西安交通大学大学物理仿真实验报告

物理仿真实验报告超声波测声速班级：计算机11学号：2110505018姓名：司默涵1.驻波法测波长由声源发出的平面波经前方的平面反射后，入射波与发射波叠加，它们波动方程分别是：叠加后合成波为：振幅最大的各点称为波腹，其对应位置：振幅最小的各点称为波节，其对应位置：因此只要测得相邻两波腹（或波节）的位置Xn、Xn-1即可得波长。

2.相位比较法测波长从换能器S1发出的超声波到达接收器S2，所以在同一时刻S1与S2处的波有一相位差：。

因为x改变一个波长时，相位差就改变2π。

利用李萨如图形就可以测得超声波的波长。

四、实验内容及操作步骤：1．接线2．调整仪器（1）示波器的使用与调整使用示波器时候，请先调整好示波器的聚焦。

然后鼠标单击示波器的输入信号的接口，把信号输入示波器。

接着调节通道1，2的幅度微调，扫描信号的时基微调。

最后选择合适的垂直方式选择开关，触发源选择开关，内触发源选择开关，Auto-Norm-X-Y开关，在示波器上显示出需要观察的信号波形。

输入信道的信号是由实验线路的连接决定的。

（2）信号发生器的调整根据实验的要求调整信号发生器，产生频率大概在35KHz左右，幅度为5V的一个正弦信号。

由于本实验测声速的方法需要通过换能器（压电陶瓷）共振把电信号转为声信号，然后再转为电信号进行的，所以在开始测量前需要调节信号的频率为换能器的共振频率。

在寻找共振频率时，通过调节信号发生器的微调旋钮，观察示波器上信号幅度是否为最大来逐步寻找的。

（3）超声速测定仪的使用在超声速测定仪中，左边的换能器是固定的，右边的换能器是与游标卡尺的滑动部分连接在一起的。

这样，左右换能器间的距离就可以通过游标卡尺来测量出来，在上图的下半部分是一个放大的游标卡尺的读数图。

3．实验内容寻找到超声波的频率（就是换能器的共振频率）后，只要测量到信号的波长就可以求得声速。

我们采用驻波法和相位比较法来测量信号波长:（1）驻波法信号发生器产生的信号通过超声速测定仪后，会在两个换能器件之间产生驻波。

西安交通大学实验报告课程：数据结构实验实验名称：利用单摆测量重力加速度系别：实验日期：专业班级：实验报告日期：姓名：学号：第 1页 / 共3页一、实验简介单摆实验是个经典实验，许多著名的物理学家都对单摆实验进行过细致的研究。

本实验的目的是学习进行简单设计性实验的基本方法，根据已知条件和测量精度的要求，学会应用误差均分原则选用适当的仪器和测量方法，学习累积放大法的原理和应用，分析基本误差的来源及进行修正的方法。

二、实验原理单摆的结构参考图1单摆仪,一级近似的周期公式为由此通过测量周期摆长求重力加速度。

三、实验内容1、设计要求:(1) 根据误差均分原理,自行设计试验方案,合理选择测量仪器和方法.(2) 写出详细的推导过程,试验步骤.(3) 用自制的单摆装置测量重力加速度g,测量精度要求△g/g < 1%.2、可提供的器材及参数:游标卡尺、米尺、千分尺、电子秒表、支架、细线(尼龙线)、钢球、摆幅测量标尺(提供硬白纸板自制)、天平(公用).假设摆长l≈70.00cm;摆球直径D≈2.00cm;摆动周期T≈1.700s; 米尺精度△米≈0.05cm;卡尺精度△卡≈0.002cm;千分尺精度△千≈0.001cm;秒表精度△秒≈0.01s;根据统计分析,实验人员开或停秒表反应时间为0.1s左右,所以实验人员开,停秒表总的反应时间近似为△人≈0.2s.3、对重力加速度g的测量结果进行误差分析和数据处理,检验实验结果是否达到设计要求.4、自拟实验步骤研究单摆周期与摆长,摆角,悬线的质量和弹性系数,空气阻力等因素的关系,试分析各项误差的大小.5、自拟试验步骤用单摆实验验证机械能守恒定律.四、实验仪器单摆仪，摆幅测量标尺，钢球，游标卡尺五、实验操作1. 用米尺测量摆线长度；2. 用游标卡尺测量小球直径；3. 把摆线偏移中心不超过5度，释放单摆，开始计时，单摆摆过50个周期后停止计时，记录所用时间；六、实验结果1.摆线长度2.小球直径3.计时结果七、实验数据及误差分析误差分析：单摆只在最大摆角小于等于5°时，单摆的振动才可以近似看为为简谐振动。

