东南大学物理实验理论讲解
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物理实验报告标题:受迫振动的研究实验摘要:振动是自然界中最常见的运动形式之一,由受迫振动引发的共振现象在日常生活和工程技术中极为普遍。
共振现象在许多领域有着广泛的应用,例如,众多电声器件需要利用共振原理设计制作。
它既有实用价值,也有破坏作用。
本实验采用玻耳共振仪定量测定了阻尼振动的振幅比值,绘制了受迫振动的幅频特性和相频特性曲线,并分析了阻尼对振动的影响以及受迫振动的幅频特性和相频特性。
另外,实验中利用了频闪法来测定动态的相位差。
目录1引言 (3)2.实验方法 (3)2.1实验原理 (3)2.1.1受迫振动 (3)2.1.2共振 (3)2.1.3阻尼系数的测量 (3)2.2实验仪器 (3)3实验容、结果与讨论 (3)3.1测定电磁阻尼为0情况下摆轮的振幅与振动周期的对应关系 (3)3.2研究摆轮的阻尼振动 (3)3.3测定摆轮受迫振动的幅频与相频特性曲线,并求阻尼系数 (3)3.4比较不同阻尼的幅频与相频特性曲线 (3)4.总结 (3)5.参考文献 (3)1引言振动是自然界中最常见的运动形式之一,由受迫振动引发的共振现象在日常生活和工程技术中极为普遍。
共振现象在许多领域有着广泛的应用,例如为研究物质的微观结构,常采用核共振方法。
但是共振现象也有极大的破坏性,减震和防震是工程技术和科学研究的一项重要任务。
表征受迫振动性质的是受迫振动的振幅—频率特性和相位—频率特性(简称幅频和相频特性)。
本实验采用玻耳共振仪定量测定了阻尼振动的振幅比值,绘制了受迫振动的幅频特性和相频特性曲线,并分析了阻尼对振动的影响以及受迫振动的幅频特性和相频特性。
2.实验方法2.1实验原理2.1.1受迫振动本实验中采用的是玻耳共振仪,其构造如图1所示:铜质圆形摆轮系统作受迫振动时它受到三种力的作用:蜗卷弹簧B提供的弹性力矩,轴承、空气和电磁阻尼力矩,电动机偏心系统经卷簧的外夹持端提供的驱动力矩。
根据转动定理,有式中,J为摆轮的转动惯量,为驱动力矩的幅值,_^//_/(则式(1)可写为图一式中__D为摆轮系统的固有频率。
单线圈产生的三维磁场的理论推导与测试(东南大学南京 210000)摘要:本文旨在将大学物理实验的利用霍尔效应测量单个载流圆线圈轴线上磁感应强度一节从一维拓展到三维。
据此,本文先在球坐标系下利用磁感应强度的计算公式毕奥-萨伐尔定律以及单个载流圆线圈产生磁场的对称性推导出了全空间任意一点的磁感应强度,然后借助实验室DH4501N型三维亥姆霍兹线圈磁场实验仪对其进行了测试验证。
发现实验测定的结果和理论值二者吻合的相当好,验证了推导的正确性。
关键词:单个载流圆线圈;磁感应强度;三维Theoretical Analysis and Testing of Three - Dimensional Magnetic Field Generated by a SingleCoil(Southeast University Nan Jing 210000)Abstract:This article aimed to extend the college physics experiment which uses Hall effect to measure the magnetic induction on the axis of a single current-carrying round coil from a one-dimensional to three – dimensional, Accordingly , the first is taking advantage of magnetic induction strength formula Biot - Savart law and the symmetry of a magnetic field which is generated by a single current-carrying round coil to deduce the magnetic induction at any point of the whole space in a spherical coordinate system. Then, with the help of the DH4501N three-dimensional Helmholtz coil magnetic field experimental apparatus in the laboratory, the author carried out