2024-2025年物理實驗I指導書

)第一章高校物理試驗學習須知 (一)《高校物理試驗I》2024-2024年度教學管理細則 1(二)2024—2024學年第一學期《高校物理試驗I》試驗課程表 3其次章高校物理試驗內(nèi)容提要 4(一)“試驗誤差及數(shù)據(jù)處理”內(nèi)容摘要 4(二)基本試驗方法和基本技能學習內(nèi)容提要 9 (一)偏振光試驗 (二)用拉伸法測金屬絲的楊氏模量 (三)激光全息照相 (四)霍耳效應法測量磁場 21(五)示波器的運用 (六)伏安法測量非線性電阻 (七)牛頓環(huán)測曲面半徑和劈尖干涉 錯誤!未定義書簽。34第四章理論課考試模擬試題及參考解答 38高校物理試驗理論考試模擬試題1 38模擬試題1參考答案 40高校物理試驗理論考試模擬試題2 42模擬試題2參考答案 44高校物理試驗理論考試模擬試題3 46模擬試題3參考答案 48本書僅為教材《結(jié)構(gòu)化高校物理試驗》(其次版)的試驗補有些試驗要求下課前完成部分數(shù)據(jù)處理內(nèi)容，請同學們上課時肯定要帶好鉛筆、直尺、計算器和坐標紙!第一章高校物理試驗學習須知64學時4學分，其中《高校物理試驗I》32學時2學分，于每學年的第一學期開設(shè)。課由7個試驗組成，平均每個試驗3.6學時。其教學依次是：理論課2次→做3個試驗→理論課考試→做4個試驗。理論課支配1.理論課支配在第1學期1-4周在基礎(chǔ)試驗大樓對應試驗室上課，每次3.4學時，共6.82.理論課教學內(nèi)容為《結(jié)構(gòu)化高校物理試驗》(其次版)(高等教化出版社，姚列明主編)4.凡由于課程沖突等緣由不能在規(guī)定時段上課的同學，可以換到其它時段、其他老師的教學班由行政班組成，分單雙周班，于第1學期第5-18周開課，詳見“試驗課程表”。繪圖鉛筆(最好是0.3-0.5mm的自動鉛筆)、直尺、科學計1.學生上課應提前5分鐘進入試驗室，遲到者會被老師記錄并影響課程成果。遲到半小預習試驗、或完成部分操作內(nèi)容，但前提是必需先仔細預習過，知3.做完試驗后數(shù)據(jù)必需全部記錄到試驗報告紙上，經(jīng)老師簽字，整理好試驗儀器、擺整4.照試驗效果未達到規(guī)定要求，老師可要求學生補做試驗。補做試驗的指導老師應在數(shù)1.試驗報告包括預習、操作、數(shù)據(jù)處理三部分。學否則不允許做試驗，按缺課處理。學生在做完試驗后必需于一周以內(nèi)由班干部統(tǒng)一收齊并按將影響平常成果。助教應在收到報告3天內(nèi)批改完畢并交給任課老師，確保任課老師在該班下次上課前可以登記成果、評講并發(fā)給學生。助教批改2.預習部分(20分)應完成以下六個內(nèi)容：一、試驗室名稱(詳見課表);二、試驗名稱；三、試驗原理；四、試驗目的；五、試驗內(nèi)容；六、試驗器材(設(shè)備、元器件);照試驗內(nèi)容有變動也可在操作時寫，但在數(shù)據(jù)簽字前仔細完成。預習部分應工整地書寫到試驗報告紙第1頁至第2頁，預習部分必需至少繪一個3.操作部分(40分)應完成試驗步驟及操作的內(nèi)容；記錄全部試驗儀器的編號；記錄溫度等試驗環(huán)境物理量；記錄試驗規(guī)定的全部測量值和相關(guān)表格。試驗數(shù)據(jù)必需經(jīng)老師當堂簽字認可后才算有效。學生完成額外的操作內(nèi)容或有獨創(chuàng)的有價值的試驗方法可獲得總共不超過6分的操作附加分。4.數(shù)據(jù)處理部分(40分)應完成以下四個內(nèi)容：七、試驗數(shù)據(jù)記錄；八、試驗數(shù)據(jù)處理；九、試驗結(jié)論；十、對本試驗過程、方法及手段的改進看法。完成以上內(nèi)容很仔細或有獨創(chuàng)的見解或完成了老師規(guī)定的額外數(shù)據(jù)處理內(nèi)容可獲得總共不超過6分的數(shù)據(jù)處理符加分。1.理論課考試支配在第9～10周周末進行(具體時間、地點另定),為90分鐘閉卷考試，試驗缺課兩次(包含兩次)以上的同學沒有考試資格。2.考題類型：填空題、選擇題、作圖題、計算題，參見指導書第四章的三套模擬題。(3)最小二乘法要求能依據(jù)公式(1-4-9)和(1-4-10)求解斜率b和截距a,要求有1.課程成果=百分制理論課成果×40%+百分制平常成果×60%,滿分為100分。2.平常成果=(2百分制每次試驗成果)÷7,遲到、缺課或遲交、不交試驗報告將影響平常成果。假如(≥百分制每次試驗成果)÷7大于100,記為100分。3.每次試驗成果(滿分100+12分)=預習成果+操作成果(包括操作附加分)+試驗報告成果(包括數(shù)據(jù)處理附加分)。三項的滿分分別是：20分、40+6分、40+6分，全班平均成果一般為80分(16分+32分+32分)。4.補考：因上學期操作考試不及格造成課程成果不及格的應參與本學期第1-2周組織的(1)報到：于第5周重修班開課前帶重新學習證到科A120報名。(2)補做試驗：第6-12周插班補做試驗(除本學期正修的試驗外，內(nèi)容不限，《高校物任課老師簽字并打分才有效，試驗報告須仔細完成并于12周考試前全部交到A120。