大学物理实验报告答案.docx

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1、大学物理实验报告答案大学物理实验报告答案大学物理实验报告答案1.伏安法测电阻实验目的(1)利用伏安法测电阻。(2)验证欧姆定律。(3)学会间接测量量不确定度的计算；进一步把握有效数字的概念。实验方法原理根据欧姆定律，IUR=，如测得U和I则可计算出R。值得注意的是，本实验待测电阻有两只，一个阻值相对较大，一个较小，因而测量时必须采用安培表内接和外接两个方式，以减小测量误差。实验装置待测电阻两只，05mA电流表1只，05V电压表1只，050mA电流表1只，010V电压表一只，滑线变阻器1只，DF1730SB3A稳压源1台。实验步骤本实验为简单设计性实验，实验线路、数据记录表格和详细实验步骤应由学

2、生自行设计。必要时，可提示学生参照第2章中的第2.4一节的有关内容。分压电路是必需要使用的，并作详细提示。(1)根据相应的电路图对电阻进行测量，记录U值和I值。对每一个电阻测量3次。(2)计算各次测量结果。如屡次测量值相差不大，可取其平均值作为测量结果。(3)假如同一电阻屡次测量结果相差很大，应分析原因并重新测量。数据处理测量次数123U1/V5.46.98.5I1/mA2.002.603.20R1/?270026542656测量次数123U2/V2.082.222.50I2/mA38.042.047.0R2/?54.752.953.2(1)由%.max55551111=UU?，得到,.VU1

3、515151500001111=?VU07507507507500002222.=?；(2)由%.max55551111=II?，得到,.mAI07507507507500001111=?mAI7575757500002222.=?；(3)再由2222222233333333)()(IIVURuR?+=，求得?1111101010109999222211111111=RRuu,；(4)结果表示?=?=)144(,10)09.092.2(231RR实验目的(1)了解分光计的原理和构造。(2)学会分光计的调节和使用方法。(3)观测汞灯在可见光范围内几条光谱线的波长实验方法原理若以单色平行光垂直照射

4、在光栅面上，根据光栅衍射理论，衍射光谱中明条纹的位置由下式决定：(a+b)sink=dsink=k假如人射光不是单色，则由上式能够看出，光的波长不同，其衍射角也各不一样，于是复色光将被分解，而在中央k=0、=0处，各色光仍重叠在一起，构成中央明条纹。在中央明条纹两侧对称地分布着k=1，2，3，级光谱，各级光谱线都按波长大小的顺序依次排列成一组彩色谱线，这样就把复色光分解为单色光。假如已知光栅常数，用分光计测出k级光谱中某一明条纹的衍射角，即可算出该明条纹所对应的单色光的波长。实验步骤(1)调整分光计的工作状态，使其知足测量条件。(2)利用光栅衍射测量汞灯在可见光范围内几条谱线的波长。由于衍射光

5、谱在中央明条纹两侧对称地分布，为了提高测量的准确度，测量第k级光谱时，应测出+k级和-k级光谱线的位置，两位置的差值之半即为实验时k取1。为了减少分光计刻度盘的偏心误差，测量每条光谱线时，刻度盘上的两个游标都要读数，然后取其平均值(角游标的读数方法与游标卡尺的读数方法基本一致)。为了使十字丝对准光谱线，能够使用望远镜微调螺钉12来对准。测量时，可将望远镜置最右端，从-l级到+1级依次测量，以免漏测数据。数据处理(1)与公认值比拟计算出各条谱线的相对误差00xE?=其中0为公认值。(2)计算出紫色谱线波长的不确定度u()=()(|cos|)()(sin)(?ubauba+=?+?2222=180

6、18018018060606060092092092092151515156006006006001111?.cos=0.467nm;U=2u()=0.9nm最后结果为:=(433.90.9)nm1.当用钠光(波长=589.0nm)垂直入射到1mm内有500条刻痕的平面透射光栅上时，试问最多能看到第几级光谱?并请讲明理由。答：由(a+b)sin=k得k=(a+b)/sin最大为90o所以sin=1又a+b=1/500mm=2*10-6m，=589.0nm=589.0*10-9mk=2*10-6/589.0*10-9=3.4最多只能看到三级光谱。2.当狭缝太宽、太窄时将会出现什么现象?为什么?答

7、：狭缝太宽，则分辨本领将下降，如两条黄色光谱线分不开。狭缝太窄，透光太少，光线太弱，视场太暗不利于测量。3.为什么采用左右两个游标读数?左右游标在安装位置上有何要求?答：采用左右游标读数是为了消除偏心差，安装时左右应差180o。谱线游标左1级(k=-1)右1级(k=+1)nm0nmE黄l(明)左10245621320.258577.1579.00.33右2824824218黄2(明)左10240622020.158574.4577.90.45右2824224224绿(明)左10131632919.025543.3546.10.51右2813424330紫(明)左9735672315.09243

