1、示范报告11 实验名称 电桥法测中、低值电阻一.目的和要求1.掌握用平衡电桥法测量电阻的原理和方法;2.学会自搭电桥，且用交换法测量电阻来减小和修正系统误差;3.学会使用 QJ-23 型惠斯登电桥测量中值电阻的方法;4.学会使用 QJ-42 型凯尔文双臂电桥测量低值电阻的方法;二.实验原理直流平衡电桥的基本电路如下图所示。图中 称为比率臂， 为可调的标准电阻，称为比较臂， 为待测电阻。在电BAR,Rs Rx路的对角线（称为桥路）接点 BC 之间接入直流检流计，作为平衡指示器，用以比较这两点的电位。调节 的大小，当检流计指零时，B，C 两点电位相等 ； s ABCUBDC，即 ； 。因为检流计中
2、无电流，所以 ， ，得到AISXIXISI电桥平衡条件 。RsxBA三.实验仪器直流电源，检流计，可变电阻箱，待测电阻，元器件插座板，QJ24a 型惠斯登直流电桥，QJ42 型凯尔文双臂电桥，四端接线箱，螺旋测微计四.实验方法1.按实验原理图接好电路；2.根据先粗调后细调的原则，用反向逐次逼近法调节，使电桥逐步趋向平衡。在调节过程中，先接上高值电阻 Rm，防止过大电流损坏检流计。当电桥接近平衡时，合上 KG以提高桥路的灵敏度，进一步细调；3.用箱式惠斯登电桥测量电阻时，所选取的比例臂应使有效数字最多。示范报告2五.数据记录与分析1.交换法研究自搭电桥的系统误差RA/RB=100/100 RB/
3、RA=100/100-RS() RS() RS 仪() RS() RS 仪() RS()RX2 294.7 300.9 0.3 0.2 0.3 0.2RX3 1976.0 2015.0 2 1 2 1，其中 是电阻箱示值， 是所用转盘个数，(0.1.02)SSm仪 Sm， ，2RRSS仪3XSR221XSSR所以 ，297.801X395.4082.不同比例臂对测量结果的影响RA/RB RS() RX1() 结论100/100 51.0 51.0100/1000 500.6 50.06100/10000 5125.6 51.256比例臂越小，有效数字位数越多，测量结果越精确。3.用箱式惠斯登电
4、桥测量电阻RX 比率 C RS() RX() 结果RX1 0.01 5098 50.98RX2 0.1 2990 299.0RX3 1 1990 1990比例臂 C 的选取应使有效数字位数最多，从而提高测量精度4.用开尔文电桥测量低值电阻铜棒平均直径 d3.975mm（多次测量取平均） （末读数初读数）铜棒长度/mm 240.00 280.00 320.00 360.00 400.00 440.00电阻值/10 -3 1.46 1.69 1.95 2.19 2.42 2.68电阻 ，由下图中的拟合直线得出斜率 ，24RLSd 069.42dk则电阻率 mk 82315.7410975.06.1
5、.34示范报告3六.分析讨论题当惠斯登电桥平衡后，若互换电源与检流计位置，电桥是否仍保持平衡？试说明之。答：电桥仍保持平衡。在互换电源与检流计位置前，电桥平衡条件为 ，RsxBA互换位置后的电桥线路如下。在新桥路内，若 ，检流计无电流通过，A，D 两点电位0Ig相等。则有 ，因而有sxIUBADABCA,;,的关系。这样 。即 就是互换位置IsRIxRBA; R/ RsxBA前的平衡条件。所以电桥仍保持平衡。示范报告42 实验名称 静 电 场 测 绘一.目的与要求1.学习用模拟法测绘静电场的分布。2.加强对电场强度和电势的概念。二.实验原理由于静电实验条件苛刻且不稳定，而稳恒电流的电场和相应的
