大學(xué)物理實(shí)驗指導(dǎo) - 手機(jī)版

1、掃描二維碼下載本文華中農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院物理系二一五年六月目錄一密度測量 (1二比較法測量液體粘度 (6三扭擺法測量物體轉(zhuǎn)動慣量 (10四氣體比熱容比的測定 (13五示波器的使用 (16六聲速的測定 (18七用邁克耳遜干涉儀測量光源波長 (21八測量平凸透鏡的曲率半徑 (24九分光計的調(diào)節(jié) (27十用分光計測量介質(zhì)折射率 (33十一用分光計測量光柵常數(shù) (37十二分壓電路特性曲線的測定 (40十三用霍爾元件測量螺線管軸向磁場 (42十四電路故障的分析診斷 (44十五全息攝影 (48十六數(shù)碼攝影 (51十七數(shù)字圖像信息采集及處理 (53附錄1 測量誤差與不確定度 (561 測量誤差及其分類 (561

2、.1 誤差的定義 (561.2 誤差的分類 (562 誤差的基本性質(zhì)與處理 (572.1 測量值與隨機(jī)誤差的統(tǒng)計規(guī)律 (572.2 有限次測量與抽樣統(tǒng)計 (582.3 系統(tǒng)誤差與儀器誤差的處理 (613 測量不確定度 (623.1 直接測量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度 (633.2 直接測量的展伸不確定度 (633.3 間接測量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度 (643.4 間接測量的展伸不確定度 (664 展伸不確定度的簡化計算 (674.1 直接測量的展伸不確定度 (674.2 間接測量的展伸不確定度 (67一 密度測量實(shí)驗?zāi)康?1、 測量銅柱體的密度。2、 掌握長度、質(zhì)量等基本量的測量工具的使用。 實(shí)驗儀器:銅圓柱體、

3、物理天平、螺旋測微器、游標(biāo)卡尺。 實(shí)驗原理:hd m V m 24= 數(shù)據(jù)記錄及處理:1、 銅圓柱體的質(zhì)量:m = g ;m 是單次測量量,只計算B 類不確定度。所用物理天平(TW-1B 示值變動性小于0.1g ,同時忽略天平不等臂誤差和砝碼誤差等,可認(rèn)為儀器最大誤差為:0.1g ,則質(zhì)量m 的不確定度:m =B =儀= 0.1g 。2、 銅圓柱體的直徑d 和高度h ,考慮到銅圓柱體不是絕對規(guī)則,要在不同位置做多次測量。螺旋測微器的零點(diǎn)讀數(shù)為d 0= mm , 3、 =i i d n d 1mm ;d 的A 類不確定度:=-=1(95.0A n t nS d mm ,螺旋測微器的誤差mm 00

4、4.0=儀,d 的B 類不確定度來源于直接測量量d 0、d ',易得:mm 004.0222B =儀,合成不確定度:=+=2B 2A d mm 。4、 =ni i h n h 11 mm ;h 的A 類不確定度:=-=1(95.0A n t nS h mm , 游標(biāo)卡尺的誤差mm 02.0=儀,h 的B 類不確定度來源于直接測量量h 0、h ',易得:mm 02.0222B =儀,合成不確定度:=+=2B 2A h mm 。5、 銅圓柱體密度的測量平均值:=h d m 24 3cm g 。6、 密度的合成不確定度:=+=222(2(hd m h d m 3cm g 。 7、 密

5、度的測量結(jié)果:±=,95.0p 。 思考題:1、 與游標(biāo)卡尺讀數(shù)原理相似的儀器還有哪些?2、 測量數(shù)據(jù)中,銅圓柱體的直徑d 和高度h 的不確定性主要來源是什么?實(shí)驗討論:描述實(shí)驗中觀察到的異?，F(xiàn)象及可能的解釋,分析實(shí)驗誤差的主要來源,對實(shí)驗儀器和方法的建議以及本實(shí)驗在其它方面的應(yīng)用等,還可以談?wù)剬?shí)驗的心得體會。附錄:長度、質(zhì)量測量的基本儀器1、螺旋測微器(千分尺測砧測微螺桿螺母套管(主尺鎖緊裝置 (1測量前確保測砧和測微螺桿的測量面潔凈。(2被測物或測量面被夾緊前一定要轉(zhuǎn)棘輪旋進(jìn),以免損壞測微螺桿。(3測量前要記錄零點(diǎn)讀數(shù),因為d=0時,讀數(shù)不一定為零。一般,讀數(shù)為正值,若微分套管(

6、分度尺0刻度線在主尺線下方,讀數(shù)為負(fù)值,即-0.5mm+分度尺正讀數(shù)(負(fù)+正后總體是負(fù)。被測物的讀數(shù)減零點(diǎn)讀數(shù)才是其實(shí)際長度。(4測量完畢,不要夾緊測量面,應(yīng)留有縫隙,以免受熱膨脹損壞測量面和測微螺桿。2、游標(biāo)卡尺 d (1測量前確保測量面(或刀口潔凈。(2測量前要記錄零點(diǎn)讀數(shù),因為d=0時,讀數(shù)不一定為零。一般,讀數(shù)為正值,若游標(biāo)0刻度在主尺0mm 刻度左邊,讀數(shù)為負(fù)值,即-1mm+游標(biāo)正讀數(shù)。被測物的讀數(shù)減零點(diǎn)讀數(shù)才是其實(shí)際長度。(3讀數(shù)時,毫米以上,看游標(biāo)0刻度停在主尺多少毫米;毫米以下,看游標(biāo)第幾條刻線和主尺刻線對齊,就讀幾倍0.02mm (此處0.02mm 為最小分度,即游標(biāo)刻線間距

