基础物理研究性实验报告
题目：分光仪的调节和使用
第一作者：12131020
第二作者：12131019
第三作者：12131024
学院：交通科学与工程学院
2013年12月4日
目录
摘要 (2)
一、实验重点....................................... 错误！未定义书签。
二、实验原理 (2)
实验一分光仪的调整 (2)
分光仪的结构 (2)
分光仪的调节原理与方法 (4)
实验二三棱镜顶角的测量 (5)
三棱镜的调整 (5)
反射法测三棱镜的顶角 (6)
实验三棱镜折射率的测量 (6)
最小偏角法 (6)
三、实验仪器 (6)
四、实验步骤 (7)
实验1 分光仪的调整 (7)
实验2 三棱镜顶角的测量 (7)
调整三棱镜 (7)
用反射法测棱镜顶角 (7)
实验3 棱镜折射率的测量 (8)
用最小偏向角法测棱镜折射率 (8)
五、数据处理 (8)
反射法测三棱镜顶角 (8)
1．原始数据列表 (8)
2．数据处理 (9)
最小偏向角法测棱镜折射率 (9)
1.原始数据列表 (9)
2.数据处理 (10)
六、误差来源分析 (11)
七、对于本实验的改进意见和创新见解 (11)
八、实验感想与收获................................................ .13
九、参考文献 (13)
十、原始数据照片 (14)
摘要
我们的研究性报告以分光仪的调整及其应用为主要研究对象，重点介绍分光仪在使用过程中的调整细节以及使用分光仪测量三棱镜顶角及其折射率的具体原理及方法和步骤，然后利用实验中严格测得的数据进行数据处理及不确定度的计算，对于实验中可能的误差来源也进行了定量分析，最后是我们对于这个实验的感想及一些具体的实验改进建议。
关键字：分光仪三棱镜顶角三棱镜折射率误差分析感想改进建议
一、实验重点
①了解分光仪的构造及其主要部件的作用。
②学习并掌握分光仪德的调节原理与调节方法。
③掌握自准直法和逐次逼近法。
④学会用干涉法测量三棱镜的顶角。
二、实验原理
实验一、分光仪的调整
1、分光仪的结构
分光仪的结构因型号不同各有差别，但基本原理是相同的，一般都由底座、刻度读数盘、自准直望远镜、平行光管、载物平台5部分组成。
望远镜：8.望远镜9.紧固螺钉10.分化板11.目镜（带调焦手轮）12.仰角螺钉13.望远镜光轴水平螺钉14.支臂15.转角微调17.制动架18.望远镜止动螺钉
载物台：5.载物台6.载物台调平螺钉（3只）7.载物台锁紧螺钉
圆刻度盘：16.读数刻度盘止动螺钉21读数刻度盘22.游标盘24.游标盘微调螺钉25.游标盘止动螺钉
平行光管：1.狭缝2.紧固螺钉3.平行光管26. 平行光管光轴水平螺钉27.仰角螺钉28.狭缝调节
其它：4.制动架19.底座20.转座23.立柱
三角底座
在三角底座的中心，装有以垂直的固定轴、望远镜、主刻度圆盘、游标刻度圆盘都可以绕它旋转，这一固定轴右脚分光仪主轴。
刻度圆盘
圆盘上刻有角度数值的称主刻度盘，其内侧有一游标盘，在游标盘上相对180处刻有两个游标。主刻度盘和游标刻度盘都垂直于仪器主轴，并可绕主轴转动。该读数系统由主刻度盘和游标盘组成，沿圆盘一周刻有360个大格，每格1，没大哥又分成两小格，
3 。主刻度盘内侧有一游标盘。主刻度盘可以和望远镜一起转动，游标所以每小格为0
盘可以和载物台一起转动。游标盘在他的对径方向有两个游标刻度，游标刻度的30小格对应主刻度盘上的29小格，所以这一读数系统的精确度为1’。它的读数原理与游标卡尺完全相同。
载物平台
载物平台用来放置光学元件，如棱镜光栅等，在其下方有载物台调平螺钉3只，以调节平台倾斜度。用螺钉可调节载物平台的高度，当固紧时平台与游标盘固联。固紧螺钉可使游标盘与主轴固联；拧动螺钉，可使载物台与游标盘一起微动。
自准直望远镜
自准直望远镜的结构如图所示，它由目镜、全反射镜、叉丝分划板及物镜组成。目镜装在A筒内，全反射棱镜和叉丝分划板装在B筒内，物镜装在C筒顶部，A筒通过手轮可在B筒内前后移动，B筒可在C筒内移动。叉丝分划板上刻有双十字叉丝和透光小十字刻线，并且上叉丝与小十字刻线对称与中心叉丝，全反射棱镜紧贴其上。开启光源S时，光线经全反射棱镜照亮
小十字刻线。当小十字刻线平
面处在物镜的焦平面上时，从
刻线发出的光线经物镜变成
平行光。如果有一平面镜将这
一平行光反射回来没再经物
镜，必成像于焦平面上，于是
从目镜中可以看到叉丝和小
十字刻线的反射像，并且无视差。如果望远镜光轴垂直于平面反射镜，反射镜将于上叉丝重合。这种调节望远镜光轴使之适于观察平行光的方法成为自准直法，这种望远镜称为自准直望远镜。
望远镜通过螺钉的固紧可与主刻度盘固联，又可通过螺钉的固紧与主轴固联，此时拧动望远镜微调螺钉，望远镜将连同主刻度盘绕主轴微动。
平行光管
平行光管与底座固联，靠近仪器主轴的一端装有平行光管的物镜，另一端装有可调节狭缝套管，前后移动套管，是狭缝处在物镜的焦平面上，于是由狭缝产生的光通过物镜后变成平行光。
2、分光仪的调节原理与方法
分光仪常用于测量入射光与出射光之间的角度，为了能准确测得此角度，必须满足两个条件①入射光与出射光均为平行光；②入射光与出射光均与刻度盘平面平行。为此须对分光仪进行调整：使平行光管发出平行光，其光轴垂直于仪器主轴（即平行于刻度盘平面）；使望远镜接收平行光，其光轴垂直于仪器主轴；须调整载物平台，使其上旋转的分光元件的光学平面平行于仪器主轴。下面介绍调整方法。
粗调
调节水平调节螺钉，使望远镜居于支架中央，并目测调节望远镜俯仰螺钉，使光轴大致与主轴垂直，调节载物平台下方的3只螺钉外伸部分等长，使平台平面大致与主光轴垂直。这些粗调对于望远镜光轴的顺利调整至关重要。
调节望远镜
◇望远镜调焦于无穷远
调节要求：根据前述自准直原理，当叉丝位于物镜焦平面时，叉丝与小十字刻线的反射像共面，即绿十字与叉丝无视差，此时望远镜只接收平行光，或称望远镜调焦于无穷远。
调节方法：在载物平台上（见右图）放置平面反
射镜，构成上图所示的自准直光路。
开启内藏照明灯泡，照明透光小十字形刻线。调
节目镜（转动目镜手轮，筒壁螺纹结构使得目镜筒在
叉丝分划板筒内前后移动），改变目镜与叉丝分划板之
间的距离，直至看清反射镜沿水平方向的方位，若平
面反射镜的镜面在俯仰方向上已大致垂直于望远镜光
轴，则在旋转载物台的过程中，总可以在某一位置，
通过目镜看到一个绿色十字（可能不太清晰），如看不到则应视情况调节望远镜下方的俯仰螺钉或载物台下方的或螺钉，再一次粗调望远镜光轴大致与平面反射镜的镜面垂直。前后伸缩叉丝分划板套筒B，改变叉丝与物镜之间的距离，直到在目镜中清晰无视差的看到一个明亮的绿色小十字（透光小十字刻线的像）为止。
◇调整望远镜光轴与仪器主轴垂直
调整原理：若望远镜光轴垂直于平面反射镜镜面，且平面镜镜面平行于仪器主轴，则望远镜光轴必垂直于仪器主轴。此时若将载物台绕仪器主轴转180°，使平面镜另一面对准望远镜，望远镜光轴仍将垂直于平面镜。若望远镜光轴开始时垂直于平面镜，但不垂直于仪器主轴，亦即平面镜镜面不平行于主轴，则将平面镜反转180°后，望远镜光轴不再垂直于平面镜镜面。
调整方法：在望远镜调焦于无穷远的基础上，观察绿色小十字，一般它会偏离上叉丝，调节载物台调平螺钉或，使绿色小十字向上叉丝移近1/2的偏离距离，再调节望远镜俯仰调节螺钉，使绿色小十字与上叉丝重合，这时，望远镜光轴与平面镜镜面垂直。将平面镜反转180°，重复调节载物台调平螺钉或，并调节望远镜俯仰调节螺钉，使绿色小十字各自消除1/2与上叉丝的偏离量，再次使望远镜光轴与屏幕镜镜面垂直。如此重复几次，直至平面镜绕主轴旋转180°，绿色小十字始终都落在上叉丝中心为止。每