(3)考試：第13周進行理論輔導，第14周考試(補夠6個試驗的有資格參與),重修(二)2024-2024學年第一學期《高校物理試驗I》試驗課程表星期二2024060201(單)2024060102(雙)2024060202(單)2024060103(雙)2024060203(單)2024060104(雙)2024060204(單)2024060105(雙)2024010901(單)2024010907(雙)2024010902(單)2024010908(雙)2024010903(單)2024010909(雙)2024010904(單)2024010910(雙)2024010906(單)2024010912(雙)費湯2024010915(單)2024080101(雙)2024080107(單)2024010913(雙)2024070901(單)2024050206(雙)費湯2024070904(單)2024070903(雙)2024070902(單)2024020914(雙)星期三16:02)2024020901(單)2024020902(雙)2024020907(單)2024000202(雙)2024020912(單)2024020913(雙)2024190201(單)2024190101(雙)2024190102(2人)2024040102(單)2024040103(雙)2024080201(單)2024080102(雙)2024080202(單)2024080103(雙)2024080301(單)2024080105(雙)2024010905(單)2024010911(雙)2024080302(單)2024080106(雙)2024080104(單)2024010914(雙)■中生2024080203(單)2024080204(雙)李海龍(單)2024040101(單)2024000201(單)2024020908(雙)2024020910(單)2024060108(雙)2024060107(單)2024020911(雙)2024030304(單)2024030305(雙)2024030401(單)2024170201(雙)2024030101(單)2024060109(雙)2024030102(單)2024180101(雙)2024030103(單)2024180201(雙)2024030104(單)2024180202(雙)許卷青(單)吳靜(雙)2024030105(單)2024030301(雙)2024030106(單)2024170101(雙)2024030306(單)2024030402(雙)2024050101(單)2024000203(雙)2024050102(單)2024050202(雙)2024050103(單)2024050203(雙)2024050104(單)2024050204(雙)許春青(單)臭靜(雙)2024070910(單)2024070912(雙)2024050106(單)2024050205(雙)2024070905(單)2024070906(雙)星期五2024020905(雙)2024020906(雙)2024040501(雙)2024110901(雙)2024110902(雙)2024110903(雙)2024020904(雙)2024070909(單)2024030201(雙)2024170102(單)2024030202(雙)2024070911(單)2024030203(雙)2024090101(單)2024060101(雙)2024090102(單)2024060106(雙)2024030302(雙)2024070908(單)2024030303(雙)2024050105(單)2024050201(雙)2024020909(單)2024020915(雙)(二)(三)(四)(五)(六)(七)相9月29-10月2日③ABCEFG10月6-9日ABCEFG10月13-10月16日GABDEF10月20-23日第8周GABDEF10月27-30日FGACDEFGACDE11月10日-13日④EFGBCD11月17-20日④EFGBCD11月24-27日DEFABC第14周DEFABC12月8-11日第15周CDEGAB12月15-18日CDEGAB12月22-25日BCDFGABCDFGA備注：①第3段上課時間為中午1:20,請不要遲到。②第1-4周全體同學上理論課，具體時間、教室與第一次上試驗課一樣，構(gòu)化高校物理試驗》(其次版)第一章。③法定節(jié)假日、校運會放假按學校統(tǒng)一支配調(diào)課，缺的課由老師與學生及試驗員位)號排在最終，依次順延。⑥儀器分常規(guī)和模塊化兩種各20套，操作方法和試驗數(shù)據(jù)不同，須要分別預習，可按學號人數(shù)/2]為第1組，其余為第2組)或自由分組(要保證每組人數(shù)不超過18人)。①定標用非數(shù)顯信號源兩人共用1臺。其次章高校物理試驗內(nèi)容提要(一)“試驗誤差及數(shù)據(jù)處理”內(nèi)容摘要一、測量與誤差1.測量(1)測量的含義(強調(diào)測量是一個過程)、測量的讀數(shù)(被測量與計量單位的比值)和測量的數(shù)據(jù)(強調(diào)單位)。(2)測量的四要素：測量對象、測量單位、測量方法和測量精確度。(3)測量的分類A.按測量方法分：干脆測量和間接測量。B.按測量條件(結(jié)果)分：等精度測量與非等精度測量。