- 2022-08-16 发布 |
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文档介绍
大学物理内容提要
目录2017—2018学年第二学期《大学物理实验II》教学管理细则12017−2018学年第二学期《大学物理实验II》课程表4实验一分光计的使用和光栅测波长5实验二迈克尔逊干涉仪的调整与使用11实验三波尔共振实验16实验四弗兰克—赫兹实验22实验五音频信号光纤传输技术实验27实验六声光效应36实验七电势差计测电动势38实验八磁阻效应综合实验41注意本书仅为教材《结构化大学物理实验》（第二版）的实验补充，预习和做实验都必须携带、阅读教材。完成数据处理内容时，请同学们准备好铅笔、直尺、计算器和坐标纸！51\n2017—2018学年第二学期《大学物理实验II》教学管理细则课程基本情况1、《大学物理实验I》和《大学物理实验II》是全校理工科类2年级本科生的必修课，共60.8学时4学分，其中《大学物理实验II》28.8学时2学分，于每学年的第二学期开设。2、《大学物理实验II》8次实验课组成，平均每次实验3.6学时，最后一个实验为操作考试。实验教学安排教学班由行政班组成，分单双周班，第2学期第2-17周开课，详见“实验课程表”。实验课准备1、课前必须预习并按规定写好预习报告（包括操作考试）。2、每次实验都应带齐《大学物理实验》教材、实验指导书、实验报告纸、坐标纸、钢笔、绘图铅笔（最好是0.3-0.5mm的自动铅笔）、橡皮、直尺、科学计算器。实验课考勤和上课纪律1、学生上课不得迟到，迟到者会被老师记录并影响课程成绩。迟到半小时及以上者不得参加本次实验。2、学生进入实验室应坐到规定编号的座位上做实验，如因为仪器故障更换座位，需老师同意后才能更换。3、对于要求写实验报告的实验，做完实验后数据必须全部记录到实验报告纸上，经老师签字，整理好实验仪器后才能离开实验室。4、对于要求当堂完成数据处理的实验，还应该按老师的要求完成计算和总结，经老师签字、当堂提交了实验报告后才能离开实验室。5、如实验效果未达到规定要求，老师可要求学生补做实验。补做实验的指导老师应在数据上签字并注明操作的成绩或等级。6、做实验快的学生在老师签字后继续处理数据直至下课前20分钟内才能离开，杜绝早退。实验报告1、实验报告包括预习、操作、数据处理三部分。学生必须在实验开始前写好预习内容，否则不允许做实验，按缺课处理。学生在做完实验后必须于一周以内由班干部统一收齐，按学号排序后交给任课老师或按老师要求交到A120办公室相应的报告箱中。无正当理由未按时交报告的将影响平时成绩。助教每周至少一次取报告批阅，批阅周期不超过3天，并将批阅中存在的问题按班或任课老师写一张共性问题和个别严重问题情况说明，便于任课老师评讲。任课教师尽量在该班下次上课前登记好成绩、下次上课时评讲并发给学生。助教批改实验报告只写出数据处理成绩和评语。每次实验的预习、操作和总成绩由任课教师评定等级51\n，并登记到《实验成绩考核表》。2、预习部分（满分20+附加分2分）应完成以下七个内容：一、实验室名称（详见各实验室门牌）；二、实验名称；三、实验原理；四、实验目的；五、实验内容；六、实验器材（设备、元器件）。最后一项内容也可操作时补充，但下课前必须完成。预习部分应工整地书写到实验报告纸第1页至第2页。预习部分必须至少绘一个原理图或接线图等。页面不够时可以另加纸张并顺序粘好。预习部分是为了掌握实验原理和了解仪器使用、操作步骤等，不建议整篇抄书，建议理解掌握并在课上积极回答老师的提问（可获得预习附加分）。上课时老师会检查每个同学的预习报告并签字。3、操作部分（满分40+附加分6分）应完成指导书或老师规定的实验步骤及操作内容；记录所有实验仪器的编号；记录温度等实验环境物理量；记录实验规定的全部测量值和相关表格。实验数据需记录在实验报告之上，经老师当堂签字认可后才算有效。完成老师指定的额外操作内容或选做的实验内容可获得操作附加分。凡写在纸上或书上的数据老师可以不予签字并令其写在实验报告上再签字。4、数据处理部分（满分40+附加分6分）应完成以下四个内容：七、实验数据记录；八、实验数据处理；九、实验结论；十、对本实验过程、方法及手段的改进意见。页面不够时可以另加纸张，但交报告时必须将加纸和作图用坐标纸等与实验报告粘或订在一起数据处理部分应该步骤完整，独立完成。凡完成老师指定的额外数据分析或讨论或有建设性、创新性分析或建议的可获得数据处理附加分。5、每次实验一般都包括两项实验内容，写报告时请将两实验的预习部分、操作部分、数据处理部分合并到一起。6、实验附加分须在实验报告和成绩登记表中单独注明。7、如有任何疑问请与老师当面交流。操作考试1、第16～17周的最后一个实验为操作考试，时间为160分钟开卷考试（可以携带教材、指导书等参考资料，但不允许相互讨论、携带实验数据、实验数据处理等。），内容包括实验预习（与每次实验相同，要求写好预习报告，可先不画数据记录表格）、书面回答与该实验相关的2～3个问题（每人的问题不同，要求将问题抄在实验报告上回答）、按考题要求完成操作（每人的操作内容可能不同，可能不必完成指导书规定的全部内容）、记录数据、当堂完成数据处理并交卷（写好的实验报告作为试卷）。老师将在操作过程中随时检查每个学生的操作是否独立、正确、熟练地完成，数据记录是否正确、完整，以此作为操作评分的依据。每个实验设定的操作考核点不少于三个。根据实验的难易程度不同，老师会对实验及注意事项进行不同程度的讲解（简单的实验不讲解），凡实验仪器有问题的须经老师同意后换仪器（或及时维修），因仪器问题导致操作失误或数据异常不扣分。仪器问题等特殊情况老师要做好随堂记录作为不扣分的依据。操作考试是关联性考试，完不成操作将无法进行51\n数据处理。为帮助部分学生尽量完成操作，学生可以请求老师帮助完成一个或几个自己无法完成的操作步骤；老师也可对操作过慢的学生个别提示或帮助完成一个或几个关键步骤（需经学生同意），但非独立完成的操作内容会相应扣分。试卷页面不够时可以另加纸张，但交卷前必须将加纸和作图用坐标纸等与实验报告粘或订在一起。为了与平时实验报告区分，试卷首页由监考老师加盖“操作考试”专用章。阅卷、统计分数由任课教师负责，于第18周星期五前完成，第19周完成成绩登录。成绩管理1、每次实验成绩=预习成绩（含附加分）+操作成绩（含附加分）+实验报告成绩（含附加分）。三项的满分分别是：20+2分、40+6分、40+6分，每次实验的成绩最高114分。各任课老师所带班级的平均成绩一般为80分（16分+32分+32分）。2、平时成绩（不含最后一次实验）=（Σ百分制每次实验成绩）÷7，满分为100分。迟到、缺课或迟交、不交实验报告将影响平时成绩。因附加分导致平时成绩计算值超过100分的记100分。3、实验（操作考试）成绩=预习成绩+操作成绩+数据处理成绩+回答问题成绩，四项的满分分别是：20分、40分、30分、10分，满分为100分。各任课老师所带班级的平均成绩一般为82分。4、课程成绩=百分制平时成绩×60%+百分制实验（操作考试）成绩×40%。一旦平时实验缺2个（包含2个）及以上没做的学生课程成绩计59分以下，且没有补考资格，必须重修。5、平时实验只缺1个没做的学生课程成绩不及格时，可参加操作补考；补考后仍不及格的，须重新学习。重新学习必须持重修证到物理实验中心办公室（科A120）找重修任课老师报名。6、因故缺课、缺考，还是参加竞赛等造成成绩不及格的，或因出国希望加分到85分以上的，所有任课老师和课程组负责人都不负责也没有权限进行特别补考或加分。有关问题请查询教务处或所在学院教务科，任课老师和课程组一概不受理此类问题。关于课程表的相关说明1、开课时间：2-17周。即双周班从第二周开始上课，单周班从第三周开始上课，每隔一周做一个实验。2段时间：10：20-13：02；3段：13：20-16：02；4段：16：20-19：02；5段：19：30-22：12。2、第一次上课上循环号上对应房间的实验。例如A循环的选课班级第一次上课，上科A106的实验3，第二次上课，上科A112+117的实验11，，每隔一周上课时交换实验，从左向右循环。当循环到科A102时，全班分成两组，第1组上实验1，第2组上实验2。3、从左向右按照课表上房间号顺序循环做实验，每个学生只做8个实验。4、16-17周的最后一个实验为操作考试，需正常预习，当场交实验报告作为试卷，请务必带齐教材、指导书、橡皮、计算器、坐标纸和绘图工具。5、清明节、劳动节等法定节假日按学校统一安排调课，缺课由老师与学生及实验员协商补课，补课一定要在15周以前完成。