进行一次调节，光轴与主轴垂直状态及平面镜与主轴的平行状态就改善一次。多次调节，逐渐达到完全改善为止，故称为逐次逼近调节。又由于每次各调1/2的偏离量，故又称半调法。
◇调整叉丝分划板的纵丝与主轴平行
分划板的上叉丝与纵丝是互相垂直的。当纵丝与主轴不平行时，绕主轴转动望远镜，在望远镜视场中，会看到绿色小十字的运动轨迹与上叉丝相交。只要微微转动（不能有前后滑动）叉丝镜筒，达到绿色小十字的运动轨迹与上叉丝重合，叉丝方向就调好了。
平行光管的调整
◇使平行光管产生平行光
当被光所照明的狭缝刚好位于透镜的焦平面上时，平行光管射出平行光。
调整方法：将已调节好的望远镜对准平行光管，拧动狭缝宽度调节手轮，打开狭缝，松开狭缝套筒锁紧螺钉，前后移动狭缝套筒，当在已调焦无穷远的望远镜目镜中无视差的看到边缘清晰的狭缝像时，平行光管即发出平行光。
◇调平行光管光轴与仪器主轴垂直
望远镜光轴已垂直仪器主轴，若平行光管与其共轴，则平行光管光轴同样垂直主轴。
调整方法：旋转望远镜至观察到狭缝像，调整平行光管俯仰调节螺钉，使狭缝像的中点与中心叉丝重合（中心叉丝与狭缝中点都可视为望远镜与平行光管光轴所垂直通过的地方）；或将狭缝横放，调平行光管的俯仰调节螺钉至狭缝的固定边与中心叉丝重合。
至此，分光仪的调整已基本完成，现已满足两个条件：①入射光与出射光均为平行光；②入射光与刻度盘平面平行，但出射光还未调至与刻度盘平面平行，这一步与具体的测量内容有关，需结合分光仪的应用来进行。
实验二、三棱镜顶角的测量
三棱镜的调整
欲测三棱镜顶角，必须使望远镜的光轴旋转平面垂直于待测顶角A的两光学平面AB面和AC面，即望远镜分别对准AB面和AC面时均应有绿色十字与上叉丝重合。
在已调好望远镜的基础上，先用自准直法调AB面与望远镜光轴垂直（即AB面与仪器主轴平行），如不垂直，可调节调平螺钉b或c；再转动载物平台将AC面转向望远镜，此时可且只可调节调平螺钉a使AC面与望远镜光轴垂直，
因为调a 不会破坏已调好的AB 面与望远镜光轴的垂直关系。
反射法测三棱镜顶角原理：
反射法测顶角须使入射平行光经AB 、AC 面反射后
能通过望远镜，而望远镜是绕主轴旋转的，所以AB 和
AC 面的反射平行光必须通过主轴才能进入望远镜。如果
主轴中心远离顶角A ，AB 、AC 面的反射光不能通过主轴，
从而也就不能通过望远镜；只有如右图所示，顶角A 处
于主轴中心O 附近时，AB 、AC 面的反射光才能进入望远镜。所以测量顶角时，应尽量将顶角A 平移靠主轴中心处。
测量顶角
如右图可知： 12A i i θ=++
又因为 12A i i =+
故有 A θ=
实验三 、棱镜折射率的测量
最小偏角法
如图所示，单色平行光束以入射角i 1投射到
三棱镜的AB 面上，以i 2角从AC 出射，出射
光线和入射光线的夹角δ称为偏向角。δ的
大小随入射角i 1而改变。当i 1= i 2时，偏向角
取极小值δmin ，称为最小偏向角。它与三棱
镜的顶角A 和折射率n 之间有如下的关系：
2
s i n 2+s i n m i n A A n δ=
只要测出三棱镜的顶角A 和最小偏向角δmin ，就可按上式求出三棱镜材料（玻璃）的折射率。
三、实验仪器
分光仪、平面反射镜、三棱镜、钠灯及电源。
三棱镜最小偏向角原理图
四、实验步骤
实验一分光仪的调整
根据实验原理部分提供的方法对分光仪进行调整
要求：
○1平面反射镜反射回来的绿色十字与叉丝无视差。
○2平面镜正、反两面反射回来的绿色十字均与上叉丝重合，且转动平台过程中绿色十字沿上叉丝移动。
○3狭缝像与叉丝无视差，且中心点与中心叉丝等高。
实验二三棱镜顶角的测量
1、调整三棱镜
将三棱镜放置于载物台上，使待测顶角A靠近中心，并使其一个光学面与载物台上的某根径线平行，用压杆固定好棱镜。将望远镜对准三棱镜某光学平面，调节与另一光学平面平行的在载物台径线下螺钉，使绿色十字与上叉丝重合。同理再调整另一光学平面。
2、用反射法测棱镜顶角
为了准确的测量三棱镜的顶角，除了严格调整分光仪和三棱镜外，尚须准确读取数据和掌握正确的测量方法。
偏心差的消除
在分光仪的生产过程中，分光仪的主刻度盘和游标盘不可能完全同心，读数时不可避免地将差生偏差，成为偏心差，这是仪器本身的系统误差。消除系统误差的办法是采用对径读数法。设开始时，左边游标的读数为α1，右边游标的读数为β1，当望远镜或载物台转过某一角度后，左边游标的读数为α2，右边游标的读数为β2，可以由左边的读数得其转角θ1=α2-α1，由右边读数得其转角θ2=β2-β1，然后取其平均
θ=1/2（θ1+θ2）=1/2[（α2-α1）+（β2-β1）]
这就可以消除偏心差，得到准确的结果。
减小主刻度盘刻度不均匀造成的系统误差
如果主刻度盘不均匀，测量时将产生一定的系统误差。为了减少此误差，需在刻度盘不同部位进行多次测量，然后取其平均值。
测量方法
每次测量时应改变初始值，即开刻度盘固紧螺钉，单独旋转50?—60?，测量次数不少于5次。
注意：推动望远镜的时候应推动望远镜支臂，切勿推动望远镜镜筒，以免破坏望远镜与仪器主轴的垂直关系，造成角度测量的超差。
实验三、 棱镜折射率的测量
用最小偏向角法测棱镜折射率
旋转载物平台，使平行光入射三棱镜的AB 面，用望远镜在AC 面观察折射光线，之后沿某方向缓慢转动平台，可看到谱线随平台转动向一个方向移动，当移到某个位置时突然向反方向折回，这一转折位置即该谱线的最小偏向位置。测量此位置处谱线与入射光线的夹角，此即最小偏向角δmin 。
五、数据处理
1、反射法测三棱镜顶角
（1）原始数据列表
（2）数据处理
根据公式 12+=2θθ
θ 以及 A=2θ
得到下表：
1 2 3 4 5 平均值
A 11937'? 11952'? 11936'? 12021'? 12025'? 1195812'''? θ 594830'''? 59560'''? 59480?''' 601230'''? 601230?'''
59596'''?
将上表的A 角度化为弧度制得到下表：
A （单位：rad ） 1.0439 1.0460 1.0437 1.0503 1.0508 1.0469
计算A 的不确定度： 1α 2α 1θ 1β 2β 2θ
1 2786'? 15824'? 11942'? 98? 33828'?
11932'?
2 22232'? 10230'? 1182'? 4220'? 28238'?
11932'?
3 17212'? 5234'? 11938'? 35012?' 23234'?
11942'?
4 11736?' 35714?' 12022'? 29738?' 11718'?
12020'?
5 5630'? 2968'? 12022?' 23632'?
1166?' 12028?'
其A 类不确定度为：()()
1i a U -??A -A ???A =K K -∑=0.0015rad=0.0843? 游标盘的准确度为1'，其误差限可认为是1'。
故其B 类不确定度为：()1
60==0.009633
b U A =? 仪 又由于A=55.9923?
故可得()()()22=0.0838a b
U U U A A +A =? 从而有A 的最终表述为：()55.990.08U A±A =?±?
本次实验三棱镜顶角参考值06000'α=?