6、静电场的空间是一致的，在一定的条件下，可以用稳恒电流的电场来模拟测绘静电场。静电场与稳恒电流场的对应关系为静 电 场 稳 恒 电 流 场导体上的电荷 Q电场强度 E介电常数 电位移 =D无荷区 0dS电势分布 2U极间电流 I电场强度 E电导率 电流密度 =J无源区 0dS电势分布 2U根据上表中的对应关系可知，要想在实验上用稳恒电流场来模拟静电场，需要满足下面三个条件：电极系统与导体几何形状相同或相似。导电质与电介质分布规律相同或相似。电极的电导率远大于导电质的电导率，以保证电极表面为等势面。以无限长同轴柱状导体间的电场为例，来讨论二者的等效性。设真空静电场中圆柱导体 A 的半径为 ，电势为
7、 ；柱面导体 B 的内径为 ，且 B 接地。导体单位长度带电aaUb （即线密度） 。根据高斯定理，在导体 A、B 之间与中心轴距离为 r 的任意一点的电场大小为(1)rE02电势为 rbUln20（2）导体 A 的电势可表示为示范报告5abUaln20（3）于是在距中心 处 r abrUarln（4）此时的场强为 Earl1（5）将 A、B 间充以电阻率为 、厚度为 的均匀导电质，不改变其几何条件及 A、B 的电位，则在 A、B 之间将形成稳恒电流场。设场中距中心线 r 点处的电势为 ，在 处宽度Ur为 的导电质环的电阻为 dr dsdR2（6）从 到 的导电质的电阻为 b rbbrln（7
8、）电极 A、B 间导电质的总电阻为 abRln2（8）由于 A、B 间为稳恒电流场，则 （9）Ura即 brln（10）比较（10）和（4）式可知，电流场中的电势分布与静电场中完全相同，可以用稳恒电流场模拟描绘静电场。根据（4）可以导出 或arUbarnUr1（11）三.实验仪器静电场描绘仪，坐标纸。四.实验操作步骤1.测量长的同轴圆柱体间的电场分布。（1）按照实验面板提示，选择检流计法，调整好仪器，选 。VUa10示范报告6（2）移动探针，分别取测量电位 为 ， ， 三个等势面，每组均匀分布 8rUV135点等势点，测出各等势点的坐标，并列表记录，将数据输入电脑处理，得到测量半径（对应有三个
9、测量半径） 。测r（3）将三个等势面的 ，并与（11）式的理论值 理 比较，并求百分误差。irr2.测量平行输电线间的电场分布（1）按照实验面板提示，选择电压法，调整好仪器，仍选 ；VUa10（2）移动探针，分别取测量电位 为 ， ， ， ， 三个等势面，每组rUV13579均匀分布 8 点等势点，曲率较大出取点应稍密。五.数据记录1.同轴电缆电流场模拟同轴圆柱带电静电场等势圆测绘（1）电极半径：正极 ，负极ma0.5mb0.75（2）等势点坐标1V 等势点坐标 3V 等势点坐标 5V 等势点坐标坐标序号 X1(cm) Y1(cm) X2(cm) Y2(cm) X3(cm) Y3(cm)1 2
10、.13 6.70 4.55 6.75 5.85 6.752 3.65 2.66 5.70 4.15 6.45 5.353 7.20 0.90 7.50 3.45 7.75 4.904 13.18 6.05 9.60 4.00 8.86 5.205 13.20 7.89 11.00 7.30 9.60 6.156 10.35 11.50 9.85 9.25 8.21 8.307 7.50 12.10 8.15 9.95 7.82 8.558 5.10 11.65 6.54 9.83 6.90 8.45示范报告7同 轴 电 缆 电 流 场 模 拟 同 轴 圆 柱 带 电 体 静 电 场 等 势 圆
11、 测 绘横 轴 ： 1cm： 1.00cm纵 轴 ： 1cm： 1.00cm0.001.002.003.004.005.006.007.008.009.0010.0011.0012.0013.000.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.0011.0012.0013.0014.00各等势圆的圆心坐标和半径计算结果电势值(V) 1 3 5X0(cm) 7.68 7.77 7.73Y0(cm) 6.55 6.72 6.69Rp(cm) 5.61 3.28 1.86（3）等势圆理论半径的计算及比较根据（11）式 及 ，arUb%10r理