8、3.9435.80.44右27737247280510152025-1001020304050实验目的(1)观察光电效现象,测定光电管的伏安特性曲线和光照度与光电流关系曲线;测定截止电压,并通过现象了解其物理意义。(2)练习电路的连接方法及仪器的使用;学惯用图像总结物理律。实验方法原理(1)光子打到阴极上,若电子获得的能量大于逸出功时则会逸出，在电场力的作用下向阳极运动而构成正向电流。在没到达饱和前，光电流与电压成线性关系,接近饱和时呈非线性关系,饱和后电流不再增加。(2)电光源发光后,其照度随距光源的距离的平方成(r2)反比即光电管得到的光子数与r2成反比,因而打出的电子数也与r2成反比,构

9、成的饱和光电流也与r2成反比,即Ir-2。(3)若给光电管接反向电压u反，在eU反照度与光电流的关系：先使光电管距光源20cm处，适中选择光源亮度使光电流达最大(不超量程)；逐步远离光源按要求做好记录；实验步骤(4)测光电管的截止电压：将双向开关换向；使光电管距光源20cm处，将电压调至“0，适中选择光源亮度使光电流达最大不超量程，记录此时的光电流I0，然后加反向电压使光电流恰好为“0，记下电压值US；使光电管远离光源光源亮度不变重复上述步骤作好记录。数据处理(1)伏安特性曲线U/V-0.6401.02.04.06.08.010.020.030.040.0I/mA02.965.6810.341

10、6.8518.7819.9019.9219.9419.9519.97(2)照度与光电流的关系L/cm20.025.030.035.040.050.060.070.080.01/L20.00250.00160.00110.00080.00060.00040.00030.00020.00015I/A19.9712.546.854.272.881.510.870.530.32伏安特性曲线照度与光电流曲线(3)零电压下的光电流及截止电压与照度的关系L/cm20.025.030.035.040.050.060.070.0I0/A1.961.851.060.850.640.610.580.55US/V0.

11、640.630.650.660.620.640.650.631.临界截止电压与照度有什么关系?从实验中所得的结论能否同理论一致?怎样解释光的波粒二象性?答：临界截止电压与照度无关，实验结果与理论相符。光具有干预、衍射的特性，讲明光具有拨动性。从光电效应现象上分析，光又具有粒子性，由爱因斯坦方程来描绘：h=(1/2)mv2max+A。2.可否由Us曲线求出阴极材料的逸出功?答：能够。由爱因斯坦方程h=e|us|+ho可求出斜率us/=h/e和普朗克常数，还能够求出截距h/eo，再由截距求出光电管阴极材料的红限o，进而求出逸出功A=ho。实验目的(1)观察等厚干预现象及其特点。(2)学会用干预法测

12、量透镜的曲率半径与微小厚度。实验方法原理利用透明薄膜(空气层)上下外表对人射光的依次反射，人射光的振幅将分成振幅不同且有一定光程差的两部分，这是一种获得相干光的重要途径。由于两束反射光在相遇时的光程差取决于产生反射光的薄膜厚度，同一条干预条纹所对应的薄膜厚度一样，这就是等厚干预。将一块曲率半径R较大的平凸透镜的凸面置于光学平板玻璃上，在透镜的凸面和平板玻璃的上外表间就构成一层空气薄膜，其厚度从中心接触点到边缘逐步增加。当平行的单色光垂直入射时，入射光将在此薄膜上下两外表依次反射，产生具有一定光程差的两束相干光。因而构成以接触点为中心的一系列明暗交替的同心圆环牛顿环。透镜的曲率半径为：)(4)(

13、422nmynmDnDmR?=?=实验步骤(1)转动读数显微镜的测微鼓轮，熟悉其读数方法；调整目镜，使十字叉丝明晰，并使其水平线与主尺平行(判定的方法是：转动读数显微镜的测微鼓轮，观察目镜中的十字叉丝竖线与牛顿环相切的切点连线能否始终与移动方向平行)。(2)为了避免测微鼓轮的网程(空转)误差，在整个测量经过中，鼓轮只能向一个方向旋转。应尽量使叉丝的竖线对准暗干预条纹中央时才读数。(3)应尽量使叉丝的竖线对准暗干预条纹中央时才读数。(4)测量时，隔一个暗环记录一次数据。(5)由于计算R时只需要知道环数差m-n，因而以哪一个环作为第一环能够任选，但对任一暗环其直径必须是对应的两切点坐标之差。数据处