testing and validation. Finally, the author discoveries that the experimental measurement results and the theoretical value agree with each other quite well, which verifies that the derivation is correct.key words: a single current-carrying round coil; magnetic induction; three – dimensional大学物理实验在利用霍尔效应测量单个载流圆线圈的磁场时,只要求测量了圆线圈轴线上(即Z轴)的磁感应强度并进行绘图,只停留在一维角度。
实验一恒容量热法——燃烧热的测定一、操作步骤1.样品压片截取 15 cm 无弯曲、无扭折的镍丝在电子天平上准确称至0.0001 g。
将镍丝的中部在细金属棒上绕上4 ~ 5圈,抽出金属棒,将镍丝的两端合并穿入模子的底板,将模子放在底板上,然后置于压片机的托板上。
在台秤上秤取0.8g已干燥的苯甲酸(不超过1g),倒入模子,向下转动压片机旋柄,将样品压片,压好后,向上转动旋柄,抽出托板,底板脱落,在压模下置一张洁净的纸片,再向下转动旋柄,将压片压出,放在已称重的燃烧皿中,再次准确称量至0.1mg。
2.装弹将燃烧皿置于氧弹支架上,将镍丝两头分别紧绕在电极的下端,将弹帽放在弹体上,旋紧弹帽,用万用电表检查两电极是否通路;绑镍丝前应不通,绑镍丝后应为通路,否则重新压片。
通路时两极间电阻值一般应不大于20 。
3. 充氧气将氧弹进气口和充氧器的出气口接通,按下充氧器的手柄,此时表压指针指向0.5MPa,松开充氧器的手柄,氧气已充入氧弹中。
用特制顶针顶开氧弹出气孔,放出氧弹内的空气,再将氧弹进气口和充氧器的出气口接通,按下充氧器的手柄,此时表压指针指向1.5 MPa,1 min 后松开充氧器的手柄,氧气已充入氧弹中。
将充好氧气的氧弹再用万用表检查两极是否通路;若通路,则将氧弹放入量热计的内筒中。
4调节水温将温差测量仪探头放入水夹套,测量并记录夹套内水温,用容量瓶取2000ml已调温的水注入内筒中(控制内筒水温比夹套水温低1℃左右),5. 燃烧和测量温度装上搅拌马达,将氧弹两极用电线连接在点火变压器上,温差测量仪探头插入内筒水中,然后盖上盖子。
打开总电源开关,打开搅拌开关,接通精密温度温差测量仪,选择温差档,可精确至0.001℃,按下时间键,计时的时间间隔将在1 min 和0.5 min 之间转换选择;打开量热计控制器的电源,按下搅拌键,预热10 min 后,开始实验计时,此时每隔1 min 读一次数据;10 min 后,按下点火键,同时计时的时间间隔改为0.5 min;直到每次读数时温度上升小于0.1℃再改为1 min 读一次,继续10 min,结束实验。
2011大学生物理实验研究论文静态拉伸法测弹性模量的误差分析(东南大学 自动化学院,南京 211100 )摘 要: 用Mathematica 处理数据,得到一条拟合线。
对实验过程中存在的系统误差,提出改进方法,减少实验误差。
关键词: 数据处理;系统误差;改进方法Analysis on the Result Error s of Measuring ElasticModulus by Static Stretching Method(College of Automation, nanjing 211100)Abstract: Through using computer software Mathematica to process experimental data, we can get fitting curve.Discusseing thefactors which may influence measurement results in the experiment and raises some improvements in order to obtain a more accurate measurement result.key words: Data processing; System error;Improvement弹性模量是工程材料重要的性能参数,从宏观角度来说,弹性模量是衡量物体抵抗弹性变形能力大小的尺度,从微观角度来说,则是原子、离子或分子之间键合强度的反映。
静态拉伸法测弹性模量是一种传统的测量方法,但是实验过程中,存在金属丝拉伸不均匀的现象,而且由于金属丝拉伸过程变化较小,对于画图存在一定的误差,我考虑用Matlab 画出图像,进行分析。
