物理实验规范化教学指导书63

物 理 实 验规 范 化 教 学 指 导 书物理实验中心2006年9月目 录第一部分 基础性实验第一章 基本知识与测量实验一 测量误差与数据处理实验二 力学基本测量实验三 电学基本仪器与测量实验四 光学基本知识与测量第二章 力学和热学实验实验五 刚体的转动惯量的测量实验六 用拉伸法测金属丝的杨氏弹性模量实验七 测定液体的粘滞系数实验八 金属导热系数的测定实验九 液体表面张力的测定第三章 电磁学实验实验十 电阻的测量（设计性实验）实验十一 线性电阻和非线性电阻的伏安特性曲线实验十二 惠斯通电桥的应用及铜电阻温度系数的测定（设计性实验）实验十三 万用表的组装与校准（设计性实验）实验十四 灵敏电流计的研究实验十五 电位差计的原理和使用实验十六 电子示波器的使用（综合性实验）实验十七 霍尔效应及磁场的测定（综合性实验）实验十八 非均匀磁场的测量与描绘第四章 光学实验实验十九 等厚干涉（综合性实验）实验二十 分光计的调整实验二十一 光栅的衍射实验二十二 三棱镜折射率的测定第五章 近代物理实验实验二十三 全息照相（综合性实验）实验二十四 用光电效应测定普朗克常数（综合性实验）实验二十五 迈克尔逊干涉仪实验二十六 动态法测量杨氏模量实验二十七 密立根油滴实验（综合性实验）实验二十八 太阳能电池特性测定实验实验二十九 声速的测量（设计性实验）实验三十 用波尔共振仪研究受迫振动第二部分 提高性实验实验三十一 音频信号光纤传输技术实验实验三十二 非线性电路与混沌实验三十三 脉冲核磁共振实验三十四 光泵核磁共振实验三十五 扫描塞曼效应实验三十六 传感器综合实验实验三十七 气体放电中等离子体的研究实验三十八 扫描隧道显微镜实验三十九 大气物理遥测遥感实验实验四十 微波参数测定实验实验四十一 X射线试验实验四十二 黑体辐射实验四十三 高温超导转变温度系数实验四十四 锁相放大器实验四十五 红外物理综合实验实验一 测量误差与数据处理一、 实验目的：1了解关于测量误差的基本理论。2掌握不确定度的概念及其评定方法。3掌握有效位数的概念及修约规则。4了解数据处理的基本方法。二、 实验内容及要求：1讲解测量误差的定义、分类及其处理方法，并且举例说明。2重点讲解不确定度的概念，要讲清楚为什么引入不确定度评定测量结果，不确定度与算术平均误差的区别。重点讲解直接测量量的不确定度的评定方法和间接测量量的不确定度的评定方法，每种方法都要举例说明。强调要求学生掌握不确定度的概念及其评定方法。3重点讲解实验数据的有效位数的定义和修约规则，并举例说明实验数据的有效位数的修约规则。要强调要求学生掌握原始数据的读取方法、最终实验结果的有效位数的胡定及表示方法。讲解运算过程中的数及中间结果的有效位数的确定方法。4举一定综合例题，包括直接测量量的不确定度的评定方法、间接测量量的不确定度的评定方法、实验数据的有效位数的修约规则和实验最后结果的表示。时间允许的话，先让学生自己练习，教师辅导，然后教师针对辅导中发现的问题讲解。5简述实验数据的处理方法，包括作图法、列表法、逐差法、最小二乘法和加权平均法。三、 实验重点和难点：1重点：（1）不确定度的概念及不确定度的评定方法。（2）实验数据的有效位数及修约规则。2难点：实验数据的处理方法。四、 时间安排：第一节课：误差的定义、分类及处理方法，不确定度的概念，直接测量量的不确定度的评定方法。第二节课：间接测量量的不确定度的评定方法。实验数据的有效位数的概念和修约规则。原始数据的读取方法、最终实验结果的有效位数的确定及表示方法。第三节课：综合例题和实验数据的处理方法。五、 作业布置：练习题 第一、二、三、五（1）（2）（3）、六（2）、七（1）（2）、八（1）（2）、九（1）（2）（3）、十。实验二 力学基本测量一、 实验目的：1进一步掌握不确定度、有效位数的基本概念和运算方法；2了解游标卡尽、螺旋测微计和物理天平的主要构造原理，掌握其使用方法。二、 实验内容及要求：1用游标卡尽测出待测物的高H、深h、外径D、内径d，要求掌握它的使用方法，并正确读数。2用天平称出质量M，要求掌握天平的调节及使用方法。3用螺旋测微计测出小钢球的直径d，要求掌握它的使用方法并能正确读数。4根据讲义要求进行数据处理。三、 实验重点和难点1实验重点是基本仪器的使用2难点是测量结果的不确定度的计算和有效位数的确定。四、 时间安排1讲课50分钟，教师先讲实验一的作业错误；再让学生自己推导出圆简体积的不确定度公式，然后教师根据学生的推导情况作出总结。3实验操作100分钟。五、 课上辅导：1巡视游标卡尽和螺旋测微计的操作情况，抽查学生操作，检查学生读数是否正确；检查天平的调节及使用方法是否正确。2巡视学生不确定度的计算方法是否正确，并对不正确的进行辅导。3最后教师检查学生的测量数据是否正确，检查实验仪器是否按要求放置，并给学生的实验记录数据签字。六、 作业布置：思考题1、2实验三 电学基本仪器与测量一、实验目的1掌握电学基本仪器如是电流表、电压表等的主要构造原理，掌握它们的使用方法；2掌握电学实验操作规程；3掌握分压电路的接法和调节特性；4掌握电路的基本接法回路法；5了解电表量的选择方法及数字万用表的使用方法；6掌握电流表内接法和外接法的电阻的不确定度的计算。