《大学物理综合设计性实验(完整).docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大学物理综合设计性实验(完整).docx（22页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、大学物理综合设计性实验(完整)文档视界大学物理综合设计性实验(完好)大学物理综合设计性实验(完好)目录绪论实验1几何光学设计性实验实验2LED特性测量实验3超声多普勒效应的研究和应用实验4热辐射与红外扫描成像实验实验5多方案测量食盐密度实验6多种方法测量液体外表张力系数实验7用Multisim软件仿真电路实验8霍尔效应实验误差来源的分析与消除实验9自组惠斯通电桥单检流计条件下本身内阻测定实验10用迈克尔逊干预仪测透明介质折射率实验11光电效应和普朗克常数的测定液体电导率测量实验12光电池输出特性研究实验实验13非接触法测量液体电导率绪论一综合设计性实验的学习经过完成一个综合设计性实验要经过下面
2、三个经过：1选题及拟定实验方案实验题目一般是由实验室提供，学生可以以自带题目，学生可根据本人的兴趣喜好自由选择题目。选定实验题目之后，学生首先要了解实验目的、任务及要求，查阅有关文献资料资料来源主要有教材、学术期刊等，查阅途径有：到图书馆借阅、网络查询等。学生根据相关的文献资料，写出该题目的研究综述，拟定实验方案。在这个阶段，学生应在实验原理、测量方法、测量手段等方面要有所创新；检查实验方案中物理思想能否正确、方案能否合理、能否可行、同时要考虑实验室能否提供实验所需的仪器用具、同时还要考虑实验的安全性等，并与指导老师反复讨论，使其完善。实验方案应包括：实验原理、实验示意图、实验所用的仪器材料、
3、实验操作步骤等。2施行实验方案、完成实验学生根据拟定的实验方案，选择测量仪器、确定测量步骤、选择最佳的测量条件，并在实验经过中不断地完善。在这个阶段，学生要认真分析实验经过中出现的问题，积极解决困难，要于老师、同学进行沟通与讨论。在这种学习的经过中，学生要学惯用实验解决问题的方法，并且学会合作与沟通，对实验或科研的一般经过有一个新的认识；其次要充分调动主动学习的积极性，擅长考虑问题，培养勤于创新的学习习惯，提高综合运用知识的能力。3分析实验结果、总结实验报告实验结束需要分析总结的内容有：1对实验结果进行讨论，进行误差分析；2讨论总结实验经过中碰到的问题及解决的办法；3写出完好的实验报告4总结实
4、验成功与失败的原因，经历教训、心得体会。实验结束后的总结非常重要，是对整个实验的一个重新认识经过，在这个经过中能够锻炼学生分析问题、归纳和总结问题的能力，同时也提高了文字表达能力。在完成综合性、设计性实验的整个经过中处处浸透着学生是学习的主体，学生是积极主动地探究问题，这是一种利于提高学生解决问题的能力，提高学生的综合素质的教学经过。在综合设计性实验教学经过中学生与老师是在平等的基础上进行讨论、讨论问题，不要产生对老师的依靠。有些问题对老师是已知的，但对学生是未知的，这时老师应积极诱导学生找到解决问题的方法、鼓励学生克制困难，并在引导的经过中帮助学生建立科学的思维方式和研究问题的方法。有些问题
5、对老师也是一个未知的问题，这时老师应与学生共同考虑共同解决问题。二实验报告书写要求实验报告应包括：1实验目的；2实验仪器及用具；3实验原理；4实验步骤；5测量原始数据；6数据处理经过及实验结果；7分析、总结实验结果，讨论总结实验经过中碰到的问题及解决的办法，总结实验成功与失败的原因，经历教训、心得体会。三实验成绩评定办法老师根据学生查阅文献、实验方案设计、实际操作、实验记录、实验报告总结等方面综合评定学生的成绩。1查询资料、拟定实验方案：占成绩的20%。在这方面主要考察学生独立查找资料，并根据实验原理设计一个合理、可行的实验方案。2施行实验方案、完成实验内容：占成绩的30%。考察学生独立动手能
