大學(xué)物理實驗2

1、實驗5 組裝邁克爾遜干涉儀測量空氣折射率（304）一、實驗?zāi)康?. 學(xué)習(xí)一種測量空氣折射率的方法。2. 進一步了解光的干涉現(xiàn)象及其形成條件。3. 學(xué)習(xí)調(diào)整光路的方法。二、實驗儀器1、激光器； 2、二維調(diào)整架（SZ-07）； 3、擴束鏡（f=15mm）； 4、升降調(diào)整座（SZ-03）； 5、三維平移底座（SZ-01）； 6、分束鏡（50%）； 7、通用底座（SZ-04）； 8、白屏（SZ-13）； 9、二維調(diào)整架（SZ-07）； 10、空氣室； 11、光源二維調(diào)節(jié)架； 12、二維平移底座（SZ-02）； 13、二維調(diào)整架（SZ-07）； 14、平面反射鏡（SZ-18）； 15、二維平移底座（SZ

2、-02）； 16、二維平移底座（SZ-02） ；17、平面反射鏡 ；18、二維調(diào)整架（SZ-07）； 19、升降調(diào)整座（SZ-03）； 20、精密電子氣壓計圖3.1-1 自組邁克耳孫干涉儀測量空氣折射率的實物示意圖三、實驗原理邁克爾遜干涉儀光路示意圖如圖（3.1-2）所示。其中，BS為平板玻璃，稱為分束鏡，它的一個表面鍍有半反射金屬膜，使光在金屬膜處的反射光束與透射光束的光強基本相等。M1、M2為互相垂直的平面反射鏡，M1、M2鏡面與分束鏡BS均成450角；M1可以移動，M2固定。表示M2對BS金屬膜的虛像。從光源S發(fā)出的一束光，在分束鏡BS的半反射面上被分成反射光束1和透射光束2。光束1從B

3、S反射出后投向M1鏡，反射回來再穿過BS；光束2投向M2鏡，經(jīng)M2鏡反射回來再通過BS膜面上反射。于是，反射光束1與透射光束2在空間相遇，發(fā)生干涉。O 圖3.1-2 邁克爾遜干涉儀光路示意圖激光SBS12由圖（3.1-2）可知，邁克爾遜干涉儀中，當(dāng)光束垂直入射至M1、M2鏡時，兩束光的光程差為 （3.1-1）式中，和分別是路程、上介質(zhì)的折射率。設(shè)單色光在真空中的波長為，當(dāng) （3.1-2）時干涉相長，相應(yīng)地在接收屏中心的總光強為極大。由式（3.1-1）知，兩束相干光的光程差不但與幾何路程有關(guān)，還與路程上介質(zhì)的折射率有關(guān)。當(dāng)支路上介質(zhì)折射率改變時，因光程的相應(yīng)改變而引起的干涉條紋的變化數(shù)為。由（3

4、.1-1）式和（3.1-2）式可知 （3.1-3）例如：取和，若條紋變化，則可以測得?？梢?，測出接收屏上某一處干涉條紋的變化數(shù)，就能測出光路中折射率的微小變化。正常狀態(tài)（）下，空氣對在真空中波長為的光的折射率，它與真空折射率之差為。用一般方法不易測出這個折射率差，而用干涉法能很方便地測量，且準(zhǔn)確度高。四、實驗內(nèi)容及步驟（1）實驗裝置實驗裝置如圖3.1-3所示。用He-Ne激光作光源（He-Ne激光的真空波長為），并附加小孔光欄H及擴束鏡T。擴束鏡T可以使激光束擴束。小孔光欄H是為調(diào)節(jié)光束使之垂直入射在M1，M2鏡上時用的。另外，為了測量空氣折射率，在一支光路中加入一個玻璃氣室，其長度為。氣壓表

5、用來測量氣室內(nèi)氣壓。在O處用毛玻璃作接收屏，在它上面可看到干涉條紋。O圖3.1-3 測量空氣折射率實驗裝置示意圖激光器G氣壓表HTL氣室打氣球（2）測量方法調(diào)好光路后，先將氣室抽成真空（氣室內(nèi)壓強接近于零，折射率），然后再向氣室內(nèi)緩慢充氣，此時，在接收屏上看到條紋移動。當(dāng)氣室內(nèi)壓強由0變到大氣壓強時，折射率由1變到。若屏上某一點（通常觀察屏的中心）條紋變化數(shù)為，則由式（3.1-3）可知 （3.1-4）但實際測量時，氣室內(nèi)壓強難以抽到真空，因此利用（3.1-4）式對數(shù)據(jù)作近似處理所得結(jié)果的誤差較大。應(yīng)采用下面的方法才比較合理。理論證明，在溫度和濕度一定的條件下，當(dāng)氣壓不太大時，氣體折射率的變化量