1 实验原理胡克定律指出,对于有拉伸压缩形变的弹性形作者简介:王丽,女,1993,自动化,yx-wangli@.体,在弹性范围内,应力与应变成正比,即F式中比例系数E 称为材料的弹性模量,它是描写材料自身弹性的物理量.改写上式则有、(1)① 可见,只要测量外力F 、材料(本实验用金属丝)的长度L 和截面积S ,以及金属丝的长度变化弹性 量,就可以计算出弹性模量E 。
大功率LED热学特性研究(课题实验)发光二极管(Light Emitting Diode, LED)在过去十几年里有了飞速的发展,逐渐突破了仅能作为低功率指示灯光源的限制,被广泛应用于日常照明和显示等领域[1-2]。
LED是通过外电流注入的电子和空穴在耗尽层中复合,以辐射复合产生光子而发光,同时也会有部分复合能量传递给晶格原子或离子,发生非辐射跃迁,这部分能量转换成热能损耗在PN结内。
对于小功率LED来说这部分热量很小可以不作考虑。
然而,对于大功率照明用LED而言,其发热量大幅提高,直接影响到了LED的发光效率和器件的使用寿命,以及引起波长的漂移,造成颜色不纯等一系列问题。
因此,研究功率型LED的热学与发光特性不仅涉及半导体物理的基础问题,也是目前光电工程领域的开发热点[3-4]。
一、实验原理简介1. 脉冲法测量结温准确测量LED的结温是研究LED热学特性的基础。
LED灯的基本结构如图1所示,其芯片的核心结构是一个半导体的PN结,所谓LED的结温指的就是PN结的温度。
由于PN 结的尺寸很小,又被荧光材料和树脂胶包裹,无法直接测量其温度,因此常用间接法来测量结温。
本实验仪器采用一种较为新颖的脉冲法测量结温,该方法于2008年由美国NIST实验室提出[7]。
其核心思想是通过脉冲电流来限制结温TJ的上升,使之与器件表面可测量温度TB接近一致。
当给待测LED灯通入一个幅值为额定值的脉冲电流时,芯片在脉冲内正常发光并升温,但由于电流占空比很小,芯片温度会在一个较长的电流截止状态下降低到和表面温度一致。
从整体效果来看,只要脉冲占空比足够小,LED的芯片温度能维持和表面温度一致,如图2所示。
这样,只要借助温控仪就能在脉冲电流下定标出芯片两端的电压‒温度曲线。
由于在电流一定时,特定PN结的压降仅和结温有关,所以在有了LED的电压‒温度曲线后,只需测量正常工作时LED两端的电压就可以得到其实际的结温。
图1 功率型LED 基本结构示意图图2 (a )LED 在不同占空比的脉冲电流下结温随时间的变化示意图;(b )待测LED 灯珠在脉冲电流和稳流状态下点亮时,器件表面温度随时间的变化曲线。
物理实验报告光电效应和普朗克常量的测定(岳晨涛,61313113,吴健雄学院,东南大学,南京,指导老师:李剑)摘要:光电效应是指一定频率的光照射在金属表面时会有电子从金属表面逸出的现象。
本实验利用高压汞灯及电源、滤光片、光阑、光电管和测试仪测量了相同孔径不同波长的入射光的截止电压,通过图像法测得普朗克常量。
另外,实验还研究了在特定波长下的光电管的伏安特性曲线;以及同一种入射光在距离 d 不同下的光电管的伏安特性曲线。
1.引言1887年物理学家赫兹用实验验证电磁波的存在时发现了这一现象,但是这一实验现象无法用当时人们所熟知的电磁波理论加以解释。
1905年,爱因斯坦大胆地把普朗克在进行黑体辐射研究过程中提出的辐射能量不连续观点应用于光辐射,提出“光量子”概念,从而成功地解释了光电效应现象。
1916年密立根通过光电效应对普朗克常数的精确测量,证实了爱因斯坦方程的正确性,并精确地测出了普朗克常数。
爱因斯坦与密立根都因光电效应等方面的杰出贡献,分别于1921年和1923年获得了诺贝尔奖。
光电效应实验对于认识光的本质及早期量子理论的发展,具有里程碑式的意义。
随着科学技术的发展,光电效应已广泛用于工农业生产、国防和许多科技领域。
利用光电效应制成的光电器件,如光电管、光电池、光电倍增管等,已成为生产和科研中不可缺少的器件。
2.实验原理光电效应是指一定频率的光照射在金属表面时会有电子从金属表面逸出的现象。
对光电效应的实验工作累积的基本实验事实有如下:(1)对一定的频率,有一电压U0,当U a≦U0时,电流为零,这个相对于阴极的负值的阳极电压U0,被称为截止电压。
(2)当U a≧U0后,I迅速增加,然后趋于饱和,饱和光电流I m的大小与入射光的强度P成正比。
(3)对于不同频率的光,其截止电压的值不同。
(4)当入射光频率低于某极限值v0(v0随不同金属而异)时,不论光的强度如何,照射时间多长,都没有光电流产生。
(5)光电效应是瞬时效应。
激光增益的测量一、实验目的1.掌握用腔内损耗法测量激光参数的原理和方法。
