華理大物實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1實(shí)驗(yàn)名稱電橋法測(cè)中、低值電阻一.目的和要求1.掌握用平衡電橋法測(cè)量電阻的原理和方法;2.學(xué)會(huì)自搭電橋，且用交換法測(cè)量電阻來減小和修正系統(tǒng)誤差;3.學(xué)會(huì)使用QJ-23型惠斯登電橋測(cè)量中值電阻的方法;4.學(xué)會(huì)使用QJ-42型凱爾文雙臂電橋測(cè)量低值電阻的方法;二.實(shí)驗(yàn)原理直流平衡電橋的基本電路如下圖所示。圖中稱為比率臂，為可調(diào)的標(biāo)準(zhǔn)電阻，稱為比較臂，為待測(cè)電阻。在電路的對(duì)角線（稱為橋路）接點(diǎn)BC之間接入直流檢流計(jì)，作為平衡指示器，用以比較這兩點(diǎn)的電位。調(diào)節(jié)的大小，當(dāng)檢流計(jì)指零時(shí)，B，C兩點(diǎn)電位相等；，即；。因?yàn)闄z流計(jì)中無電流，所以，，得到電橋平衡條件。三.實(shí)驗(yàn)儀器直流電源，檢流計(jì)，可變電阻箱，待測(cè)電阻，元器件插座板，QJ24a型惠斯登直流電橋，QJ42型凱爾文雙臂電橋，四端接線箱，螺旋測(cè)微計(jì)四.實(shí)驗(yàn)方法1.按實(shí)驗(yàn)原理圖接好電路；2.根據(jù)先粗調(diào)后細(xì)調(diào)的原則，用反向逐次逼近法調(diào)節(jié)，使電橋逐步趨向平衡。在調(diào)節(jié)過程中，先接上高值電阻Rm，防止過大電流損壞檢流計(jì)。當(dāng)電橋接近平衡時(shí)，合上KG以提高橋路的靈敏度，進(jìn)一步細(xì)調(diào)；3.用箱式惠斯登電橋測(cè)量電阻時(shí)，所選取的比例臂應(yīng)使有效數(shù)字最多。五.數(shù)據(jù)記錄與分析1.交換法研究自搭電橋的系統(tǒng)誤差-RA/RB=100/100RB/RA=100/100ΔRS儀(Ω)σRS(Ω)ΔR’S儀(Ω)σRS’(Ω)RS(Ω)R’S(Ω)RX2RX32121，其中是電阻箱示值，是所用轉(zhuǎn)盤個(gè)數(shù)，，，所以，2.不同比例臂對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響RA/RBRS(Ω)RX1(Ω)結(jié)論100/100比例臂越小，有效數(shù)字位數(shù)越多，測(cè)量結(jié)果越精確。100/1000100/100003.用箱式惠斯登電橋測(cè)量電阻RX比率CRS(Ω)RX(Ω)結(jié)果RX15098比例臂C的選取應(yīng)使有效數(shù)字位數(shù)最多，從而提高測(cè)量精度RX22990RX31199019904.用開爾文電橋測(cè)量低值電阻銅棒平均直徑d＝（多次測(cè)量取平均）（末讀數(shù)－初讀數(shù)）銅棒長(zhǎng)度/mm電阻值/10-3Ω電阻，由下圖中的擬合直線得出斜率，則電阻率六.分析討論題當(dāng)惠斯登電橋平衡后，若互換電源與檢流計(jì)位置，電橋是否仍保持平衡？試說明之。答：電橋仍保持平衡。在互換電源與檢流計(jì)位置前，電橋平衡條件為，互換位置后的電橋線路如下。在新橋路內(nèi)，若，檢流計(jì)無電流通過，A，D兩點(diǎn)電位相等。則有，因而有的關(guān)系。這樣。即就是互換位置前的平衡條件。所以電橋仍保持平衡。2實(shí)驗(yàn)名稱靜電場(chǎng)測(cè)繪一.目的與要求1.學(xué)習(xí)用模擬法測(cè)繪靜電場(chǎng)的分布。2.加強(qiáng)對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)度和電勢(shì)的概念。二.實(shí)驗(yàn)原理由于靜電實(shí)驗(yàn)條件苛刻且不穩(wěn)定，而穩(wěn)恒電流的電場(chǎng)和相應(yīng)的靜電場(chǎng)的空間是一致的，在一定的條件下，可以用穩(wěn)恒電流的電場(chǎng)來模擬測(cè)繪靜電場(chǎng)。靜電場(chǎng)與穩(wěn)恒電流場(chǎng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系為靜電場(chǎng)穩(wěn)恒電流場(chǎng)導(dǎo)體上的電荷±Q電場(chǎng)強(qiáng)度介電常數(shù)電位移=無荷區(qū)電勢(shì)分布極間電流I電場(chǎng)強(qiáng)度電導(dǎo)率電流密度=無源區(qū)電勢(shì)分布根據(jù)上表中的對(duì)應(yīng)關(guān)系可知，要想在實(shí)驗(yàn)上用穩(wěn)恒電流場(chǎng)來模擬靜電場(chǎng)，需要滿足下面三個(gè)條件：⑴電極系統(tǒng)與導(dǎo)體幾何形狀相同或相似。⑵導(dǎo)電質(zhì)與電介質(zhì)分布規(guī)律相同或相似。⑶電極的電導(dǎo)率遠(yuǎn)大于導(dǎo)電質(zhì)的電導(dǎo)率，以保證電極表面為等勢(shì)面。以無限長(zhǎng)同軸柱狀導(dǎo)體間的電場(chǎng)為例，來討論二者的等效性。設(shè)真空靜電場(chǎng)中圓柱導(dǎo)體A的半徑為，電勢(shì)為；柱面導(dǎo)體B的內(nèi)徑為，且B接地。導(dǎo)體單位長(zhǎng)度帶電±（即線密度）。根據(jù)高斯定理，在導(dǎo)體A、B之間與中心軸距離為r的任意一點(diǎn)的電場(chǎng)大小為(1)電勢(shì)為（2）導(dǎo)體A的電勢(shì)可表示為（3）于是在距中心處（4）此時(shí)的場(chǎng)強(qiáng)為（5）將A、B間充以電阻率為ρ、厚度為的均勻?qū)щ娰|(zhì)，不改變其幾何條件及A、B的電位，則在A、B之間將形成穩(wěn)恒電流場(chǎng)。設(shè)場(chǎng)中距中心線r點(diǎn)處的電勢(shì)為，在處寬度為的導(dǎo)電質(zhì)環(huán)的電阻為（6）從到的導(dǎo)電質(zhì)的電阻為（7）電極A、B間導(dǎo)電質(zhì)的總電阻為（8）由于A、B間為穩(wěn)恒電流場(chǎng)，則（9）即（10）比較（10）和（4）式可知，電流場(chǎng)中的電勢(shì)分布與靜電場(chǎng)中完全相同，可以用穩(wěn)恒電流場(chǎng)模擬描繪靜電場(chǎng)。根據(jù)（4）可以導(dǎo)出或（11）三.實(shí)驗(yàn)儀器靜電場(chǎng)描繪儀，坐標(biāo)紙。四.實(shí)驗(yàn)操作步驟1.測(cè)量長(zhǎng)的同軸圓柱體間的電場(chǎng)分布。（1）按照實(shí)驗(yàn)面板提示，選擇檢流計(jì)法，調(diào)整好儀器，選。（2）移動(dòng)探針，分別取測(cè)量電位為，，三個(gè)等勢(shì)面，每組均勻分布8點(diǎn)等勢(shì)點(diǎn)，測(cè)出各等勢(shì)點(diǎn)的坐標(biāo)，并列表記錄，將數(shù)據(jù)輸入電腦處理，得到測(cè)量半徑（對(duì)應(yīng)有三個(gè)測(cè)量半徑）。（3）將三個(gè)等勢(shì)面的，并與（11）式的理論值理比較，并求百分誤差。2.測(cè)量平行輸電線間的電場(chǎng)分布（1）按照實(shí)驗(yàn)面板提示，選擇電壓法，調(diào)整好儀器，仍選；（2）移動(dòng)探針，分別取測(cè)量電位為，，，，三個(gè)等勢(shì)面，每組均勻分布8點(diǎn)等勢(shì)點(diǎn)，曲率較大出取點(diǎn)應(yīng)稍密。五.數(shù)據(jù)記錄1.同軸電纜電流場(chǎng)模擬同軸圓柱帶電靜電場(chǎng)等勢(shì)圓測(cè)繪（1）電極半徑：正極，負(fù)極（2）等勢(shì)點(diǎn)坐標(biāo)坐標(biāo)序號(hào)1V等勢(shì)點(diǎn)坐標(biāo)3V等勢(shì)點(diǎn)坐標(biāo)5V等勢(shì)點(diǎn)坐標(biāo)X1(cm)Y1(cm)X2(cm)Y2(cm)X3(cm)Y3(cm)12345678各等勢(shì)圓的圓心坐標(biāo)和半徑計(jì)算結(jié)果電勢(shì)值(V)135X0(cm)Y0(cm)Rp(cm)（3）等勢(shì)圓理論半徑的計(jì)算及比較根據(jù)（11）式及，當(dāng)時(shí)，，；當(dāng)時(shí)，，；當(dāng)時(shí)，，；2.平行輸電線電流場(chǎng)模擬等值異號(hào)點(diǎn)電荷靜電場(chǎng)等勢(shì)線簇測(cè)繪六.分析討論題1.根據(jù)測(cè)繪的等勢(shì)線和電場(chǎng)線的分布，試分析哪些地方場(chǎng)強(qiáng)較強(qiáng)，那些地方場(chǎng)強(qiáng)較弱？答：根據(jù)（11）式，電場(chǎng)強(qiáng)度的大小與半徑成反比，越靠近內(nèi)電極A，電場(chǎng)越強(qiáng)，電場(chǎng)線越密。2.對(duì)電極和導(dǎo)電紙的電導(dǎo)率各有什么要求，為什么？?jī)烧呦嗷ソ佑|的要求對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有什么影響，為什么？答：導(dǎo)電紙的電導(dǎo)率應(yīng)較小，而電極的電導(dǎo)率遠(yuǎn)大于導(dǎo)電紙的電導(dǎo)率，以保證電極表面為等勢(shì)面，3實(shí)驗(yàn)名稱剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測(cè)量（扭擺）一.實(shí)驗(yàn)要求與目的1.用扭擺測(cè)定多種形狀物理的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和彈簧的扭轉(zhuǎn)系數(shù)；2.觀察剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與質(zhì)量分布的關(guān)系；3.驗(yàn)證平行軸定理；二.實(shí)驗(yàn)原理將物體在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)過θ角。在彈簧恢復(fù)力矩作用下，物體就開始繞垂直軸作往返扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)虎克定律，彈簧受扭轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的恢復(fù)力矩Ｍ與所轉(zhuǎn)過的角度θ成正比，即（1）式中：ｋ為彈簧的扭轉(zhuǎn)常數(shù)。根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)定律Ｍ＝Ｉβ（式中，Ｉ為物體繞轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，β為角加速度）得（2）令，忽略軸承摩擦阻力矩，由式（１）、式（２）得上述方程表示扭擺運(yùn)動(dòng)為簡(jiǎn)諧振動(dòng)，角加速度與角位移成正比，且方向相反。此方程的解;式中：Ａ為簡(jiǎn)諧振動(dòng)的角振幅；為初相位角；ω為圓頻率。此簡(jiǎn)諧振動(dòng)的周期（3）由式（３）可知，只要實(shí)驗(yàn)測(cè)得物體扭擺的擺動(dòng)周期，并在Ｉ和ｋ中任何一個(gè)量已知時(shí)即可計(jì)算出另一個(gè)量。本實(shí)驗(yàn)測(cè)量形狀規(guī)則物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，它的質(zhì)量和幾何尺寸通過量具直接測(cè)量得到，再算出本儀器彈簧的ｋ值。若要測(cè)定其他形狀物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，只需將待測(cè)物體安放在本儀器頂部的各種夾具上，測(cè)定其擺動(dòng)的周期，由式（３）即可算出該物體繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。