望遠(yuǎn)鏡組裝及其放大率的測量

1、望遠(yuǎn)鏡組裝及其放大率的測量望遠(yuǎn)鏡是用途極為廣泛的助視光學(xué)儀器，望遠(yuǎn)鏡主要是幫助人們觀察遠(yuǎn)處的目標(biāo)，它的作用在于增大被觀測物體對(duì)人眼的張角，起著視角放大的作用，它常被組合在其他光學(xué)儀器中。為適應(yīng)不同用途和性能的要求，望遠(yuǎn)鏡的種類很多，構(gòu)造也各有差異，但是它的基本光學(xué)系統(tǒng)都由一個(gè)物鏡和一個(gè)目鏡組成。望遠(yuǎn)鏡在天文學(xué)、電子學(xué)、生物學(xué)和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域中都起著十分重要的作用?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹?、熟悉望遠(yuǎn)鏡的構(gòu)造及其放大原理；2、掌握光學(xué)系統(tǒng)的共軸調(diào)節(jié)方法；3、學(xué)會(huì)望遠(yuǎn)鏡放大率的測量?！緦?shí)驗(yàn)儀器】光學(xué)平臺(tái)、凸透鏡若干、標(biāo)尺、二維調(diào)節(jié)架、二維平移底座、三維平移底座。【實(shí)驗(yàn)原理】1、望遠(yuǎn)鏡構(gòu)造及其放大原理望遠(yuǎn)鏡通常是由

2、兩個(gè)共軸光學(xué)系統(tǒng)組成，我們把它簡化為兩個(gè)凸透鏡，其中長焦距的凸透鏡作為物鏡，短焦距的凸透鏡作為目鏡。圖1所示為開普勒望遠(yuǎn)鏡的光路示意圖，圖中L0為物鏡，Le為目鏡。遠(yuǎn)處物體經(jīng)物鏡后在物鏡的像方焦距上成一倒立的實(shí)像，像的大小決定于物鏡焦距及物體與物鏡間的距離，此像一般是縮小的，近乎位于目鏡的物方焦平面上，經(jīng)目鏡放大后成一虛像于觀察者眼睛的明視距離于無窮遠(yuǎn)之間。物鏡的作用是將遠(yuǎn)處物體發(fā)出的光經(jīng)會(huì)聚后在目鏡物方焦平面上生成一倒立的實(shí)像，而目鏡起一放大鏡作用，把其物方焦平面上的倒立實(shí)像再放大成一虛像，供人眼觀察。用望遠(yuǎn)鏡觀察不同位置的物體時(shí)， 圖1 圖2只需調(diào)節(jié)物鏡和目鏡的相對(duì)位置，使物鏡成的實(shí)像落在

3、目鏡物方焦平面上，這就是望遠(yuǎn)鏡的“調(diào)焦”。 望遠(yuǎn)鏡可分為兩類：若物鏡和目鏡的像方焦距均為正（既兩個(gè)都為會(huì)聚透鏡），則為開普勒望遠(yuǎn)鏡，此系統(tǒng)成倒立的像；若物鏡的像方焦距為正（會(huì)聚透鏡），目鏡的像方焦距為負(fù)（發(fā)散透鏡），則為伽利略望遠(yuǎn)鏡，此系統(tǒng)成正立的像。2、望遠(yuǎn)鏡的視角放大率望遠(yuǎn)鏡主要是幫助人們觀察遠(yuǎn)處的目標(biāo)，它的作用在于增大被觀測物體對(duì)人眼的張角，起著視角放大的作用。望遠(yuǎn)鏡的視角放大率定義為： （1）用望遠(yuǎn)鏡觀察物體時(shí)，一般視角均甚小，因此視角之比可以用正切之比代替，于是，光學(xué)儀器的放大率近似可以寫為： （2）在實(shí)驗(yàn)中，為了把放大的虛像l與l0直接比較，常用目測法來進(jìn)行測量。如圖2所示。設(shè)長為

4、的標(biāo)尺（目的物）直接置于觀察者的明視距離處（約3米），其視角為，用一只眼睛直接觀察標(biāo)尺（物），另一只眼睛通過望遠(yuǎn)鏡觀看標(biāo)尺的虛像（）亦在明視距離處，其長度為，視角為，調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡的目鏡，使標(biāo)尺和標(biāo)尺的像重合且沒有視差，讀出標(biāo)尺和標(biāo)尺像重合區(qū)段內(nèi)相對(duì)應(yīng)的長度，即可得到望遠(yuǎn)鏡的放大率： （3） 因此只要測出目標(biāo)物的長度及其像長，即可算出望遠(yuǎn)鏡的放大率。3、望遠(yuǎn)鏡的計(jì)算放大率 （4） 由上式見，視放大率（絕對(duì)值）等于物鏡與目鏡的焦距之比，欲增大視放大率，必須增大物鏡的焦距或減小目鏡的焦距。同時(shí)，隨著物鏡和目鏡的焦距的符號(hào)不同，視放大率可正可負(fù)。如果為正值，像是正立的，為伽利略望遠(yuǎn)鏡，如果為負(fù)值，像是倒

5、立的，為開普勒望遠(yuǎn)鏡?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容】 圖31、根據(jù)已知透鏡的焦距確定一個(gè)為物鏡、另一個(gè)為目鏡，并將標(biāo)尺直接置于觀察者的明視距離處（約3米）。2、將物鏡、目鏡放在一起，調(diào)節(jié)高低、左右方位，使其中心大致在一條與光學(xué)平臺(tái)平行的直線上，同時(shí)，各光學(xué)元件互相平行，垂直于光學(xué)平臺(tái)。 3、按照?qǐng)D3的光路組成開普勒望遠(yuǎn)鏡，向約3米遠(yuǎn)處的標(biāo)尺調(diào)焦，并對(duì)準(zhǔn)兩個(gè)紅色指標(biāo)間的“E”字（距離=5 cm）。4、一只眼睛對(duì)準(zhǔn)虛像標(biāo)尺兩個(gè)紅色指標(biāo)間的“E”字，另一只眼睛直接注視標(biāo)尺，經(jīng)適應(yīng)性練習(xí)，在視覺系統(tǒng)同時(shí)看到被望遠(yuǎn)鏡放大的標(biāo)尺倒立的虛像和實(shí)物標(biāo)尺，微移目鏡，直到將目鏡放大的虛像推移到標(biāo)尺的位置處。5、分別測出虛像標(biāo)尺中兩

