物理实验研究报告

胶片密度测定实验的分析与研究密度是表征物体特征的重要物理量，因而密度的测定对物性的研究起着重要的作用。若一物体质量为，体积为，则其密度为，可用物理天平测量，体积的测量可根据实际情况，采用不同的测量方法。本实验主要围绕体积的测量来进行的。在本实验中指胶片的质量，而指胶片的体积。用直尺、游标卡尺、千分尺分别测出胶片的长度、胶片的宽度、胶片的厚度，分别用、、表示。用读数显微镜测出齿孔的长度,齿孔的宽度。数出胶片的齿孔数记为。则由于齿孔的四个角为弧线，则四个角的修正量为。齿孔的面积为。实验时的注意事项：（1）在进行长度测量时：使用钢尺，为了测量准确，通常不用钢尺的端边作为起点；使用千分尺，读数必须要扣除零读数。（2）用读数显微镜测量长度：先调节目镜和十字准线的间距，使十字准线像最清楚；然后再调节目镜镜筒与待测物体的距离，使十字准线像和待测物体的像都清楚。使用分析天平时：要调底盘水平和横梁平衡，注意游码的使用方法，不要用手直接拿砝码，注意防风。由于任何螺旋测量装置的内螺纹与外螺纹之间必有间隙，故不同旋转方向所对应的读数必有差别，因此，在用读数显微镜进行长度测量时应使十字准线沿同一方向前进，与被测物两端对齐，中途不要倒退，从而消除螺距误差。根据实验内容得出的实验数据如下：胶片的质量：照相胶片的长度：初读数、末读数照相胶片的宽度：、、、、、，平均宽度为螺旋测微器的零点读数（6次）：、、、、胶片不同部位的厚度（读数）：、、、、、胶片齿孔的宽：、、、、、胶片齿孔的长：、、、、、思考题：1、角游标的精度为，图示读数为用螺旋测微器进行测量时不需要考虑螺距误差，因为螺旋测微器的精确度可达到，足够满足测量的要求了。3、心得：在本次实验前，我对实验中需用到的实验仪器先进行了初步的了解,本以为为很容易的，但在具体实验的时候还是遇到了大大小小的问题，在这次实验中用读数显微镜测量胶片的齿孔长度的宽、长时，重复地移动测量齿孔的长、宽，看似很容易，却是困难的，要求小心翼翼地移动胶片，每次让胶片移动到正确的位置都要花很长的时间，极度地挑战了自己的耐心。因此在做物理实验时要有耐心、一丝不苟、严谨，任何一个小小的失误都可能导致实验的失败。弗兰克—赫兹实验的分析研究弗兰克-赫兹实验以慢速电子与原子的碰撞揭示了原子内部的能量量子化效应，为玻尔理论提供了直接、独立的实验证据。利用电子和气态氩原子的碰撞最容易实现弗兰克赫兹实验。原子从低能级向高能级跃迁可以通过具有一定能量的电子和原子碰撞来实现。若与原子碰撞的电子是在电势差的加速下，速度由0到，则。当原子吸收电子能量从基态跃迁到第一激发态时，相应的称为第一激发电位，如果电子的能量达到原子电离的能量，会有电离发生，相应的称为该原子的电离电位。原子的动能（热运动）由温度决定。由于，碰撞前后原子的动能几乎不发生改变。因此，电子动能的变化直接反映了原子内能的变化。使原子从基态激发到第一激发态所需的对静电子的最低加速电压，称为原子的第一激发电位。影响弗兰克－赫兹实验的主要参量是灯丝电压、第一栅极和拒斥电压。因此在实验过程中必须注意这三个参数的工作范围。左下是实验原理图，右下是在实验室测得的数据表格峰值序数与测得的峰值电压峰值序数123456UG2K1529.54352.564.579.5实验的数据分析：（1）峰点连线从数学角度看,极板电流与加速电压关系曲线的峰点连线是该曲线的包络曲线；实验结果表明，这是一条直线。进一步对实验数据的分析研究证实,该直线既不依赖于灯丝电压的变化，也不依赖于拒斥电压的变化，应该是弗兰克赫兹管某种固有性质的表现。考虑到该直线的斜率具有电导的量纲，且在误差范围内该直线经过坐标原点。所以，该直线斜率代表的是弗兰克赫兹管的临界电导(即临界状态下的电导)。（2）谷底高度无论从准理想状态看，还是从实际的测量结果看，极板电流与加速电压关系曲线的谷底均不在横坐标轴上，而具有一定的高度。这一特征表明，即使是在热电子与气体原子发生碰撞损失能量的高峰期，极板电流也不为0。此时，极板电流由那些没有因碰撞而损失能量的热电子的贡献所致，称之为谷底电流（反映的是不因碰撞而损失能量的热电子的概率）。从实验结果来看，有以下特点：1）第一个谷底为电子不发生一次碰撞的概率，第二个谷底为电子不发生一次碰撞的概率与发生一次碰撞但不发生二次碰撞的概率之和，以此类推；2）特别地，前三个谷底均较为偏低，反映出热电子在与气体原子发生碰撞损失能量的过程中，发生1～3次连续碰撞的概率最大，之后越来越小。实验中选用氩气的优点：氩气不燃烧相对安全、激发能能在几个电子伏特左右、价格便宜注意事项：1、实验装置使用220V单相交流电源，电源进线中的地线要接触良好，以防干扰，确保安全；2、实验过程中若产生电离击穿（即电流表严重过载现象）时，要立即将加速电压减小到零；3、F-H管采用间热式阴极，改变灯丝电压后会有1min左右的滞后；4、实验前一定要认真阅读实验要求,严格按照实验步骤进行实验实验后的思考：灯丝电压对实验的曲线形状有何影响？对第一激发电势的测量有何影响？答：灯丝电压不能过高或过低。因为灯丝电压的高低，确定了阴极的工作电流。灯丝电位低，阴极发射电子的能力减小，使得在碰撞区发生的碰撞减少，检测到的电流减小，给检测带来困难，从而使曲线的分辨率下降；灯丝电压高阴极发射电子的能力增加，引起逃逸电子增多，相邻峰、谷值的差值减小。（2）从曲线上可以看出阳极电流并不是突然下降，有一个变化的过程（电流的峰有一定的宽度），而且出现峰值后电流不能降为零，这是为什么？答：这是因为阳极发射的电子的初始速度不是完全相同的，服从一定的统计规律。另外，由于电子与氩原子的碰撞有一定的几率，在大部分电子与氩原子碰撞而损失能量的时候，还会有一些电子没有发生碰撞而到达了阳极，所以阳极电流不会降为零。当管温度较低时，由于电子平均自由程大，电子有机会使积蓄的能量超过11.5，从而使原子向高激发态跃迁的概率增加，这样图像上会对应出现高激发态的峰值，曲线的峰间距变