7、比主尺刻線間距少0.02mm 。(4用量爪測外徑(長,量刃測內(nèi)徑(長。3、物理天平 中央刀口橫梁 操作要點(diǎn):(1水平調(diào)節(jié)。在天平底座上裝有氣泡水平儀,調(diào)節(jié)底座腳釘,使氣泡位于水平儀中心。有的天平利用鉛垂線來調(diào)節(jié)水平。(2平衡調(diào)節(jié)。天平止動時,天平橫梁被兩個螺釘支撐,比較穩(wěn)定。先將托盤掛鉤掛到兩邊刀口上,撥動游標(biāo)至零刻線。旋轉(zhuǎn)升降旋鈕,天平被啟動,觀察天平橫梁是否平衡,指針是否指向零點(diǎn)(或平衡位置。若不指零,反向旋轉(zhuǎn)升降旋鈕,天平被止動,調(diào)節(jié)平衡螺母。再次啟動天平,觀察橫梁或指針,反復(fù)調(diào)節(jié)。若天平不能靜止下來,只要指針左右擺幅近似相等,便可認(rèn)為天平達(dá)到平衡。(3稱量。止動天平,將被測物體放入左盤

8、,合適的砝碼放入右盤,啟動天平,觀察橫梁或指針。止動天平,增減砝碼使天平平衡(注意,為了避免天平刀口受到?jīng)_擊,在取、放砝碼時,都必須使天平止動。如果天平還未平衡,就要使用游碼,移動游碼也要使天平止動。當(dāng)天平達(dá)到平衡時,止動天平,記錄砝碼和游碼的總質(zhì)量,即被測物體的質(zhì)量。(4還原天平。將托盤掛鉤從兩邊刀口取下,取回被測物體和砝碼,游碼歸零。二 比較法測量液體粘度實(shí)驗?zāi)康?1、 測量酒精的粘度。2、 掌握泊肅葉公式及其應(yīng)用。實(shí)驗儀器:奧斯特瓦爾德粘度計、支架、燒杯、容量瓶、量筒、滴管、天平、秒表、溫度計。實(shí)驗原理:奧斯特瓦爾德粘度計為一U 型玻璃管,左邊管口較小較 短,管口下有一小玻璃泡,右邊管口

9、較大較長,靠底部有一大玻璃泡,兩玻璃泡之間由毛細(xì)直管和粗彎管連通。實(shí)驗中,先用將液面吹(吸至m 刻線以上,待液面降至m處開始計時,降至n 處停止計時。由于兩邊玻璃泡的作用,液面升降速度很慢,毛細(xì)管上下端的壓強(qiáng)差(21p p -可用流體靜壓強(qiáng)計算。若液體密度為,兩邊液面距毛細(xì)管上下端點(diǎn)的高度分別是h 1、h 2,則:(2121h h g p p -=-(1 若液面從m 降至n 所需時間為t ,粘度計m 、n 之間的容積為V ,根據(jù)泊肅葉公式: -+=t t L h h L g r V 0214d 8( (21p 2p式中為液體的粘度,r 為毛細(xì)管的半徑。如果用相同體積的酒精和水先、后注入粘度計中

10、,分別測出下降時間,由(2得:-+=酒精酒精酒精t t L h h L g r V 0214d 8( (3 -+=水水水t t L h h L g r V 0214d 8( (4 實(shí)驗中雖然h 1、h 2不斷變化,但對于這兩種液體,變化情況完全相同,因此,由(3、(4可得: 水水水酒精酒精酒精t t = (5 即: 水酒精水酒精水酒精t t = (6 對于相同體積的兩種液體,可以用質(zhì)量比代替密度比。即: 水酒精水酒精水酒精t t m m = (7 數(shù)據(jù)記錄及處理: 3、 =i i t n t 1水水 s ;水t 的A 類不確定度:=-=1(95.0A n t nS t 水s ,B 類不確定度等

11、于秒表的最小分度:=B s ,=+=2B 2A 水t s 。4、 =ni i t n t 11酒精酒精 s ;酒精t 的A 類不確定度:=-=1(95.0A n t nS t 酒精s ,B 類不確定度等于秒表的最小分度:=B s ,=+=2B 2A 酒精t s 。5、 水溫: ,該溫度下水的粘度水= s Pa 。6、 酒精粘度的平均值:=水酒精水酒精水酒精t tm m s Pa 。7、 2222(水水酒精酒精酒精水水酒精酒精酒精t m t m t m t m += Pa s 。8、 酒精粘度的測量結(jié)果:酒精酒精酒精±=,95.0p 。思考題:1、 液體在粘度計的毛細(xì)管部分作什么運(yùn)動?

