1/VAB)-1]r=(1.1/0.0011-1)r＝999r 。②當 R2I = E0時，R1為最小，即 R1= R1min，此時有 R1I + E0+ Ir = 1.1。由于 I=VAB/r =0.0011/r，所以 R1min=(1.1-E0-Ir)/I=73r。當 R2I+Ir =E0則 R1為最大，即 R1= R1max，此時有 R1I + E0= 1.1。所以 R1max=(1.1-E0)/I=74r電熱法測熱功當量實驗目的(1) 學習用電熱法測熱功當量，即Q與W的比值。(2) 了解熱學實驗的特殊條件和基本方法。(3) 學會用修正中溫的方法作散熱修正。實驗方法原理將一電阻放入一定量的水中 ，電阻通電 t 秒，則電功為 A = VIt ，由電流的熱效應 ，這些功將轉化為參與熱作工 的 換 交
=
⋯Q cm+ +T T(0m0+ c1m1+ c220.46δV ) (⋅f−0)A，如沒有熱量散失到環(huán)境中去，必有熱功當量 J 為 J =Q
dT終溫修正是將散失到環(huán)境中的熱量的溫度的形式補償回來，依據牛頓冷卻公式。即dt= k (T − θ ),而1T ′ −θk =t′lnfT0− θ，采用逆推的方法可以求到溫度虧損+δT = dT1dT2⋯+ +dT15(計算機中有現(xiàn)成計算程序引資利用 )實驗步驟(1) 先將溫度傳感器探頭懸在空氣中，直接讀室溫θ下的電阻值。(2) 用天平分別稱量量熱器內筒及內筒盛水后的質量。(3) 按圖接好電路。(4) 再接通電源，立即開始攪拌，當溫度高于室溫后，聽到報時器響聲，即記錄起始電阻值 R0，然后每隔1分鐘記一次電阻值，共記16次，然后斷開電源。(5) 切斷電源后，待溫度不再升高后，開始記錄降溫的初始阻值 R´0，之后每隔一分鐘記錄一次電阻值，共記 16次。數據處理δV=1.30 水呂內筒 攪拌器 銅電阻絲 降溫初1.1261KΩ 電壓4.90V比熱容 1.000 0.210 2.10阻值0.093 0.105 降溫終1.1228KΩ 電流1.00A質量/g 142.45 23.85 3.00阻值23.00 0.300 降溫時15min室1.0905間溫阻值KΩ
升溫
R0
R1
R2
R3
R4
R5
R6
R7
R8阻1.1031 1.1049 1.1064 1.1080 1.1095 1.1111 1.1126 1.11421.1157阻/R9R10R11R12R13R14R15KΩ
降溫1.1172 1.1187 1.1202 1.1217 1.1232 1.1247 1.1262R0´ R1´ R2´ R3´ R4´ R5´ R6´
R7´
R8´阻1.1261 1.1258 1.1256 1.1253 1.1251 1.1249 1.1247 1.12451.1243值/R9´R10´R11´R12´R13´R14´R15´KΩ1.1240 1.1238 1.1236 1.1234 1.1232 1.1230 1.1228K0.0061 /minδT-1.2039 °C
計算
W/J
Q/cal J895.83
△J
E
17值修正前 4410.04.9228 0.73580修正后 4410.051077.4.5734%4.0930 0.0940 2.245005%1. 該實驗所必須的實驗條件與采用的實驗基本方法各是什么?系統(tǒng)誤差的來源可能有哪些?答：實驗條件是系統(tǒng)與外界沒有較大的熱交換，并且系統(tǒng)（即水）應盡可能處于準靜態(tài)變化過程。實驗方法是電熱法。系統(tǒng)誤差的最主要來源是系統(tǒng)的熱量散失，而終溫修正往往不能完全彌補熱量散失對測量的影響。其他來源可能有①水的溫度不均勻，用局部溫度代替整體溫度。②水的溫度與環(huán)境溫度差異較大，從而給終溫的修正帶來誤差。③溫度，質量及電功率等物理量的測量誤差。2. 試定性說明實驗中發(fā)生以下情況時，實驗結果是偏大還是偏小?(1) 攪拌時水被濺出； 答：實驗結果將會偏小。 水被濺出，即水的質量減少，在計算熱功當量時，還以稱橫水的質量計算，即認為水的質量不變，但是由于水的質量減少，對水加熱時，以同樣的電功加熱，系統(tǒng)上升的溫度要比水沒有上升時的溫度要高，即水沒濺出在同樣電功加熱時，應上升 T 度，而水濺出后上升的溫度應是 T+ΔT 度。用 J = A / Q，有 Q =（cimiT），J = A / [（T+△T）/ mc]，分母變大 J 變小。(2) 攪拌不均勻 ； 答：J 偏大、偏小由溫度計插入的位置與電阻絲之間的距離而定。