(1)誤差的表述A.肯定誤差(△'N):△'N=N;(測量值)-N(真值),它是誤差的定義式，有大小、方向(符號)和單位。偏差(△N):用算術(shù)平均值N(近真值)代替真值算出的誤差稱為偏差，表達式為B.相對誤差E(常表示為百分誤差形式):它的大小可反應測量精度(精確度)的凹凸。C.修正值△:△=N(真值)-N;(測量值)。它與誤差的肯定值相等，符號相反，單(2)誤差的來源(設(shè)備、方法、環(huán)境和人員)。(3)誤差的分類(按性質(zhì)分)A.系統(tǒng)誤差：系統(tǒng)誤差的含義，特征確定性；已定系統(tǒng)誤差和未定系統(tǒng)誤差。B.偶然誤差：偶然誤差的含義，特征隨機性；大多數(shù)偶然誤差遵從正態(tài)分布。正態(tài)分布的性質(zhì)：單峰性、有界性和對稱性。◆系統(tǒng)誤差與偶然誤差的關(guān)系及如此分類法的不足。◆粗大誤差：明顯歪曲測量結(jié)果的誤差，完全是一種錯誤(測量結(jié)果中不允許粗差的存在)。(4)精密度、正確度及精確度等名詞的含義。二、系統(tǒng)誤差的處理1.系統(tǒng)誤差的發(fā)覺(理論分析法、對比測量法、數(shù)據(jù)分析法)。2.如何消退系統(tǒng)誤差(1)對已定系統(tǒng)誤差的消退A.消退產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的根源B.找出修正值對測量值進行修正真值=測量值+修正值(2)對未定系統(tǒng)誤差的消退留意：多次測量既不能減小系統(tǒng)誤差，更不能消退系統(tǒng)誤差。三、偶然誤差的估算(不考慮系統(tǒng)誤差)1.用算術(shù)平均值(即近真值、最佳值)表示測量結(jié)果：2.用算術(shù)平均值(N對真值)的標準偏差表示偶然誤差：其中S是任一次測量值N;的標準偏差，常用于拉依達準則剔除壞值偶然誤差可通過多次測量減小之，但不能消退。(2)置信概率結(jié)果表達式表明真值以概率P出現(xiàn)在區(qū)間[N-△N,N+△N]稱為置信概率。當△N=3S(3)壞值的剔除極限誤差3S拉依達準則5.誤差均分定理四、試驗不確定度(測量結(jié)果不確定度、不確定度)1.不確定度(σ)的概念它是表征被測量的真值或者誤差在某個量值范圍內(nèi)的一個評定，其大小可反映測量結(jié)果可信任程度的凹凸，用它來評定測量結(jié)果的質(zhì)量比用誤差來評定更合適。2.不確定度(σ)的兩個重量：(1)A類不確定度(統(tǒng)計不確定度)重量uA。(2)B類不確定度(非統(tǒng)計不確定度)重量ug。留意：不確定度分為A類和B類，與誤差分為偶然誤差與系統(tǒng)誤差之間沒有完全對應的(1)A類(統(tǒng)計)不確定度重量的計算方法：(2)B類(非統(tǒng)計)不確定度重量的計算方法：即<1>.由儀器說明書指示計算。<2>.指針式電表等：量程xa%,a為儀器的精確度等級。<4>.未知儀器誤差的可估讀的連續(xù)勻稱分度的儀器：估計為最小分度值的一半。<5>.未知儀器誤差的不行估讀的數(shù)字式儀表和游標尺等：估計為最小分度值。<6>.若測量條件較差，可依據(jù)閱歷估計。<1>.滿意儀器規(guī)定的測量條件時，可連續(xù)讀數(shù)儀器的估讀誤差取最小刻度的1/5。不行估讀的數(shù)字式儀表和游標尺等不存在估讀誤差。<2>.不滿意儀器規(guī)定的測量條件時，可連續(xù)讀數(shù)儀器按閱歷放大估讀誤差。比如測楊氏模量試驗中，鏡尺距離D取不行估讀的數(shù)字式儀表也要按閱歷取肯定的估讀誤差。比如測楊氏模量試驗中，卡尺測留意：對一個物理量進行多次測量，結(jié)果既存在A類不確定度重量又存在B類不確定度重量，而單次測量只考慮B類不確定度重量。即一個測量可以只考慮B類不確定度重量，但不能只考慮A類不確定度重量，換言之，沒有B類不確定度的測量是不存在的。4.合成不確定度(σ)5.總不確定度(U):U=CoC是置信因子，假如誤差分布是高斯分布C=1,即U=σ,置信概率P=0.683;C=2,即U=2σ,置信概率P=0.954;C=3,即U=3σ,置信概率P=0.997。6.不確定度的傳遞(間接測量的不確定度的計算)留意：不確定度的傳遞是對間接測量而言的，即全部間接測量量的不確定度σ,都要通B類不確定度重量u分別的傳遞，必須要把每個干脆測量量的S和u合成為σ;后才能傳遞。◆微小誤差準則簡化誤差計算7.用總不確定度表示測量結(jié)果N=N±UN=N±σN=N±2σN=N±3o(單位)(單位)(單位))(單位)(置信度P=?)上面的表達式中的P都是針對誤差分布是正態(tài)分布的，若不是正態(tài)分布P值不盡相同；我們約定，總不確定度U=Co中的C都取1,置信度P也可不再書寫了。五、有效數(shù)字和數(shù)據(jù)處理(1)有效數(shù)字的含義及科學記數(shù)法：(2)科學表達式的有效數(shù)字規(guī)定。(3)有效數(shù)字取位的一些規(guī)(約)定：B.不確定度計算的中間過程，表示為幾位牢靠數(shù)字加1-3位可疑數(shù)字；C.