6、個(gè)紅色指標(biāo)在實(shí)物標(biāo)尺中對(duì)應(yīng)的位置和，計(jì)算出放大的紅色指標(biāo)內(nèi)直觀標(biāo)尺的長度（注：）。6、求出望遠(yuǎn)鏡的測量放大率，并與計(jì)算放大率作比較?！舅伎碱}】在望遠(yuǎn)鏡中如果把目鏡更換成一只凹透鏡，即為伽俐略望遠(yuǎn)鏡，試說明此望遠(yuǎn)鏡成像原理，并畫出光路圖?！緮?shù)據(jù)記錄】望遠(yuǎn)鏡放大率的測量數(shù)據(jù)記錄參考表 單位：被測物理量名稱標(biāo)尺中兩個(gè)紅色指標(biāo)在實(shí)物標(biāo)尺中對(duì)應(yīng)的位置紅色指標(biāo)內(nèi)直觀標(biāo)尺的長度測量次數(shù)123求出望遠(yuǎn)鏡的測量放大率，并與計(jì)算放大率作比較 用衍射光柵測波長衍射光柵是利用光的衍射原理使光波發(fā)生色散的光學(xué)元件。它是由大量相互平行、等寬、等距的狹縫（或刻痕）構(gòu)成。以衍射光柵為色散元件組成的攝譜儀和單色儀是物質(zhì)光譜分析

7、的基本儀器之一。光柵衍射原理也是晶體X射線結(jié)構(gòu)分析和近代光譜分析及光學(xué)信息處理的基礎(chǔ)?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹繄D1 光柵結(jié)構(gòu)示意圖1、觀察光柵的衍射光譜，理解光柵衍射基本規(guī)律。2、測定光柵常數(shù)和汞光譜特征波長。【實(shí)驗(yàn)儀器】分光計(jì)一套、光柵一個(gè)、汞光源?！緦?shí)驗(yàn)原理】1、衍射光柵及光柵常數(shù)光柵由大量相互平行、等寬、等距的狹縫（或刻痕）構(gòu)成。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。光柵上刻痕寬度為a，刻痕間距為b，則d=a+b稱為光柵常數(shù)。它是光柵基本參數(shù)之一。2、光柵方程及光柵光譜根據(jù)夫瑯禾費(fèi)光柵衍射理論，當(dāng)一束平行單色光垂直入射到光柵平面上時(shí)，光波將發(fā)生衍射，當(dāng)衍射角滿足光柵方程 d sin=kl（k =0、±1

8、、±2、） (1)圖2 光柵光譜時(shí)，光會(huì)疊加。式中為單色光波波長，k是明條紋級(jí)數(shù)。衍射后的光波經(jīng)透鏡會(huì)聚后， 在焦平面上將形成分隔得較遠(yuǎn)的一系列對(duì)稱分布的明條紋；如果用復(fù)色光照射，由光柵方程可知不同波長的同一級(jí)譜線（零級(jí)除外）的角位置是不同的，并按波長由短到長的次序自中央向外側(cè)依次分開排列，每一干涉級(jí)次都有這樣的一組譜線，光柵衍射產(chǎn)生的這種按波長排列的譜線稱為光柵光譜。如圖2所示，是普通低壓汞燈的第一級(jí)光柵衍射光譜。它每一級(jí)光譜中有4條特征譜線：紫色1=432.8nm、綠色2=546.1nm、兩條黃色3=577.0nm 和4=579.1nm。若入射光束不是垂直入射至光柵平面（圖3），

9、則光柵的衍射光譜的分布規(guī)律將有所變化。理論指出：當(dāng)入射角為i時(shí)，光柵方程變?yōu)閐（sin±sin i）=kl（k =0、±1、±2、）（2）式（2）中，+ 號(hào)表示衍射光與入射光在法線同側(cè)，- 號(hào)則表示衍射光與入射光位于法線異側(cè)。3、光柵參數(shù)評(píng)定光柵好壞的標(biāo)志是角色散率和光柵的分辨本領(lǐng)。（1）稱為光柵的角色散率，由dsin=k可知： （3）（2）根據(jù)瑞利判據(jù)，光柵能分辨出相鄰兩條譜線的能力是受限制的，波長相差的兩條相鄰的譜線，若其中一條譜線的最亮處恰好落在另一條譜線的最暗處，則稱這兩條譜線能被分辨。設(shè)這兩條譜線的平均波長為，則它們的波長可分別表示為和可以證明，對(duì)于寬度

10、一定的光柵，當(dāng)分辨本領(lǐng)按定義時(shí)，其理論極限值Rm = kN = L，而實(shí)測值將小于kN，式中N為參加衍射的光柵刻痕總數(shù)，L為光柵的寬度。顯然，R與光譜級(jí)數(shù)k以及在入射光束范圍內(nèi)的光柵寬度L有關(guān)應(yīng)該指出，光柵的分辨本領(lǐng)R是與被分辨光譜的最小波長間隔相聯(lián)系的，對(duì)于任意兩條光譜線來說，雖然受R的限制，但也可以用改變光柵總寬度L的辦法來確定分開此兩條譜線所必須的最小寬度值L0。（3）稱為光柵的衍射效率。其中為第一級(jí)衍射光譜的強(qiáng)度，I0為零級(jí)光譜的強(qiáng)度。4、光柵常數(shù)與汞燈特征譜線波長的測量由式（1）可知，若光垂直入射到光柵上，而第一級(jí)光譜中波長1已知，則只要測出與它相應(yīng)的衍射角1，就可計(jì)算出光柵常數(shù)d；

11、反之，若光柵常數(shù)已知，則可由式（1）測出光源發(fā)射的各特征譜線的波長i所對(duì)應(yīng)的衍射角i，即可得到各特征譜線的波長。【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟】1、分光計(jì)的調(diào)節(jié)按實(shí)驗(yàn)臺(tái)上給出的分光計(jì)的調(diào)節(jié)參考資料將儀器調(diào)節(jié)為可工作狀態(tài)。并將被測光柵放在分光計(jì)的載物臺(tái)上。2、觀察汞燈衍射光譜將分光計(jì)的望遠(yuǎn)鏡從零光級(jí)譜開始向左或向右移動(dòng)90°后，再向反方向緩慢移動(dòng)觀察汞燈的全部衍射光譜，以能清晰分辨出兩條黃色譜線為準(zhǔn)。并記錄下所觀察到的所有各級(jí)譜線的條數(shù)。3、光柵常數(shù)的測量以綠色光譜線的波長為準(zhǔn)（綠=546.1nm），分別測量其第一級(jí)光譜k =±1的衍射角綠，重復(fù)3次測量，取其平均值，代入（1）式求出光柵常

12、數(shù)d。4、測波長以綠色光譜測量計(jì)算所得的光柵常數(shù)為已知，按上述測量方法分別測量出其它各色一級(jí)譜線k =±1的衍射角。重復(fù)3次測量，取其各自的平均值，代入（1）式求出各光譜線的波長，并與公認(rèn)值進(jìn)行比較，計(jì)算出相對(duì)誤差?！咀⒁馐马?xiàng)】1、分光計(jì)必須按操作規(guī)程正確使用。2、光柵是易損、易碎元件，必須輕拿輕放，不能用手指觸摸光柵面，只能拿支架?！绢A(yù)習(xí)思考題】1、什么是光柵常數(shù)和光柵光譜？2、依據(jù)式（1）進(jìn)行測量的條件是什么？實(shí)驗(yàn)中如何來實(shí)現(xiàn)這個(gè)條件？附錄：衍射角測量數(shù)據(jù)記錄表n左光譜位置x1右光譜位置x2=1/4(1-2)+( 1- 2)游標(biāo)1讀數(shù)1游標(biāo)2讀數(shù)1游標(biāo)1讀數(shù)2游標(biāo)2讀數(shù)2123注