理論分析證明，若質(zhì)量為ｍ的物體繞通過質(zhì)心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為I0時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)軸平行移動(dòng)距離ｘ時(shí)，則此物體對(duì)新軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量變?yōu)镮0＋mx2。這就是轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的平行軸定理。三.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（1）熟悉儀器的構(gòu)造和使用方法。（2）測(cè)定扭擺彈簧的扭轉(zhuǎn)常數(shù)。（3）測(cè)定塑料圓柱體、金屬圓筒、木球與金屬細(xì)桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，并與理論計(jì)算值相比較，求百分誤差。（4）改變滑塊在細(xì)桿的位置，驗(yàn)證轉(zhuǎn)動(dòng)慣量平行軸定理。2.實(shí)驗(yàn)步驟（1）分別測(cè)出圓柱體直徑，圓筒內(nèi)外徑以及細(xì)桿長(zhǎng)度，并分別測(cè)出它們的質(zhì)量。①圓柱體直徑、圓筒內(nèi)外徑、球體直徑及細(xì)桿長(zhǎng)度測(cè)量3次，取平均值；其中，圓柱體直徑、圓筒外徑和細(xì)桿長(zhǎng)度用大游標(biāo)卡尺測(cè)量，圓筒內(nèi)徑用小游標(biāo)卡尺測(cè)量。②圓柱體、圓筒、球體及細(xì)桿的質(zhì)量用電子天平測(cè)量1次.（2）物盤、圓柱體、圓筒、球體和細(xì)桿的擺動(dòng)周期。①調(diào)整扭擺基座底腳螺釘，使水平儀中氣泡居中。②裝上金屬載物盤，并調(diào)整光電探頭的位置使載物盤上擋光桿處于其缺口中央且能遮住發(fā)射紅外線的小孔。使用轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)試儀測(cè)定擺動(dòng)周期T0；使用累積放大法測(cè)量10個(gè)周期，測(cè)量3次，取平均值。③將塑料圓柱體、金屬圓筒垂直放在載物盤上，測(cè)定其擺動(dòng)周期T1、T2，使用累積放大法測(cè)量10個(gè)周期，測(cè)量3次，取平均值。④取下載物金屬盤，裝上木球，測(cè)定擺動(dòng)周期T3（計(jì)算木球的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量時(shí)，應(yīng)扣除支架的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量），使用累積放大法測(cè)量10個(gè)周期，測(cè)量3次，取平均值。⑤取下木球，裝上金屬細(xì)桿（金屬細(xì)桿中心必須與轉(zhuǎn)軸重合）。測(cè)定擺動(dòng)周期T4（計(jì)算金屬細(xì)桿轉(zhuǎn)動(dòng)慣量時(shí)，應(yīng)扣除支架的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量），使用累積放大法測(cè)量10個(gè)周期，測(cè)量3次，取平均值。（3）計(jì)算出各物體繞中心對(duì)稱軸轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的理論值。圓柱體；圓筒；球體；細(xì)長(zhǎng)桿（4）由載物盤擺動(dòng)周期T0，塑料圓柱體的擺動(dòng)周期T1及圓柱體理論轉(zhuǎn)動(dòng)慣量值，算出彈簧的扭轉(zhuǎn)系數(shù)k及載物盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。（5）計(jì)算各物體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的實(shí)驗(yàn)值。（6）驗(yàn)證轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的平行軸定理。測(cè)出兩滑塊質(zhì)量ms及其內(nèi)外徑Ds內(nèi)、Ds外和長(zhǎng)度Ls，將滑塊對(duì)稱放置在細(xì)桿兩邊的凹槽內(nèi)，此時(shí)滑塊質(zhì)心離轉(zhuǎn)軸距離分別為５.００ｃｍ，１０.００ｃｍ，１５.００ｃｍ，２０.００ｃｍ，２５.００ｃｍ，測(cè)定擺動(dòng)周期Ｔ。分別計(jì)算出對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量實(shí)驗(yàn)值（計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量時(shí)，應(yīng)扣除支架的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量）：將測(cè)量值與平行軸定理理論值比較，求出實(shí)驗(yàn)值與理論值的百分差，其中兩滑塊繞質(zhì)心轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：（7）測(cè)出的各項(xiàng)有關(guān)數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，檢查實(shí)驗(yàn)結(jié)果。四.數(shù)據(jù)記錄物體名稱質(zhì)量幾何尺寸周期轉(zhuǎn)動(dòng)慣量理論值實(shí)驗(yàn)值百分誤差金屬載物盤＝塑料圓柱＝＝0金屬圓通=＝木球＝＝金屬細(xì)桿（已知）＝＝1.各物體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量理論值的計(jì)算圓柱體：＝=圓筒：＝＝球體：＝=細(xì)長(zhǎng)桿：＝=2.扭轉(zhuǎn)系數(shù)k的計(jì)算由＝，＝，＝＝＝3.各物體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的實(shí)驗(yàn)值計(jì)算1）載物盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量＝＝2）金屬圓筒的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量＝＝相對(duì)誤差3）木球的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量＝＝相對(duì)誤差4）細(xì)長(zhǎng)桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量＝＝相對(duì)誤差4.驗(yàn)證轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的平行軸定理：滑塊質(zhì)量：；滑塊幾何尺寸：長(zhǎng)度＝；外徑＝；內(nèi)徑＝；兩滑塊繞過質(zhì)心轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量理論值：=周期實(shí)驗(yàn)值：理論值：百分誤差如圖中線性擬合的結(jié)果，直線的斜率為?10-3，也就是說，實(shí)驗(yàn)測(cè)量，百分誤差為%，同時(shí)，擬合所得的截距為，理論計(jì)算值為，相對(duì)誤差為%。六.提問與討論1.彈簧扭轉(zhuǎn)系數(shù)如何求得？金屬載物臺(tái)繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為，對(duì)應(yīng)的周期為，載物臺(tái)上放上規(guī)則幾何物體后的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為，此時(shí)周期為，根據(jù)周期公式有2.什么是測(cè)量周期的累積放大法？實(shí)驗(yàn)中每次測(cè)量10個(gè)周期，測(cè)量三次，再求平均，這樣是為了消除測(cè)量單個(gè)周期引起的誤差。3.如何驗(yàn)證平行軸定理？將滑塊對(duì)稱放置在細(xì)桿兩邊的凹槽內(nèi)，此時(shí)滑塊質(zhì)心離轉(zhuǎn)軸距離為x，若質(zhì)量為ｍ的物體繞通過質(zhì)心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為I0時(shí)，則此物體對(duì)新軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量變?yōu)镮0＋mx2。這是轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的平行軸定理。在實(shí)驗(yàn)中，分別將x取不同的值，同時(shí)根據(jù)測(cè)得的周期算出對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，驗(yàn)證這些實(shí)驗(yàn)點(diǎn)是否呈線性關(guān)系，這就是平行軸定理的驗(yàn)證。4實(shí)驗(yàn)名稱用波爾共振儀研究受迫振動(dòng)一.目的與要求1.研究波爾共振儀中彈性擺輪受迫振動(dòng)的幅頻特性和相頻特性；2.觀察在一定阻尼矩下的共振現(xiàn)象，測(cè)量阻尼系數(shù)；3.學(xué)習(xí)用頻閃法測(cè)定運(yùn)動(dòng)物體的某些量。二.原理簡(jiǎn)述波爾共振儀是采用扭轉(zhuǎn)擺輪在彈性力矩作用下自由擺動(dòng)，在電磁阻尼力矩作用下作受迫振動(dòng)來研究其特性的。當(dāng)擺輪在有空氣阻尼和電磁阻尼的媒質(zhì)中運(yùn)動(dòng)并受到策動(dòng)力矩的作用，其運(yùn)動(dòng)方程為令，，（為系統(tǒng)的固有頻率，為阻尼系數(shù)）則有當(dāng)振動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)其振幅它和策動(dòng)力矩的相位差其共振圓頻率和振幅分別為，三.實(shí)驗(yàn)儀器ZKY-BG波爾共振儀（同濟(jì)大學(xué)）四.實(shí)驗(yàn)方法1.測(cè)量系統(tǒng)固有頻率在擺輪自由振動(dòng)時(shí)，振幅將不斷衰減，需測(cè)量在不同振幅時(shí)相應(yīng)的系統(tǒng)固有頻率。測(cè)量在不同振幅時(shí)的振動(dòng)周期，根據(jù)，計(jì)算系統(tǒng)固有圓頻率。初始振幅應(yīng)不小于160度。2.測(cè)量阻尼系數(shù)選擇“阻尼振蕩”，確定一定的電磁阻尼力矩（選中“阻尼1”狀態(tài)），測(cè)量10個(gè)周期下各次的振幅。根據(jù)阻尼振動(dòng)為，=，利用對(duì)數(shù)逐差法，隔5項(xiàng)逐差，，求出值。3.測(cè)定受迫振動(dòng)的幅頻特性和相頻特性確定阻尼狀態(tài)（“阻尼1”）不變，選中“強(qiáng)迫振蕩”，調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速旋鈕在4-5左右，打開“電機(jī)”，待受迫振動(dòng)穩(wěn)定后，改變周期為“10”，進(jìn)行測(cè)量。并用頻閃法測(cè)量受迫振動(dòng)與周期性策動(dòng)力矩的改變電機(jī)轉(zhuǎn)速（策動(dòng)力矩的周期），待穩(wěn)定后重復(fù)測(cè)量一次，共測(cè)量9個(gè)點(diǎn)，每次均要用頻閃法測(cè)量相位差。五.數(shù)據(jù)處理1.