大学物理实验讲义
（）
目录
实验1 复摆 (4)
预习报告 (8)
实验2 弦振动的研究 (9)
预习报告 (13)
实验3 速度和加速度的测量 (14)
预习报告 (21)
实验4 动量守恒定律的验证 (22)
预习报告 (27)
实验5 空气中声速的测量 (28)
预习报告...................................................... 错误!未定义书签。实验6 RLC电路的稳态特性 (24)
预习报告...................................................... 错误!未定义书签。实验报告.. (34)
实验7 油滴法测定基元电荷 (46)
预习报告 (53)
实验8 用双臂电桥测量低值电阻 (54)
预习报告...................................................... 错误!未定义书签。实验9 牛顿环. (60)
预习报告 (67)
实验10 光电效应及普朗克常数的测定 (68)
预习报告 (73)
实验11 单缝衍射 (60)
预习报告...................................................... 错误!未定义书签。实验12 多缝的夫琅和费衍射. (79)
预习报告...................................................... 错误!未定义书签。
实验报告——速度和加速度的测量 (83)
实验报告——牛顿环 (88)
实验1 复摆
伽利略首先证明了，当空气的摩擦阻力可以忽略不计时，所有自由下落物体都将以同一加速度下落，这就是重力加速度。重力加速度是一个重要的基本物理常数，测量重力加速度的实验很多，有自由落体测定和气垫导轨等，还有简单方便的单摆和复摆实验。单摆是根据摆的长度和摆动的周期计算出重力加速度。复摆是一个任意形状的刚体，受重力作用绕着固定转轴在竖直面内往复摆动，利用复摆的共轭性，通过作图法进行测算得到重力加速度。
实验目的
1、利用复摆装置测出本地重力加速度。
2、研究复摆振动周期的变化与振动支点到重心距离的关系。
3、用图解法求出刚体的回转半径。
4、利用复摆装置测出本地重力加速度。 实验原理
如图所示，复摆的摆杆由一个质量为m 的长方形金属棒制成，棒的上面开有摆动用的孔，通过圆孔将金属棒悬挂在三角形刀口上。从摆动杆的重心G 到振动支点间的距离为h ，当摆动角度比较小时，这种摆动近似于一种谐振动，因此复摆的振动周期为
mgh
I T π
2 其中I 为刚体的转动惯量。
图
如果复摆刚体的回转轴通过重心且垂直于振动平面的回转半径为R 时，则
22mh mR I +=
代入上式得
gh
h R T 2
2π
2+= （） 当我们改变摆动杆的振动支点时，则h 值也同时变化，振动周期性也随之改变。当h 趋向于0时, T 趋向于∞；当h 趋向于∞时，T 趋向于∞。h 在0和∞之间，T 存在极小值，其极值条件为
0/=dh dT
由此可得h = R 时则振动周期的最小值为
.2π
2min g
R
T = 图 所示T -h 曲线为复摆的振动周期T 与振动支点到复摆刚体重心间距离h 间的关系。
图
对比单摆简谐振动时的周期计算公式
g
l T π
2= T m T
可知
R h
h R mh I l 22
2=+== l 称为复摆的等效摆长，即在重心G 两边总存在两点O 1和O 2，以O 1为振动支点时复摆的振动周期T 1 与以O 2为振动支点时复摆的振动周期T 2相等，O 1O 2就是复摆的等效摆长l 。对应于周期T 的h 值有h 1和h 2，且
,2
2
2
21212h h R h h R +=+ 由此可得
212h h R =
当振动周期最小时，21h h = 则 h R =。
根据测量数据画出h T -曲线，由图中即可找出周期最小值T min 和相对应的h 值，也即摆动杆刚体的回转半径R ，因此并可得当地重力加速度
min
228T R
g π= –5)
实验仪器
复摆装置一套、秒表一只 实验内容
1、将摆动杆上的孔放入三角刀口上，使摆动杆的振幅小于?5，取刚体振动支点到重心的距离h 值分别从8、9、10……26，用秒表测量其连续20个振动周期的总时间，每个h 值测3次，3个数据相差不得超过。
2、以h 为横坐标，T 为纵坐标，在直角坐标系中描绘T -h 曲线。 5、在图中标出最小周期T min 和相对的h 值也即刚体的回转半径R 。 6、计算重力加速度g （南京地区s 2）。 思考题
1、摆动杆在什么位置开始计时，测得的振动周期T 最准确为什么
2、实验中产生误差的主要原因是什么如何消除
3、计算刚体的回转半径，如不考虑圆孔的影响，与实验值相比，相对误差
是多少
4、在描图中，常会产生误差，有哪些方法可减少误差
附注：复摆简介
J—LD23型复摆实验仪，主要由复摆底座和摆动杆（金属棒）构成，将复摆底座放置于实验桌的边沿，将刚体上的每一个孔依次悬挂在三角刀刃上，作小幅度摆动，同时用秒表测量下每一个孔的数个连续振动周期。如果金属棒在摆动过程中发生扭动，可调节三足底座上水平螺丝，使刀刃与圆孔的上沿相互平行，即可消除扭动。
(高榕编)
预习报告1、什么叫单摆，什么叫复摆
2、复摆测重力加速度的公式是
3、在测重力加速度的实验中，需要实际测量哪些量
实验2 弦振动的研究
学习和理解波动理论最佳入门是观察弦线上的一维波动，在弦线上观察波动最为直观，因为弦线上质点振动的方向和波在弦线上传播的方向相互垂直，可以通过简单的实验观察弦线上的行波和驻波。相对而言，建立弦线上的小振幅波动方程最为直观、简单、方便，有利于从理论上理解掌握其它类型的波动过程。在一维弦线上可以模拟光波的线偏振和椭圆偏振现象，因为两者都是横波。弦线上横波传播的速度和弦线张力的平方根成正比。弦线上也可以产生纵波，但纵波的传播速度和弦线杨氏模量的平方根成正比，同时弦线上需要有一定的张力才能维持纵波的传播。
实验目的
1. 观察弦线振动形成的驻波。
2. 验证弦线的波长和张力的关系。
3. 间接测量弦线的线密度。
实验原理
弦线上小振幅横波的波动方程、行波解、驻波解、波速和波数分别是
,2222t
y
x y T ??=??ρ ,e e )(i )(i x k t x k t y +---+=ωωB A
,e sin i t kx y ω-=A
,ρT c =
.c k ω=
式中T 是弦线的张力，单位牛顿，是弦线的线密度，单位每米千克。当
正向行波和反向行波相互叠加时形成驻波，如果正反向行波的振幅相等，我们就
看不到波的传播，只看到稳定的振动，如图–1所示。驻波振幅最大的位置叫做波腹，驻波振幅最小的地方叫做波节，很明显，相邻两个波腹之间的距离是半个波长，相邻两个波节之间的距离也是半个波长。
图–1
图–2是研究弦线振动的实验装置，弦线的一端固定在电动音叉上，弦线振动部分的长度由约束刀口限定，弦线的另一端经过定滑轮悬挂砝码后形成弦线的张力。
图–2
给电动音叉中间的电磁铁接上50Hz 工频电源，电动音叉就产生100Hz 受迫振动，音叉端点带动弦线振动，有横波从音叉端点沿弦线向前传播，在约束刀口
处反射回来形成反射波，在一定的条件下这两列反向传播的横波在弦线上叠加成明显的驻波。如果约束刀口的坐标 0=x ，则入射波为
).cos(kx t A y i -+=ω
为了满足约束刀口处弦线位移值为零的边界条件，反射波必须是
).cos(kx t A y r +-=ω
入射波和反射波叠加成为驻波
.π2sin
sin 2λ
ωx
t A y =
驻波现象看起来是一个振幅随位置变化的振动，看不出波向某个方向传播。 驻波振幅随着位置变化而周期性地变化，空间变化周期是一个波长。当振动频率较高时，我们的眼睛不能看清楚振动的方向细节，只能看出振幅的大小，所以我们实际上看到弦线上的一节驻波的长度是半个波长，相邻两节驻波振幅的绝对值相等，但振动的方向相反。如果弦线上一节驻波的长度为a ，则弦线上的波长