二、实验内容及要求1计算电阻器件的额定电流值及实验中所用电压值，要求连接电路前，每个同学都要计算出实验中所用的全部电阻的额定电流值，教师检查，最后由教师总结出正确结果，向全组公布，学会电表量程的选择方法。2按图九用回路法连接分压电路，调节滑动变阻器的滑动端，观察分压电路的调节特性，要求同学学会回路法接线；3比较电流表的内接法和外接法两种电路的电阻不确定度，确定伏安法简化测量电阻时所应选择的电路。4学习万用表的使用方法，要求教师讲解万用表的使用方法，强调同学调节量程开关时注意不要选错测量项目，选好后再检查一遍，误操作会烧坏万用表等，要求学生学回使用万用表测量直流电压和电阻。三、重点和难点重点：1. 基本电学仪器的构造原理和使用方法，电路的连接方法和电学实验操作规程。2. 因中学时条件所限，许多学生做实验很少，他们对基本电学实验操作规程都茫然无知，很可能烧表，烧电阻，故须教师先讲清操作规程，并要求每个同学实验前必须计算出电阻器件的额定电流和所用电源电压。难点：教师如何引导学生掌握电路的正确接线方法及操作规程四、时间安排讲解50分钟，包括让学生计算电阻器件的额定电流及电源电压，操作规程100分钟。五、课上辅导1检查电阻器件的额定电流和所选电压值的计算情况，并做出总结。2巡视接线和仪表摆放情况，有的同学将水平放置的表竖立放置。3看有些同学接好电路后，就及时提醒学生正式实验前要用0.5-1.0v的电压做瞬态实验不可一开设就加较大的电压。4签字时询问26表中各项的物理意义，并让学生抄下所用电表的内阻及整理好仪器。六、作业布置：思考题1、2、3、4。实验四 光学基本知识与测量一、实验目的1了解实验是常用光学元件（如透镜、棱镜、光栅等）的正确使用方法，以及维护和保养常识。2了解并掌握在光学实验中经常遇到的“消视差”法和“同轴等高”的调节技巧。3了解和掌握望远镜、显微镜的基本构造、原理正确使用方法。4学习几种测量透镜（凸透镜和凹透镜）焦距的测量方法。二、实验内容及要求1实验内容（1）用共轭法测凸透镜的焦距（必做）。（2）用物距像距法测量凹透镜焦距（必做）。（3）用平面镜法测量凹透镜的焦距（选做）。（4）用读数显微镜检测量细丝（头发丝）的直径（必做）。2实验要求（1）了解实验室中常用的几种光学元件的正确使用方法及维护保养常识。（2）了解和掌握实验室常用的几种光源如汞灯（高压汞和灯低压汞灯）钠光灯和氦氖激光器等的正确使用方法。（3）会运用正确的方法粗测出凸透镜的焦距。（4）掌握正确判断有无“视差”的方法，并学会如何消“视差”。（5）学会调节多个光学元件的同轴等高，掌握“大像追小像”的调节技巧。三、实验重点和难点1原理及重点透镜成像公式：，要正确理解式中各量的正负符号。2难点（1）“大像追小像”的调节技巧。（2）实验中如何判断成像的清晰程度。3实验仪器操作的注意事项（1）用共轭法测凸透镜的焦距时，必须注意是L大于4f。（2）在测凹透镜焦距之前，必须首先调节凹透镜与其他光学元件同轴等高。（3）用物距像距法测量凹透镜焦距时，必须注意使物经过凸透镜成一缩小的像。（4）用读数显微镜检测量细丝的直径时，要注意测微螺旋只能朝一个方向旋转，中途不只允许倒转，否则会产生“空程误差”。四、课上辅导教师在课上辅导时，应以上述仪器操作中的4条注意事项为重点，认真巡视，及时纠正学生不正确的操作，并采取提示，启发或提问的方法使他们能用的正确的操作方法完成全部实验。同时还要检查学生读数和记录数据是否正确。五、课堂时间安排讲课30分钟左右。六、作业布置：思考题1、2。实验五 刚体的转动惯量一、实验目的：1测量刚体的转动惯量，并与理论值比较。2用作图法或最小二乘法处理数据。3验证平行轴定理。二、实验内容及要求：1测定铝环（铝盘）的转动惯量固定外力矩，先测出实验台负载时整个体系的转动惯量J,再测出空载时体系的转动惯量J0，注意观察砝码落地时遮光次数N，以测出转动时的角加速度、2用作图法或最小二乘法测量铝环（铝盘）的转动惯量分别在负载和空载情况下测量，变换外力矩大小，应保证体系在转动瞬间就开始计时，测出转台转动一定的角位移时所需的时间t，并作出曲线，进而求出负载和空载时转动体系的转动惯量。三、实验重点和难点：1理解遮光次数N和转动圈数n的关系。2注意砝码落地时对应的遮光次数，以判定转台做加速还是减速转动。3用作图法或最小二乘法测量铝环（铝盘）的转动惯量时，应保证t=0时，初角速度0=0，这就要求实验中要把遮光棒和光电门的初始位置放好。四、课上辅导：督促学生注意实验的初始条件，做重复测量时遮光棒的初始位置要相同。五、课堂时间安排：讲解原理 约30分钟学生操作 90分钟左右六、作业布置：思考题1。实验六 用拉伸法测量金属丝的杨氏弹性模量一、实验目的：1学习用静态担伸法测定杨氏弹性模量。2掌握用光杠杆法测量微小长度变化的原理和方法。3学习用逐差法处理实验数据。二、实验内容及要求：内容：由本实验杨氏模量的理论公式测量出碳钢金属丝的杨氏模量E。E在20时的标准值是：1.96-2.061011N/m2。1测出金属丝微小伸长量的平均变化量2用米尺测出金属丝的长度L。3用直尺测出光杠杆的高度b。4用螺旋测微计测山金属丝直径d。5计算出扬低模量E，导出不确定度公式，计算出不确定度。6计算出相对不确定度，要求5%。