北航基础物理实验考试最新版

1、北京航空航天大学基础物理实验考试资料2012年最新修订版材料科学与工程学院&化学与环境学院共同制作2012年1001大班最新修订版材料科学与工程学院&化学与环境学院共同制作2012年1001大班最新修订 卷首语本次修订是在1系、27系共同制作的物理实验第二版的基础上，根据1001大班同学完成实验的心得体会进行编排修订。本次修订对插图进行了重新绘制与修改，对其中的错误进行改正，对语意不清的地方进行完善，重点难点之处进行重新编写。物理实验考试还是比较难的，但是充分预习之后，就显得非常简单。作为闭卷考试，只有在之前弄清原理，记熟步骤，考试时才能游刃有余。考试时会提供实验原理、实验目标，没有实验步骤。

2、书写实验报告时，一定要听清楚监考老师的要求，要做到既不失分，也不浪费时间。对于平时数据处理不熟练的同学，考试之前一定要学会练熟科学计算器的使用方法。考试前10分钟会公布考试需单，抽到相对简单的实验的同学，不要过于轻敌，不幸中枪的同学也不要自乱阵脚。大家都应该保持头脑清醒，可以抓紧时间再看一遍实验步骤，也可以在脑海中过一遍。考试时，遇见简单的迅速拿下，遇到困难不要自暴自弃，实在不行可以进行求助，最坏的情况下举手问老师，但是千万不要直接走人。只要有所预习，只要不作弊，通过这门考试问题不大。但是想拿高分的同学还是要乂快乂好的完成。物理实验的成绩怎么计算，恐怕老师们也不清楚。做得快、独立完成，考试得分

3、相对较高一些，但是考试上90与期末优秀似乎没有绝对的关系。总之，考试时不要一味求快求多，一定要保证质量，再求速度。最后感谢1系、27系的学长学姐编写实验指导材料，并感谢王艳洁学姐提供的电子版原稿，感谢材料学院2010级全体同学的大力支持，祝愿大家在物理实验考试中获得好成绩。本次修订由1001大班李圳同学负责完成电学部分，张萌思同学完成光学部分。由于我们水平有限，欢迎大家提出建议，批评指正，以供下次修订之用。材料科学与工程学院&化学与环境学院共同制作2012年1001大班最新修订 第三版前言本资料最初由360107班康建新学长、洪延学长以及李娴学姐于2009年夏整理。之后由370107班宋诚同学

4、提供360107班电子版原稿，370102班王艳洁、李胖和单亦姣三位学姐补编，补充了D02、G02、G03三个实验，并对其余实验中的问题进行了改正。D01：康建新；D02：王艳洁；D03：洪延；D04：李娴；G01：洪延；G02：李悴、王艳洁；G03：单亦姣、王艳洁；G04：康建新（由于实验内容较之前有调整与更新，故2012年由10级材料科学与工程学院100113班李圳修订电学部分，100114班张萌思修订光学部分，更新了实验内容并对以前版本中出现的问题进行了修改。在此感谢370102班王艳洁学姐提供上一版电子版原稿。）由于水平有限，难免会有错误。有错之处，还望大家谅解。本资料只供大家复习参考

5、，物理实验为闭卷考试，不允许携带任何资料，所以希望大家能把原理弄清，步骤记熟，这样才能在考场上操作自如。实验报告分值最重的是数据处理部分，希望大家能够掌握好数据处理的方法。最后，再次感谢一系材料科学与工程学院和二十七系化学与环境学院的同学的大力支持，并祝愿大家在物理实验考试中取得理想的成绩！材料科学与工程学院&化学与环境学院共同制作2012年1001大班最新修订电学部分如果说你电学抽到了这个实验，说明你是幸运的，因为这是比较简单的电学实验了，原理高中都学过，就是操作比较繁琐。但是原理很简单，做完的速度相当快，力口油！该实验有四个部分：给你一个500Q,200PA的表头，完成毫安表的改装，伏特表

6、的改装，欧姆表的改装和三用表的设计，最后一个为选作，10分，建议必做。进去之后会先让你画出前三个实验的电路图，并计算出各个电学原件的初值，等老师检查无误后，再连接电路，每改装完一个要让老师检查，然后拆掉作下一个。一、任务要求1、用一个内阻500Q,量程200UA的表头，配以给定的其它器件或仪器，组成一个单量程的三用表（10mA量程的电流表，5V量程的电压表和中值电阻R中=1200的欧姆表）。2、实验前给出相应的电路图以及各元件或仪器的设计值，校准电路的原理图和设计参数。3、实验校准应按满偏电流（10mA电流表），满偏电压（5V电压表），以及欧姆表的满偏（0Q）和半偏电阻（120Q）的设计要求來

7、调整参数。4、自带坐标纸和计算器！毫安表改装（改装为10mA的）Rs的作用是分流Rg10-200X10-3电流表选15mA量程的E取4.5V为保护电路，Rn选400Q左右R位于最左端，开关断开伏特表改装（改装成5V的）/材料科学与工程学院&化学与环境学院共同制作2012年1001大班最新修订 RH的作用是分压Rh莎E一500。=24500Q电压表选7.5V量程的，E取6VRgR位于最左端，开关断开RI13欧姆表的改装（改装成120a的）E取1.5V通过Rg的电流为1穴兔120QRq+500所以Ro=8.13QR=120Q-500Qx8.13Q500Q+8.13Q=1120Rx为120Q标准电阻

8、开关断开。（这里R选用提供的滑动变阻器,用带有刻度的大的那个，量程为200Q）三、实验步骤材料科学与工程学院&化学与环境学院共同制作2012年1001大班最新修订 毫安表的改装及校准按图连接电路，Rs,Rn为电阻箱连通电路，将R调至中段，调节Rn,使电流变示数为10mA略微调节Rs,使表头满偏（此时电流表指针可能有微小改变，反复调节Rn和Rs,直到同时满足2,3）,记录Rs的值调节R,测出11组I标和IX,记录数据，同时记录每格代表的电流Idiv（可以直接取0,1mA,2mA10mA）112111标/mA010IX/mA010A|=lx-1标/mA00伏特表的改装及校准按图连接电路，R,RH为

