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1、大学物理实验指导书-共十页,每位同学一份实验1声速的测定实验目的1学会利用干预法测定声速。2了解利用电声换能器进行电声转换和测量的方法。3初步熟悉示波器和音频信号发生器的功能和使用方法。实验仪器声速测定仪，低频信号发生器，示波器等。实验原理测量声速的方法可分为两类：一是测出声波传播距离L和所需的时间t，由tLv=算出声速v；二是利用关系式fv=，通过测量频率f和波长来计算声速v。本实验所采用的共振干预法和位相比拟法，即属于后者。1共振干预法设有一从发射源发出的一定频率的平面波，经过空气传播，到达接收器。假如接收面与反射面严格平行，入射波在接收面上垂直反射，入射波与反射相干预构成驻波。实验装置如
2、图31所示，图中S1、S2为压电陶瓷喇叭，S1接低频信号发生器，用为超声波源；S2为接收器，由于压电效应，它把接收到的声波转换成电信号，且能在接收声波的同时反射部分声波。改变S1、S2之间的距离，当其为半波长的整倍数时，媒质中出现稳定的驻波共振现象。此时驻波的幅度到达极大，且接收面所处的声压波腹也相应到达极大值。设此时S1、S2之间的距离为Ln，继续调节S1、S2之间的距离，设它为Ln+1时，再次出现共振现象，则Ln+1Ln/2。因而，若保持f频率不变，通过测量相邻两次接收信号到达极大值时接收面与发射源之间的距离就可求出波长，用fv=计算声速。实验内容1调整测试系统的谐振频率1按图示接连仪器。
3、把信号发生器“输出调节旋至最小位置，调节频率输出为40kHz左右，打开电源开关，预热片刻，转动“输出调节旋钮，使信号输出为20V左右或适宜大小；2将信号发生器的输出信号一路接压电陶瓷超声发生器S1，另一路能够接示波器“X轴输入，由S2转换成的电信号接示波器“Y轴输入，适当调节示波器至荧光屏上显示出稳定的波形图；3将两个换能器分开适当距离，通过移动接收端的换能器，使示波器上的电压信号到达较大值。适当调节信号发生器的输出信号频率与换能器上的固有频率相等该频率既两压电陶瓷喇叭之间超声波的频率，则示波器上的信号到达最大值。在此频率上进行实验。数据处理参考1共振干预法测声速1将测量数据记录在自拟表格内，
4、标注实验条件室温t_频率f_Hz2应用逐差法计算；55)(.)()(2491504?-+-+-?=LLLLLLfv=3求出声速值并计算相对误差。TTvv=理，%100|?-=理理vvvE式中TT0t，v0331.4mS1是T0273.13开尔文时的声速；实验2利用直流电桥测量电阻实验目的1把握惠斯通电桥的原理，并通过它初步了解一般桥式线路的特点。2学会使用惠斯通电桥测量电阻。实验仪器QJ23型电桥，电阻箱，检流计，滑线变阻器，直流稳压电源等。实验原理惠斯通电桥也称单臂电桥的电路如图1所示，四个电阻R1、R2、Rb、RX组成一个四边形的回路，每一边称作电桥的“桥臂，在一对对角AD之间接入电源，而
5、在另一对角BC之间接入检流计，构成所谓“桥路。所谓“桥本身的意思就是指这条对角线BC而言。它的作用就是把“桥的两端点联络起来，进而将这两点的电位直接进行比拟。B、C两点的电位相等时称作电桥平衡。反之，称作电桥不平衡。检流计是为了检查电桥能否平衡而设的，平衡时检流计无电流通过。当电桥平衡时，B和C两点的电位相等，故有ACABVV=CDBDVV=1由于平衡时0=gI，所以B、C间相当于断路，故有21II=bXII=2所以11RIRIXX=22RIRIbb=可得XbRRRR21=3或bXRRRR21=4这个关系式是由“电桥平衡推出的结论。反之，可以以由这个关系式推证出“电桥平衡来。因而3式称为电桥平
6、衡条件。假如在四个电阻中的三个电阻值是已知的，即可利用3式求出另一个电阻的阻值。这就是应用惠斯通电桥测量电阻的原理。实验内容1用自组电桥测量电阻用电阻箱连成桥路如图2所示，接到桥臂的导线应该比拟短，与图1不同之处在于增加了保护电阻Rh、开关Kg和Kb，开场操作时，电桥一般处在很不平衡的状态，为了防止过大的电流通过检流计，应将Rh拔至最大。随着电桥逐步接近平衡，Rh也逐步减小直至零。为了保护检流计，开关的顺序应注意先合Kb、后合Kg，先断开Kg、后断开Kb，即电源Kb要先合后断。在电桥接近平衡时，为了更好地判定检流计电流能否为零，应反复开合开关Kg跃接法细心观察检流计指针能否有摆动。测量几十、几