12、 理测E当 时， ， ；VUr1cmr72.51.9当 时， ， ；r3315E当 时， ， ； r cr94.5.%2.平行输电线电流场模拟等值异号点电荷静电场等势线簇测绘示范报告8六.分析讨论题1.根据测绘的等势线和电场线的分布，试分析哪些地方场强较强，那些地方场强较弱？答：根据（11）式，电场强度的大小 与半径 成反比，越靠近内电极 A，电场越强，Er电场线越密。2.对电极和导电纸的电导率各有什么要求，为什么？两者相互接触的要求对实验结果有什么影响，为什么？答：导电纸的电导率应较小，而电极的电导率远大于导电纸的电导率，以保证电极表面为等势面，3 实验名称 刚体转动惯量的测量（扭摆）一.实
13、验要求与目的1.用扭摆测定多种形状物理的转动惯量和弹簧的扭转系数；2.观察刚体的转动惯量与质量分布的关系；3.验证平行轴定理；二.实验原理将物体在水平面内转过 角。在弹簧恢复力矩作用下，物体就开始绕垂直轴作往返扭转运动。根据虎克定律，弹簧受扭转而产生的恢复力矩与所转过的角度 成正比，即（1）Mk式中：为弹簧的扭转常数。根据转动定律（式中，为物体绕转轴的转动惯量， 为角加速度）得（2）I示范报告9令 ，忽略轴承摩擦阻力矩，由式（） 、式（）得2kI22dktI上述方程表示扭摆运动为简谐振动，角加速度与角位移成正比，且方向相反。此方程的解;式中：为简谐振动的角振幅； 为初相位角； 为圆频率。此简谐
14、cos()At振动的周期（3）2ITk由式（）可知，只要实验测得物体扭摆的摆动周期，并在和中任何一个量已知时即可计算出另一个量。本实验测量形状规则物体的转动惯量，它的质量和几何尺寸通过量具直接测量得到，再算出本仪器弹簧的值。若要测定其他形状物体的转动惯量，只需将待测物体安放在本仪器顶部的各种夹具上，测定其摆动的周期，由式（）即可算出该物体绕转动轴的转动惯量。理论分析证明，若质量为的物体绕通过质心轴的转动惯量为 I0时，当转轴平行移动距离时，则此物体对新轴的转动惯量变为 I0mx 2。这就是转动惯量的平行轴定理。三.实验内容与步骤1.实验内容（1）熟悉仪器的构造和使用方法。（2）测定扭摆弹簧的扭
15、转常数。（3）测定塑料圆柱体、金属圆筒、木球与金属细杆的转动惯量，并与理论计算值相比较，求百分误差。（4）改变滑块在细杆的位置，验证转动惯量平行轴定理。2.实验步骤（1）分别测出圆柱体直径，圆筒内外径以及细杆长度，并分别测出它们的质量。圆柱体直径、圆筒内外径、球体直径及细杆长度测量 3 次，取平均值；其中，圆柱体直径、圆筒外径和细杆长度用大游标卡尺测量，圆筒内径用小游标卡尺测量。圆柱体、圆筒、球体及细杆的质量用电子天平测量 1 次.（2）物盘、圆柱体、圆筒、球体和细杆的摆动周期。调整扭摆基座底脚螺钉，使水平仪中气泡居中。装上金属载物盘，并调整光电探头的位置使载物盘上挡光杆处于其缺口中央且能遮住
16、发射红外线的小孔。使用转动惯量测试仪测定摆动周期 T0；使用累积放大法测量 10 个周期，测量 3 次，取平均值。将塑料圆柱体、金属圆筒垂直放在载物盘上，测定其摆动周期 T1、 T 2，使用累积放大法测量 10 个周期，测量 3 次，取平均值。取下载物金属盘，装上木球，测定摆动周期 T3（计算木球的转动惯量时，应扣除支架的转动惯量） ，使用累积放大法测量 10 个周期，测量 3 次，取平均值。取下木球，装上金属细杆（金属细杆中心必须与转轴重合） 。测定摆动周期 T4（计示范报告10算金属细杆转动惯量时，应扣除支架的转动惯量） ，使用累积放大法测量 10 个周期，测量 3次，取平均值。（3）计算