9、电阻箱连通电路，调节R使电压表示数为5V。略微调RH节，使表头满偏（此时电压表指针可能有微小改变，反复调节R和RH,直到同时满足2,3）,记录RH的值调节R,测出组U标和UX,记录数据，同时记录每格代表的电压Udiv（可以直接取0,0.5VJV5V）11211U标/V05UX/V05AU=Ux-U/V00欧姆表的改装及校准按图连接电路，Ro,RX为电阻箱，R是一个有刻度的滑动变阻器，根据刻度，找到112Q,联入电路，这时电源是一个方形的稳压电源，你要把旋钮调到i.5v/断开开关，调节Ro使表头半偏闭合开关，调节R,使表头满偏（这时再断开，可能不再半偏，反复调节Ro和R,直到同时满足2,3）,记

10、录Ro的值材料上会给你13个阻值让你验证，记录每个阻值便过多少格将电源电压调成1.4V,重新调节R0,任取一个阻值进行测试。11211R/QRX/div数据处理在坐标纸上，以标准电流或者电压为横坐标，差值为纵坐标作折线图，两个,这样就完了。1/7厶材料科学与工程学院&化学与环境学院共同制作2012年1001大班最新修订 五.选作实验滑动（小）ORH/电阻箱材料科学与工程学院&化学与环境学院共同制作2012年1001大班最新修订 R1R2会给你一个三刀三掷开关，就是一个盒子，上面有12个接线柱，黑色的接刀，白色的接柱。它的具体内部构造和双刀双掷一样。三刀三掷开关上有一个旋钮，三个档，1是第一排白

11、色接线柱在内部分别和三个相连（最上面），2是第二排（中间），3是第三排（最下面），这样，接线柱之间的部分连入电路就可以组成回路了。第三排就是欧姆表，直接把上面那一步拆下來的拿过來就可以了。第一排是毫安表，Rs用的是200Q的滑动变阻器，用组装的欧姆表把它调到校正的Rs值。第二排是伏特表，RH是电阻箱，阻值就是第二步的RH的值。老师过來看的时候会拿过來一个黑盒子，上面三个接线柱，会让你测量一次电压，一次电流，一次电阻，你只要连上接线柱，旋转一下旋钮就可以了注：选做实验一定要做，选做实验时占有一定的操作分与报告分的，所以选做实验一定要尽量完成，完不成的话在保证实验报告写完的前提下，选做能做多少算多

12、少。D02伏安法的应用（Boltzmann常数的测定）作为电学实验中最简单的实验，如果你抽到了D02,我必须恭喜你。不过,各个接线的位置还是要牢牢记住的。计算不繁琐，操作不复杂，也许当你收拾仪器的时候，你会意味深长的说，“竟然比我还快”。一、任务与要求1、用伏安法测PN结正向电流电压关系，并由此测定波尔兹曼（Boltzmann）常数。f2、实验进行前，必须在报告纸上给出：线路图（包括元件的极性，管脚及大小量级）。测量方案和操作步骤的简要说明。3、数据处理时请带计算器。二、实验原理（略）三、仪器设备（略）四、操作步骤：1、根据图a电路图连线，图中Rf为100Q金属膜电阻，R为电位器，大小可调。2

13、、初始时将R的初值调到最大，测量m、n两结点间的电压，记为氏；再测量b、e间的电压，记为U,此为一组数据。3、调节R的大小，重复2的步骤，记录第二组数据，记录十组。4、实验后整理仪器。E二2V图a实验电路（这个图要记住，特别是a、b、c、d、e与A、B、C、D）五、提示及注意事项：1、波尔兹曼常数k的理论值为1.38X1023J/Ko2、因当Uad(5)在(0.45V,0.62V)范围内变化时，实验的线性较好，故应调节R使Uad(Ui)在0.5V0.6V间变化，如取0.51V,0.52V,0.53V0.59V,0.60V。3、运算放大器正相输入端接地，但下方接一12V,不要接反。4、在测量m、

14、n点电压时，因m点与I点虚短路，故U)n=Umn,可测U(n代替Un(U2),简化测量步骤。5、实验时不用实验盒上的三极管，而采用独立的硅三极管(装置类似于上学期实验测冰的熔解热的那个装置)，因在实验过程中温度升高，冰会融化，使电压表读数不稳，故应在装置中多加冰。6、运算放大器排线不会像图示那么简洁，会把接口ABCD都放在一条线上，所以要搞清接口(A接一12V,B接+12V,C接“一”，D接“+”)。7、Uad的变化范围在2V以内，故选2V量程，Uin(U2)的变化范围在020V之间，但开始在02V变化，故先用2V量程，再用20V量程。8、老师检查时会检查你记录数据中的一组或几组是否与仪器上显

15、示的相符，如将电压Ik调到0.57V,看一下6是否与你记的数一致。9、请等到示数稳定后再读数。六、数据处理eu同乘以RfeuI=I()eWIRf=U2=I0RfeIT/、eu(其中e=1.6X1019C,T=273.15K)=ln(I0Rf)+设y=lnU2,x=Ui，则a=ln(I0Rf),b二占K1用计算器算出b,r,则心县,Ua(b)=bJ匸晁厂二Ub(b)般可以忽略不算，但是有的老师可能要求计算(计算方法见基础物理实验课本）oU(b)=Uf(b)+U$(b).u（b）_u（k）.U（k）=结果表述为：kU（k）D03补偿法的应用作为电学实验的究极Boss,这个实验一定要好好准备，好好祝

16、愿自己不要抽到。但是就算抽到也不要心慌，一定要气定神闲的利用好开考前的几分钟，好好巩固一下。选作就是必做的一个范本，必作会做选作一定超级简单。所以考试时一定要抓紧时间，争取做完必作，乃至做完选作。一、实验原理略二、任务1、把UA表改装成多量程的（23档）的电流表，以适应不同光电流（短路）的测量，电流表需经过校准。2、利用电流补偿原理测量不同照度下光电流输出的短路电流。3、验证点光源发光在垂直面上产生的照度符合平方反比率。要求：实验前画出实验的电路图，给出测量方案和操作步骤的简要说明（300字内）,进行测量的可行性、安全性和准确度分析，包括仪器的参数和元件的量级设计。（这个实验老师并没有要求进行