51\n2017−2018学年第二学期《大学物理实验II》课程表上课时间周次A循环B循环C循环D循环E循环F循环G循环H循环星期一2段(10:20−13:02)双——霍中生陈群宇陈中钧李业凤于景侠许春青李志杰单李朝霞霍中生陈群宇陈中钧李业凤于景侠许春青李志杰3段①(13:20−16:02)双徐世珍霍中生陈群宇陈中钧李业凤于景侠许春青李志杰单李朝霞霍中生陈群宇陈中钧李业凤于景侠许春青李志杰5段(19:30−22:12)双徐世珍霍中生罗浩文陈中钧李业凤——————单李朝霞——>>陈群宇陈中钧李业凤——————星期二2段(10:20−13:02)双徐世珍宁智华罗浩文李承跃崔海娟姚列明聂湧李海龙单李朝霞宁智华罗浩文李承跃崔海娟姚列明聂湧李海龙3段①(13:20−16:02)双徐世珍宁智华罗浩文李承跃崔海娟姚列明聂湧李海龙单李朝霞宁智华罗浩文李承跃崔海娟姚列明聂湧李海龙5段(19:30−22:12)双李朝霞宁智华罗浩文陈中钧郭袁俊吴静聂湧李海龙单李朝霞宁智华罗浩文陈中钧郭袁俊吴静聂湧李海龙星期三2段(10:20−13:02)双——————————————单——————————————3段①(13:20−16:02)双——————————————单——————————————5段(19:30−22:12)双李朝霞宁智华罗浩文陈中钧郭袁俊吴静————单李朝霞宁智华罗浩文陈中钧郭袁俊吴静————上课日期教学周次房间号101102106105/107112/117113115119实验编号一二三四五六七八实验名称上课班级分光计的使用和光栅测波长迈克尔逊干涉仪…使用波尔共振实验弗兰克—赫兹实验音频信号传输声光效应电势差计测温差电动势磁阻效应综合实验③3月5−7日第1周——————————3月12−14日第2周双周班ABCDEFGH3月19−21日第3周单周班ABCDEFGH3月26−28日第4周双周班HABCDEFG4月2−4日②第5周单周班HABCDEFG4月9−11日第6周双周班GHABCDEF4月16−18日第7周单周班GHABCDEF4月23−25日第8周双周班FGHABCDE4月30日−5月3日②第9周单周班FGHABCDE5月7−10日第10周双周班EFGHABCD5月14−17日第11周单周班EFGHABCD5月21−24日第12周双周班DEFGHABC5月28−31日第13周单周班DEFGHABC6月4−7日第14周双周班CDEFGHAB6月11−14日第15周单周班CDEFGHAB6月18−21日②④第16周双周班BCDEFGHA6月25−28日④第17周单周班BCDEFGHA备注：①第3段上课时间为中午1:20，请不要迟到。②法定节假日、校运会放假按学校统一安排调课，缺的课由老师与学生及实验员协商时间补上。其中：五一节29-1日放假，第9周星期周一二受影响；端午节6月18-21日放假，第16周星期一受影响。③磁阻效应实验第一组和第二组部分同学采用LY528常规仪器，其余同学采用模块化仪器，具体由任课老师安排。④大物实验II最后一次实验为操作考试。51\n实验一分光计的使用和光栅测波长【实验原理】详见教材：《结构化大学物理实验》P.100−104，P.237−240。仔细研读原理后回答以下问题：问题1：分光计的读数装置为什么要有两个读数窗口?在测量角度时，读数应注意什么?问题2：分光计的度尺根据游标原理刻成，在用分光计测量前是否需记下零读数（零差）?为什么?问题3：测角时，望远镜由经0刻线转到，例如，，试写出计算的通用公式。补充分光仪的使用方法：图1-1分光仪结构1．狭缝宽度调节手轮2．狭缝体3．狭缝体锁紧螺钉4．狭缝体高低调节手轮5．游标盘微调手轮6．平行光管水平调节螺钉7．平行光管部件8．载物台调平螺钉9．载物台10．望远镜水平调节螺钉11．望远镜部件12．目镜锁紧螺钉13．阿贝式自准直目镜14．目镜视度调节手轮15．望远镜光轴高低调节螺钉16．载物台锁紧螺钉L7．放大镜18．变压器19．支臂20．望远镜微调螺钉21．度盘22．转座23．底座24．望远镜止动螺钉25．制动架26．立柱27．度盘止动螺钉28．游标盘止动螺钉（一）分光仪的结构分光仪的外形如图1-1。在底座（23）的中央固定一圆柱形中心轴．，底盘（21）和游标盘套在中心轴上，可以绕中心轴旋转，度盘上刻有720等分的刻线，每一格的格值为30分，对径方向设有两个游标读数装置，测量时，然后取平均值，这样可消除偏心引起的误差。立柱（26）固定在底座上，平行光管（7）安装在立柱上，平行光管的光轴位置可以通过立柱上的调节螺钉（4、6）来进行微调，平行光管带有一狭缝装置（2），可沿光轴移动和转动，狭缝的宽度在0～2mm内可以调节。51\n阿贝式自准直望远镜（11），安装在支臂（19）上，支臂与转座（22）固定在一起，并套在度盘上，当松开止动螺钉（27）时，转座与度盘可以相对转动，当旋紧止动螺钉时，转座与度盘一起旋转，旋转制动架（26）与底座上的止动螺钉（24）时，借助制动架末端上的调节螺钉（20）可以对望远镜进行微调（旋转），望远镜系统的光轴位置，也可以通过调节螺钉（10）（15）进行微调。望远镜系统的目镜（13）可以沿光轴移动和转动，目镜的视度可调节。分划板视场的参数如图2-3所示：载物台（9）套在游标盘上，可以绕中心旋转，旋紧载物台锁紧紧螺钉（16）和制动架与游标盘的止动螺钉（28）时，借助立柱上的调节螺钉（5）可以对载物台进行微调（旋转）。放松载物台锁紧螺钉时，载物台可根据需要升高或降低。调到所需位置后，再把锁紧螺钉旋紧，载物台有三个调平衡螺钉（8）用来调节使载物台面与旋转中心线垂直。（二）使望远镜能接收平行光1．望远镜目镜调焦。开启电源，照亮目镜视场，观察分划板上的“”叉丝和“十”字灯光是否清晰，如不清晰，缓慢旋转目镜调节至最清楚、舒适为止。2．望远镜物镜调焦。将三棱镜的任一光学面紧贴物镜，观察十字窗口经三棱镜反射回来的“十”字像，调节物镜直到“十”字像与分划板上的“”叉丝和“十”字灯光一样清晰为止（注意：旋转物镜时，如果已到尽头就不能再往这个方向旋转，否则有损坏仪器的危险）。图1-2三棱镜在载物台上的放法（三）粗调望远镜、载物台方向。在熟悉分光计的基础上，用眼睛观察判断，通过望远镜和平行光管俯仰调节螺钉，使它们的光轴尽量垂直于仪器中心轴，通过载物台三个调平螺钉的调节，使载物台平面尽量与仪器中心轴垂直。（四）调整望远镜光轴和载物平台垂直于仪器中心轴。将三棱镜如图1-2那样放置（也可按其它方法放置），让载物台的两个调平螺钉（如图中的a，b）与三棱镜的毛玻璃面（非光学面）一致，而另一个调平螺钉（如c）对正顶角A。把望远镜交替正对三棱镜的两个光学面，通过目镜观察分划板上是否都有有无反射的“十”字像。如都无此像或只有一面有此像，可再通过目测，仔细调节望远镜的俯仰调节螺钉和载物台的三个调平螺钉。总之通过上述调节，直到两面都出现“十”字像为止。图1-3三棱镜两面“十”反射像不等高的几种情况一般来讲，两个面的“十”反射像是不等高的。如图1-3中（a）、（b））两图，“十”字像同在“51\n”叉丝的上交点的上方（或下方），这种情况多半是望远镜不垂直仪器中心轴，载物台基本垂直仪器中心轴，如图（c）、（d）在上交点的上、下方，这种情况多半是载物台不垂直仪器中心轴，而望远镜基本垂直仪器中心轴。但是，在（a）、（b）、（c）、（d）四图的情况下，往往两种情况都存在。要把两个光学面反射像都调成图1-5那样（它是望远镜光轴和载物台平面都垂直仪器中心轴的标志），最简单的方法是：将AB面对正望远镜，调节螺钉a，使“十”字像与分划板的上横线的高度减小一半，然后调节望远镜的俯仰调节螺钉使“十”字像精确地成像在分划板的上横线上；然后又将AC面正对望远镜，调节螺钉b，使“十”字像与分划板的上横线的高度减小一半，然后调节望远镜的俯仰调节螺钉使“十”字像精确地成像在分划板的上横线上；如此反复调节数次，则可使分别由AB面和AC面反射回来的“十”字像都精确地成像在分划板的上横线上。（五）自准直法测定等边三棱镜的顶角（教材P.101）（六）调节平行光管1．平行光管对准光源。打开汞灯，直接通过平行光管物镜对准汞灯观察，调整狭缝宽度到0.5mm。搬动分光仪，使平行光管完全对准汞灯，这时通过狭缝的光线最明亮。2．使平行光管发出平行光。通过望远镜对准平行光管观察，调节平行光管物镜焦距，即移动狭缝的前后位置，使看到的狭缝边缘的像最清晰。这时狭缝就处在平行光管物镜的焦平面上。调节狭缝宽度使观测到的狭缝像的宽度约0.3～0.5mm宽（注意：不要把狭缝关死，更不能关死后，还继续往这个方向旋转鼓轮，这会损坏狭缝刀口！）。3．使平行光管的光轴与望远镜转轴垂直。将狭缝旋转成水平，调节平行光管的俯仰调节螺钉，使狭缝像落在分划板的下面一条横线上。然后旋转狭缝成竖直。注意旋转过程中要保证狭缝边缘的像最清晰。（七）（选做）反射法测三棱镜顶角（教材P.101）（八）（选做）最小偏向角法测折射率（教材P.102−103）（九）透射式光栅原理（教材P.237−238）本实验只测汞灯一级衍光谱中的绿、黄1、黄2三条谱线的衍射角，即取，则（1-1）式中，为光栅常数，为衍射角，为波长，波长的单位一般用纳米（）表示。本实验假定绿光波长是已知的，而、是未知的，由公式（1-1），光栅常数（1-2）式1-2的结果带入公式1-1，即求出两个未知波长（1-3）（1-4）（十）光栅测波长时分光计的调整51\n图1-5载物台调好的标志图1-4光栅放在载物台的位置前面望远镜、平行光管都已经调到与转轴垂直，因为光栅的刻痕方向可能与其底座不垂直，所以载物台的方向还必须重调。具体方法是1．调节入射光与光栅面相垂直。将光栅如图1-4放到载物台上。在望远镜中看到清晰的“十”字反射像后，将载物台转180o，找到由光栅另一面的反射“十”字像，调节载物台升降螺钉a或b，使两面反射的“十”字像都与“”叉丝的上交点重合，如图2-5所示。2．调节平行光管的狭缝与光栅刻痕平行，转动望远镜，观察中央亮条纹两边分布的谱线是否一样高，若不一样高，可调节载物台上过光栅面的那颗调平钉c，使两边的谱线一样高。