離電阻絲較遠時，系統(tǒng)溫度示數比，勻均系統(tǒng)溫度低，設 T 為均勻系統(tǒng)溫度，溫度計示值應為 T-ΔT，用 J=A/θ計算，分母變小，則 J變大；離電阻絲較近時，溫度計示值應為 T+ΔT，分母變大，因而 J 變小。(3) 室溫測得偏高或偏低。 答：設θ0為室溫，若測得值偏高Δθ時，測量得到的溫度值為θ0+Δθ；偏低Δθ時，測量溫度值為θ0-Δθ，在計算溫度虧損時，dTi=k(Ti-θ)，k 是與是室溫無關的量(k與室溫有關)，只與降溫初溫和降溫終溫以及降溫時間有關，測得室溫偏高時，dTi=k[Ti- (θ0+Δθ)]，每秒內的溫度虧損 dTi小于實際值，t秒末的溫度虧損δTi=∑k[Ti- (θ0+Δθ)]。此值小于實際值，由于散熱造成的溫度虧損δTi=Tf+ Tf″，修正后的溫度Tf″為：Tf″= Tf-δTi，δTi為負值，當測量值低于實際室溫時，δTi的絕對值變小：Tf″=Tf+｜δTi｜，即 Tf″變小，ΔT變?。ㄆ渲笑＝Tf″- Tf 初，Tf 初：升溫初始值），AJ = =QA∑ cimi∆T
, J 變大，反之 J 變小。
電表的改裝和校正
實驗目的(1) 掌握將微安表改裝成較大量程的電流表和電壓表的原理和方法。(2) 了解歐姆表的測量原理和刻度方法。(3) 學會繪制校準曲線的方法并對改裝表進行校對。實驗方法原理設微安表頭滿量程是 Ig,內阻為 Rg.(1) 將表頭并聯(lián)一個分流阻值 Rs改成量成為 I 的電流表 ，如圖 （a)示，則有 （I-Ig）Rs=IgRg，即Rs=Rg/(n-1)
(n = I/Ig)(2) 將微安表頭串聯(lián)一個分壓電阻 RH改成量程為 Ud電壓表，如圖（ b)示，則有 Ig(Rg+RH)=U 即RH=U/Ig－Rｇ實驗步驟(1) 改裝量程為5 A電流表① 計算分流阻值Rs的理論值，負載電阻 RL取1000 Ω左右。② 按圖 3-7-8 連接電路，各部件擺放原則是方便于觀擦與調節(jié)。③ 自查電路（線路的連接、標準表量程的選取、滑線變阻器初值的設定、各阻值的取值）。④ 校準電表 ：首先進行滿量程校正，然后進行逐點校正（完成數據表格）(2) 改裝電壓表（程序與上面相同，電路圖按3-7-10進行）數據處理改裝表示值 I/mA 0.001.002.003.004.005.00
標準表示值I0/mA
差值＝I0-I /mA減小時 1.03增加時 1.01平均 1.020.021.992.012.000.003.023.003.010.013.983.993.99-0.015.005.005.00
0.00改裝表示值U /V 0.001.002.003.004.005.00
標準表示值U0/V
差值＝U0-U /V減小時 1.02增加時 1.01平均 1.020.021.981.991.99-0.013.013.023.020.024.024.014.010.015.005.005.000.00
1. 校正電流表時，如果發(fā)現(xiàn)改裝的毫安表讀數總是高于標準表的讀數，分流電阻應調大還是調小 ?為什么? 答：應調小。讓電路中標準表讀數不變，即保持回路電流不變，分流電阻值減小后將會分得更多的電流，從而使流過被改裝表表頭的電流減小，改裝表的讀數也減小。2. 校正電壓表時，如果發(fā)現(xiàn)改裝的電壓表讀數總是低于標準表的讀數，分壓電阻應調大還是調小?為什么? 答：應調小。讓電路中標準表讀數不變，即加在改裝電表上電壓值不變。調小電阻，改裝表的總電阻降低，流過改裝毫安表的電流增大，從而讀數也增加。3. 試證明用歐姆表測電阻時，如果表頭指針正好指在表盤標度尺的中心，則這時的歐姆表指示值為什么正好等于該歐1I = Ig姆表的內阻值。 答：設表頭指針滿刻度電流為 Ig、表頭指針指表盤中心時電路中電流為 I，根據題意V 12，當表V
內阻為 Rg、待測電阻為 Rx時，V 1 VI =+ RRgx=2Ig
；根據歐姆表工作原理，當待測電阻 Rx＝0 時，I =gRg
。即+ RRgx=2 Rg ，因而可得 Rx＝Rg。所以，歐姆表顯示測Rx 讀數即為該歐姆表的內阻。思考題(1) 應調小。因為表頭過載，所以需要再分掉一部分多余的電流。(2) 應調小。因為串聯(lián)電路中電壓的分配和阻值成正比。(3) 證明 因為 Ig＝U/(Rg+r) 而I＝U/(Rg+r+Rx)所以 當2I＝Ig時 即2U/(Rg+r+Rx)＝U/(Rg+r)所以 Rx＝Rg+r 證畢(4) 由誤差＝量程×u32423X別％，設改裝表的級別為a′, 則5×a′%= δImax+ 5×0.5% ∴ a′ = 0.9 ，故該裝電流表的級別為 1.0 級
