大学物理实验全集 下

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实验15光的等厚干涉与应用林一仙沈跃飞一目的1、观察光的等厚干涉现象，加深理解干涉原理2、学习牛顿环干涉现象测定该装置中平凸透镜的曲率半径3、掌握读数显微镜的使用方法4、掌握逐差法处理数据的方法二仪器读数显微镜，钠光灯，牛顿环装置三原理牛顿环装置是一个曲率半径相当大的平凸透镜放在一平板玻璃上，这样两玻璃间形成空气薄层厚度e与薄层位置到中央接触点的距离r，凸透镜曲率半径R的关系为：(a)(b)图20—1根据干涉相消条件易得第K级暗纹的半径与波长λ及牛顿环装置中平凸透镜的凸面曲率半径R存在下述关系：根据与K成正比的性质采取逐差法处理实验数据otherstaffoftheCentre.Duringthewar,ZhuwastransferredbacktoJiangxi,andDirectorofthenewOfficeinJingdezhen,JiangxiCommitteeSecretary.Startingin1939servedasrecorderoftheWestNorthOrganization,SecretaryoftheSpecialCommitteeAfterthevictoryofthelongMarch,hehasbeentheNorthwestOfficeoftheFederationofStateenterprisesMinister,ShenmufuguSARmissions,DirectorofNingxiaCountypartyCommitteeSecretaryandrecorderoftheCountypartyCommitteeSecretary,Ministersand\n四实验内容及步骤1、打开钠光灯，调整牛顿环装置使干涉图样处于装置中心，之后将它放在显微镜的载物台上,调整显微镜的方向使显微镜下的半反射镜将光反射到牛顿环装置上，如图20-1（a）。2、调节显微镜的目镜直到看清“十”字叉丝，降低显微镜筒，使它靠近牛顿环装置的表面，然后慢慢往上调节必要时调节下方的反光镜，直到看清牛顿环图样为止。3、转动鼓轮，使显微镜筒大约在主尺中间的位置。移动牛顿环装置，使“十”字叉丝的交点在牛顿环中心，同时转动目镜使横向叉线平行于主尺。4、顺时针转动鼓轮，使叉丝左移，同时读出叉丝越过暗纹的数目，读到34环停止移动，然后逆时针慢慢转动鼓轮，使叉丝右移，当叉丝在第32、30、26、24、22、20、18、16、14、12、10暗纹的中心时读数。再继续向右移使叉丝越过牛顿环中心，当叉丝在第10、12、14、16、18、20、22、24、26、28、30、32暗纹中心时读数计算各环的直径测量值。5、把牛顿环装置转90度后，重复第3、4步。并计算各环直径测量平均值。并用逐差法处理数据。五注意事项1、仪器轻拿轻放，避免碰撞。2、镜头不可用手触摸，有灰尘时用擦镜纸轻轻拂去不能用力擦拭。3、调焦及调鼓轮时不可超出可调范围。为防止产生螺距误差，测量过程中鼓轮只能往一个方向转动，不许中途回倒鼓轮。六数据记录及处理表1曲率半径较小的数据k(mm)1027.34522.5304.81527.22222.4004.8224.81823.2131227.54122.3225.21927.43522.2025.2335.22627.3111427.73522.1455.59027.60822.0105.5985.59431.293otherstaffoftheCentre.Duringthewar,ZhuwastransferredbacktoJiangxi,andDirectorofthenewOfficeinJingdezhen,JiangxiCommitteeSecretary.Startingin1939servedasrecorderoftheWestNorthOrganization,SecretaryoftheSpecialCommitteeAfterthevictoryofthelongMarch,hehasbeentheNorthwestOfficeoftheFederationofStateenterprisesMinister,ShenmufuguSARmissions,DirectorofNingxiaCountypartyCommitteeSecretaryandrecorderoftheCountypartyCommitteeSecretary,Ministersand\n1627.90721.9625.94527.79521.8355.9605.95235.4261828.07921.7886.29127.96521.6686.2976.29439.6142028.23521.6326.60328.12521.5086.6176.61043.6922228.38521.4806.90528.26821.3556.9136.90947.7342428.53121.3557.19628.41521.2107.2057.20051.8402628.65521.1957.47028.55521.0727.4837.47655.8902