12、2、 實(shí)驗過程中粘度計傾斜了影響測量結(jié)果嗎?3、 實(shí)驗中如何更準(zhǔn)確地測量液面下降時間? 實(shí)驗討論:描述實(shí)驗中觀察到的異?，F(xiàn)象及可能的解釋,分析實(shí)驗誤差的主要來源,對實(shí)驗儀器和方法的建議以及本實(shí)驗在其它方面的應(yīng)用等,還可以談?wù)剬?shí)驗的心得體會。 -3 三 扭擺法測量物體轉(zhuǎn)動慣量實(shí)驗?zāi)康?1、 熟悉扭擺的結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)動慣量測試儀的使用方法。2、 測量不同形狀剛體模具的轉(zhuǎn)動慣量J 和彈簧的扭轉(zhuǎn)系數(shù)K 。 實(shí)驗儀器:剛體模具、轉(zhuǎn)動慣量測試儀、游標(biāo)卡尺。 實(shí)驗原理: 彈簧原長M =0彈簧卷曲M 向外彈簧伸展M 向里扭擺的螺旋彈簧部分如上圖所示,其外圈端點(diǎn)固定不動,內(nèi)圈端點(diǎn)與轉(zhuǎn)軸連接。r 為轉(zhuǎn)軸的半徑,F 為彈

13、簧因扭轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的回復(fù)力,F 的作用點(diǎn)在內(nèi)圈端點(diǎn)與轉(zhuǎn)軸連接處,M 為F 產(chǎn)生的回復(fù)力矩。轉(zhuǎn)軸上的物體在M 的作用下,可以繞轉(zhuǎn)軸作簡諧擺動。根據(jù)胡克定律,回復(fù)力矩M 與彈簧扭轉(zhuǎn)的角度q 成正比,即: q K M -=(1 (1式中,K 為彈簧的扭轉(zhuǎn)系數(shù),根據(jù)轉(zhuǎn)動定律:22d d tJ J M q= (2(2式中,J 為轉(zhuǎn)軸上的物體繞轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量,為角加速度,令:JK =2 (3忽略軸承的摩擦力矩,由(1、(2、(3得:0d d 222=+q qt(4 (4的解是: cos(q +=t A(5擺動周期:KJ T 22= (6測量金屬載物轉(zhuǎn)盤空載時的擺動周期T 0,由(6得其轉(zhuǎn)動慣量為: 22004

14、K T J = (7 將塑料圓柱體安放在轉(zhuǎn)盤上,測量擺動周期T 1,總轉(zhuǎn)動慣量為: 22104KT J J =+柱 (8塑料圓柱體轉(zhuǎn)動慣量理論值為:281mD J =柱 (9聯(lián)立 (7、(8 、(9,求出:J 0 、K 。如果將其它剛體模具安放在轉(zhuǎn)盤上,測出擺動周期T x ,則模具轉(zhuǎn)動慣量為:0224J K T J x x -= (10 思考題:1、實(shí)驗中為什么要測量J0、K?2、實(shí)驗中如何更準(zhǔn)確地測量剛體模具的幾何尺寸?實(shí)驗討論:描述實(shí)驗中觀察到的異常現(xiàn)象及可能的解釋,分析實(shí)驗誤差的主要來源,對實(shí)驗儀器和方法的建議以及本實(shí)驗在其它方面的應(yīng)用等,還可以談?wù)剬?shí)驗的心得體會。四 氣體比熱容比的測定

15、實(shí)驗?zāi)康?1、 測定空氣的比熱容比。2、 理解振動法測量原理。實(shí)驗儀器:FB212型氣體比熱容比測定儀、電子天平、螺旋測微器。實(shí)驗原理:熱容是物質(zhì)的重要參量,在研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)、確定相變、鑒定物質(zhì)純度等方面起著重要的作用。氣體的定壓摩爾熱容C p 與定容摩爾熱容C V 之比稱為比熱容比 ,它在熱力學(xué)過程特別是絕熱過程中是一個很重要的參數(shù)。 的測定方法有多種,本實(shí)驗通過測定物體在特定容器中的振動周期來計算 值。 r 2p 0r 2p如圖所示,儲氣瓶的柱形玻璃管中懸浮著一個光滑的鋼球,鋼球直徑等于玻璃管內(nèi)徑,管壁鉛直,鋼球可以在玻璃管中上下無摩擦運(yùn)動。設(shè)鋼球的質(zhì)量為m ,半徑為r ,當(dāng)瓶內(nèi)氣壓p 滿足

16、:20rmg p p += (1時(式中0p 為大氣壓強(qiáng),鋼球處于受力平衡狀態(tài)。若鋼球偏離平衡位置一個較小位移x ,瓶內(nèi)氣壓也會有一個微變d p ,鋼球所受合外力f 不再為零,由牛頓第二定律可得: 222d d d t x m p r f = (2 因為鋼球運(yùn)動過程相當(dāng)快,氣體來不及傳熱,若忽略漏氣、摩擦等損耗,此過程可以看作理想氣體的絕熱過程,即:常數(shù)=pV (3對(3式求導(dǎo)得: V V p p d d -= (4 將(4式代入(2式得: 0d d 4222=+x mV p r t x (5 求解(5式得鋼球振動的位移方程:cos(+=t A x (6其中: mVp r T 422= (7