示波器的原理和使用實驗目的(1) 了解示波器的主要結構和顯示波形的基本原理；(2) 掌握模擬示波器和函數信號發(fā)生器的使用方法；(3) 觀察正弦、矩形、三角波等信號發(fā)生器的使用方法；(4) 通過示波器觀察李薩如圖形，學會一種測量正弦振動頻率的方法，并加深對互相垂直振動合成理論的理解。實驗方法原理(1) 模擬示波器的基本構造示波器主要由示波管、垂直放大器、水平放大器、掃描信號放大器、觸發(fā)同步等幾個基本部分組成。(2) 示波器顯示波形原理如果只在垂直偏轉板上加一交變正弦電壓，則電子束的亮點隨電壓的變化在豎直方向上按正弦規(guī)律變化。要想顯示波形，必須同時在水平偏轉板上加一掃描電壓，使電子束所產生的亮點沿水平方向拉開。(3) 掃描同步當掃描電壓的周期 Tx是被觀察周期信號的整數倍時，掃描的后一個周期掃繪的波形與前一個周期完全一樣，熒光屏上得到清晰而穩(wěn)定的波形，這叫做信號與掃描電壓同步。(4) 多蹤顯示根據開關信號的轉換頻率不同，有兩種不同的時間分割方式，即“交替”和“斷續(xù)”方式。(5) 觀察李薩如圖形并測頻率X方向切線對圖形的切點數NxY方向切線對圖形的切點數Ny
π π 3π
=fyfx
5π
3π
7π0實驗步驟424π4242π(1) 熟悉示波器各控制開關的作用，進行使用前的檢查和校準。頻率相同位相不同時的李薩如圖形(2) 將信號發(fā)生器的輸出信號連接到示波器的 CH1 或 CH2，觀察信號波形。(3) 用示波器測量信號的周期 T、頻率 f、幅值 U、峰－峰值 Up-p、有效值 Urms,頻率和幅值任選。(4) 觀察李薩如圖形和“拍”。(5) 利用多波形顯示法和李薩如圖形判別法觀測兩信號的相位差① 多波形顯示法觀測相位差。② 李薩如圖形判別法觀測相位差。數據處理(1) 測量正弦信號峰峰值 UP-P，周期 T示波器測量值信號發(fā)生器顯示值
H=4.0DIV
V0/DIV=0.5V/DIV UP-P=2.0V
U 顯 = 2.0V
L=5.0DIV
T0/DIV=20us/DIV T =0.10ms T 顯 = 0.10ms
U
p p
− U
顯
T − TEup−p=−U顯= 0ET=T00=0(2) 測量直流信號的幅度H = 5.8 V0／DIV=0.5V/DIV(3) 測量相移
x1/DIV x/DIV
5.3 25.0
U ＝2.9V
U 顯 ＝3.0V
θ =x1×360°x
76.32°
1. 模擬示波器為何能顯示高速變化的電信號軌跡？答：在模擬示波器垂直偏轉板上加的是被觀測信號電壓，而在水平偏轉板上加的是鋸齒波（時間線性變化）信號電壓，
所以示波器的示波管的橫軸相當于直角坐標的時間軸，經過一個鋸齒波信號周期，電子束便在示波管的熒光屏上描繪出被觀測信號的波形的一段軌跡。當鋸齒波信號的周期大于或等于周期性觀測信號的周期且與其相位鎖定時（同步 ），電子束便在示波管的熒光屏上描繪出被觀測信號的波形的同一段軌跡，由于人眼的視覺暫留和熒光屏的余輝，便可以觀測到信號的波形。2. 在本實驗中，觀察李薩如圖形時，為什么得不到長時間穩(wěn)定的圖形？答：因為 CH1 與 CH2輸入的是兩個完全不相關的信號，它們的位相差難以保持恒定，所以得不到長時間的穩(wěn)定波形。3. 假定在示波器的 Y 軸輸入一個正弦信號，所用的水平掃描頻率為120Hz，在熒光屏上出現(xiàn)三個穩(wěn)定完整的正弦波形，那么輸入信號的頻率是什么？這是否是測量信號頻率的好方法？為何？答：輸入信號的頻率是 360Hz。這種方法不是測量信號頻率的好方法，因為用此方法測量的頻率精確度低。4. 示波器的掃描頻率遠大于或遠小于輸入正弦信號的頻率時，屏上的圖形是什么情況？答：掃描頻率遠小于輸入正弦信號頻率時，出現(xiàn)圖形是密集正弦波；掃描頻率遠大于輸入正弦信號頻率時，一個周期的信號波形將會被分解成數段，顯示的圖形將會變成網狀交叉線。
超聲波聲速的測量
實驗目的(1) 進一步熟悉示波器的基本結構和原理。(2) 了解壓電換能器的功能，加深對駐波及振動合成等理論知識的理解。(3) 學習幾種測定聲波傳播速度的原理和方法。(4) 通過時差法對聲波傳播速度的測量，了解聲納技術的原理及其重要的實用意義。實驗方法原理聲波是一種彈性媒質中傳播的縱波，波長、強度、傳播速度等是聲波的重要參數，超聲波是頻率大于 20 kH 的機械波，本實驗利用聲速與振動頻率 f 和波長λ之間的關系 v = λ f 來測量超聲波在空氣中的傳播速度。SV5 型聲速測量組合實驗儀（含專用信號源 ），可以做時差法測定超聲波傳播速度的實驗；配以示波器可完成利用共振干涉法，雙蹤比較法和相應比較法測量聲速的任務。