13、：每一種光譜線都有這樣一張數(shù)據(jù)記錄表光電效應(yīng)法測普朗克常數(shù)1905年，年僅26歲的愛因斯坦提出光量子假說，發(fā)表了在物理學(xué)發(fā)展史上具有里程碑意義的光電效應(yīng)理論，10年后被具有非凡才能的物理學(xué)家密立根用光輝的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了。兩位物理大師之間微妙的默契配合推動(dòng)了物理學(xué)的發(fā)展，他們都因光電效應(yīng)等方面的杰出貢獻(xiàn)分別于1921年和1923年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)及其光量子理論的解釋在量子理論的確立與發(fā)展上，在揭示光的波粒二象性等方面都具有劃時(shí)代的深遠(yuǎn)意義。利用光電效應(yīng)制成的光電器件在科學(xué)技術(shù)中得到了廣泛的應(yīng)用，并且至今還在不斷開辟新的應(yīng)用領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景。本實(shí)驗(yàn)的目的是了解光電效應(yīng)的基本規(guī)律，

14、并用光電效應(yīng)方法測量普朗克常量和測定光電管的光電特性曲線，并且通過對(duì)光電效應(yīng)的研究有助于學(xué)習(xí)和理解量子理論。【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?、加深對(duì)光的量子性的理解。2、驗(yàn)證愛因斯坦光電效應(yīng)方程，測出普朗克常量h?！緦?shí)驗(yàn)原理】圖1 光電效應(yīng)原理當(dāng)光照在物體上時(shí)，光的能量僅部分地以熱的形式被物體吸收，而另一部分則轉(zhuǎn)換為物體中某些電子的能量，使電子逸出物體表面，這種現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)，逸出的電子稱為光電子。在光電效應(yīng)中，光顯示出它的粒子性，所以這種現(xiàn)象對(duì)認(rèn)識(shí)光的本性，具有極其重要的意義。光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)原理如圖1所示。圖中A、K組成抽成真空的光電管，A為陽極，K為陰極。當(dāng)一定頻率的光射到金屬材料做成的陰極K上，就有光電子

15、逸出金屬。若在A、K兩端加上電壓U后，光電子將由K定向地運(yùn)動(dòng)到A，在回路中就形成光電流I。其規(guī)律有：1、光電流與入射光強(qiáng)度的關(guān)系光電流隨著加速電位差U的增加而增加，加速電位差加到一定量值后，光電流達(dá)到飽和值Ih，飽和電流與光強(qiáng)成正比，而與入射光的頻率無關(guān)。當(dāng)U=Ua Uk變成負(fù)值時(shí)，光電流迅速減小。實(shí)驗(yàn)指出，有一個(gè)遏止電位差Ua存在，當(dāng)電位差達(dá)到這個(gè)值時(shí)，光電流為零。如圖2（a）所示。圖中IU曲線稱為光電管伏安特性曲線。圖2 光電管伏安特性曲線2、光電子的初動(dòng)能與入射光頻率之間的關(guān)系光電子從陰極逸出時(shí)，具有初動(dòng)能，在減速電壓下，光電子逆著電場力方向由K極向A極運(yùn)動(dòng)。當(dāng)U=Ua時(shí)，光電子不再能達(dá)

16、到A極，光電流為零。所以電子的初動(dòng)能等于克服電場力所作的功。即 (1)根據(jù)愛因斯坦關(guān)于光的本性的假設(shè)，光是一粒一粒運(yùn)動(dòng)著的粒子流，這些光粒子稱為光子。每一光子的能量為=h，其中h為普朗克常數(shù)量，為光波的頻率。所以不同頻率的光波對(duì)應(yīng)的能量不同。光電子吸收了光子的能量h之后，一部分消耗于克服電子的逸出功A，另一部分轉(zhuǎn)換為電子動(dòng)能。由能量守恒定律可知 (2)式（2）稱為愛因斯坦光電效應(yīng)方程。由此可見，光電子的初動(dòng)能與入射光頻率呈線性關(guān)系，而與入射光的強(qiáng)度無關(guān)。如圖2（b）所示。3、光電效應(yīng)有光電閾存在實(shí)驗(yàn)指出，當(dāng)光的頻率0時(shí)，不論用多強(qiáng)的光照射到物質(zhì)上都不會(huì)產(chǎn)生光電效應(yīng)，根據(jù)（2）式，0稱為截止頻率

17、。4、光電效應(yīng)是瞬間效應(yīng)只要入光頻率0，一經(jīng)光線照射，立刻產(chǎn)生光電子。用愛因斯坦方程圓滿地解釋光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，同時(shí)提供了測普朗克常量的一種方法：由式（1）和（2）可得：h=eU0+A，當(dāng)用不同頻率（1，2，3，n）的單色光分別做光源時(shí)，就有 任意聯(lián)立其中兩個(gè)方程就可得到 (3)由此若測定了兩個(gè)不同頻率的單色光所對(duì)應(yīng)的遏止電位即可計(jì)算出普朗克常量h，也可由U直線的斜率求h。因此，用光電效應(yīng)方法測量普朗克常量的關(guān)鍵在于獲得單色光、測得光電管的伏安特性曲線和確定遏止電位差值。為獲得準(zhǔn)確的遏止電位差值，要求光電管應(yīng)該具備下列條件： 對(duì)所有可見光譜都比較靈敏。 陽極包圍陰極，這樣當(dāng)陽極為負(fù)電位時(shí)，大

18、部分光電子仍能射到陽極。 陽極沒有光電效應(yīng)，不會(huì)產(chǎn)生反向電流。 暗電流很小。圖3 光電管的伏安特性曲線UaUa但是實(shí)際使用的真空型光電管并不完全滿足以上條件。由于存在陽極光電效應(yīng)所引起的反向電流和暗電流（即無光照時(shí)的電流），所以測得的電流值，實(shí)際上包括上述兩種電流和由陰極光電效應(yīng)所產(chǎn)生的反向電流三個(gè)部分，所以伏安曲線并不與U軸相切。如圖3所示。由于暗電流是由陰極的熱電子發(fā)射及光電管管殼漏電等原因產(chǎn)生，與陰極正向光電流相比，其值很小，且基本上隨電位差U呈線性變化，因此可忽略其對(duì)遏止電位差的影響。陽極反向電流雖然在實(shí)驗(yàn)中較顯著，但它服從一定規(guī)律。據(jù)此，確定遏止電位差值，可采用以下兩種方法： 交點(diǎn)法