17、可行性、安全性、准确的的分析，其他的都要，一定熟练掌握要求写的东西，写完了才能做实验）三、实验步骤1/粗测光电池电流范围我个人认为，所谓粗测，就是按照正常的电路先行接好，体现粗测的地方就是电流表。利用微安表的内阻值，并联电阻，从而组成并不准确的电流表。通过改变并联电阻值，从而改变电流表的量程，这样就得到光电池的电流范围了。微安表改装安培表a）要求为改装出粗测量程以内的3到4个量程的安培表，请自行按照自己所测量程进行设计。b）微安表的内阻一般会给出，设为Rs（3.3kQ）,满偏电流为lmax=50uA,根据改装电流表的计算方法（R=,其中lx为所取量程）算出&W-1对应量程的4个理论值,设为Rn

18、/R12/R13,R14o校正安培表a）按图组装好校正电路。b）调整好R1zR2/R3的电阻，&为之前的理论值，R2=E2/lx,R3珂（EE2）/lxR表。其中E2为伏特表示数，一般很标准,R表为所校正电流表的总阻值，需要计算。参考公式：I*R丄max%R寿=；二表lxRi*RgRi+RgC）接通电源，一开始只调整R3,使得大电阻R的开关接通时，G表上指针不偏转。Ad）调整Ro,使得G表满偏，记下此时的R阻值心。e）重复之前步骤校正另外三个量程的的安培表，记录对应的Ri阻值12/13川14。此步注意的问题：之前老师可能要求在纸上给出RnRRs的理论值计算过程，并且要求写出实验简要过程。所以之

19、前要做好准备，E1为4.5V,E2为3V,但也要要仔细读书理解算法和原理。注意指针偏转的方向可以帮助判断阻值的偏大偏小。若无法达到要求，则检查电路连接和其它阻值的调整是否到位。小技巧：计算RpRRs以后，调节R3,目标是按下s而表头不动，完成材料科学与工程学院&化学与环境学院共同制作2012年1001大班最新修订后调节&，使表头满偏，记下数值。D.另外，考试时各电阻标号可能有所变动，望注意。补偿法判定光电池电流与光强的关系a）按图连接好电路。Ex的选择一般是1.5V,但注意听老师要求。b）最好从近到远，每隔一段距离测量，电流表量程由大到小（R1使用校正阻值）。10-70cm最好,太远由于光弱会

20、受到实验室光影响从而线性关系不明显。可以在之近距离稍微多侧一些。c）读出光电池到光源距离R后，调整Rx的大小，使得当开关闭合时电流表指针保持不动，记录此时的量程和偏转格数。（注意，此时调节要注意观察偏转的方向）d）改变R,重复步骤c,一共测大约10组数据，注意量程切换。（读数小于扌量程时，切换量程）R(cm)1/R2A表量程偏转格数电流值（mA）注意的问题A.R的选取是光电池到光源的距离，选择其底座左或右边缘对应的刻度值材料科学与工程学院&化学与环境学院共同制作2012年1001大班最新修订 皆可，但注意统一。B.测量尽量大于10组，可以舍去由于距离远而线性关系差的数值。数据计算a）用一元线性

21、回归计算电流值I与1/於的线性关系，重点在于，其越接近于1（不大于），说明测量结果越好。（若r大于1,则可能是有效数字的位数太多或太少）b）若要求用回归方法计算出R与实际光源中心的差值，则要在报告上给出回归方法，这里给出一个计算方法，不是标准答案，仅提供一种思路。c）注意：拟合时要考虑R+X中的X。求R值与实际距离的偏差解：设测量值R与实际值偏差为X则有Iocl/（R+X）2所以可推出（R+X）ocl/设（R+X）xk=l/jr从而有Rk+Xk=l/JT因为理论上k和x为常数，所以Xk也应为常数，则我们得到了一个线性式子，可以进行一元线性回归。设Xk为a,k为b,R为回归中的x,1/JT为y,

22、进行回归，最后X=a/boX应该为厘米数量级。X注意可正可负。此步注意的问题了注意熟练使用一元线性回归重点在于的计算，注意尽量求得较好的线性关系。选做实验给光电池串联一个电阻（可能是800Q与2000Q选一个）（加在图1和2间），然后绘出电流与距离的关系图，要使用坐标纸，若前面很顺利，此步应该很简单，所以前面注意抓紧时间，祝好运。（依照前面的方法调）材料科学与工程学院&化学与环境学院共同制作2012年1001大班最新修订 D04非平衡电桥的应用（自组热敏电阻温度计）做这个实验，应该会很热，而且估计你还不会让老师开空调。但是能做这个试验还是很幸运的。实验难度不大，但是原理不是很简单，一定要弄清楚

23、。一、实验原理（略）二、任务：1、设计一个用热敏电阻（电阻随温度升高而下降）作传感元件，用非平衡电桥作指示（电桥不平衡时桥路上的电流时温度的函数）的温度计2、先利用平衡电桥原理，测定不同温度下，热敏电阻的阻值随温度变化的实验曲线。3、由上述实验点进行曲线拟合，获得热敏电阻值随温度（0-100C）的变化曲线R（t）o4、利用R（t）对热敏电阻温度计定标。三、实验步骤1、测R1与R2的比值E=I2Va、将实验仪器按上述电路图连接（此步不连接F）,Rp滑动触头打在最左端；（此步屯成后老师检委，注意E正负极和董程选择12V丿b、将Rp滑动触头打在变阻器中部，调节R3，R“使G零偏，记下R3，R4读数，