擺輪振幅與系統(tǒng)固有頻率關(guān)系振幅θ（度）周期T0（秒）固有頻率ω0（秒-1）振幅θ（度）周期T0（秒）固有頻率ω0（秒-1）振幅θ（度）周期T0（秒）固有頻率ω0（秒-1）1561068013910479131103781269157124895612388531088652107852.阻尼系數(shù)振幅（度）振幅（度）振幅（度）振幅（度）115410211499821429421379031308631268341207941167651107251077010T=，T===，===，===3.幅頻特性和相頻特性關(guān)系曲線強(qiáng)迫力矩周期T（秒）頻率ω（秒）振幅θ（度）扭簧對(duì)應(yīng)的固有周期T0（秒）扭簧對(duì)應(yīng)的固有頻率ω0（秒）相位差測(cè)量值（度）相位差理論值（度）頻率比率ω/ωr692526101414112454541406767149808015194941441071071301201201121321329014314359156157θ～ω/ωr幅頻特性曲線如用直角坐標(biāo)紙圖示法作圖，則橫坐標(biāo)取1cm=，縱坐標(biāo)取1cm=10°，坐標(biāo)原點(diǎn)（，40）為宜。φ～ω/ωr相頻特性曲線如用直角坐標(biāo)紙圖示法作圖，則橫坐標(biāo)取1cm=，縱坐標(biāo)取1cm=20°，坐標(biāo)原點(diǎn)（，-180）為宜。六.分析討論本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)由控制儀采集，一般情況下數(shù)據(jù)記錄不會(huì)有誤，但應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1.在作自由振蕩和阻尼振蕩時(shí)，連桿的位置應(yīng)使有機(jī)玻璃刻度盤刻線對(duì)準(zhǔn)零刻度，否則位相差測(cè)量有較大誤差。2.在作自由振蕩和阻尼振蕩時(shí)，初位移應(yīng)≥160o，使不同振幅所對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)固有頻率的測(cè)量值覆蓋受迫振動(dòng)的測(cè)量范圍。3.周期測(cè)量產(chǎn)生的誤差，可能來自于阻尼電流的不穩(wěn)定而引起電磁阻尼力矩的變化和光電門的松動(dòng)。4.受迫振動(dòng)要等到整個(gè)振動(dòng)達(dá)到平衡時(shí)，即振幅不再變化、電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的周期和擺輪的轉(zhuǎn)動(dòng)周期不變且相等時(shí)才能打開測(cè)量開關(guān)。5實(shí)驗(yàn)名稱分光計(jì)一.目的與要求：1.了解分光計(jì)的結(jié)構(gòu)及基本原理，學(xué)習(xí)分光計(jì)的調(diào)整技術(shù)；2.學(xué)習(xí)用自準(zhǔn)法和反射法測(cè)量三棱鏡的頂角；3.通過測(cè)量三棱鏡的最小偏向角求玻璃棱鏡的折射率。二.原理簡(jiǎn)述：1.自準(zhǔn)法測(cè)三棱鏡頂角。光路如圖所示，光線垂直射入，記下方位角，然后使光線垂直入射于，記下沿原路反射回來的方位角，則。2.最小偏向角法測(cè)玻璃三棱鏡的折射率。在棱鏡中，經(jīng)兩次折射后的出射光線與入射光線的夾角稱為偏向角。棱鏡的頂角，棱鏡材料的折射率及最小偏向角的關(guān)系為。三.實(shí)驗(yàn)儀器：型分光計(jì)，三棱鏡，平面反射鏡，汞燈。四.實(shí)驗(yàn)方法：1.分光計(jì)的調(diào)整。（1）目測(cè)粗調(diào)，使望遠(yuǎn)鏡、平行光管、載物臺(tái)大致成水平狀態(tài)；（2）自準(zhǔn)法細(xì)調(diào)，實(shí)現(xiàn)綠色小十字和準(zhǔn)線中的豎線相重合；（3）調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡光軸垂直旋轉(zhuǎn)中心軸：轉(zhuǎn)動(dòng)游標(biāo)盤實(shí)現(xiàn)豎直線的重合，“減半逼近調(diào)節(jié)法”實(shí)現(xiàn)水平線的重合；（4）調(diào)整平行光管，使狹縫像在水平、豎直狀態(tài)都能被十字線的水平線上下平分。2.自準(zhǔn)法測(cè)三棱鏡頂角。將毛面對(duì)著平行光觀，轉(zhuǎn)動(dòng)游標(biāo)盤，使面對(duì)準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡，調(diào)節(jié)游標(biāo)盤微調(diào)螺絲，使綠色小十字與劃絲上部十字完全重合，記下雙游標(biāo)讀數(shù)，；轉(zhuǎn)動(dòng)游標(biāo)盤，使面對(duì)準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡，同樣記下，，可得出頂角，，。3.最小偏向角的測(cè)量。打開汞燈，在視野中找到黃、綠、紫三條譜線，朝一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)游標(biāo)盤，找到最小偏向角，固定游標(biāo)盤，調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡微調(diào)螺絲，分別使三條譜線與豎直劃絲重合，記下此時(shí)讀數(shù)，（，和，），重復(fù)測(cè)量5次。取下三棱鏡，再次轉(zhuǎn)動(dòng)游標(biāo)盤，使望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)平行光管，調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡微調(diào)螺絲使豎直劃絲與白光狹縫重合，記下游標(biāo)讀數(shù)，五.數(shù)據(jù)記錄：1.自準(zhǔn)法測(cè)三棱鏡頂角：（分光計(jì)游標(biāo)：）123456

2.測(cè)量玻璃三棱鏡的折射率：123456,六.數(shù)據(jù)處理：1.三棱鏡頂角由，，。次數(shù)123456，頂角的測(cè)量結(jié)果為百分誤差為2.最小偏向角：次數(shù)123456黃光綠光紫光，，，此棱鏡對(duì)三種不同波長(zhǎng)光的最小偏向角分別為：3.玻璃三棱鏡折射率的測(cè)量：根據(jù)公式，可以計(jì)算得；；折射率的標(biāo)準(zhǔn)誤差根據(jù)公式計(jì)算的各折射率的標(biāo)準(zhǔn)誤差為：；；七、分析討論題1.分光計(jì)為什么要調(diào)整到望遠(yuǎn)鏡與儀器中心軸線正交？不正交對(duì)測(cè)量結(jié)果有何影響?答：只有望遠(yuǎn)鏡與儀器中心軸線正交才能在轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡（或載物臺(tái)）測(cè)量不同位置（或測(cè)量面）的光線時(shí)保證所測(cè)光線都在視場(chǎng)中，且與分劃板準(zhǔn)線的相對(duì)位置不變，使測(cè)量正常準(zhǔn)確進(jìn)行。不正交將使測(cè)量結(jié)果誤差增大，降低測(cè)量準(zhǔn)確度。2.反射法測(cè)三棱鏡頂角時(shí)，棱鏡應(yīng)放在什么位置，才能保證望遠(yuǎn)鏡中能我到兩個(gè)面的反射狹縫像？答：應(yīng)使三棱鏡頂角A正對(duì)平行光管。6實(shí)驗(yàn)名稱衍射光柵（汞光譜波長(zhǎng)測(cè)量）一.目的與要求：1.觀察光柵的衍射光譜，理解光柵衍射基本規(guī)律；2.進(jìn)一步熟悉分光計(jì)的調(diào)節(jié)與使用；3.測(cè)定光柵常量和汞原子光譜部分特征波長(zhǎng)。二.原理簡(jiǎn)述：1.衍射光柵，光柵常量。光柵由大量相互平行、等寬、等距的狹縫（或刻痕）構(gòu)成。原制光柵是用金剛石刻刀在精制的平行平面的光學(xué)玻璃上刻劃而成的?？毯厶?，光射到它上面向四處散射而透不過去，兩刻痕之間相當(dāng)于透光狹縫。光柵上若刻痕寬度為，刻痕間距為，則稱為光柵常量，它是光柵基本參數(shù)之一。2.光柵方程，光柵光譜。當(dāng)一束平行單色光垂直入射到光柵平面上時(shí)，光波將發(fā)生衍射。光衍射角滿足光柵方程，。光會(huì)疊加，衍射后的光波經(jīng)過透鏡會(huì)聚后，在焦平面上將形成分隔得較遠(yuǎn)的一條列對(duì)稱分布明條紋。如果入射光波含幾種不同波長(zhǎng)的復(fù)色光，會(huì)形成衍射光譜。普通低壓汞燈每一級(jí)有4條特征譜線：紫光，綠光，黃光和。3.光柵常量與汞燈特征譜線波長(zhǎng)的測(cè)量光垂直入射到光柵上，若已知，測(cè)出相應(yīng)的，就可以算出光柵常量；反之，若已知，測(cè)出，可以計(jì)算。三.實(shí)驗(yàn)儀器分光計(jì)、光柵、雙面反射鏡、汞燈四.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.分光計(jì)調(diào)整與觀察汞燈衍射光譜。（1）認(rèn)真調(diào)整好分光計(jì)；（2）將光柵放于載物臺(tái)上。通過調(diào)平螺絲使光柵平面與平行光管光軸垂直。轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡觀察汞燈衍射光譜。中央零級(jí)為白色，望遠(yuǎn)鏡分別轉(zhuǎn)到左右時(shí)均可以看到第一級(jí)的4條彩色譜線；（3）調(diào)節(jié)平行光管狹縫寬度，以能夠分辨出兩條緊靠的黃色譜線為準(zhǔn)；2.光柵常量與光譜線波長(zhǎng)的測(cè)量。以綠光譜線的波長(zhǎng)作為已知，測(cè)出第一級(jí)綠光明條紋的衍射角。為了消除偏心差，同時(shí)讀下，雙游標(biāo)的讀數(shù)。五.數(shù)據(jù)記錄次數(shù)綠光123456次數(shù)紫光123次數(shù)黃光（內(nèi)）123次數(shù)黃光（外）123六.數(shù)據(jù)處理根據(jù)公式得到綠光每次測(cè)量的衍射角，，，，，那么，，即。光柵常數(shù)不同波長(zhǎng)光在此光柵下的衍射角，測(cè)量波長(zhǎng)值及相對(duì)誤差分別為紫光：，，；黃光（內(nèi)）：，，；黃光（外）：，，。七.分析討論題1.試結(jié)合測(cè)量的百分誤差分析其產(chǎn)生的原因？答：在正常的誤差范圍內(nèi)，一般產(chǎn)生誤差的原因：分光計(jì)沒有嚴(yán)格的調(diào)整好。平行光不是真正的平行光，兩軸線沒嚴(yán)格正交。視察沒有完全消除。測(cè)量時(shí)十字準(zhǔn)線沒有對(duì)準(zhǔn)光譜線的中間。移動(dòng)望遠(yuǎn)鏡時(shí)手不是拿著架子轉(zhuǎn)動(dòng)，而是拿著目鏡轉(zhuǎn)動(dòng)。兩人讀數(shù)的誤差等等。2.如果光柵平面和分光計(jì)轉(zhuǎn)軸平行，但光柵上刻線和轉(zhuǎn)軸不平行，那么整個(gè)光譜會(huì)有何變化？對(duì)測(cè)量結(jié)果有無影響？答：會(huì)出現(xiàn)光譜線不水平。對(duì)測(cè)量結(jié)果略有影響，但在誤差要求范圍之內(nèi)，影響可不予考慮。7實(shí)驗(yàn)名稱拉伸法測(cè)量金屬材料楊氏模量一.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.學(xué)習(xí)用拉伸法測(cè)量金屬絲楊氏模量，掌握光杠桿測(cè)定微小伸長(zhǎng)量的原理；2.初步學(xué)會(huì)調(diào)節(jié)使用望遠(yuǎn)鏡；3.學(xué)習(xí)處理數(shù)據(jù)的一種方法—逐差法。二.實(shí)驗(yàn)原理1.