華理大物實(shí)驗(yàn)報(bào)告.doc

示范報(bào)告1實(shí)驗(yàn)名稱 電橋法測中、低值電阻一.目的和要求1.掌握用平衡電橋法測量電阻的原理和方法;2.學(xué)會自搭電橋，且用交換法測量電阻來減小和修正系統(tǒng)誤差;3.學(xué)會使用QJ-23型惠斯登電橋測量中值電阻的方法;4.學(xué)會使用QJ-42型凱爾文雙臂電橋測量低值電阻的方法;二.實(shí)驗(yàn)原理直流平衡電橋的基本電路如下圖所示。 圖中稱為比率臂，為可調(diào)的標(biāo)準(zhǔn)電阻，稱為比較臂，為待測電阻。在電路的對角線（稱為橋路）接點(diǎn)BC之間接入直流檢流計(jì)，作為平衡指示器，用以比較這兩點(diǎn)的電位。調(diào)節(jié)的大小，當(dāng)檢流計(jì)指零時(shí)，B，C兩點(diǎn)電位相等； ，即；。因?yàn)闄z流計(jì)中無電流，所以，得到電橋平衡條件 。三.實(shí)驗(yàn)儀器直流電源，檢流計(jì)，可變電阻箱，待測電阻，元器件插座板，QJ24a型惠斯登直流電橋，QJ42型凱爾文雙臂電橋，四端接線箱，螺旋測微計(jì)四.實(shí)驗(yàn)方法1.按實(shí)驗(yàn)原理圖接好電路；2.根據(jù)先粗調(diào)后細(xì)調(diào)的原則，用反向逐次逼近法調(diào)節(jié)，使電橋逐步趨向平衡。在調(diào)節(jié)過程中，先接上高值電阻Rm，防止過大電流損壞檢流計(jì)。當(dāng)電橋接近平衡時(shí)，合上KG以提高橋路的靈敏度，進(jìn)一步細(xì)調(diào)；3.用箱式惠斯登電橋測量電阻時(shí)，所選取的比例臂應(yīng)使有效數(shù)字最多。五.數(shù)據(jù)記錄與分析1.交換法研究自搭電橋的系統(tǒng)誤差-RA/RB=100/100RB/RA=100/100RS儀()RS()RS儀()RS()RS()RS()RX2294.7300.90.30.20.30.2RX31976.02015.02121，其中是電阻箱示值，是所用轉(zhuǎn)盤個數(shù)，所以，2.不同比例臂對測量結(jié)果的影響RA/RBRS()RX1()結(jié)論100/10051.051.0比例臂越小，有效數(shù)字位數(shù)越多，測量結(jié)果越精確。100/1000500.650.06100/100005125.651.2563.用箱式惠斯登電橋測量電阻RX比率CRS()RX()結(jié)果RX10.01509850.98比例臂C的選取應(yīng)使有效數(shù)字位數(shù)最多，從而提高測量精度RX20.12990299.0RX31199019904.用開爾文電橋測量低值電阻銅棒平均直徑d3.975mm（多次測量取平均）（末讀數(shù)初讀數(shù)）銅棒長度/mm240.00280.00320.00360.00400.00440.00電阻值/10-31.461.691.952.192.422.68電阻，由下圖中的擬合直線得出斜率，則電阻率六.分析討論題當(dāng)惠斯登電橋平衡后，若互換電源與檢流計(jì)位置，電橋是否仍保持平衡？試說明之。答：電橋仍保持平衡。在互換電源與檢流計(jì)位置前，電橋平衡條件為，互換位置后的電橋線路如下。在新橋路內(nèi)，若，檢流計(jì)無電流通過，A，D兩點(diǎn)電位相等。則有，因而有的關(guān)系。這樣。即就是互換位置前的平衡條件。所以電橋仍保持平衡。 2實(shí)驗(yàn)名稱 靜 電 場 測 繪一.目的與要求1.學(xué)習(xí)用模擬法測繪靜電場的分布。2.加強(qiáng)對電場強(qiáng)度和電勢的概念。二.實(shí)驗(yàn)原理由于靜電實(shí)驗(yàn)條件苛刻且不穩(wěn)定，而穩(wěn)恒電流的電場和相應(yīng)的靜電場的空間是一致的，在一定的條件下，可以用穩(wěn)恒電流的電場來模擬測繪靜電場。靜電場與穩(wěn)恒電流場的對應(yīng)關(guān)系為靜 電 場穩(wěn) 恒 電 流 場導(dǎo)體上的電荷Q電場強(qiáng)度介電常數(shù)電位移=無荷區(qū)電勢分布極間電流I電場強(qiáng)度電導(dǎo)率電流密度=無源區(qū)電勢分布根據(jù)上表中的對應(yīng)關(guān)系可知，要想在實(shí)驗(yàn)上用穩(wěn)恒電流場來模擬靜電場，需要滿足下面三個條件：電極系統(tǒng)與導(dǎo)體幾何形狀相同或相似。導(dǎo)電質(zhì)與電介質(zhì)分布規(guī)律相同或相似。電極的電導(dǎo)率遠(yuǎn)大于導(dǎo)電質(zhì)的電導(dǎo)率，以保證電極表面為等勢面。以無限長同軸柱狀導(dǎo)體間的電場為例，來討論二者的等效性。設(shè)真空靜電場中圓柱導(dǎo)體A的半徑為，電勢為；柱面導(dǎo)體B的內(nèi)徑為，且B接地。導(dǎo)體單位長度帶電（即線密度）。根據(jù)高斯定理，在導(dǎo)體A、B之間與中心軸距離為r的任意一點(diǎn)的電場大小為 (1)電勢為 （2）導(dǎo)體A的電勢可表示為 （3）于是在距中心處 （4）此時(shí)的場強(qiáng)為 （5）將A、B間充以電阻率為、厚度為的均勻?qū)щ娰|(zhì)，不改變其幾何條件及A、B的電位，則在A、B之間將形成穩(wěn)恒電流場。設(shè)場中距中心線r點(diǎn)處的電勢為，在處寬度為的導(dǎo)電質(zhì)環(huán)的電阻為 （6）從到的導(dǎo)電質(zhì)的電阻為 （7）電極A、B間導(dǎo)電質(zhì)的總電阻為 （8）由于A、B間為穩(wěn)恒電流場，則 （9）即 （10）比較（10）和（4）式可知，電流場中的電勢分布與靜電場中完全相同，可以用穩(wěn)恒電流場模擬描繪靜電場。