不確定度結(jié)果表達式中，表示為幾位牢靠數(shù)字加1-2位可疑數(shù)字，可疑位必需對齊；(4)干脆測量的有效數(shù)字——如何讀數(shù)：(5)間接測量的有效數(shù)字——有效數(shù)字的計算：A.依據(jù)有效數(shù)字定義的計算法則的計算(積、差、商、乘方、開方、對數(shù)、指數(shù)、三角(1)列表法(作用與要求)(2)作圖法：A.作圖規(guī)則(留意：關(guān)系曲線與校準曲線作圖時的區(qū)分)。(3)逐差法(4)最小二乘法A估讀誤差.最小二乘法原理。則留意：實際應用中包括子、丁、xy、x2共6個步驟缺一不行；全部計算步驟中不能按有效位數(shù)規(guī)則計算，應保留盡可能多的位數(shù)；一般a的有效位數(shù)同y,b的有效位數(shù)用有效數(shù)字規(guī)則由下式算出C.相關(guān)系數(shù)為Y。D.最小二乘法可用來進行直線擬合和求閱歷公式。E.實際應用時要留意數(shù)據(jù)間隔盡量選大一些。(二)基本試驗方法和基本技能學習內(nèi)容提要1.基本的試驗方法和測量方法(1)比較法(典型試驗是“電橋測電阻”);(2)模擬法(典型試驗是“靜電橋模擬”);(3)放大法(典型試驗是“拉伸法測金屬絲的楊氏模量”);(4)補償法(典型試驗是“用電勢差計測電動勢”);(5)干涉法(典型試驗是“用牛頓環(huán)測平凸透鏡曲率半徑”);(6)轉(zhuǎn)換測量法(典型試驗是“超聲聲速的測定”);(7)示波法(典型試驗是“示波器的調(diào)整與運用”中的“李薩如圖形測頻率”)。2.基本試驗儀器的結(jié)構(gòu)、測量原理；技術(shù)性能；調(diào)整運用方法。應駕馭的基本儀器；(1)測長計時類：米尺(卷尺)、游標卡尺、螺旋測微計、移測顯微鏡(讀數(shù)顯微鏡);秒表。(2)測溫儀器類：酒精溫度計、水銀溫度計、溫差電偶。(3)電學儀器類：穩(wěn)壓電源、電阻箱、滑線變阻器、電流表、電壓表、多用表、惠斯登電橋、電勢差計、檢流計、平衡指示儀、標準電池、示波器、信號發(fā)生器等。運用電學儀器的平安操作方法。(4)光學儀器類：透鏡、光具座、觀測望遠鏡、移測顯微鏡、精密分光計、光源(白熾燈、鈉光燈、汞燈、氦一氖激光器)。光學儀器的維護保養(yǎng)學問。(一)偏振光試驗詳見教材：《結(jié)構(gòu)化高校物理試驗》(其次版)試驗3.6(參考頁碼P.111-120)。三試驗內(nèi)容3.了解1/4波片和1/2波片的作用；半導體激光器1個，具有測量垂直旋轉(zhuǎn)角度功能的偏振片2個、1/4波片1個和1/2波片1個，帶底座玻片1個，布儒斯特角專用旋轉(zhuǎn)工作臺和轉(zhuǎn)動支架1個，一般光具座若干，光學導軌(兩組合用)1條，光強傳感器和相對光強測量儀1套.進行以下操作時，應保證激光束與光學導軌平行，(一)視察起偏和消光現(xiàn)象。面內(nèi)轉(zhuǎn)動，視察透過光強的變更，并據(jù)此推斷激光束(光源)的偏振狀況。(二)驗證馬呂斯定律數(shù)據(jù)記錄表見表1-1。首先在光源后放上P?,使激光束垂直通過P?中心，旋轉(zhuǎn)P?使光強最強(光電流的讀數(shù)應在200-1500之間),登記P?的角度坐標，再在P?之后加入P?,使光線垂直通過P?中心，旋轉(zhuǎn)P?到透過之光最強，登記P?的度數(shù)，此時P?和P?的夾角為O=0°(三)1/4波片和1/2波片的作用1.1/4波片的作用：數(shù)據(jù)記錄及分析表見表1-2。保持P?不動，登記P?的度數(shù)，旋轉(zhuǎn)P?登記P?的度數(shù)，然后在P?、P?之間插入1/4波片C,并使C?轉(zhuǎn)動到再次出現(xiàn)消光現(xiàn)象，登都將P?逐步旋轉(zhuǎn)360°,視察其間光強的變更狀況，試問能看到各次之間有無變更?為什么?并說明各次由C?透出光的偏振性質(zhì)。2.1/2波片的作用數(shù)據(jù)記錄表見表1-3。保持P?不動，登記P?的度數(shù)，旋轉(zhuǎn)P?到看到消光現(xiàn)象。(1)在P?和P?之間插入一個1/2波片，將此波片旋轉(zhuǎn)360°,能看到幾次消光?(2)將1/2波片隨意轉(zhuǎn)過一個角度，破壞消光現(xiàn)象，再將P?旋轉(zhuǎn)360°,能看到幾次消光?驗結(jié)果，并由此總結(jié)出1/2波片的作用。(四)通過測布儒斯特角求材料的相對折要測量玻璃的相對折射率，首先要測出空氣中平面玻璃的布儒斯特角。為此，必需在光具座上安裝旋轉(zhuǎn)工作臺和轉(zhuǎn)動支架。參考圖1-1,具體步驟如下：再把旋轉(zhuǎn)工作臺裝入到專用移動座上，把接收轉(zhuǎn)動載物臺以變更入射角，致使反射光為線偏振光，即旋轉(zhuǎn)接消光現(xiàn)象，讀出此時旋轉(zhuǎn)工作臺的度數(shù)ii,記錄到表1-4。重復3次，取i平均值。式中n為要求的相對折射率，n為空氣的折射率，值為1。(n是多少位有效數(shù)字?)(五)試驗操作留意事項六試驗數(shù)據(jù)記錄及數(shù)據(jù)處理和分析(二)驗證馬呂斯定律1.表1-1.驗證馬呂斯定律數(shù)據(jù)記錄表P?=P?=P?和P?之間的夾角θP?和P?之間的夾角θ(三)1/4波片的作用1.表1-2.1/4波片記錄分析表P?=,P?=,1/4波片C?