要求：1光杠直、望远镜标尺构成的光学系统一经调好后，在实验过程中就不可再移动。否则，所测数据无效，本实验应从头做起。2加减砝码时要轻放轻取，不要使砝码挂钩摇摆振动。3不要用手触摸望远镜镜头，镜头脏了要用擦镜头纸擦拭。调节望远镜的调焦旋钮时动作要轻，否则，调焦旋钮很容易损坏。三、实验重点和难点：重点：掌握用光杠杆法测量微小伸长量的原理和方法。难点：仪器调整。四、时间安排：讲解：30分钟实验：两小时，共计2小时30分钟。五、课上辅导：1实验前提醒学生注意实验必须满足两个条件。即角要小（Lb）以及荷重不能超过金属丝的弹性限度。哪些量的测量对实验的结果影响较大，测量时要特别仔细。2实验时，加、减砝码必须十分小心，以防冲击或碰撞，待标尺读数稳定后方可读数。六、作业布置：思考题1、2、3。实验七 测定液体的粘滞系数一、实验目的：1观察液体的内摩擦现象，学会用落球法测量液体的粘滞系数。2进一步掌握基本测量仪器的使用。3学会正确，合理地分析实验误差。二、实验内容与要求由于小球在液体中自由下落下，会受到三个力的作用，及重力g,浮力0g和粘滞力的作用，当小球下落到匀速运动时，依据受力平衡的要求，在考虑到筒壁和筒底面积时对小球的影响，再得：由此可知：1. 用米尺测出AB之间的距离S，并测出液面到筒的高度h；2. 用游标卡尽测出量筒的内径，算出半径R；3. 用螺旋测微计，测出五个小球的直径，再算出半径r；4. 用比重计测液体密度0；5. 用秒表测出小球匀速下落通过路程AB所需时t，算出V0=s/t。三、实验的重点和难点：重点：1. 是小球的半径r必须测准；2. 是小球下落时间t，必须测准。难点：1. 选好匀速运动的起点；2 .预防边缘效应，必须选好下落位置。四、时间安排：由于实验原理比较简单，再做实验之间，每个同学都进行认真的预习，所以这个实验主要靠学生们自己操作，在操作过程遇到问题时，老师及时予以辅导。五、作业布置：思考题：1、2、3、4实验八 金属导热系数的测定一、实验目的：1学习用稳态法测量不良导体、金属、空气的导热系数。2了解傅立叶导热方程和铜康铜热电偶的原理。二、实验内容与要求：1测量不良导体的导热系数；2测量金属的导热系数；3测量空气的导热系数。三、实验的重点和难点：重点：本实验采用稳态法，利用热源在待测样品内部形成稳定的温度分布后，进行测量。难点：傅立叶热传导方程。四、时间安排：讲解：30分钟实验：120分钟五、课上辅导：1测导热系数要求那些实验条件？在实验中如何保证。2传热速率、散热速率、冷却速率、稳态时的内在联系。指导检查学生正确记录数据。六、作业布置：1样品的尺寸，为何不用千分尺测得更精确些？2为什么不把金属样品作成像橡皮样品一样的薄圆盘形？实验九 液体表面张力的测定一、实验目的：1.学习硅压阻力敏传感器的定标方法。2.用拉脱法测量纯水和其它液体的表面张力系数；3测量液体的浓度与表面张力系数的关系。二、实验内容及要求：1.用砝码对硅压阻力敏传感器进行定标；2.用拉脱法测量纯水的表面张力系数；3.用拉脱法测量其它液体（如乙醇、甘油等）的表面张力系数；4.测量酒精不同浓度时的表面张力系数。三、实验的重点和难点：重点：对用拉脱法测液体表面张力系数的物理过程和物理现象的认识和理解。难点：（1）吊环水平调节；（2）液膜拉断前后瞬间电压表读数的准确读取。四、时间安排：讲解：30分钟实验：120分钟 五、课上辅导：1. 简介液体表面张力的物理意义；2. 简介硅压阻力敏传感器的原理及其定标方法；3. 随时提醒学生注意实验时的注意事项。六、作业布置：1. 如果液体不干净，其表面张力系数会有什么变化？2. 液面拉断前若过早读数，对实验结果会有什么影响？实验十 电阻的测量（设计性实验）一、实验目的：1系统掌握电阻的测量方法；2掌握误差的分配原则，在伏安法测电阻中学习如何合理选择电表量程，实验电流和实验电压。二、实验内容及要求：1利用伏安法，替代法和半偏法测量阻值约为一千欧的电阻，利用电桥法测量阻值约为一欧的电阻。2自行设计电路。三、实验重点和难点：1实验电压（5个）取值应均匀布满取值范围的区间；2伏安法不确定度的计算用最小二乘法；3替代法在操作时电阻箱的阻值应由大到小变化，否则可能短路打弯表针；4半偏法应在电压不变的条件下电流减半，容易出现的错误操作是：只是电流减半而不扣持电压不变，正确的简单操作是：首先将电阻箱阻值调至一千欧姆，再调节滑线变阻器使电压不变，最后调节电阻箱使电流减半；5测量微安表内阻注意微安表不过载。四、时间安排先讲解15分钟，再让同学到黑板上出电路图，然后讲解图中错误及操作注意事项，其余时间操作。五、课上辅导1检查线路是否正确，发现问题启发学生自己找处接错的原因。2边检查边打操作分。3实验完毕进行数据检查及签字。六 作业布置思考题1、2实验十一 线性电阻和非线性电阻的伏安特性曲线一、实验目的：1测绘电阻的伏安特性曲线，学会用曲线表示结果：2了解晶体二极管的单向导电特性。二、实验内容及要求：1测绘碳膜电阻的伏安特性曲线。2测绘晶体二极管的伏安特性曲线。三、重点与难点：1 .测晶体二极管正向伏安特性时，毫安表读数不得超过二极管允许通过的最大正向电流值。2. 测晶体二极管反向伏安特性时，加在晶体管上的电压不得超过管子允许通过的最大反向电压值，否则会损坏二极管。