麦克尔逊干涉[稻谷书屋]

1、 综合专题实验与综合专题实验与 设计性实验设计性实验 2011 2011年年9 9月月 物理实验中心物理实验中心 赵红敏赵红敏 1知识材料 本次课内容本次课内容 q本学期的教学安排本学期的教学安排 q综合专题实验及小论文综合专题实验及小论文 q设计性实验设计性实验 q本学期实验内容简介本学期实验内容简介 q本学期实验成绩考核本学期实验成绩考核 q上学期实验存在的问题上学期实验存在的问题 q不确定度计算复习不确定度计算复习 2知识材料 一、本学期的教学安排 3知识材料 1、课程内容（、课程内容（本学期计划学时本学期计划学时28学时学时） 每位同学必须完成以下内容每位同学必须完成以下内容: 学时

2、内容要求时间 实验大课实验大课 1次次 4了解本学期课程安排、了解本学期课程安排、 内容和要求内容和要求 认真听课，计认真听课，计 考勤考勤 9月3日 专题实验专题实验 1个系列个系列 123个实验个实验连续连续3周周完成，完成， 每周每周1次，每次次，每次4学时学时 第一次课上检第一次课上检 查查3个预习报告，个预习报告， 课后一周课后一周交交3个个 报告和小论文报告和小论文 3-15周 自选 设计性实设计性实 验验1个系个系 列列 12连续连续3周周完成，每周完成，每周1 次，每次次，每次4学时学时 第一次课前检第一次课前检 查设计方案，查设计方案， 最后一次课上最后一次课上 交设计报告交

3、设计报告 3-15周 自选 4知识材料 2、 实验时间表实验时间表(表格中数字为周次，共分表格中数字为周次，共分4 轮，每轮轮，每轮3周周) 34578910 11 12 13 14 15 节日放假按学校调课实际安排，请关注网节日放假按学校调课实际安排，请关注网 上通知。上通知。 物理实验课程为开放式教学，在实验室物理实验课程为开放式教学，在实验室 开放的时间内学生可以自选上课时间和实验开放的时间内学生可以自选上课时间和实验 内容。按要求完成教学内容。内容。按要求完成教学内容。 5知识材料 3、每周实验室开放时间（每周实验室开放时间（3-153-15周）：周）： 9 9个时段个时段 周一周二

4、周三 周四周五 第第1时段时段 1:20-4:40 第第2时段时段 5:30-8:50 6知识材料 n选课网址：选课网址：http:/ 点击：物点击：物 理实验教理实验教 务系统务系统 7知识材料 大学物理实验教务系统大学物理实验教务系统 从这里从这里 登录选登录选 实验实验 从这里从这里 查看各查看各 种通知种通知 8知识材料 4、选课选课 （1）9月月6日中午日中午12：00点开始网上选课，每轮实验提前点开始网上选课，每轮实验提前 一周开始选，一次选择连续三周同一个时间段。一周开始选，一次选择连续三周同一个时间段。 （2）网上选实验时）网上选实验时请注意请注意：两类实验均需：两类实验均需连

5、续三周连续三周完成，完成， 不要和其他课程、活动冲突，选课后记清自己所选的实不要和其他课程、活动冲突，选课后记清自己所选的实 验名称和时间段，做好预习，按时上课。错过时间自行验名称和时间段，做好预习，按时上课。错过时间自行 负责。负责。 （3）实验选定后可在网上自行调整（可退、可选），但）实验选定后可在网上自行调整（可退、可选），但 不能退两天之内的实验不能退两天之内的实验，特殊原因需持医院证明或学院，特殊原因需持医院证明或学院 教学科签字盖章的证明，到教学科签字盖章的证明，到7308魏老师处办理。魏老师处办理。 （4）平时实验选课问题咨询：平时实验选课问题咨询： 周三下午周三下午2:005:

6、00 7308 魏老师魏老师 （5）本学期选课密码：学号）本学期选课密码：学号 (请注意修改请注意修改) 9知识材料 二、综合专题实验及小论文 10知识材料 n 什么是综合专题实验什么是综合专题实验 由几个内容相关的独立实验组合而成的系列实验由几个内容相关的独立实验组合而成的系列实验 用同一个仪器研究不同的物理现象：用同一个仪器研究不同的物理现象： 迈 克 尔 逊 干 涉 专 题 实 验 实验1. 测量钠双线波长差 实验3. 法布里-珀罗干涉仪测钠 双线波长差 .观察钠光双光束干涉现象； .测量钠光平均波长，并与公 认值比较； .测量钠光双线的波长差。 1.观察钠光多光束干涉现象； 2.测量钠

7、双线波长差 实验2. 白光干涉测量平板玻璃 折射率 1.观察白光干涉现象； 2.测量玻璃板折射率。 11知识材料 同一个物理量用不同的方法研究：同一个物理量用不同的方法研究： 光 源 光 谱 专 题 实 验 实验1. 棱镜光谱与光栅光谱 实验3. 光栅光谱仪测光谱 1.利用棱镜色散测量汞灯光谱 2.利用光栅方程测量光栅常数 3.利用光栅色散测量汞灯光谱 1.光栅光谱仪的调节 2.利用钠灯进行波长偏移修正 3.测量汞灯、钨灯两种光源光谱 实验2. 小型棱镜读（摄）谱仪 测氢原子光谱 1.棱镜读（摄）谱仪的调节及使用 2.利用摄谱方式测量氢灯光谱 2.利用读谱方式测量氢灯光谱 电 子 特 性 专