19、光電管陽極用逸出功較大的材料制作，制作過程中盡量防止陰極材料蒸發(fā)，實(shí)驗(yàn)前對(duì)光電管陽極通電，減少其上濺射的陰極材料，實(shí)驗(yàn)中避免入射光直接照射到陽極上，這樣可使它的反向電流大大減少，其伏安特性曲線與圖2十分接近，因此曲線與U軸交點(diǎn)的電位差值近似等于遏止電位差Ua ，此即為交點(diǎn)法。 拐點(diǎn)法光電管陽極反向電流雖然較大，但在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，若使反向光電流能較快地飽和，則伏安特性曲線在反向電流進(jìn)入飽和段后有著明顯的拐點(diǎn)，如圖3中虛線所示的理論曲線下移為實(shí)線所示的實(shí)測曲線，遏止電位差Ua也下移到Ua點(diǎn)。因此測出Ua點(diǎn)即測出了理論值Ua。本實(shí)驗(yàn)方法采用的就是此方法。【實(shí)驗(yàn)儀器】普朗克常量測定儀一套。1、儀器的構(gòu)成

20、如圖4所示，各器件安裝在一個(gè)700×290×80mm的底座上，在箱體內(nèi)部有AC220V/DC12V開關(guān)和±5V電源。12345678910111213141 鹵鎢燈箱 2 聚光器 3 單色儀 4 光電管盒 5 零點(diǎn)調(diào)節(jié) 6 電壓調(diào)節(jié)7 電流倍率開關(guān) 8 正負(fù)轉(zhuǎn)換開關(guān) 9 微安表 10 測量開關(guān) 11 電源開關(guān)12 直流電壓表 13 波長調(diào)節(jié) 14 聚光器橫向調(diào)節(jié) 另有遮光板2個(gè)圖4普朗克常量實(shí)驗(yàn)裝置2、儀器的工作原理圖3表示實(shí)驗(yàn)裝置的光電原理。鹵鎢燈S發(fā)出的光束經(jīng)透鏡組L會(huì)聚到單色儀M的入射狹縫上，從單色儀出射狹縫發(fā)出的單色光投射到光電管PT的陰極金屬板K，釋放光

21、電子（發(fā)生光電效應(yīng)），A是集電極（陽極）。由光電子形成的光電流經(jīng)放大器AM放大后可以被微安表測量。如果在AK之間施加反向電壓（集電極為負(fù)電位），光電子就會(huì)受到電場的阻擋作用，當(dāng)反向電壓足夠大時(shí)，達(dá)到V0，光電流降到零，V0就稱作遏止電位。V0與電子電荷的乘積表示發(fā)射的最快的電子動(dòng)能Kmax，即 （4）S：鹵鎢燈；L：透鏡；M：單色儀；G：光柵；PT：光電管；AM：放大器圖5 普朗克常量實(shí)驗(yàn)裝置光電原理按愛因斯坦的解釋，頻率為的光束中的能量是一份一份地傳遞的，每個(gè)光子的能量 （5）其中的h就是普朗克常量。他把光子概念應(yīng)用于光電效應(yīng)，又得出愛因斯坦方程 （6） 并做出解釋：光子帶著能量hv進(jìn)入表面

22、，這能量的一部分（E0）用于迫使電子掙脫金屬表面的束縛，其余（hvE0）給予電子，成為逸出金屬表面后所具有的動(dòng)能。 將式（4）代入式（6），并加以整理，即有 （7）這表明V0與之間存在線性關(guān)系，實(shí)驗(yàn)曲線的斜率應(yīng)當(dāng)是。是常量。因此，只要用幾種頻率的單色光分別照射光電陰極，做出幾條相應(yīng)的伏安特性曲線，然后據(jù)以確定各頻率的截止電位，再作關(guān)系曲線，用其斜率乘以電子基本電荷e，即可求得普朗克常量。應(yīng)當(dāng)指出，本實(shí)驗(yàn)獲得的光電流曲線，并非單純的陰極光電流曲線，其中不可避免地會(huì)受到暗電流和陽極發(fā)射光電子等非理想因素的影響，產(chǎn)生合成效果。如圖3所示，實(shí)測曲線光電流為零處（A點(diǎn)）陰極光電流并未被遏止，此處電位也就

23、不是遏止電位，當(dāng)加大負(fù)壓，伏安特性曲線接近飽和區(qū)段的B點(diǎn)時(shí)，陰極光電流才為零，該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電位正是外加遏止電位。實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是準(zhǔn)確地找出各選定頻率入射光的遏止電位。【實(shí)驗(yàn)方法與步驟】1、光源調(diào)節(jié)接通鹵鎢燈電源，松開聚光器緊定螺絲，伸縮聚光鏡筒，并適當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)橫向調(diào)節(jié)紐，使光束會(huì)聚到單色儀的入射狹縫上（以電流表指示最大為準(zhǔn)，×10-4檔、500nm可達(dá)50A以上）。2、單色儀的調(diào)節(jié)（1）將光電管前的擋光板置于擋光位置。轉(zhuǎn)動(dòng)波長讀數(shù)鼓輪（螺旋測微器），觀察通過出射縫到達(dá)擋光板的從紅到紫的各種單色光斑，直到波長讀數(shù)鼓輪轉(zhuǎn)到零位置，擋光板上出現(xiàn)白光?？赡馨l(fā)生的零位偏差，實(shí)驗(yàn)讀數(shù)中應(yīng)予以修正。 圖7

24、單色儀的讀數(shù)裝置（2）單色儀輸出的波長示值是利用螺旋測微器讀取的。如圖7所示，讀數(shù)裝置的小管上有一條橫線，橫線上下刻度的間隔對(duì)應(yīng)著50 nm的波長。鼓輪左端的圓錐臺(tái)周圍均勻地劃分成50個(gè)小格，每小格對(duì)應(yīng)1 nm。當(dāng)鼓輪的邊緣與小管上的“0”刻線重合時(shí)，單色儀輸出的是零級(jí)光譜。而當(dāng)鼓輪邊緣與小管上的“5”刻線重合時(shí)，波長示值為500 nm。圖5（3）通電預(yù)熱20-30min后，調(diào)節(jié)測量放大器的零點(diǎn)位置。先將電壓表調(diào)至0V，再將單色儀前的擋光板置于擋光位置，光電管的遮光罩要向左推到頭，然后調(diào)節(jié)零點(diǎn)微調(diào)旋鈕，使電流表指向零位。3、測量光電管的伏安特性（1）在可見光范圍內(nèi)選擇一種波長輸出，根據(jù)微安表指