6、與氣壓的變化量成正比：所以 （3.1-5）將（3.1-3）式代入該式，可得 （3.1-6）式（3.1-6）給出了氣壓為時的空氣折射率。可見，只要測出氣室內(nèi)壓強由變化到時的條紋變化數(shù)，即可由式（3.1-6）計算壓強為時的空氣折射率，氣室內(nèi)壓強不必從0開始。例如，取=760mmHg，改變氣壓的大小，測定條紋變化數(shù)目，用（3.1-6）式就可以求出一個大氣壓下的空氣折射率的值。（3）實驗步驟1. 按實驗裝置示意圖把儀器放好。打開激光光源。2. 調(diào)節(jié)光路光路調(diào)節(jié)的要求是：M1，M2兩鏡相互垂直；經(jīng)過擴束和準(zhǔn)直后的光束應(yīng)垂直入射到M1，M2的中心部分。（1）粗調(diào)H和T先不放入光路，調(diào)節(jié)激光管支架，目測使光

7、束基本水平并且入射在M1，M2反射鏡中心部分。若不能同時入射到M1，M2的中心，可稍微改變光束方向或光源位置。注意操作要小心，動作要輕慢，防止損壞儀器。（2）細(xì)調(diào)放入H，使激光束正好通過小孔H。然后，在光源和干涉儀之間沿光束移動小孔H。若移動后光束不再通過小孔而位于小孔上方或下方，說明光束未達(dá)到水平入射，應(yīng)該緩慢調(diào)整激光管的仰俯傾角，最后使得移動小孔時光束總是正好通過小孔為止。此時，在小孔屏上可以看到由M1，M2反射回來的兩列小光斑。用小紙片擋住M2鏡，H屏上留下由M1鏡反射回來的一列光斑，稍稍調(diào)節(jié)光束的方位，使該列光斑中最亮的一個正好進入小孔H（其余較暗的光斑與調(diào)節(jié)無關(guān)，可不管它）。此時，光

8、束已垂直入射到M1鏡上了。調(diào)節(jié)時應(yīng)注意盡量使光束垂直入射在M1鏡的中心部分。用小紙片擋住M1鏡，看到由M2鏡反射回來的光斑，調(diào)節(jié)M2鏡后面的三個調(diào)節(jié)螺釘，使最亮的一個光斑正好進入小孔H。此時，光束已垂直入射到M2鏡的中心部分了。記住此時光點在M2鏡上的位置。放入擴束鏡，并調(diào)節(jié)擴束鏡的方位，使經(jīng)過擴束后的光斑中心仍處于原來它在M2鏡上的位置。調(diào)節(jié)至此，通常即可在接收屏O上看到非定域干涉圓條紋。若仍未見條紋，則應(yīng)按、步驟重新調(diào)節(jié)。條紋出現(xiàn)后，進一步調(diào)節(jié)垂直和水平拉簧螺絲，使條紋變粗、變疏，以便于測量。3. 測量測量時，利用打氣球向氣室內(nèi)打氣，讀出氣壓表指示值，然后再緩慢放氣，相應(yīng)地看到有條紋“吐出

9、”或“吞進”（即前面所說條紋變化）。當(dāng)“吐出”或“吞進”=30個條紋時，記錄氣壓表讀數(shù)值。然后重復(fù)前面的步驟，共取6組數(shù)據(jù)，求出移過=30個條紋所對應(yīng)的氣室內(nèi)壓強的變化值的6次平均值。4. 計算空氣的折射率氣壓為時的空氣的折射率為我們要求測量為1個大氣壓強時空氣的折射率。五、注意事項1. 點燃激光管需要幾千伏直流高壓，調(diào)節(jié)時不要碰到激光管上的電極，以免觸電。強光還會灼傷眼睛，注意不要讓激光直接射入眼睛。2. 嚴(yán)禁觸摸光學(xué)儀器表面。3. 防止小氣室及氣壓表摔壞；打氣時不要超過氣壓表量程。4. 實驗中必須保持安靜，盡量避免身體觸碰光學(xué)平臺以及在實驗臺附近走動。5. 如何利用對氣室抽空后充氣的方法測

10、量空氣的折射率？六、數(shù)據(jù)記錄及處理室溫15 ；大氣壓760mmHg；200mm；nm；30。123456(mmHg)280280280280280280( mmHg)( mmHg )平均值 (mmHg)空氣折射率七、思考題1、本實驗?zāi)芊裼冒谉霟糇鞴庠矗?、在什么條件下產(chǎn)生等傾干涉條紋？在什么條件下產(chǎn)生等厚干涉條紋？3、試簡述如何使干涉條紋的寬度變大？實驗6 用光杠桿測量金屬的彈性模量（311）一、實驗?zāi)康?1學(xué)習(xí)用光杠桿測量微小長度變化的原理，掌握放大法. 2理解視差，掌握消除視差的調(diào)整方法.3學(xué)會用逐差法處理數(shù)據(jù)，掌握對測量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)不確定度進行評定.二、實驗儀器楊氏模量測定儀、鋼絲、砝碼、