百分差: 0059596000'100%100%0.033%6000'p A A E A -?-?'=
?=?=? 显然:
r p E E >,说明实验结果在本方法测量的误差范围内与标准值相符合的。
2、最小偏向角法测棱镜折射率
（1）、原始数据列表
由上表可得δ的数据如下表：
1 2 3 4 5 入射角
1α
29830'? 030'? 524'? 12115'? 18020'? 1β 11824'? 18024'? 2323'? 30116'? 018'? 出射角
2α
24740'? 30945?' 1150?' 7027?' 12930'? 2β 6735?'
12940'? 18116'? 25030'? 30930'?
则10
1min 50.8016i
i K δ
δδ-====?∑
即min δ=0.8867（rad ）
所以()()min 1sin 2
1.6167sin 2n A δ
δ
-==
不确定度的计算：
δ的A 类不确定度计算：
()()
10210.0198990.000347310(101)i i a U rad δδδ=-==?=-∑
B 类不确定度计算：()1
60
==0.00962533b U A =? 仪
所以δ的合成不确定度为：
()()()2
20.02210.0003857a b U U U rad δδδ=+=?=
由上一个实验可知：
()()()2
2=0.0838a b U U U A A +A =?
则1n 的合成不确定度为： 1 2 3 4 5
角度制 50.833? 50.817? 50.800?
50.833? 50.817?
弧度制
单位：rad
0.8872 0.8869 0.8866 0.8872 0.8869
6 7 8 8 10 角度制 50.783? 50.800? 50.676? 50.833?
50.800?
弧度制 单位：rad 0.8863 0.8861 0.8873 0.8866 0.8862
()()()22111n n U n U U δδδ???????????????
???=+??A ()()2222cos cos sin cos sin 22222sin 2sin 22A A U U A A A δδδδ???????????????????????
?+A +A -A =+ = 0.0002494
折射率1n 的最终表示为：()
11 1.61670.0002n U n ±=± 六、误差来源分析
在使用分光仪测量三棱镜的顶角和透镜的折射率的实验中，误差主要来源于以下几个方面：
①、实验仪器其本身的误差，如愿盘刻度不均匀造成的系统误差； ②、是观察现象时由于狭缝有一定的宽度，以及狭缝像的边缘模糊造成确定角度时的不准确；
③、是调节平行光管时，平行光管与平面并非完全垂直造成的误差;
④、是读数时人的眼睛可能并非与刻度盘垂直，造成视觉误差产生数据的偏差; ⑤、是在测三棱镜顶角的时候，人可能会碰到平行光管，使得平行光管的入射光变得不再平行等。
七、对于本实验的改进意见和创新见解
1、关于分光仪调节方法的改进
在本实验中，要想快速准确的对分光仪进行调整，分光仪的最佳状态的调节要达到以下三点要求：1、 望远镜的光轴转动扫过的面必须是一平面且与仪器转轴垂直；2、载物台面与仪器转轴垂直；
3、平行光管的光轴与仪器转轴垂直。
我们做实验的时候调整的原理主要是用平板玻璃的
两个平行光学面进行调节，但是在平行平面镜的方向上，
载物平台与仪器转轴的垂直条件不一定满足，而且在平
面镜两个光学面法线方向调节完成之后，总在与其法线
构成的角平分线方向上平板玻璃与载物台的整体倾斜，
很难纠正回垂直于仪器转轴的位置上来。
分光仪的中心轴是始终垂直于读值平面的，那我们
要做的就只是调整平行光管和望远镜的光轴，以及载物
台平面与分光仪中心轴垂直就可以了。基于这点出发，这里有两种方法来辅助调
节各平面平行：
利用游标卡尺协助调节3平面平行。下图为游标卡尺图，叙述方法如下：
载物台平面与分光仪中心轴的垂直调节方法：将游标卡尺深度尺朝上垂直读值平面竖立，同时移动外测量爪至载物台平面a 点，测出此时读数L1。然后用相同方法对载物台平面的b 、c 点进行测量，读数L2、L3。只要保证L1、L2、L3的读数相同就可以基本保证载物台与分光仪中心轴垂直了。
平行光管和望远镜的光轴与分
光仪中心轴的垂直调节方法（因为
望远镜与平行光管调节方式相似故
以下仅以望远镜的调节为例）：因为
望远镜筒仅是因为望远镜倾斜度调
节螺丝的调节才与读数平面呈现角
度的。故其支撑柄本身与分光仪的
中心轴大致平行，且其下方装有望
远镜倾斜度调节螺丝的支撑杆与分
光仪的中心轴大致垂直。可将其支
撑杆作为基准面，使用游标卡尺测
量支撑杆与镜筒间的距离。在镜筒上不同位置的２—３处取点测量至３点读数相同即可。
（以上方法只能辅助调节载物台平面与分光仪中心轴垂直，实质性的意义不强，可能只能算是一个小技巧罢了。）
2、分光仪实验中最小偏向角测量方法的改进
我们做实验的时候，在测量过程必须首先找到最小偏向角的方位角, 然后再确定入射光线的方位角。在找最小偏向角的方位角时往往是载物台与刻度盘、望远镜一起转动, 在转动过程中由于载物台转动不是太灵活, 容易碰到三棱镜, 因此测量不方便。而且在测量入射光线方位角时会由于载物台的高度不合适挡住了入射光线, 使实验数据无法测量。如果降低载物台, 载物台的转轴与分光计的转轴之间产生缝隙, 就会破坏原来调好的分光仪, 导致误差变大。因此我们通过讨论和查阅相关资料得出下面的改进方案。
测量方法的改进如下：
固定望远镜与刻度盘、游标盘与载物台之间的紧固螺钉。转动游标盘使主截面内的AB 棱斜对平行光管的出射光线, 再转动望远镜对着三棱镜的出射光线, 然后缓慢转动游标盘和望远镜找到如
图2( a) 位置的最小偏向角, 分别读出
刻度盘上左右游标相对应的读数
,l r αα。顺时针转动游标盘和逆时针
转动望远镜使A C 棱斜对平行光管的
出射光线, 找到如图2( b) 位置的最
小偏向角, 如上方法再读出刻度盘上左右游标相对应的读数,l r ββ 。由于平行光管固定不动, 图2( b) 可以看成由图2( a) 经过两步形成: 先望远镜不动, 游标盘顺时针转180°
m δ-; 再游标盘不动, 望远镜逆时针转了2m δ。由于刻度盘的
读数是逆时针方向增大的。所以由图2 可得:
()()[]11802
m m m l l r r l r δδδαβαβ??+??==-+--? 注意当读数从小到大经过0°(即360°)角处时, 在计算m δ 的运算中αβ或要加上360°再进行计算。把测量数据代入上式可以求得最小偏向角m δ。这样就非常有效的解决了原来测量方法中的不足了。
八、实验感想与收获
这一次同样是光学实验，不同于1081和1091的是，分光仪的精密度非常高，所以在调节现象的时候必须按步骤一步一步的调节，如果分光仪的调节没有能做到特别精确的话，那在以后的测三棱镜的顶角，以及测三棱镜折射率时都会造成误差特别大，或者调不出现像。所以我认为该实验讲究的是细心。我们应该严格按照书上规定的步骤，把每一的步骤都落实到操作中才能够快速准备的将分光仪调整到最佳工作状态。
我记得，第一次做测三棱镜顶角的实验时，由于当时忘记将狭缝宽度调到一毫米以下，所以最后造成数据的误差偏大，超出老师给定的误差限。而误差小时是光学实验的一个必然要求。那一次的实验让我记忆犹新，我懂得了什么叫做严谨，只求速度不讲究质量那么实验就没有实际的意义。还有一个需要注意的细节就是实验数据的记录时应该要讲究有效数字的保留，那样在处理数据的过程中就能够最大限度的减小测量误差。由于做实验的时间比较短，我们通常记录数据都不讲究整洁，这种习惯是不好的，我们应该在以后的实验过程中，提前设计好数据记录表格，这样既能在记录数据时有条不紊，也能大大减轻数据处理的工作量。还能减少实验出错的可能性。
在测折射率的试验中，可能会经常不小心转动下面的游标盘，使得所有数据全部出错，最后不得不把整个实验重新再做一遍。这也浪费了很多做实验的时间，要避免这些问题，最重要的是要在做实验的过程中，时刻保持清晰的头脑，不要过于慌张，否则只能事倍功半。
总而言之，通过亲自动手做完分光仪的调节与使用的系列实验后，我对光学知识的一些应用和理解也更加深刻，越来越感觉到做实验对学习的重要性。本学期做了这么多的基础物理实验，的确培养了我的动手能力和实践的能力，掌握了一些做实验的基本素养，我相信这对于我将来走上科研的道路是很有帮助。
九、参考文献
1、李朝荣等.《基础物理实验（修订版）》.北京航空航天大学出版社.2010年6月.