8、题 实 验 实验1. 用密立根油滴仪测量电 子电量 实验3. 电子在电场、磁场中的 运动及电子比荷的测定 1观察并控制带电油滴在电场中的运动 2测量油滴所带电量 3测定电子的电荷值，并验证电荷的不连续性 1观察调节电聚焦和磁聚焦 2测量电子比荷 3计算偏转灵敏度和偏转因数 实验2. 金属电子逸出功的测定 1.测量阴极温度 2.测量热电子发射电流 3.用理查逊直线法测量电子逸出功 12知识材料 同一个物理现象的各种表现：同一个物理现象的各种表现： 实验实验1.光波的夫琅禾光波的夫琅禾 费衍射费衍射 实验实验2.透射光栅衍射透射光栅衍射 1.测量单缝衍射光强与位置的关系，作图并计 算缝宽 2.测量

9、圆孔衍射一级最小位置，计算 圆孔半径 3.衍射法测量细丝半径。 1Na灯做光源，测量光栅的光谱常数和角色 散率 2测量研究Hg灯光谱， 实验实验4.X4.X射线晶体衍射射线晶体衍射 1测量样品的x射线谱，进行指数标定 2计算晶格常数。 衍衍 射射 专专 题题 实实 验验 实验实验3.3.微波布拉格衍微波布拉格衍 射射 1、测量微波波长 2、验证布拉格公 式 实验实验5.5.电子衍射电子衍射 1、观察金薄膜的电子衍射现象 2、测量衍射环直径，计算电子束波长 13知识材料 较复杂的实验分多次进行：较复杂的实验分多次进行： 光 纤 技 术 专 题 实 验 实验1. 光源与光纤特性 实验3. 光纤传感

10、器 1.半导体激光器的电光特性 2.光纤的耦合与耦合效率测量 3.光纤数值孔径测量 1.反射式光纤传感 2.微弯式光纤传感 实验2. 光信号传输 1.音频信号的调制、传输与解调 2.光在光纤中传输时间的测量 14知识材料 n为什么要进行综合专题实验为什么要进行综合专题实验 综合实验技能的训练：在一个专题中使用综合实验技能的训练：在一个专题中使用 多种仪器，运用多种实验方法；多种仪器，运用多种实验方法； 对实验结果进行归纳、综合、分析能力的对实验结果进行归纳、综合、分析能力的 训练训练 多角度、全方位、深入地对物理本质进行多角度、全方位、深入地对物理本质进行 探讨探讨 15知识材料 本学期开设的

11、综合专题实验题目本学期开设的综合专题实验题目 n超声波原理及其应用专题：超声波原理及其应用专题： 1 1）超声波的产生与传播）超声波的产生与传播 2 2）固体弹性的测量）固体弹性的测量 3 3）超声波探测与成像基本原理）超声波探测与成像基本原理 n电子特性专题：电子特性专题： 1 1）金属电子逸出功的测定）金属电子逸出功的测定 2 2）用密立根油滴仪测量电子电量）用密立根油滴仪测量电子电量 3 3）电子在电场、磁场中的运动及电子比荷的测定）电子在电场、磁场中的运动及电子比荷的测定 n衍射专题衍射专题 1) 1) 透射光栅衍射透射光栅衍射 2) 2) 光波的单缝及圆孔夫琅禾费衍射光波的单缝及圆孔

12、夫琅禾费衍射 3) 3) 微波布拉格衍射微波布拉格衍射 16知识材料 n光源光谱专题光源光谱专题 1）棱镜光谱与光栅光谱）棱镜光谱与光栅光谱 2）小型棱镜摄谱仪测氢原子光谱）小型棱镜摄谱仪测氢原子光谱 3）光栅光谱仪测光谱）光栅光谱仪测光谱 n迈克尔孙干涉仪专题迈克尔孙干涉仪专题 1）测量钠光的双线波长差）测量钠光的双线波长差 2）白光干涉现象测量平板玻璃的折射率）白光干涉现象测量平板玻璃的折射率 3）法布里）法布里-珀罗干涉仪测钠双线波长差珀罗干涉仪测钠双线波长差 n光纤技术专题光纤技术专题 1）光源与光纤特性）光源与光纤特性 2）光信号传输）光信号传输 3）光纤传感器）光纤传感器 17知识

13、材料 q三个实验同时预习三个实验同时预习，上课时到实验室现场，上课时到实验室现场 安排做实验的顺序。安排做实验的顺序。 q第一次课带本专题第一次课带本专题三个实验三个实验的预习报告，的预习报告， 全部交给老师检查。全部交给老师检查。无预习报告不能做实无预习报告不能做实 验验。 q每次实验完成后数据交教师签字。每次实验完成后数据交教师签字。 q最后一个实验完成后，次周内交三个实验最后一个实验完成后，次周内交三个实验 报告及小论文（结合专题撰写科技论文，报告及小论文（结合专题撰写科技论文， 而不是对实验内容的简单复述。论文不少而不是对实验内容的简单复述。论文不少 于于1500字，字，严禁抄袭严禁抄