本聲速測量儀是利用壓電體的逆壓電效應而產生超聲波，利用正壓電效應接收超聲波，測量聲速的四種實驗方法如下：（由于聲波頻率可通過聲源的振動頻率得出，所以測量聲波波長是本實驗主要任務。）（1）李薩如圖形相位判別法頻率相同的李薩如圖形隨著Δφ的不同，其圖形的形狀也不同，當形狀為傾斜方向相同的直線兩次出現(xiàn)時，Δφ變化 2π ，對應接受器變化一個波長。（2）共振法由發(fā)射器發(fā)出的平面波經接受器發(fā)射和反射器二次反射后，在接受器與發(fā)射器之間形成兩列傳播方向相同的疊加波，觀察示波器上的圖形，兩次加強或減弱的位置差即為波形λ。（3）雙蹤相位比較法直接比較發(fā)信號和接收信號，同時沿傳播方向移動接受器位置，尋找兩個波形相同的狀態(tài)可測出波長。（4）時差法測出脈沖聲速傳播距離 X 和所經歷時間 t, 便可求得聲速。實驗步驟(1) 李薩如圖形相位比較法轉動聲速測量組合實驗儀的距離調節(jié)鼓輪，觀察波形當出現(xiàn)兩次傾斜方向相同的傾斜直線時，記錄這兩次換能器的位置，兩次位置之差為波長。(2) 共振法移動聲速測量儀手輪會發(fā)現(xiàn)信號振幅發(fā)生變化，信號變化相鄰兩次極大值或極小值所對應的接受器移動的距離即是λ/2 ，移動手輪，觀察波形變化，在不同位置測 6 次，每次測 3 個波長的間隔。(3) 比較法使雙通道兩路信號雙蹤顯示幅度一樣，移動手法會發(fā)現(xiàn)其中一路在移動，當移動信號兩次與固定信號重合時所對應的接收器移動的距離是λ，移動手輪，觀察波形變化，多記錄幾次兩路信號重合時的位置，利用逐差法求波長。(4) 時差法轉動手輪使兩換能器的距離加大，每隔 10mm 左右記錄一次數據 xi和ti,根據公式獲得一系列vi后，可以利用逐差法求得聲速 v 的平均值υ 。數據處理(1) 李薩如圖形相位比較法溫度＝20.8℃ 信號發(fā)生器顯示頻率＝37.003 kHz接受器位置序號接受器位置坐標055.40164.53273.94383.40492.655101.90
/mm接受器位置序號接受器位置坐標/mmxj=x+6−xx
6
111.30
55.909.32
7
120.68
56.159.36
8
129.95
56.019.34
9
139.25
55.859.31
10
148.60
55.959.33
11
158.06
56.169.36λi=i6
1
5
−3
2λλ= Σ =×9.34 10λ= =m; v f3.4561×10 /6 j=0(2) 共振法jm s溫度＝20.8℃ 信號發(fā)生器顯示頻率＝37.012 kHz
次數
123456
1接受器記錄48.2076.28104.40132.41160.59188.696
被測數
76.28104.40132.41160.59188.69216.72被測 λ 數n333333
x = a1− a228.0828.1228.0128.1828.1028.03
/mm λ=x/n /mm λ
9.369.379.349.36×10-39.399.379.34其中λ = Σ λi=6 i =1×9.36 10−3m；v= λ = 3.4649×102/v f m s(3) 比較法溫度＝20.8℃ 信號發(fā)生器顯示頻率＝37.015 kHz接受器位置序號 0 1 2
3
4
5接受器位置坐標 57.65接受器位置序號 6接受器位置坐標 114.06
/mm67.047123.5076.388132.7786.759142.2695.1210151.58104.5911161.09xj=xi+6 −xi56.4156.4656.3955.5156.4656.50
1
5λ j6jj=Σλ=0(4)時差法9.409.419.409.259.419.42溫度＝20.8℃ 信號發(fā)生器顯示頻率＝37.032 kHz接收器位置序號 i 0 1 2
3
4
5接收器位置坐標 xi/mm 56.85 66.8076.8086.8096.80106.80脈沖傳播時間 ti/us接收器位置序號 i34763777407843494651049111接收器位置坐標 xi/mm 116.80 126.80136.80146.80156.80166.80脈沖傳播時間 ti/us+ − −xixi522551579606635663vj=6ti+6 −ti/ ms1342.57 344.83348.84348.84352.94348.84
υ =
1
5Σ
=
×
2j= υj6 03.4781 10mm/s(5) 環(huán)境溫度為 T(℃)時的聲速
ν = ν
o
T1 + =T
× +331.5 1
.20 8.