根據(jù)（4）可以導(dǎo)出或 （11）三.實(shí)驗(yàn)儀器靜電場描繪儀，坐標(biāo)紙。四.實(shí)驗(yàn)操作步驟1.測量長的同軸圓柱體間的電場分布。（1）按照實(shí)驗(yàn)面板提示，選擇檢流計(jì)法，調(diào)整好儀器，選。（2）移動探針，分別取測量電位為，三個等勢面，每組均勻分布8點(diǎn)等勢點(diǎn)，測出各等勢點(diǎn)的坐標(biāo)，并列表記錄，將數(shù)據(jù)輸入電腦處理，得到測量半徑（對應(yīng)有三個測量半徑）。（3）將三個等勢面的，并與（11）式的理論值理比較，并求百分誤差。2.測量平行輸電線間的電場分布（1）按照實(shí)驗(yàn)面板提示，選擇電壓法，調(diào)整好儀器，仍選；（2）移動探針，分別取測量電位為，三個等勢面，每組均勻分布8點(diǎn)等勢點(diǎn)，曲率較大出取點(diǎn)應(yīng)稍密。五.數(shù)據(jù)記錄1.同軸電纜電流場模擬同軸圓柱帶電靜電場等勢圓測繪（1）電極半徑：正極，負(fù)極（2）等勢點(diǎn)坐標(biāo)坐標(biāo)序號1V等勢點(diǎn)坐標(biāo)3V等勢點(diǎn)坐標(biāo)5V等勢點(diǎn)坐標(biāo)X1(cm)Y1(cm)X2(cm)Y2(cm)X3(cm)Y3(cm)12.136.704.556.755.856.7523.652.665.704.156.455.3537.200.907.503.457.754.90413.186.059.604.008.865.20513.207.8911.007.309.606.15610.3511.509.859.258.218.3077.5012.108.159.957.828.5585.1011.656.549.836.908.45各等勢圓的圓心坐標(biāo)和半徑計(jì)算結(jié)果電勢值(V)135X0(cm)7.687.777.73Y0(cm)6.556.726.69Rp(cm)5.613.281.86（3）等勢圓理論半徑的計(jì)算及比較 根據(jù)（11）式及，當(dāng)時(shí)，；當(dāng)時(shí)，；當(dāng)時(shí)，； 2.平行輸電線電流場模擬等值異號點(diǎn)電荷靜電場等勢線簇測繪六.分析討論題1.根據(jù)測繪的等勢線和電場線的分布，試分析哪些地方場強(qiáng)較強(qiáng)，那些地方場強(qiáng)較弱？答：根據(jù)（11）式，電場強(qiáng)度的大小與半徑成反比，越靠近內(nèi)電極A，電場越強(qiáng)，電場線越密。2.對電極和導(dǎo)電紙的電導(dǎo)率各有什么要求，為什么？兩者相互接觸的要求對實(shí)驗(yàn)結(jié)果有什么影響，為什么？答：導(dǎo)電紙的電導(dǎo)率應(yīng)較小，而電極的電導(dǎo)率遠(yuǎn)大于導(dǎo)電紙的電導(dǎo)率，以保證電極表面為等勢面，3實(shí)驗(yàn)名稱 剛體轉(zhuǎn)動慣量的測量（扭擺）一.實(shí)驗(yàn)要求與目的1.用扭擺測定多種形狀物理的轉(zhuǎn)動慣量和彈簧的扭轉(zhuǎn)系數(shù)；2.觀察剛體的轉(zhuǎn)動慣量與質(zhì)量分布的關(guān)系；3.驗(yàn)證平行軸定理；二.實(shí)驗(yàn)原理將物體在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)過角。在彈簧恢復(fù)力矩作用下，物體就開始繞垂直軸作往返扭轉(zhuǎn)運(yùn)動。根據(jù)虎克定律，彈簧受扭轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的恢復(fù)力矩與所轉(zhuǎn)過的角度成正比，即 （1）式中：為彈簧的扭轉(zhuǎn)常數(shù)。根據(jù)轉(zhuǎn)動定律（式中，為物體繞轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量，為角加速度）得 （2）令，忽略軸承摩擦阻力矩，由式（）、式（）得上述方程表示扭擺運(yùn)動為簡諧振動，角加速度與角位移成正比，且方向相反。此方程的解;式中：為簡諧振動的角振幅；為初相位角；為圓頻率。此簡諧振動的周期（3）由式（）可知，只要實(shí)驗(yàn)測得物體扭擺的擺動周期，并在和中任何一個量已知時(shí)即可計(jì)算出另一個量。本實(shí)驗(yàn)測量形狀規(guī)則物體的轉(zhuǎn)動慣量，它的質(zhì)量和幾何尺寸通過量具直接測量得到，再算出本儀器彈簧的值。若要測定其他形狀物體的轉(zhuǎn)動慣量，只需將待測物體安放在本儀器頂部的各種夾具上，測定其擺動的周期，由式（）即可算出該物體繞轉(zhuǎn)動軸的轉(zhuǎn)動慣量。理論分析證明，若質(zhì)量為的物體繞通過質(zhì)心軸的轉(zhuǎn)動慣量為I0時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)軸平行移動距離時(shí)，則此物體對新軸的轉(zhuǎn)動慣量變?yōu)镮0mx2。這就是轉(zhuǎn)動慣量的平行軸定理。三.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（1）熟悉儀器的構(gòu)造和使用方法。（2）測定扭擺彈簧的扭轉(zhuǎn)常數(shù)。（3）測定塑料圓柱體、金屬圓筒、木球與金屬細(xì)桿的轉(zhuǎn)動慣量，并與理論計(jì)算值相比較，求百分誤差。（4）改變滑塊在細(xì)桿的位置，驗(yàn)證轉(zhuǎn)動慣量平行軸定理。2.