a 2=λ
如果弦线的有效长度为L ，弦上有n 半波长，则弦线上的波长
n
L
2=
λ 根据波长和频率可以得到弦线上波的传播速度
f c λ=
还可以根据波长、频率和弦线上的张力计算得到弦线的线密度
.2
2f
mg
λρ=
式中m 是砝码和钩码的总质量。
实验仪器
低压交流电源，电动音叉，弦线，约束刀口，定滑轮，砝码，钩码，卷尺。
实验内容
1. 接线安装根据图1的方式完成后将约束刀口至电动音叉端点之间的弦线长度
调整到米左右。
2.接通电源，使电动音叉按100Hz振动。
3.调整砝码，即调节弦线的张力，使弦线上分别出现1、2、3、4和5 段稳定
的驻波，得到5 组张力和波长的数据。
4.以张力为横坐标、波长为纵坐标在双对数坐标纸上描出5个点，画一根比较
逼近这些点的直线，量出这根直线的斜率，如果波长和张力的乘幂成正比，这个斜率的数值就是乘幂次数。在双对数坐标上直接标出数值，相当于在直角坐标上以张力的对数为横坐标，以波长的对数为纵坐标，省略了取对数的运算。
5.计算弦线的线密度，从5个测量数据组得到5个线密度的值5个线密度的值，
计算平均值和标准偏差。
思考题
1.驻波具有什么特点怎样利用驻波现象测量弦线上的波长
2.根据5组数据计算出来的弦线密度的值各有不同，试说明误差的原因
是什么
（陈继康编）
预习报告1、什么叫横波什么叫纵波
2、什么叫驻波形成的条件是什么
3、有哪些条件影响形成的驻波
实验3 速度和加速度的测量
速度和加速度是运动学中重要的物理量。运动规律的研究、运动公式的验
证都离不开速度和加速度的测量。所以速度和加速度的测量是力学实验中的重要问题。十七世纪初，伽俐略设计了著名的斜面实验。实验中他通过对路程、速度等运动学量的测量和计算，证明自己关于匀加速运动规律的假定和推论是符合实际的，同时发现匀加速运动的运动学公式。
今天，随着气垫技术的迅速发展，气垫导轨已经成为力学实验的基本设备。利用它，我们可以精确测量物体的瞬时速度、加速度、平均速度。一端垫高而倾斜的气垫导轨为我们提供了一个几乎没有摩擦力的斜面,通过物体沿斜面自由下滑运动，我们可以方便地重复加伽俐略当年的工作，研究匀变速运动的规律并测量当地的重力加速度。
实验目的
1、掌握气垫导轨的调节和使用方法。
2、学会在气垫导轨上测量速度、加速度和平均速度。
3、测量当地重力加速度。 实验原理
作直线运动的物体的平均速度为
t
s
v ??=
当0→?t 时，平均速度趋近于一个极限，即物体在该点的瞬时速度
t
s v t ??=→?0lim
实验中将挡光片安装在滑块上，使其随着滑块在气垫导轨上运动，当其穿过光电门时，电子计时器将会记录并显示通过距离Δs （也称挡光片宽度）所用的时间，就能算出滑块的平均速度。如果挡光片宽度较小，可将其看作瞬时速度。
图
若将气垫导轨一端垫高如图所示，滑块将在气垫导轨上作匀变速直线运动。可在气垫导轨上相距一定距离的两点A 、B 两处各放一个光电门，测量滑块的瞬时速度v 1、v 2。若测出A 、B 间的距离s ，则滑块在该两点间的加速度为
a =s
v v 22122-
当电子计时器的功能选择放在“加速度”挡上时，仪器还能显示滑块经过两光电门之间的时间，滑块在的平均速度为
t
s v =
在测量加速度的基础上，还可以测量本地的重力加速度。若不考虑空气阻力，滑块在倾斜的气垫导轨上向下滑行的加速度
L
h
g
g a g ==θsin 2) 式中 为气垫导轨的倾角，L 为气垫导轨两端间的距离，h 为垫块的高度。实
际上由于空气粘滞阻力产生加速度a f ，向下滑行的加速度
,22
122s
v v a a a f g -=-=
利用气垫导轨下端的缓冲弹簧，滑块下行后经由弹簧弹射上行的加速度
,22122
s
v v a a a f g '-'=+='
可得
,4)()(2'1212'222s
v v v v a g +-+=
h
L
θ
A
B
.4)(212122
2
2sh
v v v v L g '--'+= ( –3 )
实验中利用某个无法知道的实验因素对实验结果的正负效应，通过两个过程最终消除该因素对实验结果影响的方法称作正负补偿法。它是实验中常用的方法。使用该方法的条件是：未定因素必须是稳定的，而且由它导致的实验结果的正负效应必须相等，只是符号相反。
实验仪器
气垫导轨（包括附件）、气源、电子计时器、游标卡尺、卷尺、酒精、脱脂棉或吸水纸。
实验内容
1、实验前要认真阅读附录，搞清仪器的结构原理及使用方法。
2、打开气源，用沾有少许酒精的脱脂棉清洁气垫导轨及滑块内表面。
3、将挡光片装在滑块脊上，架好光电门并调节它们的高度，使挡光片刚好 能从光电门的红外发光二极管和光敏三极管中通过，将两光电门的引线插头分别插入电子计时器的P 1和P 2插口。
4、调节气垫导轨水平 (1) 粗调：静态调平法
开启气源，将滑块轻轻置于气垫导轨上，使其自由滑动，若滑块始终向一方运动，则滑块滑动的方向是气垫导轨较低的一端，可调节气垫导轨一端的单底脚螺丝，直到滑块不动或虽有微小滑动但无一定的方向为止，此时即可认为气垫导轨大致水平。
(2)细调：动态调平法
在气垫导轨中部相隔一定距离放置两个光电门，将电子计时器的功能定在碰撞挡上。轻推一下滑块，使滑块以一定的速度向气垫导轨的一端运动,直到在端点处被弹簧弹回。这样往复一次，电子计时器会依次显示出四个时间，它们分别是滑块先后两次通过第一个和第二个光电门的时间，若它们满足如下关系式
21
12t t t t '?-'?≈?-? 即可认为气垫导轨水平已经调好。
5、观察匀速直线运动。在气垫导轨上相隔一定距离的A 、B 两处放置光电门，电子计时器的功能选在加速度档上，轻推一下滑块，使其以一定的初速运动，先后经过光电门A 、B 。从电子计时器上可读出在A 、B 这两个位置上通过挡光片的时间以及通过A 、B 之间的时间。用长度量具测得和两光电门之间的距离，就可以算出在位置A 、B 的瞬时速度和距离AB 上的平均速度。测五组数据验证
AB B A v v v ==
6、测加速度a 并验证
.),(2
1
C AB B A AB v v v v v ≠+=
用1cm 厚的垫片使气垫导轨一端升高。重新调整光电门的高度。将电子计时器的功能选在加速度档上。将三个光电门分别放在A 、C 、B 位置上，当滑块下滑通过个光电门后，电子计时器上将依次显示各个时间，算出各个速度及加速度a 。滑块从同一点出发，共测五组数据。若只有两个光电门，则可先将两个光电门分别置于A 、B 位置上，然后再将一个光电门置于AB 中点位置C 上。
7*、测量本地重力加速度
用垫片使气垫导轨一端升高。将两个光电门分别放在相距一定距离的A 、B 两个位置上，电子计时器的功能选择碰撞。让滑块从气垫导轨最高处无初速下滑，经过光电门到达气垫导轨底端，经弹簧片弹射上行再经过光电门，电子计时器上将显示出四个时间，重复五次记录数据。测量挡光片宽度，算出速度并求平均。测量垫片厚度、两光电门距离及气垫导轨长度。用测量值算出重力加速度，并与本地（南京地区s 2）重力加速度作比较，计算百分误差。
思考题
1、实验中的瞬时速度是近似的，因为它其实是滑块在一段距离上滑动的平均速度。如果要求测出滑块经过A 点的准确的瞬时速度，你认为这个实
验该怎么做
2、实验内容6、7中为什么要强调滑块每次要从同一点出发
3、在实验内容7中如何消除空气阻力对实验的影响
附注：气垫技术和气垫导轨
早在十九世纪七十年代，人们就发现了船身和水面之间的气垫悬浮效应。1959年英国人C．科克雷尔设计的世界上第一艘气垫船成功横渡英吉利海峡。从此，气垫技朮日益发展，被广泛应用于机械、纺织、运输等工业生产和科学实验领域中。气垫能极大地减小物体之间的摩擦，使物体作近似无摩擦的运动，利用气垫技术制造的气垫船、气垫输送线、空气轴承等可以减小机械摩擦，从而提高速度和机械效率，延长使用寿命。