2、《长春师范学院学报（自然科学报）》2010.06期 作者：石友彬
3、周平.《川东学刊》1998.02期---关于分光仪调节方法的改进.
4、《分光仪上的综合与设计性物理实验》作者：张雄 2009-11-01版
5、《分光计实验中最小偏向角测量方法的改进》徐弼军2006年第28卷第1 期
十、原始数据
2008-2009第1学期《基础物理实验》期末试题 一、 单项选择题（每题3分，共30分） 1. 在同一被测量的多次测量过程中，保持恒定或以可以预知方法变化的那一部分误差称为_____ A.仪器误差 B.系统误差 C.随机误差 D.粗大误差 2. 平均值的标准（偏）差()S x 的计算公式是_____ A. 3. 用停表测量单摆周期，启停一次秒表的误差不会超过。实验测出10个周期的时间为10T='' ，则其不确定度u （T ）=_____ 秒 欲用伏安法测量一阻值约200Ω的电阻，要求测量结果的相对不确定度 () 1%u R R <，应选择下列_____组仪器（提示：不计电表内阻的影响和A 类不确定度） A.电流表级，量程10mA ；电压表级，量程2V B.电流表级，量程10mA ；电压表级，量程2V C.电流表级，量程15mA ；电压表级，量程2V D.电流表级，量程50mA ；电压表级，量程2V 5. 某长度测量值为，则所用仪器可能是_____ A.毫米尺 分度卡尺 分度卡尺 D.千分尺 6. 已知312 N x y =+，则其不确定度_____ A. 2 2221()()()2u N u x y u y =+ B. 22223 ()()()2u N u x y u y =+ C. 22429()()()4u N u x y u y =+ D. 22 29()()()4 u N u x u y =+ 7. 200(10080) 1010(0.0100.000251) +-=?+_____ 8. 用作图法处理数据时，为保证精度，至少应使坐标纸的最小分格和测量值的_____相对应 A.最后一位有效数字 B.最后一位准确数字 C.第一位有效数字 D.第二位有效数字 9. 下列关于测量的说法中_____是错误的 A.测量是为了确定被测对象的量值而进行的一组操作 B.测量结果是根据已有信息和条件对被测量量值做出的最佳估计，也就是真值 C.在相同测量条件下，对同一被测量进行多次测量所得结果的一致性被称为测量结果的重复性 D.在不同测量条件下，对同一被测量进行多次测量所得结果的一致性被称为测量结果的复现性 10. 以下所示电路中，_____构成了换向电路 A. B. C. D.
北京航空航天大学物理研究性实验报告 分光仪的调整及其应用 第一作者：所在院系：就读专业：第二作者：所在院系：就读专业：
目录 目录 一.报告简介 (1) 二.实验原理 (1) 实验一.分光仪的调整 (1) 实验二.三棱镜顶角的测量 (3) 实验三.最小偏向角法测棱镜折射率 (1) 二．实验仪器 (1) 三.实验主要步骤 (2) 实验1.分光仪的调整 (2) 1.调整方法 (2) 2.要求 (4) 实验2.三棱镜顶角的测量 (4) 1.调整要求 (4) 2.实验操作 (5) 实验3.棱镜折射率的测定（最小偏向角法） (6) 四.实验数据记录 (6) 五.数据处理 (7) 实验2.反射法测三棱镜顶角 (7) 实验3.最小偏向角法测棱镜折射率 (7) 六.误差分析 (8) 七.分析总结 (8) 八.实验改进 (9) 九.实验感想 (10) 十.参考文献及图片附件： (11)
一.报告简介 本报告以分光仪的调整、三棱镜顶角和其折射率的测量为主要内容，先介绍了实验的基本原理与过程，而后进行了数据处理与不确定度计算。并以实验数据对误差的来源进行了分析。同时还给出了调节分光仪的经验总结与方法，并对现有实验仪器和试验方法提出了改进的意见。 二.实验原理 实验一.分光仪的调整 分光仪的结构因型号不同各有差别，但基本原理是相同的，一般都由底座、刻度读数盘、自准直望远镜、平行光管、载物平台5部分组成。 1-狭缝套筒；2-狭缝套筒紧固螺钉；3-平行光管；4-制动架；5-载物台；6-载物台调平螺钉；7-载物台锁紧螺钉；8-望远镜；9-望远镜锁紧螺钉；10-阿贝式自准直目镜；11-目镜；12-仰角螺钉；13-望远镜光轴水平螺钉；14-支臂；15-望远镜转角微调螺钉；16-读数刻度盘止动螺钉；17-制动架；18-望远镜止动螺钉；19底座；20-转座；21-
2009级基础物理实验期末试题 一、单项选择题（每题3分，共30分） 1、不确定度在可修正的系统误差修正以后，将余下的全部误差按产生原因及计算方法不同分为两类，其中 B 属于A类分量。 A、由测量仪器产生的的误差分析 B、同一条件下的多次测量值按统计方法计算的误差分量 C、由环境产生的误差分析 D、由测量条件产生的误差分量 2、下列说法中 C 是正确的。 A、在给定的实验条件下，系统误差和随机误差可以相互转化 B、当测量条件改变后，系统误差的大小和符号不随之变化 C、随机误差可以通过多次重复测量发现 D、一组测量数据中，出现异常的值即为粗大误差 5、已知()，下列公式中 B 是正确的。 A、 B、 C、 D、 7、用千分尺（精度0、01mm）测某金属片厚度d的结果为 i1234567 1.516 1.519 1.514 1.522 1.523 1.513 1.517
则测量结果应表述为d u(d)= A A、(1.5180.003)mm B、(1.5180.004)mm C、(1.5180.001)mm D、 (1.5180.002)mm 8.tg45°1′有 B 位有效数字 A、 6 B、5 C、 4 D、 3 9、对y=a+bx的线性函数，利用图解法求b时，正确的求解方法是 C 。 A、 b=tg（为所作直线与坐标横轴的夹角实测值） B、 b=（、为任选两个测点的坐标值之差） C、 b=（、为在所作直线上任选两个分得较远的点的坐标值之差） D、 b=（x、y为所作直线上任选一点的坐标） 10、用量程为500mV的5级电压表测电压，下列测量记录中哪个是正确的？ D A、250.43mV B、250.4mV C、250mV D、0.25V 二、填空题（每题3分，共15分） 11、已被确切掌握了其大小和符号的系统误差成为可定系统误差。 12、已知某地的重力加速度值为9.794，甲、乙、丙三人测量的结果分别为：9.7950.024，9.8110.004，9.7910.006，试比较他们测量的精密度、正确度和准确度。甲测量的精密度低，正确度高；乙测量的正确度最低；
第0页 本人声明 我声明，本论文为本人独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。 3903·2415 高等工程学院 李柏
第1页 晶体的电光效应的深入剖析 第一作者：李柏（自主独立完成） 摘要 本文基于作者在认真做过实验并对内容的深刻理解，旨在对该实验从原理到操作流程以及实验数据处理进行更加深入的剖析。 在正文的第一部分，本文从一名大二本科生的角度对实验原理进行了系统地重新表述，查阅资料并补充了部分《大学物理·光学》的必要知识（例如1/4玻片、单轴晶体的定义）力求让下一届的学生们能彻底理解原理部分，部分素材也可适当补充进新版的《物理实验》课本中。 在第二部分，本文细致地描述了实验操作的各个流程，从等高共轴的调节方法开始，给出了有理有据的调节方法，可以作为今后教师指导学生的基本判据。 在第三部分，本文重新安排了数据处理，采用了更加翔实的原始数据，但必须指出本文的缺陷：依然未能定量地得出产生误差的原因。 在第四部分，包含作者对试验中一些现象的理论层面的深入剖析，以及实验感想、建议等等。 最后的最后，是完成本文参阅资料的声明。 关键词：晶体电光效应电光调制大学物理实验论文测量半波电压