=C?由消光位置起轉(zhuǎn)動的角度P?旋轉(zhuǎn)360°,光強有幾次極大和微小強變更的程度C?透出光的偏振性質(zhì)2.依據(jù)上表總結(jié)1/4波片的作用(緊跟在表1-2后回答)。(四)1/2波片的作用(通過試驗回答1、2問)1.在P?和P?之間插入一個1/2波片，將此波片旋轉(zhuǎn)360°,能看到幾次消光?2.將1/2波片隨意轉(zhuǎn)過一個角度，破壞消光現(xiàn)象，再將P?旋轉(zhuǎn)360°,又能看到幾次消光?3.變更1/2波片的光軸與激光通過P?后偏振方向之間夾角θ的數(shù)值(表1-3)(留意記表1-31/2波片數(shù)據(jù)記錄表0P?所在的消光位置θp?:(位置1)(位置2)4.依據(jù)上面試驗結(jié)果，總結(jié)1/2波片的作用(緊跟在表1-3后回答)。(五)通過測布儒斯特角求玻璃的折射率1.表1-4測量布儒斯特角試驗數(shù)據(jù)表1232.求玻璃的折射率。玻璃的折射率理論值是1.45845,求其相對誤差。(要求有公式和計算過程)(二)用拉伸法測金屬絲的楊氏模量【試驗原理】詳見教材：《結(jié)構(gòu)化高校物理試驗》(其次版)試驗3.9(參考頁碼P.132-134)?！驹囼災康摹?一)嫻熟駕馭直尺、游標卡尺、螺旋測微計的運用方法；(二)學習用拉伸法測試金屬絲的楊氏模量；(三)學習光杠桿放大法法測量微小長度?！驹囼瀮?nèi)容】測量金屬絲的楊氏模量?！驹囼炂鞑摹坷旆钍夏Ａ吭囼瀮x，直尺、游標卡尺、螺旋測微計，白熾臺燈(一)測量前的調(diào)整1.在楊氏模量儀的掛鉤上先預置2.00kg砝碼，讓其拉直金屬絲。2.通過底座螺釘?shù)恼{(diào)整使平臺保持水平(避開圓柱體與平臺孔壁相碰而出現(xiàn)的摩擦)。3.調(diào)整平臺凹凸位置，讓平臺面與圓柱體的上柱面在一個水平面上。4.把光杠桿放在平臺上，讓其前面的兩足在平臺的槽內(nèi)，后足在與金屬絲連接的圓柱體的上平面上，不要把后足放在圓柱體上柱面的孔中或圓柱體與平臺孔壁的縫隙中，調(diào)整光杠桿鏡面仰角，使鏡面豎直。(二)用望遠鏡找通過光杠桿鏡面反射的標尺的像1.升降望遠鏡的高度，通過目測，使望遠鏡鏡筒的高度與光杠桿的反光鏡面基本等高。2.將望遠鏡旁的標尺調(diào)到豎直，目測其零刻度線近似與望遠鏡光軸等高，用臺燈照亮標3.自己目測指揮，請同學幫忙調(diào)整光杠桿反光鏡的仰角，使得望遠鏡與反光鏡中望遠鏡的像等高。4.調(diào)整望遠鏡仰角和水平偏向角。對于老式望遠鏡，使眼睛視線通過望遠鏡上的“缺口”頂部中心和“準星”的錐形底部平臺中心瞄準時，正好對準光杠桿的反光鏡頂部中心，如圖2-1(a)所示。對于新式望遠鏡，使眼睛視線通過望遠鏡上的“瞄準圓孔”中心和“準星”的頂端平臺中心瞄準時，正好對準光杠桿的反光鏡圓心，如圖2-1(b)所示。將望遠鏡左右整體平移，直到標尺的像正好也落在反射鏡的中間，形成眼睛、缺口、準星、反射鏡、標尺像6.調(diào)整望遠鏡目鏡焦距到叉絲最清晰，旋轉(zhuǎn)目鏡鏡筒到叉絲其中的一條完7.變更望遠鏡物鏡焦距，直至看清晰鏡子的邊框，微調(diào)調(diào)整望遠鏡仰角、水平偏向角，使鏡子的中心與望遠鏡視場的中心重合。接著變更望遠(三)測量1.假如叉絲橫線與標尺像的“0”刻度線很近，可通過望遠鏡的俯仰角的使其對準；假2.在掛鉤上加重量為1.00kg的砝碼(加減砝碼肯定要輕拿輕放，盡量不引起沖擊和搖擺),每加一個1.00kg砝碼，通過望遠鏡的目鏡讀一次叉絲對準標尺的刻度(留意，要在砝碼基本不搖擺時讀數(shù)),直到9.00kg;記錄完標尺的刻度后，再增加1.00kg砝碼到10.00kg,不用記錄刻度，再取下這個砝碼，記錄9.00kg砝碼的刻度(為什么?),然后每減一個砝碼數(shù)。(D和L的測量誤差是否就是鋼卷尺的儀器誤差?估讀誤差為多少較合適?)4.將光杠桿從平臺上取下，將光杠桿的三尖足壓在鋪平的試驗報告紙3-4頁中部空白用游標卡尺測量垂線長度為光杠桿臂長b。(本測量為何不干脆測?測量誤差能否達到游標卡尺的儀器誤差?)測量后不帶磁性的光杠桿必需放在桌的中間，以免跌落損壞。6.用螺旋測微計量金屬絲的直徑d(在上、中、下三個部位不同的方向測9次)。記?。?四)留意事項1.調(diào)平臺水平常，以不發(fā)生摩擦(即圓柱體不與平臺壁接觸)為好，不肯定要完全水平。削減砝碼標尺讀數(shù)n”/mm(二)其他干脆測量數(shù)據(jù)記錄表零差EQ\*jc3\*hps21\o\al(\s\up0(儀器誤差△),螺)估讀誤差△d估測量次數(shù)i123456789讀數(shù)值d;’d=d;’-零差鋼卷尺的儀器誤差△卷尺=(0.2×測量值/1000+0.3)臂長b卡尺原始讀數(shù)儀器誤差△L卷尺估讀誤差△D估5估讀誤差△2估讀誤差△b估(有效數(shù)字)(有效數(shù)字)(有效數(shù)字)(二)數(shù)據(jù)處理：(以下內(nèi)容時預習不寫，僅供參考，必需有具體的帶入計算過程)【選作】:用作圖法或者求相關(guān)系數(shù)推斷n-【選作】:合理選擇5組數(shù)據(jù)，用最小二乘法計算。(6個步驟寫全)5.計算楊氏模量γ:6.計算Y的不確定度。