828.80521.0687.73728.68520.9357.7507.74459.9703028.94120.9358.00628.80820.8058.0038.00464.0643229.06220.8088.25428.94020.6888.2528.25368.112nm1023.2132247.73424.52124.5101227.3112451.84024.5291431.2932655.89024.5971635.4262859.97024.5441839.6143064.06424.4502043.6923268.11224.420令经肖维涅准则判断没有坏值（忽略仪器误差）otherstaffoftheCentre.Duringthewar,ZhuwastransferredbacktoJiangxi,andDirectorofthenewOfficeinJingdezhen,JiangxiCommitteeSecretary.Startingin1939servedasrecorderoftheWestNorthOrganization,SecretaryoftheSpecialCommitteeAfterthevictoryofthelongMarch,hehasbeentheNorthwestOfficeoftheFederationofStateenterprisesMinister,ShenmufuguSARmissions,DirectorofNingxiaCountypartyCommitteeSecretaryandrecorderoftheCountypartyCommitteeSecretary,Ministersand\n表2曲率半径较大的数据k(mm)1029.80520.0159.79029.74019.8359.9059.84896.9831230.23819.57510.66330.19019.39510.79510.729115.1111430.64819.17511.47330.59518.99011.60511.539133.15481631.02518.79512.23030.96518.60212.36312.296151.1921831.37518.44512.93031.32518.25013.07513.002169.0522031.70518.11513.59031.66217.90813.75413.672186.9242232.02517.79514.23031.98517.58514.40014.315204.9192432.32517.48814.83732.28517.28515.00014.918222.5472632.62817.19515.43335.58516.98515.60015.516240.7462832.90816.93015.97832.86216.69516.16716.072258.3093033.17816.64816.53033.14816.42516.73216.631276.5903233.43016.38817.04233.41516.16517.25017.146293.985nm1096.98322204.919107.936107.44812115.11124222.547107.43614133.14826240.746107.59816151.19228258.309107.11718169.05230276.590107.53820186.92432293.985107.061令；；经判断没有坏值otherstaffoftheCentre.Duringthewar,ZhuwastransferredbacktoJiangxi,andDirectorofthenewOfficeinJingdezhen,JiangxiCommitteeSecretary.Startingin1939servedasrecorderoftheWestNorthOrganization,SecretaryoftheSpecialCommitteeAfterthevictoryofthelongMarch,hehasbeentheNorthwestOfficeoftheFederationofStateenterprisesMinister,ShenmufuguSARmissions,DirectorofNingxiaCountypartyCommitteeSecretaryandrecorderoftheCountypartyCommitteeSecretary,Ministersand\n；（忽略仪器误差）物理实验教案实验名称：光的等厚干涉与应用指导老师：林一仙，李仁全，沈跃飞时间：2007/2008学年第一学期1目的1）观察光的等厚干涉现象，加深理解干涉原理2）学习牛顿环干涉现象测定该装置中平凸透镜的曲率半径3）掌握读数显微镜的使用方法4）掌握逐差法处理数据的方法2仪器读数显微镜，钠光灯，牛顿环装置3实验原理3.1光的等厚干涉原理如图15-1所示，在平面与平面之间存在一个空气气隙。