17、則: 4242644pdT mV pr T mV = (8 數(shù)據(jù)記錄及處理: = 儲氣瓶容積V = m 3大氣壓0p = Pa比熱容比4(642402d mg d p T mV += 思考題:1、 若振動過程中氣體有少量吸熱放熱,在p -V 圖上畫出等溫線、絕熱線和過程曲線示意圖。2、 實(shí)驗中哪個物理量的測量對比熱容比的計算誤差影響較大?實(shí)驗討論:描述實(shí)驗中觀察到的異?，F(xiàn)象及可能的解釋,分析實(shí)驗誤差的主要來源,對實(shí)驗儀器和方法的建議以及本實(shí)驗在其它方面的應(yīng)用等,還可以談?wù)剬?shí)驗的心得體會。五示波器的使用實(shí)驗?zāi)康?1、了解示波器的原理。2、掌握示波器和信號發(fā)生器的使用方法。實(shí)驗儀器:示波器、信號發(fā)

18、生器。實(shí)驗原理: 1、熟悉示波器的面板功能和基本使用方法。參考示波器操作手冊(Oscilloscope SS-7802A Instruction Manual section 1、section 2。2、觀察李薩如圖形(Lissajous waveforms。參考section 3、光標(biāo)測量和頻率計,參考section 3。 1、若顯示屏上波形垂直方向幅度太大,如何調(diào)節(jié)?2、若顯示熒光屏上波形的周期數(shù)太多,如何調(diào)節(jié)?3、請查閱相關(guān)資料,談?wù)勈裁词峭诫娐?實(shí)驗討論:描述實(shí)驗中觀察到的異?，F(xiàn)象及可能的解釋,分析實(shí)驗誤差的主要來源,對實(shí)驗儀器和方法的建議以及本實(shí)驗在其它方面的應(yīng)用等,還可以談?wù)剬?shí)驗

19、的心得體會。六 聲速的測定實(shí)驗?zāi)康?1、 了解超聲波的產(chǎn)生和接收的原理。2、 學(xué)會用幾種方法測量聲波在空氣中的傳播速度u 。3、 學(xué)習(xí)用逐差法處理數(shù)據(jù)。 實(shí)驗儀器:SV-DH-5A 聲測試儀、SVX-5聲速測試儀信號源、示波器、溫度計等。 實(shí)驗原理:聲波傳播的速度u 和其波長以及頻率f 之間的關(guān)系為:f u =;時差法測量聲速:t x u =。 數(shù)據(jù)記錄及處理:1、 空氣中的聲速理論值。室溫t = ;該溫度下水的飽和蒸汽壓 e = Pa ;室內(nèi)空氣的相對濕度H = %;s /m Pa10013.13192.0115.273C /1331.45 5+=eHt u 理論= 。 2、 調(diào)節(jié)聲速測試儀

20、到最佳工作頻率f = Hz 。先按振幅極值法連接線路,再移動接收面S 2到剛好接觸發(fā)射面S 1,但不要相互擠壓,然后調(diào)節(jié)發(fā)射頻率,直到接收波形的振幅最大,此時的發(fā)射頻率就是壓電陶瓷換能器的諧振頻率,即最佳工作頻率f 。3、 振幅極值法,接收波形為振幅極大即逐差為/2時, =f u m /s ,=-%100理論理論u u u 。4、 相位比較法, =-=+101101010i i i x x mm ,=f u m /s ,=-%100理論理論u u u 。5、 時差法,設(shè)置聲速測試儀信號源的測試方式為脈沖 =-=1011010i i i i i t t v u m /s ,=-%100理論理論u

21、 u u 。 思考題:1、 固定S 1和 S 2 之間的距離,改變發(fā)射頻率,以此來測量聲速,是否可行?2、 比較這三種測量方法,那種測量方法誤差小? 實(shí)驗討論:描述實(shí)驗中觀察到的異常現(xiàn)象及可能的解釋,分析實(shí)驗誤差的主要來源,對實(shí)驗儀器和方法的建議以及本實(shí)驗在其它方面的應(yīng)用等,還可以談?wù)剬?shí)驗的心得體會。 七 用邁克耳遜干涉儀測量光源波長實(shí)驗?zāi)康?1、 用邁克耳遜干涉儀觀察干涉條紋。2、 測量激光源波長。 實(shí)驗儀器:SGM-1型邁克耳遜干涉儀。 實(shí)驗原理:取1=空氣n , kx k d =2022,注意M 1移動距離d 是M 1位置讀數(shù)差x 的1/20。 儀器操作方法:1、 挪開擴(kuò)束鏡L ,開啟激

22、光器,調(diào)節(jié)激光器高度及水平,使激光束兩次穿過銅柱體小孔后,投射到平面鏡M 1。2、 轉(zhuǎn)動平面鏡M 1和M 2背面的兩個傾角調(diào)節(jié)螺釘,直到光屏P 上最亮的兩組光斑完全重合。3、 調(diào)節(jié)擴(kuò)束鏡L ,使激光束穿過擴(kuò)束鏡L 后,投射到 平面鏡M 1、M 2中部,則激光和干涉圖樣也會落在光屏中部。若看不到干涉圖樣,先挪開擴(kuò)束鏡L ,再返回到2。4、 微調(diào)平面鏡M 1或者M(jìn) 2背面的傾角調(diào)節(jié)螺釘,使干涉圓環(huán)的環(huán)心落在光屏中部。5、 為了防止出現(xiàn)回程誤差,必須朝一個方向轉(zhuǎn)動M 1位置調(diào)節(jié)手輪,同時觀察干涉圓環(huán)的變化。每冒出(縮進(jìn)50個干涉圓環(huán),記錄一次M 1位置讀數(shù),直到第450環(huán)為止。 置的誤差得mm 00