14、袭）。）。 专题实验教学一般要求 18知识材料 找共性、找差异、找联系找共性、找差异、找联系 怎样综合？怎样综合？ 小论文：小论文： 题目题目 背景背景 理论理论 实验方法实验方法 总结现象和结果总结现象和结果 扩展：方法、应用领域、内容扩展：方法、应用领域、内容 不足与建议（关于内容、方法方面）不足与建议（关于内容、方法方面） 科技小论文的形式和内容是开放科技小论文的形式和内容是开放 性的，学生可以从各自不同的角度来性的，学生可以从各自不同的角度来 综合表述实验的内容和结果，并展开综合表述实验的内容和结果，并展开 讨论。讨论。 19知识材料 小论文格式示例小论文格式示例 n（标题）（标题）

15、n专业专业 姓名姓名 学号学号 n（论文）摘要：（论文）摘要： n关键词：关键词： n（正文）背景（正文）背景 n（正文）论述（包括理论和实验方法）（正文）论述（包括理论和实验方法） n（正文）结论（总结现象和结果，扩展，（正文）结论（总结现象和结果，扩展， 不足与建议等）不足与建议等） n（撰写时间）（撰写时间） n 参考文献参考文献 20知识材料 1. 光的衍射发展史； 2. 用金属逸出功测量仪做设计性扩展实验； 3. 小议光纤实验中的信号调制方式； 4. 光波衍射与变换光学概论； 5. 密立根油滴实验过程的探讨； 6.棱镜折射与光栅衍射的区别与联系； . 小论文小论文 21知识材料 三、

16、设计性实验三、设计性实验 22知识材料 根据给定的实验题目、要求和实验条件，根据给定的实验题目、要求和实验条件， 由学生自己设计实验方案并基本完成全过程的由学生自己设计实验方案并基本完成全过程的 实验。实验。 主要设计内容包括主要设计内容包括 1.1.建立物理模型（多种）建立物理模型（多种）; ; 2. 2.物理模型比较（选择一种或几种）物理模型比较（选择一种或几种）; ; 3. 3.确定实验方法（由相应模型确定）确定实验方法（由相应模型确定）; ; 4. 4.选择仪器设备（根据设计要求）选择仪器设备（根据设计要求）; ; 5. 5.选择最佳参数（包括实验测量条件）选择最佳参数（包括实验测量条

17、件）; ; 6. 6.制定实验步骤（包括实验注意事项）。制定实验步骤（包括实验注意事项）。 什么是设计性实验什么是设计性实验 23知识材料 三种类型三种类型 测量型实验：测量型实验：对某一物理量（如电容、对某一物理量（如电容、 透镜参数、静态磁特性的测量等）进行测透镜参数、静态磁特性的测量等）进行测 定，达到设计要求；定，达到设计要求； 研究型实验：研究型实验：用实验确定两物理量或用实验确定两物理量或 多物理量之间的关系（电源特性研究），多物理量之间的关系（电源特性研究）， 并对其物理原理、外界条件的影响或应用并对其物理原理、外界条件的影响或应用 价值等进行研究；价值等进行研究； 制作型实验：

18、制作型实验：设计并组装或制作装置，设计并组装或制作装置， 如万用表的组装、全息光栅制作等。如万用表的组装、全息光栅制作等。 24知识材料 q第一次为第一次为准备实验准备实验，要求上课前先有，要求上课前先有准备报告准备报告，包，包 括设计方案（不只一种）和参考资料列表。（设计括设计方案（不只一种）和参考资料列表。（设计 方案包括：物理模型、实验方法、实验仪器、参数方案包括：物理模型、实验方法、实验仪器、参数 估算、实验步骤等。）估算、实验步骤等。）无设计方案不能做实验无设计方案不能做实验。 课内了解所需实验仪器性能和操作方法，进行试做，课内了解所需实验仪器性能和操作方法，进行试做， 研究设计方案

19、的可行性。研究设计方案的可行性。 q第二次带修改过的第二次带修改过的“可行的设计方案可行的设计方案”，粗做实验粗做实验。 q第三次第三次精做实验精做实验，并完成实验数据处理，并完成实验数据处理，下课时当下课时当 堂交原始设计方案和正式实验报告堂交原始设计方案和正式实验报告（报告内应包括（报告内应包括 实验总结或体会以及建议等）。实验总结或体会以及建议等）。 设计性实验一般要求设计性实验一般要求 25知识材料 建立建立 物理物理 模型模型 确定确定 实验实验 方法方法 选择选择 实验实验 仪器仪器 选择选择 实验实验 参数参数 实验实验 操作操作 处理处理 数据数据 撰写撰写 实验实验 报告报告

20、 制定制定 实验实验 步骤步骤 设计性实验的一般程序设计性实验的一般程序 26知识材料 1. 建立物理模型建立物理模型 根据实验要求和实验对象的物理性质，根据实验要求和实验对象的物理性质， 研究与实验对象相关的物理过程原理及过研究与实验对象相关的物理过程原理及过 程中各物理量之间的关系、推导数学公式程中各物理量之间的关系、推导数学公式 。 例：测量重力加速度例：测量重力加速度g。 什么物理现象或物理过程与g有关？ 自由落体运动自由落体运动/物体在斜面上的滑动物体在斜面上的滑动/抛体抛体 运动运动/单摆单摆/ 27知识材料 过程中的物理量有什么关系 )( 2 2121 1221 ttt t ts