17、出各物体绕中心对称轴转动的转动惯量的理论值。圆柱体 ；圆筒 ；球体 ；细长杆2118ImD228ID内 外 23310ImD244IL（4）由载物盘摆动周期 T0，塑料圆柱体的摆动周期 T1及圆柱体理论转动惯量值 ，1I算出弹簧的扭转系数 k 及载物盘的转动惯量 。0I21204kT0120I（5）计算各物体转动惯量的实验值。 204iikTII（6）验证转动惯量的平行轴定理。测出两滑块质量 ms及其内外径 Ds 内 、D s 外 和长度 Ls，将滑块对称放置在细杆两边的凹槽内，此时滑块质心离转轴距离分别为.，.，.，.，.，测定摆动周期。分别计算出对应转动惯量实验值（计算转动惯量时，应扣除支
18、架的转动惯量）： 24iikTII杆杆将测量值与平行轴定理理论值 比较，求出实验值与理论值的百分差，2ssmX其中两滑块绕质心转轴的转动惯量为： 2211()6sSSSIDL外内 （7）测出的各项有关数据输入计算机，检查实验结果。四. 数据记录示范报告11物体名称质量 ()g几何尺寸 ()cm周期 ()s转动惯量理论 值32(10)kgm实验值 32(10)kg百分误差(%8.218.2201T8.21金属载物盘 00.8212001TI0.54559.994 13.329.998 13.341D9.9921T13.33塑料圆柱1m714.9 19.994 11.3332118ImD0.892
19、62104kTII0.892609.998 16.599.998 16.602外9.9982D外9.99820T16.599.3549.356内29.354金属圆通2m720.3 内29.3542T1.659 218ImD(2外 )=1.6878 2104kTII1.6821 0.310.792 11.9110.794 11.913D10.79031011.90木球3m985.5 310.792 3T1.19123310ImD1.14782314kTI1.14800.0222.4822.4841022.49金属细杆4132.0L61.00（已知） 4T2.2482441IL4.0931241k
20、TI4.09010.081.各物体转动惯量理论值的计算圆柱体： =2118ImD3247.910.1032.89610kgm圆筒： 22内 外 3224(5)8 .6kgm球体： =23310ImD32495.10.791032.7810kgm示范报告12细长杆： =2441ImL3241.061.032.910kgm2.扭转系数 k 的计算由 0.821s， 1.333s， 0T11I32.892kgm 22104Ik322.604.32.510s3.各物体转动惯量的实验值计算1）载物盘的转动惯量 2001TI230.81.8961320.541kgm2）金属圆筒的转动惯量 204kTII3
21、232.9510.6590.41432.68210kg相对误差 2.68.7%.E3）木球的转动惯量 2304kTII32321.9501.90.5471432.4801kgm相对误差 3.8.7%.E4）细长杆的转动惯量 24kTI3221.950.4832.091kgm相对误差 41%.73E4.验证转动惯量的平行轴定理：滑块质量： 240.1g；滑块几何尺寸：长度3.318cm；外径3.504cm；内径0.596cm；两滑块绕过质心转轴的转动惯量理论值：=2211()6sSSSImDmL内 外 420.8971kgm示范报告13周期 ()sx2(10)m10TT实验值： 24kTI3(1
22、0)gm理论值： 2sIx3(10)kg百分误差 10%IE5.00 25.74 25.74 25.75 2.574 1.2722 1.2825 0.810.00 33.28 33.28 33.26 3.327 4.8684 4.8840 0.315.00 42.97 42.94 42.96 4.296 10.8465 10.8865 0.420.00 53.64 53.64 53.63 5.364 19.1962 19.2900 0.525.00 64.87 64.89 64.85 6.487 29.9671 30.0945 0.4如图中线性拟合的结果，直线的斜率为 478.103310-3