實(shí)驗(yàn)步驟（1）分別測出圓柱體直徑，圓筒內(nèi)外徑以及細(xì)桿長度，并分別測出它們的質(zhì)量。圓柱體直徑、圓筒內(nèi)外徑、球體直徑及細(xì)桿長度測量3次，取平均值；其中，圓柱體直徑、圓筒外徑和細(xì)桿長度用大游標(biāo)卡尺測量，圓筒內(nèi)徑用小游標(biāo)卡尺測量。圓柱體、圓筒、球體及細(xì)桿的質(zhì)量用電子天平測量1次.（2）物盤、圓柱體、圓筒、球體和細(xì)桿的擺動周期。調(diào)整扭擺基座底腳螺釘，使水平儀中氣泡居中。裝上金屬載物盤，并調(diào)整光電探頭的位置使載物盤上擋光桿處于其缺口中央且能遮住發(fā)射紅外線的小孔。使用轉(zhuǎn)動慣量測試儀測定擺動周期T0；使用累積放大法測量10個周期，測量3次，取平均值。將塑料圓柱體、金屬圓筒垂直放在載物盤上，測定其擺動周期T1、 T2，使用累積放大法測量10個周期，測量3次，取平均值。取下載物金屬盤，裝上木球，測定擺動周期T3（計(jì)算木球的轉(zhuǎn)動慣量時(shí)，應(yīng)扣除支架的轉(zhuǎn)動慣量），使用累積放大法測量10個周期，測量3次，取平均值。取下木球，裝上金屬細(xì)桿（金屬細(xì)桿中心必須與轉(zhuǎn)軸重合）。測定擺動周期T4（計(jì)算金屬細(xì)桿轉(zhuǎn)動慣量時(shí)，應(yīng)扣除支架的轉(zhuǎn)動慣量），使用累積放大法測量10個周期，測量3次，取平均值。（3）計(jì)算出各物體繞中心對稱軸轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動慣量的理論值。圓柱體；圓筒；球體；細(xì)長桿（4）由載物盤擺動周期T0，塑料圓柱體的擺動周期T1及圓柱體理論轉(zhuǎn)動慣量值，算出彈簧的扭轉(zhuǎn)系數(shù)k及載物盤的轉(zhuǎn)動慣量。（5）計(jì)算各物體轉(zhuǎn)動慣量的實(shí)驗(yàn)值。（6）驗(yàn)證轉(zhuǎn)動慣量的平行軸定理。測出兩滑塊質(zhì)量ms及其內(nèi)外徑Ds內(nèi)、Ds外和長度Ls，將滑塊對稱放置在細(xì)桿兩邊的凹槽內(nèi)，此時(shí)滑塊質(zhì)心離轉(zhuǎn)軸距離分別為.，.，.，.，.，測定擺動周期。分別計(jì)算出對應(yīng)轉(zhuǎn)動慣量實(shí)驗(yàn)值（計(jì)算轉(zhuǎn)動慣量時(shí)，應(yīng)扣除支架的轉(zhuǎn)動慣量）：將測量值與平行軸定理理論值 比較，求出實(shí)驗(yàn)值與理論值的百分差，其中兩滑塊繞質(zhì)心轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量為：（7）測出的各項(xiàng)有關(guān)數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，檢查實(shí)驗(yàn)結(jié)果。四. 數(shù)據(jù)記錄物體名稱質(zhì)量幾何尺寸周期轉(zhuǎn)動慣量理論值實(shí)驗(yàn)值百分誤差金屬載物盤8.210.54558.228.210.821塑料圓柱714.99.99413.320.89260.892609.99813.349.99213.339.9941.333金屬圓通720.39.99816.59=1.68781.68210.39.99816.609.99816.599.9989.3541.6599.3569.3549.354木球985.510.79211.911.14781.14800.0210.79411.9110.79011.9010.7921.191金屬細(xì)桿132.061.00（已知）22.484.09314.09010.0822.4822.492.2481.各物體轉(zhuǎn)動慣量理論值的計(jì)算圓柱體：=圓筒：球體： =細(xì)長桿： =2.扭轉(zhuǎn)系數(shù)k的計(jì)算由0.821s，1.333s，3.各物體轉(zhuǎn)動慣量的實(shí)驗(yàn)值計(jì)算1）載物盤的轉(zhuǎn)動慣量2）金屬圓筒的轉(zhuǎn)動慣量相對誤差3）木球的轉(zhuǎn)動慣量相對誤差4）細(xì)長桿的轉(zhuǎn)動慣量相對誤差4.驗(yàn)證轉(zhuǎn)動慣量的平行軸定理：滑塊質(zhì)量： 240.1g；滑塊幾何尺寸：長度3.318cm；外徑3.504cm；內(nèi)徑0.596cm；兩滑塊繞過質(zhì)心轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量理論值：=周期實(shí)驗(yàn)值：理論值：百分誤差5.0025.7425.7425.752.5741.27221.28250.810.0033.2833.2833.263.3274.86844.88400.315.0042.9742.9442.964.29610.846510.88650.420.0053.6453.6453.635.36419.196219.29000.525.0064.8764.8964.856.48729.967130.09450.4如圖中線性擬合的結(jié)果，直線的斜率為478.103310-3，也就是說，實(shí)驗(yàn)測量，百分誤差為0.4%，同時(shí)，擬合所得的截距為，理論計(jì)算值為，相對誤差為0.3%。六.提問與討論1.彈簧扭轉(zhuǎn)系數(shù)如何求得？金屬載物臺繞轉(zhuǎn)動軸的轉(zhuǎn)動慣量為，對應(yīng)的周期為，載物臺上放上規(guī)則幾何物體后的轉(zhuǎn)動慣量為，此時(shí)周期為，根據(jù)周期公式有 2.什么是測量周期的累積放大法？ 實(shí)驗(yàn)中每次測量10個周期，測量三次，再求平均，這樣是為了消除測量單個周期引起的誤差。