当入射光投射到平面上时，部分光被反射后朝1方向传播，部分透过平面投射到平面上被反射后再透过平面朝2方向传播，两光线叠加互相干涉，叠加处两束光的光程差近似为，式中为光由光疏介质反射到光密介质表面时产生的附加光程差，也称半波损失。otherstaffoftheCentre.Duringthewar,ZhuwastransferredbacktoJiangxi,andDirectorofthenewOfficeinJingdezhen,JiangxiCommitteeSecretary.Startingin1939servedasrecorderoftheWestNorthOrganization,SecretaryoftheSpecialCommitteeAfterthevictoryofthelongMarch,hehasbeentheNorthwestOfficeoftheFederationofStateenterprisesMinister,ShenmufuguSARmissions,DirectorofNingxiaCountypartyCommitteeSecretaryandrecorderoftheCountypartyCommitteeSecretary,Ministersand\n图15-1产生暗纹的条件为：厚度相等的地方光程差相等，所以称此种干涉为等厚干涉。3.2牛顿环与凸透镜曲率半径测定牛顿环装置是一个曲率半径相当大的平凸透镜放在一平板玻璃上，这样两玻璃间形成空气薄层厚度e与薄层位置到中央接触点的距离r，凸透镜曲率半径R的关系为：(b)图20—1根据干涉相消条件易得第K级暗纹的半径与波长λ及牛顿环装置中平凸透镜的凸面曲率半径R存在下述关系：根据与K成正比的性质采取逐差法处理实验数据otherstaffoftheCentre.Duringthewar,ZhuwastransferredbacktoJiangxi,andDirectorofthenewOfficeinJingdezhen,JiangxiCommitteeSecretary.Startingin1939servedasrecorderoftheWestNorthOrganization,SecretaryoftheSpecialCommitteeAfterthevictoryofthelongMarch,hehasbeentheNorthwestOfficeoftheFederationofStateenterprisesMinister,ShenmufuguSARmissions,DirectorofNingxiaCountypartyCommitteeSecretaryandrecorderoftheCountypartyCommitteeSecretary,Ministersand\n4教学内容1、打开钠光灯，调整牛顿环装置使干涉图样处于装置中心，之后将它放在显微镜的载物台上,调整显微镜的方向使显微镜下的半反射镜将光反射到牛顿环装置上，如图20-1（a）。2、调节显微镜的目镜直到看清“十”字叉丝，降低显微镜筒，使它靠近牛顿环装置的表面，然后慢慢往上调节必要时调节下方的反光镜，直到看清牛顿环图样为止。3、转动鼓轮，使显微镜筒大约在主尺中间的位置。移动牛顿环装置，使“十”字叉丝的交点在牛顿环中心，同时转动目镜使横向叉线平行于主尺。4、顺时针转动鼓轮，使叉丝左移，同时读出叉丝越过暗纹的数目，读到34环停止移动，然后逆时针慢慢转动鼓轮，使叉丝右移，当叉丝在第32、30、26、24、22、20、18、16、14、12、10暗纹的中心时读数。再继续向右移使叉丝越过牛顿环中心，当叉丝在第10、12、14、16、18、20、22、24、26、28、30、32暗纹中心时读数计算各环的直径测量值。5、把牛顿环装置转90度后，重复第3、4步。并计算各环直径测量平均值。并用逐差法处理数据。5实验教学组织及教学要求讲解原理，测量要求，测量的注意事项；让学生自行操作；检查数据，并要求整理。6实验教学的重点与难点重点：要掌握干涉原理难点：装置调节和数环数7实验中容易出现的问题1)仪器轻拿轻放，避免碰撞。2)镜头不可用手触摸，有灰尘时用擦镜纸轻轻拂去不能用力擦拭。3)调焦及调鼓轮时不可超出可调范围。为防止产生螺距误差，测量过程中鼓轮只能往一个方向转动，不许中途回倒鼓轮。8实验参考数据表1曲率半径较小的数据（λ=5.893×10-4mm）k(mm)1027.34522.5304.81527.22222.4004.8224.81823.2131227.54122.3225.21927.43522.2025.2335.22627.3111427.73522.1455.59027.60822.0105.5985.59431.293otherstaffoftheCentre.Duringthewar,ZhuwastransferredbacktoJiangxi,andDirectorofthenewOfficeinJingdezhen,JiangxiCommitteeSecretary.Startingin1939servedasrecorderoftheWestNorthOrganization,SecretaryoftheSpecialCommitteeAfterthevictoryofthelongMarch,hehasbeentheNorthwestOfficeoftheFederationofStateenterprisesMinister,ShenmufuguSARmissions,DirectorofNingxiaCountypartyCommitteeSecretaryandrecorderoftheCountypartyCommitteeSecretary,Ministersand\n1627.90721.9625.94527.79521.8355.9605.95235.4261828.07921.7886.29127.96521.6686.2976.29439.6142028.23521.6326.60328.12521.5086.6176.61043.6922228.38521.4806.90528.26821.3556.9136.90947.7342428.53121.3557.19628.41521.2107.2057.20051.8402628.65521.1957.47028.55521.0727.4837.47655.8902828.80521.0687.73728.68520.9357.7507.74459.9703028.94120.9358.00628.80820.8058.0038.00464.0643229.06220.8088.25428.94020.6888.2528.25368.112nm1023.2132247.73424.52124.5101227.3112451.84024.5291431.2932655.89024.5971635.4262859.97024.5441839.6143064.06424.4502043.6923268.11224.420表2曲率半径较大的数据k(mm)1029.80520.0159.79029.74019.8359.9059.84896.9831230.23819.57510.66330.19019.39510.79510.729115.1111430.64819.17511.47330.59518.99011.60511.539133.15481631.02518.79512.23030.96518.60212.36312.296151.1921831.37518.44512.93031.32518.25013.07513.002169.0522031.70518.11513.59031.66217.90813.75413.672186.9242232.02517.79514.23031.98517.58514.40014.315204.919otherstaffoftheCentre.Duringthewar,ZhuwastransferredbacktoJiangxi,andDirectorofthenewOfficeinJingdezhen,JiangxiCommitteeSecretary.Startingin1939servedasrecorderoftheWestNorthOrganization,SecretaryoftheSpecialCommitteeAfterthevictoryofthelongMarch,hehasbeentheNorthwestOfficeoftheFederationofStateenterprisesMinister,ShenmufuguSARmissions,DirectorofNingxiaCountypartyCommitteeSecretaryandrecorderoftheCountypartyCommitteeSecretary,Ministersand\n2432.32517.48814.83732.28517.28515.00014.918222.5472632.62817.19515.43335.58516.98515.60015.516240.7462832.90816.93015.97832.86216.69516.16716.072258.3093033.17816.64816.53033.14816.42516.73216.631276.5903233.43016.38817.04233.41516.16517.25017.146293.985nm1096.98322204.919107.936107.44812115.11124222.547107.43614133.14826240.746107.59816151.19228258.309107.11718169.05230276.590107.53820186.92432293.985107.0619实验结果检查方法主要是看数据有没有忽大忽小。随着环数的增加，半径越来越大。10课堂实验预习检查题目实验目的，实验涉及的物理量和主要的计算公式，实验内容、简要步骤及注意事项，记录数据表格（三线格）。11思考题1）劈尖干涉条纹与牛顿环的条纹有何不同？为什么？2）从理论上看，劈尖棱边和牛顿环中央应为暗纹，但实验中有时呈现出亮点，是何原因？如何消除？3）劈尖中的空气或柴油、汽油时，干涉条纹将如何变化？