21、ts g g dt dv gtvv 0 t vv g 0 gtv dt ds 0 2 0 2 1 gttvs 2 0 2 t tvs g 2 1101 2 1 gttvs 2 2202 2 1 gttvs dt ds ds dv dt dv g s vv g 2 2 0 2 v ds dv 以以“自由落体自由落体”为为 例例 28知识材料 2.物理模型比较与选择物理模型比较与选择 测量量值估计：当测量量值估计：当S=2m=2m，t 约为约为0.60.6秒。秒。 S S1 S2 哪个方案合适哪个方案合适？ t vv g 0 2 0 2 t tvs g )( 2 2121 1221 ttt t t

22、sts g s vv g 2 2 0 2 s 速度测量速度测量： t s v 如何提高准确度如何提高准确度？ v 29知识材料 斜面上的滑动斜面上的滑动 sinmgf 优点：增大时间值，优点：增大时间值， 方便测量；方便测量； 缺点：？缺点：？ 2 2 0 2 s vv g t 所有自由落体公式均所有自由落体公式均 可套用：可套用： sin sin 单摆模型单摆模型 L T g 2 ) 2 ( 估计估计 L=1m，T2s。 限制：小摆角限制：小摆角 sin 自由落体的变形自由落体的变形 30知识材料 绝对重力仪绝对重力仪 （美国）（美国） 不确定度不确定度 210-8 m/s2 在地球物理环境

23、、在地球物理环境、 地震、石油勘探、地震、石油勘探、 测量等领域有广测量等领域有广 泛应用泛应用 直接测量重力加直接测量重力加 速度值的主要精速度值的主要精 密计量仪器密计量仪器 31知识材料 32知识材料 朱棣文朱棣文原原 子干涉重力仪子干涉重力仪 33知识材料 3.3.实验方法的确定实验方法的确定 用什么方法、装置实现物理模型，每个物理用什么方法、装置实现物理模型，每个物理 量怎么测量。量怎么测量。 q测转动惯量时恒力矩怎么实现？测转动惯量时恒力矩怎么实现？ f 固定，半径固定，半径 r 固定，则力矩固定，则力矩f r固定；固定； q 速度怎么测？速度怎么测？ 用很短时间的平均速度近似瞬时

24、速度；用很短时间的平均速度近似瞬时速度； f M 34知识材料 q 电源的短路电流怎么测？电源的短路电流怎么测？ A E B A Rg A、B间压降间压降I 0Rg0。 Rg为电表内阻。为电表内阻。 当当I0=I时时，UAB=0，AB 间相当短路。间相当短路。 A R I0 G E E A B 0 I I 补偿法补偿法 35知识材料 4. 实验仪器的选择与配套实验仪器的选择与配套 q根据量值和准确度要求选择仪器种类；根据量值和准确度要求选择仪器种类； 例：例： 测时间用什么仪表？测时间用什么仪表？ q对待测物理量的值进行估计，以选择仪表的对待测物理量的值进行估计，以选择仪表的 量程；量程； q

25、按不确定度均分原则选择仪表的准确度。按不确定度均分原则选择仪表的准确度。 用什么仪器，准确度与量程。误差分配计算用什么仪器，准确度与量程。误差分配计算 36知识材料 R dR U dU P dP 2 222 )()(2 )(REUEPE E(P)2 (1%)2=0.0001 4E(U)20.00005， E(U)0.35%， 选选0.2级电压表。级电压表。 E(R)2 0.00005， E(R)0.7%， 选选0.5级电桥。级电桥。 q举例：举例：测量功率。公式测量功率。公式 R U P 2 RUPlnln2ln 0.0001 0.00005 0.00005 用电压表测电压，用电桥测电阻。要求

26、不确定度用电压表测电压，用电桥测电阻。要求不确定度1%。 37知识材料 5. 5. 测量条件与最佳参数的确定测量条件与最佳参数的确定 实验方法、实验仪器选定后，选择有利的实实验方法、实验仪器选定后，选择有利的实 验条件及参数范围，以最大限度的减小误差。验条件及参数范围，以最大限度的减小误差。 如如 单摆长度的测量（摆线、小球单摆长度的测量（摆线、小球） 指针式仪表量程选择在满度指针式仪表量程选择在满度 的的2/3处处 选择合适的测量环境：温度、湿度、气压、选择合适的测量环境：温度、湿度、气压、 电磁场电磁场 38知识材料 6. 6. 拟定实验实施方案拟定实验实施方案 1) 根据物理模型及实验方

27、法，画出相应根据物理模型及实验方法，画出相应 的实验装置图或电路图、光路图；的实验装置图或电路图、光路图； 2) 拟定详细的实验步骤；拟定详细的实验步骤； 3) 设计实验数据表格；设计实验数据表格； 4) 实验仪器、设备的名称，规格，使用实验仪器、设备的名称，规格，使用 条件等。条件等。 39知识材料 7. 7. 撰写设计方案撰写设计方案 实实 验验 题题 目目 一、实验任务一、实验任务 二、实验要求二、实验要求 三、实验方案三、实验方案 1、物理模型的比较与选择、物理模型的比较与选择 2、实验方法的比较与选择、实验方法的比较与选择 3、仪器的选择与配套（系统误差分析）、仪器的选择与配套（系统