24、则Ri/R2=R3/R4,从而求得R1/R2的值，留作待用。2、测热敏电阻阻值a、将R3换成热敏电阻Rx，连接上E，（注意量程选择40VJ,Rx还要和数字三用表连接（图中未园出，选标示为Q的电酿棲线孔，量程选2kQ）；b、将两个电源开关打开则热敏电阻开始加热，调节R4使&的指针稍微偏过0读数，随着电阻温度升高，读数增大，当指针刚好指零时读三用表读数，同时记录阳、R衣值，此两读数为一组数据；c、之后重复上述读数方法:调节R4,使指针稍微偏过0读数，当指针指0时读三用表上读数并记录R4值。读810组数；注意：开始时升温较快，后來越來越慢，因此阻值设置应该由稀疏到紧密。（因老师一般要求第一组实捡数据

25、为室温，最后一组要超过90C,则第一组教需在热敎电酿开始加热后尽快读取，也可丸读克第一组数后再加热电吭；而最后一组.教可丸根据贽料所给附表查出90C对应旳.值，使最后一组三用表读数趨过此数值即可丿参考表格R/Qt/CR/QR数据处理（因之后的步骤中要用到比处数据处理值，则先介绍）a、根据Rx/RRx/R.,由R】数值求出凡阻值；再根据资料上所给公式及附表，由三用表各读数求出相应温度值，此即为热敏电阻温度值t；b、做Rx-t曲线b根据公式Rx=aebT,则lnR：二lna+b/T（沁此处温度单伐为K,上而所求为。C,应根据T=t+2735转化儿令y=lnR：,x=l/T,则A二Ina,B二b,用

26、一元线性回归方法计算出A,B,则可求出公式RX=aeb/t的表达式。（可直棲在计算赛上输入1/T和InRx，直棲算出A,B；实脸圭提供计算赛及其使用说朗，但为节约肘间最好勺带能计算一元线性回归的计算赛，并在实捡前学会使用丿3、温度计定标a、根据前一步骤求得公式，计算出Rx(0C),Rx(10C)Rx(100C)的值;(Rx(0C)与Rx(100C)的值一定算出，但中间间隔可根据老师要求的俎数调节,如可为Rx(0C)、Rx(15C)Rx(100T)b、将电源E撤掉，热敏电阻&换回电阻箱根据所算的R、：(0C),由RfRx(0C)/(&/&),求出乩的值，将电阻箱&调为此值；c、调节使2Rx(10

27、0C)；调节Rp，使满偏；d、调节&,分别使2%(90C),Rv(80C)Rv(0C),读出相应的显示的格数；(读数屯，此处老师会检查R3=Rx00C丿肘，是否满偏及R3=Rx(0TJ对，是否零徧，但主要检查15者，所以前面调节时一定要使满偏；而表格中r3=rx(ioorj那栏格数一是写满偏格教，Rs=Rxcorj那栏不管是否零偏，一定写o,其余按真实读数写，并在所列表格中写出与格数对应的电流值)e、根据各I值作出I-T(或者I-t,只是温度单位不同)曲线。参考表格R/QR：(OC)Rv(100C)格数/div0(满偏格数)I/A0(满偏电流)附：1、进入实验室后会发资料(即为上面多次提及济料

28、丿，资料上有电阻与温度转化公式及附表，计算时应看清公式中各位置代表的量，不要带错数据。2、不同老师对实验报告有不同要求，此实验一般要求报告中有实验目的、实验原理、实验步骤等所有项目，但只需有此项就行，所以每项简述儿句话就行，但还是应认真听老师要求后再写。3、在老师第一次检查时(即测乩与R：的比值时)，有些老师是根据此步所做快慢打操作分，所以应尽量做快点，且最好在自己先检查一遍正负极和量程等无误后再叫老师，以免有错反而扣分。4、在测热敏电阻阻值用一元线性回归处理数据时，有些老师会要求画出所设x,y的坐标图以验证一元线性回归，因此虽然计算机可直接输入1/T和InRx的值，但仍然要算出每个对应值画图

29、，所以实验前可先向老师问清楚，以免漏做或多做实验要求。5、老师要求实验完成后收拾实验仪器，则需将电源E所调的12V调回0,若未调回0,有些老师在学生离开后检查时会扣5分，以免不必要的失分，此步一定不能忘。光学部分G01分光仪的应用（棱镜光谱仪）这一实验在原理和操作上都是光学实验中最简单的，只要做之前看懂第一学期的410节分光仪的调整及其应用与第二学期的513节氢原子光谱和里德伯常数的测量，就一定没问题的。-、任务与要求/iA丁一正确调整好分光仪及三棱镜。观察汞灯三棱镜色散后的谱线。测量不同谱线的最小偏向角，计算三棱镜玻璃对不同波长X的折射率，并用一元线性回归法验证科希公式。通过测量未知光源对应

30、的折射率，求出待测光源的光谱（波长）。数据处理时请自带计算器。二、实验提不。分光仪的调整一、分光计的结构利用分光计测量光线的偏折角，实际上是确定光线的传播方向.只有平行光才具有确定的方向，调焦于无穷远的望远镜可以判定平行光的传播方向.因此，分光计由平行光管、望远镜、载物台、角度刻度盘和三脚底座五个主要部分构成图2是它的全貌.1-狭缝装置；2狭缝装置锁紧螺钉；3平行光管部件；4制动架（二）；5载物台；6-载物台条平螺钉：7-载物台锁紧螺钉；8-望远镜部件；9-目镜锁紧螺钉：10-阿贝式自准值目镜：11-目镜视度调节手轮：12远镜光轴高低调节螺钉；13-望远镜光轴水平调节锁钉；14-支臂；15-塑

31、远镜微调螺钉：16-刻度盘与望远镜连结螺钉（实际在图上位置的背面）；17-底座；18望远镜止动螺钉；19-平行光管准直镜；20压片：21-度盘；22-游标盘；23-立柱；24-游标盘微调螺钉；25-游标盘止动螺钉；26-平行光管光轴水平调节螺钉：27-平行光管高低调节螺钉；28-狭缝宽度调节手轮.二、具体调节调节使分光计达到下述状态：1.使平行光管发出平行光，塑远镜接受平行光（即聚焦无穷远）；2.平行光管和塑远镜的光轴（望远镜光轴此处是指分划板中心十字交点与物镜光心的连线）与分光计的转轴垂直.1、目测粗调：调节前应先进行粗调，即用眼睛估测，把望远镜光轴（调节12）、平行光管光轴（调节27）和载