迈克尔逊干涉仪实验数据处理公式：数据记录表格：NDN(mm)MDM(mm)DM-DN(mm)1044.9945541044.866920.127636044.9783546044.851090.1272611044.9624251044.835250.12713otherstaffoftheCentre.Duringthewar,ZhuwastransferredbacktoJiangxi,andDirectorofthenewOfficeinJingdezhen,JiangxiCommitteeSecretary.Startingin1939servedasrecorderoftheWestNorthOrganization,SecretaryoftheSpecialCommitteeAfterthevictoryofthelongMarch,hehasbeentheNorthwestOfficeoftheFederationofStateenterprisesMinister,ShenmufuguSARmissions,DirectorofNingxiaCountypartyCommitteeSecretaryandrecorderoftheCountypartyCommitteeSecretary,Ministersand\n16044.9465556044.819580.1269721044.9307261044.803700.1270226044.9145066044.787650.1268531044.8986571044.771750.1269036044.8828076044.755850.12695数据处理：；S=2.384×10-4；SC8=4.44×10-4经查0.12763是坏值，剔除它；重新算平均值：；S‘=1.31×10-4；S‘C7=2.36×10-4经查0.12726是坏值，剔除它；重新算平均值：；S″=8.93×10-5；S″C6=1.6×10-4无坏值，所以不确定度估算：Δm=0.0001mm；处理结果：实验19旋光仪测旋光液体的浓度林一仙1实验目的1）观察光的偏振现象，加深对光偏振的认识；otherstaffoftheCentre.Duringthewar,ZhuwastransferredbacktoJiangxi,andDirectorofthenewOfficeinJingdezhen,JiangxiCommitteeSecretary.Startingin1939servedasrecorderoftheWestNorthOrganization,SecretaryoftheSpecialCommitteeAfterthevictoryofthelongMarch,hehasbeentheNorthwestOfficeoftheFederationofStateenterprisesMinister,ShenmufuguSARmissions,DirectorofNingxiaCountypartyCommitteeSecretaryandrecorderoftheCountypartyCommitteeSecretary,Ministersand\n1）了解旋光仪的结构及测量原理；2）掌握旋光仪测定旋光液体浓度的方法。2实验仪器WXG-4圆盘旋光仪、葡萄糖溶液样品试管3实验原理3.1偏振光的获得与检测1）偏振光的获得：使自然光通过偏振片就形成只有一个振动方向的线偏振光（平面偏振光）。2）偏振光的检测：用偏振片观察偏振光时，转动偏振片，当偏振片的偏振化方向与偏振光的振动方向一致时可看到最大的光强度，当偏振片的偏振化方向与偏振光的振动方垂直时，光强度为零。用偏振片来观察自然光，转动偏振片观察时光强度保持不变。3）物质的旋光性质：平面光通过旋物质时振动面相对入射光的振动面旋转了一定的角度，角度的大小（称旋光度）φ与偏振光通过旋光物质的路程l成正比，对于旋光溶液，旋光度还与液体的浓度C成正比。其中а为旋光率。3.2旋光溶液旋光率及浓度的测定方法①用旋光仪测量一组不同浓度（浓度已知）的葡萄糖溶液的旋光度φ，用作图法处理数据，并求得旋光率а，②用旋光仪测量未知浓度的旋光度，可求得浓度；也可利用旋光关系曲线直接确定对应的浓度。4旋光仪的结构4.1光学原理从图1旋光仪的光路图可以看出，钠光灯射出的光线通过毛玻璃后，经聚光透镜成平行光，再经滤色镜变成波长为的单色光。这单色光通过起偏镜后成为平面偏振光，中间部分的偏振光再通过竖条状旋光晶片，其振动面相对两旁部分转过一个小角度，形成三分视场。仪器出厂时把三分场均匀暗作为零度视场并调在度盘零度位置，三分场均匀暗的形成原理如图2所示。otherstaffoftheCentre.Duringthewar,ZhuwastransferredbacktoJiangxi,andDirectorofthenewOfficeinJingdezhen,JiangxiCommitteeSecretary.Startingin1939servedasrecorderoftheWestNorthOrganization,SecretaryoftheSpecialCommitteeAfterthevictoryofthelongMarch,hehasbeentheNorthwestOfficeoftheFederationofStateenterprisesMinister,ShenmufuguSARmissions,DirectorofNingxiaCountypartyCommitteeSecretaryandrecorderoftheCountypartyCommitteeSecretary,Ministersand\n图1旋光仪的光路图图2三分场均匀暗视场的形成原理4.2度盘双游标读数①读取左右两游标的读数并求平均得：②（注意：如果为170多度时，那么读数应当加上180度）。