楊氏模量根據(jù)虎克定律，在彈性限度內(nèi)，物體的應(yīng)力與應(yīng)變成正比：其中比例系數(shù)就是該材料的楊氏彈性模量，簡(jiǎn)稱楊氏模量。在實(shí)驗(yàn)中測(cè)量鋼絲的楊氏模量，其截面為圓形，其直徑為時(shí)，相應(yīng)的截面積，是較大長(zhǎng)度的微小伸長(zhǎng)量，無法用一般的長(zhǎng)度測(cè)量?jī)x器測(cè)量，因此實(shí)驗(yàn)中用光杠桿法進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量公式于是可得實(shí)驗(yàn)中的楊氏模量測(cè)量公式：光杠桿鏡架結(jié)構(gòu)光杠桿鏡架結(jié)構(gòu)可見隨所加外力在彈性限度內(nèi)是線形變化的。2.光杠桿實(shí)驗(yàn)中是一微小變化量，變化在數(shù)量級(jí)。因此實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是尋找測(cè)量微小變化量的方法和裝置，這里我們采用了光學(xué)放大方法——光杠桿來實(shí)現(xiàn)。設(shè)在鋼絲下端未加砝碼時(shí)，從望遠(yuǎn)鏡中讀得標(biāo)尺讀數(shù)記為，當(dāng)增加砝碼時(shí)，鋼絲伸長(zhǎng)量為，足隨圓柱體夾頭一起下降，于是光杠桿鏡架繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)。根據(jù)反射定律，平面鏡法線轉(zhuǎn)動(dòng)角，反射線將轉(zhuǎn)過，此時(shí)從望遠(yuǎn)鏡中讀得的標(biāo)尺讀數(shù)為。因?yàn)闉橐晃⑿×浚砸埠苄?，近似有和。于是由三角函?shù)關(guān)系可得：由于遠(yuǎn)大于，則必然遠(yuǎn)大于。這樣，就將一個(gè)原來數(shù)值小的鋼絲長(zhǎng)度變化量轉(zhuǎn)化成一個(gè)數(shù)據(jù)較大的標(biāo)尺的讀數(shù)變化量。從這里可以明顯的看出光杠桿裝置的放大作用。光杠桿的放大倍數(shù)即為3、誤差傳遞公式及儀器的選擇通過計(jì)算公式我們可以得出楊氏模量的相對(duì)誤差傳遞的推導(dǎo)公式由推導(dǎo)公式中可見，的不確定度占了很大比例，因此測(cè)量時(shí)應(yīng)選擇精確度較高的儀器來測(cè)量，實(shí)驗(yàn)中選擇螺旋測(cè)微計(jì)來測(cè)量。而測(cè)量時(shí)，由于是長(zhǎng)度很大的量上的微小變化，不能用游標(biāo)卡尺或螺旋測(cè)微計(jì)測(cè)量，所以實(shí)驗(yàn)中采用了光杠桿法來測(cè)量。三、儀器記錄螺旋測(cè)微計(jì),游標(biāo)卡尺,米尺,尺讀望遠(yuǎn)鏡,楊氏模量測(cè)定儀。四.操作步驟1.首先檢查、布置儀器（1）調(diào)節(jié)楊氏模量測(cè)定儀腳架的底腳螺絲，使水準(zhǔn)氣泡居中，此時(shí)兩支柱鉛直。（2）在鋼絲下端掛上砝碼掛鉤，使鋼絲拉直，并檢查鋼絲下端夾頭能否在平臺(tái)圓孔中自由上下滑動(dòng)，減少摩擦帶來的誤差。（3）將光杠桿放在平臺(tái)上，兩前足放于凹槽中，后足放在圓柱夾尖的上端，注意不要與鋼絲相碰。調(diào)整望遠(yuǎn)鏡和光杠桿處于同一高度，并使望遠(yuǎn)鏡大致水平，光杠桿鏡面及標(biāo)尺大致鉛直。2.調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡（1）旋轉(zhuǎn)目鏡，調(diào)目鏡與叉絲間的距離到能清楚看見叉絲；（2）移動(dòng)鏡尺裝置，在望遠(yuǎn)鏡外沿鏡筒上方瞄準(zhǔn)器方向看光杠桿鏡面，直到能看到反射回來的標(biāo)尺像，并用瞄準(zhǔn)器對(duì)準(zhǔn)標(biāo)尺像。然后調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡物鏡焦距，使標(biāo)尺像聚焦在叉絲平面上，并適當(dāng)調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡俯仰，應(yīng)可看見像。（3）消除視差，上下左右晃動(dòng)眼睛，同時(shí)觀察像的相對(duì)位置有無改變，如有改變，則調(diào)節(jié)物鏡距離直至像的相對(duì)位置不變動(dòng)。至此，望遠(yuǎn)鏡調(diào)節(jié)完成，測(cè)量過程中不要再變動(dòng)儀器的相對(duì)位置，包括放置望遠(yuǎn)鏡的桌子不可震動(dòng)，否則要從頭再調(diào)。3.記錄實(shí)驗(yàn)開始時(shí)望遠(yuǎn)鏡中的標(biāo)尺讀數(shù)，然后依次增加砝碼，記錄下標(biāo)尺讀數(shù)，到第8個(gè)為止（第8個(gè)不讀數(shù)），再依次減少砝碼，記錄對(duì)應(yīng)的標(biāo)尺讀數(shù)。對(duì)應(yīng)的和數(shù)值取平均，可以消除摩擦和滯后等帶來的系統(tǒng)誤差。4.其他數(shù)據(jù)的測(cè)量（1）用卷尺測(cè)量鋼絲長(zhǎng)度和光杠桿鏡面到標(biāo)尺的垂直距離。（2）取下光杠桿，在平整的紙上壓出三個(gè)足痕，自足畫一垂直于足連線的垂線，用游標(biāo)卡尺量出垂線長(zhǎng)度。（3）用螺旋測(cè)微計(jì)測(cè)量鋼絲的直徑。在不同位置均勻取點(diǎn)測(cè)量6次。五.數(shù)據(jù)記錄與處理1.鋼絲形變測(cè)量F/N0X增/cmX減/cm/cm2.鏡尺距：D=137.9cm,cm，cmcm3.鋼絲長(zhǎng)度：L=90.45cm，4.鋼絲直徑d:,次數(shù)123456平均D/mm5.光杠桿常數(shù)：b=7.508mm，，6.逐差法求伸長(zhǎng)量，并求出楊氏模量∵上式求和號(hào)內(nèi)共16項(xiàng)均為單次測(cè)量，各項(xiàng)的測(cè)量?jī)x器誤差cm∴對(duì)式的各量求偏導(dǎo)數(shù)后，根據(jù)誤差傳遞的推導(dǎo)式可得cmcm，∴即7.圖解法求楊氏模量：據(jù),則。將鋼絲形變測(cè)量數(shù)據(jù)，作～Fi圖如下,為一直線，求出直線得斜率k=，則六.分析討論題本實(shí)驗(yàn)中哪些量的測(cè)量誤差對(duì)結(jié)果影響較大，如何改進(jìn)？答：從誤差傳遞公式（相對(duì)誤差）來看：，因?yàn)?，所以d的測(cè)量誤差對(duì)結(jié)果影響較大，我們可以進(jìn)行多次測(cè)量來減小其誤差。另外，由于值較小所以就較大，改進(jìn)的方法有兩種：（1）增加測(cè)量次數(shù)；（2）增加放大倍數(shù)，即在一定的范圍內(nèi)，增加D值。8實(shí)驗(yàn)名稱陰極射線示波器一.目的與要求1.了解示波器的主要構(gòu)成部分以及示波器顯示波形的原理；2.學(xué)習(xí)示波器的調(diào)節(jié)，觀察各種信號(hào)的波形。3.利用李薩如圖形測(cè)量未知信號(hào)頻率。二.原理1.示波器顯示波形的原理示波器雖然具有多種類型或型號(hào)，它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上都包含幾個(gè)基本的部分：示波管、水平放大器、豎直放大器、掃描發(fā)生器、觸發(fā)同步和直流電源等。示波管是示波器的關(guān)鍵部件，當(dāng)電子槍被加熱發(fā)出電子束后，經(jīng)電場(chǎng)加速打在熒光屏上就形成一個(gè)亮點(diǎn)，電子束在到達(dá)熒光屏之前要經(jīng)過兩對(duì)相互垂直的電偏轉(zhuǎn)板，如果沒有偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的作用，電子束將打在熒光屏的中央；如果施加了偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，電子束（亮點(diǎn)）的位置就會(huì)發(fā)生偏移。如果只在豎直（Y軸）偏轉(zhuǎn)板上加一交變的正弦電壓Uy=U0sinωt，則電子束的亮點(diǎn)將隨電壓的變化在豎直方向來回運(yùn)動(dòng)。由于Ux=0，所以光點(diǎn)在X軸方向無位移，在熒光屏上將顯示一條豎直亮線。如果只在水平（X軸）偏轉(zhuǎn)板上加上一個(gè)與時(shí)間成正比的鋸齒波掃描電壓Ux=KT（它可由示波器內(nèi)的掃描發(fā)生器產(chǎn)生的），電子束將在水平方向作周期性地從一邊勻速移動(dòng)到另一邊，如果鋸齒波的周期較長(zhǎng)，在熒光屏上可以看到電子束的移動(dòng)過程，如果鋸齒波的周期足夠短，熒光屏上將只顯示一條水平亮線。如果在水平偏轉(zhuǎn)板加上一個(gè)鋸齒波電壓的同時(shí)，在豎直偏轉(zhuǎn)板加上一個(gè)周期性變化的電信號(hào)，電子束在水平勻速移動(dòng)的同時(shí)還在豎直方向隨周期性電信號(hào)的變化而移動(dòng)，熒光屏上將顯示出加在豎直偏轉(zhuǎn)板上的電信號(hào)的變化規(guī)律——波形。當(dāng)豎直方向電信號(hào)的周期與水平方向鋸齒波電壓的周期相同或?yàn)槠湔麛?shù)倍，熒光屏上的圖形將通過一次次的掃描得到同步再現(xiàn)，從而顯示出豎直方向電信號(hào)穩(wěn)定的波形。2.李薩如圖形如果在示波器的X軸和Y軸上都輸入正弦波電壓，且使它們的頻率相等或成整數(shù)比，屏幕上將呈現(xiàn)光點(diǎn)特殊形狀的軌跡圖形，稱為李薩如圖形。三.儀器ST16B示波器，DF1631功率函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，THF-1簡(jiǎn)易函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。四.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1.描繪示波器機(jī)內(nèi)正弦波（市電）波形方法：把示波器校準(zhǔn)信號(hào)接入示波器的Y輸入端口，示波器X輸入的觸發(fā)方式選擇“自動(dòng)”，即可看到50Hz的正弦交流信號(hào)。通過調(diào)節(jié)選擇時(shí)間掃描旋鈕，可以改變屏幕顯示的波形的個(gè)數(shù)。兩個(gè)和三個(gè)完整周期的波形描繪如下：2.描繪信號(hào)發(fā)生器三角波和方波信號(hào)的波形方法：把DF1631功率函數(shù)信號(hào)發(fā)生器電壓輸出端口接入示波器的Y輸入端口，示波器X輸入的觸發(fā)方式選擇“自動(dòng)”；分別選擇信號(hào)發(fā)生器輸出波形為三角波和方波，同時(shí)適當(dāng)選擇示波器Y輸入電壓旋鈕和X輸入時(shí)間掃描旋鈕，可以改變屏幕顯示的波形的個(gè)數(shù)。三個(gè)完整周期的波形描繪如下：3.描繪李薩如圖形特征變化圖方法：把示波器校準(zhǔn)信號(hào)接入示波器的Y輸入端口，把DF1631功率函數(shù)信號(hào)發(fā)生器電壓輸出端口接入示波器的X輸入端口，此時(shí)示波器X輸入的觸發(fā)方式選擇“外接”。選擇信號(hào)發(fā)生器輸出波形正弦波，改變信號(hào)發(fā)生器輸出頻率分別為50Hz、25Hz和150Hz。適當(dāng)選擇示波器Y輸入電壓旋鈕和X輸入時(shí)間掃描旋鈕，可以在屏幕顯示不同的李薩如圖形。波形描繪如下：fy:fx=50:50時(shí)的李薩如圖像特征變化圖(a)相位差為0(b)相位差為pi/4(c)相位差為pi/2(d)相位差為3pi/4(e)相位差為pify:fx=50:25時(shí)的李薩如圖像特征變化圖(a)相位差為pi/4(b)相位差為pi/3（c）相位差為pi/2(d)相位差為2pi/3(e)相位差為3pi/4fy:fx=50:150時(shí)的李薩如圖像特征變化圖(a)相位差為0(b)相位差為pi/4(c)相位差為pi/2(d)相位差為3pi/4(e)相位差為pi4.