四、课堂时间安排：讲解30分钟左右操作100-120分钟五、课堂辅导六、作业布置思考题1实验十二 惠斯通电桥的应用及铜电阻温度系数的测定一、实验目的1了解惠斯登电桥测量电阻的原理。2会用滑线式惠斯登电桥测量未知电阻。3掌握用箱式惠斯登电桥测量电阻的方法，并测量铜电阻的温度系数。二、实验内容与要求1内容（1）滑线式惠斯登电桥测量未知电阻。了解惠斯登电桥测量电阻的原理，会自己连接线路，并用它测量未知电阻。（2）箱式惠斯登电桥测量未知电阻。铜电阻温度系数的测定。能熟练运用箱式惠斯登电桥测量未知电阻：通过测量铜电阻阻值的随温度的变化规律，用最小二乘法拟合直线，得出铜电阻的温度系数。2要求（1）惠斯登电桥是测量电阻准确度很高的仪器，一定要按操作规程调节和测量。（2）掌握箱式惠斯登电桥测量未知电阻的方法和技巧。三、实验原理、仪器操作的重点和难点1重点箱式惠斯登电桥测量未知电阻的方法。2难点滑线式惠斯登电桥的线路连接；最小二乘法拟和铜电阻阻值随温度变化的直线。3仪器操作的注意事项（1）惠斯登电桥的通电时间不能太长。滑线式电桥的滑动触头要跃按，箱式电桥的B，G不能长时间按下。（2）调节箱式电桥时应由大值逐渐向小值调节。（3）测量铜电阻的温度系数时，要不停地搅拌，以保证R-t的正确对应关系。四、课上辅导1检查学生滑线式惠斯登电桥的线路连接是否正确。2观察学生是否掌握滑线式与箱式惠斯登电桥的测量方式。3检查数据，签字。五、课堂时间安排讲解3040分钟学生操作2小时六、作业布置思考题1.、2、3实验室十三 万用表的组装与校准（设计性实验）一、实验目的1掌握将微安表改装成万用表的原理和方法2学会校准万用表的方法。二、实验内容与要求1（1）已知微安表的内阻Rg=1400欧母，Ig=100微安，要求改装成量程为I1=5mA,I2=10mA,同时要求自己算出Rs1和Rs2的值。（2）对电流表进行校准，并确定校准后的Rs1 的Rs2最终值。（3）画出电流表的校准曲线，求出表的级别。2（1） 已知微安表的内阻Rg=1400欧母，Ig=100微安，要求改装成1000档和100档的电阻表，具体方法如下：（a）据表头的内阻Rg选取Rs和R0。（b）根据Rg.Rs.R0的值，算出Rd和R1的值。（c）根据要求联接线路，先联接1000档的电阻表及其校准线路，校准再改成100档的线路(2)对电阻表进行校准，最终确定Rd和R1的实验值。三、实验原理，仪器操作的重点和难点1重点是表的校准过程。2难点是校准的方法是不是正确，即使样准的方法完全正确也应反复多次，尽量使表达到最准确的程度，如果校准的方法有问题将会出现怎么也校不准的情形。要明确认识到表的精度是在反复校准的过程中逐步提高的，不可能一、两次就搞好，因此要求同学们本着精益求精的精神反复校准，每一遍校准都使表的精度有所提高，逐步达到最准确的程度。3实验仪器操作的注意事项：（1）电流表的校准程序是先校准5mA的量程，记下Rs1+Rs2的值，再校准10mA的量程，在校准的过程中要保持Rs1+Rs2的值不变，校准后分别记录R1和R2的值。（2）电阻表的校准程序是先校准1000档，此时应调整Rd的值，再校准100档，此时应调R1。（3）特别应注意的是在电阻表的校准过程中，每调整一次调整Rd的值或R1的值后，都要回头重新调整零电阻。四、课上辅导 1按图接线，必须准确无误，如果做不出来，多数是线路接得不对，老师应指导学生检查线路。2电流表校准满度的方法是：当标准表指针指在该量程的位置时，反复调节分流电阻，使改装表的指针与标准表一致时，再增加电压调到满度，注意此时两表的指针是否一致，如不一致则应再调分流电阻和电压直到两表完全一致为止。(1) 记录数据应该以改装表为准，读出相应标准表的读数(2) 级别=最大误差100/量程(3) 电阻表的校准方法可参考上一节的有关内容。五、课堂时间安排讲解3040分钟操作1.5-2小钟。六、作业布置：思考题1、2、3实验十四 灵敏电流计的研究一、实验目的：1定性了解灵敏电流计的构造及工作原理。2不会使用灵敏电流计。二、实验内容：1测量电流计常数ki2. 测量电流计内阻3观察三种阻尼状态，测除外临界电阻RC三、实验原理、仪器操作的重点和难点1实验测量电路的连接。2学会使用灵敏电流计。3三种阻尼状态的调整及判定。处理方法：结合电流计的工作原理M1/R+R/g讲清电流计三种阻尼状态的特性。四、课堂辅导1结合电流计的构造介绍电流计的工作原理。2根据预习情况提问：（1）电流计的构造和其他电表的构造有何区别？（2）电流计为什么比其他电表的灵敏度高？3检查线路。4注意观察学生的测量方法，提醒学生每测量一次调一次零点。5边观察边打操作分。6实验完毕进行检查及签字。五、课堂时间安排1课堂讲解：40分钟左右2接线：2030分钟。六、作业布置 思考题实验十五 电位差计的原理和使用一、实验目的：1了解补偿法测量原理：2了解电位差计的结构、原理及使用方法，正确使用电位差计；3培养看图接线能力。二、实验内容及要求：内容：1用滑线式电位计测干电池的电动势及内阻：2用箱式电位差计测定电阻端电压。要求：1掌握电位差计的测量原理，正确连接线路，完成测量；2掌握箱式电位差计使用方法，正确读出结果。三、实验重点和难点：重点：通过滑线式电位差计的线路连接，加深对原理及应用方法的理解。