第2页 第一章：实验原理的重新表述 1.1电光效应与一次电光效应 晶体在外电场作用下折射率会产生变化，这种现象称为电光效应。这种效应由于n 随电场变化而变化时间极短，甚至能跟得上1010Hz的电场变化频率，故可制成响应迅速的各种光电设备（例如斩波器、激光测距仪）。仅仅在同一教室内的光纤陀螺寻北的陀螺仪中就有电光效应制成的元件，可见电光效应的广泛应用。 电场引起折射率变化可表示为n - n0 = aE0 + bE02+…… 由一次项aE0 引起的变化称为一次电光效应，也称泡耳克斯效应。一次效应又区分纵横方向，以加载电场的取向决定。本实验研究铌酸锂晶体的一次纵向电光效应。 光在晶体中传播时，在不平行于光轴方向上，由于e光和o光传播速度不同，而出现两个不同折射率的光的像，这种现象叫做双折射现象（图1-1）。只有一个光轴的晶体就叫单轴晶体，铌酸锂原本是单轴晶体，但晶体外加电场后，将变成双轴晶体，导致与双折射类似的结果，出射光可能为椭圆偏振光。 图1-1 双折射原理示意图 1.2电光调制 在无线电通信中，为了传递信息，总是通过表征电磁波特性的正弦波性质受传递信号控制来实现，这种控制过程被称作调制。接收时，逆过程则称为解调。本实验采用强
北航基础物理研究性报告讲解
北航基础物理实验研究性报告1051 电位差计及其应用 140221班 2015-12-13 第一作者:邓旭锋14021014 第二作者:吴聪14021011
目录 1.引言 (4) 2.实验原理 (5) 2.1补偿原理 (5) 2.2 UJ25型电位差计 (8) 3.实验仪器 (10) 4.实验步骤 (10) 4.1自组电位差计 (10) 4.2 UJ25型箱式电位差计 (11) 5.实验数据处理 (12) 5.1 实际测量Ex的大小 (13) 5.2 不确定度的计算 (13) 5.3 测量结果最终表述 (14) 5.4 实验误差分析 (14) 6.实验改进与意见 (14) 6.1 实验器材的改进 (8) 6.2 实验方法改进 (10) 6.3 实验内容的改进 (10)
7.实验感想与体会 (21) 【参考文献】 (24) 摘要:将电位差计实验中的补偿法原理应用于电学物理量的测量中，该方法可以用来精确测量电流、电阻、电压等电学量，也可以利用电位差计，获得比较精确的二极管伏安特性曲线可以避免了因电表的内阻而引起的测量误差。利用实验室现有仪器设计了一些切实可行的新实验。 关键字：电位差计；补偿法；UJ23型电位差计；电阻；系统误差。 1.引言 电位差计是电压补偿原理应用的典型范例，它是利用电压补偿原理使电位差计变成一内阻无穷大的电压表，用于精密测量电势差或者电压。同理，利用电流补偿原理也可以制作一内阻为零的电流表，用于电流的精密测量。 电位差计的测量精确度高，且避免了测量的接入误差，但它的操作比较复杂，也不易实现测量的自动化。在数字仪表迅速发展的今天，电压
2012级基础物理实验选课及课程说明 网上选课操作方法 物理实验选课在网上进行，可通过两个途径：①使用校园网（网址：https://www.doczj.com/doc/8a1187268.html,）；②使用物理实验中心局域网（地点：实3-415选课室，时间：下午13:30—16:30）。 1．按网址进入“大学物理实验网上选课”页面，先点击“注册”（注意：务必使用您的真实姓名和学号注册，否则计算机将不能处理您的成绩，或导致成绩打印错漏）。成功后，返回主页。 2．输入学号和密码，点击“登录”进行选课。选课只需用鼠标单击相应时间段内的选择钮，按“Enter”或页面下方的确定键即可生效。如该时间段未排实验或选课人数已满员，则选择无效，需另选其它时间或组号。选课时请认真选好时间和组号，时间指单（或双）周、星期几、下午或晚上。选课成功后请再点击“查询”菜单，最后确认一遍选课信息，之后注销本人界面。 3．如需修改选课时间，可重新执行操作2，这时计算机将自动用新的结果代替原来的选择。 4．每次只允许选择1个题目，做完以后才可以选择新的题目。开课前三天，自动关闭选课，此间调课需通过管理员进行。第一次选课于第二周星期一（2013年9月16日）开始，正式上课时间为2013年9月23日（星期一）。 注：物理学院和中法工程师学院的学生只需注册，不要自行选课，由实验中心统一安排。 物理实验课程说明 1．本课程采用“积分制”教学模式。每个实验题目根据其难易程度设置了不同积分，本学期规定修“物理实验A”的同学要完成38个积分，修“物理实验B”的同学要完成33个积分。物理学院（记为C）的学生要完成58个积分。该课程只限定了最低积分，未限制实验的个数，同学们可根据自己的能力通过选做少数几个难度大的实验或多个难度小的实验来完成积分。 2．第一学期基本实验以专题的形式开出，每个专题包含不同层次、不同难度的多个实验题目。题目编号方法如下：例如1040522，其中首位数字“1”表示基本实验，第二、三位“04”为专题号，第四、五位“05”为实验序列，第六位数字“2”为题目序号，最后一位数字“2”是积分值。具体实验代号和实验题目见下表。大家可自行安排做哪些内容，但规定某些类型实验（如103、105、107、109）必选。 3．允许但不鼓励学生重复选择同一专题的实验，若重复选择同一类型题目（题号前5位相同，如1010313、1010323），包括一次课上做两个同类型实验，从第二个实验开始积分值逐次减1分；若选择同一专题不同类型题目（题号前3位相同，如1030113、1030213、1030312），从第四个实验开始积分值逐次减1分；若重做实验（题号完全相同，如1010113、1010113），每重做一次积分减1分，成绩仅保留最后一次输入的结果。 4．选课后无故不来做实验将扣除1个积分。因病缺课者，凭医院证明到选课管理室（实3-414）消除记录（一周内）；其它原因缺课于课前凭校（院）教务科证明消除记录。
北航物理研究性实验报告 专题：模拟示波器的使用及其应用 学号：10151192 班级：101517
姓名：王波 目录 目录 (2) 摘要 (3) 一．实验目的 (3) 二．实验原理 (3) 1.模拟示波器简介 (3) 2.示波器的应用 (6) 三．实验仪器 (6) 四．实验步骤 (7) 1.模拟示波器的使用 (7) 2.声速测量 (8) 五．数据记录与处理 (8) 六．讨论 (10)
摘要 示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器，它能直观、动态地显示电压信号随时间变化的波形，便于人们研究各种电现象的变化过程，并可直接测量信号的幅度、频率以及信号之间相位关系等各种参数。示波器是观察电路实验现象、分析实验中的问题、测量实验结果的重要仪器，也是调试、检验、修理和制作各种电子仪表、设备时不可或缺的工具。 一．实验目的 1.了解示波器的主要结构和波形显示及参数测量的基本原理，掌握 示波器、信号发生器的使用方法； 2.学习用示波器观察波形以及测量电压、周期和频率的方法； 3.学会用连续波方法测量空气速度，加深对共振、相位等概念的理 解； 4.用示波器研究电信号谐振频率、二极管的伏安特性曲线、同轴电 缆中电信号传播速度等测量方法。 二．实验原理
1.模拟示波器简介 模拟示波器是利用电子示波管的特性，将人眼无法直接观测的交变电信号转换成图像并显示在荧光屏上以便测量和分析的电子仪器。它主要由阴极射线示波管，扫描、触发系统，放大系统，电源系统四部分组成。 示波管结构图 （1）工作原理 模拟示波器的基本工作原理是：被测信号经Y轴衰减后送至Y1放大器，经延迟级后到Y2放大器，信号放大后加到示波管的Y轴偏转板上。 若Y轴所加信号为图所示的正弦信号，X输入开关S切换到“外”输入，且X轴没有输入信号，则光点在荧光屏竖直方向上按正弦规律上下运动，随着Y轴方向信号的提高，由于视觉暂留，在荧光屏上显示一条竖直扫描线。同理，如在X轴所加信号为锯齿波信号，且Y轴没有输入信号，则光点在荧光屏上显示一条水平直线。
“物理实验III-1”期末考试试卷（C卷） 一、填空、选择、简答题（任选4题，若多答则按前4题记分）（在选择的题上画圈）（8分） 1 单双臂电桥测量电阻值的适用范围是：( ) （A）单双臂电桥都可以测量任何阻值的电阻； （B）单臂电桥适用于测量中值电阻，而双臂电桥适用于测量低值电阻； （C）双臂电桥只适用于测量低值电阻；而单臂电桥测量电阻的范围不受限制； （D）单臂电桥只适用于测量低值电阻；而双臂电桥测量电阻的范围不受限制； 2 误差按照性质可分为两种类型，即_________和系统_________。 3 进行十一线电位差计实验时，在工作电流标准化的过程中，检流计始终单方向偏转，不指零，其原因为： （A）标准电池接反（B）检流计灵敏度不高 （C）电阻丝不均匀（D）工作电源过高 4 在上图中画出x偏转板上的信号波形： 5 探测线圈处于什么条件下毫伏表的读数最大？毫伏表读数最小，又说明什么问题？ 答： 6 在进行n次测量的情况下，任一次测量的标准偏差为： (A)(B)(C)(D) 7 用螺旋测微计计量长度时，测量值=末读数—初读数，初读数是为了消除( ) (A)系统误差(B)偶然误差(C)过失误差(D)其他误差