利用李薩如圖形測(cè)量未知頻率THF-1簡(jiǎn)易函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的頻率方法：把THF-1簡(jiǎn)易函數(shù)信號(hào)發(fā)生器信號(hào)接入示波器的Y輸入端口，把DF1631功率函數(shù)信號(hào)發(fā)生器電壓輸出端口接入示波器的X輸入端口，此時(shí)示波器X輸入的觸發(fā)方式選擇“外接”。選擇兩信號(hào)發(fā)生器輸出波形均為正弦波。適當(dāng)選擇示波器Y輸入電壓旋鈕和DF1631功率函數(shù)信號(hào)發(fā)生器電壓輸出幅度，使屏幕顯示圖像大小合適。通過頻率調(diào)節(jié)旋鈕改變DF1631功率函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出頻率，同時(shí)觀察示波器屏幕的圖像變化。當(dāng)屏幕出現(xiàn)一個(gè)較穩(wěn)定橢圓時(shí)，此時(shí)DF1631功率函數(shù)信號(hào)發(fā)生器所顯示頻率即為THF-1簡(jiǎn)易函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)的頻率。所測(cè)該THF-1簡(jiǎn)易函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出頻率為：。5.描繪THF-1簡(jiǎn)易函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出的半波整流、全波整流和衰減波波形。五.分析討論題示波器能否用來測(cè)量直流電壓？如果能測(cè)，則應(yīng)如何進(jìn)行？答：示波器能測(cè)量直流電壓。具體進(jìn)行測(cè)量時(shí)應(yīng)按下述步驟：示波器X軸輸入鋸齒波掃描，即“自動(dòng)”位置。將Y軸輸入耦合開關(guān)撥至“DC”位置。使“Y輸入”端接地，觀察時(shí)基線位置，將其移至屏幕某一確定位置。確定未知電壓在屏幕上位置：將待測(cè)直流電壓接入“Y輸入”端時(shí)，基線在Y方向產(chǎn)生位移，選擇適當(dāng)“Y衰減”檔時(shí)，使基線的位移控制在屏幕的有效工作范圍內(nèi)，記下此時(shí)基線在Y軸方向的位置。定標(biāo)：保持步驟4的各旋鈕位置不變，將“Y輸入”端與帶有電壓數(shù)字指示的直流穩(wěn)壓電源相接。分別記下直流電壓在1V，2V，3V……時(shí)屏幕上的基線在Y軸方向移動(dòng)所處位置，并標(biāo)上對(duì)應(yīng)的電壓值，將待測(cè)電壓時(shí)基線所示位置與上述標(biāo)定值比較，即可確定待測(cè)直流電壓值。9實(shí)驗(yàn)名稱用交流電橋測(cè)量電感和電容一.目的與要求1.掌握交流電橋的基本原理和調(diào)節(jié)方法。2.學(xué)會(huì)使用交流電橋測(cè)電容、電感及其有關(guān)參數(shù)。二.原理簡(jiǎn)述I4I4電橋平衡時(shí)=0，C、D兩點(diǎn)的電位相等上式各量分別為四臂上復(fù)數(shù)電壓，平衡時(shí)滿足條件圖1（1）圖1如果把阻抗寫成如下形式，，，其中為幅模，為幅角，代入（1）式得=（2）從而得到交流電橋平衡的另一種表達(dá)式1.用比較法測(cè)電感L及品質(zhì)因素Q電路圖如圖2，待測(cè)電感LX（其損耗電阻為RX），由圖可知===圖2=圖2其中，R=R3+RL（RL為L(zhǎng)3的損耗電阻）。則當(dāng)電橋平衡時(shí)，可得：=按實(shí)部、虛部分別相等，則得，（5）電感器LX的品質(zhì)因素Q=（6）2.用比較法測(cè)電容C及損耗因素電路圖如圖3。待測(cè)電容CX用的是串聯(lián)型等效電路(適用于測(cè)量損耗小的電容)。由圖可知=，==，=當(dāng)電橋平衡時(shí)，可得：=按實(shí)部、虛部相等分別相等，則得：圖3，（7） 圖3電容損耗因素三.實(shí)驗(yàn)儀器THMJ-2型R、L、C交流電路綜合實(shí)驗(yàn)箱，萬用表，XC2810A型LCR自動(dòng)測(cè)量?jī)x。四.實(shí)驗(yàn)方法1.測(cè)量電感Lx及其品質(zhì)因素Q(1)按圖2連接線路,R2、R3、R4接TR1、TR2、TR3，L3用TL。為方便計(jì)算取R2=R4，選取f＝1000Hz，交替調(diào)節(jié)TL和TR2直至電橋達(dá)到平衡（交流指零表趨向于0），讀出TL值及TR2值。(2)用LCR自動(dòng)測(cè)量?jī)x測(cè)出L3的損耗電阻RL。(3)將待測(cè)電感Lx1換成Lx2，重復(fù)上述步驟進(jìn)行測(cè)量。根據(jù)各測(cè)量值，依照式（5），算出Lx1、Lx2及Rx1、Rx2，并根據(jù)頻率計(jì)的讀數(shù)，由式（6）算出品質(zhì)因素Q1、Q2。(4)選取Lx1用五個(gè)不同頻率測(cè)電感和品質(zhì)因素。方法同上。2.測(cè)量電容C及損耗因素(1)按圖3連接線路，CS用TC，R2、R3、R4接TR1、TR2、TR3，R2=R4=1KΩ，f＝1000Hz。交替調(diào)節(jié)TC和TR2，直至電橋趨向平衡，記錄TC和TR2的值。根據(jù)（7）式算出Cx和Rx的值。(2)再根據(jù)f，由（8）式算出損耗因素。(3)三個(gè)待測(cè)電容Cx1、Cx2和Cx3都用上述方法測(cè)量。(4)另外選Cx1用5個(gè)不同頻率進(jìn)行測(cè)量。五.數(shù)據(jù)處理表1f＝1000Hz時(shí)電感的測(cè)量（R2＝R4＝1K）測(cè)量值待測(cè)元件Lx13232Lx255計(jì)算公式：。表2不同頻率時(shí)電感的測(cè)量（R2＝R4＝7K）頻率f/Hz5047471005151501333349993131100073131從表中可以看出，當(dāng)頻率較低（小于100Hz）時(shí)，電感測(cè)量值變化較大。表3電容的測(cè)量（f＝1000Hz，R2＝R4＝1K）測(cè)量值待測(cè)元件Cx1000Cx2000Cx3000計(jì)算公式：表4不同頻率時(shí)電容的測(cè)量（R2＝R4＝7K）頻率f/Hz50100500100010035000從表4可以看出：測(cè)量結(jié)果基本上不受頻率影響。六.分析討論1.試結(jié)合實(shí)驗(yàn)分析，測(cè)量結(jié)果的誤差主要來源于電橋中的哪些因素。答：誤差主要來源于以下因素：（1）調(diào)節(jié)元件的誤差，其中（2）導(dǎo)線電阻及接觸電阻。（3）頻率選擇的影響，不同頻率時(shí)感抗、容抗不同，而電感、電容一般都存在能耗。（4）調(diào)節(jié)平衡時(shí)，交流指零表一般不能調(diào)到零。2.頻率在實(shí)驗(yàn)中的影響答：從測(cè)量結(jié)果來看，不同頻率對(duì)電感的影響較大，而對(duì)電容基本上沒有影響。10實(shí)驗(yàn)名稱吊片法測(cè)量液體的表面張力一.目的與要求：1.學(xué)習(xí)吊片法測(cè)量液體表面張力的原理和方法；2.學(xué)習(xí)表面活性劑臨界膠束濃度的測(cè)量方法。二.原理簡(jiǎn)述：由于液相和氣相的密度差異，在液體表面存在著收縮張力，使表面積縮到最小。表面上單位長(zhǎng)度上的張力稱為表面張力.液體的許多現(xiàn)象與表面張力有關(guān),例如:毛細(xì)現(xiàn)象、潤(rùn)濕現(xiàn)象、泡沫的形成等。液體表面張力和物質(zhì)種類、溫度、濃度、電解質(zhì)、有機(jī)醇含量等多種因素有關(guān)。測(cè)量液體表面張力的方法很多，如吊片法、毛細(xì)管上升下降法、吊環(huán)法等等。θθ本實(shí)驗(yàn)采用吊片法，如圖1所示，將蓋玻片、云母片、濾紙等豎平板插入液體，使其底邊與液面接觸，測(cè)定吊片脫離液體所需與表面張力相抗衡的最大拉力F，也可將液面緩慢地上升至剛好與吊片接觸，并將吊片加工成粗糙表面和處理得非常潔凈，使吊片被液體濕潤(rùn)，接觸角θ→0，cosθ→1，同時(shí)吊片厚度t和底邊長(zhǎng)lθθ圖1吊片法測(cè)量表面張力示意圖 圖1吊片法測(cè)量表面張力示意圖圖2表面活性劑性質(zhì)隨濃度變化圖吊片法直觀可靠，不僅可以測(cè)量純液體(如水，乙醇等)和溶液的表面張力，還可以用來測(cè)量表面活性劑的臨界膠束濃度(cmc).表面活性劑是一類能顯著降低水的表面張力的物質(zhì)，它的分子一般是由親油基和親水基兩部分組成。從圖2表面活性劑水溶液表面張力隨濃度的變化曲線可以看到，少量的表面活性劑加到水中，就能使表面張力急劇下降，當(dāng)濃度增大到某一臨界值時(shí)，表面張力降至最低，繼續(xù)增大濃度，表面張力又幾乎保持恒定。其中的臨界點(diǎn)（圖中陰影部分），稱為臨界膠束濃度cmc，是表征表面活性劑表面活性的重要參數(shù)之一。如圖2所示，在cmc附近，表面活性劑的洗滌作用、密度等許多性質(zhì)都會(huì)發(fā)生很大變化，使用表面活性劑時(shí)，濃度一般要比cmc稍大，否則其性能不能充分發(fā)揮，而濃度過高是不必要的。圖2表面活性劑性質(zhì)隨濃度變化圖三.實(shí)驗(yàn)儀器：高精度的電子天平（最小讀數(shù)為1mg），剪刀，精密濾紙，毫米尺，200mL燒杯，滴管，去離子水，高濃度的十二烷基苯磺酸鈉水溶液儲(chǔ)備液（C0=%）。四.實(shí)驗(yàn)方法：1.測(cè)量純水的表面張力（a）將干凈濾紙剪成邊長(zhǎng)約cm的長(zhǎng)方形小條，測(cè)量底邊長(zhǎng)l后，固定在與天平相連的掛鉤上，調(diào)整紙片，使下底邊保持在水平狀態(tài)；（b）一定量的去離子水加入潔凈的燒杯內(nèi)并置于伸降臺(tái)上，調(diào)節(jié)升降臺(tái)，待紙片為液體潤(rùn)濕后，將紙片脫離液面，此時(shí)天平讀數(shù)m0為吊片的質(zhì)量，將天平置“0”；（c）接觸法測(cè)量最大拉力：調(diào)節(jié)升降臺(tái)，使液面緩緩上升，直至吊片底邊剛好和液面接觸，記錄下天平的讀數(shù)m；（d）脫離法測(cè)量最大拉力：升高液面，使部分吊片浸入液面以下，調(diào)節(jié)升降臺(tái)使液面緩緩下降，直到吊片即將脫離液面，記錄下此時(shí)的讀數(shù)m’；（e）重復(fù)操作步驟（c）、（d），共測(cè)量6次；2.脫離法測(cè)量表面活性劑水溶液的臨界膠束濃度cmc（a）稱出潔凈燒杯重量m杯，然后加入約35ml的去離子水，用天平稱出水和燒杯總量為m水+杯,取下燒杯后置天平為“0”；（b）用滴液管滴加1滴表面活性劑儲(chǔ)備液，輕輕搖晃，待溶液混合均勻后，用脫離法(參見操作1(d))測(cè)量濃度為C1的表面活性劑溶液的天平增量m1’；（c）逐漸增加表面活性劑的加入量,記錄下不同濃度下Ci下的天平增量mi’，直到表面張力基本上不再變化，記錄下總的滴加量n總；（d）稱出燒杯的總質(zhì)量m總.五.數(shù)據(jù)記錄與處理：1.純水表面張力的測(cè)量表I純水表面張力測(cè)量（l=,Δm儀=，Δl儀=）Times123456averagem（g）m'（g）接觸法：,脫離法測(cè)量數(shù)據(jù)處理同上：,,,A=%從天平的讀數(shù)來看，本實(shí)驗(yàn)測(cè)量水的表面張力的重復(fù)性很好，隨機(jī)誤差小于儀器誤差；脫離法測(cè)量得到的表面張力大于接觸法，說明吊片正好和液面接觸時(shí)，由于表面張力的作用，部分吊片被拉入液面以下，該部分吊片受到浮力的作用，使的天平測(cè)量得到的拉力偏小，而脫離法則消除了浮力的影響，測(cè)到的表面張力更加準(zhǔn)確；脫離法、接觸法測(cè)量得到的水的表面張力，均小于室溫下的標(biāo)準(zhǔn)值，由多種原因造成，如水的純度、溫度等，詳見分析討論第2題。2.