气垫导轨是气垫技术在物理实验中的应用。由于气垫效应，滑块在运动过程中摩擦力极小，可以进行一些较精确的定量研究以及验证某些物理规律。
气垫导轨的全套设备包括气垫导轨、气源、光电计时系统等三部分。
1、气垫导轨
图是气垫导轨的外观示意图。气垫导轨主要由气垫导轨、滑块和其它附件组成。气垫导轨是一根平直、光滑的,由中空铝合金型材制成的管道，固定在支承梁上，光洁的轨面上有两排等距离排列的小孔，孔径在~ mm。气垫导轨的一端封闭，另一端通过塑料管与气源连接，压缩空气可由进气管进入管腔内，再由小气孔喷出，遇到在气垫导轨面上的滑块时,在滑块与气垫导轨表面之间产生一层很薄的空气层─气垫。气垫使滑块在气垫导轨上作近似无磨擦的运动。为了避免碰伤，气垫导轨两端和滑块上都装有缓冲弹簧。在支承梁底部,装有三个螺丝，分居气垫导轨两端，用于调节气垫导轨水平。
滑块是气垫导轨上的运动物体，也是用角铝合金制成，其内表面与气垫导轨的两个侧面精密吻合，滑块上可加装挡光片、加重块等。
图
2、气源
气源是向气垫导轨管腔内输送压缩空气的设备。要求有气流量大、供气稳定、噪音小、能连续工作的特点。本实验采用专用小型气源，具有体积小、移动方便、适用于单机工作等优点。但小型气源电动机转速较高，容易发热，故不能长时间连续开机。
3、光电计时系统
光电计时系统由光电门和电子计时器组成。
（1）光电门
现在一般使用单边式（又称侧式）结构光电门。它由红外发光二极管和光光敏三极管构成，通常在红外发光二极管的光照下，光敏三极管的电阻值较小，在无光照时，光敏三极管的电阻值会显著增加。利用光敏三极管在两种状态下的电阻变化，可获得讯号电压，用来控制电子计时器，使其开始计时或停止计时。
（2）电子计时器
目前气垫导轨的计时器有数字毫秒计、多功能数字计时仪等。本实验使用的是MUJ-ⅢA计时计数测速仪，是一种精密的电子计时仪器。它以单片微机为核心，配有合理的控制程序，具有计时、计数、测速等多项功能。图是其面板图。其上几个主要按钮及其功能分别是：
图
功能键：用于计时、加速度、碰撞、周期、计数等五种功能的选择，显示屏未有数据显示时按键选择功能；显示器有数据显示，按键即消除数据，再按一下转换功能。
转换键：用于转换测量单位或选择挡光片宽度。在计时、加速度、碰撞功能时，按下转换键小于1s,测量值在时间或速度之间转换；按下转换键大于1s,可选择所用的挡光片宽度，实验使用的挡光片宽度必须与所选定的宽度相等，否则显示的时间数据正确，而速度、加速度数据将会是错误的。
4、使用气垫导轨时的注意事项
（1）实验前应在气垫导轨通气状态下用酒精棉球擦拭气垫导轨表面和滑块内侧面，并保持清洁。
（2）气垫导轨未通气时不可将滑块放在气垫导轨上来回滑动，以免磨损。不要在气垫导轨表面加压以防止气垫导轨变形及划伤。
（3）气垫导轨表面及滑块内表面经过精密加工，配合密切，使用滑块时要轻拿轻放，推动滑块时用力要适当，切勿使滑块跌落。
（4）小型专用气源电机容易发热，连续使用时间不宜过长，实验中不进行测量时要把气源关掉，以免烧坏电机。
（郑新仪编）
大学物理实验（I I）实验讲义 华中科技大学物理学院实验教学中心
目录 实验1：偏振光实验 (1) 实验2：迈克尔逊和法布里-珀罗干涉仪 (5) 实验3：振动力学综合实验 (13) 实验4：RLC电路和滤波器 (22)
实验1：偏振光实验 【实验目的】 1.观察光的偏振现象，加深对其规律认识。 2.了解产生和检验偏振光的光学元件及光电探测器的工作原理。 3.掌握一些光的偏振态（自然光、线偏振光、部分偏振光、椭圆偏振光、圆偏振光）的鉴别方 法以及相互的转化。 【课前预习】 1.光的波动方程以及麦克斯韦方程组。 2.电磁波的偏振性及波片的性质。 【实验原理】 1、自然光与偏振光 麦克斯韦指出光波是一种电磁波，电磁波是横波。由于光与物质相互作用过程中反应比较明显的是电矢量E，故此，常用E表征光波振动矢量，简称光矢量。一般光源发射的光波，其光矢量在垂直于传播方向上的各向分布几率相等，这种光就称为自然光。光矢量在垂直于传播方向上有规则变化则体现了光波的偏振特性。如果光矢量方向不变，大小随相位变化，这时在垂直于光波传播方向的平面上光矢量端点轨迹是一直线，则称此光为线偏振光（平面偏振光），光矢量与传播方向构成的平面叫振动面如图1（a）。图1(b)是线偏振光的图示法，其中短线表示光矢量平行于纸面，圆点表示光矢量与纸面垂直。如果其光矢量是随时间作有规律的改变，光矢量的末端在垂直于传播方向的平面上的轨迹是圆或者椭圆，这样的光相应的被称为圆偏振光或者椭圆偏振光，如图1（c）。介于偏振光和自然光之间的还有一种叫部分偏振光，其光矢量在某一确定方向上最强，亦即有更多的光矢量趋于该方向，如图1（d）。任一偏振光都可以用两个振动方向互相垂直，相位有关联的线偏振光来表示。 2、双折射现象 当一束光入射到光学各向异性的介质时，折射光往往有两束，这种现象称为双折射。冰洲石（方解石）就是典型的双折射晶体，如通过它观察物体可以看到两个像。当一束激光正入射于冰洲石时，若表面已抛光则将有两束光出射，其中一束光不偏折，即o光，它遵守通常的折射定律，称为寻常光。另一束发生了偏折，即e光，它不遵守通常的折射定律，称为非常光。用偏振片检查可以发现，这两束光都是线偏振光，但其振动方向不同，其两束光的光矢量近于垂直。晶体中可以找到一个特殊方向，在这个方向上无双折射现象，这个方向称为晶体的光轴，也就是说在光轴方向o光和e光的传播速度、折射率是相等的。此处特别强调光轴是一个方向，不是一条直线。只有一个光轴的晶体称为单轴晶体，如冰洲石，石英，红宝石，冰等，其中又分为负晶体（o光折射率大于e光折射率，即n o>n e）和正晶体（n o 大学物理实验讲义(密度测定) 不规则物体密度的测定 【实验目的】 1、学习物理天平的使用方法； 2、掌握用流体静力称衡法测定不规则固体 密度的原理和方法； 3、掌握用助沉法测定不规则固体密度（比 水的密度小）的原理和方法； 4、掌握用密度瓶测定碎小固体密度的原理 和方法 。 【实验仪器和用品】 物理天平（500g 、50mg ）、密度瓶（50ml ）、烧杯（500ml ）、不规则金属块（被测物）、石蜡块（被测物）、碎小石子（被测物）、清水、细线。 密 游码 平衡螺母 边刀托 杯托盘 底座 度盘 指针 中刀托 手轮 调平螺母 挂钩 吊耳 水准泡 托盘 托盘 横梁 物理天 1 m 图3 静力 【实验原理】 某种物质单位体积的质量叫做这种物质的密度。对一密度均匀的物体，若其质量为m,体积为V ，则该物体的密度： V m =ρ （ 1 ） 实验中，测出物体的质量m 和体积V ，由上式可求出样品的密度。 1、用流体静力称衡法测定不规则固体的密度（比水的密度大） 设被测物在空气中的质量为m 物 （空气浮力忽略不计），全部 浸没在水中（悬吊，不接触 烧杯壁和底）的表观质量为 m 1（如图3示），体积为V ， 水的密度为ρ水 。根据阿基米德定律，有： 1()Vg m m g ρ=-水 1m m V ρ-=水 被测物密度： 1m m V m m ρρ==-水 （2） 2、流体静力称衡法和助沉法相结合测定密度小于水的不规则固体的密度 设被测物在空气中的质量为m ，用细线将被测物与另一助沉物串系起来：被测物在上，助沉物在下。设仅将助沉物没入水中而被测物在水面上时系统的表观质量为1 m ，二者均没入水中（注意悬吊，不接触烧杯壁和底）时的表观质量为2m ，如图4所示： 根据阿基米德定律，被测物受到的浮力为：1m 图4 静力称衡法和助待 测物块m 大学物理实验复习资料 复习要求 1．第一章实验基本知识； 2．所做的十二个实验原理、所用的仪器（准确的名称、使用方法、分度值、准确度）、实验操作步骤及其目的、思考题。 