将望远镜再度对准中央亮线，看“十”字像与上十字叉丝是否重合，再调节螺钉a、b，使它们重合。再看两边谱线是否一样高，若不一样高，再调螺钉c，使它们一样高，这样重复进行，直到最后既使入射光与光栅面垂直，又使两边的光谱线一样高。【实验目的】（一）学会调节分光仪；（二）了解半周期偶次计数法在分光仪测量角度中的应用；（三）体会自准直法在光学测量中的重要作用；（四）用分光仪测量三棱镜的顶角光栅光谱的波长；（五）（选做）用分光仪测量三棱镜玻璃的折射率。【实验内容】（一）正确调整分光计，使其处于正常工作状态。（二）用自准直法测量三棱镜的顶角；（三）（选做）用反射法测三棱镜顶角；图5图1-6望远镜测量角度时的对准位置（四）（选做）最小偏向角法测玻璃的折射率。（五）用透射式光栅测汞灯黄1和黄2光谱的波长。【实验器材】分光仪，三棱镜，光栅，汞灯。【实验步骤及操作】（一）用自准法测三棱镜顶角完成所有光学调整之后，如图1-5那样固定载物台（即毛玻璃面靠近平行光管并与平行光管的轴线垂直），转动望远镜正对三棱镜的一个光学面，当“十”字反射像如图1-6时（即“十”51\n字像与“”叉丝的上交点完全重合），即可读数。分别从左右窗口读出方位角、；读完后又转动望远镜让其对准另一光学面，当“十”字像如图1-6时，分别从左右窗口读出方位角、。如此反复测2次以验证读数是否准确。分光计的读数与游标卡尺完全一样，如何读数可仔细阅读教材读数部分。只有一点提醒大家注意，当两次方位角读数时，第二次是超过（即）时，不能是两项读数之差，而应是−(−)。比如为，是，不是−=，而是−=。（二）（选做）用反射法测三棱镜顶角图1-7测量衍射角示意图22K=-1K=+1将狭缝旋转至竖直方向，把三棱镜如图1-6那样放置在载物台上（即让顶点A靠近载物台中心，毛玻璃面与平行光管轴线垂直并靠望远镜这边），平行光管发出的平行光束同时入射到三棱镜的AB和AC面，通过望远镜可接收其反射光，接收到反射光位置两个窗口的读数就是方位角、和、。代入公式就可算出顶角A。共测量2次。（三）（选做）最小偏向角法测玻璃的折射率（测量方法自拟）（三）测量衍射角1．测量衍射角示意图如图1-7所示。2．完成所有光学调整之后望远镜向左转，经过绿光（）、黄1（）和黄2（）的-1级和-2级谱线后，让叉丝的竖线分别对准黄2（）、黄1（）、绿光（）的-2级谱线，读出谱线的方位角，把望远镜向右转，到右边+2级光谱，读出叉丝竖线对准的绿光（）、黄1（）、黄2（）的方位角，重复测两次，记录于表中。（四）操作注意事项1．切勿用手指、纸巾、手帕擦拭光栅表面，以免造成光栅永久性的损伤。2．测量时动作要轻，不能振动或碰动三棱镜、光栅位置、望远镜镜筒。3．只有调整载物台到如图1-7那样和中央亮条纹两边的谱线等高时，方可进行光栅光谱角度测量，否则测量数据无效。【实验数据及分析】51\n（所有的实验数据、计算过程和结果都要按教材第一章规定的有效数字相关规定书写；所有的计算必须推理严谨，公式、代入过程完整；计算结果包括中间计算结果必须写单位）（一）自准直法测顶角数据记录表分光仪的仪器误差：1′望远镜位置望远镜向左转望远镜向右转测量次数左窗读数右窗读数左窗读数右窗读数（o、′）（o、′）（o、′）（o、′）123平均值（二）（选做）反射法测顶角数据记录表（参照自准直法自拟）（三）（选做）最小偏向角法测玻璃的折射率数据记录表（自拟）（四）光栅测光波数据记录表级次谱线读数次数黄2黄1绿绿黄1黄212平均值（五）计算自准直法测得三棱镜顶角。（六）（选做）计算反射法测得三棱镜顶角：（公式自拟）。（七）（选做）最小偏向角法测玻璃的折射率：（公式自拟）。（八）计算汞灯光谱中，黄1的波长，黄2的波长：1．利用公式，计算出、、；2．计算光栅常数：；（=546.07nm）；3．计算出黄1、黄2的波长：，。4．计算的相对误差：，（=576.96nm），同理计算：，（=579.07nm）。51\n实验二迈克尔逊干涉仪的调整与使用图2-1迈克尔孙干涉仪结构图【实验原理】详见教材：《结构化大学物理实验》P.104−111。仔细研读原理后在实验报告上回答以下问题：问题1：请画出迈克尔逊干涉仪的基本光路图？问题2：在放扩束镜前，屏上有两组红色光点，为什么必须将两组光电中最亮的两个光点调成完全重合？问题:3：当调整好干涉仪后，旋转微动鼓轮时，干涉圆环就向外冒（或向内收缩），这是改变了什么量？和波长是什么关系？补充：迈克尔逊干涉仪的结构、调整与应用迈克尔逊干涉仪有多种多样的形式，其基本结构如图2-1所示。机械台面4的铸铁底座2下有三个调节螺钉1，用来调节台面的水平。在台面上装有螺距为1mm的精密螺杆3，丝杆的一端与齿轮系统12相连接。转动手轮13或微动鼓轮15都可以使丝杆转动，从而使骑在丝杆上的反射镜M1镜（6）沿导轨5移动。M1镜的位置及移动的距离可从装在台面3一侧的毫米标尺（图中未画出）、读数窗11及微动鼓轮15上共同读出。手轮13分为100分格，它每转过一分格，M1镜就平移1／100mm（由读数窗读出）。微动鼓轮15每转一周，手轮随之转过1分格，鼓轮又分为100格，所以鼓轮每转过一格，M1镜平移10-4mm，还可估读一位至10-5mm。这样，将毫米标尺、读数窗和微动鼓轮上的读数相加，就可读出M1镜的位置。M2镜（8）是固定在镜台上的。M1和M2镜的背面各有两个螺钉7，可调节镜面的倾斜度。M2镜台下还有一个水平方向的拉簧螺丝14和垂直方向的拉簧螺丝16，其松紧使M2镜台产生一个极小形变，从而可对M2镜的倾斜度作更精细的调节。9和10分别为分束镜G1和补偿板G2，它们的位置和方向都完全固定。G1的后表面为半反射面，镀有银或其他介质膜。手轮13前方可安装观察屏，用来接收干涉条纹。实验中迈克尔逊干涉仪按测量的任务不同，分成：“测量激光波长”和“测量空气的折射率”两种仪器组合。同学们的座位号对应的是没有空气室的，就按激光波长实验调节和操作仪器；有空气室的就按空气折射率的测量调节和操作仪器。调好测完后不要破坏仪器状态，与另一组的同学互换座位，不必再进行调节第二种测量的仪器，直接测量就可以了。调整迈克尔逊干涉仪和测量的具体方法如下：（一）仪器的水平调整将干涉仪放置于工作台上，使导轨尽量与工作台前边缘垂直。借助气泡水准仪或目视观察，调节底座螺钉l使仪器水平。（二）光路调整1.（有空气室的只能在原坐标附近进行微调，不能使M1太远产生悬空，也不能使M1太靠紧空气室，以免损坏仪器！）转动手轮13将反射镜M1调至40mm附近某一位置，使M1、M251\n镜与分束镜G1上反射膜的距离大致相等。2.打开He-Ne激光器，调节其高度和倾角，使激光束沿水平方向垂直于导轨入射到分束镜G1的中部。这时在观察屏上能看到分别由M1、M2镜反射的两个圆形最亮光斑（视场中还有较暗的光斑，调整时可不管它们）。3.调节M2镜背面的两个螺钉，使两个圆形最亮光斑完全重合，这时M2镜与M1镜大致垂直。实验室已将M1镜的法线调至与导轨平行，实验者一般不要动它背后的两个螺钉，只需调M2镜使之与M1镜垂直即可。4.在激光器与分束镜之间放入扩束镜。反复仔细地调整扩束镜的方位，直到观察屏上出现非定域干涉条纹。微调M2镜背面的螺钉，使条纹变圆、变粗。5.若眼睛上下或左右晃动观察时看到有条纹“冒出”或“缩进”，则需要细调M2镜台下的水平与垂直拉簧螺丝，直到眼睛晃动观察时无条纹移动，说明M1镜与M2镜完全垂直。图2-2迈克尔孙干涉仪光路图（三）读数系统的调整转动微动鼓轮时，手轮会随之转动；但转动手轮时，鼓轮并不随之转动。为了避免空程差，在整个测量过程中只能以同方向转动鼓轮使M1镜移动，不能反向转动鼓轮，更不能直接转动手轮。而且开始测量前应将鼓轮按原方向转动若干周，直到干涉条纹稳定移动后方可开始计数测量。（四）用非定域圆形条纹测激光波长完成仪器的调整后，缓慢转动鼓轮让调好的非定域圆形干涉条纹从中心“冒出”或“缩进”，如图2-2所示。测出圆环中心“冒出”或“缩进”的个数和所对应的M1镜移动距离（单位：mm），即可由公式（2-1）计算激光的波长（单位用nm表示）。式中表示起始环（第0环），对应的M1坐标为；为第环，对应的M1坐标为。（五）观察白光干涉（等倾干涉和等厚干涉条纹）完成上述测量后，转动粗动手轮13，使圆形条纹变粗变大。当只剩下一个粗大圆环时（此时M1与相隔很近，d很小），在激光器与G1镜间插入扩展白光光源。用眼睛代替观察屏作为接受器，沿M1镜方向可看到彩色圆形干涉条纹，这就是等倾干涉条纹。调节拉簧螺丝14、16使M1、有一很小的夹角。缓慢转动粗动手轮让M1镜向前（即向着G1方向）移动，使弯曲条纹逐渐向圆心移动，直到视场中M1镜上出现彩色直线干涉条纹,这就是等厚干涉条纹。当彩色条纹的对称中心（即中央条纹）处于M1镜中央时，记下M1镜的位置。51\n进行此项测量时，由于白光干涉条纹很少，所以调节必须特别耐心细致，切忌急燥。测量前应先调整零点。调节和测量过程中，M1镜应始终向前移动。（六）空气折射率的测量（详见教材：《结构化大学物理实验》P.109−111）。【实验目的】（一）初步掌握迈克尔逊干涉仪的调整方法；（二）掌握用迈克尔逊干涉仪测量波长和空气折射率的方法。【实验内容】（一）将迈克尔逊干涉仪调到能正常观测的状态；（二）测量He—Ne激光的波长；（三）（选做）观察白光干涉；（四）在加装了空气室的迈克耳逊干涉仪上测量空气的折射率。