十二烷基苯磺酸鈉表面活性劑水溶液臨界膠束濃度cmc的測(cè)量表II表面活性劑水溶液表面張力隨濃度變化（Δm儀=，Δl儀=）l=2.00cm,m杯=101.640g，m杯+水=133.806g，m總=166.770g，C0=%N/dropmi/gC(wt%)Υ(mN/m)158111520253651圖3表面活性劑表面張力隨濃度的變化 圖3表面活性劑表面張力隨濃度的變化m水=m杯+水-m杯=32.166gΔm滴=m總-m杯+水=，單滴溶液m滴=51=濃度c和相應(yīng)的表面張力數(shù)據(jù)結(jié)果如表I所示，數(shù)據(jù)處理舉例如下：當(dāng)N=15滴時(shí)，C15=%×(15×/(15×+=%表面活性劑水溶液表面張力隨濃度變化如圖1所示，cmc≈%（wt%）,和理論值%比較接近。六.分析討論：1.吊片用濾紙為材料，有什么優(yōu)點(diǎn)和不足？濕濾紙和水溶液的接觸角→0，可以避開接觸角的測(cè)量，濾紙的厚度和邊長(zhǎng)相比非常小，可以忽略不計(jì)，同時(shí)濾紙價(jià)格便宜，便于更換，濾紙邊長(zhǎng)也可以根據(jù)需要即時(shí)調(diào)整；不足之處是溶液中的表面活性劑可能粘附在紙片上，使表面張力的測(cè)量不夠準(zhǔn)確。2.分析純水的表面張力與室溫下公認(rèn)值有誤差的可能原因。純水表面張力和溫度、水的純度、吊片清潔程度、接觸角，以及吊片邊長(zhǎng)長(zhǎng)度、吊片的位置、天平的精確程度、讀數(shù)穩(wěn)定性等等多種因素有關(guān)，因此測(cè)量得到的表面張力和理論值可能會(huì)存在一定的差距。11實(shí)驗(yàn)名稱溫度電測(cè)法一.目的與要求1.掌握電阻溫度計(jì)測(cè)量溫度的基本原理和方法。2.學(xué)習(xí)采用不平衡電橋測(cè)非電量的標(biāo)定方法。3.了解熱電偶測(cè)溫原理。4.學(xué)習(xí)標(biāo)定熱電偶的方法。5.進(jìn)一步熟悉電勢(shì)差計(jì)的使用方法。二.原理1.電阻溫度計(jì)與不平衡電橋在－50～150℃范圍內(nèi)銅電阻的阻值隨溫度變化的關(guān)系為：式中R0，Rt分別為溫度0度和溫度t度時(shí)的電阻值，A、B、C為參數(shù)。利用金屬的這種性質(zhì)來測(cè)量介質(zhì)溫度的儀器稱為電阻溫度計(jì)。它一般由銅電阻和不平衡電橋組成。圖1不平衡電橋如果Rt、RA、RB和R配合適當(dāng)，可使電橋平衡，電流計(jì)G中無電流流過。若溫度變化使Rt值變化，則電橋處于不平衡狀態(tài)，G中有電流流過。一定的溫度t對(duì)應(yīng)一定的Rt，而Rt又對(duì)應(yīng)于一定的It和G的偏轉(zhuǎn)量。所以只要事先對(duì)G標(biāo)定，就可以根據(jù)G的偏振量連續(xù)地測(cè)量溫度。G的標(biāo)定利用教材p183頁(yè)銅電阻Rt與t的關(guān)系。在圖1中取一標(biāo)準(zhǔn)電阻箱代替Rt，使RA：RB＝1：1。若從－50℃開始標(biāo)定，則R取?；若從0℃開始標(biāo)定，則取R為?。然后取電阻箱的阻值為?（或?）可使電橋平衡，在G指針指零處，刻上－50℃（或0℃）。然后依次取電阻箱的阻值為附表中所列的數(shù)值，并在指針相應(yīng)偏轉(zhuǎn)的各個(gè)位置刻上相應(yīng)的溫度值。這樣，在電阻箱換回Rt后，就可以由不平衡電橋中電流計(jì)的偏轉(zhuǎn)量直接讀出溫度。2.熱電偶測(cè)溫原理與標(biāo)定圖2熱電偶示意圖把兩種不同的金屬兩端彼此焊接組成閉合回路，若兩接點(diǎn)的溫度不同，回路中就產(chǎn)生溫度差電動(dòng)勢(shì)。這兩種金屬的組合叫熱電偶。溫差電動(dòng)勢(shì)的大小除了和組成的熱電偶材料有關(guān)外，還決定于兩接點(diǎn)的的溫度差。將一端的溫度t0固定(稱為冷端，實(shí)驗(yàn)中利用冰水混合物)，另一端的溫度t改變(稱為熱端)，溫差電動(dòng)勢(shì)亦隨之改變。電動(dòng)勢(shì)和溫差的關(guān)系較復(fù)雜，其第一級(jí)近似式為式中a稱為熱電偶的溫差電系數(shù)，其大小取決于組成熱電偶的材料。熱電偶可以用電測(cè)量溫度。用一只已知α值的熱電偶，一端溫度固定不變，另一端與待測(cè)物體接觸，再用電位差計(jì)測(cè)出熱電偶回路的電動(dòng)勢(shì)，就可以求出待測(cè)溫度。由于溫差電動(dòng)勢(shì)較低，因此在實(shí)驗(yàn)中利用電位差計(jì)來測(cè)量。用實(shí)驗(yàn)測(cè)定溫差電動(dòng)勢(shì)與測(cè)溫端溫度的關(guān)系曲線，稱為溫差電偶的定標(biāo)。定標(biāo)方法有兩種：（１）定點(diǎn)法。利用已知的幾個(gè)固定點(diǎn)溫度，例如：水的沸點(diǎn)、水的三相點(diǎn)、氮的三相點(diǎn)、某些純金屬的凝固點(diǎn)等，作為已知溫度，測(cè)出溫差電偶在這些已知溫度下的電動(dòng)勢(shì)，用最小二乘法以多項(xiàng)式擬合實(shí)驗(yàn)曲線，求出溫差電系數(shù)等常數(shù)。（２）比較法。用標(biāo)準(zhǔn)測(cè)溫儀（水銀溫度計(jì)）與未知溫差電偶置于同一恒溫加熱器中，改變溫度進(jìn)行對(duì)比，也可作出Ｅ～ｔ定標(biāo)曲線，本實(shí)驗(yàn)即采用比較法對(duì)銅－康銅溫差電偶進(jìn)行定標(biāo)。三.儀器1.銅電阻、電阻箱、標(biāo)準(zhǔn)電阻、微安表、穩(wěn)壓電源、開關(guān)、恒溫裝置、溫度計(jì)2.銅－康銅熱電偶、電勢(shì)差計(jì)、保溫瓶、控溫保溫管式電爐、水銀溫度計(jì)四.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟（一）電阻溫度計(jì)的標(biāo)定與測(cè)溫1.按圖1連接電路，Rt處接標(biāo)準(zhǔn)電阻箱。2.標(biāo)定，在微安表上各偏轉(zhuǎn)量處刻上對(duì)應(yīng)的溫度。本實(shí)驗(yàn)標(biāo)定范圍為0～100℃3.檢驗(yàn)，用標(biāo)定好的電阻溫度計(jì)分別測(cè)量不同溫度的水溫，同時(shí)與水銀溫度計(jì)測(cè)出的結(jié)果進(jìn)行比較。（二）熱電偶標(biāo)定1.連接電路。將熱電偶的電壓端接到電位差計(jì)上“未知”端。注意極性，對(duì)銅-康銅熱電偶中康銅斷開，對(duì)應(yīng)冷端為正，相反為負(fù)。電路如圖3所示。圖32.校準(zhǔn)工作電流先將電位差計(jì)上功能開關(guān)K調(diào)至“標(biāo)準(zhǔn)”，調(diào)節(jié)面板右上角的“電流調(diào)節(jié)”旋鈕，使檢流指“0”，此時(shí)工作電流即調(diào)好了。3.測(cè)出室溫下的初始電動(dòng)勢(shì)先將K撥至“未知”，然后，調(diào)節(jié)右下方的讀數(shù)盤，使檢流計(jì)指“0”，同時(shí)讀出溫度計(jì)和電位差計(jì)上讀數(shù)盤的數(shù)值。要注意的面板上“倍率”開關(guān)，根據(jù)電勢(shì)差太小，合理選擇倍率。4.加熱測(cè)測(cè)量自40℃起，每升高20℃測(cè)量一組t和E，測(cè)量到260℃。五.數(shù)據(jù)處理與分析1.電阻溫度計(jì)的標(biāo)定與測(cè)溫（1）電阻溫度計(jì)標(biāo)定表頭示意圖電阻溫度計(jì)最小刻度5℃。（2）水溫測(cè)定記錄酒精溫度計(jì)最小分度為1℃；銅電阻溫度計(jì)最小分度為5℃。酒精溫度計(jì)銅電阻溫度計(jì)冷水19.318熱水54.653熱電偶標(biāo)定次數(shù)t0（℃）（冷端）t（℃）（熱端）δt（℃）（溫差）E（mV）1404020606038080410010051201206140140716016081801809200200102202201124024012260260圖4熱電偶的E～δt關(guān)系從圖4中的擬合結(jié)果可以得到，本實(shí)驗(yàn)所使用的銅－康銅熱電偶的溫差電系數(shù)a=?10-3℃-1。12實(shí)驗(yàn)名稱霍爾法測(cè)量鐵磁材料的磁滯回線和磁化曲線一.目的與要求1.了解產(chǎn)生霍爾效應(yīng)的機(jī)理。2.了解用霍爾效應(yīng)測(cè)量磁場(chǎng)的原理和基本方法3.認(rèn)識(shí)鐵磁物質(zhì)的磁化規(guī)律，測(cè)定樣品的磁化曲線。4.測(cè)繪樣品的磁滯回線，測(cè)定樣品的Hc、Br、Hm、Bm二.原理1.鐵磁材料的磁化及磁導(dǎo)率鐵磁物質(zhì)的磁化過程很復(fù)雜，這主要是由于它具有磁滯的特性。一般都是通過測(cè)量磁化場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度Ｈ和磁感應(yīng)強(qiáng)度Ｂ之間的關(guān)系來研究其磁性規(guī)律的。圖1起始磁化曲線和磁滯回線當(dāng)鐵磁物質(zhì)中不存在磁化場(chǎng)時(shí)，Ｈ和Ｂ均為零，即圖１中Ｂ～Ｈ曲線的坐標(biāo)原點(diǎn)０。隨著磁化場(chǎng)Ｈ的增加，Ｂ也隨之增加，但兩者之間不是線性關(guān)系。當(dāng)Ｈ增加到一定值時(shí)，Ｂ不再增加（或增加十分緩慢），這說明該物質(zhì)的磁化已達(dá)到飽和狀態(tài)。Ｈm和Ｂm分別為飽和時(shí)的磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度（對(duì)應(yīng)于圖中ａ點(diǎn)）。如果再使Ｈ逐漸退到零，則與此同時(shí)Ｂ也逐漸減少。然而Ｈ和Ｂ對(duì)應(yīng)的曲線軌跡并不沿原曲線軌跡ａ０返回，而是沿另一曲線ａｂ下降到Ｂr，這說明當(dāng)Ｈ下降為零時(shí)，鐵磁物質(zhì)中仍保留一定的磁性，這種現(xiàn)象稱為磁滯，Ｂr稱為剩磁。將磁化場(chǎng)反向，再逐漸增加其強(qiáng)度，直到Ｈ＝－Ｈc，磁感應(yīng)強(qiáng)度消失，這說明要消除剩磁，必須施加反向磁場(chǎng)Ｈc。Ｈc稱為矯頑力。它的大小反映鐵磁材料保持剩磁狀態(tài)的能力。圖１表明，當(dāng)磁場(chǎng)按Ｈm→０→－Ｈc→－Ｈm→０→Ｈc→Ｈm次序變化時(shí)，Ｂ所經(jīng)歷的相應(yīng)變化為Ｂm→Ｂr→０→－Ｂm→－Ｂr→０→Ｂm。于是得到一條閉合的Ｂ～Ｈ曲線，稱為磁滯回線。所以，當(dāng)鐵磁材料處于交變磁場(chǎng)中時(shí)（如變壓器中的鐵心），它將沿磁滯回線反復(fù)被磁化→去磁→反向磁化→反向去磁。在此過程中要消耗額外的能量，并以熱的形式從鐵磁材料中釋放，這種損耗稱為磁滯損耗?？梢宰C明，磁滯損耗與磁滯回線所圍面積成正比。2.Ｂ～Ｈ曲線的測(cè)量方法將待測(cè)的鐵磁材料做成環(huán)形樣品，繞上一組線圈，在環(huán)形樣品的中間開一極窄的均勻氣隙，在線圈中通以勵(lì)磁電流，則鐵磁材料即被磁化，氣隙中的磁場(chǎng)應(yīng)與鐵磁材料中的磁場(chǎng)一致。如果樣品截面的線度與氣隙的寬度比例恰當(dāng)，則氣隙中有一定區(qū)域的磁場(chǎng)是均勻的。若在線圈中通過的電流為I，則磁化場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度H為其中N為磁化線圈的匝數(shù)，為樣品平均磁路長(zhǎng)度。變化通電線圈中的勵(lì)磁電流，磁場(chǎng)強(qiáng)度H也作相應(yīng)的變化，用特斯拉計(jì)測(cè)得氣隙中均勻磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B與H的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即能得到該鐵磁材料的磁滯回線和磁化曲線，從中測(cè)得剩磁、矯頑力及飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度等表征鐵磁材料基本磁特性的物理量三.