11、游標(biāo)卡尺、卷尺三、實驗原理設(shè)金屬絲的長度為L，橫截面積為S，沿長度方向受到作用力F時，金屬絲發(fā)生彈性形變，伸長(或縮短)L.比值FS是單位橫截面上的作用力，稱為正應(yīng)力；比值L/L是相對伸長，稱為線應(yīng)變.胡克定律告訴我們：在物體的彈性限度內(nèi)正應(yīng)力與線應(yīng)變成正比 (9-1)比例系數(shù)E稱為彈性模量(曾稱楊氏模量)，單位名稱為帕斯卡，單位符號為Pa.實驗證明，彈性模量與溫度有關(guān)，與物體本身材料的化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)、加工制造方法有關(guān)，而與外力、物體的形狀及大小無關(guān)，是表征固體性質(zhì)的一個重要物理量.固體中縱波的波速、固體材料的很多力學(xué)性質(zhì)都與彈性模量有關(guān)，據(jù)此可以提供測彈性模量的不同方法.本實驗就是從(9-1

12、)式出發(fā)來測量彈性模量。裝置介紹(9-1)式中F、S、L的測量很容易解決，而L很小，用一般工具不易測準(zhǔn)，因此可采用光杠桿法。其裝置如圖9-1(a)所示，其細(xì)部見圖9-1(b):待測金屬絲的上端固定在支架的頂部，下端固定在“口”形框的上端，“口”形框下端的絲口接砝碼托，在托上放置砝碼.可上下移動的平臺固定在支架的中部，平臺上有一個矩形孔，“口”形框穿過此孔并可以在孔中上下自由移動.平面鏡安裝在有三只尖腳的鏡座上，前兩只尖腳放在平臺上，第三只主桿尖腳卡在“口”形框內(nèi)側(cè)底面中央的接砝碼托絲口的凹處，可以隨著金屬絲的伸長而上下移動.將水準(zhǔn)儀放在平臺上，調(diào)節(jié)支架底部的三個螺釘使平臺水平.將平面鏡的鏡面轉(zhuǎn)

13、到與水平面垂直，望遠(yuǎn)鏡正對平面鏡，調(diào)節(jié)目鏡與叉絲距離調(diào)節(jié)手輪和調(diào)焦手輪，從望遠(yuǎn)鏡中可以看到由平面鏡反射過來的標(biāo)尺的像.平面鏡與鏡座構(gòu)成了光杠桿(見圖9-1（b）).光杠桿測微小伸長量的原理見圖9-3.當(dāng)金屬絲伸長L時，光杠桿的長為b的主桿尖腳也隨之下落L,帶動平面鏡M轉(zhuǎn)過角而至M'，鏡面的法線也轉(zhuǎn)過角至.根據(jù)反射定律，從標(biāo)尺的n2處發(fā)出的光線將反射到n0，從望遠(yuǎn)鏡中看到的是經(jīng)平面鏡反射過來的標(biāo)尺上n2處的刻線.由圖9-2可以看出圖9-1 用光杠桿測量彈性模量裝置圖 因為是在望遠(yuǎn)鏡中觀察到的標(biāo)尺上刻線的變化，即，設(shè)，由于角很小，因此 消去得 (9-2)從圖9-2可以看出，o相當(dāng)于杠桿的支

14、點，b+D相當(dāng)于杠桿本身，只是D由光線所代替，所以稱為光杠桿。L原來是難測的微小長度，當(dāng)取D遠(yuǎn)大于b時，經(jīng)光杠桿轉(zhuǎn)換后的量n卻是較大的量，可以從標(biāo)尺上直接讀得.這種放大法是物理實驗的基本測量方法之一。將(9-2)式代入(9-1)式，由于金屬絲的截面積，d為金屬絲直徑，得 (9-3)望遠(yuǎn)鏡的光路和結(jié)構(gòu)參見圖9-3。焦距較長的物鏡固定在外筒上，焦距較短的目鏡套在內(nèi)筒的右端，內(nèi)筒的左端固定著十字叉絲，叉絲與物鏡之間的距離可旋轉(zhuǎn)手輪來調(diào)節(jié)，叉絲與目鏡之間的距離可旋轉(zhuǎn)手輪來調(diào)節(jié).用望遠(yuǎn)鏡觀察遠(yuǎn)處的物體時，視角為，光線經(jīng)過物鏡后，將在物鏡的后焦平面附近生成一個倒立縮小的實像A'B'，此像應(yīng)

15、與叉絲共面.此實像雖較原物體小，但比原物體離眼睛近，放大的視角為.目鏡的作用是將此實像和叉絲放大，觀察者就可看到原物體和叉絲的虛像.使用望遠(yuǎn)鏡時，應(yīng)先調(diào)節(jié)目鏡與叉絲距離調(diào)節(jié)手輪，使觀察到的十字叉絲最清晰.再調(diào)節(jié)叉絲與物鏡距離調(diào)節(jié)手輪，使觀察到的物體的像清晰.如果物鏡所成的像A'B'與叉絲共面，當(dāng)上下或左右移動眼睛時，叉絲與物體之間就不會有相對移動；如果像A'B'不與叉絲共面，當(dāng)上下或左右移動眼睛時，叉絲與物體之間就發(fā)生了相對移動，而測不準(zhǔn)物體的位置.當(dāng)指示器(如儀器指針或像A'B')與標(biāo)尺(如儀器標(biāo)度盤或叉絲)表面不在同一平面時，觀測者偏離正確觀