【实验器材】迈克尔逊干涉仪，He-Ne激光器，扩束镜，日光灯，接收屏，加装了空气室的迈克耳逊干涉仪（包括加压用橡皮球、气压计）【实验步骤及操作】（一）熟悉仪器对照仪器，仔细阅读仪器介绍部分内容，掌握本仪器调节使用的注意事项。充分理解各部件作用，以便正确、顺利地进行操作。（二）调节1．仪器水平调节安置迈克逊干涉仪，使其机械平面（即导轨）大体垂直桌子边缘，调迈克逊干涉仪水平（旋底座三个调节螺丝）目测水平即可。2．读数系统调节同时转动粗动轮和微动轮使其能啮合，测量时，为避免空程误差，在测量同一组数据中，所有读数必须由微动轮沿同一方向转动获取。3．光源调节放置He-Ne激光器，使光源S与分光板反射镜的中心大致等高，且三者的连线一致垂直镜（目测即可），开启激光电源、顺着激光束看去，激光点正好落在分光板的中部，且检查光点是否落在、反射镜的中部。4．调出等倾干涉圆环（1）转动手轮，尽量使、两反射镜距分束板后表面反射膜的距离相等；（2）粗调镜，使镜垂直镜：A．实验室已将镜面法线调至与丝杆水平，实验者不要动镜背面的两51\n个调节螺丝，此时第①条光线经反射后返回与光源基本重合，目测即可。B．放置接收屏使平面反射镜（新仪器接收屏在图中E处的位置），在接收屏上可以看见几个圆的光点，调节镜背面两个螺丝使接收屏上两个最亮的光点完全重合（视场中还有较暗的光点它们与调整无关），此时第②条光线与第①条光线重合。（3）细调镜使、镜严格相互垂直：A．放扩束镜于光源S与板之间，使扩束镜的中心大致与板的中心等高，前后、左右移动扩束镜，使板上激光光斑最强最亮，（用白纸靠近板进行比较）此时眼睛可以看到接收屏上的干涉条纹。B．调镜台下的水平与垂直拉簧螺丝，对作细致调节调出等倾干涉圆环，并将圆心调到视场的中心，且条纹间距适中，移动时圆心应保持不动。（三）测量及观察1．测He-Ne激光波长。观察环形条纹由中心向外“冒出”或由外向内“缩进”现象，记录干涉条纹“冒出”或“缩进”50条（=50）相对应的的坐标d值，如此连续6次，记录于数据表格中。测量时必须注意仪器空程差对测量精度的影响，必须沿一个方向转动微动鼓轮。2．（选做）调节和观察等厚干涉及日光干涉。观察条纹的疏密变化，观察在移动可动镜时干涉条纹弯曲程度怎样变化，把干涉条纹间距调到3mm左右的平行条纹。用日光作光源，置日光台灯于分束板前方，转动微动轮用眼直接观察白光源产生的彩色干涉条纹，直至调到中心条纹，记录的坐标d。3．测量空气的折射率。在迈克耳逊干涉仪的一支光路中加入一个长度为L的空气室，空气室与加压用橡皮球、气压计相连，如教材图3.5-7所示，气压计用来测管内气压，它的读数为管内压强高于室内大气压强的差值。在O处用毛玻璃作接收屏，在它上面可看到干涉条纹。调好光路后，先将空气室充气，使管内压强与大气压的差大于0.09Mpa，读出数字气压计数值，取对应的=0。然后微调阀门慢慢放气，此时在接收屏上会看到条纹移动，当移动60个条纹时，记一次数字仪表数值。然后再重复前面的步骤测3次，记录于数据表格中。（四）操作注意事项1．激光属强光，会灼伤眼睛，注意不要让激光直接照射眼睛。2．鼓气阀门不要用力旋转，以免损坏。3．仪器应妥善放置，防止震动。【实验数据及分析】（所有的实验数据、计算过程和结果都要按教材第一章规定的有效数字相关规定书写；所有的计算必须推理严谨，公式、代入过程完整；计算结果包括中间计算结果必须写单位）（一）测量He—Ne激光波长的实验数据记录表/条05010015020025051\n/mm（二）测量空气折射率的实验数据记录表室温℃；大气压Pa；L=95.0mm；nm；m=60。测量次数123平均值（三）选用两组最合理的数据，计算He—Ne激光波长、相对误差、不确定度（和的仪器误差略，估读误差为0.2条；和的仪器误差为0.0001mm，估读误差为0.00002mm）并写出测量结果表达式。（四）计算空气折射率求出移动60个条纹所对应的管内压强的变化值的绝对值||和其平均值，算出空气折射率的实验值为：，其中大气压强Pa。计算实验温度和大气压下的空气折射率的理论值，计算实验值的相对误差。【数据处理公式参考】（以下内容预习时不必写）1.计算激光波长（1）从实验数据表中选两组最合适的数据（，）和（，），（2）；2．计算的相对误差：，其中nm；3．计算激光波长的不确定度：（1）、、、是单次测量，所以，不考虑A类不确定度；（2）、只考虑B类确定度中的估读误差分量，仪器误差忽略：；（3）、因估读误差小于仪器误差的1/3，只考虑B类确定度中的仪器误差分量：51\n；（4）计算的相对不确定度（5）计算的相对不确定度4．写出测量结果表达式：。5．按公式：计算空气折射率的实验值。计算实验温度和大气压下的空气折射率的理论值（公式见教材：《结构化大学物理实验》P.110），计算实验值的相对误差。实验三波尔共振实验【实验原理】详见教材：《结构化大学物理实验》P.73−74。仔细研读原理后回答以下问题：问题1：什么叫受迫振动？什么情况下会出现共振?问题2：什么叫幅频特性和相频特性？问题3：本实验所用的波尔共振仪，是用什么方法实现对自由振荡，阻尼振荡的周期及振幅的测量？受迫振荡的周期和相位差又是如何测量的呢？【实验目的】（一）研究波尔共振仪中弹性摆轮受迫振动的幅频特性和相频特性；（二）研究不同阻尼力矩对受迫振动的影响，观察共振现象；（三）学习用频闪法测定运动物体的相位差。【实验内容】（一）测定阻尼系数β；（二）测定受迫振动的幅频特性和相频特性曲线；（三）测定自由振荡周期。51\n图3-1波尔共振仪前面板示意图1、液晶显示屏幕2、方向控制键3、确认按键4、复位按键5、电源开关6、闪光灯开关7、强迫力周期调节电位器【实验器材】ZKY-BG型波尔共振仪一套，包括振动仪和电器控制箱。【实验步骤及操作】（一）仪器介绍（参见教材P.75−77）。波尔共振仪电气控制箱的前面板和后面板分别如图3-1和图3-2所示。图3-2波尔共振仪后面板示意图1、电源插座（带保险）2、闪光灯接口3、阻尼线圈4、电机接口5、振幅输入6、周期输入7、通讯接口波尔共振仪可以通过软件控制阻尼线圈内直流电流的大小，达到改变摆轮系统的阻尼系数的目的。选择开关可分4档，“阻尼0”档阻尼电流为零，“阻尼1”档电流约为280mA，“阻尼2”档电流约为300mA，“阻尼3”档电流最大，约为320mA，阻尼电流由恒流源提供，实验时根据不同情况进行选择（可先选择在“2”处，若共振时振幅太小则可改用“1”，切不可放在“0”处），振幅不大于150。闪光灯开关用来控制闪光与否，当按住闪光按钮、摆轮长缺口通过平衡位置时便产生闪光，由于频闪现象，可从相位差读盘上看到刻度线似乎静止不动的读数（实际有机玻璃F上的刻度线一直在匀速转动），从而读出相位差数值，为使闪光灯管不易损坏，采用按钮开关，仅在测量相位差时才按下按钮。电机是否转动使用软件控制，在测定阻尼系数和摆轮固有频率与振幅关系时，必须将电机关断。1．开机介绍按下电源开关后，屏幕上出现欢迎界面，其中NO.0000X为控制箱与主机相连的编号。过几秒钟后屏幕上显示如图3-3中A菜单——“按键说明”。符号“t”为向左移动；“u”为向右移动；“p”为向上移动；“q”向下移动。建议做实验的顺序为先做阻尼振荡，再做强迫振51\n荡，当仪器充分运转到轴承摩擦阻力最小后，最后才做自由振荡。2．自由振荡在A菜单按确认键，显示B菜单所示的实验类型，默认项为“自由振荡”,字体反白为选中。按键说明tu→选择项目pq→改变工作状态确定→功能项确定A实验步骤自由振荡阻尼振荡强迫振荡B阻尼0振幅测量关00回查返回周期´1=秒(摆轮)C阻尼0振幅134测量查01↑↓按确定键返回周期´1=01.442秒(摆轮)D阻尼选择阻尼1阻尼2阻尼3E10T阻尼1振幅测量关00回查返回周期´=秒（摆轮）F图3-3液晶屏幕的各级菜单选项及显示的测量值再按确认键显示C菜单用手转动摆轮160度左右，放开手后按“p”或“q”键,测量状态由“关”变为“开”，控制箱开始记录实验数据，振幅的有效数值范围为：160-50(振幅小于160测量开，小于50测量自动关闭)。测量显示关时，此时数据已保存并发送主机。查询实验数据，可按“t”或“u”键，选中“回查”，再按确认键如D菜单所示，表示第一次记录的振幅为134，对应的周期为1.442秒，然后按“p”或“q”键查看所有记录的数据，该数据为每次测量振幅相对应的周期数值，回查完毕，按确认键，返回到C菜单，若进行多次测量可重复操作，自由振荡完成后，选中“返回”，按确认键回到前面B菜单进行其它实验。3．阻尼振荡在图3-3菜单B状态下，根据实验要求，按“u”键，选中“阻尼振荡”,按确认键显示阻尼：如菜单E。阻尼分三个档次，阻尼1最小，根据自己实验要求选择阻尼档，例如选择“阻尼”1档，按确认键显示如菜单F。用手转动摆轮160度左右，放开手后按“p”或“q”键，测量由“关”变为“开”并记录数据，仪器记录10组数据后，测量自动关闭，此时振幅大小还在变化，但仪器已经停止记数。阻尼振荡的回查同自由振荡类似，请参照上面操作。若改变阻尼档测量，重复阻尼1的操作步骤即可。注意：为避免剩磁影响，阻尼开关不要随便拨动；否则由于电磁铁剩磁而引起值变化。若要改变阻尼档位，只有在某一阻尼系数的所有实验数据测试完毕后，才可以改变。4．强迫振荡在图3-3菜单B状态下，选中“强迫振荡”，按确认键显示如图3-4的G菜单51\n（注意：在进行强迫振荡前必须选择阻尼档，否则无法实验）。