28、误差分析） 1）误差公式的推导）误差公式的推导 2）仪器的选择）仪器的选择 4、测量条件与最佳参数的确定、测量条件与最佳参数的确定 1）测量条件）测量条件 2）最佳参数）最佳参数 四、实验步骤（简略）四、实验步骤（简略） 五、实验注意事项五、实验注意事项 六、参考文献六、参考文献 40知识材料 资料搜集资料搜集 在设计过程中要查阅足够的参考资料：在设计过程中要查阅足够的参考资料： 例如例如: 大学物理、物理实验教科书（不同版本）；大学物理、物理实验教科书（不同版本）； 有关测量、传感器方面的教材和专著；有关测量、传感器方面的教材和专著； 仪器、仪表、器件手册；仪器、仪表、器件手册； 仪器说明书

29、；仪器说明书； 国家标准、行业标准、技术规范等国家标准、行业标准、技术规范等。 41知识材料 完成实验设计方案后，方可到实验室实地考查完成实验设计方案后，方可到实验室实地考查 仪器情况并进行准备性实验。将实验设计方案交给仪器情况并进行准备性实验。将实验设计方案交给 指导老师检查。指导老师检查。 通过第一次实验检查设计方案是否可行，根据通过第一次实验检查设计方案是否可行，根据 实验室仪器设备情况、实验条件，进一步完善设计实验室仪器设备情况、实验条件，进一步完善设计 方案，即可进入实测。方案，即可进入实测。 实测一般分两次进行：粗测、精测。粗测中根实测一般分两次进行：粗测、精测。粗测中根 据测量数

30、据检查是否满足实验要求，可再次调整实据测量数据检查是否满足实验要求，可再次调整实 验方案，最后精测，完成实验。验方案，最后精测，完成实验。 8. 8. 实验操作实验操作 42知识材料 9.9.数据处理及撰写报告数据处理及撰写报告 根据最终选定的实验方案和实际实验过程，根据最终选定的实验方案和实际实验过程， 完成实验报告，实验报告包括前述实验方案的内完成实验报告，实验报告包括前述实验方案的内 容（实验任务、要求、方法、步骤、注意事项、容（实验任务、要求、方法、步骤、注意事项、 参考资料等）外，还应包括以下两项：参考资料等）外，还应包括以下两项： 数据处理与分析数据处理与分析 实验数据、数据计算、

31、误差估算、误差分析实验数据、数据计算、误差估算、误差分析 实验总结实验总结 包括对本实验的总结；实验中的体会、包括对本实验的总结；实验中的体会、 收收 获；对实验选题的建议、意见等。获；对实验选题的建议、意见等。 43知识材料 设计举例：设计举例： 测量型实验测量型实验 任务：测定金属材料的杨氏模量任务：测定金属材料的杨氏模量E。 要求：测量结果的相对不确定度不超过要求：测量结果的相对不确定度不超过5%。 物理模型的建立及比较：物理模型的建立及比较： 1） 外力作用下，发生形变，在弹性限度内有外力作用下，发生形变，在弹性限度内有 E c 2 0 4 3 6067. 1f d ml E L L

32、E A F 2） 圆棒状样品用两条细线悬吊起来，共振时圆棒状样品用两条细线悬吊起来，共振时 3） 声波在连续媒质内传播，其声速，则有声波在连续媒质内传播，其声速，则有 44知识材料 采用模型一。采用模型一。 采用金属丝的伸长测杨氏模量采用金属丝的伸长测杨氏模量E， 反射镜反射镜 杠杆架杠杆架 S SdD mgLd E 2 2 1 8 导出测量公式为导出测量公式为 2222 2 2 1 2 )()(2)()()()( )( SEDELEdEdEmE E Eu 按均分原则，按均分原则，E(D)1%,其余约为其余约为2%。 q 钢丝直径：钢丝直径：0.8mm，千分尺测量，千分尺测量， 保证保证 E(

33、D)0.01/0.8=1.2。 q 弹性极限弹性极限200MPa,F100N。 q 最小二乘法测量。用多个最小二乘法测量。用多个1kg砝码砝码 累加加载。累加加载。 q E量级量级210 11 Pa，可以计算出，可以计算出 L/L0.0005。 取取L=1m，则，则L=0.5mm。 L L E A F 45知识材料 q 光杠杆放大光杠杆放大 光杠杆 望远镜 竖尺 S S0 S1 d2d1 L 放大倍数放大倍数=2d1/d2， 取取d1=2m，d2=80mm， 放大放大50倍，倍， S=25mm。 用尺读。用尺读。 u( S)=0.5mm， E( S)=2%。 q d1用卷尺测，用卷尺测，E(d