3.如何驗(yàn)證平行軸定理？將滑塊對稱放置在細(xì)桿兩邊的凹槽內(nèi)，此時(shí)滑塊質(zhì)心離轉(zhuǎn)軸距離為x，若質(zhì)量為的物體繞通過質(zhì)心軸的轉(zhuǎn)動慣量為I0時(shí)，則此物體對新軸的轉(zhuǎn)動慣量變?yōu)镮0mx2。這是轉(zhuǎn)動慣量的平行軸定理。在實(shí)驗(yàn)中，分別將x取不同的值，同時(shí)根據(jù)測得的周期算出對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)動慣量，驗(yàn)證這些實(shí)驗(yàn)點(diǎn)是否呈線性關(guān)系，這就是平行軸定理的驗(yàn)證。4實(shí)驗(yàn)名稱 用波爾共振儀研究受迫振動 一.目的與要求1.研究波爾共振儀中彈性擺輪受迫振動的幅頻特性和相頻特性；2.觀察在一定阻尼矩下的共振現(xiàn)象，測量阻尼系數(shù)；3.學(xué)習(xí)用頻閃法測定運(yùn)動物體的某些量。二.原理簡述波爾共振儀是采用扭轉(zhuǎn)擺輪在彈性力矩作用下自由擺動，在電磁阻尼力矩作用下作受迫振動來研究其特性的。當(dāng)擺輪在有空氣阻尼和電磁阻尼的媒質(zhì)中運(yùn)動并受到策動力矩的作用，其運(yùn)動方程為令， （為系統(tǒng)的固有頻率，為阻尼系數(shù)） 則有當(dāng)振動達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)其振幅它和策動力矩的相位差其共振圓頻率和振幅分別為 ，三.實(shí)驗(yàn)儀器ZKY-BG 波爾共振儀（同濟(jì)大學(xué)）四.實(shí)驗(yàn)方法1.測量系統(tǒng)固有頻率在擺輪自由振動時(shí)，振幅將不斷衰減，需測量在不同振幅時(shí)相應(yīng)的系統(tǒng)固有頻率。測量在不同振幅時(shí)的振動周期，根據(jù)，計(jì)算系統(tǒng)固有圓頻率。初始振幅應(yīng)不小于160度。2.測量阻尼系數(shù) 選擇“阻尼振蕩”，確定一定的電磁阻尼力矩（選中“阻尼1”狀態(tài)），測量10個周期下各次的振幅。根據(jù)阻尼振動為， =，利用對數(shù)逐差法，隔5項(xiàng)逐差，求出值。3.測定受迫振動的幅頻特性和相頻特性確定阻尼狀態(tài)（“阻尼1”）不變，選中“強(qiáng)迫振蕩”，調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速旋鈕在4-5左右，打開“電機(jī)”，待受迫振動穩(wěn)定后，改變周期為“10”，進(jìn)行測量。并用頻閃法測量受迫振動與周期性策動力矩的改變電機(jī)轉(zhuǎn)速（策動力矩的周期），待穩(wěn)定后重復(fù)測量一次，共測量9個點(diǎn)，每次均要用頻閃法測量相位差。五.數(shù)據(jù)處理1. 擺輪振幅與系統(tǒng)固有頻率關(guān)系振幅（度）周期T0（秒）固有頻率0（秒-1）振幅（度）周期T0（秒）固有頻率0（秒-1）振幅（度）周期T0（秒）固有頻率0（秒-1）1561.63573.84131061.63653.8394801.63703.83821391.63603.84601041.63633.8399791.63683.83871311.63583.84101031.63653.8394781.63703.83821261.63623.8401911.63683.8387571.63733.83751241.63603.8406891.63663.8392561.63713.83801231.63623.8401881.63683.8387531.63733.83751081.63653.8394861.63663.8392521.63713.83801071.63633.8399851.63683.83872.阻尼系數(shù)振幅（度）振幅（度）振幅（度）振幅（度）11541020.41201149980.41902142940.41252137900.42023130860.41323126830.41744120790.41804116760.42295110720.42385107700.424310T=16.363s，T=1.6363s=0.4159 ， =0.4208= ， =0.05083 =0.051433.幅頻特性和相頻特性關(guān)系曲線強(qiáng)迫力矩周期T（秒）頻率（秒）振幅（度）扭簧對應(yīng)的固有周期T0（秒）扭簧對應(yīng)的固有頻率0（秒）相位差測量值（度）相位差理論值（度）頻率比率/r1.68233.7349691.63703.828225260.97311.66203.78051011.63653.839441410.98471.64513.81931241.63603.840654540.99041.64513.81931401.63603.840667670.99451.63963.83211491.63573.841380800.99761.63413.84501511.63573.841394941.00101.62923.85661441.63603.84061071071.00421.62373.86971301.63623.84011201201.00771.61713.88551121.63653.83941321321.01201.60833.9067901.63683.83871431431.01771.58883.9547591.63733.83751561571.0305/r幅頻特性曲線如用直角坐標(biāo)紙圖示法作圖，則橫坐標(biāo)取1cm=0.0100，縱坐標(biāo)取1cm=10，坐標(biāo)原點(diǎn)（0.960，40）為宜。 /r 相頻特性曲線如用直角坐標(biāo)紙圖示法作圖，則橫坐標(biāo)取1cm=0.0100，縱坐標(biāo)取1cm=20，坐標(biāo)原點(diǎn)（0.960，-180）為宜。六.分析討論本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)由控制儀采集，一般情況下數(shù)據(jù)記錄不會有誤，但應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1.在作自由振蕩和阻尼振蕩時(shí)，連桿的位置應(yīng)使有機(jī)玻璃刻度盤刻線對準(zhǔn)零刻度，否則位相差測量有較大誤差。2.在作自由振蕩和阻尼振蕩時(shí)，初位移應(yīng)160，使不同振幅所對應(yīng)的系統(tǒng)固有頻率的測量值覆蓋受迫振動的測量范圍。3. 周期測量產(chǎn)生的誤差，可能來自于阻尼電流的不穩(wěn)定而引起電磁阻尼力矩的變化和光電門的松動。4.受迫振動要等到整個振動達(dá)到平衡時(shí)，即振幅不再變化、電機(jī)轉(zhuǎn)動的周期和擺輪的轉(zhuǎn)動周期不變且相等時(shí)才能打開測量開關(guān)。5實(shí)驗(yàn)名稱 分 光 計(jì)一.目的與要求：1.了解分光計(jì)的結(jié)構(gòu)及基本原理，學(xué)習(xí)分光計(jì)的調(diào)整技術(shù)；2.學(xué)習(xí)用自準(zhǔn)法和反射法測量三棱鏡的頂角；3.通過測量三棱鏡的最小偏向角求玻璃棱鏡的折射率。二.原理簡述：1.自準(zhǔn)法測三棱鏡頂角。光路如圖所示，光線垂直射入，記下方位角，然后使光線垂直入射于，記下沿原路反射回來的方位角，則。2.最小偏向角法測玻璃三棱鏡的折射率。在棱鏡中，經(jīng)兩次折射后的出射光線與入射光線 的夾角稱為偏向角。棱鏡的頂角，棱鏡材料的折射率及最小偏向角的關(guān)系為。三.實(shí)驗(yàn)儀器：型分光計(jì)，三棱鏡，平面反射鏡，汞燈。四.實(shí)驗(yàn)方法：1.分光計(jì)的調(diào)整。（1）目測粗調(diào)，使望遠(yuǎn)鏡、平行光管、載物臺大致成水平狀態(tài)；（2）自準(zhǔn)法細(xì)調(diào)，實(shí)現(xiàn)綠色小十字和準(zhǔn)線中的豎線相重合；（3）調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡光軸垂直旋轉(zhuǎn)中心軸：轉(zhuǎn)動游標(biāo)盤實(shí)現(xiàn)豎直線的重合，“減半逼近調(diào)節(jié)法”實(shí)現(xiàn)水平線的重合；（4）調(diào)整平行光管，使狹縫像在水平、豎直狀態(tài)都能被十字線的水平線上下平分。2.自準(zhǔn)法測三棱鏡頂角。將毛面對著平行光觀，轉(zhuǎn)動游標(biāo)盤，使面對準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡，調(diào)節(jié)游標(biāo)盤微調(diào)螺絲，使綠色小十字與劃絲上部十字完全重合，記下雙游標(biāo)讀數(shù)，；轉(zhuǎn)動游標(biāo)盤，使面對準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡，同樣記下，可得出頂角，。3.最小偏向角的測量。打開汞燈，在視野中找到黃、綠、紫三條譜線，朝一個方向轉(zhuǎn)動游標(biāo)盤，找到最小偏向角，固定游標(biāo)盤，調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡微調(diào)螺絲，分別使三條譜線與豎直劃絲重合，記下此時(shí)讀數(shù)，（，和，），重復(fù)測量5次。取下三棱鏡，再次轉(zhuǎn)動游標(biāo)盤，使望遠(yuǎn)鏡對準(zhǔn)平行光管，調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡微調(diào)螺絲使豎直劃絲與白光狹縫重合，記下游標(biāo)讀數(shù)，五.數(shù)據(jù)記錄：1.自準(zhǔn)法測三棱鏡頂角：（分光計(jì)游標(biāo)：）1234562.測量玻璃三棱鏡的折射率：123456,六.數(shù)據(jù)處理：1.三棱鏡頂角由，。次數(shù)123456，頂角的測量結(jié)果為 百分誤差為 2.最小偏向角：次數(shù)123456黃光綠光紫光，此棱鏡對三種不同波長光的最小偏向角分別為：3.玻璃三棱鏡折射率的測量： 根據(jù)公式，可以計(jì)算得； 折射率的標(biāo)準(zhǔn)誤差根據(jù)公式計(jì)算的各折射率的標(biāo)準(zhǔn)誤差為：；七、分析討論題1.分光計(jì)為什么要調(diào)整到望遠(yuǎn)鏡與儀器中心軸線正交？不正交對測量結(jié)果有何影響?答：只有望遠(yuǎn)鏡與儀器中心軸線正交才能在轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡（或載物臺）測量不同位置（或測量面）的光線時(shí)保證所測光線都在視場中，且與分劃板準(zhǔn)線的相對位置不變，使測量正常準(zhǔn)確進(jìn)行。不正交將使測量結(jié)果誤差增大，降低測量準(zhǔn)確度。2.反射法測三棱鏡頂角時(shí)，棱鏡應(yīng)放在什么位置，才能保證望遠(yuǎn)鏡中能我到兩個面的反射狹縫像？答：應(yīng)使三棱鏡頂角A正對平行光管。 6實(shí)驗(yàn)名稱 衍射光柵（汞光譜波長測量）一.目的與要求：1.