儀器HM–1霍爾法磁化曲線與磁滯回線實(shí)驗(yàn)儀，其中包括：SXG–2000數(shù)字式毫特計(jì)（實(shí)驗(yàn)儀的右側(cè)），量程2000mT；IS600恒流電源（實(shí)驗(yàn)儀的左側(cè)），可調(diào)恒定電流0~mA；實(shí)心鐵芯樣品（繞有2000匝勵(lì)磁線圈，截面長(zhǎng)2.00cm、寬2.00cm，氣隙間隔2.0mm，樣品的平均磁路長(zhǎng)度為24.00cm）四.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1.鐵磁材料磁隙磁場(chǎng)分布的測(cè)量和樣品退磁樣品氣隙中的磁場(chǎng)分布與橫向位置X有關(guān)，測(cè)試時(shí)，應(yīng)將毫特計(jì)的霍爾探頭置于磁感應(yīng)強(qiáng)度最大值的均勻區(qū)域內(nèi)。我們可以測(cè)量樣品中剩磁的磁感應(yīng)強(qiáng)度B與X的關(guān)系，來確定測(cè)試磁化曲線和磁滯回線時(shí)探頭的放置位置。轉(zhuǎn)動(dòng)霍爾探頭支架上的鼓輪，將探頭平行地插入氣隙，注意不能與樣品接觸。線圈通以一定的直流電流，用毫特計(jì)沿X方向等間隔（）測(cè)出磁場(chǎng)分布，以均勻區(qū)域內(nèi)最大值處為測(cè)量點(diǎn)。由于鐵磁材料中有剩磁存在，在測(cè)量磁化曲線和磁滯回線前必須對(duì)樣品進(jìn)行退磁處理。在測(cè)量點(diǎn)，將勵(lì)磁電流調(diào)到600mA，然后減小到零，再把電流反向，調(diào)到600mA，然后也調(diào)到零。這樣，不斷改變電流方向，同時(shí)逐漸減小勵(lì)磁電流的大小，重復(fù)上述過程直至毫特計(jì)示值為零，退磁完成。2.起始磁化曲線的測(cè)量。勵(lì)磁電流I以50mA為間隔從零開始逐漸增加，直至磁感應(yīng)強(qiáng)度B趨向飽和，即測(cè)得起始磁化曲線。3.磁滯洄線的測(cè)量。為了得到一個(gè)中心對(duì)稱而穩(wěn)定的磁滯回線，在測(cè)量磁滯回線之前必須對(duì)樣品進(jìn)行反復(fù)磁化，稱為磁鍛煉。磁鍛煉是這樣實(shí)現(xiàn)的：當(dāng)測(cè)量起始磁化曲線B增加得十分緩慢（即達(dá)到飽和狀態(tài)）時(shí)，勵(lì)磁電流Im，保持Im不變，把雙刀換向開關(guān)來回?fù)軇?dòng)10次即可。在拉動(dòng)開關(guān)時(shí)，觸點(diǎn)從接觸到斷開的時(shí)間應(yīng)該長(zhǎng)些。磁鍛煉后就可以測(cè)量磁滯回線。調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流從飽和電流Im開始，每隔50mA減小到零，然后雙刀換向開關(guān)將電流換向，電流反向從零增加（每隔50mA）到–Im，這樣使勵(lì)磁電流I經(jīng)Im→0→-Im→0→Im變化（每隔50mA），記錄相應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B值。由勵(lì)磁電流I可得到H。在直角坐標(biāo)紙上作鐵磁材料樣品的起始磁化曲線和磁滯回線，讀出該樣品的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm、矯頑力HC以及剩磁Br。由于H數(shù)據(jù)有效數(shù)字比較多，在直角坐標(biāo)紙上畫出B~H曲線不易，我們可以作B~I曲線，二者變化規(guī)律相同，同樣在圖上可讀出Bm和Br，至于矯頑力HC，可以先讀出IC（即對(duì)應(yīng)于HC的電流），再用公式H=計(jì)算得到。五.數(shù)據(jù)處理與分析1.鐵磁材料磁隙磁場(chǎng)分布X(mm)B(mT)X(mm)B(mT)X(mm)B(mT)X(mm)B(mT)磁隙磁場(chǎng)分布曲線如下圖所示：2.鐵磁材料起始磁化曲線測(cè)量點(diǎn)位置XB=；勵(lì)磁電流I(mA)磁感應(yīng)強(qiáng)度B(mT)勵(lì)磁電流I(mA)磁感應(yīng)強(qiáng)度B(mT)3.鐵磁材料磁滯洄線勵(lì)磁電流I(mA)磁感應(yīng)強(qiáng)度B(mT)勵(lì)磁電流I(mA)磁感應(yīng)強(qiáng)度B(mT)勵(lì)磁電流I(mA)磁感應(yīng)強(qiáng)度B(mT)勵(lì)磁電流I(mA)磁感應(yīng)強(qiáng)度B(mT)勵(lì)磁電流I(mA)磁感應(yīng)強(qiáng)度B(mT)勵(lì)磁電流I(mA)磁感應(yīng)強(qiáng)度B(mT)勵(lì)磁電流I(mA)磁感應(yīng)強(qiáng)度B(mT)如圖可知，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm=；剩磁Br=；利用公式，矯頑力為：飽和磁化強(qiáng)度為：13實(shí)驗(yàn)名稱RC串聯(lián)電路暫態(tài)過程的研究一.目的與要求1.學(xué)習(xí)如何通過實(shí)驗(yàn)方法研究有關(guān)RC串聯(lián)電路的暫態(tài)過程。2.加深對(duì)電容特性的認(rèn)識(shí)和對(duì)RC電路特性的理解。3.用電壓表測(cè)和來研究RC串聯(lián)電路充放電電壓曲線。4.研究不同R(或C)的RC串聯(lián)電路的各種特性。5.由實(shí)驗(yàn)測(cè)量，并計(jì)算常數(shù)，將此值與理論公式求得的值進(jìn)行比較。6.用示波器觀察RC串聯(lián)電路的充放電電壓曲線和時(shí)間常數(shù)。7.用示波器觀察方波作用下的RC電路波形，進(jìn)一步研究電容的充放電特性。二.原理如下圖所示，在RC串聯(lián)電路中，當(dāng)開關(guān)K撥向1時(shí)，電源通過電阻R對(duì)電容C進(jìn)行充電。當(dāng)電容器充電達(dá)到穩(wěn)定后，把開關(guān)K撥向2，此時(shí)電容C通過R放電。這兩個(gè)過程就是RC電路的暫態(tài)過程。RC串聯(lián)電路對(duì)于電容C的充放電過程，用電容兩端的電壓可以表征為：（充電過程）（放電過程）從中可以看到，充放電的上升和下降時(shí)間取決于參量RC，稱為RC電路時(shí)間常數(shù)，其大小標(biāo)志著暫態(tài)過程的快慢。同時(shí)，也是反映暫態(tài)過程快慢的一個(gè)重要參量，即在放電過程中，下降到初始值的一半時(shí)所需的時(shí)間。，理論上證明，充放電電壓曲線的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間即是。三.儀器各種不同量值的電阻電容、數(shù)字電壓表、穩(wěn)壓電源、示波器、開關(guān)、秒表。四.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1.用電壓法測(cè)量充放電曲線。2.用示波器觀察輸入方波時(shí)的暫態(tài)過程。五.數(shù)據(jù)處理與分析1.用電壓法測(cè)量充放電曲線R=50000?；C=1000μF充電數(shù)據(jù)：t/sU/Vt/sU/Vt/sU/V560170107019015802102090230251002503011027035120290401303104514033050150350放電數(shù)據(jù)：t/sU/Vt/sU/Vt/sU/V560170107019015802102090230251002503011027035120290401303104514033050150350RC串聯(lián)電路充放電電壓曲線圖理論上證明，充放電電壓曲線的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間即是，直接從圖中可以讀出，當(dāng)R=50000?，C=1000μF時(shí)，s。又因?yàn)?；所以，?shí)驗(yàn)測(cè)量的＝＝而理論的時(shí)間常數(shù)＝50000??1000μF＝，時(shí)間常數(shù)的相對(duì)誤差為＝2.用示波器觀察輸入方波時(shí)的暫態(tài)過程固定電容C＝μF，改變不同的R的阻值，觀察在電壓幅值為，頻率f=2000Hz，即周期T=的方波作用下RC串聯(lián)電路的充放電過程。三種典型的曲線如下：（說明：圖中僅畫出了在第一個(gè)方波周期作用下的充放電過程，在連續(xù)方波作用下，第三個(gè)圖的曲線將是在一個(gè)電壓值上的鋸齒波形狀。）（1）當(dāng)C＝μF，R=?，此時(shí)。如圖可見，充電時(shí)，電路能夠迅速充電；而放電時(shí)，電路能夠快速放電。（2）當(dāng)C＝μF，R=0.2273K?時(shí)，此時(shí)。如圖可見，充電的半個(gè)周期內(nèi)，電路幾乎恰好能夠充滿；而在放電的半個(gè)周期內(nèi)，電路幾乎恰好能夠放完。（3）當(dāng)C＝μF，R=?時(shí)，此時(shí)。如圖可見，充電的半個(gè)周期內(nèi)，電路所充電還不到一半（左右）；而進(jìn)入放電的半個(gè)周期后，電路也不能將所充的電放完（左右）。因此，在連續(xù)的方波左右下，充放電曲線穩(wěn)定后，看到的將是一個(gè)幅值介于－之間的鋸齒波。14實(shí)驗(yàn)名稱聲速的測(cè)量一.目的與要求（1）共振干涉法（駐波法）和相位比較法（行波法）測(cè)量聲速的原理和方法。（2）加強(qiáng)對(duì)駐波及振動(dòng)合成等理論的理解。（3）了解壓電換能器的功能和培養(yǎng)綜合使用儀器的能力。二.原理聲速v、聲源振動(dòng)頻率f和波長(zhǎng)λ之間的關(guān)系為：v=fλ（1）可見，只要測(cè)得聲波的頻率f和波長(zhǎng)λ，就可求得聲速v。其中聲波頻率f可通過頻率計(jì)測(cè)得。本實(shí)驗(yàn)的主要任務(wù)是測(cè)量聲波波長(zhǎng)λ，常用的方法有駐波法和相位法。一.相位法波是振動(dòng)狀態(tài)的傳播，也可以說是相位的傳播。在波的傳播方向上的任何兩點(diǎn)，如果其振動(dòng)狀態(tài)相同或者其相位差為2π的整數(shù)倍，這兩點(diǎn)間的距離應(yīng)等于波長(zhǎng)的整數(shù)倍，即(n為一正整數(shù))（2）利用這個(gè)公式可精確測(cè)量波長(zhǎng)。若超聲波發(fā)生器發(fā)出的聲波是平面波，當(dāng)接受器端面垂直于波的傳播方向時(shí)，其端面上各點(diǎn)都具有相同的相位。沿傳播方向移動(dòng)接收器時(shí)，總可以找到一個(gè)位置使得接受到的信號(hào)與發(fā)射器的激勵(lì)電信號(hào)同相。繼續(xù)移動(dòng)接受器，直到找到的信號(hào)再一次與發(fā)射器的激勵(lì)電信號(hào)同相時(shí)，移過的這段距離就等于聲波的波長(zhǎng)。二.駐波法按照波動(dòng)理論，發(fā)生器發(fā)出的平面聲波經(jīng)介質(zhì)到接收器，若接收面與發(fā)射面平行，聲波在接收面處就會(huì)被垂直反射，于是平面聲波在兩端面間來回反射并疊加。當(dāng)接收端面與發(fā)射頭間的距離恰好等于半波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，疊加后的波就形成駐波。此時(shí)相鄰兩波節(jié)（或波腹）間的距離等于半個(gè)波長(zhǎng)（即λ/2）。當(dāng)發(fā)生器的激勵(lì)頻率等于駐波系統(tǒng)的固有頻率（本實(shí)驗(yàn)中壓電陶瓷的固有頻率）時(shí)，會(huì)產(chǎn)生駐波共振，波腹處的振幅達(dá)到最大值。聲波是一種縱波。由縱波的性質(zhì)可以證明，駐波波節(jié)處的聲壓最大。當(dāng)發(fā)生共振時(shí)，接收端面處為一波節(jié)，接收到的聲壓最大，轉(zhuǎn)換成的電信號(hào)也最強(qiáng)。移動(dòng)接收器到某個(gè)共振位置時(shí)，如果示波器上出現(xiàn)了最強(qiáng)的信號(hào)，繼續(xù)移動(dòng)接收器，再次出現(xiàn)最強(qiáng)的信號(hào)時(shí)，則兩次共振位置之間的距離即為λ/2。