對于干脆測量L、D、b,因為是單次測量，不考慮A類不確定度，且儀器誤差都小于估讀誤差的1/3,所以：對于干脆測量d:(三)激光全息照相【試驗目的】(一)了解全息照相的基本原理和主要特點。(二)學習由全息圖再現(xiàn)物像的原理。(三)學習并駕馭全息照相的基本試驗技術(shù)和技巧?！驹囼炘怼吭斠娊滩模骸督Y(jié)構(gòu)化高校物理試驗》(其次版)試驗10.4(參考頁碼P.428-434)。【試驗儀器】He-Ne激光器(1—3mW),全息平臺及其光學附件【分束板，全反射鏡(2個),擴束鏡(2個),有關(guān)光學元件調(diào)整架】,電磁快門，搪瓷盤，全息干板，洗相設(shè)備(顯影、定影及漂1.試驗光路。拍攝全息圖的光路如圖3-1所示。圖3-1全息照相光路嫻熟駕馭其運用與調(diào)整方法。并在干板架上插入白屏(用以接收光),然后按圖4在全息平臺(1)激光器發(fā)出的光線及經(jīng)過全反鏡(totalmirror)、分束鏡反射后的光線構(gòu)成的平面應具體作法是，在光具座上插入帶有十字刻線的白屏(也可利用擴束鏡的通光小孔),首先調(diào)整激光器的俯仰，使十字屏在平臺上移動到不同位置時，細激光明激光器出射的細光束與平臺平行(這一步試驗室已經(jīng)調(diào)整好)。然后，按圖布置各元件(先不要放置擴束鏡，且各元件合理分布在平臺的較大范圍，不要擠在一塊。分束鏡反射的光作們反射的細激光束均照在白屏的十字中心，這樣，細激光束構(gòu)成的平面與全息平臺平行。調(diào)(2)參考光與物光中心線的夾角θ約為20°~30°左右。物離干板在10～20cm為宜，太遠則物光太弱。M?反射的細激光束盡量照在物的正面，且盡量使干板平面正對物的正面(猶(3)為了保證物光和參考光相干，用分束鏡將一束光分為兩束光，它們經(jīng)過不同的路徑(4)細激光束直射在物中心和白屏中心，最終加入擴束鏡，L?擴束的光把物行移動，否則變更光程)使看到的物形象最好，且反射的光最強。(5)物光與參考光光強之比滿意要求。具體做法是，關(guān)掉照明燈和電磁快門，在干板架上插好光電池，打開靈敏電流計，調(diào)整零點；再打開電磁快門，攔住物光測量參考光照耀時靈敏電流計偏轉(zhuǎn)的格數(shù)；然后攔住參考光測量物光照耀時靈敏電流計偏轉(zhuǎn)的格數(shù)，格數(shù)之比本試驗所用分束鏡透過率為70%左右，故選用透過光作為物光源，針對實際狀況，可先調(diào)整物光。在調(diào)整激光器、分束鏡、反射鏡的凹凸、俯仰，使它們出射、反射的細激光束均照在白屏的十字中心的基礎(chǔ)上，按圖4放置分束鏡S、全反鏡M?、被拍物及白屏。調(diào)整M?使白屏接收到的被物體反射的光斑最強且在白屏中部，然后在M?及物體之間加入擴束鏡L|,看到清晰的物體輪廓像，至此物光調(diào)整完畢。然后依據(jù)物光、參考光等光程、夾角合適的要求，調(diào)整分束鏡S的反射角度以及全反鏡M?的位置與反射角度， 4.干板的沖洗曝光后的干板在暗室沖洗，按顯影一水洗一定影一水洗一晾干的程序處理。顯影時間由試驗室供應，顯影過程中可在暗綠光下視察，防止顯影不足和過度。顯影時須留意：干板不顯影液和定影液不要搞混；干板的乳膠面朝上；不要用手摸乳膠面，防止脫落；水洗后自然干板的沖洗具體操作流程是分別在暗室的操作臺1和2上完成。操作臺1(暗室進門左前方靠窗戶處):極暗綠燈協(xié)助照明(綠光燈朝向墻壁).顯影(1分鐘)水洗定影(3分鐘)操作臺2(暗室進門右側(cè)):漂白(黑色消逝，視察到玻璃透亮即可)5.全息圖再現(xiàn)(2)擋掉全息圖的一部分，仍日可看到完整的物體像。實像視察：去掉擴束鏡，用細激光束照耀(增大再現(xiàn)光的強度),在全息圖的另一邊用白【留意事項】1.全息照相是否勝利?為什么?有哪幾條勝利的閱歷?用兩個激光器分別作為物光源和參考光源，能干脆記錄幹涉圖的底片在顯形后形成一張全息負片，用此負片可復制全息圖正片，試問正片和負片的重像有何區(qū)分?重現(xiàn)像的反襯是否相反(猶如一般照相的正負片),為什么?若全息片不當心打碎，用其中一個塊再現(xiàn)來視察其虛像，下面哪種說法是正確的?(6)能再現(xiàn)完整的虛像，和整塊全息片再現(xiàn)的虛像毫無差別，僅僅視察起來不太便用投影儀和顯微鏡視察到的條紋是什么條紋?它們是不是同一性質(zhì)的條紋?作了這一對(四)霍耳效應法測量磁場詳見教材：《結(jié)構(gòu)化高校物理試驗》(其次版)試驗5.3(參考頁碼P.221-224)。(一)學習用霍耳效應法測量磁場的方法。(二)駕馭消退霍耳效應負效應(系統(tǒng)誤差)的方法。(一)測量螺線管軸線上各點霍爾電壓測量值。(二)測量螺線管軸線上中點霍爾電壓測量值隨螺線管勵磁電流的變更。常規(guī)磁場測量綜合試驗儀(第一組運用，如圖4-1所示，霍爾靈敏度K=245mV/mA/T)。模塊化磁場測量綜合試驗儀(其次組運用):含螺線管和霍爾傳感器組件1套(霍爾靈敏度K=161mV/mA/T),YB1725B電源1臺，5V穩(wěn)壓電源3個，12V直流電源1個，雙刀雙擲換向開關(guān)模塊2個，2-6mA可調(diào)恒流源模塊1個，200mV數(shù)字電壓表模塊1個，20mA和2A數(shù)字電流表模塊各一個，雙香蕉插頭硅膠線一套(250mm紅色3根、黑色5根，600mm紅色、黑色各2根)。