第一章练习题（答案）1．指出下列情况导致的误差属于偶然误差还是系统误 差？ ⑴读数时视线与刻度尺面不垂直。——————————该误差属于偶然误差。 ⑵将待测物体放在米尺的不同位置测得的长度稍有不同。——该误差属于系统误差。 ⑶天平平衡时指针的停点重复几次都不同。——————该误差属于偶然误差。 ⑷水银温度计毛细管不均匀。——————该误差属于系统误差。 ⑸伏安法测电阻实验中，根据欧姆定律R x=U/I，电流表内接或外接法所测得电阻的阻值与实际值不相等。———————————————该误差属于系统误差。 2．指出下列各量为几位有效数字，再将各量改取成三位有效数字，并写成标准式。 测量值的尾数舍入规则：四舍六入、五之后非零则入、五之后为零则凑偶 ⑴63.74 cm ——四位有效数字，6.37 ×10cm 。 ⑵ 1.0850 cm ——五位有效数字，1.08cm ， ⑶0.01000 kg ——四位有效数字， 1.00 ×10－2kg ， ⑷0.86249m ——五位有效数字，8.62 ×10－1m ， ⑸ 1.0000 kg ——五位有效数字，1.00kg ， ⑹ 2575.0 g ——五位有效数字，2.58×103g ， ⑺ 102.6 s；——四位有效数字，1.03 ×102s ， ⑻0.2020 s ——四位有效数字， 2.02 ×10－1s ， ⑼ 1.530×10－3 m. ——四位有效数字，1.53 ×10－3m ⑽15.35℃——四位有效数字，1.54×10℃3．实验结果表示 ⑴精密天平称一物体质量，共称五次，测量数据分别为：3.6127g，3.6122g，3.6121g，3.6120g，3.6125g， 试求 ①计算其算术平均值、算术平均误差和相对误差并写 出测量结果。 ②计算其测量列的标准误差、平均值标准误差和相对 误差并写出测量结果。 解：算术平均值 = m3 612 3 5 15 1 . ≈ ∑ =i i m （g） 算术平均误差m ? = - =∑ = 5 1 5 1 i i m m 0.00024 = 00003（g） 相对误差 m m E m ? = =0.0003/3.6123=0.000083≈0.009% 用算术平均误差表示测量结果：m = 3.6123±0.0003（g） 测量列的标准误差 ()()()( 1 5 3 2 6123 3 6121 3 2 6123 3 6122 3 2 6123 3 6127 3 - + - + - + - =. . . . . . =0.0003（g） 经检查，各次测量的偏差约小于3σ，故各测量值均 有效。 平均值的标准误差 5 0003 0. = = n m σ σ ≈0.00014（g） 相对误差 % . % . . 0004 100 6123 3 00014 ≈ ? = = m E m m σ 用标准误差表示的测量结果= m 3.61230±0.00014（g） ⑵有甲、乙、丙、丁四人，用螺旋测微器测量一铜球 的直径，各人所得的结果是： 甲：(1.3452±0.0004)cm；乙：(1.345±0.0004)cm 丙：(1.34±0.0004)cm；丁：(1.3±0.0004)cm 问哪个表示得正确？其他人的结果表达式错在哪里？ 参考答案：甲：正确。 测量结果的最后一 其他三个的错误是测量结果的最后一位没有与误差所 在位对齐。 ⑶用级别为0.5、量程为10mA的电流表对某电路的 电流作10次等精度测量，测量数据如下表所示。试计 实验09用牛顿环测曲率半径 光的干涉现象证实了光在传播过程中具有波动性。光的干涉现象在工程技术和科学研究方面有着广 泛的应用。获得相干光的方法有两种：分波阵面法（例如杨氏双缝干涉、菲涅尔双棱镜干涉等）和 分振幅法（例如牛顿环等厚干涉、迈克尔逊干涉仪干涉等）。本实验主要研究光的等厚干涉中的两个典型 干涉现象，即牛顿环和劈尖干涉，它们都是用分振幅方法产生的干涉，其特点是同一条干涉条纹 处两反射面间的厚度相等，故牛顿环和劈尖都属于等厚干涉。在实际工作中，通常利用牛顿环来测量 光波波长，检查光学元件表面的光洁度、平整度和加工精度，利用劈尖来测量微小长度、薄膜的厚度 和固体的热膨胀系数等。 【实验目的】 1.观察光的干涉现象及其特点。 2.学习使用读数显微镜。 3.利用牛顿环干涉测量平凸透镜的曲率半径R 。入射光 4.利用劈尖干涉测量微小厚度。 【仪器用具】 R 读数显微镜、钠光灯、牛顿环装置、劈尖 r K d K 【实验原理】O (a) 1.牛顿环 牛顿环干涉现象是 1675 年牛顿在制作天文望远镜时，偶 然地将一个望远镜的物镜放在平面玻璃上而发现的。 如图 8-1 所示，将一个曲率半径为R（R很大）的平凸 透镜的凸面放在一块平面玻璃板上，即组成了一个牛 顿环装置。在透镜的凸面与平面玻璃板上表面间，构成了 一个空气薄层，其厚度从中心触点O （该处厚度为零） 向外逐渐增加，在以中心触点O 为圆心的任一圆周上的各点，薄空气层的厚度都相等。因此，当波长为的单色 光垂直入射时，经空气薄层上、下表面反射的两束相干光 形成的干涉图象应是中心为暗斑的宽窄不等的明暗相间 的同心圆环。此圆环即被称之为牛顿环。由于这种干涉条 纹的特点是在空气薄层同一厚度处形成同一级干涉条纹，因 此牛顿环干涉属于等厚干涉。 D 1 X (左)X(右 ) 11 D 4 X 4(左)X 4(右 ) (b) 图8-1 牛顿环的产生 设距离中心触点O 半径为 r K的圆周上某处，对应的空气薄层厚度为 d K，则由空气薄层上、下表面反射的两束相干光的光程差为 K 2d K 2 （ 8-1） 实验16用霍尔效应法测量磁场 在工业生产和科学研究中，经常需要对一些磁性系统或磁性材料进行测量，被测磁场的范 围可从~10 15-3 10T （特斯拉），测量所用的原理涉及到电磁感应、磁光效应、热磁效应等。常用的磁场测量方法有核磁共振法、电磁感应法、霍尔效应法、磁光效应法、超导量子干涉器件法等近十种。 一般地，霍尔效应法用于测量10~104 -T 的磁场。此法结构较简单，灵敏度高，探头体积小、测量方便、在霍尔器件的温度范围内有较好的稳定性。但霍尔电压和内阻存在一定的温度系数，并受输入电流的影响，所以测量精度较低。 用半导体材料制成的霍尔器件，在磁场作用下会出现显着的霍尔效应，可用来测量磁场、霍尔系数、判断半导体材料的导电类型（N 型或P 型）、确定载流子（作定向运动的带电粒子）浓度和迁移率等参数。如今，霍尔效应不但是测定半导体材料电学参数的主要手段，而且利用该效应制成的霍尔器件已广泛用于非电量电测、自动控制和信息处理等方面，如测量强电流、压力、转速等，在工业生产要求自动检测和控制的今天，作为敏感元件之一的霍尔器件，将有更为广阔的应用前景。了解这一富有实用性的实验，对于日后的工作将有益处。 【实验目的】 1. 了解霍尔效应产生的机理。 2. 掌握用霍尔器件测量磁场的原理和基本方法。 3. 学习消除伴随霍尔效应的几种副效应对测量结果影响的方法。 4. 研究通电长直螺线管内轴向磁场的分布。 【仪器用具】 TH-H/S 型霍尔效应/螺线管磁场测试仪、TH-S 型螺线管磁场实验仪。 【实验原理】 1. 霍尔效应产生的机理 置于磁场中的载流体，如果电流方向与磁场方向垂直，则在垂直于电流和磁场的方向会产生一附加的横向电场，载流体的两侧会产生一电位差，这个现象是美国霍普斯金大学二年级研究生霍尔于1879年发现的，后被称为霍尔效应，所产生的电位差称为霍尔电压。特别是在半导体样品中，霍尔效应更加明显。 霍尔电压从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用而引起的偏转。当带电粒子（电子和空穴）被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场方向上产生正负电荷的积累，从而形成附加的横向电场，即霍尔电场。