6、力，综合运用知识解决实际问题的能力。3分析结果、总结报告：占成绩的20%。主要考察学生对数据处理方面的知识运用情况，分析问题的能力，语言表达能力。4科学探究、创新意识方面：占成绩的20%。考察学生能否具有创新意识，擅长发现问题并能解决问题。5实验态度、合作精神：占成绩的10%。考察学生能否积极主动地做实验，能否具有科学、严谨、实事求是的工作作风，能否与小组同学团结合作。四综合设计性实验上课要求1做每个实验前要做实验前的开题报告，开题报告应包括：1实验的目的、意义、内容；2对实验原理的认识、拟定的测量方案等；3对实验装置工作原理、使用方法等方面的了解；4对实验的原理、测量方法、仪器使用等方面存在
7、的问题、需进一步研究的内容等。2实验结束要求做实验总结报告，总结报告应包括：1阐述实验原理、测量方法；2介绍实验内容，分析测量数据、实验现象，总结测量结果；3实验的收获、实验的改良意见，对实验教学工作提出意见和建议等。实验1.几何光学设计性实验组装显微镜与望远镜显微镜与望远镜是常用的助视光学仪器。显微镜主要用来帮助人们观察近处的微小物体，望远镜则主要帮助人们观察远处的目的，它们在天文学、电子学、生物学和医学等领域中都起着特别重要的作用。为适应不同用处和性能的要求，有各种类型的显微镜与望远镜，构造上也各有差异，但是它们的基本光学系统都是由一个目镜和物镜组成。一实验目的1把握透镜成像规律；1组装简
8、单的显微镜与望远镜，以熟悉它们的构造及其放大原理，把握其调节与使用方法；2用本人组装的望远镜测量凸透镜和凹面镜的焦距。二实验室可提供的器材1.2m光学导轨一个，焦距为4、8、20的凸透镜各一个，待测凸透镜、凹面镜各一个，玻璃叉丝屏分划板一个，物屏一个。三实验内容1区分凸、凹面镜，分辨不同凸透镜的焦距长短。2选择较短焦距的凸透镜做目镜，与分划板构成目镜系统，调整目镜到透镜之间的距离，使分划板成像明晰。3利用透镜成像法测量所有凸透镜的焦距用目镜系统观察成像。4组装显微镜要求：1画出显微镜的光路图；2选择适宜的凸透镜做物镜，利用目镜和分划板组成的目镜系统，组装显微镜。3调整显微镜系统看清放大的像，观
9、察显微镜放大的现象。5组装望远镜要求：1画出开普勒望远镜的光路图。2选择一个焦距较长的凸透镜做物镜，利用目镜系统，组装望远镜。3用组装的望远镜系统，观察远处物体成像的现象。4用上述组装成的望远镜测量待测凸透镜的焦距要求：画出测量光路图，并叙述测量原理及经过。5用上述组装成的望远镜测量待测凹面镜的焦距。要求：画出测量光路图，并叙述测量原理及经过。五实验报告要求1阐述实验的基本原理及测量方法内容包括：透镜成像原理，测量透镜焦距的方法，显微镜望远镜的构造、组装方法等2记录实验步骤及各种实验现象，画出光路图，记录实验数据。3总结本次实验的收获和体会。实验2LED特性测量LED是一种固态的半导体器件，它
10、能够直接把电转化为光，具有体积小，耗电量低，易于控制，坚固耐用，寿命长，环保等优点，其主要应用领域包括：照明、大屏幕显示、液晶显示的背光源、装饰工程等。本实验通过测试各种LED特性，分析实验结果，进而进一步了解LED工作原理及相关应用。实验目的1.测量LED的伏安特性2.测量LED的电光转换特性3.测量LED输出光空间分布特性实验仪器及用具LED光发射器，照度检测探头，鼓励电源，测试控制器，实验仪及LED组件。实验原理一LED工作原理发光二极管是由P型和N型半导体组成的二极管。P型半导体中有相当数量的空穴，几乎没有自由电子。N型半导体中有相当数量的自由电子，几乎没有空穴。当两种半导体结合在一起
11、构成P-N结时，N区的电子带负电向P区扩散，P区的空穴带正电向N区扩散，在P-N结附近构成空间电荷区与势垒电场。势垒电场会使载流子向扩散的反方向作漂移运动，最终扩散与漂移到达平衡，使流过P-N结的净电流为零。在空间电荷区内，P区的空穴被来自N区的电子复合，N区的电子被来自P区的空穴复合，使该区内几乎没有能导电的载流子，又称为结区或耗尽区。当加上与势垒电场方向相反的正向偏压时，结区变窄，在外电场作用下，P区的空穴和N区的电子就向对方扩散运动，进而在PN结附近产生电子与空穴的复合，并以热能或光能的形式释放能量。采用适当的材料，使复合能量以发射光子的形式释放，就构成发光二极管。发光二极管发射光谱的中
