物理实验（下） 绪 论 课 物理教学实验中心 2014年2月

总体安排 具体要求 评分与考核

总体安排 第1周 绪论课 1、2组 第2－4周 实验 第5周 口头报告 第6－8周 实验 第9－11周 实验 第12周 口头报告 第1周 绪论课 1、2组 第2－4周 实验 第5周 口头报告 第6－8周 实验 第9－11周 实验 第12周 口头报告 第13－15周 实验 3、4组 第2－4周 实验 第5－7周 实验 第8周 口头报告 第9－11周 实验 第12－14周 实验 第15周 口头报告

第一循环： 第二循环： 第三循环： 第四循环： 声速的研究 声波的波动学规律研究 切变模量 音叉振动的研究 光栅光谱仪 光电探测器 衍射光强分布测量 基于分光计的SPR 微波光学与参数测量 第四循环： 受迫振动 玻璃的热膨胀系数和折射率温度系数 数字温度计

声速的测量 研究声速的测量方法 测量空气、液体和固体中的声速 相位法、共振法和时差法 声速的测量实验仪

声速的测量 用3种方法测量空气中的声速，比较3种方法的特点 用3种方法测量水中的声速，并与空气中所观察到的实验现象作比较 选择一种（或几种）合适的方法，研究固体中的声速

声波的波动学规律研究 测量空气中的声速 研究声波的反射（不同的界面对反射结果有何影响？） 研究声波的双缝干涉（如何得到清晰稳定的干涉结果？） 研究声波的单缝衍射（如何得到清晰稳定的衍射结果？）

切变模量的研究和垂直轴定理的验证 测量钢丝的切变模量 测量方柱状刚体和圆柱状刚体的转动惯量，并与理论计算值进行比较。 验证垂直轴定理。Iz=Ix +Iy 研究不同扭转角度所对应的周期，试分析扭转角度对实验结果的影响 在合适的扭转角度下测量切变模量

受迫振动与共振实验研究 研究音叉振动系统在周期性外力作用下振幅与强迫力频率的关系 音叉振动装置 受迫振动与共振实验仪

受迫振动与共振实验研究 测量及绘制振动系统的共振曲线，求出共振频率和振动系统振动的锐度 观察振动系统共振曲线的对称性，并给出合理解释 在音叉双臂的某一位置x上固定质量m相同的物块，研究音叉共振频率f、最大振幅Amax 与物块质量m、所在位置x之间的关系

光谱仪的应用 1802年，英国化学家沃拉斯顿(Wollaston）发现太阳光谱不是一道完美无缺的彩虹，而是被一些黑线所割裂。 1814年，德国光学仪器专家，也是物理学家的夫琅和费(Fraunhofer)继续的细心地研究了这些割裂太阳光谱彩虹的黑线，研究了这些主要黑线的相对位置，并绘出光讲图，按英文字母顺序取名为，A、B、C、D、E、F、G、H、K……等，后人称之为夫琅和费线。 铜原子谱线强度随时间变化关系图 许厚谦 耿继辉 王莹“膛口二次燃烧温度原子光谱遥测方法研究” 《弹道学报》，14 2 (2002)

光谱仪的应用 光谱仪内部结构 光谱仪调节和定标，包括出入射缝零点、波长定标以及光谱仪响应函数的确定。 光谱仪中的光电倍增管的负高压和信号强度有何关系。（两组都需完成内容） 测量不同光源光谱的发射光谱，比较研究不同入射缝和出射缝大小时对光谱谱线的影响,定量分析缝宽和信号强度以及光谱半高宽的关系。 测量太阳光光谱。（红色为A组需要完成内容） 测量硫酸铜溶液吸收光谱，并算出其最大吸收波长及其对应的物质吸收系数。 测量混合溶液（包含一定比例的高锰酸钾和铁氰化钾）的吸收光谱，并分别算出高锰酸钾和铁氰化钾浓度。 测量不同波长滤色片的透射光谱。 设计实验辨别出不同级次光谱。（紫色为B组需要完成内容） 光谱仪内部结构