觀察光柵的衍射光譜，理解光柵衍射基本規(guī)律；2.進(jìn)一步熟悉分光計(jì)的調(diào)節(jié)與使用；3.測定光柵常量和汞原子光譜部分特征波長。二.原理簡述：1.衍射光柵，光柵常量。光柵由大量相互平行、等寬、等距的狹縫（或刻痕）構(gòu)成。原制光柵是用金剛石刻刀在精制的平行平面的光學(xué)玻璃上刻劃而成的?？毯厶?，光射到它上面向四處散射而透不過去，兩刻痕之間相當(dāng)于透光狹縫。光柵上若刻痕寬度為，刻痕間距為，則稱為光柵常量，它是光柵基本參數(shù)之一。2.光柵方程，光柵光譜。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。光衍射角滿足光柵方程，。光會疊加，衍射后的光波經(jīng)過透鏡會聚后，在焦平面上將形成分隔得較遠(yuǎn)的一條列對稱分布明條紋。如果入射光波含幾種不同波長的復(fù)色光，會形成衍射光譜。普通低壓汞燈每一級有4條特征譜線：紫光，綠光，黃光和。3.光柵常量與汞燈特征譜線波長的測量光垂直入射到光柵上，若已知，測出相應(yīng)的，就可以算出光柵常量；反之，若已知，測出，可以計(jì)算。三.實(shí)驗(yàn)儀器分光計(jì)、光柵、雙面反射鏡、汞燈四.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.分光計(jì)調(diào)整與觀察汞燈衍射光譜。（1）認(rèn)真調(diào)整好分光計(jì)；（2）將光柵放于載物臺上。通過調(diào)平螺絲使光柵平面與平行光管光軸垂直。轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡觀察汞燈衍射光譜。中央零級為白色，望遠(yuǎn)鏡分別轉(zhuǎn)到左右時(shí)均可以看到第一級的4條彩色譜線；（3）調(diào)節(jié)平行光管狹縫寬度，以能夠分辨出兩條緊靠的黃色譜線為準(zhǔn)；2.光柵常量與光譜線波長的測量。以綠光譜線的波長作為已知，測出第一級綠光明條紋的衍射角。為了消除偏心差，同時(shí)讀下，雙游標(biāo)的讀數(shù)。五.數(shù)據(jù)記錄次數(shù)綠光123456次數(shù)紫光123次數(shù)黃光（內(nèi)）123次數(shù)黃光（外）123六.數(shù)據(jù)處理根據(jù)公式得到綠光每次測量的衍射角，那么，即。光柵常數(shù)不同波長光在此光柵下的衍射角，測量波長值及相對誤差分別為紫光：，；黃光（內(nèi)）：，；黃光（外）：，。七.分析討論題1.試結(jié)合測量的百分誤差分析其產(chǎn)生的原因？答：在正常的誤差范圍內(nèi)，一般產(chǎn)生誤差的原因：分光計(jì)沒有嚴(yán)格的調(diào)整好。平行光不是真正的平行光，兩軸線沒嚴(yán)格正交。視察沒有完全消除。測量時(shí)十字準(zhǔn)線沒有對準(zhǔn)光譜線的中間。移動望遠(yuǎn)鏡時(shí)手不是拿著架子轉(zhuǎn)動，而是拿著目鏡轉(zhuǎn)動。兩人讀數(shù)的誤差等等。2.如果光柵平面和分光計(jì)轉(zhuǎn)軸平行，但光柵上刻線和轉(zhuǎn)軸不平行，那么整個光譜會有何變化？對測量結(jié)果有無影響？答：會出現(xiàn)光譜線不水平。對測量結(jié)果略有影響，但在誤差要求范圍之內(nèi)，影響可不予考慮。7實(shí)驗(yàn)名稱 拉伸法測量金屬材料楊氏模量一.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.學(xué)習(xí)用拉伸法測量金屬絲楊氏模量，掌握光杠桿測定微小伸長量的原理；2.初步學(xué)會調(diào)節(jié)使用望遠(yuǎn)鏡；3.學(xué)習(xí)處理數(shù)據(jù)的一種方法逐差法。二.實(shí)驗(yàn)原理1.楊氏模量根據(jù)虎克定律，在彈性限度內(nèi)，物體的應(yīng)力與應(yīng)變成正比： 其中比例系數(shù)就是該材料的楊氏彈性模量，簡稱楊氏模量。 在實(shí)驗(yàn)中測量鋼絲的楊氏模量，其截面為圓形，其直徑為時(shí)，相應(yīng)的截面積，是較大長度的微小伸長量，無法用一般的長度測量儀器測量，因此實(shí)驗(yàn)中用光杠桿法進(jìn)行測量，測量公式 于是可得實(shí)驗(yàn)中的楊氏模量測量公式：光杠桿鏡架結(jié)構(gòu) 可見隨所加外力在彈性限度內(nèi)是線形變化的。2.光杠桿實(shí)驗(yàn)中是一微小變化量，變化在數(shù)量級。因此實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是尋找測量微小變化量的方法和裝置，這里我們采用了光學(xué)放大方法光杠桿來實(shí)現(xiàn)。設(shè)在鋼絲下端未加砝碼時(shí)，從望遠(yuǎn)鏡中讀得標(biāo)尺讀數(shù)記為，當(dāng)增加砝碼時(shí)，鋼絲伸長量為，足隨圓柱體夾頭一起下降，于是光杠桿鏡架繞軸轉(zhuǎn)動。根據(jù)反射定律，平面鏡法線轉(zhuǎn)動角，反射線將轉(zhuǎn)過，此時(shí)從望遠(yuǎn)鏡中讀得的標(biāo)尺讀數(shù)為。因?yàn)闉橐晃⑿×?，所以也很小，近似有和。于是由三角函?shù)關(guān)系可得： 由于遠(yuǎn)大于，則必然遠(yuǎn)大于。這樣，就將一個原來數(shù)值小的鋼絲長度變化量轉(zhuǎn)化成一個數(shù)據(jù)較大的標(biāo)尺的讀數(shù)變化量。從這里可以明顯的看出光杠桿裝置的放大作用。