32、物台（三个底部螺丝半紧半松切载物台为尽量水平！）面尽量调成水平，且人致垂直于分光计中心轴，然后再对各部分细调.2、用自准法调整望远镜聚焦于无穷远处点亮小灯，调节目镜与叉丝间的距离（慢转目镜镜头11）,看清叉丝.将一平面反射镜垂直放在载物台上，并且使平面镜的镜面与载物台下三个调平螺丝厶和爲中的任意两个（如厶）的连线垂直（通过调节这两个螺丝可以改变平面镜对望远镜的倾度）.缓慢转动载物台（大多可通过转动22游标盘来实现），实验者从镜头侧面观察，人概使得从望远镜射出的光能被镜面反射回望远镜中.从塑远镜中观察，并缓慢转动载物台（转动22不要转5），找到从平面镜中反射回来的绿色十字后,调节叉幺纟与物镜间距

33、（须松开上方小螺丝9）,使从目镜中能看清叉丝的反射像,且削除视差.此时,小十字（即分划板）已处于物镜焦平面上.即望远镜已聚焦于无穷远，用目镜锁紧螺钉9固定好套筒.3、用半调法调整望远镜光轴与分光仪主轴垂直在上一步已看见反射的小十字像的基础上，转动载物台（通过转22,以后不说了），使平面镜绕分光计中心轴转180,如果仍能看到反射回来的小十字像，则可细调使小十字像与分划板上方黑十字重合.否则，应重新进行粗调，直至载物台绕仪器转轴转180。前后均能看见平面镜反射回来的像，再进行细调.细调采用半调法，即先调望远镜下的光轴高低调节螺钉，使小十字像与分划板上方黑十字的上下距离移近一半，再调小平台下的两个螺

34、丝（调该螺丝能够改变平面镜倾度）氏，（A不动），使它们重合，转动载物台180,再照以上方法调节，反复多次，必可使载物台转过180前后，平面镜的两个面反射回来的小十字像均与分划板上方黑十字重合.此时望远镜光轴与仪器转轴垂直.4、调整叉丝分化板的纵丝与主轴平行微微转动望远镜镜筒，使得小绿十字移动时的轨迹与上叉丝重合。5、调节平行光管与望远镜光轴平行取走平面镜，将一调好的望远镜正对着平行光管，打开钠光源，照亮狭逢。打开狭缝，调节合适的狭缝宽度。从塑远镜中观察，同时调节狭缝与平行光管间的距离（松开狭缝套筒紧锁螺钉2）,直到从塑远镜中能看到清晰的狭缝像，且狭缝像与分划板之间无视差，这时平行光管产生的就是

35、平行光。调节方法是:先使的狭缝像与纵丝重合；调节平行光管的倾斜度27,使（竖直）狭缝中点与中心叉丝叉相重合。至此，望远镜、平行光管均已调好，在以后的测量中，不得破坏此状态，否则前功尽弃，需要重新调节。注意的问题：1、实验前最好先熟悉一下各个螺钉的作用，书上没有提到要动的螺钉就不要动，注意25和16一开始应该是松开的。2、粗调一定要做好，直接影响整个实验的速度。3、老师关灯后可用开关上的小灯辅助照明。4、如果转22（黑盘）载物台不动，检查25和7.5、压杆不可伸下太多，否则影响载物台转动。6、图中分光仪与实验室略有差別，16位置在其图上的背面。最小偏向角法三棱镜的放置调整参见基础物理实验，这里不

36、再赘述。一、实验原理：光线a代表一束单色平行光，以入射角ii投射到棱镜的AB面上，经棱镜两次折射后以二角从另一面射出来，成为光线经棱镜两次折射，光线传播方向总的变化可用入射光线。和出射光线广延长线的夹角/来表示，$称为偏向角由图可知d=(ii-i2)+(i4-i3)=i1+i4-A.此式表明，对于给定棱镜，其顶角月和折射率77已定，则偏向角$随入射角ii而变，3是ii的函数.用微商计算可以证明，当11=14或乙=厶时，即入射光线曰和岀射光线r对称地“站在”棱镜两旁时，偏向角有最小值，称为最小偏向角，用dn表示.此时,有i2=A/2,11=（A+爲）/2,材料科学与工程学院&化学与环境学院共同制

37、作2012年1001大班最新修订 #材料科学与工程学院&化学与环境学院共同制作2012年1001大班最新修订 II=2.Asm2二、实验提示(1)调整分光仪和三棱镜。2)观察光谱线放置好三棱镜用汞灯照亮平行光管狭缝，在平行光管与狭缝间放凸透镜聚焦(同氢原子光谱实验一样)，松开游标盘止动螺钉，转动载物台使棱镜处在图所示位置.松开望远镜与主轴锁紧螺钉，转动塑远镜支臂沿棱镜出射光方向寻找棱镜折射后的狭缝像，只要之前分光仪和三棱镜调节好，此时应该能够在望远镜中就能看到谱线。注意：1、若看不到谱线或谱线不亮，可能是因为狭缝光源亮度不够，可将狭缝调宽一些再观察。2、观察到的谱线应该是非常清晰的，如果看到一

38、些条形光斑可能是三棱镜内部缺陷和其他光源造成的，町通过遮挡其它光源观察像是否消失来验证。3、一时找不到不要慌张，耐心确认前一步的调节没有受到干扰，角度合适后可固定塑远镜或载物台转动另一个寻找，还是没有的话，再改变固定方的位置再找。4、一般来说，课本上表6.5.1列出的汞灯的12条谱线不会都观察到，只能观察到强度人的一些，2012年老师要求测58条谱线，考试时给的资料上也只给出8条较强谱线的波长,测量时要注意分辨到底是哪条谱线。观察偏向角的变化稍稍向某方向转动载物台，以改变入射角，可看到谱线随平台转动向一个方向移动，转动望远镜跟踪谱线，直到载物台沿着同方向转动时，谱线移到某个位置突然向反方向折回