默认状态选中“电机”。按“p”或“q”键，电机启动，如菜单G所示。此时不能立即进行实验，因为摆轮的周期还不稳定（菜单G中默认状态周期为1，屏幕实时显示一个周期的测量结果），待观察到摆轮周期和电机的周期相同，受迫振动稳定时，再开始测量。菜单H中，测量前先选中“周期”，按“p”或“q”键把周期由1改为10，选中“测量”，按“p”或“q”键把测量打开，经过10个周期后，屏幕显示数据为10个周期的时间和，目的是通过多次测量减少偶然误差。此后受迫振动仍在继续，菜单H中的测量已关，若无任何菜单操作，数据保持不变。=秒（摆轮）=秒（电机）阻尼1振幅测量关00周期1电机关返回周期´1G10=14.252秒（摆轮）10=14.252秒（电机）阻尼1振幅122测量开01周期10电机开返回周期´H图3-4液晶屏幕的各级菜单选项及显示的测量值测量相位时应把闪光灯放在电动机转盘前下方，按下闪光灯按钮，根据频闪现象来测量,仔细观察相位位置。强迫振荡测量完毕,按“t”或“u”键，选中“返回”，按确定键，重新回到菜单B。5．关机在菜单B状态下，按住复位按钮保持不动，几秒钟后仪器自动复位，此时所做实验数据全部清除，然后按下电源按钮，结束实验。（二）测量内容1．测定阻尼系数β。测量阻尼系数时，电机电源必须切断，将有机玻璃转盘F转动到白线对准0度和180度。记录所选阻尼档位，从液晶窗口读出摆轮作阻尼振动时的10组振幅数值q1，q2，q3，…,q10，以及10个周期所用时间10T。利用公式求出b值，式中n为阻尼振动的周期次数，qn为第n次振动时的振幅，T为阻尼振动周期的平均值。所测数据按逐差法处理，利用公式求出b值。2．测定受迫振动的幅度特性和相频特性曲线（参照教材P.73）。51\n保持阻尼档位不变，选择强迫振荡进行实验。必须在受迫振动稳定后，也就是液晶显示屏上同时显示的摆轮弹簧的振动周期与强迫力——电动机的有机玻璃转盘的振动周期相等后才能读取摆轮的振幅值，并利用闪光灯频闪法测定受迫振动位移与强迫力间的相位差。可以通过调节调速电位器读数来改变电动机的转速，即改变强迫外力矩频率ω。调速电位器上方小窗口为主刻度，电位器读数只具有相对意义，测量时需记录电位器读数，对电动机的转速大致定位，方便回测数据。菜单G中打开电机开关，周期保持1不变，通过改变电机转速调整强迫力频率w，找到振幅最大位置。待受迫振动稳定正式测量时再如菜单H所示将周期改为10位置，并利用闪光灯测定受迫振动相位差，在数据表格中记录振幅最大，j=90º时的数值。通过调节调速电位器读数，改变强迫力周期，在靠近j=90º左右各测3个点，相位差间距Dj控制在10º左右，离j=90º稍远些左右各测2个点相位差间距Dj控制在20º左右（例如90度右边的相位差为98101120142161）。可先测相位差在90º～160º范围内的数据，也可先测相位差在90º～20º范围内的数据。每次改变电机的转速，都需等受迫振动稳定后，再测量记录数据（至少测11组数据，且必须有受迫振动达到共振的数据）。可以根据需要在已测数据之间进行插值测量，直到数据足够密集为止。由于ωi=2π/Ti，ω0=2π/T0为转轮弹簧的固有角频率，所以表中ωi/ω0=T0/Ti。3．测定自由振荡周期在菜单B下选择自由振荡，在120度左右测量8次振荡周期后取平均值作为转轮弹簧对应的固有周期To。【实验数据及分析】（所有的实验数据、计算过程和结果都要按教材第一章规定的有效数字相关规定书写；所有的计算必须推理严谨，公式、代入过程完整；计算结果包括中间计算结果必须写单位）（一）阻尼系数测量数据记录表：阻尼档位10T=秒i振幅θi/度振幅θi+5/度平均值12345（二）幅频特性和相频特性测量数据记录表：阻尼开关位置测量次数调速电位器读数（位置）强迫力矩周期T/秒振幅θ/度频闪法测相位差值φ/度频率比例ωi/ω0=T0/Ti151\n2345690（共振）789101112131415（三）自由振荡测量数据记录表=秒测量次数12345678振幅/度周期/秒（四）阻尼系数b的计算对测量数据进行逐差计算，得到出五组数据的值（相当于—），然后根据公式计算阻尼系数。（五）根据实验数据以频率比例ωi/ω0作横坐标，以θ为纵坐标作幅频特性曲线。（六）以频率比例ωi/ω0作横坐标，以相位差值φ为纵坐标作相频特性曲线。51\n实验四弗兰克—赫兹实验【实验原理】详见教材：《结构化大学物理实验》P.155−159。仔细研读原理后回答以下问题：问题1：简述原子的能级理论，说明第一激发电势与能级的关系。问题2：在电子与氩原子碰撞过程中，什么是弹性碰撞，什么是非弹性碰撞？满足什么条件的电子能够激发氩原子？问题3：随着电压VG2K的增加，板极电流IA出现周期性的极大值和极小值，请解释原因，并说明其中的规律。问题4：实验参数V1、V2、V3对曲线有何影响，请一一讨论。（该问题可以在预习时思考，在实验中求证，最后完成实验报告时再进行讨论。）【实验目的】通过测量充氩弗兰克—赫兹管的曲线，证明原子能级的存在，并求解氩原子的第一激发电势。【实验内容】测量充氩弗兰克——赫兹管的曲线，计算氩原子第一激发电势。【实验器材】CAT-9000型程控弗兰克—赫兹实验仪，或者ZKY-FH-2弗兰克—赫兹实验仪，多媒体计算机。【实验步骤及操作】51\n图4-1弗兰克—赫兹实验系统结构示意图（一）仪器的操作方法1．程控直流稳压电源V1，V2，V3，V4；V1输出电压范围0—5V，限流500mA。V2输出电压范围0—12V，限流100mA。V3输出电压范围0—12V，限流100mA。V4输出电压范围0—100V，限流50mA。弗兰克—赫兹实验系统结构如图4-1所示，该系统的程控直流稳压电源，具有过流保护、过热保护、短路保护功能，输出电压可以切换显示。按“V1”、“V2”、“V3”、“V4”键可以切换显示和输入对象，按“”、“”可以改变输入位，按“”键或“”键可调节电压。接受输入时，相应的输入位闪烁，按“”键和“”键则相应的输入位加一或减一，若发生进位或错位，则向高一位累进。按相应的功能键则可改变当前输入位。2．程控直流微电流表：程控直流微电流表测量范围1nA-10mA，分四档量程。具有过载保护功能。量程可通过仪表面板键盘设定，也可由计算机或其它智能设备控制。3．串行通讯：通过串口与计算机连接，串口延长线应插入计算机COM口。4．多媒体计算机辅助实验MCAE多媒体计算机辅助实验系统软件MCAE用于监控实验测量过程，具有多媒体实验资料查阅、实验装置自动控制、实验过程适时监控、实验数据自动采集、实验数据处理及检验、实验数据打印及存档等功能，此外MCAE还具有实验数据异常报警功能，当实验数据出现异常时，MCAE会自动关闭栅极电压，并显示警告信息，提醒实验人员检查实验装置和实验装置是否恰当，以免损坏仪器。5．弗兰克——赫兹管的结构图4-2为弗兰克——赫兹实验原理图，一般的弗兰克——赫兹管是在圆柱状玻璃管壳中沿径向轴向依次安装加热灯丝、阴极K、网状栅极G2及板极A，在阴极K和栅极G251\n之间还安装有第一阳极G1。将管内抽至高真空后，充入高纯氩气或其他元素气体。弗兰克——赫兹管的灯丝电压、第一阳极电压、拒斥电压由V1，V2，V3提供。栅极电压由V4提供，既可手动设定，也可由计算机控制，程控直流微电流表测量板极电流，测量范围为1nA-10mA，共有四档，测量数据可从面板读出，同时可以自动传送给计算机。测量过程由多媒体计算机辅助实验系统软件MCAE进行监控。（二）数据测试1．测量前先熟悉实验装置结构及使用方法。为了避免频繁插拔导线引起接触不良，通常实验室已经将连线接好，同学图4-2弗兰克——赫兹实验原理图们只需按照实验要求检查实验线路是否连接正确。如果导线中有一根是黄色的，该线内含过流保护电阻，专门用于板极回路，即电流表PA的正极或负极。检查无误后开机，开机后要密切关注电流值是否太大，如发现异常要立即断电检查。2．运行测控软件MCAE（软件的简单使用方法见附录），进行实验装置联机测试，按照每台仪器给定的参数（V1、V2、V3和电流表量程）进行设置，由计算机自动采集数据，并描绘实验曲线。观察曲线是否与理论分析相符，若不相符，则需要适当调整实验参数，重新采集数据和描绘曲线。若基本相符，请在草稿纸上记录每个波峰和波谷处的坐标（此时暂不将数据记录在数据表格中）。3．保持V1、V2、V3不变，重新自动采集实验数据，描绘实验曲线，并在草稿纸上记录每个波峰和波谷处的坐标（此时暂不将数据记录在数据表格中）。在没有改变V1、V2、V3的情况下，试分析实验数据和曲线有没有变化？为什么？4．分别改变V1、V2、V3中的任一个，重复进行实验测量，观察实验曲线各有什么变化？板极电流对哪个参数更敏感？为什么？如果同时改变多个参数是否有利于分析阳极电流的变化规律？5.选一组曲线效果好的数据记录在表格中。6.再次调整实验参数，使得此次测量到的最大电流大约是前一组记录在表格中的最大电流的2倍或者一半，并将测量数据记录在表格中。7．选作：半定量分析V1、V2、V3对IA曲线的影响。【实验数据及分析】1.采用两组不同的V1、V2、V3参数（在限制范围内适当调整，以阳极电流不饱和为前提），由电脑自动采集得到两组数据，完成表4-1和表4-2。注意：两次测量时，应使三个参数至少有一个不同，并使得两表中的最大电流值有大约2倍的差异，以便作图。