25、示，找到峰值，并設(shè)置適當(dāng)?shù)谋堵拾存I。（2）調(diào)節(jié)電壓調(diào)節(jié)旋鈕，改變光電管遏止電壓。從-1.3V起，緩慢調(diào)高外加直流電壓，先注意觀察一遍電流變化情況，記住使電流開始明顯升高的電壓值。（3）針對(duì)各階段電流變化情況，分別以不同的間隔施加遏止電壓，讀取對(duì)應(yīng)的電流值。在上一步觀察到的電流起升點(diǎn)附近，要增加監(jiān)測密度，以較小的間隔采集數(shù)據(jù)（電流轉(zhuǎn)正后，可適當(dāng)加大測試間隔，電流可測到90×10-11A為止）。（4） 陸續(xù)選擇適當(dāng)間隔的另外34種波長光進(jìn)行同樣測量，列表記錄數(shù)據(jù)。4、數(shù)據(jù)處理（1）在35×25cm或25×20cm毫米方格紙上分別做出被測光電管在45種波長（頻率）光照射

26、下的伏安特性曲線，并從這些曲線找到和標(biāo)出IAK的遏止電位，填入下表。提示：作GD31A型光電管伏安特性曲線，若用到紅光波段，隨著頻率的降低，遏止電位傾向于從曲線的“拐點(diǎn)”逐漸向上偏移。波長（nm）頻率v（×1014Hz）遏止電位V0（V）（2）根據(jù)上表數(shù)據(jù)作V0-關(guān)系圖，可得一直線，說明光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與愛因斯坦光電方程是相符合的。用該直線的斜率，乘以電子電荷e（1.602×10-19C），求得普朗克常量。將所測得的普朗克常量與公認(rèn)值作比較，并計(jì)算出相對(duì)誤差，進(jìn)行分析。光衍射相對(duì)光強(qiáng)分布的測量光的衍射現(xiàn)象是光的波動(dòng)性的一種表現(xiàn)，它說明了光的直線傳播規(guī)律只是衍射現(xiàn)象不顯著時(shí)

27、的近似結(jié)果。衍射現(xiàn)象的存在，深刻地反映了光子（或電子等其他微觀粒子）的運(yùn)動(dòng)是受測不準(zhǔn)關(guān)系制約的。因此研究光的衍射，不僅有助于加深對(duì)光的本性的理解，也是近代光學(xué)技術(shù)（如光譜分析、晶體分析、全息分析、光學(xué)信息處理等）的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。衍射實(shí)驗(yàn)導(dǎo)致了光強(qiáng)在空間的重新分布，利用光電傳感元件測量和探測光強(qiáng)的相對(duì)變化，是近代技術(shù)中常用的光強(qiáng)測量方法之一?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹?、觀察不同衍射元件產(chǎn)生的衍射，歸納總結(jié)單縫衍射現(xiàn)象的規(guī)律和特點(diǎn)；2、學(xué)習(xí)利用光電元件測量相對(duì)光強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)方法單縫相對(duì)光強(qiáng)的分布規(guī)律；4、學(xué)習(xí)微機(jī)自動(dòng)控制測衍射光強(qiáng)分布譜和相關(guān)參數(shù)?！緦?shí)驗(yàn)儀器】He-Ne激光器、可調(diào)單縫、SGS1型衍射光強(qiáng)自動(dòng)記錄系統(tǒng)

28、、平面鏡、二維底座等?！緦?shí)驗(yàn)原理】1、夫瑯和費(fèi)單縫衍射衍射現(xiàn)象分兩大類：夫瑯和費(fèi)衍射(遠(yuǎn)場)和菲涅耳衍射(近場)。本實(shí)驗(yàn)僅研究夫瑯和費(fèi)衍射。夫瑯和費(fèi)衍射要求光源和接受衍射圖像的屏幕遠(yuǎn)離衍射物(如單縫等)，即入射光和衍射光都是平行光。夫瑯和費(fèi)衍射光路見圖1，其中，S是波長為 l 的單色光源，置于透鏡L1的焦平面上時(shí)，單色光經(jīng)L1后形成平行光束投射到縫寬為a的單縫上，通過狹縫后的衍射光經(jīng)透鏡L2會(huì)聚在其后焦平面處的屏P上，屏上將呈現(xiàn)出亮暗相間按一定規(guī)律分布的衍射圖樣。由惠更斯菲涅耳原理可知，單縫衍射的光強(qiáng)分布公式為 ， （1）式中：a為單縫的寬度，I0為入射光光強(qiáng)，j 為衍射光與光軸的夾角衍射角。

29、在衍射角j時(shí)，觀察點(diǎn)的光強(qiáng)Ij值與光波波長l 和單縫寬度a相關(guān)。 2、衍射光強(qiáng)分布譜sin (u) / u2常稱為單縫衍射因子，表征衍射光場內(nèi)任一點(diǎn)相對(duì)光強(qiáng)（Ij / I0）的大小。若以sinj 為橫坐標(biāo)，（Ij / I0）為縱坐標(biāo)，可得到單縫衍射光強(qiáng)的分布譜（如圖2所示）。當(dāng)j = 0時(shí)，I j = I 0 （2）這是平行于光軸的光線會(huì)聚處中央亮條紋中心點(diǎn)的光強(qiáng)，是衍射圖像中光強(qiáng)的極大值，稱為中央主極大。當(dāng)asinj = kl ， k = ±1，±2，±3， （3）則u = k, Ij = 0, 即為暗條紋。與此衍射角對(duì)應(yīng)的位置為暗條紋的中心。實(shí)際上j 角很小，

30、因此上式可改寫成 （4）由圖1也可看出，k級(jí)暗條紋對(duì)應(yīng)的衍射角 （5）故 （6）由以上討論可知（1）中央亮條紋的寬度被k = ±1的兩暗條紋的衍射角所確定，即中央亮條紋的角寬度為 。（2）衍射角j 與縫寬a成反比，縫加寬時(shí)，衍射角減小，各級(jí)條紋向中央收縮；當(dāng)縫寬a足夠大時(shí)（a>>l）。衍射現(xiàn)象就不顯著，以致可略去不計(jì)，從而可將光看成是沿直線傳播的。（3）對(duì)應(yīng)任意兩相鄰暗條紋，其衍射光線的夾角為，即暗條紋是以點(diǎn)P0為中心、等間隔、左右對(duì)稱地分布的。（4）位于兩相鄰暗條紋之間的是各級(jí)亮條紋，它們的寬度是中央亮條紋寬度的1/ 2。這些亮條紋的光強(qiáng)最大值稱為次極大。出現(xiàn)的位置在。

31、它們是超越方程的根，其數(shù)值為（7）對(duì)應(yīng)的值為（8）實(shí)際上衍射角度很小，所以在觀察屏上用衍射角表示這些次極大的位置近似為（9）與它們相應(yīng)的相對(duì)光強(qiáng)度分別為 （10）由（10）式可知，次極大的光強(qiáng)度較主極大光強(qiáng)度弱的多，如果考慮到傾斜因素，其實(shí)際強(qiáng)度較（10）式所得的數(shù)值還要小。3、光強(qiáng)測定原理上述衍射光強(qiáng)分布譜測定要借助光探測儀器，此設(shè)備中關(guān)鍵的光探測元件稱為光電傳感元件。光電傳感器是一種將光強(qiáng)的變化轉(zhuǎn)換為電量變化的傳感器。本實(shí)驗(yàn)使用的硅光電二極管是基于光生伏特效應(yīng)的光電器件。當(dāng)光照射到pn結(jié)時(shí)，設(shè)光子能量大于禁帶寬度Eg，使價(jià)帶中的電子躍遷到導(dǎo)帶，從而產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，電子與空穴分別向相反方向