难点：正确合理使用保护电阻。四、时间安排：讲解：30分钟操作：2小时五、课上辅导：1检查线路连接及预习情况：2启发学生尽量自行解决操作过程中遇到的问题，查明原因，找出解决问题的方法。如：无论怎样调m、n均无法补偿，是何原因。六、注意事项：1在测量过程中注意检流计指针偏转不要太大，否则指针很容易损坏；2标准电池绝对不能倒置，不能振动；3电池在使用中的电流绝对不超过10A；4绝对不允许用伏特计或万用表测量其电动势。七、作业布置：思考题1实验十六 电子示波器的使用（综合性实验）一、实验目的：1初步了解电子示波器的工作原理和使用方法。2学会和使用示波器观察电信号的波形。3学会使用李萨育图形测定正弦振动频率的方法，并巩固对于相互垂直振动的理解。二、实验内容和要求：1熟悉示波器面板功能，并在此基础上能对任意给定正弦信号调出稳定的波形。2在X-Y模式下调出稳定的李萨育图形，要示fx/fy=1/1,1/2,1/3,2/3及2/1，3/1，3/2；并记录相应图形和显示频率。三、实验重点和难点：重点：示波器的基本工作原理和面板功能。难点：示波器各个功能旋钮的正确配合使用。四、时间安排：讲解：30分钟。操作：150分钟。五、课上辅导：观察学生的实际操作过程，并在适当的时候给以必要的讲解或示范操作；解答学生提出的问题；处理可能出现的仪器故障。六、作业布置：思考题1、2实验十七 霍尔效应及磁场的测定（综合性实验）一、实验目的：1了解霍尔效应及用霍尔效应测磁场的基本原理。2了解霍尔元件的结构及其对材料的要求。3学习用“对称测量法”来消除副效应对实验的影响，并测绘出霍尔元件的VH-IS和VH-IM曲线。4测量并绘出电磁针缝隙中的磁场分布即VH-x和VH-y曲线。二、实验内容与要求：1测VH值，填表一，绘VH-IS曲线。要求：保持IM不变（IM=0.600A），改变IS值，测VH；坐标纸描点绘图。2VH值，填表二，绘VH-IM曲线。要求：保持IS不变（IS=3.00mA），改变IM值，测VH；坐标纸描点绘图。3测电磁针缝隙中水平方向磁场分布情况，填表三，绘VH-x曲线。要求：IS=2.00mA，IM-0.600A，将霍尔片从最右端缓慢向左移动，每隔2.0mm读一次VH值（不少于16组）；坐标纸描点绘图。4测电磁针缝隙中竖直方向磁场分布情况，填表四，绘VH-y曲线。要求：条件同3，只是将霍尔片从最下端缓慢向上移动。5测V，则=ISL/VS计算电导率。要求：IM=0.000A,Is=2.00mA测V，仅一组数据：不必计算。6由B=VHd/IS RH计算电磁感应强度B值，写出B=。要求：由表一中任选一组VH、IS计算B值作为；由 B/B=计算B，写出标准形式B=，其中VH=量程0.5%，IS=量程0.5%。7判定霍尔元件的类型。要求：选做；由所测数据判定为N型或P型。三、实验重点和难点：重点：1）霍尔效应的产生机理及用霍尔效应测磁场的方法。2）消除实验副效应的方法对称测量法。难点：测量中霍尔元件的位置的正确摆放及调节。四、仪器操作注意事项：1实验仪上已接好的线（5条）请勿动。2打开测试仪前，IS、IM调节应逆时针旋至底。3实验仪与测试仪上的三对接线柱一定要对应连接。4开始测量前应先调零（VH）或记录初值（IM或IS）。五、课上辅导：1巡视接线情况，看是否对应连接及旋钮是否旋紧。2检查操作情况，重点检查：（1）霍尔元件的位置摆放是否正确；（2）IM值是0.600A还是0.060A;（3）实验仪与测试仪上的换向开关“VH、V”是否同向。六、课堂时间安排：1教师讲解：4050分钟。（分为2个阶段：第一阶段讲解原理、内容，约25-30分钟；第二阶段演示，边演示边讲解操作要点及注意事项，约15-20分钟。）2学生操作：90-100分钟。七、作业布置：作业题实验十八 非均匀磁场的测量与描绘一、实验目的：1了解磁感应法测量磁场的原理。2 测量圆形电流轴线上的磁场分布。把实验结果与理论计算进行比较，从而加深对毕奥-沙伐定律的理解。3描绘圆形电流轴线平面磁力线的分布。4测量亥姆霍兹线圈所产生的均匀磁场的范围。二、实验内容与要求：1测量圆形电流轴线上的磁场分布。要求：（1）实验前，将坐标纸剪成如书中图四所示的形状，平铺在工作台上并且塞进线圈内，坐标纸四周用胶带纸和平台粘合。（2）按书上图四接好线路，调节调压器，使输出交流电压约30V。（3）在方格纸上画好中心线，并找到圆电流的几何中心点O，以O作为坐标原点，在中心线上左右两侧用铅线描好需要待测的各点。（4）将探测线圈T放置圆电流中心点O，调节R并转动T使读数最大为10mV,同时测出该点的磁场方向。然后每隔2厘米测量一次磁场的相对大小和方向。在测量过程中要随时注意真空管毫伏表所监视的交流电压始终保持不变。（5）将数据填入表中，并和理论计算值进行比较。2描绘圆电流轴线平面内磁力线的分布。要求：（1）把圆形电流A、B串联起来。（2）以两圆形电流间轴线的中心为坐标原点O，先用T探测D点磁场的大小和方向，然后探测轴线以外各点的磁场大小和方向；即把和坐标原点O处的磁感应强度相差的那些点的范围侧出来。如书图七所示三、实验重点和难点：通过实验，加深学生对毕奥-沙伐定律的理解。注意所找中心点分别为其几何中心。