光杠桿的放大倍數(shù)即為3、誤差傳遞公式及儀器的選擇 通過計(jì)算公式我們可以得出楊氏模量的相對誤差傳遞的推導(dǎo)公式由推導(dǎo)公式中可見，的不確定度占了很大比例，因此測量時(shí)應(yīng)選擇精確度較高的儀器來測量，實(shí)驗(yàn)中選擇螺旋測微計(jì)來測量。而測量時(shí)，由于是長度很大的量上的微小變化，不能用游標(biāo)卡尺或螺旋測微計(jì)測量，所以實(shí)驗(yàn)中采用了光杠桿法來測量。三、儀器記錄螺旋測微計(jì),游標(biāo)卡尺,米尺,尺讀望遠(yuǎn)鏡,楊氏模量測定儀。四.操作步驟1.首先檢查、布置儀器（1）調(diào)節(jié)楊氏模量測定儀腳架的底腳螺絲，使水準(zhǔn)氣泡居中，此時(shí)兩支柱鉛直。（2）在鋼絲下端掛上砝碼掛鉤，使鋼絲拉直，并檢查鋼絲下端夾頭能否在平臺圓孔中自由上下滑動，減少摩擦帶來的誤差。（3）將光杠桿放在平臺上，兩前足放于凹槽中，后足放在圓柱夾尖的上端，注意不要與鋼絲相碰。調(diào)整望遠(yuǎn)鏡和光杠桿處于同一高度，并使望遠(yuǎn)鏡大致水平，光杠桿鏡面及標(biāo)尺大致鉛直。2.調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡（1）旋轉(zhuǎn)目鏡，調(diào)目鏡與叉絲間的距離到能清楚看見叉絲；（2）移動鏡尺裝置，在望遠(yuǎn)鏡外沿鏡筒上方瞄準(zhǔn)器方向看光杠桿鏡面，直到能看到反射回來的標(biāo)尺像，并用瞄準(zhǔn)器對準(zhǔn)標(biāo)尺像。然后調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡物鏡焦距，使標(biāo)尺像聚焦在叉絲平面上，并適當(dāng)調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡俯仰，應(yīng)可看見像。（3）消除視差，上下左右晃動眼睛，同時(shí)觀察像的相對位置有無改變，如有改變，則調(diào)節(jié)物鏡距離直至像的相對位置不變動。至此，望遠(yuǎn)鏡調(diào)節(jié)完成，測量過程中不要再變動儀器的相對位置，包括放置望遠(yuǎn)鏡的桌子不可震動，否則要從頭再調(diào)。3.記錄實(shí)驗(yàn)開始時(shí)望遠(yuǎn)鏡中的標(biāo)尺讀數(shù)，然后依次增加砝碼，記錄下標(biāo)尺讀數(shù)，到第8個為止（第8個不讀數(shù)），再依次減少砝碼，記錄對應(yīng)的標(biāo)尺讀數(shù)。對應(yīng)的和數(shù)值取平均，可以消除摩擦和滯后等帶來的系統(tǒng)誤差。4.其他數(shù)據(jù)的測量（1）用卷尺測量鋼絲長度和光杠桿鏡面到標(biāo)尺的垂直距離。 （2）取下光杠桿，在平整的紙上壓出三個足痕，自足畫一垂直于足連線的垂線，用游標(biāo)卡尺量出垂線長度。（3）用螺旋測微計(jì)測量鋼絲的直徑。在不同位置均勻取點(diǎn)測量6次。五.數(shù)據(jù)記錄與處理1.鋼絲形變測量F/N04.99.814.719.624.529.434.3X增/cm-0.400.000.440.901.301.852.212.63X減/cm-0.410.020.400.851.351.792.252.64/cm-0.400.010.420.881.321.822.232.642.鏡尺距：D=137.9cm , cm ， cm cm3.鋼絲長度：L=92.45-2.00=90.45cm, ， 4.鋼絲直徑d: , 次數(shù)123456平均D/mm0.5010.4980.5020.5030.5010.5060.5020.0035.光杠桿常數(shù)：b= 7.508mm， 6. 逐差法求伸長量，并求出楊氏模量 上式求和號內(nèi)共16項(xiàng)均為單次測量，各項(xiàng)的測量儀器誤差cm對式的各量求偏導(dǎo)數(shù)后，根據(jù)誤差傳遞的推導(dǎo)式可得cmcm ， 即7. 圖解法求楊氏模量：據(jù), 則 。將鋼絲形變測量數(shù)據(jù)， 作Fi圖如下,為一直線，求出直線得斜率k=0.0899，則六.分析討論題本實(shí)驗(yàn)中哪些量的測量誤差對結(jié)果影響較大，如何改進(jìn)？答：從誤差傳遞公式（相對誤差）來看：，因?yàn)?，所以d的測量誤差對結(jié)果影響較大，我們可以進(jìn)行多次測量來減小其誤差。另外，由于值較小所以就較大，改進(jìn)的方法有兩種：（1）增加測量次數(shù)；（2）增加放大倍數(shù)，即在一定的范圍內(nèi)，增加D值。8實(shí)驗(yàn)名稱 陰極射線示波器一.目的與要求1.了解示波器的主要構(gòu)成部分以及示波器顯示波形的原理；2.學(xué)習(xí)示波器的調(diào)節(jié)，觀察各種信號的波形。3.利用李薩如圖形測量未知信號頻率。二.原理 1.示波器顯示波形的原理示波器雖然具有多種類型或型號，它們在結(jié)構(gòu)上都包含幾個基本的部分：示波管、水平放大器、豎直放大器、掃描發(fā)生器、觸發(fā)同步和直流電源等。示波管是示波器的關(guān)鍵部件，當(dāng)電子槍被加熱發(fā)出電子束后，經(jīng)電場加速打在熒光屏上就形成一個亮點(diǎn)，電子束在到達(dá)熒光屏之前要經(jīng)過兩對相互垂直的電偏轉(zhuǎn)板，如果沒有偏轉(zhuǎn)電場的作用，電子束將打在熒光屏的中央；如果施加了偏轉(zhuǎn)電場，電子束（亮點(diǎn)）的位置就會發(fā)生偏移。 如果只在豎直（Y軸）偏轉(zhuǎn)板上加一交變的正弦電壓Uy=U0sint，則電子束的亮點(diǎn)將隨電壓的變化在豎直方向來回運(yùn)動。由于Ux=0，所以光點(diǎn)在X軸方向無位移，在熒光屏上將顯示一條豎直亮線。