8 分光计的刻度上有720个分格，每一格为30’，角游标的30个分格对应着刻度盘上的29个分格，该游标的分度值为____________。 二、有效数字及运算（6分） 1.计算下列函数有效数的结果： (1) x=9.80, lnx=________ (2) x=5.84, =________ (3) x=0.5275, =________ 2.把下列各数按数字修约规则取为四位有效数字 (1) 21.495 _______ (2) 43,465 _______ (3) 8.1308 _______ 三、推导不确定度传递公式（8分） (1) N=x+y+2z (2) f = (a ≠b) 四、（６分）在单摆测重力加速度实验中，用2 24l g T π=计算重力加速度。已获得摆长l 与周期T 的测量结果为： (100.0100.010)l cm =± (2.00210.0020)T =±秒 写出表示重力加速度g 的测量结果，即： 要求推导出不确定度的方差传递公式 ?g g ?= 计算出不确定度?g ?=最后写出测量结果g g g =±?。
基于运动规划的惯性导航系统动态实验 GAGGAGAGGAFFFFAFAF
二零一三年六月十日 实验4.1 惯性导航系统运动轨迹规划与设计实验一、实验目的 为进行动态下简化惯性导航算法的实验研究，进行路径和运动状态规划，以验证不同运动状态下惯导系统的性能。通过实验掌握步进电机控制方法，并产生不同运动路径和运动状态。 二、实验内容 学习利用6045B 控制板对步进电机进行控制的方法，并控制电机使运动滑轨产生定长运动和不同加速度下的定长运动。 三、实验系统组成 USB_PCL6045B 控制板（评估板）、运动滑轨和控制计算机组成。 四、实验原理 IMU安装误差系数的计算方法 GAGGAGAGGAFFFFAFAF
USB_PCL6045B 控制板采用了USB 串行总线接口通信方式，不必拆卸计算机箱就可以在台式机或笔记本电脑上进行运动控制芯片PCL6045B 的学习和评估。 USB_PCL6045B 评估板采用USB 串行总线方式实现评估板同计算机的数据交换，由评估板的FIFO 控制回路完成步进电机以及伺服电机的高速脉冲控制，任意 2 轴的圆弧插补，2-4 轴的直线插补等运动控制功能。USB_PCL6045B 评估板上配置了全部PCL6045B 芯片的外部信号接口和增量编码器信号输入接口。由 USB_PCL6045B 评估测试软件可以进行PCL6045B 芯片的主要功能的评估测试。 GAGGAGAGGAFFFFAFAF
图4-1-1USB_PCL6045B 评估板原理框图如图4-1-1 所示，CN11 接口主要用于外部电源连接，可以选择DC5V 单一电源或DC5V/24V 电源。CN12 接口是USB 信号接口，用于USB_PCL6045B 评估板同计算机的数据交换。 USB_PCL6045B 评估板已经完成对PCL6045B 芯片的底层程序开发和硬件资源与端口的驱动，并封装成156 个API 接口函数。用户可直接在VC 环境下利用API 接口函数进行编程。 五、实验内容 GAGGAGAGGAFFFFAFAF
复旦大学基础物理实验期末考试复习题库 整理汇编者：复旦大学上海医学院临床医学（五年制） bsong13@https://www.doczj.com/doc/8a1187268.html, 示波器的原理及使用 1. 2. 3. 4.
5.一个已知相关参数的信号，60dB衰减，在已知示波器T和V参数设置的情况下在示波屏上V/DIV和T/DIV的相应读数（按照示波器读数规则） 答案A 9. 10. 11.答案C
13.答案：2 14. 15. 16、输入的信号为正弦波形，但是屏幕上只看到一条直线，可能的原因 A、按下了接地按钮 B、AC\DC档中选了DC档位 C、Volts/DEC衰减过大 D、扫描速度过 17.快衰变改变的是什么（）A.幅度 B.频率 C.相位 D.波形 18.已经得到了正弦波图像，改变下面条件，一定不会使图像消失的是B A调节辉度intensity B交流AC变成直流DC（DC还是会保留交流部分。） C接地 D调节垂直position 19.使用示波器前，应先对示波器进行校准，将示波器内部提供的标准方波输入到CH1或CH2通道。用示波器观察李萨如图形时，图形不稳定，应该调节电平旋扭。 20.如果示波器上的波形在触发源开关选择正确的情况下总是沿横向左右移动，应该 先调节“SEC/DIV”旋钮再调节“LEVEL”触发电平调节旋钮 21.“VOLTS/DIV”和“TIME/DIV”旋钮的作用是什么？ 22.测量被测信号的电压时，应通过调节衰减倍率开关（VOLTS/DIV）使其幅度尽量放大，但是不能超出显示屏幕为什么？ 23.测量被测信号的周期和频率时，应通过调节扫描速度开关（TIME/DIV）使被测信号相邻两个波峰的水平距离尽量放大，但是不能超出显示屏幕为什么？ 24.“VOLTS/DIV”和“TIME/DIV”旋钮所在位置分别为0.5v和0.2ms，请给
基础物理实验研究性报告
拉伸法测量钢丝弹性模量
第一作者： 学号：
第二作者：
学号：
2012/11/12
拉伸法测钢丝弹性模量
第一作者： 第二作者：
目录
摘要 ................................................. 4 关键词： ............................................. 4 Abstract ............................................. 4 Key words: ........................................... 5 一、实验原理 ......................................... 5 （1）弹性模量简介................................... 5 （2）光杠杆放大原理................................. 7 二、实验仪器 ......................................... 9 三、实验步骤 ......................................... 9 （1）装置调节前的初步观察 ........................... 9 （2）调整弹性模量测量系统 ........................... 9 （3）测量数据 ..................................... 11 （4）实验中注意的问题： ............................ 11 （5）数据处理 ..................................... 11 四、实验数据记录与处理 .............................. 12 （1）计算钢丝弹性模量.............................. 12 （2）计算钢丝弹性模量的不确定度 .................... 13 五、实验讨论 ........................................ 15 （1）误差分析 ..................................... 15 （2）实验调节经验总结.............................. 17 六、实验改进意见 .................................... 18 1、测量钢丝长度 L 方式的改进。 ...................... 18 2、测量装置调节方式的改进。 ........................ 19 2