12、心波长，由组成P-N结的半导体材料的禁带能量所决定，采用不同的材料及材料组分，能够获得发射不同颜色的发光二极管。LED的光谱线宽度一般有几十纳米，可见光的光谱范围是400700纳米，白光LED一般采用三种方法构成。第一种是在蓝光LED管芯上涂敷荧光粉，蓝光与荧光粉产生的宽带光谱合成白光。第二种是采用几种发不同色光的管芯封装在一个组件外壳内，通过色光的混合构成白光LED。第3种是紫外LED加3基色荧光粉，3基色荧光粉的光谱合成白光。二LED光电特性1.LED的伏安特性伏安特性反映了在LED两端加电压时，电流与电压的关系，如图2所示。在LED两端加正向电压，当电压较小，缺乏以克制势垒电场时，通过L
13、ED的电流很小。当正向电压超过死区电压图2中的正向拐点后，电流随电压迅速增长。正向工作电流指LED正常发光时的正向电流值，根据不同管子的构造和输出功率的大小，其N势垒电空间场方向电荷区P图1半导体P-N结示意图IV图2LED的伏安特性曲线值在几十毫安到1安之间。正常工作电压指LED正常发光时加在二极管两端的电压。允许功耗指加于LED的正向电压与电流乘积的最大值，超过此值，LED会因过热而损坏。LED的伏安特性与一般二极管类似。在LED两端加反向电压，只要微安极的反向电流。反向电压超过击穿电压一般为几十伏后，管子被击穿损坏。为安全起见，鼓励电源提供的最大反向电压低于击穿电压。2、测量LED的电光
14、转换特性图3反映发光二极管的驱动电流与与输出照度的关系。发光二极管输出照度值与驱动电流近似呈线性关系。这是由于驱动电流与注入PN结的电荷数成正比，在复合发光的量子效率一定的情况下，输出照度与注入电荷数成正比。3、LED输出光空间分布特性发光二极管的芯片构造及封装方式不同，输出光的空间分布也不一样，图4给出其中两种的分布特性。图4的发射强度是以最大值为基准，此时方向角定义为零度，发射强度定义为100。当方向角改变时，发射强度相应改变。发射强度降为峰值的一半时，对应的角度称为方向半值角。发光二极管出光窗口附有透镜，可使其指向性更好，如图4a的曲线所示，方向半值角大约为7左右，可用于光电检测，射灯等
15、要求出射光束能量集中的应用环境。图4(b)所示曲线为未加透镜的发光二极管，方向半值角大约为50，可用于普通照明及大屏幕显示等要求视角宽广的应用环境。实验仪器介绍EI图3LED电光转换特性aA型管加装透镜bB型管图4两种发光二极管的角度特性曲线图LED光发射器LED组件盒照度检测鼓励电源测试控制器实验仪图5LED特性实验装置LED实验装置如图5所示。实验装置由LED光发射器，照度检测探头，鼓励电源，测试控制器，实验仪及LED组件盒组成。LED组件共提供红色，绿色，蓝色，白色4种高亮LED和红色，绿色，蓝色，白色4种功率LED。LED光发射器能够旋转并由刻度盘指示旋转角度，方便测量LED输出光空间
16、分布特性。照度检测由光电池将LED输出的光信号转换成电信号后，由照度表显示。鼓励电源有稳压与稳流两种输出形式，本实验内容采用稳压形式。在稳压形式下，选择036伏档,控制器向LED输出反向电压。选择04伏档,控制器向LED输出正向电压。输出调节旋纽能够调节输出的电压值。测试控制器提供电压换向，过压报警，输入输出信号的转接等功能。实验仪上有电压，电流，照度3个表头，是读取实验数据的窗口，每个表头都带有量程切换按键。各部分的连线仪器上都有标示，按标示连接即可。使用时应注意，只要在电源输出为0时电源调节旋纽逆时针旋转到底，才可进行：切换电源和实验仪的档位、更换LED组件、开启、关闭电源。否则易导致电源