39、,这一转折位置即该谱线的最小偏向位置。注意：理论上各条谱线不会同时达到最小偏向角，即一条谱线出现最小偏向角时，其他谱线的偏向角并不是最小的，应该逐一测量。但是由于各谱线达到最小偏向角的位置相差不人,在2012年考试中，有些老师允许认为只要一条谱线达到最小偏向角时，其他谱线也达到最小偏向角，即当一条谱线达到最小偏向角时测出所有谱线位置，认为在这一位置所有谱线的偏向角均为最小，忽略其间差别。考试时一定要明确老师要求。（4）测最出射光的方位”，久（出射光的角坐标）将望远镜中分划板竖直叉丝固定在这一最小偏向角位置上（对准谱线），用游标盘止动螺钉固定游标盘，并微调载物台，使棱镜作微小转动，准确找出钠谱线

40、反向移动的确切位置,固定载物台，转动塑远镜，使分划板竖直叉丝对准谱线，无法准确对准时，可先将竖直叉丝对准谱线附近，再用望远镜微调螺钉微调望远镜位置，记卞游标1和游标2的读数刃（出射光方位）.此步要注意的：确认好位置后，要锁紧16和25使得望远镜与刻度盘连结且22盘不动，才能做入射光的测量。（5）测量入射光的方位叭（入射光的角坐标）移去三棱镜，转动塑远镜对着入射平行光，使分划板中心十字交点对准平行光管的狭缝像，记下游标1和游标2的读数0,（入射光方位）.（6）测量所有谱线的最小偏向角，数据记录表格见卞表，求的平均值电，带入平均A+凡sm值由公式n=计算n.sin2表：最小偏向角测定的实验数据1/

41、sin土百ni=2（血一血）+（-九）11=2.Asm2项目游标1读数游标2读数（出射光坐标）（入射光坐标）（出射光坐标）j（入射光坐标）8mi折射率n波长入（查表）12345678上表仅为参考，6m.6卅的计算注意取绝对值。（7）将光源换成待测光源，同理测出各待测谱线对应的最小偏向角（2012年要求测3条谱线，要明确老师要求）。三、数据处理此计算以顶角A己经给出即A=600.05为准，仅为参考。通过一元线性回归求出科希公式中的A、B值，进而得到标定的科希公式。n（A）=A+B/22根据上表将各谱线波长入与对应计算出的折射率n（入）代入，用计算器进行一元线性回归，求出A、B的值，将A、B代入上

42、式得到标定好的科希公式。根据待测光源各谱线的最小偏向角计算出对应的折射率n,n=,再将各个折射率n代入求出的科希公式n(A)=A+B/22(此sin2时A、B己知，由n求出对应入)，求出各谱线对应的波长入。数据处理到此就结束了，之后收拾好仪器就可以离开考场了。材料科学与工程学院&化学与环境学院共同制作2012年1001大班最新修订 G02分光仪的使用（测定闪耀光栅的空间频率）这个实验是除G01之外最简单的光学实验，一定弄懂5.13氢原子光谱和里德伯常数的测量实验中如何调节光栅的操作。一、任务与要求1、从低压汞灯常用的四条光谱线（入=435.83,546.07,576.96,579.07nm）为

43、标准,利用分光仪测定光栅的光栅常数d并估算不确定度（参考数据:d=0.8nm或1.6pm,根据实验仪器不同而异，2012年考试时为根据实验仪器编号奇偶不同而异）。2、取k=l,A=546.07nm时，测定光栅的角色散率g和光栅能分辨的最小波长d入。己知平行光管通光口径2.20cm。3、选做实验：若测得光栅常数d=0.8|im,则取k=2,X=546.07nm时测Dq和d入；若测得光栅常数d=1.6pm,则取k=3,X=546.07nm时测De和d入。1、斜入射时，若入射角为a,则来自相邻缝上对应两点的衍射光线的光程差是d*sin6-d*sinao出现主极大的条件是d（sinisina）二k入，

44、k=o、1.对上式求微分得d*cos6*de=k*dX（d为光栅常数）.?.?A0d0k2、角色散率2云-二济（k为级数，入为波长，N为有效狭缝总数，即衍射单元总数）。nM（d为平行光管通光口径，d为光栅常数）C1(k=0,1.)三、实验仪器：分光仪、平面反射镜、平面反射光栅、汞灯光源四、实验步骤1、调节分光仪（步骤参照G01）目标：使望远镜聚焦于无穷远，其光轴垂直仪器主轴；平行光管出射平行光，其光轴垂直仪器主轴。2、调节光栅目标：光栅平面与平行光管的光轴垂直，与仪器的主轴平行；光栅刻线与仪器主轴平行调节光栅平面与仪器主轴平行，即与平行光管光轴垂直将载物平台与主刻度盘锁死，将反射光栅正面正对望

45、远镜且平行于载物台上Oa线放置，转动主刻度盘使所有绿十字重合，调节平台螺钉b或c使看到的绿十字清晰且与上叉丝重合。调节光栅的条纹与仪器转轴平行转动主刻度盘使反射光栅正面面向平行光管，且使入射角为5070左右，松开望远镜与主轴的锁紧螺钉，转动望远镜支臂，此时应能看到一、二级衍射的谱线。若光栅的条纹与仪器主轴不平行，则会观察到各条谱线不等高，即叉丝的交点不在所有谱线的中央，此时只能调节平台螺钉a,直到使各条谱线等高。注意，此时不能再调b和c。此步调好后，应该再返回检查是否满足中绿十字清晰且与上义丝重合，若有变化，按如上步骤反复多次调节，直到两个要求同时满足。调节平行光管狭缝的宽度，使得汞灯中的黄双