32、移動(dòng)，形成光電動(dòng)勢。光電二極管的理想等效電路如圖4所示。從理想等效電路來看，光電二極管可看做是由一個(gè)恒流IL并聯(lián)一個(gè)普通二極管所組成的電源，此電源的電流IL與外照光源的光強(qiáng)成正比。無光照時(shí)，其電流-電壓特性無異于普通二極管，而有光照時(shí)，其電流-電壓特性符合pn結(jié)光生伏特效應(yīng)。由于二極管的正向伏安特性，只有負(fù)載電阻接近于零時(shí)，光電流才與光照成正比。按圖5接線，由運(yùn)算放大器構(gòu)成的電流電壓轉(zhuǎn)換電路能使輸入電阻接近于零，所以是光電二極管的理想負(fù)載。 4、光柵線位移傳感器原理上述光強(qiáng)測定原理解決了衍射光強(qiáng)分布縱坐標(biāo)數(shù)據(jù)測定，而分布譜的橫坐標(biāo)可采用一種光柵尺（即光柵位移傳感器）來測定，其基本原理是利用莫爾

33、條紋的“位移放大”作用，將兩塊光柵常數(shù)都是d 的透明光柵，以一個(gè)微小角度q 重疊，光照它們可得到一組明暗相間等距的干涉條紋，這就是莫爾條紋。莫爾條紋的間隔m很大（如圖6），從幾何學(xué)角度可得 （11）從（11）式可知，q 較小時(shí)，m有很大的數(shù)值。若一塊光柵相對(duì)另一塊光柵移動(dòng)d 的大小，莫爾條紋M將移動(dòng)m的距離。即莫爾條紋有位移放大作用，其放大倍數(shù)k = m / d 。用光探測器測定兩塊光柵相對(duì)位移時(shí)產(chǎn)生莫爾條紋得強(qiáng)度變化，經(jīng)光電變換后，成為衍射光強(qiáng)分布譜橫坐標(biāo)得長度數(shù)值，即構(gòu)成一把測定位移的光柵尺。光柵尺可精確測定位移量，正是利用這個(gè)特點(diǎn)在精密儀器和自動(dòng)控制機(jī)床等計(jì)量領(lǐng)域，光柵位移傳感器有廣泛的

34、應(yīng)用。本實(shí)驗(yàn)中用的光柵尺種，200 mm長度的光柵為主光柵，它相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)器，固定不動(dòng)。可動(dòng)小型光柵為指示光柵，它與光柵探測器聯(lián)為一體，也就是光柵移動(dòng)，光探測器同步移動(dòng)，莫爾條紋也移動(dòng)，位移量時(shí)正值；如果指示光柵改變一動(dòng)方向，光探測器也反方向移動(dòng)，莫爾條紋隨著改變運(yùn)動(dòng)方向，位移量是負(fù)值。因而光柵尺能準(zhǔn)確地測定指示光柵運(yùn)動(dòng)的位移量，確定衍射光強(qiáng)分布譜橫坐標(biāo)的數(shù)值。本實(shí)驗(yàn)采用微機(jī)自動(dòng)控制和測量手段，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的光電變換，A / D 轉(zhuǎn)換和數(shù)字化處理以及顯示、打印和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)缺姸喙δ?。可觀察，定量測量和研究各種衍射元件，諸如單縫、多縫、圓孔和方孔等衍射光強(qiáng)分布譜和相關(guān)參數(shù)，并與理論值比較?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容】1

35、、單縫衍射光強(qiáng)分布譜的觀測（1）圖7是實(shí)驗(yàn)裝置布置簡圖。應(yīng)按夫瑯和費(fèi)衍射和觀測條件，安排實(shí)驗(yàn)儀器及檢測元件的相對(duì)位置。并調(diào)節(jié)出衍射圖樣（2）改變單縫的寬度，觀察并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。2、光強(qiáng)分布譜的記錄輸出詳細(xì)閱讀實(shí)驗(yàn)室提供的微機(jī)使用方法參考資料。嚴(yán)格依次進(jìn)行規(guī)范操作，調(diào)整相關(guān)變量。最終顯示及輸出你滿意的衍射光強(qiáng)分布譜。3、測量（1）測量主極大、次級(jí)大和它們相應(yīng)比值的大小，并與理論值進(jìn)行比較。（2）計(jì)算單縫寬度，并與實(shí)驗(yàn)室給出的結(jié)果進(jìn)行比較?！咀⒁馐马?xiàng)】實(shí)驗(yàn)操作前，請(qǐng)仔細(xì)閱讀實(shí)驗(yàn)室提供的微機(jī)使用方法參考資料，嚴(yán)格按照規(guī)范要求，依次逐步進(jìn)行操作?！绢A(yù)習(xí)題】1、光強(qiáng)分布公式中，I0及u的物理意義是什么？

36、試描述單縫衍射現(xiàn)象中檢測到的圖像的主要特性。【思考題】1、硅光電池前的微分狹縫的寬度，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有何影響？實(shí)驗(yàn)時(shí)，你是如何確定他的寬度的？2、激光輸出的光強(qiáng)如有變動(dòng)，對(duì)單縫衍射圖像和光強(qiáng)分布曲線有無影響？具體地說有什么影響？楊氏模量的測定（傳感器技術(shù)）【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?、熟悉霍耳位置傳感器的特性，掌握微小位移的電測方法。2、用梁彎曲法測定金屬的楊氏模量。3、掌握用逐差法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理?！緦?shí)驗(yàn)儀器】楊氏模量測定儀、螺旋測微計(jì)、游標(biāo)卡尺、直板尺?！緦?shí)驗(yàn)原理】彎曲法測楊氏模量物體在外力作用下都要或多或少地發(fā)生形變。當(dāng)形變不超過某一限度時(shí)，撤走外力之后，形變能隨之消失，這種形變稱之為“彈性形變”。發(fā)生彈性形

37、變時(shí)，物體內(nèi)部產(chǎn)生恢復(fù)原狀的內(nèi)應(yīng)力。彈性模量（楊氏模量）是反映材料形變與內(nèi)應(yīng)力聯(lián)系的物理量，是工程技術(shù)中常用的參量。在本實(shí)驗(yàn)中，用霍耳位置傳感器測量材料的楊氏模量，通過實(shí)驗(yàn)可使學(xué)生加深對(duì)霍耳位置傳感器原理應(yīng)用的認(rèn)識(shí)，學(xué)會(huì)新型傳感器的定標(biāo)，不同長度值的測量方法。將厚為、寬為b的金屬棒放在相距為的二刀刃上圖1，在棒上二刀刃的中點(diǎn)處掛上質(zhì)量為m的砝碼，棒被壓彎，設(shè)掛砝碼處下降Z，稱此Z為馳垂度，這時(shí)棒材的楊氏模量等于 (1) 圖1-1 圖1-2下面推導(dǎo)上式。圖1-2為沿棒方向的縱斷面的一部分。在相距dx的二點(diǎn)上的橫斷面，在棒彎曲前相互平行，彎曲后則成一小角度。顯然在棒彎曲后，棒的下半部呈現(xiàn)拉伸狀態(tài)，