7、百、几千欧姆的电阻各一个，分别取R1/R2=500/500及50/500。每次更换RX前均要注意：1增大Rh；2切断Kg。2测量计算电桥的灵敏度。公式RXR1RbR2是在电桥平衡的条件下推导出来的。而电桥能否平衡，实验上是看检流计有无偏转来判定的。当我们以为电桥已到达平衡时Ig0，而Ig不可能绝对等于零，而仅是Ig小到无法用检流计检测罢了。例如，有一惠斯通电桥上的检流计偏转一格所对应的电流大约为106安培，当通过它的电流为107安培，指针偏转110格，我们是能够发觉出来的，当通过它的电流小于107安培时，指针的偏转小于110格，我们就很难发觉出来了。为了定量地表示检流计不够灵敏带来的误差，可引
8、入电桥灵敏度Si的概念，它的定义是XXiRRnS?=5RX是当电桥平衡后把RX改变一点的数量，而n是由于RX改变了RX电桥略失平衡引起的检流计偏转格数。从误差来源看，只要仪器选择适宜，用电桥测电阻能够到达很高的精度。在测灵敏度时，由于RX是不可变的，故能够用改变Rb的办法来代替。计算表明2211RRnRRnRRnRRnSbbXXi?=?=?=?=可见，任意改变一臂测出的灵敏度，都是一样的。3数据处理参考R1/R2=R1/R2=实验3光栅衍射【实验目的】1观察光栅的衍射光谱，理解光栅衍射基本规律；2进一步熟悉分光计的调节和使用；3学会利用光栅衍射测定光栅常数、光波长。【实验原理】如图1所示，a为
9、光栅刻痕宽度，光射到它上面向四处散射而透不过去，两刻痕之间宽度b相当于透光狭缝，d=a+b为相邻两狭缝上相应两点之间的距离，称为光栅常数，它是光栅的基本参数之一。根据夫琅和费衍射理论，当波长为的平行光垂直投射到光栅上，通过每个狭缝的光都要产生衍射，若在光栅后面放置一会聚透镜，所有的衍射光通过透镜后将互相干预，所以光栅的衍射条纹是单缝衍射和多缝干预的总效果。对于衍射角为的衍射光波，相邻两缝对应点射出的光束的光程差为a+bsin=dsin(1)当知足dsin=kk=0,1,2,(2)即光程差等于波长的整数倍时，该方向上的衍射光将相干相长，出现明纹。式(2)称为光栅方程，其中k为明纹级数，k=0,1
10、,2,所对应的条纹分别称为中央(零级)极大，正、负第一级极大，正、负第二级极大等。当衍射角不知足光栅方程时，衍射光或者互相抵消，或者强度很弱，几乎成为一片暗背景。当平行光以入射角(光栅法线与入射光的夹角)射到光栅时，光栅方程应该写为d(sinsini)=kk=0,1,2,(3)入射光与衍射光在光栅法线同侧时，上式中sini前取正号；否则取负号。假如光源发出的是复色光，除零级外，不同波长的同一级谱线将对应不同的衍射角。因而，在透镜焦平面上将出现按波长次序排列的谱线(图1)，称为光栅光谱。如低压汞灯的每一级光谱中有三条特征谱线容易观察：绿色绿=546.1nm，黄色两条黄内=577.0nm和黄外=5
11、79.1nm。根据光栅方程，若已知入射光的波长，测出该波长对应谱线的衍射角，即可求出光栅常数d。反之，若已知光栅常数d，测出各特征谱线所对应的衍射角，可求出波长。【实验仪器】分光计，光栅，汞灯，平面镜等。【实验内容】1分光计的调节与低压汞灯衍射光谱的观察(1)调节分光计到达下面要求望远镜调焦至无穷远；望远镜光轴与分光计主轴垂直；载物台面与分光计主轴垂直；平行光管出射平行光，其光轴与望远镜光轴平行。详细调节方法请参阅实验4-12。(2)使平行光垂直入射光栅将望远镜内的竖线准线与狭缝像重合，锁紧望远镜。按图2所示将光栅置于载物台上，光栅平面要与载物台下两螺钉连线b_c_垂直。用小灯照亮望远镜的十字
12、窗口，被光栅平面反射的亮十字应出如今分划板上。转动游标盘(载物台)并调节螺钉b或c，使亮十字像与分划板上方的十字线重合(注意不可调节望远镜，光栅也无须转过180o)，此时平行光管垂直于光栅。(3)调节光栅刻痕与分光计主轴平行松开并转动望远镜，观察汞灯的衍射光谱，中央明纹为白色，望远镜转至左右两侧时，均可看到四条彩色谱线。谱线应与竖线准线平行，高度均应被中心水平准线所平分。否则应调节图4-13-2中的螺钉a，以保证光栅刻痕不倾斜。(4)调节平行光管狭缝宽度，以能够分辨出两条紧靠的黄色谱线为准。2光栅常数与光波长的测量(1)已知绿色谱线绿=546.1nm，测出第一级光谱的衍射角绿。为消除偏心差，应