23、，也就是说 ，实验测239.0516gsm量 ，百分误差为 0.4%，同时，拟合所得的截距为 ，理论240.1gsm 2.84k计算值为 ，相对误差为 0.3%。42897km六.提问与讨论1.弹簧扭转系数 如何求得？示范报告14金属载物台绕转动轴的转动惯量为 ，对应的周期为 ，载物台上放上规则几何物体0I0T后的转动惯量为 ，此时周期为 ，根据周期公式有01IT02/Tk101I2.什么是测量周期的累积放大法？实验中每次测量 10 个周期，测量三次，再求平均，这样是为了消除测量单个周期引起的误差。3.如何验证平行轴定理？将滑块对称放置在细杆两边的凹槽内，此时滑块质心离转轴距离为 x，若质量为
24、的物体绕通过质心轴的转动惯量为 I0时，则此物体对新轴的转动惯量变为 I0mx 2。这是转动惯量的平行轴定理。在实验中，分别将 x 取不同的值，同时根据测得的周期算出对应的实验转动惯量，验证这些实验点是否呈线性关系，这就是平行轴定理的验证。4 实验名称 用波尔共振仪研究受迫振动 一.目的与要求1.研究波尔共振仪中弹性摆轮受迫振动的幅频特性和相频特性；2.观察在一定阻尼矩下的共振现象，测量阻尼系数；3.学习用频闪法测定运动物体的某些量。21204Ik示范报告15二.原理简述波尔共振仪是采用扭转摆轮在弹性力矩作用下自由摆动，在电磁阻尼力矩作用下作受迫振动来研究其特性的。当摆轮在有空气阻尼和电磁阻尼
25、的媒质中运动并受到策动力矩的作用，其运动方程为tMcos0 tMdtbkdtJcos02令 ， ， （ 为系统的固有频率， 为阻尼系数） 则有Jk20bm0tmdtt cos220当振动达到稳定状态时其振幅 2204)(它和策动力矩的相位差 20arctg其共振圆频率和振幅分别为，20r 20mr三.实验仪器ZKY-BG 波尔共振仪（同济大学）四.实验方法1.测量系统固有频率 0在摆轮自由振动时，振幅将不断衰减，需测量在不同振幅时相应的系统固有频率 。0测量在不同振幅时的振动周期 ，根据 ，计算系统固有圆频率 。初始振幅应0T02T0不小于 160 度。2.测量阻尼系数 选择“阻尼振荡” ，确
26、定一定的电磁阻尼力矩（选中“阻尼 1”状态） ，测量 10 个周期下各次的振幅。根据阻尼振动为 ， = ，利用对数逐te0)(0lnTten0l示范报告16差法，隔 5 项逐差， ，求出 值。5ln1iT3.测定受迫振动的幅频特性和相频特性确定阻尼状态（“阻尼 1”）不变，选中“强迫振荡” ，调节电机转速旋钮在 4-5 左右，打开“电机” ，待受迫振动稳定后，改变周期为“10” ，进行测量。并用频闪法测量受迫振动与周期性策动力矩的改变电机转速（策动力矩的周期） ，待稳定后重复测量一次，共测量9 个点，每次均要用频闪法测量相位差。五.数据处理1. 摆轮振幅与系统固有频率 关系0振幅（度）周期T0
27、（秒）固有频率 0（秒 -1）振幅（度）周期T0（秒）固有频率 0（秒 -1）振幅（度）周期T0（秒）固有频率 0（秒 -1）156 1.6357 3.8413 106 1.6365 3.8394 80 1.6370 3.8382139 1.6360 3.8460 104 1.6363 3.8399 79 1.6368 3.8387131 1.6358 3.8410 103 1.6365 3.8394 78 1.6370 3.8382126 1.6362 3.8401 91 1.6368 3.8387 57 1.6373 3.8375124 1.6360 3.8406 89 1.6366 3.