51\n表4-1V1_______，V2_______，V3________，电流表量程IAVGK(nA)个位(V)VGK十位(V)0.01.02.03.04.05.06.07.08.09.0010203040506070表4-2V1_______，V2_______，V3________，电流表量程IAVGK(nA)个位(V)VGK十位(V)0.01.02.03.04.05.06.07.08.09.00102030405060702.在坐标纸上描绘曲线，要求将两条曲线描绘在同一个坐标系里，描点至少要包括所有的波峰和波谷，可以适当选取其他数据进行描点，使曲线更加真实和平滑。3.在两条平滑曲线中读出各个波峰或波谷对应的电压VG2K，可依次记为U1、U2、U3、U4等，并列表记录在报告纸上；根据各波峰或波谷处的电压，采用逐差法分别求出氩原子的第一激发电势，并分别与公认值（13.1V）比较计算相对误差。（要求明确列出波峰或波谷处的电压值，计算时写出求解过程）。4.选做内容（1）取一条曲线的波峰处的电压值，用最小二乘法计算氩原子的第一激发电势和仪器的接触电势差。注意，如果要计算接触电势差，则只能取波峰处的数据。51\n（2）分析参数V1、V2、V3对曲线的影响和对第一激发电势的影响。（3）本实验测得的氩原子的第一激发电势通常比公认值小很多，试查阅文献分析原因（简单讨论见附录）。【注意事项】灯丝电压V1对板极电流的影响特别显著，在调整V1时，为保护灯丝，避免其快速老化，每次增加V1的幅度应不超过0.5V，建议每次只调整0.1V-0.2V，并且不要使板极电流超量程。否则，不仅加速灯丝老化，而且阴极温度起伏太大，测量数据不易稳定。每次调整V1，需反复采集数据以判断阴极温度是否稳定。【附录】1.关于氩原子的第一激发电势大小的讨论目前，关于氩原子第一激发电势的公认值并不统一，基本上存在两种观点。其一，认为氩原子第一激发电势的公认值为13.1V，而测得的实验值通常在11V到12V之间，原因是在基态和第一激发态之间存在两个亚稳态，且电子在亚稳态的停留时间比在第一激发态的停留时间长得多，这两个亚稳态对应的电势分别是11.55V和11.72V，与实验测量值非常接近[何忠蛟,汪建章.修正F-H实验中的氩原子第一激发电位[J].大学物理实验.2004,17(2)]。其二，认为13.1V的公认值有误，应该修正为11.65V[郑则坡,郑凯飞.氩原子第一激发电位研究[J].科协论坛.2008(10)]。2.CAT-9000型程控弗兰克—赫兹实验仪的MCAE软件简单使用方法（1）确定仪器导线和串口线连接正确，打开仪器电源，预热10~30分钟。（2）点击计算机上软件图标，以管理员身份登录（用户：123；密码：null）。进入界面后，点击菜单“数据通讯à连接实验仪”，电脑自动检测并连接相应仪器，此时请记下连接成功的仪器编号，同时相应仪器面板上的“工作模式”指示灯显示为自动模式。（3）点击菜单“数据通讯à开始新实验”，录入相关信息并设置密码，注意正确选择已经连接成功的实验仪器，然后点击图标“自动测试”。（4）根据实验仪上方标签，填入相应实验参数，“测试步距”和“时间步距”根据实际需要设置，确认无误后，点击图标“设置”，立即启动测试，之后系统开始自动采集数据并描绘曲线。（5）如果曲线不理想，需要调整实验参数，可以点击菜单“数据通讯à实验参数设置à智能弗兰克赫兹实验仪”，重新设置参数。如果不需要调整实验参数，只是重新采集数据，可以点击菜单“数据通讯à启动实验”。（6）数据采集过程中在“实验结果查看”窗口可以看到数据和曲线，可以调整坐标系尺度让曲线全屏显示，点击窗口中的图标“分析曲线”，系统会自动读取曲线的峰谷电压值，点击图标“计算”，系统会根据上述峰谷电压值计算氩原子的第一激发电势。51\n3.ZKY-FH-2弗兰克—赫兹实验仪的MCAE软件简单使用方法（1）确定仪器导线和串口线连接正确，打开仪器电源，预热10~30分钟。鼠标右键“我的电脑”，点击“设备管理器à端口”，在串口线接入后，“端口”下方会增加一个“com”连接显示，记下该编号，后面需要使用。（2）按仪器面板上的“工作方式”键，将仪器设置为“自动”工作状态（“自动”绿灯亮）。（3）点击计算机上软件图标，以管理员身份登录（用户：sa；密码：sa）。进入界面后，点击菜单“系统管理à实验装置管理”，选择已有设备并点击“修改”（或者新建设备点击“增加”），将“通讯端口”选为（1）中记下的com编号。（4）在主界面，点击菜单“数据通讯à开始实验”，录入相关信息并设置密码后“下一步”。（5）根据实验仪上方标签，填入相应实验参数，“测试步距”和“时间步距”根据实际需要设置，确认无误后，再次点击下一步，之后系统开始自动采集数据并描绘曲线。如果曲线不理想，需要调整实验参数，请重复（4）。（6）数据采集完成后点击“数据通讯à数据检验”，然后输入Error!Referencesourcenotfound.中设置的密码，开始数据处理，将鼠标移动到相应的编号的数据峰或者谷，此时窗口下方将出现该峰或谷坐标，将对应电压值，填入右边表格，并点击检验，系统会计算出第一激发电势。实验五音频信号光纤传输技术实验【实验原理】参考教材：《结构化大学物理实验》（第二版）P421−426。详阅原理后回答以下问题：问题1：音频信号光纤传输系统主要组成是那几部分？问题2：简述音频信号光纤传输线路是如何将电信号变成光信号及怎样将光信号变成电信号？问题3：光功率和LED的电光特性是如何定义的？问题4：设置偏置电流ID其作用是什么？问题5：什么是SPD（硅光电二极管）光电特性和响应度？【实验目的】1．了解音频信号光纤传输系统的结构及选配各主要部件的原则。2．熟悉半导体电光/光电器件的基本性能及主要特性的测试方法。3．学习分析音频信号集成运放电路的基本方法。4．训练音频信号光纤传输系统的调试技术。【实验器材】1．实验仪器（1）YOF-B型音频信号光纤传输技术实验仪,包括发送器、接收器、光纤信道及连接跳线、SPD光电探头；51\n（2）示波器2．YOF-B型音频信号光纤传输技术实验仪各部分的结构组成简介（1）YOF-B型音频信号光纤传输技术实验仪—发送器的前面板结构及各插孔、开关和电位器旋钮的功能如图1所示：图1YOF-B型音频信号光纤传输技术实验仪—发送器的前面板结构组成（2）YOF-B型音频信号光纤传输技术实验仪—接收器的前面板布局及各插孔和电位器旋钮的功能如图２所示：图2YOF-B型音频信号光纤传输技术实验仪—接收器的前面板结构组成（3）光纤信道的输入、输出端口的说明如图3所示：图3光纤信道（4）光纤信道与终端的连接跳线如图4所示：51\n图4光纤信道连接跳线（5）光电探头的结构如图5所示：图5光电探头的结构【实验内容】1．LED伏安特性（选做）2．LED电光特性的测定（必做）。3．SPD反向伏安特性的测定及光电特性响应度（零偏压下SPD光电流随入照光功率的变化特性）的测定（必做）。4．音频信号光纤传输系统无非线性失真的最大光信号幅度的测定（必做）。5．语音信号的传输（选做）。【实验步骤及操作】1、LED伏安特性的测定（选做）（1）连接如图6所示图6LED伏安特性的测定51\n（2）测量把“调制切换”开关拨至“语音”一侧。调节“偏流调节”电位器（W2），使指示LED工作电流的“直流毫安表”从零开始慢慢增加，当有不为零的指示出现时表示LED开始导通，此时数字万用表对应的读数大约在1.00V左右。在此基础上，再次调节“偏流调节”电位器，使数字万用表在小数点后的第一位读数取整（比如为1.10V）。然后，继续调节“偏流调节”电位器，每增加0.05V读取一次直流毫安表读数，直到电压值1.60V，并把测量结果记录在表1中。2、LED电光特性的测定（必做）（1）连接如图7所示（2）测量把“调制切换”开关拨至“语音”一侧，调节“偏流调节”电位器使直流毫安表的读数为零。在此情况下光功率计的指示应为零，若不为零，记下这一读数，以后在数据处理时作为零差扣除。然后继续调节“偏流调节”电位器使直流毫安表的指示从零开始增加，每增加5.0mA读取一次光功率指示器的读数，直到偏值电流为50.0mA止。并把测量结果记录在表2中。图7LED电光特性的测定3、SPD反向伏安特性的测定（必做）（1）测量方法及原理测定光电二极管反向伏安特性的电路如图8所示。其中LED是发光中心波长与被测光电二极管的峰值响应波长很接近的GaAs半导体发光二极管，在这里它作光源使用，其光功率由光导纤维输出。由IC1为主构成的电路是一个电流—51\n电压变换电路，它的作用是把流过光电二极管的光电流I转换成由IC1输出端C点的输出电压Vo，它与光电流成正比。整个测试电路的工作原理依据如下：图8光电二极管反向伏安特性的测定由于IC1的反相输入端具有很大的输入阻抗，光电二极管受光照时产生的光电流几乎全部流过Rf并在其上产生电压降Vcb=RfI0。另外，又因IC1具有很高的开环电压增益，反相输入端具有与同相输入端相同的地电位，故IC1的输出电压Vo=I0Rf（11-1）已知Rf后，就可根据上式由Vo计算出相应的光电流I0。（2）连接如图9所示51\n图9SPD反向伏安特性的测定（2）测量（任选2组测量）把“调制切换”开关仍拨至“语音”一侧，按图7所示连接，通电后调节发送器面板上“偏流调节”电位器，使光功率指示器的读数分别为0μW、10μW、20μW、30μW和40μW。