对于图1-1（a ）所示的N 型半导体试样，若在X 方向通以电流S I ，在Z 方向加磁场B ，试样中载流子（电子）将受到洛仑兹力大小为： evB F g =（1-1） 则在Y 方向，在试样A 、A '电极两侧就开始聚积异号电荷而产生相应的附加电场——霍尔电场。电场的指向取决于试样的导电类型，对N 型半导体试样，霍尔电场逆Y 方向，P 型半导体试样，霍尔电场则沿Y 方向，即有： 当S I 沿X 轴正向、B 沿Z 轴正向、H E 逆Y 正方向的试样是N 型半导体。 大学物理实验讲义 普通物理教研室编 班级： 学号： 姓名： 学生实验守则 1、进实验室前，必须根据每个实验的预习要求，阅读有关资料。 2、按时进入实验室，保持安静和整洁，独立完成实验。 3、实验开始前，应仔细检查仪器、设备是否齐备和完好。若有不全或损坏情况，应及时报告指导教师。 4、爱护公物，正确使用实验仪器和设备，不得随意动用与本实验无关的仪器和设备。 5、接线完毕，先自行检查，再请指导教师检查，确认无误后，方可接通电源。 6、在实验过程中必须服从教师指导，严格遵守操作规程，精力高度集中，操作认真，要有严格的科学态度。 7、实验进行中，严禁用手触摸线路中带电部分，严禁在未切断电源的情况下改接线路；若有分工合作的情况，必须要分工明确，责任分明，操作要有序，以确保人身安全和设备安全。 8、实验中若出现事故或发现异常情况，应立即关断电源，报告指导教师，共同分析事故原因。 9、实验完毕，应报请指导教师检查实验报告，认为达到要求后，方可切断电源。并整理好实验装置，经指导教师检查后才能离开实验室。 目录 序言 (1) 绪论 (2) 测量误差与实验数据处理基础知识 (4) 实验一长度的测量 (15) 实验二牛顿第二定律的验证 (20) 实验三固体和液体密度的测量 (23) 实验四测量比热容 (25) 4-1 混合法测固体比热容 (25) 4-2 冷却法测液体比热容 (26) 实验五测量冰的熔解热 (28) 实验六测量线胀系数 (30) 实验七万用电表的使用 (32) 实验八磁场的描绘 (36) 实验九惠斯登电桥测中值电阻 (40) 实验十伏安法测电阻 (43) 实验十一电位差计测电池的电动势和内阻 (45) 实验十二示波器的使用 (48) 实验十三静电场的描绘 (52) 实验十四测量薄透镜焦距 (55) 实验十五等厚干涉现象的研究 (58) 【参考文献】 (60) 图3 静力称衡法测密度 不规则物体密度的测定 【实验目的】 1、学习物理天平的使用方法； 2、掌握用流体静力称衡法测定不规则固体密度的原理和方法； 3、掌握用助沉法测定不规则固体密度（比水的密度小）的原理和方法； 4、掌握用密度瓶测定碎小固体密度的原理和方法 。 【实验仪器和用品】 物理天平（500g 、50mg ）、密度瓶（50ml ）、烧杯（500ml ）、不规则金属块（被测物）、石蜡块（被测物）、碎小石子（被测物）、清水、细线。 【实验原理】 某种物质单位体积的质量叫做这种物质的密度。对一密度均匀的物体，若其质量为m,体积为V ，则该物体的密度： V m = ρ （1） 实验中，测出物体的质量m 和体积V ，由上式可求出样品的密度。 1、用流体静力称衡法测定不规则固体的密度（比水的密度大） 设被测物在空气中的质量为m （空气浮力忽略不计），吊，不接触烧杯壁和底）的表观质量为m 1（如图3示），体积为水的密度为ρ水。根据阿基米德定律，有： 1()Vg m m g ρ=-水 1 m m V ρ-= 水 密度瓶 游码 平衡螺母 边刀托 杯托盘 底座 度盘 指针 中刀托 手轮 调平螺母 挂钩 吊耳 水准泡 托盘 托盘 横梁 物理天平 被测物密度： 1 m m V m m ρρ= = -水 （2） 2、流体静力称衡法和助沉法相结合测定密度小于水的不规则固体的密度 设被测物在空气中的质量为m ，用细线将被测物与另一助沉物串系起来：被测物在上，助沉物在下。设仅将助沉物没入水中而被测物在水面上时系统的表观质量为1m ，二者均没入水中（注意悬吊，不接触烧杯壁和底）时的表观质量为2m ，如图4所示： 根据阿基米德定律，被测物受到的浮力为：12()Vg m m g ρ=-水，则被测物体积为： 12 m m V ρ-= 水 被测物密度为： 12 m m V m m ρρ= = -水 （3） 3、用密度瓶测定碎小固体（小石子）的密度 假设密度瓶的质量为1m ，将瓶内装满待测的小石子后的质量为2m ，则待测小石子的质量：21m m m =-。 然后将装有小石子的密度瓶加满水，再称其总质量3m ，为了得到小石子排开水的体积，还需要将密度瓶里的小石子倒出，再加满水称得其质量为4m 。 这样可得小石子排开水的质量为：43214321(())m m m m m m m m ---=-+- 图5 密度瓶法测小石子的密度 123 4图4 静力称衡法和助沉法测石蜡块的密度 待测物块（石蜡块） 2 大学物理实验讲义 （） 目录 实验1 复摆 (4) 预习报告 (8) 实验2 弦振动的研究 (9) 预习报告 (13) 实验3 速度和加速度的测量 (14) 预习报告 (21) 实验4 动量守恒定律的验证 (22) 预习报告 (27) 实验5 空气中声速的测量 (28) 预习报告...................................................... 错误!未定义书签。实验6 RLC电路的稳态特性 (24) 预习报告...................................................... 错误!未定义书签。实验报告.. (34) 实验7 油滴法测定基元电荷 (46) 预习报告 (53) 实验8 用双臂电桥测量低值电阻 (54) 预习报告...................................................... 错误!未定义书签。实验9 牛顿环. (60) 预习报告 (67) 实验10 光电效应及普朗克常数的测定 (68) 预习报告 (73) 实验11 单缝衍射 (60) 预习报告...................................................... 错误!未定义书签。实验12 多缝的夫琅和费衍射. (79) 预习报告...................................................... 错误!未定义书签。 实验报告——速度和加速度的测量 (83) 实验报告——牛顿环 (88) 光纤通信实验 光纤通信就是利用光纤来传输携带信息的光波以达到通信的目的。光纤通信是现代通信网的主要传输手段，主要通过在发送端把传送的信息（如话音）变成电信号，然后调制到激光器发出的激光束上，使光的强度随电信号的幅度（频率）变化而变化，并通过光纤发送出去；在接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息。 因此构成光纤通信的基本要素是光源、光纤和光检测器。 半导体激光器可以作为光纤通信的主要光源，其具有超小型、高效率和高速工作的优异特点，到如今，它是当前光通信领域中发展最快、最为重要的激光光纤通信的重要光源.光纤是光导纤维的简写，是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。前香港中文大学校长高锟和George A. Hockham 首先提出光纤可以用于通讯传输的设想，高锟因此获得2009年诺贝尔物理学奖。光检测器:把光发射机发送的携带有信息的光信号转化成相应的电信号并放大、再生恢复为原传输的信号的器件。 【实验目的】 1. 了解和掌握半导体激光器的电光特性和测量阈值电流 2. 了解和掌握光纤的结构和分类以及光在光纤中传输的基本规律。 