23、4.0B =x 。 2、 250=k 時,對應(yīng)的M 1位置讀數(shù)差x 的平均值:15151x x x x x x x x x x x i i-+-+-+-+-=x 的A 類不確定度:1(95.0A -=n t nS x; x 的B 類不確定度來原于x ,且:4m m 00.0222B =x ;x 的合成不確定度:2B 2A +=x 。3、 =k x202 nm , =x x x k x 250202202d(d( nm 。4、 波長:±=,95.0p 。 思考題:1、 光屏上干涉條紋的最高級次在哪里?2、 朝一個方向轉(zhuǎn)動M 1調(diào)節(jié)手輪,發(fā)現(xiàn)干涉圓環(huán)一直縮進(jìn)突然變成不斷冒出,解釋原因。3

24、、測量數(shù)據(jù)中,M1位置讀數(shù)差x 的不確定性主要來源是什么?實(shí)驗討論:描述實(shí)驗中觀察到的異常現(xiàn)象及可能的解釋,分析實(shí)驗誤差的主要來源,對實(shí)驗儀器和方法的建議以及本實(shí)驗在其它方面的應(yīng)用等,還可以談?wù)剬?shí)驗的心得體會。八 測量平凸透鏡的曲率半徑 鈉光燈讀數(shù)顯微鏡實(shí)驗?zāi)康?1、 觀察光的等厚干涉現(xiàn)象,了解干涉條紋特點(diǎn)。2、 測量牛頓環(huán)儀中平凸透鏡的曲率半徑R 。 實(shí)驗儀器:牛頓環(huán)儀、讀數(shù)顯微鏡、鈉光燈。 實(shí)驗原理:牛頓環(huán)儀中空氣膜上下表面兩次反射光的光程差d 與干涉極值條件:=+=+=暗紋明紋,3,2,1,0212(,3,2,122 k k k k ne d根據(jù)等厚干涉原理,干涉條紋為同心圓環(huán),稱為牛頓

25、環(huán),各級牛頓環(huán)對應(yīng)的空氣膜厚度為: =-=暗紋明紋,3,2,1,02,3,2,121(2 k nk k k n e k k k 222(e R r R k -+=,Re e r k 222=+=-=暗紋明紋,3,2,1,0,3,2,1212(2 k n kR k n R k Re r k k 則,nmR r r k m k =-+22;取空氣折射率n =1,則:m r r r r m r r R k m k k m k k m k (22-+=-=+ m A A B A R k m k k m k (-=+m B B A B k m k k m k (-=+實(shí)驗數(shù)據(jù)記錄及處理:為了防止出現(xiàn)回程

26、誤差,要一趟(鼓輪旋轉(zhuǎn)方向不變測完所有數(shù)據(jù)(A 41->A 40-> A 26-> B 26-> B 40表:叉 i R i R 1( A 40、A 30、B 30R 6( B 40、B 30、A 30;R i 是對同一個物理量的多次測量,可以計算A 類不確定度;同時,R i 是間接測量量,其B 類不確定度來源于A k+m 、A k 、B k+m 、B k ,但是比A 類不確定度小很多,可以忽略。=n i i R n R 11 mm ;=-=1(95.0A n t n SR R mm 。曲率半徑:R R R ±=,95.0p 。 思考題:1、 證明:叉絲交點(diǎn)不

27、過環(huán)心,不影響曲率半徑R 的計算結(jié)果。 2、 測量數(shù)據(jù)中,R 的不確定性主要來源是什么?與牛頓環(huán)儀上三顆螺釘?shù)乃删o有關(guān)嗎?實(shí)驗討論:描述實(shí)驗中觀察到的異?，F(xiàn)象及可能的解釋,分析實(shí)驗誤差的主要來源,對實(shí)驗儀器和方法的建議以及本實(shí)驗在其它方面的應(yīng)用等,還可以談?wù)剬?shí)驗的心得體會。九 分光計的調(diào)節(jié) 抓小燈座或鏡筒去轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡!: 小燈電源 底1、 可,以后不要再轉(zhuǎn)動此手輪。分劃板上刻有分劃線的一面稱為分劃面。 透光十目鏡視場中的分劃面綠十鎖緊螺釘分劃板套筒2、將分劃面移至物鏡焦平面:開小燈,手握平面鏡緊貼物鏡口,松開分劃板套筒鎖緊螺釘,推拉套筒,直到目鏡中的綠十字像最清晰且與分劃面無視差,然后鎖緊套筒