14、理环的级数m2422201816环的位置mm右21.39121.55221.70821.86222.041左28.44928.32028.16327.97027.811环的直径mmDm7.0586.7686.4556.1085.770环的级数n14121086环的位置mm右22.23722.43522.66222.88123.162左27.63227.45127.25426.96526.723环的直径mmDn5.3955.0164.5924.0843.56120.70920.64620.58120.62920.61220.635875.40.120.6222)()()()(?+?+?=nmnu

15、nmmuyyuRRuc=82109.8635.2012.0?+?=0.6RRuRRucc)()(=5.25mm；U=2)(Ruc=11mm)(URR=(87511)mm1.透射光牛顿环是怎样构成的?怎样观察?画出光路示意图。答：光由牛顿环装置下方射入，在空气层上下两外表对入射光的依次反射，构成干预条纹，由上向下观察。2.在牛顿环实验中，假设平玻璃板上有微小凸起，则凸起处空气薄膜厚度减小，导致等厚干预条纹发生畸变。试问这时的牛顿环(暗)将局部内凹还是局部外凸?为什么?答：将局部外凸，由于同一条纹对应的薄膜厚度一样。3.用白光照射时能否看到牛顿环和劈尖干预条纹?此时的条纹有何特征?答：用白光照射能

16、看到干预条纹，特征是：彩色的条纹，但条纹数有限。实验目的(1)观察双棱镜干预现象,测量钠光的波长。(2)学习和稳固光路的同轴调整。实验方法原理双棱镜干预实验与双缝实验、双面镜实验等一样，都为光的波动学讲的建立起过决定性作用，同时也是测量光波波长的一种简单的实验方法。双棱镜干预是光的分波阵面干预现象，由S发出的单色光经双棱镜折射后分成两列，相当于从两个虚光源S1和S2射出的两束相干光。这两束光在重叠区域内产生干预，在该区域内放置的测微目镜中能够观察到干预条纹。根据光的干预理论能够得出相邻两明暗条纹间的距离为Ddx=?，即可有xDd?=其中d为两个虚光源的距离，用共轭法来测，即21ddd=；D为虚

17、光源到接收屏之间的距离，在该实验中我们测的是狭缝到测微目镜的距离；x?很小，由测微目镜测量。实验步骤(1)仪器调节粗调将缝的位置放好，调至坚直，根据缝的位置来调节其他元件的左右和高低位置，使各元件中心大致等高。细调根据透镜成像规律用共轭法进行调节。使得狭缝到测微目镜的距离大于透镜的四倍焦距，这样通过移动透镜能够在测微目镜处找到两次成像。首先将双棱镜拿掉，此时狭缝为物，将放大像缩小像中心调至等高，然后使测微目镜能够接收到两次成像，最后放入双棱镜，调双棱镜的左右位置，使得两虚光源成像亮度一样，则细调完成。各元件中心基本到达同轴。(2)观察调节干预条纹调出明晰的干预条纹。视场不可太亮，缝不可太宽，同

18、时双棱镜棱脊与狭缝应严格平行。取下透镜，为方便调节可先将测微目镜移至近处，待调出明晰的干预条纹后再将测微目镜移到知足大于透镜四倍焦距的位置。(3)随着D的增加观察干预条纹的变化规律。(4)测量测量条纹间距x?用共轭法测量两虚光源S1和S2的距离d测量狭缝到测微目镜叉丝的距离D数据处理测x?数据记录mm次数条纹位置被测条纹数|a-a|x?起始位置a终了位置a18.0953.575104.5200.452023.5548.035104.4810.448138.0303.573104.4570.445743.5508.100104.5500.455058.1843.680104.5040.45046

19、3.5938.080104.4870.4487=?x0.44998mm测d数据记录mm次数放大像间距d1缩小像间距d2a1a1|a1-a1|a2a2|a2-a2|17.5605.7741.7867.3576.9650.41025.7717.5611.7906.9337.3600.42837.5385.7661.7727.3816.9680.41345.7557.5491.7946.9107.3300.42057.5205.7531.7677.3556.9400.41565.7357.5151.7806.9517.3600.409=1d1.7915mm；=2d0.4158mm测D数据记录mm狭缝

20、位置b测微目镜差丝位置bD=|b-b|1660659(1)x?的不确定度()=?xuA0.001329mm；()=?=?3仪xuB0.005770mm；()=+=?)()(22xuxuxuBA0.005921mm。(2)求d1与d2的不确定度()=1duA0.004288mm；()=2duA0.002915mm；()=1duB0.007mm；()=2duB0.005mm；()=?=3仪duB0.005770mm；()()=+=dudududuBBA)()(121210.01003mm；()()=+=dudududuBBA)()(222220.00817mm。(3)求D的不确定度()=Du1mm