38、上半部為壓縮狀態(tài)，而在棒的中間有一薄層雖然彎曲但長度不變，稱為中間層。計(jì)算與中間層相距為y、厚dy、形變前長為dx的一段，彎曲后伸長了y,它受到的拉力為dF、根據(jù)胡克定律有 。式中dS表示形變層的橫截面積，即。于是，此力對(duì)中間層的轉(zhuǎn)矩為dM,即 。 而整個(gè)橫斷面的轉(zhuǎn)矩M應(yīng)是 （2）如果將棒的中心點(diǎn)C固定，在中心兩側(cè)各為處分別施以向上的力。如圖3所示，則棒的彎曲情況當(dāng)和圖1-1所示的完全相同。則棒的彎曲情況當(dāng)和圖1-1所示的完全相同。 圖1-3棒上距中心C為x、長為dx的一段，由于彎曲產(chǎn)生的下降等于 （3）當(dāng)棒平衡時(shí)，由外力對(duì)該處產(chǎn)生的力矩應(yīng)當(dāng)?shù)扔谟墒剑?）求出的轉(zhuǎn)矩M，即由此式求出代入式（3）

39、中并積分，可求出馳垂度 （4）即 二、傳感器法測微小量Z隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，微位移測量技術(shù)也越來越先進(jìn)。本實(shí)驗(yàn)介紹一種近年來發(fā)展的先進(jìn)的霍耳位置傳感器，利用磁鐵和集成霍耳元件間位置變化輸出信號(hào)來測量微小位移，該項(xiàng)技術(shù)已被用于梁的彎曲法測楊氏模量的實(shí)驗(yàn)中?；舳糜诖鸥袘?yīng)強(qiáng)度為B的磁場中，在垂直于磁場方向通以電流I，則與這二者垂直的方向上將產(chǎn)生霍耳電勢差 （5）(5)式中K為元件的霍耳靈敏度。如果保持霍耳元件的電流I不變，而使其在一個(gè)均勻梯度的磁場中移動(dòng)時(shí)，則輸出的霍耳電勢差變化量為： （6） (6)式中為位移量，此示說明若為常數(shù)時(shí)，與成正比。為實(shí)現(xiàn)均勻梯度的磁場，可以如圖4所示兩塊相同的磁鐵

40、（磁鐵截面積及表面磁感應(yīng)強(qiáng)度相同）相對(duì)放置，即N極與N極相對(duì)，兩磁鐵之間留一等間距間隙，霍耳元件平行于磁鐵放在該間隙的中軸上。間隙大小要根據(jù)測量范圍和測量靈敏度要求而定，間隙越小，磁場梯度就越大，靈敏度就越高。磁鐵截面要遠(yuǎn)大于霍耳元件，以盡可能的越小邊緣效應(yīng)影響，提高測量精確度。圖2-1若磁鐵間隙內(nèi)中心截面處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，霍耳元件處于該處時(shí)，輸出的霍耳電勢差應(yīng)該為零。當(dāng)霍耳元件偏離中心沿Z軸發(fā)生位移時(shí)，由于磁感應(yīng)強(qiáng)度不再為零，霍耳元件也就產(chǎn)生相應(yīng)的電勢差輸出，其大小可以用數(shù)字電壓表測量。由此可以將霍耳電勢差為零時(shí)元件所處的位置作為位移參考零點(diǎn)?；舳妱莶钆c位移量之間存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，當(dāng)位移

41、量較?。?mm）,這一一對(duì)應(yīng)關(guān)系具有良好的線性 圖（2-2）為PD-HY-型楊氏模量測試儀【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】1、基本內(nèi)容：測量黃銅樣品的楊氏模量和霍耳位置傳感器的定標(biāo)。(1)調(diào)節(jié)三維調(diào)節(jié)架的上下前后位置的調(diào)節(jié)螺絲，使集成霍耳位置傳感器探測元件處于磁鐵中間的位置。(2)用水準(zhǔn)器觀察是否在水平位置，若偏離時(shí)可用底座螺絲調(diào)節(jié)到水平位置。(3)調(diào)節(jié)霍耳位置傳感器的毫伏表，磁鐵盒上可上下調(diào)節(jié)螺絲使磁鐵上下移動(dòng)，當(dāng)毫伏表讀數(shù)值很小時(shí)，停止調(diào)節(jié)固定螺絲，最后調(diào)節(jié)調(diào)零電位器使毫伏表讀數(shù)為零。(4)顯微鏡調(diào)節(jié)。a 調(diào)節(jié)顯微鏡鏡筒軸線與掛有砝碼盤的銅框上基線等高。其方法是：用米尺判斷兩者是否等高，否則松開顯微鏡下面支柱

42、鎖定螺釘，調(diào)節(jié)支柱上的套筒螺母，上下微調(diào)顯微鏡的高低，滿足顯微鏡鏡筒軸線與掛有砝碼盤的銅框上基線基本等高。b 調(diào)節(jié)顯微鏡目鏡焦距，視場中看到清晰的十字準(zhǔn)線和刻度c 松開顯微鏡鏡筒的鎖定螺釘，前后緩慢地移動(dòng)鏡筒，在視場中清晰地看到掛有砝碼盤的銅框上基線，如果基線偏高或偏低，可微微調(diào)節(jié)顯微鏡支柱上的螺母，使基線靠近視場中部d 為了避免顯微鏡測微螺桿的空回誤差，調(diào)節(jié)顯微鏡測微鼓輪，使十字準(zhǔn)線位于銅框上基線之下，如圖（2-10）所示。e 調(diào)節(jié)顯微鏡測微鼓輪，使十字準(zhǔn)線與掛有砝碼盤的銅框上基線重合如圖所示。記錄視場中十字準(zhǔn)線所處刻度和測微鼓輪上的讀數(shù)，作為初始讀數(shù) (5)逐次增加砝碼（每次增加10g砝碼