28、。如下圖所示,透光十字是刻在分劃面上,當(dāng)分劃面在物鏡焦平面,透光十字發(fā)出的光線經(jīng)過物鏡射出是平行光束,再由平面鏡反射回來還是平行光束,射入物鏡后又清晰聚焦于焦平面(分劃面。 小燈電源底 3、將平面鏡按下圖所示放置在載物臺中心,載物臺上的3條分劃線必須對齊下面3顆螺釘,平面鏡底邊和螺釘3對應(yīng)的分劃線重合。2螺釘3望遠(yuǎn)鏡載物臺4、粗調(diào)望遠(yuǎn)鏡和平行光管的光軸、載物臺,使它們垂直于分光計的公共軸:俯身目測,需要調(diào)節(jié)的螺釘是望遠(yuǎn)鏡和平行光管的傾斜調(diào)節(jié)螺釘、載物臺下面 平面鏡 鈉光像。若看不到綠十字像,請返回第4步重新做粗調(diào)。若還是看不到,按下圖所示,稍微轉(zhuǎn)動游標(biāo)盤,使平面鏡不正對望遠(yuǎn)鏡,直接用眼睛從平面

29、鏡里找到綠十字像,這時眼睛高度可能比目鏡中心高度偏高(偏低,則綠十字像偏低(偏高。轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡傾斜調(diào)節(jié)螺釘和載物臺下面螺釘1(分半調(diào)節(jié),使得綠十字像上移(下移,同時跟蹤綠十字像,直到眼睛與目鏡中心等高,再使平面鏡正對望遠(yuǎn)鏡,就可以在目鏡中看到綠十字像。轉(zhuǎn)動游標(biāo)盤180°,用同樣的辦法在平面鏡B面也找到綠十字像。(2調(diào)節(jié)載物臺,使平面鏡鏡面平行于公共軸:若平面 鏡A面正對望遠(yuǎn)鏡時綠十字像和上分劃橫線高度差為h1,B面正對望遠(yuǎn)鏡時此高度差為h2。調(diào)節(jié)載物臺下面的螺釘1或2,使一面正對望遠(yuǎn)鏡時此高度差為(h1+h2/2,則另一面自然變?yōu)?h1+h2/2。 h (3調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡光軸垂直于公共軸:

30、只轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡傾斜調(diào)節(jié)螺釘,使綠十字像與上分劃橫線重合,再微調(diào)游標(biāo)盤,綠十字像會沿著上分劃橫線平移到和分劃線上交點(diǎn)重合。此時透光十字(物和綠十字(像關(guān)于望遠(yuǎn)鏡的光軸對稱,則望遠(yuǎn)鏡光軸垂直于平面鏡鏡面和公共軸。 望遠(yuǎn)鏡后翹鏡面豎直望遠(yuǎn)鏡水平鏡面豎直望遠(yuǎn)鏡水平鏡面豎直(4調(diào)節(jié)分劃面的豎直分劃線平行于公共軸:左右轉(zhuǎn)動游標(biāo)盤時(平面鏡跟著轉(zhuǎn)動,綠十字像緊貼上分劃橫線平移,則豎直分劃線平行于公共軸。否則,需要松開分劃板套筒鎖緊螺釘,稍微轉(zhuǎn)動一下分劃板套筒,使得左右轉(zhuǎn)動游標(biāo)盤時綠十字像緊貼上分劃橫線平移,然后鎖緊套筒。 二調(diào)節(jié)三棱鏡兩個光學(xué)面的法線或載物臺垂直于公共軸(以調(diào)好的望遠(yuǎn)鏡為參照:方法1:利用三棱

31、鏡調(diào)節(jié),適用于暗室環(huán)境(略。方法2:利用平面鏡調(diào)節(jié)(設(shè)平面鏡的鏡面垂直于載物臺臺面:在【一-5-(2】中,使平面鏡鏡面平行于公共軸,只是把螺釘1和2調(diào)到等高了。螺釘3可能和1、2不等高,雖然不影響前面的調(diào)節(jié)和觀測結(jié)果,但是會影響載物臺的水平。轉(zhuǎn)動游標(biāo)盤,使螺釘3正對望遠(yuǎn)鏡,同時放置平面鏡正對望遠(yuǎn)鏡,粗調(diào)螺釘3,使載物臺垂直于分光計的公共軸;左右轉(zhuǎn)動游標(biāo)盤,找到綠十字像,然后細(xì)調(diào)螺釘3,使綠十字像與上分劃橫線重合。 望遠(yuǎn)鏡三平行光管的調(diào)節(jié)(以調(diào)好的望遠(yuǎn)鏡為參照,不要再調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡的目鏡、分劃板套筒和傾斜調(diào)節(jié)螺釘?shù)?但可以繞公共軸轉(zhuǎn)動: :打開鈉以看到狹縫像(黃線,松開狹縫套筒鎖緊螺釘,推拉套筒,直