16、察方向進行讀數(shù)或瞄準(zhǔn)時所引起的誤差稱為視差.望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡等光學(xué)儀器使用前，都應(yīng)反復(fù)仔細(xì)地調(diào)節(jié)物鏡與叉絲及目鏡與叉絲之間的距離，使像A'B'與叉絲(或分劃板)共面，消除視差.四、實驗內(nèi)容1. 調(diào)節(jié)圖9-1裝置中的底腳螺釘，使平臺水平(可用水準(zhǔn)儀檢查).砝碼托質(zhì)量，它與“口”形框可把金屬絲拉直.調(diào)節(jié)平面鏡與標(biāo)尺之間的距離為152m，而且鏡面和尺都與水平面垂直.望遠(yuǎn)鏡的鏡筒水平放置，并正對平面鏡.2. 旋轉(zhuǎn)叉絲與目鏡距離調(diào)節(jié)手輪，使觀察到的叉絲最清晰.從望遠(yuǎn)鏡外側(cè)沿鏡筒軸線方向目測，看從平面鏡反射來的標(biāo)尺的像，如目測不到，就應(yīng)左右移動望遠(yuǎn)鏡和標(biāo)尺的位置或檢查平面鏡與標(biāo)尺是否都與水平

17、面垂直，仔細(xì)、輕微轉(zhuǎn)動平面鏡，直到目測到為止.調(diào)節(jié)叉絲與物鏡距離調(diào)節(jié)手輪，以便在目鏡中清楚地讀出標(biāo)尺上的標(biāo)度(即調(diào)焦).上下或左右移動眼睛的同時，仔細(xì)調(diào)節(jié)這兩個手輪，使標(biāo)尺刻線與叉絲之間沒有相對移動，以基本消除視差.記下叉絲橫線所對準(zhǔn)的標(biāo)尺刻度.3. 輕輕地按順序依次在砝碼托上增加質(zhì)量都為的砝碼，從望遠(yuǎn)鏡中觀察標(biāo)尺的像，并逐次記下相應(yīng)的標(biāo)尺刻度n1、 n2、 n3、 n4、 n5、 n6、 n7.然后輕輕地將砝碼依次取下，記錄相應(yīng)的標(biāo)尺讀數(shù).放砝碼時，砝碼的缺口應(yīng)交錯放置，防止砝碼傾倒.將以上結(jié)果填人表9-1中.4. 用千分尺測金屬絲的直徑d，將數(shù)據(jù)填入表9-2.5. 用鋼卷尺測出金屬絲的長度

18、L和平面鏡到標(biāo)尺的距離D.將光杠桿放在紙上壓出三只尖腳的痕跡，用鋼卷尺量出主桿尖腳跡點至其余兩尖腳跡點連線間的垂線長度b(參見圖9-1（b）).L、D、b這三個量只測一次，由儀器誤差決定測量的B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度.6. 取同一負(fù)荷下標(biāo)尺讀數(shù)的平均差值，用逐差法算出平均值，這是增重時的平均差值完成表9-1和表9-2的各項計算。7. 將以上數(shù)據(jù)代入(9-3)式，計算金屬絲的彈性模量E的最佳測得值。五、注意事項1. 調(diào)好裝置記下后，實驗過程中不能再動光杠桿、望遠(yuǎn)鏡和標(biāo)尺所構(gòu)成的光路系統(tǒng)，否則應(yīng)重新測量.2. 加減砝碼時應(yīng)輕拿輕放，減小光杠桿的振動，同時加砝碼時應(yīng)將砝碼缺口交錯放置，防止砝碼從砝碼托上掉下

19、。六、數(shù)據(jù)處理七、誤差分析 八、附原始數(shù)據(jù)記錄表格（注：作實驗時記錄在原始數(shù)據(jù)上用）表 9-1 用逐差法處理數(shù)據(jù) 單位：cm次數(shù)所加砝碼質(zhì)量（g）增重時的讀數(shù)減重時的讀數(shù)兩次讀數(shù)的平均值加4m0砝碼時標(biāo)尺讀數(shù)的變化與的偏差0m0=12m023m034m045m056m067m078m0平均值表9-2 千分尺零點d0= mm次數(shù)123456平均（mm）初讀值d'i(mm)測量值di=d'i-d0(mm)殘差(mm)實驗7拉膜法測定液體表面張力系數(shù)（309）一引言很多現(xiàn)象表明，液體表面具有收縮到盡可能小的趨勢。從微觀角度看，液體表面是具有厚度為分子吸引力有效半徑(約)的薄層，稱之為