3. 对光纤本身的光学特性进行初步的研究，对光纤的使用技巧和处理方法有一定的了解。 4. 了解光纤通信的基本原理。 【实验仪器】 导轨，半导体激光器+二维调整，三维光纤调整架+光纤夹，光纤，光探头+二维调整架，激光功率指示计，一维位移架，专用光纤钳、光纤刀，示波器，音源等。 【实验原理】 一、半导体激光器的电光特性 实验采用的光源是半导体激光器，由于它的体积小、重量 轻、效率高、成本低，已进入了人类社会活动的多个领域。 因此对半导体激光器的了解和使用就显得十分重要。本实验 对半导体激光器进行一些基本的实验研究，以掌握半导体激 实验一用天平测量质量 本实验介绍测量固体和液体密度的两种方法，流体静力称衡法和比重瓶法，通过实验除了要掌握这两种方法外，还要熟练地掌握物理天平的调整和使用方法。 实验仪器 物理天平(附砝码)、烧杯、温度计、酒精、蒸馏水、待测物。 仪器介绍 物理天平的构造如实图2-2所示，在横梁的中央和两端各有一个刀口(图中2)，中间的刀口安放在支柱顶端的刀垫上，刀垫用玛瑙或硬质合金钢制造，两端的刀口用于悬挂称盘，横梁上装有可以移动的游码(图中5)，用于称量1克以下的质量，(游码从横梁的左端移到右端相当于在右盘中加了1克的砝码)，横梁等分为10大格，每大格又分为5小格，因此，游码每移动一小格相当于在右盘中加20毫克的砝码，即这种天平的分度值为20毫克。常见物理于平的最大称量为0.5千克(即500克)。横梁中部还装有竖直向下的指针(图中7) ，与支柱上的指针标尺(图中8)相对应，用以指示天平的平稳位置及灵敏度，指针的中间有一重心螺丝，它的位置在出厂时已经调整好了，不得任意去旋动它；横梁两侧还有用 来调整零点的螺杆、螺母(图中9)，支柱后面装有水平仪，可通过调节底座上的调节螺丝(图中12)来调 节天平底板水平、支柱铅直，天平的底座上，在左侧称盘的上方还有一个可以放置物品的托架(图中15)。 标志天平规格性能的除了“最大称量”以外，还有游标的分度值以及“感量”或“灵敏度”。“感量”是指，使指针在指针标尺上偏转一格时在称盘中所加的质量值，感量的倒数叫“灵敏度”，即称盘中每加1克(或0.1克)时，指针的偏转格数，利用灵敏度可以很快判断需要把游码移动几格就能使天平达到平衡，从而提高测量的效率。 物理天平的操作步骤如下： 1、调节底座螺丝，直到水平仪中的气泡位于水平仪中间，则说明天平座位水平了、支柱铅直和刀垫水平 了。 2、调节零点，把称盘挂在横梁两侧的刀口上，并把游码放在零位，然后将止动旋钮(图中16)顺时针方向 旋转支起横梁，用水平调节螺丝调好天平的平衡，调整后即把止动旋钮逆时针转动复位，放下横梁。 3、称衡时，物体放在左盘，砝码放在右盘，进行称衡，注意，砝码应用镊子取放，不准用手拿取砝码！ 每次增加或减少砝码，均需先放下横梁，要判断天平是否平衡的时候，才支起横梁称衡，平时的大部分时间都要放下横梁！紧记！以保护好天平刀口不受磨损， 保证天平有足够的灵敏度。 4、完成全部称衡后，用止动旋钮放下横梁，并把称盘摘离刀口，游码复零，砝码归盒盖好。 实验原理 设物体的质量为m ，体积为V ，则其密度ρ为 1.横梁 2.刀口 3.支柱 4.刀垫 5.游码 6.游码标尺 7.指针 8.指针标尺 9.平衡螺丝 10.水平仪 11.底盘 12.调节螺丝 13.秤盘 14.挂钩 15托架 16.重心螺丝 17.止动旋钮 实图2-2 实验02 波尔共振实验 因受迫振动而导致的共振现象具有相当的重要性和普遍性。在声学、光学、电学、原子核物理及各种工程技术领域中，都会遇到各种各样的共振现象。共振现象既有破坏作用，也有许多实用价值。许多仪器和装置的原理也基于各种各样的共振现象，如超声发生器、无线电接收机、交流电的频率计等。在微观科学研究中共振现象也是一种重要的研究手段，例如利用核磁共振和顺磁共振研究物质结构等。 表征受迫振动的性质是受迫振动的振幅频率特性和相位频率特性（简称幅频和相频特性）。本实验中，用波尔共振仪定量测定机械受迫振动的幅频特性和相频特性，并利用频闪方法来测定动态物理量——相位差。 【实验目的】 1．研究波尔共振仪中弹性摆轮受迫振动的幅频特性和相频特性。 2．研究不同阻尼力矩对受迫振动的影响，观察共振现象。 3．学习用频闪法测定运动物体的某些量，例相位差。 【仪器用具】 ZKY-BG波尔共振实验仪 【实验原理】 物体在周期外力的持续作用下发生的振动称为受迫振动，这种周期性的外力称为强迫 力。如果外力是按简谐振动规律变化，那么稳定状态时的受迫振动也是简谐振动，此时，振幅保持恒定，振幅的大小与强迫力的频率和原振动系统无阻尼时的固有振动频率以及阻尼系数有关。在受迫振动状态下，系统除了受到强迫力的作用外，同时还受到回复力和阻尼力的作用。所以在稳定状态时物体的位移、速度变化与强迫力变化不是同相位的，存在一个相位差。当强迫力频率与系统的固有频率相同时产生共振，此时速度振幅最大，相位差为90°。 实验采用摆轮在弹性力矩作用下自由摆动，在电磁阻尼力矩作用下作受迫振动来研究受迫振动特性，可直观地显示机械振动中的一些物理现象。 当摆轮受到周期性强迫外力矩t cos M M 0ω=的作用，并在有空气阻尼和电磁阻尼的媒质中运动时（阻尼力矩为dt d b θ-）其运动方程为 t cos M dt d b k dt d J 022ω+θ-θ-=θ （1） 式中，J 为摆轮的转动惯量，θ-k 为弹性力矩，0M 为强迫力矩的幅值，ω为强迫力的圆频率。 令 J k 20=ω，J b 2=β，J m m 0= 则式（1）变为 t cos m dt d 2dt d 2022ω=θω+θβ+θ （2） 当0t cos m =ω时，式（2）即为阻尼振动方程。 大学物理实验讲义实验示波器原理和使用 实验5 示波器原理和使用 示波器是利用示波管内电子射线的偏转，在荧光屏上显示出电信号波形的仪器。用它能直接观察电信号的波形，也能测定电信号的幅度、周期、频率和相位，凡能转化为电压信号的其它电学量（电流、电功率、阻抗等）和非电学量（温度、位移、速度、压力、声强、光强、磁场等），其随时间的变化都能用示波器来观测。由于电子射线的惯性小，示波器扫描发生器的频率较高（可达几百兆赫），Y轴和X轴放大器的增益很大，输入阻抗高，所以示波器特别适合于观测瞬时变化的过程，并可测量微伏级的电压，而对被测试系统的影响很小。因此示波器是一种应用广泛的综合性电信号测试仪器。 示波器按用途和特点可以分为： 通用示波器。它是根据波形显示基本原理而构成的示波器。 取样示波器，它是先将高频信号取样，变为波形与原始信号相似的低频信号，再应用基本原理显示波形的示波器。与通用示波器相比，取样示波器具有频带极宽的优点。 记忆与存储示波器。这两种示波器均有存储信号的功能，前者是采用记忆示波管，后者是采用数字存储器来存储信息。 专用示波器。为满足特殊需要而设计的示波器，如电视示波器、高压示波器等。 智能示波器。这种示波器内采用了微处理器，具有自动操作、数字化处理、存储及显示等功能。它是当前发展起来的新型示波器。也是示波器发展的方向。 本实验以SS—7802型通用示波器为例，说明示波器的原理和使用方法，并介绍GFG—8016G型数字式函数信号发生器的使用方法。 【实验目的】 1．了解示波器显示图象的原理。 2．较熟练地掌握示波器的调整和使用方法。 3．掌握函数信号发生器的使用方法。 4．学习用示波器观察电信号的波形，测量电信号的电压幅度和频率。 【仪器用具】 SS—7802型示波器（或DS-5000型存储示波器）、GFG—8016G型数字式函数信号发生器(或SPF05A型数字合成函数信号发生器)。 【实验原理】 1.示波器的基本结构和工作原理 示波器内部结构复杂，型号很多，但从功能上看，大致可分为示波管、电压放大装置（包括Y轴放大和X轴放大两部分）、扫描与整步装置和电源四个部分。如图5-1所示。 （1）示波管：它包括电子枪、偏转板和荧光屏三部分。 