32、到狹縫像最清晰且與分劃面無視差(平行光射入物鏡后清晰聚焦于分劃面,然后轉(zhuǎn)動狹縫寬度調(diào)節(jié)手輪,使狹縫像寬度看起來約為1mm。 狹縫鈉光分劃面望遠(yuǎn)鏡物鏡出口透鏡2、調(diào)節(jié)平行光管的光軸垂直于公共軸:轉(zhuǎn)動狹縫套筒使狹縫像呈水平狀態(tài),轉(zhuǎn)動平行光管傾斜調(diào)節(jié)螺釘,使狹縫像和分劃面中央水平分劃線重合。可以證明,此時平行光管的光軸就垂直于公共軸。 十 用分光計測量介質(zhì)折射率實(shí)驗?zāi)康?1、 用最小偏向角法測量三棱鏡的折射率n 。2、 掌握分光計的使用方法。 實(shí)驗儀器:三棱鏡、分光計、鈉光燈或汞燈。 實(shí)驗原理:當(dāng)一束平行光射入三棱鏡的頂角一邊時,由于折射,從頂角另一邊射出的光線(偏射光線會偏離 原平行光(直射光線的

33、方向。定義偏射光線與直射光線之間的夾角為偏向角d ,旋轉(zhuǎn)三棱鏡以改變?nèi)肷浣?可使d 達(dá)到最小值d m ,若棱鏡的頂角為A ,折射率為n ,則: 2sin2sinA n md +=最小偏向角的測量如下: 1、 調(diào)節(jié)好分光計:調(diào)節(jié)分劃 面的豎直分劃線和狹縫平行于公共軸。 2、 放置好三棱鏡:按右圖所示將三棱鏡平放在載物臺左半部位,則狹縫平行光部分經(jīng)過、部分越過三棱鏡,分別形成偏射光線和直射光線。狹縫光源3、 用肉眼粗略尋找最小偏向位置:如圖所示,直接用肉眼觀察三棱鏡的出射光面,首先在光面中找到平行光管的圓形管口像和其內(nèi)狹縫像(黃線,然后轉(zhuǎn)動游標(biāo)盤(使三棱鏡跟著一起轉(zhuǎn)動以改變?nèi)肷浣?若狹縫像左移則偏

34、向角d 減小,繼續(xù)轉(zhuǎn)動游標(biāo)盤,使狹縫像平移到極左,則狹縫像位于最小偏向位置,固定游標(biāo)盤,將望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)至眼前,用目鏡觀套筒鎖緊螺釘狹縫 套筒平行光管 平面鏡公共軸狹縫寬度調(diào)節(jié)螺釘出口凸透鏡鈉光水平調(diào)節(jié)螺釘(反面4、 用望遠(yuǎn)鏡精確尋找最小偏向位置:由透鏡成像原理可知,通過目鏡與直接透過三棱鏡看到的現(xiàn)象是反的,即狹縫像右移時偏向角d 減小。轉(zhuǎn)動游標(biāo)盤,使狹縫像平移到極右,立即鎖緊游標(biāo)盤,然后用游標(biāo)盤微調(diào)螺釘精確找到移向改變的位置。 平面鏡 起轉(zhuǎn)動,使豎直分劃線與最小偏向位置的狹縫像重合(先大致重合、再鎖緊望遠(yuǎn)鏡、然后微調(diào)以精確重合,同時記錄兩游標(biāo)讀數(shù)(q 偏、q 偏;將望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)至和平行光管正對,再使豎

35、直分劃線與狹縫像鎖緊螺釘劃板套筒物鏡套筒望遠(yuǎn)鏡公共軸 出口凸水平調(diào)節(jié)螺釘 水平調(diào)6數(shù)據(jù)記錄及處理:(1°=60,1=60,刻度盤最小分度為°的儀器誤差得:'1B =儀q 。2、 =ni i n 1m m 1d d ;m d 是間接測量量,多次測量的A 類不確定度:1(95.0A m-=n t nS d ,B 類不確定度來源于q ,且'1421=q q q ,2B 2A m +=d (以弧度作單位。 3、 三棱鏡頂角60=A , 30sin 5.030sin(m d +=n ,m m 30sin 25.030cos(d d m m d d d d += n n

36、 。4、 三棱鏡的折射率:n n n ±=,95.0p 。 思考題:1、 實(shí)驗中三棱鏡沒有被放在載物臺中心影響測量嗎?(入射光為平行光束 2、 測量數(shù)據(jù)中,最小偏向角d m 的不確定性主要來源是什么? 實(shí)驗討論:描述實(shí)驗中觀察到的異?，F(xiàn)象及可能的解釋,分析實(shí)驗誤差的主要來源,對實(shí)驗儀器和方法的建議以及本實(shí)驗在其它方面的應(yīng)用等,還可以談?wù)剬?shí)驗的心得體會。十一 用分光計測量光柵常數(shù)實(shí)驗?zāi)康?1、 測量光柵常數(shù),表示為1mm 內(nèi)的刻痕條數(shù)n 。2、 掌握分光計的使用方法。 實(shí)驗儀器:光柵、分光計、鈉光燈或汞燈。 實(shí)驗原理:sin /m m 1k d n =,±±=,21