1.第一組同學(常規(guī)儀器適用)按圖4-1接好電路。(其次組同學運用模塊化儀器從下面的步驟2起先)。霍爾傳感器的1、3腳壓輸出，分別接“VH線管左右接線柱(即“負”,這時磁場方向回3工作電(mAD圖4-1常規(guī)儀器做霍爾效應試驗連線圖為左邊N右邊S。mV擋，霍爾工作電流調(diào)到5.00mA,螺線管勵磁電流/M調(diào)到0.500A。以下跳到步驟3。將電源的4個旋鈕全部反時針轉(zhuǎn)究竟，按圖4-2連接電路。將5V、12V電源插頭插入相應的模塊。通電前要仔細檢查電路是否連接正確，以免燒毀電表和傳感器!◎22hbh圖4-2模塊化儀器霍爾傳感器在線圈中位值的讀數(shù)示意圖將直流穩(wěn)壓/穩(wěn)流電源的恒壓調(diào)整“CV”旋鈕使輸出電壓約為8V,旋轉(zhuǎn)恒流調(diào)整“CC”的“Fine”旋鈕，使勵磁電流/m=0.2000A,調(diào)整恒流源模塊旋鈕使霍爾工作電流1h=5.000mA。3.霍爾傳感器標尺桿坐標x=0.0mm對準讀數(shù)環(huán)時，第一組(常規(guī)儀器)表示霍爾傳感器正好位于螺線管最左端；其次組(模塊化儀器)如圖4-3所示，x'=0.0mm表示霍爾傳感器LD在螺線管最左端外-50.0mm處，坐標變換公式為x'=x+50.0mm,即x'=50.0mm表示螺線管最測量時在螺線管最左端左右應對稱地多測幾個數(shù)據(jù)，舉薦的測量點為：第一組(常規(guī)儀其次組(模塊化儀器)需用公式x=x'-50.0mm將x變換成x后再記錄到表4-1中。4.將霍耳元件往螺管線中間推動(電壓變更快的時候，位置應取密一些，電壓變更慢的時候，位置可取疏一點)。讀出霍耳元件在不同位置時毫伏表讀數(shù)V;,對應的霍耳電壓就是Vm=V?-V??。其中零差Vu是h和m相同開關(guān)方向時，未加磁場(I調(diào)為0.000A,或霍爾6.將霍耳元件調(diào)距螺線管中部x=75.0mm處(x'=125.0mm),第一組(常規(guī)儀器)調(diào)整M旋鈕，使IM在0-550mA范圍內(nèi)變更，每變更50mA測一次霍耳電壓；其次組(模塊化儀器)調(diào)穩(wěn)壓/穩(wěn)流電源恒流調(diào)整“CC”的“Fine”旋鈕，使m在0.0-220.0mA范圍內(nèi)變更(假如調(diào)整范圍不夠，也可用粗調(diào)旋鈕“Coarse”協(xié)助調(diào)整),每變更20.0mA測一次霍耳電壓。7.登記霍耳元件的霍耳靈敏度K(常規(guī)儀器為245mV/mA/T,模塊化儀器為161mV/mA/T)和霍耳工作電流。8.將印在儀器上的螺線管參數(shù)包括編號、匝數(shù)N、長度L、平均半徑R全部作為原始數(shù)9.【選作】:第一組(常規(guī)儀器)將“電壓表量程”選擇按鍵開關(guān)置于“20”mV擋，其次組(模塊化儀器)不用變更電壓表。把霍爾傳感器從線圈中取出，不斷變更方向測量地磁場，能否大致推斷地磁場S極方向?能否定量地測定水平重量方向(相對于試驗桌前邊)?霍爾傳感器能否當指南針用?為什么?【留意事項】2.第一組(常規(guī)儀器)的勵磁電流不得大于600mA,以免損壞螺線管。3.其次組(模塊化儀器)仔細檢查電路后才能通電，以免燒毀電表和傳感器。試驗采納常規(guī)/模塊化儀器霍爾靈敏度K=霍耳工作流：/a=。表4-1.螺線管軸線上各點霍爾電壓測量值和磁場強度計算值及誤差測量項自******************************表4-2.不同勵磁電流下螺線管中點霍爾電壓測量值和磁場強度計算值及誤差(1)計算各個Va和B值，填在表中。本試驗不易按教材上的方規(guī)定為V?和V?,再代入公式VH=【(Vi-Vor)-(V?-Voz)+(V?-Vo?)-(V?-Vu)】÷4計算。(2)由坐標紙繪制B-x曲線。(3)繪制B-Iy曲線，說明磁感應強度和勵磁電流的關(guān)系。(五)示波器的運用【試驗原理】詳見教材：《結(jié)構(gòu)化高校物理試驗》(其次版)試驗2.4(參考頁碼P64-72)?！驹囼災康摹?一)駕馭用示波器觀測波形和測量波形的方法。(二)駕馭用李薩如圖形測量頻率和相位的方法。【試驗內(nèi)容】(一)調(diào)整示波器，視察各種波形。(二)測量正弦波的峰一峰電壓Vpp和方波的周期。(三)用李薩如圖形測量正弦波的頻率?！驹囼炂鞑摹侩p蹤示波器一臺，數(shù)顯低頻信號發(fā)生器一臺(含50.00Hz固定信號源),指針式低頻信號(一)測正弦波的峰一峰值電壓和周期將數(shù)顯信號源(以下簡稱A源)的50.00Hz市電(誤差范圍約±0.03Hz)正弦波輸出接口(部分信號源的接口在背面，注有“”標記)與示波器的“CH2”通道相連，將示波器至熒光屏上出現(xiàn)穩(wěn)定的正弦波，測量其峰一峰值電壓Vpp和周期T。(注：按廠家運用說明書供應的技術(shù)規(guī)范，綠楊YB4320/20A模擬示波器CH1、CH2的電壓靈敏度和掃描時間的相對格+2mV);靈敏度>100mV/div時直流電壓測量儀器誤差為±(3%×|實際讀數(shù)|+4%×|垂直位移讀數(shù)|)+0.2格+100mV),時基相對儀器誤差為±100ppm,即±0.01%)(二)用李薩如圖形法校準指針式信號源1.