在以上的每次调节完成后，按图9所示，把光纤信道的SPD探头改接到接收器面板上I-V变换电路的SPD插孔内（红、绿对应）。调节接收器面板上“W1调节”电位器，使指示SPD反压的电压表读数从零开始增加，每增加1V读取和记录一次接收器面板上右侧的数字电压表的读数，直到SPD的反压为8V止，并把测量数据记录在表3中。4、SPD的光电特性（零偏压下SPD光电流随入照光功率的变化特性）的测定（必做）把“调制切换”开关仍拨至“语音”一侧，按图9所示，把光纤信道的SPD探头接到接收器面板上I-V变换电路的SPD插孔内（红、绿对应），调节接收器面板上“W1调节”电位器使SPD反压为零。调节发送器面板上“偏流调节”电位器使直流毫安表的指示从零开始增加，每增加5.0mA，读取接收器前面板上电压表的读数，直到偏值电流为50.0mA止。把测量结果和表2中偏值电流对应的光功率值记录在表4中。5、音频信号光纤传输系统无非线性失真的最大光信号幅度的测定（必做）（1）测量原理LED的伏安特性与电光特性如图10所示，对于不同的偏置电流，能获得的无非线性失真的最大光信号幅度是不同的。只有偏置电流设定在其电光特性线性端中点对应的电流值，才能使LED产生无非线性失真最大光信号幅度。图10LED的伏安特性与电光特性51\n（2）连接如图11所示图11测定无非线性失真最大光信号幅度的仪器连线图（3）操作把“调制切换”开关拨至“sin”一侧，在图9所示连接的基础上，再把示波器接至接收器I-V变换电路的输出端插孔，如图11所示。把发送器面板上的“输入衰减”电位器沿反时针方向转至极限位置，使调制信号的幅度为零。再调节发送器前面板的“偏流调节”电位器，然后顺时针方向转动“输入衰减”电位器，使调制信号幅度从0开始慢慢增加直到光信号出现非线性失真（如何判断非线性失真状态？见附注说明）为止，记录下此时示波器显示的正弦信号的峰-峰值。每次测量重复此过程，把测量结果记录在表5中。说明：本实验仪器设备只能测量正半周信号值。6、语言信号的传输（选做）（1）连接如图9所示在图9所示联接的基础上，把发送器面板上“调制切换”开关拨至“语音”一侧。用另一条电缆联接线（一头为双声道插头，另一头为单声道插头）把外接语音信号源（单放机或其它音源设备）接入实验系统，电缆线双声道一头接音源设备，单声道一头接发送器前面板的“语音输入”插孔。（2）操作实验时把示波器接到接收器前面板I—V变换电路输出端的插孔处，调节发送器面板上“偏流调节”电位器，使LED处于各种偏置状态。在LED各种偏置状态下，调节“输入衰减”51\n电位器以改变语音调制信号的幅度，使传输系统工作在无非线性失真、光信号幅度为最大的状态下并考察听觉效果。【数据记录及处理】（一）LED伏安特性（选做）：1、测定数据记录表表1LED伏安特性测定实验数据记录电压（V）1.101.151.201.251.301.351.401.451.501.551.60电流（mA）2、数据处理：根据记录数据表1分析LED的伏安特性或作图分析，任选一项。（二）LED电光特性（必做）1、测定数据记录表：表2LED电光特性测定实验数据记录偏置电流ID（mA）0.05.010.015.020.025.030.035.040.045.050.0光功率Po（μW）2、数据处理：在坐标纸上绘制P0～ID平滑曲线图。（三）SPD反向伏安特性（必做）1、测定数据记录表：表3SPD反向伏安特性测定实验数据记录Rf=100KΩIo=Vo/Rf光功率Po（μW）反向电压(V)I-V变换电路输出电压Vo(V)012345678102030402、数据处理：以光功率（包括P0=0）为参数，SPD的反向电压为自变量，SPD光电流I0（I0=I-V变换电路输出电压Vo/Rf，计算I0表格自拟）为因变量，51\n分析不同光功率下SPD的反向伏安特性或绘制曲线后分析。（四）硅光电二极管SPD的光电特性（必做）1、测定数据记录表：表4硅光电二极管（SPD）的光电特性测量数据Rf=100kΩIo=Vo/Rf偏置电流ID（mA）0.05.010.015.020.025.030.035.040.045.050.0I-V输出VomV光电流IoμA光功率PoμW2、数据处理：在坐标纸上绘制Io～Po平滑曲线图，在此曲线图上取线性关系较好的（比较直的）一段，用图解法求出这一段拟合直线的斜率，即硅光电二极管SPD的响应度R。（五）音频信号光纤传输系统无非线性失真的最大光信号幅度的测定1、数据记录表：表5Re=15Ω偏置电流ID（mA）0.05.010.015.020.025.030.035.040.045.050.0最大不失真电压Ve-pp（mV）最大调制电流Ie-pp（mA）2、数据处理：分析Ie-pp随ID如何变化？是否能确定LED的最佳偏置电流值并解释。附注：传输系统光信号无非线性失真的判断方法当示波器按以上要求接至接收器I-V变换电路的输出端插孔时，示波器所显示的波形就是与光信号幅度成正比的波形。如果调制信号是一正弦信号，并其幅度也处于传输系统在LED某一偏置状态下所对应的线性范围内，则光信号波形也应是正弦型，在此情况下，接收器面板上右侧的数字电压表所指示的SPD光电流的平均值应与无调制信号时LED这一特定偏置状态所对应的光电流相等；当正弦调制信号的幅度加大到超过这一线性范围时，相对于这一偏置状态，光信号波形的上下部分的就不再是对称的正弦波，此时SPD光电流的平均值就不再等于LED这一特定偏置状态下无调制信号时对应的SPD的光电流。因此，我们可以按以下方法较为准确地判断出在传输过程中光信号是否存在着非线性失真：在LED工作电流某一特定偏置状态下（比如30mA），调节发送器面板上“输入衰减”电位器，使调制信号的幅度从0慢慢增加，与此同时并注意观测图12所51\n示测试系统中接收器面板上数字电压表的读数及其变化情况，当调制信号的幅度增大到使数字电压表的读数对其初始值偏离±5%时，表明光信号已开始出现非线性失真，,这时需停止增加调制信号的幅度，并观测和记录下示波器所显示的光信号幅度的峰—峰值。图12光电二极管的伏安特性曲线及工作点的确定实验六声光效应【实验原理】参考教材：《结构化大学物理实验》P.175−179，仔细研读原理后回答以下问题：问题1：什么是声光效应？问题2：什么是喇曼-奈斯型衍射？问题3：什么是布拉格衍射？【实验目的】（一）学会利用声光效应来测定声速。（二）通过对声光器件衍射效率，中心频率的测量，加深对其概念的理解。（三）观察声光偏转和声光调制现象。【实验内容】（一）在布喇格衍射下，测量偏转角，计算超声波声速。（二）在布喇格衍射下，固定超声波功率，测量衍射光相对于0级衍射光的相对强度与超声波的频率，确定声光器件的中心频率。（三）在布喇格衍射下，将功率信号源的超声波频率固定在声光器件的中心频率上，记录衍射0级光光强（I0）和1级光光强度（I1）以及超声波功率（）。（四）测定布喇格衍射下的最大衍射效率。【实验器材】声光器件（材料为P10MoO3晶体），光具座，半导体激光器，功率信号源，频率计，CCD光强分布测量仪，示波器。【实验步骤及操作】51\n（一）展开仪器，完成声光效应实验的安装调试：（1）调节光路时让声光器件尽量靠近激光器。（2）激光光束尽量平行穿过声光晶体的中心。（3）示波器选择“外触发”。（4）如在示波器顶端只有一条直线而看不到波形，这是CCD器件已饱和所致。可试着减弱环境光强、减小激光器的输出功率，问题就可得以解决。（二）调出布喇格衍射后，通过微调激光头的入射角度、声光晶体的方位、CCD阵列的上下左右位置，使衍射光强最大。（三）用示波器测量衍射角，先要解决“定标”的问题，即示波器X方向上的1格等于CCD器件上多少象元，或者示波器上1格等于CCD器件位置X方向上的多少距离。方法是调节示波器的“时基”档及“微调”，使信号波形一帧（注：此处一帧指的是CCD传感器电路正好重复扫描全部像元的时间）正好对应于示波器上的某个刻度数。本实验测量光强采用的是一维阵列CCD，该CCD阵列总长30.24mm，共2160个像元，每个像元的长度为14μm。如果波形一帧正好对应于示波器上的8.0大格，则每小格对应实际空间距离为2160个像元÷（8.0大格×5）×14μm=0.76mm。（四）布喇格衍射下，固定超声波功率（对应电流为80mA），测量不同超声波频率（即电信号频率）fs下，衍射光相对于入射光的偏转角、衍射光I1以及零级衍射光I0在荧光屏上的高度，并计算声速（），并定出声光器件的中心频率(对应I1最大的那个频率)。注意：（1）是声光介质的光出射面到CCD线阵光敏面的距离，应为两者底座的同侧距离减60.0mm。（2）超声波在P10MoO3晶体中的传播的速度公认值为3632m/s。L/mm=is=80mA650nm次数0级光与1级光的偏转小格数偏转距离d/mm偏转角=d/Lfs/MHzI0（小格数）I1（小格数）180290310041105120（四）布喇格衍射下，将功率信号源的超声波频率固定在声光器件的中心频率51\n上，测出衍射光强度与超声波功率(对应电流I=50-100mA)。次数(I)/mAI0（小格数）I1（小格数）1502603704805906100（五）测定布喇格衍射下的最大衍射效率，衍射效率=，其中，为未发生声光衍射时“0级光”的强度，为发生声光衍射后1级光的强度。