光电探测器特性测量实验 热释电探测器——钽酸锂热释电器件 光谱响应测试装置 硅光电二极管 画出硅光电二极管的光谱响应曲线 选频放大器 调制盘

光电探测器响应时间的测试 光敏电阻 用脉冲法测量光电二极管的响应时间 用幅频特性法测量CdSe光敏电阻的响应时间 时间常数实验仪 设计实验，研究光敏电阻的频率特性。 在光敏电阻突然接受光照和光照突然消失时，分别测量其响应时间。（要求：照度为100 lux。） 在不同照度下，测量光敏电阻的频率特性；并根据结果推算响应时间的大致数值，及其随照度的变化。 光敏电阻

衍射光强分布测量 夫琅禾费单缝衍射 夫琅禾费衍射公式成立的条件 光源和光屏足够远；具体实验时，什么条件可以用此公式近似，什么条件下不行？转化成菲涅尔衍射？

衍射光强分布测量 分别观察单缝、单丝、圆孔、圆屏衍射图样。 测量单缝、单丝、多缝衍射强度分布 研究缝宽和衍射强度分布变化关系。 实验仪器 氦氖激光器，衍射缝，自动光强记录仪 分别观察单缝、单丝、圆孔、圆屏衍射图样。 测量单缝、单丝、多缝衍射强度分布 研究缝宽和衍射强度分布变化关系。

Surface plasmon resonance 基于分光计的SPR http://en.wikipedia.org/wiki/Surface_plasmon_resonance

Typical SPR reflection curves for two different dielectric media

微波光学与参数测量 微波300MHz-300GHz的电磁波，波长毫米—米范围 微波和光波都是电磁波，都具有波动这一共同性，即能产生反射、折射、干涉和衍射等现象，模拟晶体的布拉格衍射。

描述微波的参数： 波长、频率、功率、驻波比等 同学以搭积木的方式，自己组装探究微波的性质

利用波耳共振仪研究受迫振动 受迫振动 定义：物体在周期性外力的持续作用下发生的振动 运动方程： 受迫振动的幅频曲线 受迫振动的相频曲线 目的：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．研究不同阻尼力矩对受迫振动的影响，观察共振现象。 受迫振动的幅频曲线 受迫振动的相频曲线

由铜质圆形摆轮A安装在机架上，弹簧B的一端与摆轮A的轴相联，另一端可以固定在机架支柱上，在弹簧弹性力的作用下，摆轮可绕轴自由往复摆动。在摆轮的外围有一圈槽型缺口，其中一个长凹槽比其它凹槽长出许多。在机架上对准长凹槽处有一个光电门H。它与电气控制箱相联接，用来测量摆轮的振幅（角度值）和摆轮的振动周期。在机架下方有一对带有铁芯的线圈K，摆轮A恰巧嵌在铁芯的空隙。利用电磁感应原理，当线圈中通过电流后，摆轮受到一个电磁阻尼力的作用。改变电流的数值即可使阻尼大小相应变化。为使摆轮A作受迫振动。在电动机轴上装有偏心轮，通过连杆机构E带动摆轮A，在电动机轴上装有带刻线的有机玻璃转盘F，它随电机一起转动。由它可以从角度读数盘G读出相位差。调节控制箱上的十圈电机转速调节旋钮，可以精确改变加于电机上的电压，使电机的转速在实验范围（30~45转/分）内连续可调，由于电路中采用特殊稳速装置、电动机采用高精度数控电机，所以转速极为稳定。电机的有机玻璃转盘F上装有两个挡光片。在角度读数盘G中央上方（90°处）也装有光电门（强迫力矩信号），并与控制箱相连，以测量强迫力矩的周期。 受迫振动时摆轮与外力矩的相位差利用小型闪光灯来测量。闪光灯受摆轮信号光电门H控制，每当摆轮上长型凹槽C通过平衡位置时，光电门H被挡光，引起闪光。在稳定情况时，由闪光灯照射下可以看到有机玻璃指针好像一直“停在”某一刻度处，这一现象称为频闪现象，所以此数值可方便地直接读出，误差不大于2°。 摆轮振幅是利用光电门H测出摆轮A处圈上凹型缺口个数，并有数显装置直接显示出此值，精度为2°。 波耳共振仪构造图