43、），相應(yīng)從讀數(shù)顯微鏡上讀出梁的彎曲位置及數(shù)字電壓表相應(yīng)的讀數(shù)值（單位mv）。以便于計(jì)算楊氏模量和霍耳位置傳感器進(jìn)行定標(biāo)。(6)測量橫梁兩刀口間的長度及測量不同位置橫梁寬度b和橫梁厚度。用螺旋測微器測量黃銅板的厚度d（選不同位置測量3次）。 用游標(biāo)卡尺測量黃銅板的寬度b（選不同位置測量3次）。 用mm分度的直尺測量黃銅的有效長度（兩立柱刀口之間的距離）L（測量1次）。(7)用間隔多項(xiàng)逐差法得出,按公式（1）進(jìn)行計(jì)算，求得黃銅材料的楊氏模量。并求出霍耳位置傳感器的靈敏度。(8)把測量結(jié)果與公認(rèn)值進(jìn)行比較，分析誤差。2、選做內(nèi)容：用霍耳位置傳感器測量可鍛鑄鐵的楊氏模量。(1)以逐次增加砝碼，相應(yīng)讀出

44、數(shù)字電壓表讀數(shù)值。由霍耳位置傳感器的靈敏度，計(jì)算出下降的距離。(2)測量不同位置橫梁寬度b和橫梁厚度，用逐差法按公式（1）計(jì)算可鍛鑄鐵的楊氏模量。【注意事項(xiàng)】1、用千分尺測量待測樣品厚度必須不同位置多點(diǎn)測量取平均值。測量黃銅樣品時(shí)，因黃銅比鋼軟，旋緊千分尺時(shí)，用力適量，不宜過猛。2、用讀數(shù)顯微鏡測量砝碼的刀口架基線位置時(shí)，刀口架不能晃動(dòng)。物質(zhì)密度的測量【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?、了解物理天平的構(gòu)造，學(xué)會(huì)正確調(diào)節(jié)和使用物理天平。2、掌握用流體靜力稱衡法和比重瓶法測定不規(guī)則物體和液體的密度。3、理解如何將不易測量量用易測量量來代替的方法?！緦?shí)驗(yàn)儀器】 物理天平、燒杯、溫度計(jì)、比重瓶、不規(guī)則固體、液體【實(shí)驗(yàn)原理

45、】一、固體密度的測量1、由靜力稱衡法求不規(guī)則固體密度（物體密度大于液體）（圖1）設(shè)體積為V的某一物體質(zhì)量為M，則該物體的密度為圖1 = （1）可用物理天平準(zhǔn)確測得，但體積難于由外形尺寸準(zhǔn)確算出.在水的密度已知（見附表）的條件下，由靜力稱衡法可用天平測量出密度。設(shè)被測物不溶于水，其質(zhì)量為，用細(xì)絲將其懸吊在水中的稱衡值為，又設(shè)水在當(dāng)時(shí)溫度下的密度為，物體體積為，則根據(jù)阿基米德定律：排開水的重量等于物體所受的浮力,即 （2）則有 代入（1）式則固體密度 （3）2、不規(guī)則固體密度的測量（物體密度小于液體）（圖2） 圖2此方法采用掛沉物來測定其密度。沉物密度應(yīng)大于液體密度。沉物用細(xì)線掛在待測物下面，沉物

46、在液體中，待測物在空氣中，稱出質(zhì)量。再將沉物及待測 物體浸沒在液體中，稱出此時(shí)質(zhì)量為，待測物體在液體中所受浮力： （4）F與排開液體質(zhì)量相等,所以： （5）V是待測物排開液體的體積，既該待測物體的體積： （6）待測物在空氣中質(zhì)量為，該物體密度為： （7）注意：以上兩個(gè)實(shí)驗(yàn)選用的液體必須與待測物無化學(xué)反應(yīng)。二、液體密度的測量圖31、用比重瓶測液體的密度（圖3）圖3所示為常用比重瓶，它在一定的溫度下有一定的容積，將被測液體注入瓶中，多余的液體可由塞中的毛細(xì)管溢出。先稱出空比重瓶的質(zhì)量，將純水注滿比重瓶，用塞子塞住，擦干比重瓶，稱出總質(zhì)量（水和瓶），倒出純水，比重瓶內(nèi)注滿待測物體，稱出質(zhì)量（液體和瓶

47、），設(shè)待測液體密度為，純水密度為，則比重瓶內(nèi)純水體積： （8） 此比重瓶內(nèi)待測液體體積： （9）兩者體積相等，均為比重瓶的容積，所以可以求得待測液體的密度為： = （10）2、用靜力稱衡法測液體的密度此法要借助于不溶于水并且和被測液體不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的物體（一般用玻璃塊）。設(shè)物體密度為，將其懸吊在被測液體中稱衡值為，懸吊在水中稱衡值為，則由： （11） （12）可得液體密度為： （13）三、顆粒固體密度的測量首先測出小塊固體的質(zhì)量，將比重瓶注滿水，塞上玻璃塞子，稱出質(zhì)量，將小塊固體投入比重瓶，將有一部分水溢出，塞上玻璃塞子，稱出總質(zhì)量，被小固體排出比重瓶的水質(zhì)量為，其體積為 ，它也是質(zhì)量為小塊固

48、體的體積，可以求出小物體（固體）的密度為： 【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求】1、天平的調(diào)節(jié)及靈敏度的測量按要求將天平調(diào)節(jié)為可工作狀態(tài)。天平靈敏度S=（單位：） 例如：S = 或S =天平感量M是指天平指針在標(biāo)尺上偏轉(zhuǎn)1個(gè)分格時(shí)，天平稱盤上應(yīng)增加（或減少）的砝碼值。天平的儀器誤差一般可取感量的1/22、測不規(guī)則固體密度要求：各質(zhì)量值分別由物理天平測量，的數(shù)值可測量當(dāng)時(shí)水溫查表得到。將各測得量代入相應(yīng)公式，求得不規(guī)則固體的密度并進(jìn)行誤差分析。溫度012345678910°0.999730.999630.999520.999400.999270.999130.998970.998800.998620.9

49、984320°0.998230.998020.997800.997570.997330.997060.996810.996540.996260.9959730°0.995680.995370.995050.994730.994400.994060.993710.993360.992990.99262附表： 水的密度（1×103 ）3、測液體的密度要求：各質(zhì)量值分別由物理天平測量，代入相應(yīng)公式可得被測液體的密度并進(jìn)行誤差分析。注：實(shí)驗(yàn)中測量次數(shù)、數(shù)據(jù)處理及誤差分析等按照指導(dǎo)教師的要求完成。邁克耳孫干涉儀1881年美國物理學(xué)家邁克耳孫為測量光環(huán)，依據(jù)分振幅產(chǎn)生雙光束干涉的原理精心設(shè)計(jì)了這種干涉測量裝置。邁克耳孫和莫雷用此一起完成了在相對(duì)論研究中有重要意義的“以太”漂移實(shí)驗(yàn)。邁克耳孫干涉儀設(shè)計(jì)精巧、應(yīng)用廣泛，許多現(xiàn)代干涉儀都是由它衍生發(fā)展出來的?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹?、了解邁克耳孫干涉儀的結(jié)構(gòu)，學(xué)習(xí)調(diào)節(jié)方法。2、利用點(diǎn)光源產(chǎn)生的同心圓干涉條紋測量單色光的波長?！緦?shí)驗(yàn)儀器】邁克耳孫