I的测量是在布拉格衍射下，将信号源频率固定在中心频率上，并将信号源电流调到100mA，记录1级光的强度为【实验数据及分析】要求所有的实验数据、计算过程和结果都要按教材第一章规定的有效数字相关规定书写；所有的计算必须推理严谨，公式、代入过程完整；计算结果包括中间计算结果必须写单位。（一）在布喇格衍射下，测量声光偏转量，计算超声波声速，和公认值比较计算相对误差。（二）在布喇格衍射下，固定超声波功率，确定声光器件的中心频率。（三）阐述在布喇格衍射下，固定超声波频率时衍射光强度如何随超声波功率变化。（四）测定布喇格衍射下的最大衍射效率。最大衍射效率为【注意事项】不能直接用眼睛去看激光束，以免造成永久性的损伤。实验七电势差计测电动势【实验原理】详见教材：《结构化大学物理实验》P.208−212。仔细研读原理后回答以下问题：问题1：能用电压表直接测出电池的电动势吗？为什么？问题2：箱式电势差计的工作原理图里有几个补偿回路？所测电动势的精度和什么有关？问题3：为什么温差电偶能用作温度计？补充内容：51\n（一）本实验用高精度的1.0185V稳压电源代替标准电池，虽然重复性较差，但比较环保，常温下也可以忽略温度对的影响。（二）测量温差电动势时，因为实验装置的冷端为环境温度，误差较大，所以只测量关系，写出方程（三）UJ31电势差计中的一些参数1.可测范围：0.001—170.00mV；分两档，×1档为0.001—17.000mV（最小分度1μV），×10档为0.01—170.00mV（最小分度10μV）。2.准确度等级为0.05级，基本误差为。式中，是被测电动势值（即示值），取值倍率为×10时，μV；倍率为×1时，μV。【实验目的】（一）掌握电势差计的工作原理和结构特点。（二）了解温差电偶的测温原理。【实验内容】（一）电势差计的调节；（二）测温差电偶（铜-康铜）的温差电动势。【实验器材】箱式电势差计，直流稳压工作电源，灵敏电流计，高精度1.0185V标准电源，铜—康铜温差热电偶，加热装置。【实验步骤及操作】（一）电势差的调节图7-1UJ31型电势差计面板图1.面板中各旋钮、开关介绍标记名称作用K操作步骤选择开关在进行校准时应旋至“校准”；在进行测量时应旋至“未知1”或“未知2”；不用时旋至“断”温度补偿盘不同的是刻度不是阻值而是乘上10.000mA后的电动势值。校准前必须把它旋至根据温度修正公式算出的标准电池在室温下电动势值的位置上。51\n粗（）中（）细（）电流调节盘“粗”、“中”、“细”表示R不同的可变阻值。校准时，必须通过它的调节达到平衡，即mA。K1倍率选择开关被测电动势的值分为两档：放在×1档直接读数；放在×10档读数后乘上10。I（）II（）III（）测量调节盘不同的是刻度不是阻值而是乘上10.000mA后的电动势值。通过它的调节平衡后，即可读出被测电动势的值。粗细短路接通检流计的按钮开关校准和测量都要用它，先按“粗”按钮，待检流计指针在“0”附近摆动时再按“细”按钮。“短路”按钮可进行平衡指示仪“电调零”。2．把旋至标准的电动势值的位置。3．正确联线（注意：标准电源与工作电压的极性不要接反!）4．打开提供工作电压的稳压电源的开关（在开之前先把稳压电源电压输出“细调”旋钮向左旋至最小），把电压预调至表盘红色标志中（6.0V左右）。5．平衡指示仪零点调节：先机械调零，后电调零（按下UJ31“短路”钮，调平衡指示仪的“调零”旋钮）。6．校准工作电流I（=10.000mA），将平衡指示仪灵敏度拨在最低挡（1档），“K”开关旋至“标准”；按先粗后细的原则调电阻R（即面板中的粗、中、细三个旋钮），调好一个电阻值之后，按下检流计的“粗”按钮开关，如果平衡指示仪的指针摆动厉害，立即放松按钮开关，使其断开，再调R，再按下“粗”钮，直到指针摆动不超过两端刻度时，方可把“粗”钮锁死（即按下“粗”钮后，顺时针旋转就可锁死）继续调R，当指针在0附近时，按下“细”按钮并顺时针旋转锁死，再调R直至平衡。此时将灵敏度旋钮拨至III档，又调平衡之后，把两个按钮旋松弹开。7．测温差电偶的电动势：将开关K从“校准”旋至“未知1”或“未知2”（视被测电动势接入那一对接线柱而定），调（即面板中的I、Ⅱ、III调节盘，使平衡指示仪指零（调节过程与6完全相同，不同的是6是调R，这里是调），这时从调节盘指示的值就是被测电动势的值。注意：最小分度是1μV（×1档），第三调节盘有游标，以mV为单位可读至小数第四位，即0.1μV位。特别提醒；在测被测电动势的调节中，只能调，不能再动R！（二）测不同温度下的温差电动势8．重复6、7两步，测35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85℃下的温差电动势。（三）恒温水浴的调节先调预置温度按键把预置温度调到第1个温度点，如35℃，然后开启电源加热升温（此时“OUT”绿灯亮），烧杯中水的温度可由温度显示窗口显示：当升至预置温度时，“OUT”灯灭，“ON”灯亮，即进入恒温阶段。“定标”“控温”选择开关放在“定标”端，用“温差电偶”接线柱与电势差计联接。这一步最好是电势差计校准工作电流即第6步后进行。（四）操作故障排除51\n1．在进行校准调节时，始终调不平衡，你可以检查：（1）K开关是否放在“校准”；（2）标准电池与工作电压极性是否接反；（3）工作电压是否合适。如果都没错，（4）你可以改变一下工作电压的电压值，因为稳压电源电压表的指示不准，指在这个范围，实际已不在这个范围了。当然只能6.0V附近改变，不要距此太远。假如都试过了，很可能是联接标准电池与工作电源的导线不通，这时你可以检查这些导线通与不通。2．在测量过程中，任何温度下应尽量调至使平衡指示仪指零，以便在温度上升时，能迅速准确测量所要求温度下的温差电动势。3．在整个测量期间，随时校准电势差计。【实验数据及分析】温差电偶材料冷端温度（室温）电势差计倍率3540455055606570758085————选择其中六组数据，用最小二乘法求、，并写出方程（需写出详细步骤，中间过程保留位数越多越好，注意最后结果有效数字的选取）。（选做）求相关系数γ。实验八磁阻效应综合实验【实验原理】详阅原理后回答以下问题：问题1：如果大小恒定、方向可变的外加弱磁场（不会导致灵敏度下降）与图8-1中“磁敏感方向”相同或相反时；与图8-1中“磁化方向”相同或相反时，传感器电桥上每一个臂的坡莫合金薄膜电阻如何变化？电桥输出电压如何变化？问题2：为什么测量各向异性磁阻传感器的输出电压时，要改变为相反方向（或改变励磁电流方向）各测量一次？问题3：为什么亥姆霍兹线圈轴线中点附近磁场是均匀的？本实验两线圈之间距离多少毫米、两线圈间及与电源如何连接时可以组成亥姆霍兹线圈？请画出接线图。（一）各向异性磁阻效应和磁阻传感器原理磁阻传感器体积小，灵敏度高、易安装，在弱磁场测量方面有广泛应用前景，如磁力计、电子罗盘、线性和角位置传感器，车辆探测，GPS导航等。本实验采用HMC1021型各向异性磁阻效应传感器（AnisotropicMagneto-Resistive，AMR），灵敏度达到1.0mV/V/Oe51\n，分辨率达到8.5nT，可以准确测量0.000～0.600mT的磁感应强度。亥姆霍兹线圈（Helmholtzcoil，由德国物理学者赫尔曼•冯•亥姆霍兹的名字命名）是一种制造小范围区域均匀磁场的器件。由于亥姆霍兹线圈具有开敞性质，很容易地可以将其它仪器置入或移出，也可以直接做视觉观察，所以，是物理实验常使用的器件。本实验在验证磁场叠加原理、测试线圈轴线磁场分布的基础上，对磁阻传感器进行定标。地磁场作为一种天然磁源，常由于导航，在军事、工业、医学、探矿等科研中有重要用途。地磁场的量值比较小，约μT量级，但在直流磁场测量，特别是弱磁场测量中，往往需要知道其大小和方向，并设法消除其影响。本实验采用磁阻传感器测定地磁场磁感应强度的大小及方向。从而掌握磁阻传感器的特性及测量地磁场的一种重要方法。图8-1各向异性磁阻传感器构造物质在磁场中电阻率发生变化的现象称为磁阻效应。对于铁、钴、镍及其合金等磁性金属，当外加磁场平行于磁体内部磁化方向时，电阻几乎不随外加磁场变化；当外加磁场偏离金属的内部磁化方向时，此类金属的电阻减小，这就是强磁金属的各向异性磁阻效应。实验用各向异性磁阻传感器为长的薄膜状坡莫合金(铁镍合金)，用集成电路制作工艺将铁镍合金薄膜附着在硅片上。如图8-1，薄膜的电阻率与磁化强度和电流方向间的夹角的关系为图8-2磁阻随角变化关系（8-1）其中、分别是电流平行于和垂直于时的电阻率。当沿着铁镍合金带的长度方向通以一定的直流电流，而垂直于电流方向施加一个外界磁场时，合金带自身的阻值会生较大的变化，利用合金带阻值这一变化，可以测量磁场大小和方向。图8-3各向异性磁阻传感电桥结构UE磁阻随角的变化关系如图8-2所示，在接近于±45º时磁阻与为近似线性关系，称为线性操作区域。如图8-3，本实验采用的HMC1021S型一维各项异性磁阻传感器元件包含结构相同或对称的4个磁阻传感器，组成了如图9-4的非平衡电桥电路，优点是提高了灵敏度并减小了磁阻的温度漂移和外界电磁干扰。图8-3中，磁阻传感器通过在平行于磁化（偏置磁场M0，即待测外加磁场B为零时磁化强度）方向的坡莫合金薄膜上增加许多45º的电带的方法，使M0（B为零时的磁化强度）和电流方向间的夹角设置成±45º。对于B<查看更多