玻璃热膨胀系数和折射率温度系数的测量 热膨胀系数： 折射率温度系数： 实验样品

数字温度计的设计 思路：温度传感器+电路数字温度计 零功率电阻RT 测量功率、额定功率 电阻温度特性 热时间常数<15s 温度传感器：NTC热敏电阻 零功率电阻RT 测量功率、额定功率 实验中使用的NTC为玻璃封装 电阻温度特性 热时间常数<15s

数字温度计的设计 要求：测温范围10℃，误差不大于0.1℃（体温计） 测温范围50℃，误差不大于0.3℃（酒精温度计） NTC热敏电阻特性研究 用二种方法设计数字温度计 要求：测温范围10℃，误差不大于0.1℃（体温计） 测温范围50℃，误差不大于0.3℃（酒精温度计）

具体要求 实验预习 专业： 姓名： 学号： 实验课时间： 明确实验目的 掌握实验原理 上一次实验数据处理 明了实验步骤 控制实验时间 准备2本实验记录本

实验操作与记录 不要随意涂改数据！ 遵守各项制度，注意安全。 如实记录，清晰详尽。 注意及时记录实验中发现的问题或异常。 原始数据直接记录在记录本上，不要记在草稿纸上再誊写。 记录实验仪器。 实验完毕，要整理好实验仪器。 不要随意涂改数据！

实验报告 内容完整，规范。 处理实验所得的数据，解释实验中看到的现象。 认真地分析和解释实验结果，得出实验结论。 对实验结果作简要评论，分析误差的主要原因和改进方法等。 “讨论”不要相互抄袭。 对本实验的体会和建议。

实验报告的格式要求（电子版） 报告标题（小二、宋体、加粗、居中） 作者1、作者2，系别（小四、楷体、居中，二人以上姓名之间用顿号隔开） 摘 要：小四、宋体，100-150字左右（10%） 正文小标题（四号、宋体、加粗），具体内容（小四、宋体、首行缩进2个字符） 引言（5%） 实验原理（5%） 实验装置及过程（10%） 实验结果及分析（60%） 图、表直接放在正文中，图名、表名：五号、宋体、居中 实验结论（5%） 参考文献（5%） [序号] 作者1、作者2、…. 文章题目. 杂志名称，？年第？卷第几？期第？—？页 [序号] 作者1、作者2、…. 书名. 出版社所在城市：出版社. 出版年份 [序号] 详细网址 页边距：上下左右均为2.5cm；页码居右 所有内容均按1.5倍行距编排（注意：将“如果定义了文档网格，则对齐到网格”选项前的“√”去掉）。总页数不超过12页 注意：1、文件保存为PDF文件，文件名为“学号_姓名_实验报告标题” 2、在正文中引用参考文献处要有相应的标记 3、若表格中有大量数据需要特别给出，可作为附录放在最后 －－

评分与考核 两个实验提交正式报告 两个实验做口头报告 实验50分 + 数据处理20分 + 口头报告50分 总评 实验50分 + 报告50分 A ≤ 30%，B ≈ 40-45%，C ≈ 20-25%，D、F ≤ 5%

利用函数表达式对整列数据进行赋值 导入实验数据 二维数据点关系图的绘制 线性拟合（带误差） 自定义函数拟合 http://phylab.fudan.edu.cn/doku.php?id=ref:how-tos

请各位同学到实验室 预习下周的实验