20、表面層。處于表面層內(nèi)的分子較之液體內(nèi)部的分子缺少了一部分能和它起吸引作用的分子，因而出現(xiàn)了一個指向液體內(nèi)部的吸引力。使得這類分子有向液體內(nèi)部收縮的趨勢。從能量觀點看，任何內(nèi)部分子欲進入表面層都要克服這個吸引力而作功?？梢姡砻鎸佑斜纫后w內(nèi)部更大的勢能，即所謂表面能，表面積越大、表面能也越大。如所周知，任何體系總以勢能最小的狀態(tài)最為穩(wěn)定。所以，液體要處于穩(wěn)定，液面就必須縮小，以使其表面能盡可能減小，宏觀上就表現(xiàn)為液體表面層的張力，稱為表面張力。液體因表面張力而收縮的事實，說明表面張力是與液體表面相切的，也就是沿液體表面而作用的，其方向不論在平面或曲面里，都與液面的邊界垂直。如果在液體表面想像地畫

21、一根直線，則表面張力的作用就表現(xiàn)為線段兩邊的液面以一定的拉力相互作用，而且力的方向與線段相垂直，其大小與該線段之長度成正比。即： (24.1)其中，比例系數(shù)稱為液體的表面張力系數(shù)，它表示單位長度的線段兩側(cè)液面的相互拉力。其單位為：。當(dāng)液體表面與其蒸汽或空氣相接觸時，表面張力僅與液體本身的性質(zhì)及其溫度有關(guān)。各種液體，其的數(shù)值可以很不相同：密度小、容易蒸發(fā)的液體，其較??；而熔融金屬的則很大。在一般情況下，同種液體溫度愈高，愈小。另外，的大小還與其相鄰物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)有關(guān)，與液體本身的純度也有很大關(guān)系，某些雜質(zhì)能使增大，而表面活性物質(zhì)則能使表面張力系數(shù)減小。液體與固體相接觸時的情況，不僅取決于液體自身

22、的內(nèi)聚力，而且取決于液體分子與其接觸的固體分子之間的吸引力（稱為附著力）。當(dāng)內(nèi)聚力大于附著力時，液面與自由液面相似，有收縮的取向。這時，接觸角（與固體接觸處液體表面的切線和固體表面指向液體內(nèi)部的切線間的夾角），則稱液體不潤濕該固體；反之，當(dāng)附著力大于內(nèi)聚力時，液體就潤濕該固體。本實驗就是利用液體與固體潤濕的現(xiàn)象，用拉膜法測定水的表面張力系數(shù)。二實驗?zāi)康?了解焦利氏秤的結(jié)構(gòu)、原理并學(xué)會正確使用。 用拉膜法測定液體的表面張力系數(shù)。 用最小二乘原理擬合直線。三、實驗儀器焦利氏秤；砝碼；玻璃皿；“”形金屬絲；游標(biāo)卡尺；待測樣品：自來水；酒精燈(共用)。焦利氏秤實際上是一個特殊結(jié)構(gòu)的彈簧秤，是用來測量鉛

23、直方向微小力的儀器之一。其結(jié)構(gòu)如圖24-2所示。帶有標(biāo)尺（主尺）的銅管裝入頂部帶有游標(biāo)（副尺）的套筒內(nèi)，二者一起配合讀數(shù)組成一“游標(biāo)尺”，且可以通過調(diào)節(jié)安裝在套筒下部的調(diào)節(jié)旋鈕使銅管上下移動?？逃袦?zhǔn)線“”的玻璃指示管通過套夾固定于套筒中部。套筒下部還由套夾固定著一個可放置玻璃皿(或其他容器)的小載物平臺，載物臺的升降可由其下部的螺旋調(diào)節(jié)。使用時，將儀器專用彈簧用頂絲緊固在銅管之頂部伸出的支撐臂上，彈簧下端掛一刻有準(zhǔn)線“”的指示鏡，并將其套于指示管內(nèi)。然后，將砝碼盤掛在指示鏡下端。調(diào)節(jié)焦利氏秤底部兩個地腳螺絲，使套筒處于鉛直位置（此時指示鏡應(yīng)自由懸于指示管中央）。調(diào)節(jié)旋鈕，使準(zhǔn)線與及其在指示鏡中

24、的像三線重合，并將此位置定為彈簧的平衡位置。當(dāng)在砝碼盤施以力時，由于彈簧伸長，指示鏡之準(zhǔn)線下移。只要再度調(diào)節(jié)，使重新上升至三線重合，即可通過此時游標(biāo)尺上的讀數(shù)求出彈簧的伸長量。若為已知，則彈簧的倔強系數(shù)：(24.6)可見，焦利氏秤是一個下端“固定”，靠彈簧“向上”伸長來測定微小力的彈簧秤。四實驗原理將一表面潔凈、寬度、絲直徑為的“”形細(xì)金屬絲豎直地浸于水中，然后將其徐徐拉出。由于水能潤濕該金屬絲，所以，水膜將布滿“”形絲四周，且在其邊框內(nèi)被帶起?？紤]到拉起的水膜系具有幾個分子層厚度的雙面膜，其與水分界面接觸部分的周長約為，因此，式(24.1)變?yōu)椋?(24.2)若將“”形絲通過其的正中點懸掛于