13、读出两游标的角位置，即k=1时的1左、1右，k=-1时的-1左、-1右。则衍射角为绿=(|1左-1左|+|1右-1右|)/4(6)由光栅方程求出光栅常数d。 (2)按上述步骤分别测出两条黄色谱线的衍射角黄内、黄外，算出对应的波长，并与公认值黄内=577.0nm和黄外=579.1nm作比拟(以百分误差表示)。注意：1严禁用手触摸光学元器件，如光栅、镜头等。实验4望远镜组装及其放大率的测量【实验目的】1、熟悉望远镜的构造及其放大原理；2、把握光学系统的共轴调节方法；3、学会望远镜放大率的测量。【实验仪器】光学平台、凸透镜若干、标尺、二维调节架、二维平移底座、三维平移底座。【实验原理】1、望远镜构造
14、及其放大原理望远镜通常是由两个共轴光学系统组成，我们把它简化为两个凸透镜，其中长焦距的凸透镜作为物镜，短焦距的凸透镜作为目镜。图1所示为开普勒望远镜的光路示意图，图中L0为物镜，Le为目镜。远处物体经物镜后在物镜的像方焦距上成一倒立的实像，像的大小决定于物镜焦距及物体与物镜间的距离，此像一般是缩小的，近乎位于目镜的物方焦平面上，经目镜放大后成一虚像于观察者眼睛的明视距离于无穷远之间。物镜的作用是将远处物体发出的光经会聚后在目镜物方焦平面上生成一倒立的实像，而目镜起一放大镜作用，把其物方焦平面上的倒立实像再放大成一虚像，供人眼观察。用望远镜观察不同位置的物体时，图1只需调节物镜和目镜的相对位置，
15、使物镜成的实像落在目镜物方焦平面上，这就是望远镜的“调焦。望远镜可分为两类：若物镜和目镜的像方焦距均为正既两个都为会聚透镜，则为开普勒望远镜，此系统成倒立的像；若物镜的像方焦距为正会聚透镜，目镜的像方焦距为负发散透镜，则为伽利略望远镜，此系统成正立的像。2、望远镜放大率的计算efMf=-1由上式见，视放大率绝对值等于物镜与目镜的焦距之比，欲增大视放大率，必须增大物镜的焦距或减小目镜的焦距。同时，随着物镜和目镜的焦距的符号不同，视放大率可正可负。假如M为正值，像是正立的，为伽利略望远镜，假如M为负值，像是倒立的，为开普勒望远镜。【实验内容】1、根据已知透镜的焦距确定一个为物镜、另一个为目镜，并将
16、标尺直接置于观察者的明视距离处约3米。2、将物镜、目镜放在一起，调节高低、左右方位，使其中心大致在一条与光学平台平行的直线上，同时，各光学元件相互平行，垂直于光学平台。3、根据图2的光路组成开普勒望远镜，向约3米远处的标尺调焦，并对准两个红色指标间的“E字距离0l=5cm。4、一只眼睛对准虚像标尺两个红色指标间的“E字，另一只眼睛直接凝视标尺，经适应性练习，在视觉系统同时看到被望远镜放大的标尺倒立的虚像和实物标尺，微移目镜，直到将目镜放大的虚像推移到标尺的位置处。5、分别测出虚像标尺中两个红色指标在实物标尺中对应的位置1x和2x，计算出放大的红色指标内直观标尺的长度l注：21lxx=-。6、求
17、出望远镜的测量放大率0lMl=，并与计算放大率0eff作比拟。图2【考虑题】在望远镜中假如把目镜更换成一只凹面镜，即为伽俐略望远镜，试讲明此望远镜成像原理，并画出光路图。【数据记录】0l=单位：求出望远镜的测量放大率0lMl=，并与计算放大率0eff作比拟。实验5霍尔效应实验实验目的1.测量霍尔电流HI与霍尔电压HU的关系。2.测量励磁电流MI与霍尔电压HU的关系实验仪器霍尔效应试验仪实验原理1.霍尔效应把通有电流的导体置于磁场B中，磁场B垂直于电流HI方向，如图1所示，则在导体中垂直于B和HI的方向上出现一个横向电位差HU，这个现象称为霍尔效应。霍尔电势差是这样产生的：当电流HI通过霍尔元件假设为P型时，空穴有一定的漂移速度v，垂直磁场对运动电荷产生一个洛仑兹力)(BvqFB?=1qEBvq=?)(2设P型样品的载流子浓度为P，宽度为b，厚度为d，通过样品的电流为HIPqvbd，则空穴的速度vHI/Pqbd代入2式中，有PqbdBIBvEH=?=3上式两边各乘以b，便得dBIRPqdBIEbUHHHH=4其中pqRH1=称为霍尔系数，在应用中一般写成BIKUHHH=5当前位置：文档视界大学物理实验指导书-共十页,每位同学一份大学物理实验指导书-共十页,每位同学一份