34、1)=0.005/2=0.25%2%； q L用卷尺测，用卷尺测， E(L)=0.005/1=0.5%2%； qd2用板尺测，用板尺测， E(d2)=0.5/80=0.6%2%； q校核：校核： 2222 2 2 1 2 )()(2)()()()( )( SEDELEdEdEmE E Eu %2)2 . 12(5 . 06 . 025. 05 . 0 222222 %3 . 3 46知识材料 四、本学期实验内容简四、本学期实验内容简 介介 47知识材料 综合专题实验项目综合专题实验项目设计性实验项目设计性实验项目 超声波原理及其应用专题超声波原理及其应用专题全息光栅的制作全息光栅的制作 光源光

35、谱专题光源光谱专题 薄透镜参数的测量薄透镜参数的测量 波的衍射专题波的衍射专题 超声波测量液体浓度超声波测量液体浓度 光纤技术专题光纤技术专题 软磁材料静态磁特性的测定软磁材料静态磁特性的测定 迈克尔孙干涉专题迈克尔孙干涉专题 万用表的组装万用表的组装 电子特性专题电子特性专题 48知识材料 01 超声波原理及其应用专题（共超声波原理及其应用专题（共15套）套） 1）超声波的产生与传播）超声波的产生与传播 （7415室）室） 2）固体弹性常数的测量）固体弹性常数的测量 （7415室）室） 3）超声波探测与成像基本原理）超声波探测与成像基本原理 （7415室）室） 预习要求：预习要求： 认真阅读

36、实验讲义，复习示波器的使用，写出三个实验认真阅读实验讲义，复习示波器的使用，写出三个实验 的预习报告的预习报告 介绍介绍 49知识材料 超声波是频率在超声波是频率在2 104Hz 1012Hz的声波。的声波。 本专题简单介绍超声波的产生方法、传播规律和测本专题简单介绍超声波的产生方法、传播规律和测 试原理，通过对固体弹性常数的测量了解超声波在测试试原理，通过对固体弹性常数的测量了解超声波在测试 方面应用的特点；通过对试块尺寸的测量和人工反射体方面应用的特点；通过对试块尺寸的测量和人工反射体 定位了解超声波在检验和探测方面的应用。定位了解超声波在检验和探测方面的应用。 超声波测试把超声波作为一种

37、信息载体，在很多领超声波测试把超声波作为一种信息载体，在很多领 域发挥着不可取代的独特作用：域发挥着不可取代的独特作用： 1 1）探测鱼群或）探测鱼群或冰山、潜艇导航或传送信息、冰山、潜艇导航或传送信息、地形地地形地 貌测绘和地质勘探；貌测绘和地质勘探； 2 2）检验固体材料内部的缺陷、材料尺寸测量、物理）检验固体材料内部的缺陷、材料尺寸测量、物理 参数测量等；参数测量等； 3 3）进行人体内部器官的组织结构扫描（）进行人体内部器官的组织结构扫描（B B超诊断）超诊断） 和血流速度的测量（彩超诊断）等。和血流速度的测量（彩超诊断）等。 50知识材料 02光源光谱专题（共光源光谱专题（共15套）

38、套） 1）棱镜光谱与光栅光谱）棱镜光谱与光栅光谱 （5306室）室） 2）小型棱镜摄谱仪测氢原子光谱）小型棱镜摄谱仪测氢原子光谱 （5306室）室） 3）光栅光谱仪测光谱）光栅光谱仪测光谱 （5306室）室） 预习要求：预习要求： 认真阅读实验讲义；复习分光计的使用。参考测量三认真阅读实验讲义；复习分光计的使用。参考测量三 棱镜最小偏向角的方法学习观察汞灯的三棱镜光谱。棱镜最小偏向角的方法学习观察汞灯的三棱镜光谱。 写出三个实验的预习报告写出三个实验的预习报告 介绍介绍 氢原子的可见光光谱氢原子的可见光光谱 模拟的自然光光谱模拟的自然光光谱 51知识材料 很多光源发出的光是由多种不同颜色（波长

39、）的光很多光源发出的光是由多种不同颜色（波长）的光 组成的。通过仪器我们可以将这些不同波长的光分开，组成的。通过仪器我们可以将这些不同波长的光分开， 形成形成“光谱光谱”，可以帮助我们可以了解发光物体本身可以帮助我们可以了解发光物体本身 的许多其他物理、化学性质。的许多其他物理、化学性质。 气体原子发光来源于电子在原子内部能级间的跃迁。气体原子发光来源于电子在原子内部能级间的跃迁。 固体发光还和固体的能带结构有关。所以对物质发光光固体发光还和固体的能带结构有关。所以对物质发光光 谱的研究将有助于我们认识已知发光物质的微观性质。谱的研究将有助于我们认识已知发光物质的微观性质。 另外，不同元素的原

40、子有着自己特有的光谱特征，通过另外，不同元素的原子有着自己特有的光谱特征，通过 对光谱研究也可以帮助我们分析物质的组成成分。现代对光谱研究也可以帮助我们分析物质的组成成分。现代 光谱技术是物理、化学、材料学、天文学、考古学等研光谱技术是物理、化学、材料学、天文学、考古学等研 究中不可缺少的手段。究中不可缺少的手段。 本专题研究主要色散元件棱镜和光栅的色散性质，本专题研究主要色散元件棱镜和光栅的色散性质， 并利用小型棱镜摄谱仪和光栅光谱仪进行光谱测量。并利用小型棱镜摄谱仪和光栅光谱仪进行光谱测量。 52知识材料 03波的衍射专题（共波的衍射专题（共15套）套） 1）光波的单缝及圆孔夫琅禾费衍射（