25、可測微小力的彈簧秤之上(如圖24-1（a）所示)，則可由拉膜過程中彈簧的伸長量求出。根據(jù)虎克定律：在彈性限度內(nèi)，彈簧恢復(fù)力與彈簧的絕對伸長量成正比，且方向相反，即： (24.3)其中，表彈簧的倔強系數(shù)，單位為。實際上，拉膜過程中，“”形絲框除了受到及的作用外，如圖24-1（b）所示，還有如下諸力的作用：（）水膜自身的重力很小可忽略；（）金屬絲仍處于水中的那部分體積所受到的浮力，因金屬絲框很細(xì)，即很小，故也可以忽略不計；（）金屬絲框受到大氣壓力的合力為零；及（）“”形絲本身的重力。若將“”形金屬絲框掛上之后，且使其邊與水面平齊之時規(guī)定彈簧的平衡位置，則“”形絲的重力對彈簧從該平衡位置算起的伸長量

26、也將沒有貢獻(xiàn)。在上述假定下，彈簧的伸長就只取決于表面張力在垂直方向的分量。設(shè)接觸角為，則該分量為：。顯然，在彈簧伸長至且使液膜剛剛破裂的瞬間，該分力應(yīng)與彈簧的彈性恢復(fù)力相平衡，即： (24.4)考慮到水與“”形金屬絲接觸角很小，；而且實際上；所以，式(24.4)可簡化為： (24.5)其中，表示拉膜過程中彈簧的伸長量。可見，只要測得及，即可由(24.5)式求出水的表面張力系數(shù)。五實驗步驟 1安裝、調(diào)整并熟悉儀器。然后測儀器專用彈簧的倔強系數(shù)。 2將以酒精燈灼燒過的潔凈的“”形絲輕輕掛在砝碼盤下端，前后緩緩拉膜4次，測出在水的表面張力作用下彈簧的伸長量。 3用游標(biāo)卡尺測“”形絲寬度。然后，求出室

27、溫時水的表面張力系數(shù)。六注意事項 1調(diào)節(jié)焦利氏秤時一定要保證指示鏡在整個測量過程中自由懸于指示管中央。 2焦利氏秤專用彈簧不要隨意拉動，或掛較重物體，以防損壞。 3測量“”形絲寬度時，應(yīng)放在紙上，注意防止其變形。 4灼燒“”形絲時不宜使其溫度過高，微紅（約）即可，以防變形。灼燒之后不應(yīng)再用手觸摸，因“”形絲很小，故應(yīng)防止遺失。 5拉膜時動作要輕，盡力避免彈簧的上、下振動。為使數(shù)據(jù)測量準(zhǔn)確，拉膜過程中動作要協(xié)調(diào)：在調(diào)節(jié)旋鈕使彈簧均勻向上伸長時，需同時反時針旋轉(zhuǎn)螺旋，使載物臺均勻下移，以始終保持、及其在指示鏡中的像的三線重合。七數(shù)據(jù)處理八誤差分析 實驗8 邁克爾遜干涉儀測量He-Ne激光波長（30

28、6）一、實驗?zāi)康模?、了解邁克爾遜干涉儀的結(jié)構(gòu)、原理和調(diào)節(jié)使用方法；2、了解光的干涉現(xiàn)象；觀察、認(rèn)識、區(qū)別等傾干涉3、掌握用邁克爾遜干涉儀測HeNe激光的波長的方法。二、實驗儀器邁克耳遜干涉儀；HeNe激光器三、實驗原理圖3點光源非定域干涉2 M2 如圖2示，從光源S發(fā)出的光束射向分光板G1，被G1底面的半透半反膜分成振幅大致相等的反射光1和透射光2，光束被動鏡M2再次反射回并穿過G1到達(dá)E；光束2穿過補償片G2后被定鏡M1反射回，二次穿過G2到達(dá)G1 并被底層膜反射到達(dá)E；最后兩束光是頻率相同、振動方向相同，光程差恒定即位相差恒定的相干光，它們在相遇空間E產(chǎn)生干涉條紋。 由M反射回來的光波在

29、分光板G的第二面上反射時，如同平面鏡反射一樣，使M在M附近形成M的虛像M，因而光在邁克爾遜干涉儀中自M和M的反射相當(dāng)于自M和M的反射。由此可見，在邁克爾遜干涉儀中所產(chǎn)生的干涉與空氣薄膜（M和M之間所夾）所產(chǎn)生的干涉是等效的。 當(dāng)M和M平行時(此時M和M嚴(yán)格互相垂直)，將觀察到環(huán)形的等傾干涉條紋。一般情況下，M和M形成一空氣劈尖，因此將觀察到近似平行的等厚干涉條紋。1、 單色光的等傾干涉激光器發(fā)出的光波長為，經(jīng)凸透鏡L后會聚S點。S點可看做一點光源，經(jīng)G、M、M的反射，也等效于沿軸向分布的2個虛光源S、S所產(chǎn)生的干涉。因S、S發(fā)出的球面波在相遇空間處處相干，所以觀察屏E放在不同位置上，均可看到干