37、0k 。 k 1望遠(yuǎn)鏡所在的衍射位置三線重合圖1螺釘31、 調(diào)節(jié)好分光計:注意調(diào)節(jié)分劃面的豎直分劃線和狹縫平行于公共軸;參考分光計的調(diào)節(jié)一-5-(4、三-3。 2、 調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡的光軸和平行光管的光軸平行:調(diào)節(jié)豎直分劃線和狹縫像重合即可(先大致重合,再鎖緊望遠(yuǎn)鏡,然后微調(diào)以精確重合。3、 調(diào)節(jié)光柵平面垂直于平行光管的光軸:將光柵如圖所示放置在載物臺上,并且讓鍍膜面向著平行光管,光滑面向著望遠(yuǎn)鏡。先轉(zhuǎn)動游標(biāo)盤,當(dāng)光滑面正對望遠(yuǎn)鏡時,反射的綠十字像就會落在豎直分劃線附近,再鎖緊游標(biāo)盤,然后微調(diào)游標(biāo)盤和載物臺下的螺釘3,使綠十字像和分劃線上交點(diǎn)精確重合,此時,十字線、分劃線、狹縫線三線重合。4、 調(diào)節(jié)

38、光柵的刻痕平行于公共軸:左右轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡,觀察狹縫光的各級衍射譜線的高度是否變化,可以調(diào)節(jié)螺釘1或2,使各級衍射譜線的高度不變,則刻痕平行于公共軸。5、 左右轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡(使刻度盤跟著一起轉(zhuǎn)動,尋找各級衍射譜線,測量它們的衍射角。6、 單獨(dú)轉(zhuǎn)動一下刻度盤,再和轉(zhuǎn)座固定在一起;重復(fù)5,測量下一組數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)記錄及處理:(1°=60,1=60,刻度盤最小分度為 °的儀器誤差得:'1B =儀q 。2、 =ni i n 11;是間接測量量,多次測量的A 類不確定度:1(95.0A -=n t nS , B 類不確定度來源于q ,且q q =2B 421,2B 2A +=(以弧度作

39、單位。 3、 =±=sin 1mm 1mm 1sin n 條; =(cos mm 1n 條。4、 光柵1mm 內(nèi)的刻痕條數(shù):n n n ±=,95.0p 。 思考題:1、 光柵平面不垂直于平行光管的光軸,是否影響光柵常數(shù)的測量結(jié)果?2、 測量數(shù)據(jù)中,衍射角的不確定性主要來源是什么?實(shí)驗討論:描述實(shí)驗中觀察到的異?，F(xiàn)象及可能的解釋,分析實(shí)驗誤差的主要來源,對實(shí)驗儀器和方法的建議以及本實(shí)驗在其它方面的應(yīng)用等,還可以談?wù)剬?shí)驗的心得體會。十二分壓電路特性曲線的測定實(shí)驗?zāi)康?1、分壓電路的特性研究。2、選擇合適的分壓電阻參數(shù)K。實(shí)驗儀器:電阻箱、滑線變阻器、伏特表、可調(diào)穩(wěn)壓電源(實(shí)驗

40、中電壓的讀數(shù)以伏特表為準(zhǔn)。實(shí)驗原理: V數(shù)據(jù)記錄及處理:1、滑線變阻器的電阻值R0=2000,電源輸出電壓E不超過10V,實(shí)驗中要臥放伏特表(避免重力矩影響指針的偏轉(zhuǎn),通電前要旋轉(zhuǎn)零點(diǎn)校正螺絲,使指針指零。 z2、在坐標(biāo)紙上畫出分壓電路特性曲線。思考題:1、滑線變阻器一共有幾個接線柱,本實(shí)驗中要用到幾個?2、在作分壓電路特性曲線時對于不同K值的曲線V max取10V,實(shí)驗過程中電源輸出電壓E是否需要改變?實(shí)驗討論:描述實(shí)驗中觀察到的異常現(xiàn)象及可能的解釋,分析實(shí)驗誤差的主要來源,對實(shí)驗儀器和方法的建議以及本實(shí)驗在其它方面的應(yīng)用等,還可以談?wù)剬?shí)驗的心得體會。十三 用霍爾元件測量螺線管軸向磁場實(shí)驗?zāi)?/p>

41、的:1、 掌握霍爾器件測磁場的原理和方法。2、 學(xué)習(xí)電流反向法消除副效應(yīng)(除霍爾效應(yīng)以外的一些電磁效應(yīng)的影響。實(shí)驗儀器:FD-ICH-II 型螺線管磁場測定組合儀。實(shí)驗原理:S H H I K V B =,M 2200I DL N B += 數(shù)據(jù)記錄及處理:1、 利用螺線管中點(diǎn)位置磁感應(yīng)強(qiáng)度理論值0B 和被測霍爾電壓V H ,計算霍爾傳感器的靈敏度H K 和工作電流S I 的乘積(H S K I 。本實(shí)驗中螺線管參數(shù):螺線管長度m m 260=L ,線圈匝數(shù)300=N ,螺線管截面平均直徑mm 35=D ,H/m 104-70=。固定 =+=M220H 0H S H I D L N B I K V/T 。在坐標(biāo)紙上畫出K I的定標(biāo)曲線。H S 思考題:1、實(shí)驗中為什么要加2.5V的補(bǔ)償電壓?2、實(shí)驗中為什么要改變勵磁電流I M的方向?3、霍爾器件在螺線管中發(fā)生轉(zhuǎn)動或者偏移軸線對測量有影響嗎,試根據(jù)B-x曲線分析。實(shí)驗討論:描述實(shí)驗中觀察到的異?，F(xiàn)象及可能的解釋,分析實(shí)