探究测定冰的熔解热实验冰水质量比 以及实验过程和数据处理的改进方法 周晓城，巨建树 （北京航空航天大学生物与医学工程学院北京 100191） 摘要：本文通过计算得到混合量热法中的最佳冰水质量比并在实验中对此进行比较讨论，验证计算值，得出结论；验证牛顿冷却定律，同时得到实验参照值；并就本人在实验过程中遇到的一些问题提出实验操作以及数据处理方面的一些改进意见和建议；以及在数据处理过程中发现的水量、温差与冷却常数和实验误差之间的大致关系。 关键词：冰水质量比；牛顿冷却定律；数据处理；改进意见；误差规律 中图分类号：043文献标识码：A文章编号： 1.实验背景 测量冰的熔解热的实验方法有很多，在大学物理实验中使用最多的是混合量热法，而作为大学物理少数几个热学实验中的一员，其重要性显而易见。然而在实验的操作过程中很多同学反映实验不好操作，具体的问题有： 1.依据《基础物理实验》[1]，实验中需要保证加冰前与加冰后的稳定温度与室温的温差大约在10-15℃能较好地依据牛顿冷却定律绘制温度补偿修正曲线，而对于没有经验的实验者来说实验中的水量和冰量添加不好把握，加冰太少，可能造成冰块溶解后水温高于室温而无法温度修正，或者加冰太多，造成温度稳定后冰块无法溶解完全，在实验中往往需要经过多次尝试才能取得较好的实验数据，费时费力费水； 2.取冰时，所有同学都是徒手取冰的，而对于较低温度（-21℃）的冰块，手的温度较高（30℃左右），即使在取冰和透冰过程中接触的时间很短（亲测至少15s），参照实验过程中冰块溶解降温曲线，吸热也会很明显，从而使得实验结果偏低，而在没有同伴的情况下，为了协调记录时间、记录温度，同时还要投冰动作迅速而使水不外溅，观察到通常同学会找特殊时刻投冰，在这种情况下不是冰块在外界的时间过长甚至开始融化了，就是手忙脚乱实验数据很难记录，实验效果不是很好； 3.同时，由于投冰之后冰融化的最初几分钟铂电阻温度计示数变化非常快，而且需记录的数据比较多，同时还要不断搅拌，使得这段数据点很容易记录不全或者记录偏差，而这段数据是数据处理过程中非常重要的部分，直接影响到温度的修正，所以很容易造成实验误差；
第一作者：杜敏 10031017 第二作者：文晨润 10031026 第三作者：陈丛林 10031011
目录 0. 引言 (3) 1. 实验原理 (3) 1.1补偿原理 (3) 1.2 UJ25型电位差计 (5) 3. 实验仪器 (6) 4. 实验步骤 (6) 4.1 自组电位差计 (6) 4.2 UJ25型箱式电位差计 (7) 5 实验数据处理 (7) E的大小 (7) 5.1实际测量X 5.2不确定度的计算 (8) 5.3 测量两结果的最后表示 (9) 6. 实验改进与意见 (9) 6.1 实验器材的改进 (9) 6.2实验方法的改进 (9) 6.3实验内容的改进 (10) 7. 实验感想与体会 (12) 【参考文献】 (14)
北京航空航天大学物理实验研究性报告 ——A09电位差计及其应用 第一作者：杜敏，第二作者：文晨润，第三作者：陈丛林 北京航空航天大学自动化科学与电气学院100321班，北京，102206 摘要:将电位差计实验中的补偿法原理应用于电学物理量的测量中，该方法可以用来精确测量电流、电阻、电压等电学量，也可以利用电位差计，获得比较精确的二极管伏安特性曲线可以避免了因电表的内阻而引起的测量误差。利用实验室现有仪器设计了一些切实可行的新实验。 关键字：电位差计；补偿法；UJ23型电位差计；电阻；系统误差。 0.引言 电位差计是电压补偿原理应用的典型范例，它是利用电压补偿原理使电位差计变成一内阻无穷大的电压表，用于精密测量电势差或者电压。同理，利用电流补偿原理也可以制作一内阻为零的电流表，用于电流的精密测量。 电位差计的测量精确度高，且避免了测量的接入误差，但它的操作比较复杂，也不易实现测量的自动化。在数字仪表迅速发展的今天，电压测量已逐步被数字电压表所代替，后者 因为内阻高（一般可达106～107Ω),自动化测量容易，得到了广泛的应用。尽管如此， 电位差计作为补偿法的典型应用，在电学实验中仍然有重要的训练价值。此外，直流比较式电位差计仍是目前准确度最高的电压测量仪表，在数字电压表及其他精密电压测量仪表的检定中，常作为标准仪器使用。 1.实验原理 1.1补偿原理 测量干电池电动势Ex的最简单办法是把伏特表借到电池的正负极上直接读数（见图1）,但由于电池和伏特表的内阻（电池内阻，伏特表内阻R不能看做），测得的电压并不等于电池的电动势。它表明：因伏特表的接入，总要从被测电路上分出一部分电流，从而改变了被测电路的状态。我们把由此造成的误差称为接入误差。 图1 用电压表测电池电动势 为了避免接入误差，可以采用如图2所示的“补偿”电路。如果cd可调，E >E ，则总可 x
电位差计及其应用实验的误差分析 尹天杰刘昫辰 （北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京 102206） 摘要：本文分析了电位差计及其应用实验中的测量待测电源电动势的实验误差，发现当工作电流没有进行标准化处理时，实验不确定度将增加，影响实验精确性。这个问题告诉我们，实验的优化设计，往往可以起到获得更准确的数据、提高实验精度的作用。 关键词：电位差计、工作电流标准化、实验误差 中图分类号：043文献标识码：A文章编号： 补偿法在电磁测量技术中有广泛的应用，一些自动测量和控制系统中经常用到电压补偿电路。电位差计是电压补偿原理应用的典型范例，它是利用电压补偿原理是电位差计变成内阻无穷大的电压表，同于精密测量电动势或电压。同理，利用电流补偿原理也可制作一内阻为零的电流表，用于电流的精密测量。 电位差计的测量准确度高，且避免了测量的接入误差，但他操作比较复杂，也不易实现测量的自动化。在数字仪表迅速发展的今天，电压测量已逐步被数字电压表所代替，后者因为内阻高、自动化测量容易，得到了广泛的应用。尽管如此，电位差计作为补偿法的典型应用，在电学实验中仍有重要的训练价值。此外，直流比较式电位差计仍是目前准确度最高的电压测量仪表，在数字电压表及其他精密电压测量仪表的检定中，常作为标准仪器使用。 一、实验目的 1．学会设计自组电位差计电路图并连接电路 2.学习补偿原理、零示法、比较测量法 二、实验原理 1.补偿原理 测量干电池电动势EX的最简单办法就是把伏特表接到电池的正负极上直接读数，但由于电池和伏特表的内阻，测得的电压V=EXR/(R+r)并不等于电池的电动势EX。由于伏特表的接入，总要从被测电路分出一部分电流，从而产生接入误差。为了避免 接入误差，可以采用补偿电路（如图所示）。
1 94级物理实验试题 计算器得出cos30°3 =0.86558874,根据不确定度传递的一般原则，应有几位有效数字？ 解：y = cosx = cos 30。3' = 0.865588741 dy — -sinxtZx,Ay = -sinxAx 1° 1 71 Ar = 1’=——二—x——=0.00029 60 60 180 二—sin xAr = — sin 3003*0.00029 = -0.000145 )，=0.8656 ±0.0001 有四位有效数字。 (注意：角度的计算题求不确定度时要化为弧度) 2.分别用米尺（钢板尺），最小分度0.05mm游标卡尺和千分尺测量同一长度，如果示值都 是5mm,写出这三个结果（不要求写出不确定度）：米尺5.0秫m，游标卡尺5.00mm, 千分尺5.000/m. 3.精密度高表示测量结果的随机误差小,正确度高表示测量结果的系统误差小, 准确度高表示测量结果与相符合的程度高。 4.甲乙两个同学用最小分度为1mm的米尺测同一圆柱的直径。，各测5次，得其平均值均 为5.00如，但随机误差引起的不确定度（标准差）不相同，甲为0.07mm,乙为0.4sm, 则甲的测量结果是，乙的测量结果是 0.5/77/2? u a (L) = 0.01 mm.,u h (L) = = 0.2889"?〃? 甲V3 U(L) = J昕(L)+ 诚(L) = 0.0291cm 测量结果：5.00±0.0297cm，修约5.00± 0.03cm 0 5mm 乙u a (L) = OAmm u b(L)= 一厂—=0.2887/??/??