21、。(4)波长的合成相对不确定度()()()422210128.4)(?=?+?+?=DDudduxxuucmm；其中()()()5222211210374.14141?=?+?=?ddudduddumm。(5)测量结果1由xDd?=求得-4105.87731=mm。2()710427.2?=cumm；包含因子k=2时，的扩展不确定度()cuU2=结果表达式为410)005.0877.5(?=+=Umm。1.测量前仪器调节应到达什么要求?如何才能调节出明晰的干预条纹?2.答：共轴，狭逢和棱背平行与测微目镜共轴，并适当调节狭逢的宽度。2.本实验怎样测得两虚光源的距离d?还有其他办法吗?答：d=(d

22、1*d2)1/2或利用波长已知的激光作光源，则d=(D/x)3.狭缝与测微目镜的距离及与双棱镜的距离改变时，条纹的间距和数量有何变化?答：狭缝和测微目镜的距离越近，条纹的间距越窄，数量不变，狭缝和双棱镜的距离越近，条纹间距越宽，数量越小。4.在同一图内画出相距为d虚光源的S1和S2所成的像d1和d2的光路图。实验目的(1)把握测薄透镜焦距的几种方法；(2)把握简单光路的分析和调整的方法；(3)了解透镜成像原理，把握透镜成像规律；(4)进一步学习不确定度的计算方法。实验方法原理(1)自准法当光(物)点在凸透镜的焦平面上时，光点发出的光线经过透镜变成平行光束，再经过在透镜另一侧的平面镜反射后又会聚

23、在原焦平面上且与发光点(物点)对称。(2)物距像距法测出物距(u)与相距(v)代入公式：1/u+1/v=1/f可求f(3)共轭法保持物与屏的距离(L)不变,移动透镜，移动的距离为(e)，其中一次成放大像另一次成缩小像,放大像1/u+1/v=1/f,缩小像1/(u+e)+1/(v-e)=1/f,由于u+v=L，所以f=(L2-e2)/4L。(4)凹面镜焦距的测量利用光路可逆原理，将凸透镜所成的实像作为凹面镜的物，即可测出凹面镜成实像的物距和像距，代入公式1/u+1/v=1/f可求出焦距f。实验步骤本实验为简单设计性实验，详细实验步骤由学生自行确定，必要时课建议学生根据实验原理及方法中的顺序作试验

24、。要求学生自行设计的能直接反映出测量结果的数据记录表格。数据处理(1)自准法，物距像距法，则凹面镜焦距三个试验将所测数据及计算结果填写在自行设计的表格中。(2)对共轭法的测量数据及处理实例测量数据记录表O1O2e=o2-o1f=(L2-e2)/4LfO1左O1右O1O2左O2右O252.4352.9052.6798.0099.0098.5045.8319.8219.6953.5052.7053.1097.9899.2098.5945.4919.9251.6752.8952.2899.0099.5099.2546.9719.5252.7052.9052.8098.8099.2199.0146.2

25、119.6451.3052.8052.0598.6098.9098.7546.7019.5952.3452.8052.5798.3499.1098.7246.1519.70不确定度的计算经过:uA(e)=()()=?166612eei0.047cm()euB=0.30cmu(e)=()()eueuBA22222222+=0.31cmu(L)=0.30cm所以()()()()2222-2222222222222222222222222222222222222222101010100.3680.3680.3680.3682222=?+?+=eueLeLuLeLeLffuu(f)=0.36810-2

26、19.683cm=0.072cmU=2u(f)=0.145cm=0.1cm最后表达式:f=(19.70.1)cm1.你以为三种测量凸透镜焦距的方法，哪种最好?为什么?答：共轭法最好，由于这个方法把焦距的测量归结为对能够准确测定的量L和e的测量，避免了在测量u和v时，由于估计透镜光心位置不准确所带来的误差。2.由LeLf422?=推导出共轭法测f的标准相对合成不确定度传递公式。根据实际结果，试讲明uB(L)、uB(e)、uA(e)哪个量对最后结果影响最大?为什么?由此你可否得到一些对实验具有指导性意义的结论?答：uA(L)对最后结果影响最大，由于L为单次测量量。对O1、O2的测量时，要采用左右逼近法读数。3.测量凹面镜焦距f和实验室给出的f0，比拟后计算出的E值相对误差一般比拟大，试分析E大的原因?答：E较大的原因可能是由于放入凹面镜后所成像的明晰度很难确定，即像的聚焦情况不好，进而导致很难测出清