=
343.89m/so(6) 不確定度的計算及實驗結果1 5273 15λ=Σ λ=−3ν fλ26 j=0j9.38 × 10 m;= = 3.4720 × 10 m/s
λ
Σ ( λ − λi2)
−
6
( )uA( ) =n( n −1 )= 6.83×10 muB= 1×10− 5m22
1.21×10− 5mu( λ ) = uA( λ ) + uB( λ )=u( f ) = uB( f ) = 5 ×10−4×37.003 ×103+1 = 19.502Hz
λ
2[u( λ )]+ [u( )2uc( v ) f= ⋅ ⋅λf]= 37.003 ×103× 9.34 ×10−3×1.3986 ×10−3= 0.4834 m/s取 k = 2，則 U=2 uc( v ) = 0.9668 m/sv = (v + v) = (345.61 ± 0.97) m/s1. 示波器在使用過程中熒光屏上只有一條水平亮線而沒有被測信號是什么原因造成的 ?答：在示波器的使用過程中，上述現(xiàn)象經常出現(xiàn)，造成這一現(xiàn)象的原因很多，大致可歸納為：① 示波器接地（GND）（測量時接地按鍵 GND應該彈起）；② 衰減開關 VOLTS/DIV 選擇過大（測量時可先選擇小些）；③ 信號發(fā)生器輸出過小或沒有輸出；④信號發(fā)生器輸出直流信號；⑤ 在信號的傳輸中，導線或接頭接觸不良，也可造成該現(xiàn)象；⑥ 示波器的相關功能鍵都應選擇在正確工作狀態(tài)下。 總之，影響的因素很多，要求使用者在使用前一定認真閱讀教材。2. 在測量聲速時，Y1(CH1)的輸入信號，由于示波器的 Y軸放大器、壓電轉換器、聯(lián)接線路的相移等原因并不與聲波的位相相同，這對于觀察測量聲波波長有無影響? 為什么?答：沒有影響。因為波長是波在傳播過程中位相差為 2π的兩點間的距離，與該處位相無關，所以無影響。3. 試比較幾種測聲速方法的優(yōu)缺點。答：實驗講義上共列出了三種測量方法： ①李薩如圖相位比較法， ②共振法，③波形相位比較法。一般說來，李薩如圖相位比較法測量的比較準，同時便于對知識的溫新和鞏固，對于示波器的使用以及學生動手能力和思考問題的培養(yǎng)，不失是一種較好的途徑，但操作比較繁；對于共振法，判斷相對要困難一些，所以測量誤差一般要大一些，但可以直觀地了解共振現(xiàn)象；而波形相位比較法比的現(xiàn)象較直觀，可操作性強，只是相位判別不如李薩如圖相位比較法準確，但只要認真操作，誤差也不會太大。
邁克耳遜干涉儀
實驗目的(1) 了解邁克耳遜干涉儀的結構、原理及調節(jié)方法。(2) 觀察點光源的等傾干涉圖樣，用 He-Ne激光器校準干涉儀的精密絲杠。（3）觀察白光干涉圖樣，利用白光干涉測定透明薄膜的厚度。實驗方法原理(1) 儀器的結構原理如右上圖 ，從光源 S 發(fā)出的光 ，經透鏡擴束后射至分束板 G1上，一部分被反射 ，一部分被透射 ，然后被相互垂直的兩平面鏡 M1和 M2反射后經 G1而在屏 E 處相遇，形成干涉條紋。(2) 產生干涉的等效光路
′ ′如右下圖， 干涉現(xiàn)象可以看作是光源在 M1和 M2´u21453X射鏡中的虛光源和相干涉 的結果。所以傾角為 θ 時,由 S1´u21644X S2´u21457X出的相干光的光程差 δ = n02d cosθ ≈ 2dcosθ (n0≈ 1) 。(3) 單色點光源產生的干涉1當 δ = kλ（k 為整數 ）時為明條紋 ，而 δ = (k + )λ2時為暗條紋。 δ = 2d 光程差最大， δ隨θ增加而減小，且θ相同點光程差 δ也相同 ，因此屏上干涉條紋是一些同心圓環(huán) ，越靠近環(huán)心條紋的級次越大 。這種干涉是由光源發(fā)出的傾角相同的光干涉的結果 ，故稱等傾干涉 。當增加時，第 k 級條紋傾角 θ必增大 ，在屏上將看到條紋從圓心向外 “涌出 ”，反之 “縮進 ”。每當 d 改變 λ/2 時，就從圓心 “涌出 ”或“縮進 ”一個條紋。(4) 等厚干涉、白光干涉當光源為面光源，M1與 M2´u26377X微小角度時，形成空氣尖，發(fā)生等厚干涉。條紋是一些平行 M1與 M2´u20132X線的直線。條紋間距與夾角呈反比。若用白光照射，可以直接在 M1的反射面上觀察到彩色條紋。實驗步驟(1) 用He-Ne激光器調節(jié)邁克耳遜干涉儀，校準精密絲杠。① 轉動干涉儀粗調手輪，使M1位置適當，調節(jié)M2背面的調節(jié)螺絲，使每個螺絲的位置適中，調節(jié)M2鏡架下的拉簧螺絲也使他們處于適中位置。s s1 2=2d,當② 打開激光器電源開關，讓激光束射向 M2中部，使激光返回光點在在激光器出射口附近。反射光線和投射光線在M1和M2中部。③ 調節(jié)M2背面的螺絲，使屏E上兩排光點對應重合，并可在重合光點內看到干涉條紋④ 用透鏡使激光擴束，調整擴束鏡使擴束后的激光射到分束板上，在觀察屏上就會出現(xiàn)明顯的干涉條紋。