西安交通大学大学物理仿真实验实验报告实验名称：碰撞和动量守恒系别：实验日期姓名：学号：一、实验简介动量守恒定律和能量守恒定律在物理学中占有非常重要的地位。

力学中的运动定理和守恒定律最初是冲牛顿定律导出来的，在现代物理学所研究的领域中存在很多牛顿定律不适用的情况，例如高速运动物体或微观领域中粒子的运动规律和相互作用等，但是能量守恒定律仍然有效。

因此，能量守恒定律成为了比牛顿定律更为普遍适用的定律。

二、实验目的１．利用气垫导轨研究一维碰撞的三种情况，验证动量守恒和能量守恒定律；２．通过实验提高误差分析的能力。

三实验内容1．研究三种碰撞状态下的守恒定律（1）取两滑块m1、m2，且m1>m2，用物理天平称m1、m2的质量（包括挡光片）。

将两滑块分别装上弹簧钢圈，滑块m2置于两光电门之间（两光电门距离不可太远），使其静止，用m1碰m2，分别记下m1通过第一个光电门的时间Δt10和经过第二个光电门的时间Δt1，以及m2通过第二个光电门的时间Δt2，重复五次，记录所测数据，数据表格自拟，计算、。

（2）分别在两滑块上换上尼龙搭扣，重复上述测量和计算。

（3）分别在两滑块上换上金属碰撞器，重复上述测量和计算。

2．验证机械能守恒定律（1）a=0时，测量m 、m ’、m e 、s 、v 1、v 2，计算势能增量mgs 和动能增量，重复五次测量，数据表格自拟。

（2）时，（即将导轨一端垫起一固定高度h ， ），重复以上测量。

四、实验原理如果一个力学系统所受合外力为零或在某方向上的合外力为零，则该力学系统总动量守恒或在某方向上守恒，即恒量=∑i i v m （1）。

实验中用两个质量分别为m1、m2的滑块来碰撞，若忽略气流阻力，根据动量守恒有2211202101v m v m v m v m +=+（2）对于完全弹性碰撞，要求两个滑行器的碰撞面有用弹性良好的弹簧组成的缓冲器，我们可用钢圈作完全弹性碰撞器；对于完全非弹性碰撞，碰撞面可用尼龙搭扣、橡皮泥或油灰；一般非弹性碰撞用一般金属如合金、铁等，无论哪种碰撞面，必须保证是对心碰撞。

西安交通大学物理仿真实验报告课程大学物理仿真实验实验名称牛顿环法测曲率半径第1页共 5页一、实验目的和简介：光的干涉现象表明了光的波动的性质，干涉现象在科学研究与计量技术中有着广泛的应用。

在干涉现象中，不论何种干涉，相邻干涉条纹的光程差的改变都等于相干光的波长，可见光的波长虽然很小，但干涉条纹间的距离或干涉条纹的数目是可以计量的。

因此，通过对干涉条纹数目或条纹移动数目的计量，可以得到以光的波长为单位的光程差。

利用光的等厚干涉可以测量光的波长，检验表面的平面度，球面度，光洁度，以及精确测量长度，角度和微小形变等。

二、实验仪器：1．读数显微镜——它由一个显微镜的镜筒和一个螺旋测微装置组成。

螺旋测微装置主要包括标尺，读数准线，测微鼓轮。

测微鼓轮的圆周上刻有100格的分度，它旋转一周，读数准线就沿标尺前进或后退1mm，故测微鼓轮的分度值为0.01mm。

2.钠光灯——波长在5893A附近，具有光强，色纯的特点3．入射光调节架——架上嵌有一个可以转动的玻璃片，玻璃片调到大约45°时，可使平行光垂直射到牛顿环玻璃表面。