30、涉條紋，故稱為非定域干涉。當(dāng)E垂直于軸線時(見圖2)，調(diào)整M和M的方位使相互嚴(yán)格垂直，則可觀察到等傾干涉圓條紋。邁克爾遜干涉儀所產(chǎn)生的環(huán)形等傾干涉圓條紋的位置取決于相干光束間的光程差，而由M和M反射的兩列相干光波的光程差為2dcos （1）其中為反射光在平面鏡M上的入射角。由干涉明紋條件有2dcosk（2）(考慮到較小，)（1） d、一定時，若 = 0，光程差 = 2d最大，即圓心所對應(yīng)的干涉級次最高，從圓心向外的干涉級次依次降低；（2） k、一定時，若d增大，隨之增大，可觀察到干涉環(huán)紋從中心向外“涌出”， 干涉環(huán)紋逐漸變細(xì)，環(huán)紋半經(jīng)逐漸變?。划?dāng)d增大至光源相干長度一半時，干涉環(huán)紋越來越細(xì)，圖

31、樣越來越小，直至消失。反之，當(dāng) d減小時，可觀察到干涉環(huán)紋向中心“縮入”。 當(dāng) d逐漸減小至零時，干涉環(huán)紋逐漸變粗，干涉環(huán)紋直經(jīng)逐漸變大，至光屏上觀察到明暗相同的視場。附圖1d變化時，等傾干涉條紋的變化特征（3） 對 = 0的明條紋，有：=2d = k可見每“涌出”或“縮入” 一個圓環(huán)，相當(dāng)于S1S2的光程差改變了一個波長=。當(dāng)d 變化了d時，相應(yīng)地“涌出”（或“縮入”）的環(huán)數(shù)為k，從邁克爾遜干涉儀的讀數(shù)系統(tǒng)上測出動鏡移動的距離d，及干涉環(huán)中相應(yīng)的“涌出”或“縮入”環(huán)數(shù)k，就可以求出光的波長為：2dk（3）或已知激光波長，由上式可測微小長度變化為： dk2.（4）*附圖1：邁克爾遜干涉儀產(chǎn)生的

32、等傾干涉條紋隨和的相應(yīng)位置變化的特征四、實驗內(nèi)容與步驟（一）儀器介紹1、邁氏干涉儀：（如右圖示實物圖）M1、M2為兩垂直放置的平面反射鏡，分別固定在兩個垂直的臂上。兩相同的玻璃片G1、G2平行放置，與M2固定在同一臂上，且與M1和M2的夾角均為45度。M1由精密螺桿控制，可以沿臂軸前后移動。G1的第二面上涂有半透半反射膜，能夠?qū)⑷肷涔夥殖烧穹鶐缀跸嗟鹊姆瓷涔夂屯干涔?，所以G 1稱為分光板（又稱為分光鏡）。光經(jīng)M1反射后由原路返回再次穿過分光板G 1后到達(dá)觀察點E處；光到達(dá)M2后被M2反射后按原路返回，在G 1的第二面上被反射到觀察點處。由于光在到達(dá)E 處之前穿過G1三次，而光在到達(dá)E處之前穿過

33、G1一次，為了補償、兩光的光程差，便在M2所在的臂上再放一個與G1的厚度、折射率嚴(yán)格相同的G2平面玻璃板，滿足了 、兩光在到達(dá)E 處時無光程差，所以稱G2為補償板。由于、光均來自同一光源S ，在到達(dá)G1后被分成、兩光，所以兩光是相干光，相遇時就產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。2、HeNe激光器（掃描圖5.13-8）（二）測HeNe激光的波長目測粗調(diào)使凸透鏡中心，激光管中心軸線，分光鏡中心大致垂直定鏡M2，并打開激光光源。（暫時拿走凸透鏡）調(diào)激光光束垂直定鏡。（標(biāo)準(zhǔn)：定鏡反射回的光束，返回激光發(fā)射孔。）調(diào)M1與M2垂直。（標(biāo)準(zhǔn)：觀測屏中兩平面鏡反射回的亮點完全重合。）在光路中加進凸透鏡并調(diào)整之，使屏上出現(xiàn)干涉環(huán)。

34、調(diào)零。因轉(zhuǎn)動微調(diào)鼓輪時，粗調(diào)鼓輪隨之轉(zhuǎn)動；而轉(zhuǎn)動粗調(diào)鼓輪時，微調(diào)鼓輪則不動，所以測讀數(shù)據(jù)前，要調(diào)整零點。方法：將微調(diào)鼓輪順時針（或逆時針）轉(zhuǎn)至零點，然后以同樣的方向轉(zhuǎn)動粗調(diào)鼓輪，對齊任一刻度線。再將微調(diào)鼓輪同方向旋轉(zhuǎn)一周再至零點。測量。測干涉環(huán)紋從環(huán)心“吐出”或“吞進”環(huán)數(shù)k（每50環(huán)）和對應(yīng)的動鏡移動的距離di。數(shù)據(jù)記錄，并上交任課教師審批簽字。2、 觀察和測量鈉光的干涉條紋及鈉雙線的波長差（選做）以鈉光為光源調(diào)出等傾干涉條紋。在激光點光源等傾干涉的基礎(chǔ)上，以鈉光燈取代激光，鈉光照射到毛玻璃片上（毛玻璃片上畫有一條標(biāo)記線），形成均勻的擴展光源，加強干涉條紋的亮度。并使之與分光片G等高并且位于