28、8392 56 1.6371 3.8380123 1.6362 3.8401 88 1.6368 3.8387 53 1.6373 3.8375108 1.6365 3.8394 86 1.6366 3.8392 52 1.6371 3.8380107 1.6363 3.8399 85 1.6368 3.83872.阻尼系数 i振幅（度）i振幅 （度）5i 5lnii振幅（度）i振幅 （度）5i 5lni1 154 102 0.4120 1 149 98 0.41902 142 94 0.4125 2 137 90 0.42023 130 86 0.4132 3 126 83 0.41744
29、120 79 0.4180 4 116 76 0.42295 110 72 0.4238 5 107 70 0.424310T=16.363s，T=1.6363s= =0.4159 ， = =0.42085lni5l1i 5lni5l1i= ， =51liT4159.063.52liT4208.63.=0.05083 =0.05143示范报告170513.24.0583.21 3.幅频特性和相频特性关系曲线强迫力矩周期T（秒）频率 （秒）振幅（度）扭簧对应的固有周期T0（秒）扭簧对应的固有频率 0（秒）相位差测量值（度）相位差理论值（度）频率比率/ r1.6823 3.7349 69 1.63
30、70 3.8282 25 26 0.97311.6620 3.7805 101 1.6365 3.8394 41 41 0.98471.6451 3.8193 124 1.6360 3.8406 54 54 0.99041.6451 3.8193 140 1.6360 3.8406 67 67 0.99451.6396 3.8321 149 1.6357 3.8413 80 80 0.99761.6341 3.8450 151 1.6357 3.8413 94 94 1.00101.6292 3.8566 144 1.6360 3.8406 107 107 1.00421.6237 3.869
31、7 130 1.6362 3.8401 120 120 1.00771.6171 3.8855 112 1.6365 3.8394 132 132 1.01201.6083 3.9067 90 1.6368 3.8387 143 143 1.01771.5888 3.9547 59 1.6373 3.8375 156 157 1.03054060801001201401600.96 0.98 1.00 1.02 1.04 / r幅度/ r幅频特性曲线如用直角坐标纸图示法作图，则横坐标取 1cm=0.0100，纵坐标取 1cm=10，坐标原点（0.960，40）为宜。示范报告18-180-150
32、-120-90-60-3000.96 0.98 1.00 1.02 1.04 / r相位差/ r 相频特性曲线如用直角坐标纸图示法作图，则横坐标取 1cm=0.0100，纵坐标取 1cm=20，坐标原点（0.960，-180）为宜。六.分析讨论本实验数据由控制仪采集，一般情况下数据记录不会有误，但应注意以下几点：1.在作自由振荡和阻尼振荡时，连杆的位置应使有机玻璃刻度盘刻线对准零刻度，否则位相差测量有较大误差。2.在作自由振荡和阻尼振荡时，初位移应160，使不同振幅所对应的系统固有频率的测量值覆盖受迫振动的测量范围。3. 周期测量产生的误差，可能来自于阻尼电流的不稳定而引起电磁阻尼力矩的变化和
33、光电门的松动。4.受迫振动要等到整个振动达到平衡时，即振幅不再变化、电机转动的周期和摆轮的转动周期不变且相等时才能打开测量开关。示范报告195 实验名称 分 光 计一.目的与要求：1.了解分光计的结构及基本原理，学习分光计的调整技术；2.学习用自准法和反射法测量三棱镜的顶角；3.通过测量三棱镜的最小偏向角求玻璃棱镜的折射率。二.原理简述：1.自准法测三棱镜顶角 。光路如图所示，光线垂直 射入，记下方位角AB，然后使光线垂直入射于 ，记下沿原路反射回1TC来的方位角 ，则 。22180T2.最小偏向角法测玻璃三棱镜的折射率。在棱镜中，经两次折射后的出射光线与入射光线 的夹角 称为偏向角。棱镜的顶