4．牛顿环仪——由一块待测曲率半径的平凸透镜，以其凸面放在一块光学平板玻璃上构成，外由一金属圆框固定。

三、实验原理：图1如图所示，在平板玻璃面DCF上放一个曲率半径很大的平凸透镜ACB，C点为接触点，这样在ACB和DCF之间，形成一层厚度不均匀的空气薄膜，单色光从上方垂直入射到透镜上，透过透镜，近似垂直地入射于空气膜。

分别从膜的上下表面反射的两条光线来自同一条入射光线，它们满足相干条件并在膜的上表面相遇而产生干涉，干涉后的强度由相遇的两条光线的光程差决定，由图可见，二者的光程差等于膜厚度e的两倍，即此外，当光在空气膜的上表面反射时，是从光密媒质射向光疏媒质，反射光不发生相位突变，而在下表面反射时，则会发生相位突变，即在反射点处，反射光的相位与入射光的相位之间相差π，与之对应的光程差为λ/2 ，所以相干的两条光线还具有λ/2的附加光程差，总的光程差为（1）当∆满足条件（k=1,2,3…）（2）时，发生相长干涉，出现第K级亮纹，而当（k=0，1,2,3…）（3）时，发生相消干涉，出现第k级暗纹。

大物仿真实验报告班级：****学号：****姓名：****刚体的转动惯量一实验目的1．用实验方法验证刚体转动定律，并求其转动惯量；2．观察刚体的转动惯量与质量分布的关系3．学习作图的曲线改直法，并由作图法处理实验数据。

二实验原理1．刚体的转动定律具有确定转轴的刚体，在外力矩的作用下，将获得角加速度β，其值与外力矩成正比，与刚体的转动惯量成反比，即有刚体的转动定律：M = Iβ (1)利用转动定律，通过实验的方法，可求得难以用计算方法得到的转动惯量。

2．应用转动定律求转动惯量如图所示，待测刚体由塔轮，伸杆及杆上的配重物组成。

刚体将在砝码的拖动下绕竖直轴转动。

设细线不可伸长，砝码受到重力和细线的张力作用，从静止开始以加速度a下落，其运动方程为mg –t=ma，在t时间内下落的高度为h=at2/2。

刚体受到张力的力矩为T r和轴摩擦力力矩M f。

由转动定律可得到刚体的转动运动方程：T r - M f =Iβ。

绳与塔轮间无相对滑动时有a =rβ，上述四个方程得到：m(g - a)r - M f = 2hI/rt2 (2)M f与张力矩相比可以忽略，砝码质量m比刚体的质量小的多时有a<<g，所以可得到近似表达式： mgr = 2hI/rt2 (3)式中r、h、t可直接测量到，m是试验中任意选定的。

因此可根据（3）用实验的方法求得转动惯量I。

3．验证转动定律，求转动惯量从（3）出发，考虑用以下两种方法：A．作m – 1/t2图法：伸杆上配重物位置不变，即选定一个刚体，取固定力臂r和砝码下落高度h，（3）式变为：M = K1/ t2 (4)式中K1 = 2hI/gr2为常量。

上式表明：所用砝码的质量与下落时间t的平方成反比。

实验中选用一系列的砝码质量，可测得一组m与1/t2的数据，将其在直角坐标系上作图，应是直线。

即若所作的图是直线，便验证了转动定律。

从m – 1/t2图中测得斜率K1，并用已知的h、r、g值，由K1 = 2hI/gr2求得刚体的I。

西安交通大学大学物理仿真实验报告一—-核磁共振实验名称：核磁共振。

实验目的：观察核磁共振稳态吸收现象，掌握核磁共振的实验原理和方法，测量1H和19F的γ值和g值。

实验仪器:核磁共振仪，样品（水和聚四氟乙稀）,磁铁的实验平台.实验原理：核磁共振是磁矩不为零的原子核，在外磁场作用下自旋能级发生塞曼分裂,共振吸收某一定频率的射频辐射的物理过程。

核磁共振波谱学是光谱学的一个分支,其共振频率在射频波段，相应的跃迁是核自旋在核塞曼能级上的跃迁。

从经典力学观点看，具有磁矩μ和角动量P的粒子,在外磁场B中受到一个力矩L的作用：L=μ×B此力矩使角动量发生变化：dP/dt=L故dμ/dt=ϒμ×B若B0是稳恒的且沿Z方向，则上式表示μ绕B进动，进动频率ω=ϒ B,若在XY平面内加一个旋转场B1，其旋转频率为ω，旋转方向与μ进动方向一致，因而μ也绕B1进动,结果使ϴ角增大，表示粒子从B1中获得能量。