35、沿分光片和M鏡的中心線上，用眼睛透過G直視M鏡，細(xì)心微調(diào)M鏡后面的 3 個調(diào)節(jié)螺釘，使鈉光燈毛玻璃片上的直線所成的兩個像完全重合。如果難以重合，可略微調(diào)節(jié)一下M鏡后的3個螺釘。當(dāng)兩個像完全重合時，可輕輕轉(zhuǎn)動粗調(diào)手輪，使M鏡移動，將看到有明暗相間的干涉圓環(huán)。若干涉環(huán)模糊，可沿同方向繼續(xù)緩慢轉(zhuǎn)動粗調(diào)手輪，干涉環(huán)就會出現(xiàn)。再仔細(xì)調(diào)節(jié)M鏡的2個拉簧螺絲，直到把干涉環(huán)中心調(diào)到視場中央，并且使干涉環(huán)中心隨觀察者的眼睛左右、上下移動而移動，但干涉環(huán)不發(fā)生“涌出”或“縮入”現(xiàn)象，這時觀察到的干涉條紋才是嚴(yán)格的等傾干涉。測鈉光D雙線的平均波長（選做）：（1）先調(diào)儀器零點，方法如上（略）。（2）移動M鏡，使視場中

36、心的視見度最小，記錄M鏡的位置；沿原方向繼續(xù)移動M鏡，使視場中心的視見度由最小到最大直至又為最小，再記錄M鏡位置，連續(xù)測出5個視見度最小時M鏡位置。（3）用逐差法求d的平均值，計算D雙線的波長差：（4）與標(biāo)準(zhǔn)值進行比較。3、觀察白光的等厚干涉條紋 將鈉光燈換成日光燈，在等傾干涉基礎(chǔ)上，移動M鏡，使干涉環(huán)由細(xì)密變粗疏，直到整個視場條紋變成等軸雙曲線形狀時，說明M與M接近重合。當(dāng)M與M達(dá)到“零程”時，在M與M的交線附近就會出現(xiàn)彩色條紋。再極小心地旋轉(zhuǎn)微調(diào)手輪找到中央條紋，其兩側(cè)對稱分布著紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫的彩色條紋。記錄觀察到的條紋形狀和顏色分布。細(xì)心調(diào)節(jié)水平及垂直拉簧螺絲，使M與M有一很

37、小夾角（形成楔形空氣膜層），視場中便出現(xiàn)等厚干涉的直條紋，觀察和記錄條紋的形狀、特點。附圖2：邁克爾遜干涉儀產(chǎn)生的等厚干涉條紋及M1和M2的相應(yīng)位置五、注意事項1、邁克爾遜干涉儀系精密光學(xué)儀器，使用時應(yīng)注意防塵、防震；不要對著儀器說話、咳嗽等；測量時動作要輕、緩，盡量使身體部位離開實驗臺面，以防震動；不能觸摸光學(xué)元件光學(xué)表面。2、激光管兩端的高壓引線頭是裸露的，且激光電源空載輸出電壓高達(dá)數(shù)千伏，要警惕誤觸。3、 測量過程中要防止回程誤差。測量時，微調(diào)鼓輪只能沿一個方向轉(zhuǎn)動（必須和大手輪轉(zhuǎn)動方向一致），否則全部測量數(shù)據(jù)無效，應(yīng)重新測量。4、 激光束光強極高，切勿用眼睛對視，防止視網(wǎng)膜遭受永久性損

38、傷。5、實驗完成后，不可調(diào)動儀器，要等老師檢查完數(shù)據(jù)并認(rèn)可后才能關(guān)機。關(guān)機時，應(yīng)先將高壓輸出電流調(diào)整為最小，再關(guān)電源。六、數(shù)據(jù)處理七、誤差分析八、附原始數(shù)據(jù)記錄表格（注：作實驗時記錄在原始數(shù)據(jù)上用）1、數(shù)據(jù)記錄表格（=6. 328×10-7m）干涉環(huán)變化數(shù)K1050100150200位置讀數(shù)d1 (mm)干涉環(huán)變化數(shù)K2位置讀數(shù)d2 (mm)環(huán)數(shù)差K= K2K1di=d2d1(mm) 實驗九 示波器的調(diào)整和使用(301)一、實驗?zāi)康?. 了解示波器的基本工作原理,2. 掌握示波器和信號發(fā)生器的使用3. 學(xué)習(xí)用李薩如圖形測量頻率的方法二、實驗儀器示波器、信號發(fā)生器、導(dǎo)線若干三、實驗原理示波器是一種常用的電子儀器.用它可以直接觀察各種電壓的波形,還可以測量頻率、相位等,如果利用換能器還可以將各種非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電壓進行測量.因此示波器是一種用途廣泛的重要測量儀器.為了適應(yīng)各種用途,示波器有多種型號,但各類示波器的基本原理是相同的.（一）示波器的基本結(jié)構(gòu)示波器主要由示波管、衰減