17、或仪器损坏。LED驱动电源电压表LED光探头照度表电流表图6LED特性测量原理图实验内容与要求1.测量伏安特性与电光转换特性1测量反向特性将照度检测探头至LED的距离调节到20厘米。调节探头的高度和角度，使其正对LED。输出形式选择稳压，电源输出档位选择036V。此时控制器上的红色指示灯熄灭，表明加在LED上的为反向电压，测量反向特性。将输出调节旋纽右旋至输出20V，测量反向电流。逐步减小反向电压，观察反向电流的变化，2测量正向特性反向电压调节到0后，将电源档位切换为04V。此时控制器上的红色指示灯亮，表明加在LED上的为正向电压，测量正向特性。根据实验数据，画出4只高亮LED管的伏安特性及电
18、光转换特性曲线，并与图2，图3比拟。2.测量LED输出光空间分布特性测试测量高亮LED、功率LED，驱动电流保持在16mA。画出高亮LED、功率LED输出光空间分布特性曲线，并比拟。实验注意事项只要在电源输出为0时电源调节逆时针旋转到底，才可切换电源和实验仪的档位，更换LED组件，开启、关闭电源，否则导致电源或仪器损坏。实验3超声多普勒效应的研究和应用假如波源或接收器或两者相对于介质运动，则发现接收器接收到的频率和波源振动的频率不一样。这种接收器接收到的频率有赖于波源或接收器运动的现象，称为多普勒效应。多普勒效应在核物理、天文学、工程技术、交通管理、医疗诊断等方面有特别广泛的应用，如用于卫星测
19、速、光谱仪、多普勒雷达、多普勒彩色超声诊断仪等。本实验用超声波来研究多普勒效应。实验目的：1.验证超声波的多普勒效应；2.利用多普勒效应测量空气中的声速；3.将超声换能器作为速度传感器，测量运动物体的速度，研究匀速直线运动，匀变速直线运动等；4.利用超声波测量物体的位置及移动距离。实验用具：DH-DPL2型多普勒效应及声速综合测试仪，智能运动控制系统，测试架，示波器等。实验原理：一声波的多普勒效应首先介绍波源S与接收器R的运动方向与波的传播方向共线的情况。1.相对介质波源静止，接收器以速度Rv运动若接收器向着静止的波源运动，在单位时间内接收器接收到的完好波的数目等于分布在Rvu+距离内波的数目
20、，即接收器接收到的频率为：其中u、f分别为波在介质中传播的速度、波长及频率。由于波源在介质中静止，所以波的频率f就等于波源的频率Sf,因而有(1)当接收器离开波源运动时，接收器接收到的频率为：(2)称为多普勒频移2.相对介质接收器静止，波源以速度Sv运动当波源运动时，它所发出的相邻的两个同相振动状态是在不同地点发出的，相隔的距离为SSTv,ST为波源的周期。假如波源向着接收器运动，对接收器的有效波长为()SSSSSSSRTvuTvuTTv-=-=-=接收器接收到的频率为fuvufuvuvufRRRR+=+=+=SRSRRfuvfuvuf?+=+=1SRRfuvf?-=1RSfff-=? (3)
21、假如波源远离接收器运动，接收器接收到的频率为(4)3.相对介质，波源和接收器分别以速度Sv、Rv运动波源的频率为Sf，接收器的频率为 (5)假如波的传播方向、波源速度、接收器的速度三者不共线，运动情况如图1所示，接收器的频率为图1二多普勒效应的应用1.用多普勒效应测声速实验装置的声源是固定的，接收器可在导轨上运动，因而本实验研究上述第1种情况，即相对介质波源静止，接收器以速度Rv运动。根据1或2式，假如测得波源的频率Sf、接收器运动的速度Rv及对应的频率Rf，能够得到声速u。2.测量物体的运动速度测量物体的运动速度时，能够把接收器作为速度传感器与被测物连在一起，还是利用1或2式，测得波源的频率Sf、接收器的频率Rf、声速u，可得到物体的运动速度Rv。本实验装置能够用多种方法测量声速，共振干预法、相位法测量原理可参考声速测量实验，下面介绍时差法测量声速原理。连续波经脉冲调制后由发射换能器发射至被测介质中，声波在介质中传播，经过t时间后，到达L距离处的接收换能器。由运动定律可知，声波在介质中传播的速度可由下面公式求出：SSSSSSRRfuvfvuuTvuuuf-=-=-=11)(SSRfuvf+=11SSRRfvuvuf=RSSvRv?SSRRfvuvuf?coscos-+=tLu=