若干涉條紋的圓心在視場之外，可輕微調整M2背面的螺絲使環(huán)心向視場趨近。⑤ 沿同方向轉動微調股輪，使條紋縮進或涌出，記錄M1的初始位置，然后每變化50條記錄一次M1的位置，連初始位置共測8次。(2) 用白光干涉的彩色條紋測定透明薄膜的厚度① 在前一步實驗的基礎上，轉粗調手輪使 M1從 M2´u30340X外部向 M2´u38752X近，同時配合調節(jié)M2背面的螺絲和下部的拉簧螺釘，直到條紋變寬變稀，視場中僅能容納一條甚至不到一條條紋為止。② 將毛玻璃放到分束板旁且垂直于激光束，放下觀察屏，白織燈透過毛玻璃照射到分束板上,眼睛盯住平面鏡 M1，轉動微調鼓輪使 M1繼續(xù)從 M2´u22806X部向M2´u38752X近，可見條紋向凹側移動，直到視場中部條紋快變直時,就能觀察到白光干涉的彩色條紋.此時記錄 M1的位置 x1,然后在 M1前與 M1平行放入透明薄膜,必須繼續(xù)沿原方向轉動微調鼓輪,才能再次出現(xiàn)彩色條紋,在此讀取 M1位置 x2.重復測量 6 次數據處理條紋變化數與其對應坐標值記錄表條紋變化數050100150200250300350M1 位置x /mm32.16074 32.17668 32.19262 32.20846 32.22430 32.24071 32.2560432.27202
變化 100 條 M1應移動的理論長度 d=50λ=50×650=3.25×10-2mm。變化 100 條 M1移動的實際程度為(x
(x x )d ′ =4− x0) + (x5− x1) + (x6− x2) + −7 34 × 2= 3.18×10-2mmEd=− ′d dd= -0.35%測定薄膜測量記錄次 M1位置/mm
∆di=|
x1− x2|
平 均
修正后
數
123
x1
30.8336530.8339130.83372
x2
30.8151030.8160030.81580
/mm
0.018550.017910.01792
∆d /mm
∆d =
/mm
∆d + Ed∆d45630.8336030.9428130.942606
230.8150830.9249130.924600.018520.017900.018000.0181330.018070∑ (∆d − ∆di)uAd∆ =i=1=mm( )
2n(n − 1)
20.00013uB(∆d ) = 0.0002 mm−1⎛ n ⎞d∆ =u( )∆ +( )(∆d) = 0.00024mmS = ∆d⎜⎟− 1=0.0333670mmuAd uB−1⎛n⎞⎜⎝n0⎟⎠ucS∆ =( )⎜−⎟1u(∆d) = 0.0006mmU = 2uc(∆S ) = 0.0012 mm⎜n⎟⎝0⎠S = S ± U = (0.033 ± 0.001) mm k = 21. 這里觀察到的環(huán)形干涉條紋，從外觀上看，與牛頓環(huán)有哪些相似之處 ?從產生的原因和由內向外級次的變化來看有何不同? 答：從外觀上看都是同心園環(huán)，而牛頓環(huán)是等厚干涉，這里是等傾干涉，牛頓環(huán)是低級次的干涉條紋在中心，越外級次越高，而邁氏干涉正相反。2. 在 M1如圖 3-14-4 所示的移動過程中，將看到條紋的疏密和運動情況有何變化?答：從密到疏，從疏到密，從條紋向環(huán)心縮進到從環(huán)心向外涌出。3. 白光照射下，M1在 G1和 M2′之間并逐漸向 M2′移動過程中，能否觀察到彩色干涉條紋?可否用這種做法來測量薄膜厚度?為什么? 答：能觀察到，但是在實際測量中，一般不采用這種做法，原因是對初學者而言，由于實驗經驗等因素，非常容易產生回程誤差，給實驗結果帶來影響。
金屬絲彈性模量的測量
實驗目的(1) 掌握光杠桿放大法測微小長度變化量的原理。(2) 學會測量彈性模量的方法。(3) 學會使用逐差法處理數據。實驗方法原理金屬柱體長 L，截面積為 S，沿柱的縱向施力 F1，物體伸長或F / S為ΔL，則彈性模量 Y = 。由于ΔL 甚小，需要用光杠桿∆L / L后才能被較準確的被測量。開始時平面鏡 M 的法線 on 在水平位置，標尺 H 上的刻度 no光通過平面鏡反射，no的像在望遠鏡中被觀察到。加砝碼時，金伸長ΔL，光杠桿后足下落ΔL，平面鏡轉過一個α角，此時標尺線經平面鏡反射在望遠鏡中被觀察到。根據幾何關系∆L ∆n b
光杠桿放大原理圖縮短
放大
發(fā)出屬絲上刻tan α =btan 2α =D∆L =2D∆n
因而， Y =
實驗步驟
8FLDδπd2bn
。由 ∆L =
bD2
∆n 可知，光杠桿的放大倍數為
2Db
。1. 彈性模量測定儀的調節(jié)(1) 左右觀察與調節(jié)(2) 上下觀察與調節(jié)(3) 鏡內觀察與調節(jié)(4) 視差的檢測與排除2. 加減砝碼測量3. 鋼絲長度的測量4. 鋼絲直徑的測量5. 光杠桿足間距的測量數據處理單次測量數據處理表測量值 N 不確定度 u = uBu / N