46、线分开注意:a、放置光栅时要使光栅平面法线与平行光管成角在60左右（如40-80）；将望远镜顺时针逐渐扫过，可看到谱线（入射角a大些，便于谱线分开，好观察）。b、在完成本步调节后，先不要急着找谱线，当绿十字与分划板上叉丝重合时,记下此时读数两游标的读数6、6即法线的位置。c、调节光栅法2：将平行光管狭缝旋转90度，使望远镜视野中的谱线集中重合于叉丝中线（调节a）。3、测定光栅常数d黄579.07nm紫4.83nm绿（强）546.07nm黄576.96nm将望远镜依次对正五条谱线,记下读数白色（紫色）;02/02/（绿色）；03/03,（黄1）；o4/e/（黄2）a=|（e0-e）+（时审）dj

47、=|0j=|(ere)+(ez-eo1=IhI黄579.07nm黄57696nm绿(强546.07nm455.83nm0级白光法线sinOj-sinasinOj-sina材料科学与工程学院&化学与环境学院共同制作2012年1001大班最新修订 #材料科学与工程学院&化学与环境学院共同制作2012年1001大班最新修订 4、测定光栅角色散率De和最小波长d入当A=546.07nm时,k=l时（绿光）将色代入,d代入，得到1入绿dDg=-dX=（D=2.20cm）dcoseD为减少由于主刻度盘刻度不均匀引入的误差，应多测几次取平均值，每次单独转动主刻度盘50-60度，转动前先松开主刻度盘与望远镜固

48、紧螺钉。（2012年考试时只要求测一组数据，注意老师的要求）五、数据记录丁_（2012年考试时只要求测一组数据，注意老师的要求）n法线o级白光1级紫光1级绿光1级黄光1级黄光e00%0!0/020/03040/1六、不确定度的计算117T(6)=n(a)=x-x口(譬丫/+篇触Ajcos0(sin0i-sina)2r（e）+Ajcosa(sin0i-sina)2F(a)G03偏振光的研究这个实验原理复杂但操作简单，所以一定注重理解原理和解释现象，强烈建议预习G03时仔细看看偏振光实验的视频，有助于理解及操作。一、任务与要求用布儒斯特定律测定平板玻璃的折射率，并判断偏振片的偏振化方向，估算折射率

49、的不准确度并写出结果表达式。识别给定光源的1/2和1/4波片，并判定1/4波片的光轴（或垂直于光轴）的方向,给出判别结果并说明原理。设计并实现产生圆偏振光和椭圆偏振光，并作出实验验证。数据处理时请自带坐标纸、量角器和计算器。二、仪器设备色光源，导轨（带多种滑座及垂直可调圆刻度盘），平板玻璃及水平可调圆刻度盘，可调狭缝，凸透镜（带透镜夹），白屏，光电池及数字三用表（用于测光电流）各1个，偏振片2个，相应的单色光的1/2和1/4波片各1个三、实验原理1、测平板玻璃的折射率入射光线为自然光时，反射光线为振动方向垂直于入射面的线偏振光，折射光线为振动方向平行于入射面的线偏振光，且三线共面,而当反射光线

50、垂直于折射光线时，即i+Y二90。时,折射率n满足n=tani,这就是布儒斯特定律，此时的入射角i称为布儒斯特角。因此，若入射光线为平行于入射面的线偏振光，则反射光消失，如图所示。（详细原理见大学物理光学部分）2、判别1/2和1/4波片光轴方向1）光沿光轴方向传播时不发生双折射现象2）波片的光轴与晶体表面平行，当一束光入射后可分解为振动方向垂直于光轴的。光和振动方向平行于光轴的e光，两光在波片内以不同的速度传播，出射固定的相位差。A（p=-d（nen0）；i/2波片使=（2k+1）ti即d（ne一no）=|（2k+l）A,i/4波片使=即：5,即d（rie-n0）=（2k+1）A乙*3）经起偏

51、器（第一块偏振片）起偏后的光为线偏振光：当其通过1/2波片后，仍为线偏振光（第二片偏振片一一检偏器转动一周，消光两次）;当其通过1/4波片后，设起偏器偏振化方向与其光轴夹角为c,则：c=0或90。时，其成为线偏振光（检偏器转动一周，消光两次）；c=45。时，其成为圆偏振光（检偏器转动一周，无光强变化）；CH0。工45。时，其成为椭圆偏振光（检偏器转动一周，光强变化，但无消光现象）注：若起偏器偏振化方向与其检偏器偏振化方向垂直（A】偏振化方向丄A?偏振化方向），插入1/2波片（B）,转B使消光（此时B的光轴方向丄A】或A?的偏振化方向），若将B转动角，则需将A?转动26角才会再消光。3、1）偏振

52、片所透过的线偏振光的偏振方向，即为偏振片的偏振化方向；2）椭圆偏振光与圆偏振光都可以看成是两个相互垂直的线偏振光的合成，当他们振幅相等，相位差为士扌时形成圆偏振光，否则为椭圆偏振光四、实验步骤（一）准备光路调整：放上白屏，调节偏振片与单色光源光路垂直将平板玻璃固定在圆盘上，先调节圆盘使入射光沿原路径返回，即心=0,记录圆盘上刻度5，即为入射光线方向。转动圆盘大概53：,观察光屏，调节偏振片A】，当光强最暗时，此时偏振片A】的偏振化方向一定为水平方向；再调节圆盘，消光，此时记下圆盘刻度a?,此时ii=|ai-a2bii为布儒斯特角。为减小误差，把玻璃片相对于圆盘旋转一定角度（如60左右）后固定，

53、重复以上步骤，一共测量5次。原理解释：根据布儒斯特定律，当入射角为布儒斯特角时，若入射光为自然光，则反射光为振动方向垂直于入射面的线偏振光。因此，若入射光线为振动方向平行于入射面的线偏振光时，反射光会完全消失。白屏垂直可调刻度盘波片B维持A】不动，放上A?,旋转A?至消光（白屏），此时A】、A?偏振化方向垂直（标记A】、A?方向）放上波片B,转动B至消光（白屏）（标记一下）再将B转动（如好,30。）,同时转动A?（约为26左右），若消光，且A?转动一周可消光两次，则B为1/2波片，若一圈不消光，且光强有所改变，则B为1/4波片。维持A】不变，放上A?，并使A】与A?偏振化方向垂直，调节B,使消