34、角 ，棱镜材料的折射率 及最小偏向角 的关系为nmin。i1s()2三.实验仪器：型分光计，三棱镜，平面反射镜，汞灯。JY四.实验方法：1.分光计的调整。（1）目测粗调，使望远镜、平行光管、载物台大致成水平状态；（2）自准法细调，实现绿色小十字和准线中的竖线相重合；（3）调节望远镜光轴垂直旋转中心轴：转动游标盘实现竖直线的重合， “减半逼近调节法”实现水平线的重合；（4）调整平行光管，使狭缝像在水平、竖直状态都能被十字线的水平线上下平分。2.自准法测三棱镜顶角。将毛面 对着平行光观，转动游标盘，使 面对准望远镜，调节游标盘微调螺丝，BCAB使绿色小十字与划丝上部十字完全重合，记下双游标读数 ，
35、 ；转动游标盘，使 面1TAC对准望远镜，同样记下 ， ，可得出顶角 ， ，2T802121T。121T3.最小偏向角的测量。打开汞灯，在视野中找到黄、绿、紫三条谱线，朝一个方向转动游标盘，找到最小偏向角，固定游标盘，调节望远镜微调螺丝，分别使三条谱线与竖直划丝重合，记下此时读数 ， （ ， 和 ， ） ，重复测量 5 次。取下三棱镜，再次转动游标盘，使望远1T23T示范报告20镜对准平行光管，调节望远镜微调螺丝使竖直划丝与白光狭缝重合，记下游标读数 ，0T0T五.数据记录：1.自准法测三棱镜顶角 ：（分光计游标： ）2T仪 2.测量玻璃三棱镜的折射率 ：n黄 绿 紫1T12T23T31 98
36、3027987940272 13 2334 981273987492745 16 023,01378T019六.数据处理：1.三棱镜顶角 1T1 21 23053092 3 11214 2530935 46 112示范报告21由 ， ， 。1802121T21T次数 1 2 3 4 5 660598989，59.41仪顶角的测量结果为 百分误差为 0%.359E2.最小偏向角： min12T次数 1 2 3 4 5 6黄光 黄 38488384绿光 绿 5635656紫光 紫 99973，384黄 0.41黄 仪，56绿 2绿 仪，97紫 .仪紫此棱镜对三种不同波长光的最小偏向角分别为： 38
37、41黄 黄 56绿 绿 97紫 紫 3.玻璃三棱镜折射率的测量： 根据公式 ，可以计算得1sin()2m； ； 1.58736n黄 1.50绿 1.5279n紫示范报告22折射率的标准误差根据公式22mnn222211sincosicos22nsicsicssinsinmmmmmm cos11cos2in2inmmm 222sicosninmmn计算的各折射率的标准误差为：； ；0.3n黄 0.3n绿 0.3n紫 1587黄黄 .2.n绿绿 03紫紫七、分析讨论题1.分光计为什么要调整到望远镜与仪器中心轴线正交？不正交对测量结果有何影响?答：只有望远镜与仪器中心轴线正交才能在转动望远镜（或载物
38、台）测量不同位置（或测量面）的光线时保证所测光线都在视场中，且与分划板准线的相对位置不变，使测量正常准确进行。不正交将使测量结果误差增大，降低测量准确度。2.反射法测三棱镜顶角时，棱镜应放在什么位置，才能保证望远镜中能我到两个面的示范报告23反射狭缝像？答：应使三棱镜顶角A正对平行光管。 6 实验名称 衍射光栅（汞光谱波长测量）一.目的与要求：1.观察光栅的衍射光谱，理解光栅衍射基本规律；2.进一步熟悉分光计的调节与使用；3.测定光栅常量和汞原子光谱部分特征波长。二.原理简述：1.衍射光栅，光栅常量。光栅由大量相互平行、等宽、等距的狭缝（或刻痕）构成。原制光栅是用金刚石刻刀在精制的平行平面的光
39、学玻璃上刻划而成的。刻痕处，光射到它上面向四处散射而透不过去，两刻痕之间相当于透光狭缝。光栅上若刻痕宽度为 ，刻痕间距为 ，则 称为光栅常量，它是光栅基本参abdab数之一。2.光栅方程，光栅光谱。当一束平行单色光垂直入射到光栅平面上时，光波将发生衍射。光衍射角 满足光栅方程 ， 。光会叠加，衍射后的光波经过透镜会聚后，在焦平sindk0,12面上将形成分隔得较远的一条列对称分布明条纹。如果入射光波含几种不同波长的复色光，会形成衍射光谱。普通低压汞灯每一级有 4条特征谱线：紫光 ，绿光 ，黄光 和1435.8nm2546.1nm357.0nm。4579.n3.光栅常量与汞灯特征谱线波长的测量光