N ± uL /mmD /mmb /mm726.01765.077.5±2±4±0.90.00280.00230.0116726±21765±477.5±0.9
次數 n 1
2鋼絲直徑 d 數據處理表3 4
5
6
d
UB/mm
di/mmΔdi=
0.704 0.704 0.705 0.704 0.705 0.702
0.704 0.004di-d/mm0
n00.001 0
20.001 0.002
2
du( )
=
0.0057
±d = d udΣ2( ∆di)u( d ) = uA( d ) + uB( d )()mmuA( d )i 1==−10. mm= 002= 0 004. mmd= 0.704 ± 0.004
砝碼質量／kg加碼讀數
0n( n )
標度尺示數及數據處理
1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.0 11.0(n) /mm0加碼讀數4.3 9.0 13.0 17.0 22.4 26.0 30.0 34.0 38.0 42.0 46.0(n/) /mm0.54.5 9.2 12.8 17.3 22.6 26.2 30.6 34.4 38.3 42.446.0平均值(ni) /mm 0.25 4.4 9.1 12.9 17.2 22.5 26.1 30.3 34.2 38.2 42.246.0δni=ni+6 −ni/ mm1 6
δ25.8 25.9 25.1 25.3 25.1 24.5= Σ = 25.266δni=1ni∆δni= δni−δn/ mm0.49 0.64
uB( )= 0.3 / mm-0.16-0.01-0.11-0.76
1 6( ) = Σ(∆δni)2= 0.15uAn30 i=1( )
8FLDu( ) = uA2 ( ) + uB2 ( ) = 0.8−3
×
−3unδn= 0.012Y ==8 × 6 × 9.808× 726×10 ×1765 10=11N m22 −6 −3−31.979 ×10 /
uπd bδn× ×3.142 × 0.704 10( ) ( )× ×77.5 10×25.26 10(Y )=(u(F ))2+(u)2+ (u)2+ (2u(d))2+(u(b))2+(u(δn))2=0.0205Y F L D d b δnY ⋅ u Y( )標準不確定度為 u Y( )=Y=0.0401×1011N /m2
擴展不確定度為
U =
Y2u( )
=
0.08 ×1011N /
2m所以結果表達式為±Y = (Y U) = (1.98±0.08) ×1011N /m21. 光杠桿有什么優(yōu)點，怎樣提高光杠桿測量的靈敏度?答：優(yōu)點是：可以測量微小長度變化量。提高放大倍數即適當地增大標尺距離 D 或適當地減小光杠桿前后腳的垂直距離b，可以提高靈敏度，因為光杠桿的放大倍數為 2D/b。2. 何謂視差，怎樣判斷與消除視差?答：眼睛對著目鏡上、下移動，若望遠鏡十字叉絲的水平線與標尺的刻度有相對位移，這種現(xiàn)象叫視差，細調調焦手輪可消除視差。3. 為什么要用逐差法處理實驗數據?答：逐差法是實驗數據處理的一種基本方法，實質就是充分利用實驗所得的數據，減少隨機誤差，具有對數據取平均的效果。因為對有些實驗數據，若簡單的取各次測量的平均值，中間各測量值將全部消掉，只剩始末兩個讀數，實際等于單次測量。為了保持多次測量的優(yōu)越性，一般對這種自變量等間隔變化的情況，常把數據分成兩組，兩組逐次求差再算這個差的平均值。
隨機誤差的統(tǒng)計規(guī)律
實驗目的(1) 通過一些簡單測量，加深對隨機誤差統(tǒng)計規(guī)律的認識(2) 學習正確估算隨機誤差、正確表達直接測量結果的一般方法(3) 了解運用統(tǒng)計方法研究物理現(xiàn)象的簡單過程實驗方法原理對某一物理量在相同條件下進行 n 次重復測量 (n>100), 得到 n 個結果x1, x2,⋯, xn, 先找出它的最小值和最大值 ，然后確定一個區(qū)間 [x′, x ′] ，使這個區(qū)間包含了全部測量數據 。將區(qū)間 [x′, x ′] 分成若干個小區(qū)間，比如 Kx ′ − x′個，則每個小區(qū)間的間隔 ∆ 為 ∆ =K，統(tǒng)計測量結果出現(xiàn)在各個小區(qū)間的次數 M (稱為頻數 )。以測量數據為橫坐標，只需標明各區(qū)間的中點值，以頻數M 為縱坐標，畫出各小區(qū)間及其對應的頻數高度，則可得到一組矩形圖 ，這就是統(tǒng)計直方圖 。直方圖的包絡表示頻數的分布 ，它反映了測量數據的分布規(guī)律 ，也即隨機誤差的分布規(guī)律。實驗步驟(1) 用鋼卷尺測量擺線長。(2) 用游標卡尺測量擺球直徑。