保持A源的連接，示波器選擇“X-Y”工作方式，模擬信號源(以下簡稱B源)信號“200”(Hz),旋轉(zhuǎn)頻率調(diào)整旋鈕(如圖5-1)到25Hz旁邊，變更時的信號源頻率記入相應的f表格中，已知“CH2”(Y)輸入信號率，并與信號源的輸出頻率比較。計算出B源25-200Hz幾個測量2.將A源50.00Hz插頭轉(zhuǎn)插到信號源輸出端(502),A源信號輸出也選擇正弦波，變更A源頻率為400Hz、2000Hz,將A源可調(diào)頻率作為標準源，用李薩如圖形法對B源21.測正弦波的峰一峰值電壓和周期(請自行注明各物理量的單位)測量周期長度2.用李薩如圖形法校準B源正弦波的頻率(假如頻段很寬，本表可以接著加行)標準頻率f李薩如圖形1112212331f修正=f?-f/Hzf修正/Hzf修正/Hzf修正/Hz1.畫出B源的校準曲線。(提示：假如校準的頻段較寬，頻率可采納對數(shù)坐標；假如頻率修正值隨頻率變更較大，修正值也可用對數(shù)坐標。)【預習思索題】1、為什么用市電頻率而不是A源50Hz作為校準B源200Hz波段的標準頻率?A源、B源頻率測量值的有效數(shù)字位數(shù)如何確定?B源頻率調(diào)整旋鈕位置如圖5.1,測量結(jié)果是幾位有效數(shù)字?2、簡敘示波器的掃描電路和同步電路的工作原理，說明模擬示波器如何顯示穩(wěn)定的波形?你認為數(shù)字示波器的掃描、同步原理是否相同?為什么?3、示波器測量電壓、周期的儀器誤差分別應當是多少?測量結(jié)果的有效數(shù)字應當讀幾位?為什么?(提示：試驗用)4、假如示波器已連接電源且電源開關(guān)已經(jīng)打開，已經(jīng)在CH1通道接上待測外接溝通電壓信號，但屏幕上看不到波形，你認為是示波器的那些操作不正常造成的?為什么?(六)伏安法測量非線性電阻【試驗原理】參見教材：《結(jié)構(gòu)化高校物理試驗》(其次版)試驗11.1(參考頁碼P449-451)。(一)用伏安法測固定電阻(要求相對不確定度不大于1.0%)1.伏安法測固定電阻的基本原理是歐姆定律式中：V—電阻兩端的電壓(V);I—流經(jīng)電阻的電流(A);R—待測電阻(Ω)。2.電流表接法(1)電流表外接，如圖6-1所示由式(6-2)知，當R<<R,時，即小電阻測量宜采納電流表外接線路，方法誤差較小。電流表外接法扣除電壓表內(nèi)阻R,的影響后，實際測量值為(2)電流表內(nèi)接，如圖6-2所示：圖6-1電流表外接法圖6-2電流表內(nèi)接法則不管是那種接法，要精確地進行測量，都要按式(6-3)或(6-5)修正方法誤差。(3)電表的選擇本試驗要求修正系統(tǒng)誤差即電表的內(nèi)阻影響，以下分析不考慮A類不確定度，且指針式電表的設(shè)計已經(jīng)使得估讀誤差小于儀器誤差的1/3,所以只考慮儀器誤差，即相對不確定度由誤差均分原則有故應選1級電壓表和1級電流表。實際測量時無法保證誤差完全均分，所以選用0.5級電壓表和電流表比較牢靠。(4)確定測量條件對0.5級電壓表，采納1.5V量程檔時故電壓表選1.5V檔，電流表選30mA檔。依據(jù)誤差要求計算電壓及電流的測量范圍。故選定電壓測量范圍0.63V≤V≤1.5V。所以故電流測量范圍13mA≤I≤30mA。(5)確定工作電壓電壓表量限E=1.5V滿意要求。還是0.5級電壓表，采納7.5V量程檔時故電壓表選7.5V檔，電流表選15mA檔。故選定電壓測量范圍3.2V≤V≤7.5V。又所以故電流測量范圍6.3mA≤I≤15mA。電壓表量限E=7.5V滿意要求。1.二極管的伏安特性圖6-3是二極管的符號，圖6-4是二極管正、反方向的伏安特性曲線，其電阻為R=dV/dI,可通過曲線上各點斜率求得。2.測量線路圖電流I由毫安表測定，單位為mA;電壓V由伏特表測定，單位為V。正向用外接法(見圖6-5),反向用內(nèi)接法(見圖6-6)。1、設(shè)計伏安法分別測量兩只不同阻值固定電阻的電路并進行測量和誤差計算；2、用伏安法測穩(wěn)壓二極管的伏安特性；3.繪制穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線。(0—16V,1A)穩(wěn)壓電源、(49Ω/3A)滑線變阻器、51Ω和1kΩ1W固定電阻、1W穩(wěn)壓二極管接線板、C??型直流電壓表0.5級(1.5V/3V/7.5V)相應內(nèi)阻(300Ω/600Ω/1500Ω)、C??直流電流表0.5級(15mA/30mA)相應內(nèi)阻(3.72/2.1Ω)各一個，導線若干。(一)測量前完成電壓表、電流表全部量程對應的儀器誤差△的計算和內(nèi)阻記錄。(例如：電流表是1.0級表，對1.5mA檔，△=1.5×1%=00.0150.02mA,如運用這一檔讀數(shù)肯定×1%=0.3mA,以mA為單位，這一檔就只能讀到小數(shù)后第1位了)(二)測量固定電阻1.R?=512,采納電流表外接，測試線路如圖6-7所示。圖6-7電流表外接法測量固定電阻圖6-8電流表內(nèi)接法測量固定電阻(1)在斷電狀態(tài)下照圖6-7連接線路，將電源的電壓調(diào)整旋鈕、電壓微調(diào)旋鈕、滑線變(2)檢查電壓表，電流表的機械零點是否指零；(3)經(jīng)檢查無誤后