图5-1 示波器结构方框图 实验14 液晶电光效应实验 液晶是介于液体与晶体之间的一种物质状态。一般的液体内部分子排列是无序的，而液晶既具有液体的流动性，其分子又按一定规律有序排列，使它呈现晶体的特性。当光通过液晶时，会产生偏振面旋转，双折射等效应。液晶分子是含有极性基团的极性分子，在电场作用下，偶极子会按电场方向取向，导致分子原有的排列方式发生变化，从而液晶的光学性质也随之发生改变，这种因外电场引起的液晶光学性质的改变称为液晶的电光效应。 1888年，奥地利植物学家Reinitzer在做有机物溶解实验时，在一定的温度范围内观察到液晶。1961年美国RCA公司的Heimeier发现了液晶的一系列电光效应，并制成了显示器件。从70年代开始，日本公司将液晶与集成电路技术结合，制成了一系列的液晶显示器件，至今在这一领域保持领先地位。液晶显示器件由于具有驱动电压低（一般为几伏），功耗极小，体积小，寿命长，无辐射等优点，在当今各种显示器件的竞争中有独领风骚之势。 【实验目的】 1．在学习液晶光开关的基本原理，测量液晶光开关的电光特性曲线，并由电光特性曲线得到液晶的阈值电压和关断电压。 2．测量驱动电压周期变化时，液晶光开关的时间响应曲线，并由时间响应曲线得到液晶的上升时间和下降时间。 3．测量液晶光开关的视角特性。 4．了解液晶光开关构成矩阵式图像显示的原理。 【仪器用具】 ZKY-LCDEO型液晶光开关电光特性综合实验仪、数字示波器 【实验原理】 1．液晶光开关的工作原理 液晶的种类很多，仅以常用的扭曲向列型液晶为例，说明其工作原理。光开关的结构如图1所示。在两块玻璃板之间夹有液晶，液晶分子的形状如同火柴一样，为棍状。棍的长度 在十几埃，直径为4～6埃，液晶层厚度一般为5-8微米。玻璃板的内表面涂有透明电极，电极的表面预先作了定向处理（可用软绒布朝一个方向摩擦），这样，液晶分子在透明电极表面就会躺倒在摩擦所形成的微沟槽里；电极表面的液晶分子按一定方向排列，且上下电极上的定向方向相互垂直。上下电极之间的那些液晶分子趋向于平行排列。然而由于上下电极上液晶的定向方向相互垂直，所以从俯视方向看，液晶分子的排列从上电极的沿－45度方向排列逐步地、均匀地扭曲到下电极的沿＋45度方向排列，整个扭曲了90度。如图1左图所示。 理论和实验都证明，上述均匀扭曲排列起来的结构具有光波导的性质，即偏振光从上电极表面透过扭曲排列起来的液晶传播到下电极表面时，偏振方向会旋转90度。 取两张偏振片贴在玻璃的两面，P1的透光轴与上电极的定向方向相同，P2的透光轴与下电极的定向方向相同，于是P1和P2的透光轴相互正交。 在未加驱动电压的情况下，来自光源的自然光经过偏振片P1后只剩下平行于透光轴的线偏振光，该线偏振光到达输出面时，其偏振面旋转了90°。这时光的偏振面与P2的透光轴平行，因而有光通过。 在施加足够电压情况下，在静电场的作用下，除了基片附近的液晶分子被基片“锚定”以外，其他液晶分子趋于平行于电场方向排列。于是原来的扭曲结构被破坏，成了均匀结构，如图1右图所示。从P1透射出来的偏振光的偏振方向在液晶中传播时不再旋转，保持原来的偏振方向到达下电极。这时光的偏振方向与P2正交，因而光被关断。 由于上述光开关在没有电场的情况下让光透过，加上电场的时候光被关断，因此叫做常通型光开关，又叫做常白模式。若P1和P2的透光轴相互平行，则构成常黑模式。 入射的自然光 偏振片P1 偏振片P2 出射光 扭曲排列的液晶分子具有光波导效应 光波导已被电场拉伸 图1. 液晶光开关的工作原理 大学物理实验复习 测量误差与数据处理p5 1．绝对误差表达式（自我感觉就是全微分） 例如的绝对误差表达式为 2．相对误差：相对误差=绝对误差被测量。例如： 3．算术平均偏差：对一固定量进行多次测量所得各偏差绝对值的算术平均值称为算术平均偏差，公式略，在p10页 4． 分光镜的调整和折射率的测定 1．测量三棱镜顶角的方法：自准法和劈尖干涉法。 自准直法测三棱镜顶角α原理： 平行光线分别垂直入射到三棱镜的AB，AC两个反射面，由原路返回的两反射线的方位为T1，T2则： ф=|T2-T1| 或ф=360°-|T2-T1| 顶角α=180°-ф 对劈尖干涉法存在疑问！！ 刚体转动惯量的研究 1．扭摆的垂直轴上装上载物圆盘，，测出它的转动周期为，将圆柱体放在载物圆盘上，测出此系统的转动周期为，则圆柱体自身转动周期T为 导热系数实验p81 1．改变样品形状，采取一些措施，能否利用本实验装置测量良导体的导热系数？ 为什么？ 2．测A,B的厚度使用游标卡尺，只有三位有效数字，为何不用千分尺？ 3．试根据计算式中各实验测得值的有效数字的位数，指出产生误差的主要因素是什么？ 4．室温不同测得的值相同吗？为什么？哪个大? 5．在测量不良导体的导热系数时，若上下表面热电偶电动势接近稳定但均在缓慢上升，为了缩短系统达到稳定温度的时间，若用红外灯加热，则红外灯的电压应微微降低。反之应微微升高。 惠斯通电桥测电阻 1．比率选择：千欧级选“1”，百欧级选“0.1”，以此类推。 2．电桥的组成部分是哪些？什么是电桥的平衡条件？ 密立根油滴实验p216 1．本书采用统计方法或统计直方图和最大公约数法两种数据处理方法来得出电荷的量子性和电子电荷的。 2．在实验过程中，平行极板加上某一电压值，有些油滴向上运动，有些油滴向下运动，且运动越来越快，还有些油滴运动状况与未加电压时一样，这是什么原因？ 3．密立根油滴实验平衡测量法要求油滴做匀速运动。识别是否满足这一条件的简单办法是测油滴通过中央水平刻线上、下两等间距刻线所需的时间是否 大学物理演示实验讲义 （草稿） 何豪、侯晓强 2010.8 实验室功能介绍 本实验室将全面支持同学们的大学物理课学习； 本实验室为同学们提供了数十个定性或半定量实验。 本实验室还为同学们提供了大量的趣味物理展品。 实验和资料将帮助你理解物理概念,帮助你体会实验构思的巧妙,帮助你把理论与实践更好地结合起来,帮助你开阔知识视野。总之是为了帮助你早日成才！ 本实验室采取互动方式教学，除了观察教师为你做的演示实验以外，你还可以选择自己最感兴趣的项目亲自动手做实验；你可以利用导学系统去学习,去思考,去探索；你还可以在课外参加创新实践活动,参加实验室建设,发展自己的个性与特长。 兴趣是最好的老师，在这个实验室的经历将会使你终生难忘! 锥体上滚 【实验目的】： 1．通过观察与思考双锥体沿斜面轨道上滚的现象，使学生加深了解在重力场中物体总是以降低重心，趋于稳定的运动规律。 2．说明物体具有从势能高的位置向势能低的位置运动的趋势，同时说明物体势能和动能的相互转换。 【实验仪器】：锥体上滚演示仪 图1，锥体上滚演示仪 【实验原理】： 能量最低原理指出：物体或系统的能量总是自然趋向最低状态。本实验中在低端的两根导轨间距小，锥体停在此处重心被抬高了；相反，在高端两根导轨较为分开，锥体在此处下陷，重心实际上降低了。实验现象仍然符合能量最低原理。 【实验步骤】： 1．将双锥体置于导轨的高端，双锥体并不下滚； 2．将双锥体置于导轨的低端，松手后双锥体向高端滚去； 3．重复第2步操作，仔细观察双锥体上滚的情况。 【注意事项】： 1．移动锥体时要轻拿轻放，切勿将锥体掉落在地上。 2．锥体启动时位置要正，防止它滚动时摔下来造成变形或损坏。 陀螺进动 【实验目的】： 演示旋转刚体（车轮）在外力矩作用下的进动。 【实验仪器】：陀螺进动仪 图2陀螺进动仪 【实验原理】： 陀螺转动起来具有角动量L,当其倾斜时受到一个垂直纸面向里的重力矩(r×mg)作用,根据角动量原理, 其方向也垂直纸面向里。 实验07 光的偏振实验 光波是特定频率范围内的电磁波。在自由空间中传播的电磁波是一种横波，光波的偏振特性清楚地显示了光的横波性，是光的电磁理论的一个有力证明。本实验研究光的一些基本的偏振特性，通过实验深入学习有关光的偏振理论。 