54、光，此时B的光轴方向为垂直或平行于A】偏振化方向。原理解释：对于1/2波片，若入射光为线偏振光，则出射光也为线偏振光；若入射的线偏振光振动方向与1/2波片光轴方向夹角为&则出射的线偏振光振动方向与入射光夹角为2&一周可产生两次消光；对于1/4波片，只有其光轴与入射的线偏振光振动方向平行或垂直时，出射光才为线偏振光，才可产生消光，否则出射光为圆偏振光或托圆偏振光。（三）设计并实现产生圆偏振光及椭圆偏振光的方法，并作出实验验证在（二）c=0基础上，转动1/4波片，使其光轴与A】偏振化方向成角45。，得圆偏振光，转动A?,记录几组转角8与光电流表读数I。转动B,使c取工0。工45。的一组数，如60等

55、，再旋转A?，记录n组转角B与光电流表读数I（每10或20测一次，共测1820个，根据老师要求而定）。分别以8为极角，VI为极半径，作图验证.（四）解释为何Imax:Imin=7.5：1.时，6=70（图中A为光的振幅）Ae=Acosa,Ao=Asina出射光线的参数方程为（x=Aesin卩口pr=Acosasiny=Aocoscot（y=Asinacoscot则出射光线的标准方程为%2y2+=1i42cos2aA2sin2ax2y2+=1&处因为光电流大小正比于光强大小，光强大小正比于光振幅大小的平方成，所以当光电流大小的比为Imax:Imin=7.5：1时，则光振幅比为Amax：Amin=

56、/T5：1,而出射光的最大振幅与最小振幅分别为Ao或Ae,所以得仝=05,即竺竺=tana=AoAcosa0百，解得*69.94,约为70。也正因如此，以0为极角，VI为极半径作图，可得到标准椭圆。.n=tanidnsin2i+cos2icos2i1cos2i#2(i)4cos4icos2idi4(11)=注：强烈建议预习G03时仔细看看偏振光实验的视频，有助于理解及操作。五、数拯记录na1ara312345平均1n认=VxVTXi8i=li-a29b(i)=V2ub(a)5x44（i）=皿+昭注：根据以往经验，白色波片为扌波片，橙色波片为扌波片。G04迈克尔逊干涉仪的应用此实验原理简单但操作

57、复杂，一定要按部就班，按照规定步骤来做，否则只能永远停留在粗调一步，无法观察到现象，一旦调好一定不能再碰任何镜子，务必细心、耐心！强烈建议结合迈克尔逊干涉实验的视频，按照视频步骤做，务必理解等倾干涉与等厚干涉原理！一、实验任务1、光学法测压电常数2、测钠光双黄线的波长差3、测钠光的相干长度和谱线宽度4、测白光灯的相干长度和谱线宽度（选做）其实选做实验是10分，如果不做的话你的满分也就是90。进去之后老师会给你一张资料，看清实验要求，老师会按要求给分，注意明确老师何时检査操作和现象。实验要用到两次一元线性回归法处理数据，一定不能自己算，否则时间绝对不够。老师会提供给你科学计算器，但是建议人家自己

58、带，并之前先把科学计算器进行一元线性回归法操作熟练，以节省时间。二、实验操作M11、迈克尔逊干涉仪的调整（建议30分钟内完成）调节之前一定要保证6个螺钉，2个拉簧都在半松半紧状态下。激光的强度有5个等级，建议在2或者3,太暗了不容易观察，太亮了眼睛会疲劳。实验前调节Ml镜和M2镜到G1镜的距离人致相当，因为这里是M2和Ml近似重合的位置，环比较粗，特别容易观察。（2012年M2镜位置刻度人致在9095mm之间）无论是哪一步实验，一定是透过一个毛玻璃观察，不能没有，也不能两个，大家只要好好理解一下这句话就知道毛玻璃和屏幕的取舍问题了。粗调（只调节激光器）调节激光器的摆放位置，俯仰，左右，使激光的

59、点人致恰好在Ml、M2、Gl、G2镜的中间并且反射回来的光点人约在激光器的光源发射II处。一定等这一步满足后再调下一步,否则下一步很可能做不UJ来。微调（只动6个螺钉）在激光器前摆放小孔，要求使激光完全透过小孔打在G1上，这时遮住Ml,调节M2背后的3个螺钉，使M2反射的光中最亮的光斑恰好完全透过小孔；同理，调节Ml。尽量不要把6个螺钉拧死,如果拧死还没满足要求,肯定是第一步的问题,重新粗调。只要满足了上面两个条件,Ml.M2就已经垂直了,直到实验结束绝对不能再动6个螺钉。注意：2012年M2镜后有3个螺钉，调节方向互有影响，而Ml镜后只有2个螺钉，分别控制上下和左右。精调（只动2个拉簧）拿下

60、小孔，放上扩束镜，要求激光完全透过扩束镜并且出射光把G1镜完全覆盖，可以拿一张白纸在G1镜前观察，调节扩束镜的俯仰，左右，使G1镜完全浸入到扩束镜的光中。这时在毛玻璃观察屏上肯定会有干涉条纹。调节2个拉簧，使干涉条纹的圆心移到屏幕中间（2个拉簧一个控制上下，一个控制左右）。这时放卞毛玻璃观察屏，在扩束镜和干涉仪之间放上毛玻璃，直接用眼睛观察G1,这时只是把毛玻璃从眼睛的位置移到了光源的位置，理论上肯定有干涉条纹，但比较难观察到，调节2个拉簧，使干涉条纹的圆心移到G1中间。一定摇晃着眼睛观察，如果实在找不到就调节2个拉簧，先把一个调在半松半紧，另一个从最紧调到最松；同理，再调另外一个。注意不要拧