41、）光波的单缝及圆孔夫琅禾费衍射（7319室）室） 2）透射光栅衍射）透射光栅衍射 （7302室）室） 3）微波布拉格衍射）微波布拉格衍射 （7302室）室） 预习要求：预习要求： 认真阅读实验讲义；复习分光计的使用。写出三个实认真阅读实验讲义；复习分光计的使用。写出三个实 验的预习报告验的预习报告 介绍介绍 单缝衍射单缝衍射 光栅衍射光栅衍射微波布拉格衍射微波布拉格衍射 53知识材料 电磁波和物质波都是波，具有波的干涉、衍射电磁波和物质波都是波，具有波的干涉、衍射 等共性。通过对干涉、衍射现象的研究，可以更等共性。通过对干涉、衍射现象的研究，可以更 深刻地认识电磁波和物质波的本质。另一方面，深

42、刻地认识电磁波和物质波的本质。另一方面， 在人们充分掌握了波动性质后，又能利用干涉、在人们充分掌握了波动性质后，又能利用干涉、 衍射现象做为手段研究、探查其他物理现象。衍射现象做为手段研究、探查其他物理现象。 本专题从光波的衍射性质入手，先了解衍射本专题从光波的衍射性质入手，先了解衍射 的一般性质，再学习各种波的衍射在测试和物质的一般性质，再学习各种波的衍射在测试和物质 结构分析方面的应用。结构分析方面的应用。 54知识材料 04光纤技术专题（共光纤技术专题（共15套）套） （1）光源与光纤特性）光源与光纤特性 （7305室）室） （2）光信号传输）光信号传输 （7305室）室） （3）光纤传

43、感器）光纤传感器 （7305室）室） 预习要求：预习要求： 认真阅读实验讲义：复习示波器的使用，了解相关认真阅读实验讲义：复习示波器的使用，了解相关 仪器的使用方法。写出三个实验的预习报告仪器的使用方法。写出三个实验的预习报告 介绍介绍 55知识材料 光纤全称为光导纤维，是一种导引光波的波导，是光纤全称为光导纤维，是一种导引光波的波导，是 一种新的传输介质。光纤通讯是以光波为载波，以光导一种新的传输介质。光纤通讯是以光波为载波，以光导 纤维为传输媒质的一种通讯方式。纤维为传输媒质的一种通讯方式。 目前，光纤在通讯、传感、激光治疗仪、激光加工目前，光纤在通讯、传感、激光治疗仪、激光加工 机等许多

44、方面都获得了应用，但其最主要的应用领域是机等许多方面都获得了应用，但其最主要的应用领域是 光纤通讯和光纤传感器。相对于无线电通讯来说，光纤光纤通讯和光纤传感器。相对于无线电通讯来说，光纤 通讯具有传输带宽、通讯容量大、中继距离远、抗干扰通讯具有传输带宽、通讯容量大、中继距离远、抗干扰 能力强、无串音、轻便、材料资源丰富、成本低等优点。能力强、无串音、轻便、材料资源丰富、成本低等优点。 本专题从半导体激光器和光纤入手，先了解半导体本专题从半导体激光器和光纤入手，先了解半导体 激光器的电光特性及光纤的结构和一般性质，再学习激光器的电光特性及光纤的结构和一般性质，再学习 光纤的耦合、传输特性及在通讯

45、和传感领域中的应用。光纤的耦合、传输特性及在通讯和传感领域中的应用。 56知识材料 05 迈克尔孙干涉专题迈克尔孙干涉专题 （共（共15套）套） （1）测量钠光的双线波长差）测量钠光的双线波长差 （7304室）室） （2）白光干涉现象测量平板玻璃的折射率）白光干涉现象测量平板玻璃的折射率 （7304室）室） （3）法布里）法布里-珀罗干涉仪测钠双线波长差珀罗干涉仪测钠双线波长差 （7304室）室） 预习要求：预习要求： 认真阅读上学期讲义认真阅读上学期讲义 “迈克耳孙干涉仪迈克耳孙干涉仪”实验，写出实验，写出 三个实验的预习报告。三个实验的预习报告。 介绍介绍 57知识材料 06 电子特性专题

46、（共电子特性专题（共15套）套） 1）金属电子逸出功的测定）金属电子逸出功的测定 （7307室）室） 2）用密立根油滴仪测量电子电量）用密立根油滴仪测量电子电量 （7307室）室） 3）电子在电场、磁场中的运动及电子比荷的测定）电子在电场、磁场中的运动及电子比荷的测定 （7307室）室） 预习要求：预习要求： 认真阅读实验讲义；写出三个实验的预习报告认真阅读实验讲义；写出三个实验的预习报告 介绍介绍 58知识材料 本专题从认识电子的基本属性，即测定电子的电荷值本专题从认识电子的基本属性，即测定电子的电荷值 入手，然后进一步研究电子的发射、电子在电场和磁场中入手，然后进一步研究电子的发射、电子在