40、垂直入射到光栅上，若 已知，测出相应的 ，就可以算出光栅常量 ；反之，若d已知，测出 ，可以计算 。dii三.实验仪器分光计、光栅、双面反射镜、汞灯四.实验内容1.分光计调整与观察汞灯衍射光谱。（1）认真调整好分光计；（2）将光栅放于载物台上。通过调平螺丝使光栅平面与平行光管光轴垂直。转动望远镜观察汞灯衍射光谱。中央零级为白色，望远镜分别转到左右时均可以看到第一级的 4 条彩色谱线；示范报告24（3）调节平行光管狭缝宽度，以能够分辨出两条紧靠的黄色谱线为准；2.光栅常量与光谱线波长的测量。以绿光谱线的波长 作为已知，测出第一级绿光明条纹的衍射角 。为了546.1nm 消除偏心差，同时读下 ，
41、双游标的读数。T五.数据记录绿光次数 111T11 0498832754629723 4 35 96 1紫光次数 1TT11 40028635292 983 1黄光（内）次数 1T1T11 74962247923 5 黄光（外）次数 1T11T11 4972473292 63 5 六.数据处理根据公式 得到绿光每次测量的衍射角/1/14T， ， ， ， ，19323943059263那么 ， ，即 。2光栅常数 546.1397.8sinimdn示范报告2522coscos931546.16sininin80d mnm 3976不同波长光在此光栅下的衍射角，测量波长值及相对误差分别为紫光： ，
42、 ， ；24.n1.5%E黄光（内）： ， ， ；958706m黄光（外）： ， ， 。3七.分析讨论题1.试结合测量的百分误差分析其产生的原因？答：在正常的误差范围内，一般产生误差的原因：分光计没有严格的调整好。平行光不是真正的平行光，两轴线没严格正交。视察没有完全消除。测量时十字准线没有对准光谱线的中间。移动望远镜时手不是拿着架子转动，而是拿着目镜转动。两人读数的误差等等。2.如果光栅平面和分光计转轴平行，但光栅上刻线和转轴不平行，那么整个光谱会有何变化？对测量结果有无影响？答：会出现光谱线不水平。对测量结果略有影响，但在误差要求范围之内，影响可不予考虑。示范报告267 实验名称 拉伸法测
43、量金属材料杨氏模量一.实验内容1.学习用拉伸法测量金属丝杨氏模量，掌握光杠杆测定微小伸长量的原理；2.初步学会调节使用望远镜；3.学习处理数据的一种方法逐差法。二.实验原理1.杨氏模量根据虎克定律，在弹性限度内，物体的应力与应变成正比：LYSF其中比例系数 就是该材料的杨氏弹性模量，简称杨氏模量。Y在实验中测量钢丝的杨氏模量，其截面为圆形，其直径为 时，相应的截面积 ， 是较大长d4/2dSL度的微小伸长量，无法用一般的长度测量仪器测量，因此实验中用光杠杆法进行测量，测量公式xDlL2于是可得实验中的杨氏模量测量公式：xldFY28可见 随所加外力在弹性限度内是线形变化的。x2.光杠杆实验中
44、是一微小变化量，变化在 数量级。因此实验设计的关键是寻找测Lm210量微小变化量的方法和装置，这里我们采用了光学放大方法光杠杆来实现。设在钢丝下端未加砝码时，从望远镜中读得标尺读数记为 ，当增加砝码时，钢丝伸0x光杠杆镜架结构 示范报告27长量为 ， 足随圆柱体夹头一起下降，于是光杠杆镜架绕 轴转动。根据反射定律，La bc平面镜法线转动 角，反射线将转过 ，此时从望远镜中读得的标尺读数为 。因为2ix为一微小量，所以 也很小，近似有 和 。于是由三角函数关系可得：tg2tDxlL2由于 远大于 ，则 必然远大于 。这样，就将一个原来数值小的钢丝长度变化Dlx量 转化成一个数据较大的标尺的读数
45、变化量 。从这里可以明显的看出光杠杆装置的l放大作用。光杠杆的放大倍数即为 lLx23、误差传递公式及仪器的选择通过计算公式 我们可以得出杨氏模量的相对误差传递的推导公式xldDFY28 2)(22)()()()( xdLlE 由推导公式中可见， 的不确定度占了很大比例，因此测量时应选择精确度较高的仪器来测量 ，实验中选择螺旋测微计来测量。d而测量 时，由于 是长度很大的量上的微小变化，不能用游标卡尺或螺旋测微计L测量，所以实验中采用了光杠杆法来测量。三、仪器记录螺旋测微计,游标卡尺,米尺,尺读望远镜,杨氏模量测定仪。四.操作步骤1.首先检查、布置仪器（1）调节杨氏模量测定仪脚架的底脚螺丝，使水准气泡居中，此时两支柱铅直。（2）在钢丝下端挂上砝码挂钩，使钢丝拉直，并检查钢丝下端夹头能否在平台圆孔中自由上下滑动，减少摩擦带来的误差。（3）将光杠杆放在平台上，两前足放于凹槽中，后足放在圆柱夹尖的上端，注意不要与钢丝相碰。调整望远镜和光杠杆处于同一高度，并使望远镜大致水平