如果实验时外磁场为B，在该稳恒磁场区域又叠加一个电磁波作用于氢核,如果电磁波的能量hv0恰好等于这时氢核两能级的能量差BgNµN，即hv0=B0gNµN，即有gN=,从而得pN meg2⋅=γ其中µN =5.05＊10-27 J·T-1=5.05*10-23 J·G—1,用扫场法测量时,共振条件在调制场的一个周期内被满足两次，所以在示波器上观察到有两个峰的共振吸收信号。

此时若调节射频场的频率，则吸收曲线上的吸收峰将左右移动.当这些吸收峰间距相等时，则说明在这个频率下的共振磁场为B。

实验内容：(1)观测1H的核磁共振信号。

样品用纯水,先找出共振信号,再分别改变的大小,观察共振信号位置,形状变化。

（2)观测1H和ϒN ，gN分别记录下六组不同磁铁间矩d时所对应的以及相应的共振频率ν，再计算ϒN ，gN（3）测量19F样品用聚四氟乙稀，分别记录下三组不同磁铁间矩d时所对应的以及相应的共振频率ν，再计算ϒN,gN实验过程及原始数据：同样的方法，测量六组数据，得到如下表格：项目d/mmv/kHz B/＊104T10.181********10.3914073349410.6713776344611.021********11.3313327333411.65131533280改用外扫法，如图：记录数据如下:项目v/kHz B/＊104Td/mm10。

西安交通大学物理仿真实验实验报告气垫导轨上的直线运动实验的目的:利用气垫技术精确的测定物体的平均速度、瞬时速度、加速度以当地的重力加速度，通过物体沿斜面自由下滑运动来研究匀变速运动的规律和验证牛顿第二定律。

实验原理：1 ．平均速度和瞬时速度的测量做直线运动的物体在时间内的位移为，则物体在时间内的平均速度为 ts v ∆∆= (1) 当时，平均速度趋近于一个极限，即物体在该点的瞬时速度。

我们用来表示瞬时速度t s v t ∆∆=→∆0limt（2）实验上直接用上式测量某点的瞬时速度是很困难的，一般在一定误差范围内，用极短的内的平均速度代替瞬时速度。

2 ．匀速直线运动若滑块受一恒力，它将做匀变速直线运动，可采用在导轨一端加一滑轮，通过滑轮旋一重物在滑块上，也可以把气垫导轨一端垫高成一斜面来实现。

采用前者可改变外力，不但可测得加速度，还可以验证牛顿第二定律。

采用后者，因在测量过程中受外界干扰较小，测量误差较小，在测量加速度的基础上，还可以测量当地的重力加速度。

匀变速运动方程如下：at v v +=0 （3）2021at t v s +=（4）as v v 2202+=（5）在斜面上物体从同一位置由静止开始下滑，若测得不同位置处的速度......,,321v v v 为相应的时间......,,321t t t ,以t 为横坐标，为v 纵坐标作图，如果图线是一条直线，证明物体作匀加速直线运动，图线的斜率为加速度a, 截距为t v 。

同样把......,,321v v v 对应处的测出，作t t s -图和s v -2图，若图线是直线，则物体作匀加速直线运动，斜率分别为a 21和a 2，截距分别为a v 和20v 。

3． 重力加速度的测定如图1所时，h 为垫块的高度，L 为斜面长，滑块沿斜面下滑的加速度为L hg g a ==θsin (6)L h a g = (7)4． 验证牛顿第二定律设运动物体的总质量为 M ，作用力为 F ，假设其他耗散力如摩擦力、空气阻力、气垫粘滞力可忽略不计，这时牛顿第二定律可表示为Ma F = (8)F 不变，改变 M， F/a应为一常量，即F增大，a同时增大；若保持MaF减小，a同时减小。