47、电场和磁场中 的运动情况，从而对电子的特性有一个全面的认识，能够的运动情况，从而对电子的特性有一个全面的认识，能够 理解电子所涉及问题的广泛性和深刻性。理解电子所涉及问题的广泛性和深刻性。 电子与其它粒子一样，具有粒子性和波动性电子与其它粒子一样，具有粒子性和波动性 其中其中h是普朗克常数，是普朗克常数，v是电子的速度。当用是电子的速度。当用100KV电压加速电压加速 电子时，其电子波长电子时，其电子波长0.1nm，它是可见光波长的十万分之一，它是可见光波长的十万分之一， 因此用电子束照射样品的电子显微镜可以观察物体的微观结因此用电子束照射样品的电子显微镜可以观察物体的微观结 构，其分辨率可接

48、近构，其分辨率可接近0.1nm。电子束在电场加速下，可获得很。电子束在电场加速下，可获得很 大的能量，这种高能电子束可用来熔化、蒸发、焊接各种材大的能量，这种高能电子束可用来熔化、蒸发、焊接各种材 料。在加速器中，用加速到极高能量的电子束轰击原子核和料。在加速器中，用加速到极高能量的电子束轰击原子核和 其它粒子进行高能物理的各种现象的研究。其它粒子进行高能物理的各种现象的研究。 mv h 59知识材料 07 全息光栅的制作全息光栅的制作（14套）套） （5304室）室） 设计性实验设计性实验 制作型实验制作型实验 11 万用表的组装万用表的组装 （14套）套） （7309室）室） 12 万用表

49、的组装万用表的组装 （14套）套） （7310室）室） 实验前认真查阅资料，根据设计要求写出实验前认真查阅资料，根据设计要求写出 设计方案，设计方案中应有设计的电路原理图，设计方案，设计方案中应有设计的电路原理图， 光路图，制作方法和步骤等内容。光路图，制作方法和步骤等内容。 60知识材料 要求：实验前认真查阅资料，要求测量薄透镜的要求：实验前认真查阅资料，要求测量薄透镜的3个个 基本参数，设计测量方法，画出相应的原理图，写出基本参数，设计测量方法，画出相应的原理图，写出 实验设计方案。实验设计方案。 08 薄透镜焦距的测量薄透镜焦距的测量 （8套）套） （7319室）室） 测量型实验测量型实

50、验 10 软磁材料静态磁特性的测定软磁材料静态磁特性的测定 （14套）套）（7313室）室） 要求：实验前认真查阅资料，阅读实验了解软磁要求：实验前认真查阅资料，阅读实验了解软磁 材料的磁特性；学习用冲击捡流计测量磁场的方法；材料的磁特性；学习用冲击捡流计测量磁场的方法； 根据设计要求画出相应的原理图，写出设计方案根据设计要求画出相应的原理图，写出设计方案 09 超声波测量液体浓度超声波测量液体浓度 （共（共15套）（套）（7414室）室） 要求：实验前认真查阅资料，要求：实验前认真查阅资料， 掌握相应的原理，掌握相应的原理， 写出实验设计方案。写出实验设计方案。 61知识材料 q设计性实验设

51、计性实验：实验设计方案：实验设计方案20分分、 实做及完成报告实做及完成报告30分，计分，计50分；分； q综合专题实验综合专题实验：每个实验：每个实验10分、分、 小论文小论文20分分，计，计50分；分； 实验总成绩为两个实验成绩总和，其中：实验总成绩为两个实验成绩总和，其中： 五、实验成绩考核 62知识材料 六、上学期实验存在的问题六、上学期实验存在的问题 q不及时选实验，选上后又缺课。不及时选实验，选上后又缺课。 注意：本学期物理实验课每人做两个系列，缺一个肯注意：本学期物理实验课每人做两个系列，缺一个肯 定不能及格。实验课没有补考，只能重修！定不能及格。实验课没有补考，只能重修！ q不

52、预习实验，抄别人数据和作业。不预习实验，抄别人数据和作业。 q不及时交实验报告。不及时交实验报告。 q数据记录不规范。数据记录不规范。 q画图不规范。画图不规范。 q不注意有效数字位数要求。不注意有效数字位数要求。 q不会进行间接测量量的不确定度分析。不会进行间接测量量的不确定度分析。 63知识材料 不确定度计算复习 n直接测量量 n间接测量量 64知识材料 直接测量量不确定度的评定直接测量量不确定度的评定 n 1i i 1 x n x 1 1）计算：）计算： 3 3）计算：）计算：)(xsuA n xxxx., 321 等精度多次测量等精度多次测量 3 m B u 和和 4 4） 22 )(

53、 BA uuxu 2 2）计算：）计算：)(xs 剔除坏值后，重复剔除坏值后，重复1 1）2 2） （已无坏值）（已无坏值） 5) 5) 最终结果：最终结果： )(xuxx %100 )( )( x xu xE 65知识材料 某长度测某长度测6 6次次, ,分别为分别为29.18 29.19 29.27 29.18 29.19 29.27 29.25 29.26 29.24(cm) 29.25 29.26 29.24(cm) m m=0.02cm=0.02cm cm23.29 6 1 6 1 i i xx 取一位取一位 02. 00168. 0 1 )( )( 6 1 2 nn xx n xs xs i i cmcm 计算计算 66知识材料 cm020u)x( s)