如果只在水平（X軸）偏轉(zhuǎn)板上加上一個與時(shí)間成正比的鋸齒波掃描電壓Ux=KT（它可由示波器內(nèi)的掃描發(fā)生器產(chǎn)生的），電子束將在水平方向作周期性地從一邊勻速移動到另一邊，如果鋸齒波的周期較長，在熒光屏上可以看到電子束的移動過程，如果鋸齒波的周期足夠短，熒光屏上將只顯示一條水平亮線。如果在水平偏轉(zhuǎn)板加上一個鋸齒波電壓的同時(shí)，在豎直偏轉(zhuǎn)板加上一個周期性變化的電信號，電子束在水平勻速移動的同時(shí)還在豎直方向隨周期性電信號的變化而移動，熒光屏上將顯示出加在豎直偏轉(zhuǎn)板上的電信號的變化規(guī)律波形。當(dāng)豎直方向電信號的周期與水平方向鋸齒波電壓的周期相同或?yàn)槠湔麛?shù)倍，熒光屏上的圖形將通過一次次的掃描得到同步再現(xiàn)，從而顯示出豎直方向電信號穩(wěn)定的波形。2.李薩如圖形如果在示波器的X軸和Y軸上都輸入正弦波電壓，且使它們的頻率相等或成整數(shù)比，屏幕上將呈現(xiàn)光點(diǎn)特殊形狀的軌跡圖形，稱為李薩如圖形。三.儀器ST16B示波器，DF1631功率函數(shù)信號發(fā)生器，THF-1簡易函數(shù)信號發(fā)生器。四.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1.描繪示波器機(jī)內(nèi)正弦波（市電）波形方法：把示波器校準(zhǔn)信號接入示波器的Y輸入端口，示波器X輸入的觸發(fā)方式選擇“自動”，即可看到50Hz的正弦交流信號。通過調(diào)節(jié)選擇時(shí)間掃描旋鈕，可以改變屏幕顯示的波形的個數(shù)。兩個和三個完整周期的波形描繪如下：2.描繪信號發(fā)生器三角波和方波信號的波形方法：把DF1631功率函數(shù)信號發(fā)生器電壓輸出端口接入示波器的Y輸入端口，示波器X輸入的觸發(fā)方式選擇“自動”；分別選擇信號發(fā)生器輸出波形為三角波和方波，同時(shí)適當(dāng)選擇示波器Y輸入電壓旋鈕和X輸入時(shí)間掃描旋鈕，可以改變屏幕顯示的波形的個數(shù)。三個完整周期的波形描繪如下：3.描繪李薩如圖形特征變化圖方法：把示波器校準(zhǔn)信號接入示波器的Y輸入端口，把DF1631功率函數(shù)信號發(fā)生器電壓輸出端口接入示波器的X輸入端口，此時(shí)示波器X輸入的觸發(fā)方式選擇“外接”。選擇信號發(fā)生器輸出波形正弦波，改變信號發(fā)生器輸出頻率分別為50Hz、25Hz和150Hz。適當(dāng)選擇示波器Y輸入電壓旋鈕和X輸入時(shí)間掃描旋鈕，可以在屏幕顯示不同的李薩如圖形。波形描繪如下：fy:fx=50:50時(shí)的李薩如圖像特征變化圖(a)相位差為0 (b)相位差為pi/4 (c)相位差為pi/2 (d)相位差為3pi/4 (e)相位差為pify:fx=50:25時(shí)的李薩如圖像特征變化圖(a)相位差為pi/4 (b)相位差為pi/3（c）相位差為pi/2 (d)相位差為2pi/3 (e)相位差為3pi/4fy:fx=50:150時(shí)的李薩如圖像特征變化圖(a)相位差為0 (b)相位差為pi/4 (c)相位差為pi/2 (d)相位差為3pi/4 (e)相位差為pi4.利用李薩如圖形測量未知頻率THF-1簡易函數(shù)信號發(fā)生器的頻率方法：把THF-1簡易函數(shù)信號發(fā)生器信號接入示波器的Y輸入端口，把DF1631功率函數(shù)信號發(fā)生器電壓輸出端口接入示波器的X輸入端口，此時(shí)示波器X輸入的觸發(fā)方式選擇“外接”。選擇兩信號發(fā)生器輸出波形均為正弦波。適當(dāng)選擇示波器Y輸入電壓旋鈕和DF1631功率函數(shù)信號發(fā)生器電壓輸出幅度，使屏幕顯示圖像大小合適。通過頻率調(diào)節(jié)旋鈕改變DF1631功率函數(shù)信號發(fā)生器輸出頻率，同時(shí)觀察示波器屏幕的圖像變化。當(dāng)屏幕出現(xiàn)一個較穩(wěn)定橢圓時(shí)，此時(shí)DF1631功率函數(shù)信號發(fā)生器所顯示頻率即為THF-1簡易函數(shù)信號發(fā)生器輸出信號的頻率。所測該THF-1簡易函數(shù)信號發(fā)生器輸出頻率為：1.803KHz。5.描繪THF-1簡易函數(shù)信號發(fā)生器輸出的半波整流、全波整流和衰減波波形。五.分析討論題示波器能否用來測量直流電壓？如果能測，則應(yīng)如何進(jìn)行？答：示波器能測量直流電壓。具體進(jìn)行測量時(shí)應(yīng)按下述步驟：1 示波器X軸輸入鋸齒波掃描，即“自動”位置。2 將Y軸輸入耦合開關(guān)撥至“DC”位置。3 使“Y輸入”端接地，觀察時(shí)基線位置，將其移至屏幕某一確定位置。4 確定未知電壓在屏幕上位置：將待測直流電壓接入“Y輸入”端時(shí)，基線在Y方向產(chǎn)生位移，選擇適當(dāng)“Y衰減”檔時(shí)，使基線的位移控制在屏幕的有效工作范圍內(nèi)，記下此時(shí)基線在Y軸方向的位置。5 定標(biāo)：保持步驟4的各旋鈕位置不變，將“Y輸入”端與帶有電壓數(shù)字指示的直流穩(wěn)壓電源相接。分別記下直流電壓在1V，2V，3V時(shí)屏幕上的基線在Y軸方向移動所處位置，并標(biāo)上對應(yīng)的電壓值，將待測電壓時(shí)基線所示位置與上述標(biāo)定值比較，即可確定待測直流電壓值。9實(shí)驗(yàn)名稱 用交流電橋測量電感和電容一.目的與要求1.掌握交流電橋的基本原理和調(diào)節(jié)方法。2.學(xué)會使用交流電橋測電容、電感及其有關(guān)參數(shù)。 二.原理簡述I4交流電橋電路基本形式如圖1所示。電橋平衡時(shí)=0，C