测量整个过程中，注意观察真空毫伏表电压的变化情况，并调试调压器保持其电压基本上恒定不变。四、时间安排：1讲授约30分钟。2实验操作120分钟。五、课上辅导：检查学生所接电路，及其实验情况。有问题及时解决。实验完毕后检查学生实验数据的正确性并签字。六、作业布置：思考题1、2实验十九 等厚干涉一、实验目的：1理解牛顿环和劈尖干涉条纹的成因与等厚干涉的含义：2学会用等厚干涉法测量曲率半径和纸片厚度，并学会用逐差法、加权平均法处理数据；3熟练使用读数显微镜。二、实验内容与要求利用等厚干涉完成平凸透镜曲率半径及纸片厚度的测量。三、实验重点和难点：1牛顿环的调节，在日光或灯光下将牛顿环调到接触点最小，且在中央。2读数显微镜的调节：移动牛顿环装置使几何中心对准读数显微镜的物镜，调节目镜使十字叉丝清晰，旋转物镜手轮，使镜筒由最低位置缓缓上升，边升边观察，直到干涉条纹清晰。3测量：将读数显微镜视场中的十字叉丝交点调到牛顿环中央，再向任意侧调到第55级，然后退回到第50级开始边退边测，测量过程中手轮不能反转，直到测完所有数据。4用逐差法、加权平均法处理数据。四、课上辅导：检查指导学生按“三”中内容调解仪器，若半小时内仍调不出，教师给予具体指导。五、课堂时间安排：讲解约30分钟。测量2小时。六、作业布置：思考题1、2、3实验二十 分光计的调整一、实验目的：1了解分光计的基本构造和原理。2熟练掌握分光计的调整方法及步骤。二、实验内容与要求：第一步调整望远镜能接收平行光，第二步调整望远镜的光轴与分光仪的中心轴相垂直，第三步高速平行光管发出平行光。调整分光计必须满足以下两点：1. 入射光和出射光必须是平行光。2. 入射光线、出射光线以及反射面的法线所构成的平面必须与刻度盘平行。三、实验重点和难点分光仪的调整即是本实验的重点，也是难点。在第一步的调整中要利用“晃头法”，使得从望远镜的镜简中能看到“十”字清晰的像且无视差。在第二步调整时，要反复进行调整，使得平面镜的正反两个面所反射的“十”字像都与望远镜中的分划板上面的分划线相重合，调整时采用“各半法”。要测量入射光和出射光之间的角度，按照反射定律和折射定律进行调整。并按下式取平均值：注意事项:1. 望远镜的光轴和仪器中心轴调节垂直后，螺丝（9）和（18）不能再动，否则就要重新调整。2. 测量读数时，必须从刻度的正上方看下去，不得斜视，否则人为会造成测量误差。四、辅导实验：学生实验时教师巡回辅导，要查看学生调整仪器时的操作方法是否正确，对学生调整仪器容易出现的问题要给予提示，解答学生实验中提出的问题。重点帮助启发动手能力差的学生独立地完成实验。辅导应根据不同学生对实验操作情况，实验的进度给予针对性的指导。关键步骤教师要检查把关。五、时间安排：教师讲解35分钟左右，学生操作2小时。六、作业布置：思考题1、2。实验二十一 光栅的衍射一、实验目的：1了解分光仪构造，熟悉分光仪的调整，掌握分光仪的使用方法。2从已知光波波长（钠光A=5893A）测量衍射光栅的光栅常数。二、实验内容与要求： 内容：1.分光计的调整。第一步调整望远镜能接收平行光，第二步调整望远镜的光轴与分光仪的中心轴相垂直，第三步高速平行光管发出平行光。2.用已调整好的分光计测光栅常数。要求：调整分光计必须满足以下两点：1.入射光和出射光必须是平行光。2.入射光线、出射光线以及反射面的法线所构成的平面必须与刻度盘平行。3.由已知的测定d。三、实验重点和难点根据光栅方程：dsink=K(K=0,1,2,)如果已知光波波长，测出衍射角，就可以测出衍射光栅的光栅常数d。分光仪的调整即是本实验的重点，也是难点。在第一步的调整中要利用“晃头法”，使得从望远镜的镜简中能看到“十”字清晰的像且无视差。 在第二步调整时，要反复进行调整，使得平面镜的正反两个面所反射的“十”字像都与望远镜中的分划板上面的分划线相重合，调整时采用“各半法”。注意事项：1. 实验用的是全息光栅，不得用任何东西擦拭，否则光栅就会报费。2. 测量时按从-2、-1、1、2级衍射条纹的顺序进行，防止漏测。3. 本实验用的光源钠光灯必须在进行第三步调节时才能打开。4. 测量读数时，必须从刻度的正上方看下去，不得斜视，否则人为造成测量误差。四、辅导实验：学生实验时教师巡回辅导，要查看学生调整仪器时的操作方法是否正确，对学生调整仪器容易出现的问题要给予提示，解答学生实验中提出的问题。重点帮助启发动手能力差的学生独立地完成实验。辅导应根据不同学生对实验操作情况，实验的进度给予针对性的指导。关键步骤教师要检查把关。五、时间安排：教师讲解35分钟左右，学生操作2小时。六、作业布置：思考题1、2、3。实验二十二 三棱镜折射率的测定一、实验目的：1观察色散现象，测定玻璃三棱镜对各色光的折射率。2测定对应某一波长（钠黄光）的最小偏向角。二、实验内容1. 测定棱镜的顶角。2. 测定对应某一波长的最小偏向角。三、实验原理及重点和难点原理：光线由一种介质进入另一种介质时，在其界面上发生折射现象，光的折射遵守折射定律。折射光线位于入射面内。入射角i与折射角r的正弦成正比，对于两种确定的介质来说，是一个与入射角无关的常数：，称为第二种介质对第一种介质的折射率。一般来说是随着光的波长而变化，所以当一束白光从一种介质射到另一种介质时，折射光呈现出各种不同的颜色，不同颜色（不同波长）的光具有不同的折射率，这就是所谓色散现象。