课程名称：大学物理实验 名称：密立根油滴法测电子电荷 班级：姓 名：学号： 一.实验目的。

1．学习测量元电荷的方法。

二.实验原理。

1. 平衡测量法.平衡测量法的出发点是，使油滴在均匀电场中静止在某一位置，或在重力场中作匀速运动。

当油滴在电场中平衡时，油滴在两极板间受到的电场力qE ，重力m 1g 和浮力m 2g 达到平衡，从而静止在某一位置，即. (1)油滴在重力场中作匀速运动时,设油滴以匀速下落，则有 (2)若此油滴带电荷为q ，并处在场强为E 的均匀电场中，设电场力qE 方向与重力方向相反, 油滴以匀速上升，则有 (3)由喷雾器喷出的小油滴半径r 是微米量级，直接测量其质量m 1也是困难的，为此希望消去m 1,而带之以容易测量的量。

设油与空气的密度分别为ρ1,ρ2，于是半径为r 的油滴的视重为 (4)由斯托克斯定律，粘滞流体对球形运动物体的阻力与物体速度成正比，其比例系数K 为6πηr ，η为粘度，r 为物体半径. prb Vrr f r +=16ηπ (5) b 是修正常数， b=0.00823N/m, p 为大气压强，单位为厘米汞高。

实验中常常固定油滴运动的距离，通过测量它通过此距离s 所需的时间来求得其运动速度,且电场强度E=U/d ，d 为平行板间的距离，U 为所加的电压，因此U d g g s pr b t g q g 2321213^)1(1218⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡+=ρρηπ (6) 三．实验仪器及注意事项。

1.密立根 CCD 一体化屏显油滴仪。

2.实验前应检查油滴仪是否水平，如果不水平可能造成落油孔被堵。

四．实验内容。

1. 选择适当的油滴并测量油滴上所带电荷，调整油滴实验装置。

2. 当油雾从喷雾口喷入油滴室内后，视场中将出现大量清晰的油滴，试加上平衡电压，改变其大小和极性，练习控制其中一颗油滴的运动。

当油滴处于平衡位置，选定测量的一段距离（一般取l=0.200cm 比较合适），然后把开关拨向“下降”，使油滴自由下落。

大学物理仿真实验偏振光的观察与研究姓名：班级：学号：实验原理：1．偏振光的概念和产生：2．改变偏振态的方法和器件：常见的起偏或检偏的元件构成有两种：1.光学棱镜。

如尼科耳棱镜、格兰棱镜等，它是利用光学双折射的原理制成的；2.偏振片。

它是利用聚乙烯醇塑胶膜制成，它具有梳状长链形结构分子，这些分子平行排列在同一方向上，此时胶膜只允许垂直于排列方向的光振动通过，因而产生线偏振光.马吕斯定律：马吕斯在1809年发现，完全线偏振光通过检偏器后的光强可表示为I1 = I0 cos2α，其中的 是检偏器的偏振方向和入射线偏振光的光矢量振动方向的夹角：波晶片：又称位相延迟片，是从单轴晶体中切割下来的平行平面板，由于波晶片内的速度v o ,v e不同，所以造成o光和e光通过波晶片的光程也不同.当两光束通过波晶片后o 光的位相相对于e光多延迟了Δ=2π(n0-n1)d/λ，若满足(n e-n o)d=±λ/4，即Δ=±π/2我们称之为λ/4片，若满足(n e-n o)d=±λ/2，即Δ=±π，我们称之为λ/2片，若满足(n e-n o)d=±λ，即Δ=2π我们称之为全波片。

3．借助检偏器和λ/4波晶片检验光的5种偏振态：1. 只用检偏器（转动）：对于线偏光可以出现极大和消光现象。

对于椭圆偏光和部分偏光可以出现极大和极小现象。

对于圆偏光和非偏光各方向光强不变。

2. 用λ/4波晶片和检偏器（转动）：对于非偏光（自然光）各方向光强不变。

对于圆偏光出现消光现象（原因）。

对于部分偏光仍出现极大和极小现象。

对于椭圆偏光，当把λ/4波晶片的快慢轴放在光强极大位置时出现消光现象（原因）。

检验偏振光的光路实验内容：1.研究λ/4波片对偏振光的影响：本实验所用仪器有：光源、偏振片(2个)、λ/4波片、光屏等。

光路图（1）按光路图使偏振片A和B 的偏振轴正交(消光)。

然后插入一片λ/4波片C(实际实验中要使光线尽量穿过元件的中心)。