2.根据自动测试系统测得的曲线,取适当的数据,编写程序,利用计算机进行计算。
3.通过对激光器增益等参数的测量,对激光器的工作过程有进一步的了解。
二、实验原理?和最佳输出率T、腔内损耗等是决定在激光器中,小信号增益系数g、饱和光强I opts0激光器工作特性的重要参数,它们均可由实验测得,而这些参数的测量均与增益系数的测量I12ln?G有关。
由增益系数的定义:(1)Il1我们可以方便的利用一个激光器和一个与激光器充同样工作物质的放大管直接测出I、1I。
由放大管的长度计算出增益系数。
但对于本实验所要测量的He-Ne激光管的增益系数,2由于探测过程中,荧光光强的贡献不能忽略,造成很大的误差。
所以本试验采用的是腔内损耗法测量He-Ne激光器的增益。
因而可以消除这一误差因素,其测量装置的原理图如图1所示图1在两个全反射镜组成的外腔式He-Ne激光器内,置一透明的平行平板作为反射器,该反射器与腔轴相交成某一角度,在满足振荡条件的情况下,反射器两边有一定功率的激光输出。
?的函数,由菲涅尔公式得的光的反射率R是入射角反射器单个表面对0.6328μm2?1??/n[(sin?sintg)]?)(?R 2)(2?1??/n)]tg[(sin?sin其中n(本实验中所用平板玻璃对λ=0.6328μm光的折射率为1.515)。
为平行材料对激光波长的折射率。
理论推导证明:在不考虑反射器本身的吸收和散射时,反射器的输出率(即来回一次在反射器表面反射的光强于入射光强之比)表示为:?)(?R12?][T(1)??(3)?)R?(1若将反射器绕与激光束相垂直,同时也与放电管布氏窗的法线相垂直的轴线旋转,入射?将连续地变化,因此,该反射器将起一个反射率可变的平面耦合输出镜的作用。
角.?为激光腔除输出率以外的光学损耗(往返一次),成为内损耗,L定义为激活介质的长度,g为小信号增益系数,P为耦合输出功率,P为饱和功率,由于本实验管较长,使0sout0纵模间隔小于碰撞增宽的宽度,因而其增益饱和遵循均匀综型激光器规律,故:2gL0?1)P?PT((4)sout??T?P/?T?0,由T,这时相应的有最大输出功率,由此式可知,激光器有一最佳输出率opt1/2???)](2gLT?[得(5)0opt?+T),使激光刚好熄灭,这时旋转反射器,增加输出率T,从而增加谐振腔的总损耗(2gL0?1)?0T?P(满足:sg??T g???T2gL为阈值输出率,从而得到:T (6) gg02)T?(T optg?L2g解(5)和(6)组成的方程组得:(7)0T?2T optg所以要测得最佳输出率T,再测得阈值输出率T由式可得到激光器的增益,再由(6),gopt?。
《大学物理实验》实验教学大纲(一)一、课程简介《大学物理实验》是对大学生进行科学实验基础训练的一门独立的必修课。
它在培养大学生实践能力和知识方面有其它课程不可替代的作用。
将为学生终生学习和继续发展奠定必要基础。
该门课程是原国家教委设立的六门重点课程之一,它的主要目的是:使学生在中学物理实验的基础上,按照循序渐进的原则,学习物理实验知识和方法,得到实验技能的训练,从而初步了解学实验的主要过程与基本方法,为今后进一步学习奠定良好的基础。
二、教学目的与要求(一)、教学目的:1、通过观察物理实验现象,培养学生分析问题和解决问题的初步能力。
2、培养学生科学实验能力:(1)通过阅读实验教材和对照实物做实验前的准备。
(2)通过阅读仪器说明书,正确使用常用仪器。
(3)正确记录和处理实验数据,拟定合格的实验报告。
(4)通过拟定实验报告,培养学生科技写作能力和语言表达能力。
3、培养学生严谨的治学态度和实事求是的科学作风。
4、能完成简单的设计性实验,培养学生主动精神和创新意识。
(二)、教学要求:1.能够完成预习,进行实验和撰写报告等主要实验程序。
2.能够调整常用实验装置,并基本掌握常用的操作技术。
例如:零位调整;水平、铅直调整;光路的共轴调整;消视差调节;逐次逼近调节。
3.了解物理实验中常用的实验方法和测量方法。
例如:比较、放大、转换等方法。
4.能够进行常用物理量的一般测量。
5.了解常用仪器的性能,并学会使用方法。
6.能用计算机处理实验数据,学习计算机仿真实验。
7.了解测量误差的基本知识,具有正确处理数据的初步能力。
其中包括:测量误差的基本概念;直接测量量的误差计算;数据处理的一些基本方法。
三、实验项目绪论目的、任务:使学生了解实验的要求,掌握实验数据测量、处理的有关理论。
基本要求:了解物理实验的要求,学习误差理论及有效数字处理,对本学期的实验内容做初步的了解,重点难点:误差理论,数据处理的一般方法及过程。
实验报告的一般格式。