要测量某种材料的折射率，可将被测物质磨成三棱镜，如148页图四所示，棱镜有两个折射面，两个折射面的夹角A称为棱镜的棱角，对着棱角的面，称为棱镜的底面，棱角所对应的棱边称为棱镜的截面，与棱边垂直者称为棱镜的主截面。设棱镜对空气的折射率为n，棱角为A，且置于空气中。当入射光线沿主截面方向射在AB面上，在棱镜中折射后由AC面射出，入射角称为偏向角。可以证明偏向角是入射角i，棱镜ABC折射率n的函数，如图五，即是对于某一给定棱镜及一给定波长的光线而言，值由入射角i唯一确定，理论与实验证明随着入射角的改变，偏向角的改变中有一最小值，我们称之为最小偏向角。可以导出：当光线的偏转为最小偏向角时入射角i和出射角一定相等。而且最小偏向角及棱角A与折射率n的关系为：。可见，只要测最小偏向角及棱镜A，由此式就可以算出棱镜材料的折射率n。重点：掌握棱镜折射率的测量方法。难点：最小偏向角的测定。注意事项:1. 平行光法测量三棱镜的顶角时，放在载物台上的三棱镜的顶角不能太靠近平行光管。2. 测钠黄光的最小偏向角时，平行光从棱镜的底边的一个顶角处入射，在另一个底角处寻找折射光线。3. 在寻找折射光线是要先用眼睛观察再用分光计寻找。四、辅导实验：1. 分光计的调整2. 平行光法测顶角时棱镜的放法3. 测最小偏向角时棱镜的放法。五、时间安排：教师讲解30分钟左右，学生操作2小时。六、作业布置：思考题实验二十三 全息照相（综合性实验）一、实验目的1了解全息照相机制作全息光栅的基本原理；了解全息照相的主要特点。2学习拍摄静态全息照片及制作全息光栅的方法和有关技术。3观察和分析全息照相的形象特性。二、实验内容1将学生分为两部分，一部分同学据漫反射全息光路图拍摄不透明物体的漫反射三维全息照片，另一部分同学制作全息光栅。要求：（1）学生能正确使用和调节各个光学元件；（2）按光路部分的要求调整光路；（3）掌握暗室技术；2利用制作的全息光栅，观察光栅衍射现象。3用白光做电源，观察全息片形成的彩虹，判断全息片是否拍摄成功。 要求：（1） 学生学会观察彩虹的方法。（2） 通过彩虹了解这种光路拍摄的全息片，为什么只能用单色光再现， 如果用白光再现，光路上主要改变什么？以扩大知识面。4. 观察再现象（1）观察衍射波1级的象，既在原物位置的正立逼真的虚象，在相对于全息片对称位置的倒立畸变的实象。（2）观察其它情况下的虚、实象。包括在记录位置把底片翻转，旋转180，把全息片连同底片夹一起转动，透过全息片向原物关于再现 象光对称的方向观察，把全息片在此位置旋转180观察。5.总结归纳观察到的各种现象并写在实验报告中。三、实验重点和难点：1重点：摆光路，调光路，要根据讲义中提出的光路要求调整。2难点：实验原理不易理解。3仪器操作的注意事项：（1） He-Ne激光管外壳两接线柱有高压，电源打开期间切勿用手触摸； （2） 眼睛不要直视激光，以免损伤视力；（3） 反射镜为镀膜反射镜，手不要触摸反射面，亦不能用镜头纸擦试。四、课上辅导1巡视摆光路情况，注意各光学元件所放位置是否合适。2检查调好光路的物光，参考光在全息片上的光强比是否合适。全息片上的光是否均匀，据光强定出各组的曝光时间。3组织曝光、显影、定影工作。4辅导观察光栅衍射现象及光通光全息片的彩虹。5巡视再现象观察是否正确，作必要的指导。五、课堂时间安排讲解约50分钟，分两次进行，开始时主要讲解实验原理，操作、注意事项，约40分钟。第二次在定影时讲解再现，观察彩虹的方法，约10分钟。学生操作120130分钟。六、作业布置： 思考题1、2、实验二十四 用光电效应测定普朗克常数（综合性实验）一、实验目的：1了解光的量子性，理解光的波动理论为什么解释不了光电效应。2了解光电管的电流特性，找出不同频率光照射下光电管的截止电压，进而验证爱因斯坦方程，求出普朗克常数h。二、实验内容：1作出365、405、436、546、577mm单色光照射下光电管的IAK-UAK曲线，从而更好理解光电效应。2在相同条件下用不同频率光照射时测出光电管的截止电压US，画出US-v关系图，用最小二乘法求出h。三、实验重点和难点：1先了解光的量子性，再理解截止电压的含义，要清楚反向电流、暗电流的产生过程以及对找出截止电压的影响。仪顺操作时要使入射光垂直照射到光电管的阴极，要学会有好微电流放大器。2仪器操作注意事项：（1）打开汞灯电源后不要随意把安关掉，如不小心碰灭必须等它完全 冷却后才能重新点燃（2）测量在不同频率光照射下光电管的截止电压US时，应保持汞灯和光电管的相对们置不变，以保证测量结果是在相同条件下得到的。四、课上辅导：主要指导学生正确使用微电流放大器，将元件放置得当，并引导他们理解截止电压的存在和测量方法，以及如何用光的量子性解释光电效应。五、课堂时间安排：讲解原理约30分钟学生操作120分钟左右六、作业布置： 思考题1、2实验二十五 迈克尔逊干涉仪一、实验目的1了解迈克尔逊干涉仪的构造原理和调节方法2利用等倾干涉条纹测钠光波波长3利用等厚干涉玻璃片的折射率二、实验内容1. 调整迈克尔逊士涉仪观察等倾干涉条纹2. 测定单色钠光的波长3. 观察等厚干涉条纹4. 测定厚玻璃片的折射率nx三、重点和难点重点：利用迈克尔逊干涉仪测量各种光源的波长，同时还可测出各种透明固体、液体、气体的折射率难点：1. 