(3) 當擺長不變，擺角 (小于5o)保持一定時，擺動的周期是一個恒量，用數字秒表測量單擺的周期至少100次，計算測量結果的平均值T 和算術平均值的標準差 S (x) 。(4) 保持擺長不變，一次測量20個以上全振動的時間間隔，算出振動周期。數據處理2.07 2.12 2.122.00 2.22 2.112.43 2.12 2.221.91 2.18 2.032.06 2.28 2.162.10 2.03 2.091.94 1.90 1.992.00 1.98 2.002.06 2.25 2.161.99 2.04 2.132.162.012.222.192.121.941.912.042.102.222.16 2.03 2.06 2.032.31 1.94 2.12 2.192.13 1.81 1.99 2.032.28 2.06 2.06 2.162.00 2.09 2.12 1.971.93 2.06 2.11 2.132.12 2.16 2.13 2.132.12 2.05 2.06 2.122.11 2.07 2.04 2.092.09 2.07 2.10 2.002.23 1.842.06 2.132.12 2.172.00 2.002.11 2.222.09 2.062.18 1.912.03 2.232.19 2.352.12 2.07小區(qū)間1.811 ～1.8721.872 ～1.934小區(qū)間中點值1.8411.093頻數 M25相對頻數 M/n0.020.05
1.934 ～1.9961.996 ～2.0582.058 ～2.1202.120 ～2.1822.182 ～2.2442.244 ～2.3062.306 ～2.368
2.368 ～ 2.430
1.9652.0272.0892.1512.2132.2752.337
2.399
8183419832
1
d
0.080.180.340.190.080.030.02
0.01l = 0.990 md = 0.03364 m
20 T ′ = 40.44 s100∑ xi=L = l + =21.00682 m
M40T =i1=1001002.051s
230S x( )=∑ ( xi− xi=1n(n −)=.0 006724s201)T = T ± 2S (x) = (2.05 ± 0.01) s
T ′ =40.44=2.022 s20210
1.841 1.903 1.965 2.027 2.089 2.151 2.213 2.275 2.3372.399
單擺周期統(tǒng)計直方圖
xgT4= π2L =m s9.2910 /2
g
T′
=T
4πT ′
2
2
L =
m s9.5594 /
2
2g0=9.80891m / s
g − gET=Tg00×100% =5.28%
g − gET=T′
0
×100% =
2.54%g01. 什么是統(tǒng)計直方圖? 什么是正態(tài)分布曲線?兩者有何關系與區(qū)別?答：對某一物理量在相同條件下做 n 次重復測量，得到一系列測量值，找出它的最大值和最小值，然后確定一個區(qū)間，使其包含全部測量數據，將區(qū)間分成若干小區(qū)間，統(tǒng)計測量結果出現(xiàn)在各小區(qū)間的頻數 M，以測量數據為橫坐標，以頻數 M 為縱坐標，劃出各小區(qū)間及其對應的頻數高度，則可得到一個矩形圖，即統(tǒng)計直方圖。如果測量次數愈多，區(qū)間愈分愈小，則統(tǒng)計直方圖將逐漸接近一條光滑的曲線，當 n 趨向于無窮大時的分布稱為正態(tài)分布，分布曲線為正態(tài)分布曲線。2. 如果所測得的一組數據，其離散程度比表中數據大，也就是即 S(x)比較大，則所得到的周期平均值是否也會差異很大?答：（不會有很大差距，根據隨機誤差的統(tǒng)計規(guī)律的特點規(guī)律，我們知道當測量次數比較大時，對測量數據取和求平均，正負誤差幾乎相互抵消，各誤差的代數和趨于零。
3. 測量凹透鏡焦距 f 和實驗室給出的 f0，比較后計算出的 E 值（相對誤差）一般比較大，試分析 E大的原因?答：E 較大的原因可能是因為放入凹透鏡后所成像的清晰度很難確定，即像的聚焦情況不好，從而導致很難測出清晰成像的位置。4. 在測量凸透鏡的焦距時，可以利用測得的多組 u、v 值，然后以 u+v 作縱軸，以 u•v 作橫軸，畫出實驗曲線。根據式(3-15-1)事先推斷一下實驗曲線將屬于什么類型 ，怎樣根據這條曲線求出透鏡的焦 距f?u υf =+答：曲線是直線，可根據直線的斜率求出 f，f=1/k，因為 1/f=1/u+1/v，即u υ ，故可有 f=1/k。5. 測量凸透鏡的焦距時 ，可以測得多組 u、v 值，以 v/u(即像的放大率 )作縱軸，以 v作橫軸，畫出實驗曲線。試問這條實驗曲線具有什么形狀 ?怎樣由這條曲線求出透鏡的焦距 f ?答：曲線是直線，在橫軸上的截距就是 f。