三.儀器聲速測(cè)量?jī)x，示波器，信號(hào)發(fā)生器四.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1.用駐波法測(cè)空氣中的聲速（1）按圖1連接電路，使S1和S2靠近并留有適當(dāng)?shù)目障叮箖啥嗣嫫叫星遗c游標(biāo)尺正交。圖1駐波法測(cè)聲速實(shí)驗(yàn)裝置圖（2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)室給出的壓電陶瓷換能片的振動(dòng)頻率f（約為40KHZ左右），將信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率調(diào)至f附近，緩慢移動(dòng)S2，當(dāng)在示波器上看到正弦波首次出現(xiàn)振幅較大處，固定S2，再仔細(xì)微調(diào)信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率，使熒光屏上圖形振幅達(dá)到最大，讀出共振頻率f。（3）在共振條件下，將S2移近S1，再緩慢移開S2，當(dāng)示波器上出現(xiàn)振幅最大時(shí)，記下S2的位置L0。（4）由近及遠(yuǎn)移動(dòng)S2，逐次記下各振幅最大時(shí)S2的位置為L(zhǎng)1、L2、…L11，共測(cè)12個(gè)以上。（5）用逐差法算出聲波波長(zhǎng)的平均值。2.用相位法測(cè)空氣中的聲速圖2相位法測(cè)聲速實(shí)驗(yàn)裝置圖(1)按圖2連接電路。(2)將示波器“秒/格”旋鈕旋至X-Y檔，信號(hào)發(fā)生器接示波器CH2通道，用李薩如圖形觀察發(fā)射波與接收波的位相差（示波器的使用請(qǐng)參見實(shí)驗(yàn)十四的附錄）。(3)在共振條件下，使S2靠近S1，然后慢慢移開S2，當(dāng)示波器上出現(xiàn)45°傾斜線時(shí)，微調(diào)游標(biāo)卡尺的微調(diào)螺絲，使圖形穩(wěn)定，記下S2的位置。(4)繼續(xù)緩慢移開S2，依次記下示波器上出現(xiàn)直線時(shí)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)L1’、L2‘…L11(5)用逐差法算出聲波波長(zhǎng)的平均值。(6)記下室溫t℃，根據(jù)聲速的理論公式計(jì)算t℃時(shí)聲速的理論值：式中：T=(t+K；V0=s(為T0=時(shí)的聲速)。V的單位為m/s。3.用駐波法測(cè)水中的聲速方法同步驟1，此時(shí)只是把S1和S2放入水槽中。此時(shí)壓電陶瓷換能片的振動(dòng)頻率f約為250KHZ左右。五.數(shù)據(jù)處理與分析1.逐差法（1）兩種測(cè)量方法均用逐差法處理：把12個(gè)數(shù)據(jù)分成兩組、，=j=1、2、3、4、5、6，，其中、（2）的計(jì)算，（3）聲速的計(jì)算（4）理論值的計(jì)算V0=331.45m/s（T0=），T=（t/℃+）K（5）百分誤差的計(jì)算×100％2.共振干涉法測(cè)空氣中的聲速共振頻率=室溫=℃123456Xi/mm789101112Xi/mm（ΔX）j/mm=23.199mm=××103××10-3m/smm=2m/sm/s，m/s×100％==％3.相位比較法測(cè)空氣中的聲速123456Xi‘/mm789101112Xi‘/mm=23.282mm，=××103××10-3=350m/s=2m/s，m/sm/s，×100％==％4.共振干涉法測(cè)量水中的聲速共振頻率=123456Xi‘/mm17.945789101112Xi‘/mm=17.507mm，=××103××10-3=1510.27m/s六.分析討論題如何調(diào)節(jié)與與判斷測(cè)量系統(tǒng)是否處于共振狀態(tài)？答：根據(jù)實(shí)驗(yàn)室給出的壓電陶瓷換能片的振動(dòng)頻率f（約為40KHZ左右），將信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率調(diào)至f附近，緩慢移動(dòng)S2，當(dāng)在示波器上看到正弦波首次出現(xiàn)振幅較大處，固定S2，再仔細(xì)微調(diào)信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率，使熒光屏上圖形振幅達(dá)到最大，讀出共振頻率f。15實(shí)驗(yàn)名稱動(dòng)態(tài)懸掛法測(cè)定金屬材料的楊氏模量一.目的與要求1.用動(dòng)態(tài)懸掛法測(cè)定金屬材料的楊氏模量。2.培養(yǎng)綜合應(yīng)用物理儀器的能力。3.學(xué)習(xí)用圖示法表達(dá)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。二.原理根據(jù)棒的橫振動(dòng)方程：（1）式中分別表示材料的密度、樣品（棒）的截面積、材料的楊氏模量、特定截面的慣量矩。求解方程，得圓形棒的楊氏模量為（2）式中為棒長(zhǎng)，為棒的界面直徑，為棒的質(zhì)量。若是矩形棒，則為（3）式中為棒長(zhǎng)，分別為棒的寬、厚，為棒的質(zhì)量。在實(shí)驗(yàn)中測(cè)出樣品棒的固有頻率，即可由（2）、（3）式計(jì)算出樣品的楊氏模量。在國(guó)際單位制中揚(yáng)氏模量的單位為牛頓·米-2。本實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。圖1動(dòng)態(tài)懸掛法測(cè)量揚(yáng)氏模量實(shí)驗(yàn)裝置圖將信號(hào)發(fā)生器輸出的等幅正弦波信號(hào)，經(jīng)過放大器加在激振器上，把電信號(hào)轉(zhuǎn)變成機(jī)械振動(dòng)，在由懸線把機(jī)械振動(dòng)傳給樣棒，使得樣棒受迫橫振動(dòng)。樣棒另一端的懸線把樣棒的振動(dòng)傳給拾振器，這時(shí)機(jī)械振動(dòng)又轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)放大后送到示波器上顯示。當(dāng)信號(hào)發(fā)生器的頻率不等于樣棒的固有頻率時(shí)，樣棒不發(fā)生共振，示波器顯示屏上的信號(hào)的幅度不大。當(dāng)信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)頻率等于樣棒的固有頻率時(shí)，樣棒發(fā)生共振，示波器上波形幅度突然增大，讀出此時(shí)的頻率為共振頻率。由于樣棒的固有頻率與共振頻率相差甚小，可作為樣棒的固有頻率。三.儀器懸掛法楊氏模量測(cè)量?jī)x，示波器，低頻信號(hào)發(fā)生器，電子秤，游標(biāo)卡尺，銅棒和不銹鋼圓棒樣品。四.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1.測(cè)定樣棒的長(zhǎng)度、直徑和質(zhì)量；2.在室溫下不銹鋼和銅的楊氏模量分別約為牛頓·米-2和牛頓·米-2，先估算出共振頻率，以便尋找共振點(diǎn)。3.分別測(cè)出不銹鋼棒和銅棒的固有頻率。4.利用（2）式分別計(jì)算出不銹鋼棒和銅棒的揚(yáng)氏模量。五.數(shù)據(jù)處理與分析1.圓形棒試樣的幾何尺寸和質(zhì)量；；;材料直徑d/mm長(zhǎng)度l/cm質(zhì)量m/g123456平均FeCu2.兩種材料的共振頻率測(cè)量次數(shù)123456平均FeCu鋼棒：；；＝所以，；；＝所以，所以，銅棒：；；＝所以，；；＝所以，所以，16實(shí)驗(yàn)名稱全息照相一.目的與要求1.了解光學(xué)全息照相的基本原理及其主要特點(diǎn)。2.學(xué)習(xí)靜態(tài)全息照相的拍攝方法和實(shí)驗(yàn)技術(shù)。3.了解全息照相再現(xiàn)物像的性質(zhì)、觀察方法。二.原理1.全息照相與全息照相技術(shù)照相是將物上各點(diǎn)發(fā)出或反射的光記錄在感光材料上。由光的波動(dòng)理論知道，光波是電磁波。一列單色波可表示為：（1）式中，A為振幅，為圓頻率，為波長(zhǎng)，為波源的初相位。一個(gè)實(shí)際物體發(fā)射或反射的光波比較復(fù)雜，但是一般可以看成是由許多不同頻率的單色光波的疊加：（2）因此，任何一定頻率的光波都包含著振幅（A）和位相兩大信息。光在傳播過程中，借助于它們的頻率、振幅和位相來區(qū)別物體的顏色（頻率）、明暗（振幅平方）、形狀和遠(yuǎn)近（位相）。普通照相是通過成像系統(tǒng)使物體成像在感光材料上，材料上的感光強(qiáng)度只與物體表面光強(qiáng)分布有關(guān)，因?yàn)楣鈴?qiáng)與振幅平方成正比，所以它只記錄了光波的振幅信息，無法記錄物體光波的位相差別。因此普通照相記錄的只能是物體的一個(gè)二維平面像，失去了立體感。全息照相不僅記錄了物體發(fā)出或反射的光波的振幅信息，而且把光波的位相信息也記錄下來，所以全息照相技術(shù)所記錄的并不是普通幾何光學(xué)方法形成的物體像，而是物光光波本身，它記錄了光波的全部信息，并且在一定條件下，能將所記錄的全部信息完全再現(xiàn)出來因而再現(xiàn)的物像是一個(gè)逼真的三維立體像。全息照相包含兩個(gè)過程：第一，把物體光波的全部信息記錄在感光材料上，稱為記錄過程；第二，照明已被記錄下來的全部信息的感光材料，使其再現(xiàn)原始物體的光波，稱為再現(xiàn)過程。全息照相的基本原理是以波的干涉為基礎(chǔ)的。所以除光波外，對(duì)其他的波動(dòng)過程如聲波、超聲波等也都適用。2.全息照相的基本過程--記錄和再現(xiàn)（1）全息照相記錄過程的原理--光的干涉。怎樣才能把物光的全部信息同時(shí)記錄下來呢？由物理光學(xué)可知，利用干涉的方法，以干涉條紋的形式就可以記錄物光的全部信息。記錄過程中所使用的光路如圖1所示。相干性好的He-Ne激光器發(fā)出激光束，通過分束鏡G分成兩束。其中一束光經(jīng)反射鏡M1反射，再由擴(kuò)束鏡L1將光束擴(kuò)大后均勻的照射到被攝物體D上，經(jīng)物體表面反射（或透射）后再照射到感光材料（實(shí)驗(yàn)中用全息感光膠片）H上，一般稱這束光為物光；另一束光經(jīng)反射鏡M2反射、L2擴(kuò)束后，直接均勻地照射到H上，一般稱這束光為參考光。這兩束光在膠片H上疊加干涉，出現(xiàn)了許多明暗不同的花紋、小環(huán)和斑點(diǎn)等干涉圖樣，被膠片H記錄下來，再經(jīng)過攝影、定影等處理，成了一張有干涉條紋的“全息照片”（或稱全息圖）。干涉圖樣的形狀反映了物光和參考光間的位相關(guān)系，干涉條紋明暗對(duì)比程度（稱為反差）反映了光的強(qiáng)度關(guān)系，干涉條紋的疏密則反映了物光和參考光的夾角。圖1全息照相光路（2）全息照相再現(xiàn)過程的原理--光的衍射我們知道，人之所以能看到物體，是因?yàn)閺奈矬w發(fā)出或反射的光波被人的眼睛所接收。所以，如果要想從全息照相的“照片”上看原來物體的像，直接觀察“照片”是看不到的，而只能看到復(fù)雜的干涉條紋。如果要看到原來物體的像，則必須使“照片”能再現(xiàn)原來物體發(fā)出的光波。這個(gè)過程就被稱為全息照片的再現(xiàn)過程。這一過程所利用的是光柵衍射原理。再現(xiàn)過程的觀察光路。一束從特定方向或與原來參考方向相同的激光束照明全息照片?！罢掌鄙厦恳唤M干涉條紋相當(dāng)于一個(gè)復(fù)雜的光柵，它使再現(xiàn)光發(fā)生衍射。我們沿衍射方向透過“照片”朝原來被攝物的方位觀察時(shí)，就可以看到一個(gè)完全逼真的三維立體圖像。如圖2所示。按光柵衍射原理，再現(xiàn)光將發(fā)生衍射，其+1級(jí)衍射光是發(fā)散光，與物體在原來位置時(shí)發(fā)出的光波完全一樣，將形成一個(gè)虛像，與原物體完全相應(yīng)，稱為真像；-