【实验目的】 1、 理解偏振光的基本概念，偏振光的起偏与检偏方法； 2、 学习偏振片与波片的工作原理与使用方法。 【仪器用具】 SGP-2A 型偏振光实验系统 【实验原理】 1、 光波偏振态的描述 一般用光波的电矢量（又称光矢量）的振动状态来描述光波的偏振。按光矢量的振动状态可把光波偏振态大体分成五种：自然光、线偏振光、部分偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光。这里重点讨论偏振光的描述。 一个单色偏振光可分解为两个偏振方向互相垂直的线偏振光的叠加，即 ?? ?+==)cos(cos 21δωωt a E t a E y x （1） 式中δ为x 方向偏振分量相对于y 方向偏振分量的位相延迟量，1a 、2a 分别是两偏振分量的振幅，ω为光波的圆频率。 对于单色光，参数1a 、2a 、δ就完全确定了光波的偏振状态。 以下讨论中，取021>a a 、，πδπ≤<-。 当πδ，0=时，式（1）描述的是一个线偏振光，偏振方向与x 轴的夹角 )c o s a rc t a n (1 2 δαa a =称为线偏振光的方位角（如图1所示）。 图 1 线偏振光 图 2 圆偏振光 当2/2/ππδ-=，且21a a =时，式（1）描述的 是一个圆偏振光，其特点是光矢量为角速度ω旋转，光矢量的端点的轨迹为一圆。δ的正负决定了光矢量的旋向，2/πδ=时为右旋圆偏振光，2/πδ-=时为左旋圆偏振光（迎着光的方向观察，如图2所示）。 除了上述特殊情况，式（1）表示的是椭圆偏振光（如图3所示）。 偏振的一个重要应用是研究光波通过某个光学系统后偏振状态的变化来了解此系统的一些性质。 2、 偏振片和马吕斯定律 偏振片有一个透射轴（即偏振化方向）和一个与之垂直的消光轴，对于理想的偏振片，只有光矢量振动方向与透射轴方向平行的光波分量才能通过偏振片。因此光波通过偏振片后，将变成光矢量沿透射轴方向振动的线偏振光，因此利用偏振片可以产生线偏振光。 图 4 线偏振光的产生和检测 2 实验5 示波器原理和使用 示波器是利用示波管内电子射线的偏转，在荧光屏上显示出电信号波形的仪器。用它能直接观察电信号的波形，也能测定电信号的幅度、周期、频率和相位，凡能转化为电压信号的其它电学量（电流、电功率、阻抗等）和非电学量（温度、位移、速度、压力、声强、光强、磁场等），其随时间的变化都能用示波器来观测。由于电子射线的惯性小，示波器扫描发生器的频率较高（可达几百兆赫），Y轴和X轴放大器的增益很大，输入阻抗高，所以示波器特别适合于观测瞬时变化的过程，并可测量微伏级的电压，而对被测试系统的影响很小。因此示波器是一种应用广泛的综合性电信号测试仪器。 示波器按用途和特点可以分为： 通用示波器。它是根据波形显示基本原理而构成的示波器。 取样示波器，它是先将高频信号取样，变为波形与原始信号相似的低频信号，再应用基本原理显示波形的示波器。与通用示波器相比，取样示波器具有频带极宽的优点。记忆与存储示波器。这两种示波器均有存储信号的功能，前者是采用记忆示波管，后者是采用数字存储器来存储信息。 专用示波器。为满足特殊需要而设计的示波器，如电视示波器、高压示波器等。 智能示波器。这种示波器内采用了微处理器，具有自动操作、数字化处理、存储及显示等功能。它是当前发展起来的新型示波器。也是示波器发展的方向。 本实验以SS—7802型通用示波器为例，说明示波器的原理和使用方法，并介绍GFG—8016G型数字式函数信号发生器的使用方法。 【实验目的】 1．了解示波器显示图象的原理。 2．较熟练地掌握示波器的调整和使用方法。 3．掌握函数信号发生器的使用方法。 4．学习用示波器观察电信号的波形，测量电信号的电压幅度和频率。 【仪器用具】 SS—7802型示波器（或DS-5000型存储示波器）、GFG—8016G型数字式函数信号发生器(或SPF05A型数字合成函数信号发生器)。 【实验原理】 1.示波器的基本结构和工作原理 示波器内部结构复杂，型号很多，但从功能上看，大致可分为示波管、电压放大装置（包括Y轴放大和X轴放大两部分）、扫描与整步装置和电源四个部分。如图5-1所示。 （1）示波管：它包括电子枪、偏转板和荧光屏三部分。 图5-1 示波器结构方框图 示波管是示波器的核心，它的构造如图5-2所示，左端为一电子枪，电子枪又包括旁热式阴极、加热阴极的灯丝、控制栅极和第一、第二阳极等，阴极经灯丝加热后发出一束电子，电子被第一和第二阳极电场加速及聚焦后，形成一束很细的高速电子流打在右端的荧光屏上，屏上的荧光物 1.横梁 2.刀口 3.支柱 4.刀垫 5.游码 6.游码标尺 7.指针 8.指针标尺 9.平衡螺丝 10.水平仪 11.底盘 12.调节螺丝 13.秤盘 14.挂钩 15托架 16.重心螺丝 17.止动旋钮 实验 一 密度的测量 实验目的 实验介绍测量固体和液体密度的两种方法，流体静力称衡法和比重瓶法，通过实验除了要掌握这两种方法外，还要熟练地掌握物理天平的调整和使用方法。 实验仪器 物理天平(附砝码)、烧杯、温度计、酒精、蒸馏水、待测物。 仪器介绍 物理天平的构造如实图1所示，在横梁的中央和两端各有一个刀口(图中2)，中间的刀口安放在支柱顶端的刀垫上，刀垫用玛瑙或硬质合金钢制造，两端的刀口用于悬挂称盘，横梁上装有可以移动的游码(图中5)，用于称量1克以下的质量，(游码从横梁的左端移到右端相当于在右盘中加了1克的砝码)，横梁等分为20大格，每大格又分为5小格，因此，游码每移动一小格相当于在右盘中加10毫克的砝码，即这种天平的分度值10毫克。常见物理于平的最大称量为0.5千克(即500克)。横梁 中部还装有竖直向下的指针(图中7) ，与支柱上的指针标尺(图中8)相对应，用以指示天平的平稳位置及灵敏度，指针的中间有一重心螺丝，它的位置在出厂时已经调整好了，不得任意去旋动它；横梁两侧还有用来调整零点的螺杆、螺母(图中9)，支柱后面装有水平仪，可通过调节底座上的调节螺丝(图中12)来调节天平底板水平、支柱铅直，在天平的底座上，左侧称盘的上方还有一个可以放置物品的托架(图中15)。 标志天平规格性能的除了“最大称量”以外，还有游标的分度值以及“感量”或“灵敏度”。“感量”是指使指针在指针标尺上偏转一格时在称盘中所加的质量值，感量的倒数叫“灵敏度”，即称盘中每加1克(或0.1克)时，指针的偏转格数，利用灵敏度可以很快判断需要把游码移动几格就能使天平达到平衡，从而提高测量的效率。 物理天平的操作步骤如下： 1、调节底座螺丝，直到水平仪中的气泡位于水平仪中间，则说明天平座位水平了、支柱铅 直和刀垫水平了。 2、调节零点，把称盘挂在横梁两侧的刀口上，并把游码放在零位，然后将止动旋钮(图中 16)顺时针方向旋转支起横梁，用水平调节螺丝调好天平的平衡，调整后即把止动旋钮逆时针转动复位，放下横梁。 3、称衡时，物体放在左盘，砝码放在右盘，进行称衡，注意，加减砝码和移动砝码，都必 须使用镊子，严禁用手！选用砝码时，应遵循：“由大至小，逐个试用，逐次逼近”的原则，直至最后利用游码使天平平衡。每次增减砝码，均需先放下横梁，要判断天平是否平衡的时候，才支起横梁称衡，平时的大部分时间都要放下横梁！切记！以保护好天 图1 物理天平的构造大学物理实验讲义(密度测定)
大学物理实验复习资料
大学物理实验讲义实验牛顿环.docx
大学物理实验讲义实验用霍尔效应法测量磁场
大学物理实验讲义Word版
大学物理实验讲义(密度测定)
大学物理实验讲义汇总
光纤光学大学物理实验讲义.doc
大学物理实验讲义
大学物理实验讲义实验波尔共振实验54
大学物理实验讲义实验示波器原理和使用资料讲解
大学物理实验讲义实验液晶电光效应实验
大学物理实验复习资料
大学物理演示实验讲义
大学物理实验讲义实验06 光的偏振实验
大学物理实验讲义实验示波器原理和使用
大学物理实验讲义
相关主题
文本预览