有些同学在做这个实验时，“光的干涉”在理论课上还未讲到，须在实验课上把这部分内容介绍一下。2. 迈克尔逊干涉仪是精密贵重的光学仪器，它的调节方法必须在做实验前，由教师详细讲解，使同学领会和掌握。3. 此实验光路布置较复杂，有光源、扩束镜、毛玻璃和放大透镜、待测物等，都须按实验目的不同及时而准确地组合。仪器操作注意事项：1. 迈克尔逊干涉仪中的分光板、补偿板、反射镜的表面绝对不沾污或用手抚摸，如有灰尘，只能用吹气球吹去。2. 迈克尔逊干涉仪各调整控制机构均极其精密，其调整范围均有一定限度，调整时应仔细、认真、轻缓，切忌盲目乱调，损失仪器。3. 测折射率的小玻璃片要轻拿轻放，它薄、易碎，容易损坏。四、课上辅导1正确选择光学元件、合理布置光路、正确调整仪器，使之尽快达到实验目的。2及时解决实验仪器故障（主要是拉簧螺丝，容易因旋转超过其范围而脱落）。3测试方法不正确，或实验结果不符合要求时，要让学生当堂改正，重新测量。五、课堂安排时间1讲解：（1） 实验原理的介绍。对于理论课还未讲到的学生，可适当介绍得详细一些。（2030分钟）（2） 结合仪器的构造原理、读数要点和操作方法，示范讲解，重点讲解如何调节仪器使产生清晰的干涉条纹。（约20分钟）2学生操作：观察等倾、等厚条纹，测量钠光波长和玻璃片的折射率。（约100分钟）六、作业布置： 思考题1、2、3.实验二十六 动态法测量杨氏模量一、实验目的：1 学习用动态法测量杨氏模量的原理和方法。2 学会用示波器观察判断样品共振的方法。二、实验内容及要求：1. 用螺旋测微计测量试样的直径，取不同部位测量三次，取平均值。2. 用游标卡尺测量试样的长度，测量三次，取平均值。3. 用天平测量棒的质量。4. 根据图1连接各仪器，先用支撑式测定支架测出各样品的共振频率。5. 将细长棒悬挂入炉升温，测量杨氏模量随温度的变化。三、实验的重点和难点：重点：掌握共振法测杨氏模量的基本理论。难点：判断试样是否处于共振状态；判别所出现的共振信号属于哪一种振动模式和级次。四、时间安排：讲解：30分钟实验：两小时，共计2小时30分五、课上辅导：4. 幅度鉴别法5. 相位鉴别法6. 节点鉴别法。7. 听诊法8. 触觉法9. 移动吊扎点法10. 频率鉴别法11. 估算鉴别法。六、作业布置：杆的微小横振动的振动方程的推导。实验二十七 密立根油滴实验（综合性实验）一、实验目的：1使学生体会油滴实验的巧妙设计思想；2测定电子的电荷值，并验正电荷的不连续性，加深学生对电荷量子化的理解；3培养学生进行物理实验时的坚韧精神和科学态度。二、实验内容与要求：1选中一合适油滴，使其在平衡电压下平衡，并记录该电压值；2去掉平衡电压，测量所选油滴匀速下降一段距离l需要的时间t；3每一油滴重复测量5次；4对不同的油滴（一般3-5个）进行测量。三、实验原理、仪器操作的重点和难点：1实验原理：用喷雾器将油滴喷入两块相距为d的水平放置的带电平行极板之间，油滴由于摩擦而带电。此时油滴受两个力的作用，一个是重力mg，另一个是静电场力qE=q , 通过调节极板间电压V，可使二者相等，即去掉平衡电压后，根据斯托克斯定律，可有 （l=2.0010-3米）或2重点：实验原理及其设计思想。3难点：选中一个合适的油滴，并使其在适当的平衡电压下平衡。四、课上辅导：1告诫学生不要一次喷入过多油滴，以免堵塞油孔；2观察学生所选油滴大小、速度是否合适，油滴是否清晰；3指导学生利用升降电压将油滴悬于分化板某一横线上，仔细调节平衡电压，使油滴静止。五、课堂时间安排：1教师讲解：2030分钟。主要讲解本实验的设计思想、油滴仪的结构及进行实验时的注意事项。2学生操作，教师巡视、指导：120分钟左右。教师根据学生的操作情况，对有问题的学生进行个别辅导。六、作业布置思考题1、2实验二十八 太阳能电池特性测定实验一、实验目的：1学习测量太阳能电池特性方法。2测量太阳能电池的光照效应与光电性质。3了解新能源开发的基本思路和技术。二、实验内容与要求：1自己设计电路，测量太阳能电池的正向偏压特性；2测量太阳能电池在不同负载下的电流电压关系；3测量太阳能电池的光照效应与光电性质，并分析测量数据。三、实验的重点和难点：太阳能电池加压不易过高，自己设计电路，进行测量并分析测量数据。四、时间安排： 讲解：30分钟实验：150分钟五、课上辅导：1讲解太阳能电池的基本原理；2介绍测量太阳能电池特性的基本方法。六、作业布置：讲义中的思考题。实验二十九 声速的测量一、实验目的：1. 了解声波在空气中传播速度与气体状态参量的关系；2. 了解超声波产生和接收的原理，学习一种测量空气中和水中声速的方法；3. 加深对波的干涉和相位等基本理论知识的理解；4. 认识一种传感器-压电传感器。二、实验内容及要求1实验仪器： SW-1声速测量仪一台；SG4320A双踪四线示波器一台；SG1645功率函数信号发生器一台。 2试验内容及要求 内容：根据声速与和频率和波长的关系=，测出声波的波长和频率求出声速。要求：（1）将超声换能器调至最佳工作频率；（2）用最大振幅法测量波长；（3）最相位法测量波长；（4）利用声速测量仪测量液体中的声速（选作）；（5）采用逐差法根据利用公式求出声速值；（6）计算出相对不