u(L) = Ju (L) + u (L) = 0.493mm 测量结果：5.0()± 0.0493cm = 5.00± 0.05cm 5.用千分尺测量金属球的直径一次，得D = 5.002mm，若千分尺的仪器误差按最小分度的一半计算，则直径的相对不确定度u(D)/D=，其体积的相对不确定度 u(v)/v= __________ 解? /八、0.005 mm八八八。。。匕 u(D)= ------ 亍-- =0.002886 mm J3 相对不确定度 u(D) = 0.058 % D (相对不确定度保留两位有效数字) ” 4勿。3 巾3 京='lnV = ln- + 31nD 3 2 6 6 求全微分： dV 3dD *迎虹0.17% V D
提交研究性报告通知 1．撰写方式 为了提高研究性报告的撰写质量，可以自行组织课题小组，任选一个实验，利用本组成员选做该实验的机会或利用预约开放实验进行研究性学习，最后以课题组为单位提交一份研究性报告，文章的排名自行确定。报告成绩根据论文质量赋予第一和第二作者，自第三作者起依次递减1分。每课题组最多不能超过5人，每人最多可参加两个课题组，其中1份（也只能有1份）为第一作者。若两篇论文均不是第一作者，以成绩低者为准。 2．关于研究内容的建议 如何对实验进行研究性学习，可以有很多方法，比如改变实验条件，看其对实验结果会有怎样的影响，从而找到最佳实验条件；或者根据实验中观察到的某些特殊现象，对其进行分析解释；还可以对实验中某些误差来源做定量分析，等等。若对某些实验有特殊要求，如对实验仪器的改进等，可能需要另做实验，则需提前向实验中心提出申请，再酌情予以安排。如果出于研究性学习的需要不能按书上的要求进行实验，请向任课教师说明。 3．研究性报告内容 报告内容包括：摘要（小于200字）、实验原理、实验仪器、主要步骤、数据记录与处理、讨论等。书写格式可参照《大学物理》、《物理实验》等杂志要求，也可参考后附学生发表的论文实例。 讨论内容建议：①对结果或误差来源的进一步分析（要求定量）；②对实验方法、实验内容或实验仪器的改进意见与建议；③实验中经验教训的总结；④实验后的感想、收获、体会、意见或建议；⑤对教学改革或任课教师的评价、意见和建议，等等。 研究性报告可任选一个实验撰写，建议采用数据处理报告已通过的实验，否则有可能因数据处理错误被扣分。 研究性报告最后要附上带老师签字的原始数据照片，但报告中的数据要重新列表、处理，不得写见×××。 4.关于报告中抄袭现象的处理办法 严禁抄袭研究性报告，后交报告中若发现相同内容,该部分不予计分；若整篇报告雷同，则后交报告按零分记。交报告先后顺序以网上提交时间为准。 特别提醒：从网上直接下载也属抄袭！ 5．提交时间与提交方式 研究性报告由第一作者通过物理实验选课网提交，只提交电子版，不接收纸制版。提交时间原则上不能超过第14周，若有特殊原因需要延期提交，需向实验中心提出书面申请，说明延期理由及延长的期限，获批后方可实行。无故逾期不交按零分处理。 研究性报告只能提交doc、docx格式的文件，文档大小不能超过5MB。研究性报告提交后，如需修改可重复提交，但提交顺序将按新时间重新排列，且原有记录（包括已给分数）将全部清空。（友情提醒：若在截止日期后再重复提交论文，将造成研究性报告成绩变为0分！）如果第一作者要取消整篇论文，须到实3-414找系统管理员删除；如果其他作者要取消署名（例如：想要提交第三篇论文，需取消前面某一篇的署名），直接找第一作者重新提交即可，当然该论文的记录也将同时被清空。 附：学生发表的论文，《大学物理》2014（6）
2011-2012年度第一学期大学物理实验期末考试复习提纲 一、考试时间：2012年1月4日下午16:20 — 18:00 二、考试地点（另行通知） 三、考试题型 1．填空题（20分，每空1分） 2．选择题（20分，每题2分） 3．作图题（10分，每题5分） 4．简答题（28分，每题7分） 5．计算题（22分，第1题10分，第2题12分）四、复习提纲 （一）误差理论与数据处理 1．测量的概念 2．测量的分类 3．误差的定义 4．误差的分类 5．随机误差的统计规律 6．不确定度的概念 7．不确定度的分类 8．直接测量和间接测量不确定度的计算 9．有效数字的概念 10．数值修约规则 11．有效数字的加减乘除运算（p25） 12．数据处理（作图法、逐差法、最小二乘法）（二）长度测量 1．游标卡尺与螺旋测微器分度值与零点误差 2．游标卡尺与螺旋测微器读数规则 （三）单摆 1．单摆周期公式 2．累积放大法（四）固体液体密度测量 1．物理天平的调节 2．静力称衡法 3．比重瓶法 （五）液体粘度的测定 1．斯托克斯公式 2．落球法 （六）牛顿第二定律验证 1．气垫导轨调平方法 2．牛顿第二定律验证方法 （七）杨氏模量的测量 1．光学放大法 2．拉伸法 （八）薄透镜焦距的测定 1．透镜成像特点 2．凸透镜焦距测量（自准直法、一次成像法、二次成像法） 3．凹透镜焦距测量（辅助透镜法） （九）牛顿环 1．光的干涉条件 2．牛顿环干涉图像特点 （十）电磁学实验的基础知识 1．伏安法（内接法、外接法、限流、分压） 2．电表读数规则 3．电表仪器误差 （十一）二极管伏安特性测定 1．二极管正向伏安特性 2．二极管反向伏安特性
物理实验绪论考试模拟试题 一、单项选择题（共2分） 1．按有效数字运算法则，将154?3’ 化作“?”时有 （ C ） 位有效数字。 a ．7位 b ．6位 c ．5位 d ．4位 2．已知常数e =2.718281828…，测量量L =0.0023，N =2.73，则 (e-L )/N= （ D ） 。 a ．1.000 b ．0.994 c ．0.9949 d ．0.995 3．='?65 .48115sin （ A ） 。 a ．0.0567 b ．0.05674 c ．0.056747 d ．0.05675 4． =+?-+)000251.0010.0(1010)80100(200 （ B ） 。 a ．22 b ．21 c ．21.2 d ．21.25 5．若1-=V E f ，且E ± u (E ) = (3.000±0.002)V ，V ± u (V ) = (2.750±0.002)V ，则f ± u (f ) = （ D ） 。 a ．(9.09±0.15)×10-2 b ．(9.09±0.10)×10-2 c ．(9.1±0.2)×10-2 d ．(9.1±0.1)×10-2 6．物理量y x y x A -+=，则其相对不确定度是 （ A ） 。 a ．)()(222222 2x u y y u x y x +- b ．)()(2 222222x u y y u x y x -- c ．222222)()()()()()(y x y u x u y x y u x u -++++ d ．2 22222)()()()()()(y x y u x u y x y u x u ---++ 7．样本标准（偏）差（单次测量标准偏差）S (x )的计算公式是 （ C ） 。 a ．)1() (--∑k k x x i b ．k x x i 2)(∑- c ．) 1()(2--∑k k x x i d ．1)(2--∑k x x i 8．用作图法处理数据时，为保证精度，至少应使坐标纸的最小分格和测量值的 （C ） 相对应。 a ．第一位有效数字 b ．第二位有效数字 c ．最后一位有效数字 d ．最后一位准确数字 9．利用自由落体运动，由公式 22 1gt h = 我们可测出重力加速度g 的值。设测量环境的温度为25℃，现用一把在20℃时校准的钢尺测量高度h ，又知测时间t 的秒表比标准表走得稍快，若忽略其它误差，则g 的测量值有 （ A ） 。 a ．负误差 b ．正误差 c ．正、负误差部分抵偿 d ．误差的正、负不定 10．某人用最小分度为1mm 的米尺测得物体甲的长度为75.00cm ，用精度为0.02mm 的游标卡尺测得物体乙的长度为7.50mm ，用千分尺测得物体丙的长度为0.750mm 。对这三个测量结果的准确度，下列所述 （ B ） 是正确的。 a ．甲<乙<丙 b ．甲>乙>丙 c ．甲<乙=丙 d ．甲>乙=丙
物理实验绪论测试题1 一、单项选择题 1. 某测量结果0.01010cm 有（ b ）位有效数字。 A.3位 B.4位 C.5位 D.6位 2. 已知常数e=2.718281828……，测量L=0.0023，N=2.73，则(e-L)/N=( c ) A.0.994 B.0.9949 C.0.995 D.1.00 3. 物理量A=x+y x?y ，那末其相对不确定度为（ a ） A. 2 x 2?y 2√x 2u 2(y )+y 2u 2(x) B. 2x 2?y 2 √x 2u 2(y )?y 2u 2(x) C .√ u (x )+u (y)(x+y)2 + u (x )+u (y)(x?y)2 D.√ u (x )+u (y)(x+y)2 ? u (x )?u (y)(x?y)2 4. 用作图法处理数据时，为保证精度，至少应使坐标纸的最小分格和测量值的（ c ）相对 电压，其相对不确定度为 。如果用7.5V 档去测3V 电压，其相对不确定度为 。 三、多项选择题： 7. 满足正态分布的物理量，下面的叙述哪些是正确的？abc A 做任何次测量，其结果有68.3%的可能性落在区间[A ?δ,A +δ]内 B 设某次测量的结果为X i ，则X i ±δ(x)表示真值落在[X i ?δ(x),X i +δ(x)]的概率为0.683 C X i ±δ(x)与x ±δ(x)的置信概率是相同的 D x ±δ(x)的置信概率比X i ±δ(x )的置信概率高 8. 指出下列关于仪器误差的叙述哪些是错误的（按物理实验课的简化要求）bcd A.千分尺的仪器误差等于最小分度的一半 B.游标卡尺的仪器误差等于游标精度的一半 C.磁电式仪表的仪器误差=等级%×测量值 D.箱式电桥?仪=等级%(测量值+基准值) 四、计算题 9. 弹簧振子的周期T 与质量m 的关系为T =2π√ m+m 0K 。其中m 0是弹簧的质量（未知）。