4.3使用方法①打开电源后，旋转目镜调焦旋钮使视场清晰。②调到三分场均匀暗时读③将待测试管放入样品镜筒内，调到三分场均匀暗，读双游标读数，经修正后的值即为待测样品的旋光度。注意：取试管时请用双手，免得打破试管。5数据处理表1不同浓度的旋光度调零AB（A+B）/2E1AB（A+B）/2E2AB（A+B）/2E3AB（A+B）/2178.95179.00178.983.954.003.988.858.958.9012.5512.6012.58178.90178.95178.924.404.454.428.608.708.6512.2512.3012.28179.05179.15179.104.404.454.429.109.209.1512.7012.7512.72179.10179.15179.123.853.953.909.009.059.0212.1512.2012.18179.00179.05179.023.703.803.758.658.708.6812.3512.4012.38179.00179.05179.023.903.953.929.059.109.0812.5512.6512.60179.03s=0.07454.06s=0.2858.91s=0.2112.46s=0.21E4AB（A+B）/2E5AB（A+B）/2EXAB（A+B）/217.9017.9517.9222.7022.8022.759.559.609.58otherstaffoftheCentre.Duringthewar,ZhuwastransferredbacktoJiangxi,andDirectorofthenewOfficeinJingdezhen,JiangxiCommitteeSecretary.Startingin1939servedasrecorderoftheWestNorthOrganization,SecretaryoftheSpecialCommitteeAfterthevictoryofthelongMarch,hehasbeentheNorthwestOfficeoftheFederationofStateenterprisesMinister,ShenmufuguSARmissions,DirectorofNingxiaCountypartyCommitteeSecretaryandrecorderoftheCountypartyCommitteeSecretary,Ministersand\n18.4018.5018.4522.2522.3022.289.259.359.3018.3018.3518.3222.9523.0022.989.659.759.7018.3018.4018.3522.7522.8022.789.409.509.4518.5018.6018.5523.2523.3523.309.509.609.5518.1518.2518.2023.0023.1023.059.709.759.7218.30s=0.2222.86s=0.359.55s=0.16以上数据经查均无坏值①用作图法处理数据从图3取两点代入公式求旋光率：otherstaffoftheCentre.Duringthewar,ZhuwastransferredbacktoJiangxi,andDirectorofthenewOfficeinJingdezhen,JiangxiCommitteeSecretary.Startingin1939servedasrecorderoftheWestNorthOrganization,SecretaryoftheSpecialCommitteeAfterthevictoryofthelongMarch,hehasbeentheNorthwestOfficeoftheFederationofStateenterprisesMinister,ShenmufuguSARmissions,DirectorofNingxiaCountypartyCommitteeSecretaryandrecorderoftheCountypartyCommitteeSecretary,Ministersand\n图3旋光度和浓度的关系②求未知浓度∵；；∴otherstaffoftheCentre.Duringthewar,ZhuwastransferredbacktoJiangxi,andDirectorofthenewOfficeinJingdezhen,JiangxiCommitteeSecretary.Startingin1939servedasrecorderoftheWestNorthOrganization,SecretaryoftheSpecialCommitteeAfterthevictoryofthelongMarch,hehasbeentheNorthwestOfficeoftheFederationofStateenterprisesMinister,ShenmufuguSARmissions,DirectorofNingxiaCountypartyCommitteeSecretaryandrecorderoftheCountypartyCommitteeSecretary,Ministersand\n又∵∴或者③最终结果：（P=68.3%）(P=68.3%)物理实验教案实验名称：旋光仪测旋光液体的浓度指导老师：林一仙，李仁全，沈跃飞时间：2007/2008学年第一学期1目的1)观察光的偏振现象，加深对光偏振的认识；2)了解旋光仪的结构及测量原理；3)掌握旋光仪测定旋光液体浓度的方法。2仪器WXG-4圆盘旋光仪、葡萄糖溶液样品试管3实验原理3.1偏振光的获得与检测1)otherstaffoftheCentre.Duringthewar,ZhuwastransferredbacktoJiangxi,andDirectorofthenewOfficeinJingdezhen,JiangxiCommitteeSecretary.Startingin1939servedasrecorderoftheWestNorthOrganization,SecretaryoftheSpecialCommitteeAfterthevictoryofthelongMarch,hehasbeentheNorthwestOfficeoftheFederationofStateenterprisesMinister,ShenmufuguSARmissions,DirectorofNingxiaCountypartyCommitteeSecretaryandrecorderoftheCountypartyCommitteeSecretary,Ministersand\n偏振光的获得：使自然光通过偏振片就形成只有一个振动方向的线偏振光（平面偏振光）。1)偏振光的检测：用偏振片观察偏振光时，转动偏振片，当偏振片的偏振化方向与偏振光的振动方向一致时可看到最大的光强度，当偏振片的偏振化方向与偏振光的振动方垂直时，光强度为零。用偏振片来观察自然光，转动偏振片观察时光强度保持不变。2)物质的旋光性质：平面光通过旋物质时振动面相对入射光的振动面旋转了一定的角度，角度的大小（称旋光度）φ与偏振光通过旋光物质的路程l成正比，对于旋光溶液，旋光度还与液体的浓度C成正比。其中а为旋光率。3.2旋光溶液旋光率及浓度的测定方法1)用旋光仪测量一组不同浓度（浓度已知）的葡萄糖溶液的旋光度φ，用作图法处理数据，并求得旋光率а，2)用旋光仪测量未知浓度的旋光度，可求得浓度；也可利用旋光关系曲线直接确定对应的浓度。3.3光学原理从图1旋光仪的光路图可以看出，钠光灯射出的光线通过毛玻璃后，经聚光透镜成平行光，再经滤色镜变成波长为的单色光。这单色光通过起偏镜后成为平面偏振光，中间部分的偏振光再通过竖条状旋光晶片，其振动面相对两旁部分转过一个小角度，形成三分视场。仪器出厂时把三分场均匀暗作为零度视场并调在度盘零度位置，三分场均匀暗的形成原理如图2所示。图1旋光仪的光路图otherstaffoftheCentre.Duringthewar,ZhuwastransferredbacktoJiangxi,andDirectorofthenewOfficeinJingdezhen,JiangxiCommitteeSecretary.Startingin1939servedasrecorderoftheWestNorthOrganization,SecretaryoftheSpecialCommitteeAfterthevictoryofthelongMarch,hehasbeentheNorthwestOfficeoftheFederationofStateenterprisesMinister,ShenmufuguSARmissions,DirectorofNingxiaCountypartyCommitteeSecretaryandrecorderoftheCountypartyCommitteeSecretary,Ministersand\n图2三分场均匀暗视场的形成原理3.4度盘双游标读数1)读取左右两游标的读数并求平均得：2)（注意：如果为170多度时，那么读数应当加上180度）。3.5使用方法1)打开电源后，旋转目镜调焦旋钮使视场清晰。2)调到三分场均匀暗时读3)将待测试管放入样品镜筒内，调到三分场均匀暗，读双游标读数，经修正后的值即为待测样品的旋光度。注意：取试管时请用双手，免得打破试管。4教学内容1)偏振光的获得：起偏、检偏等；2)旋光仪的结构原理：主要是三分视场的原理；3)旋光仪的使用方法：调焦、放试管、读数；4)实验内容：以三分场均匀暗分布状态作为检偏状态，读零点读数，重复6次；之后分别放入5种不同浓度的葡萄糖溶液的试管，测出相应的读数，每一种重复6次；最后测出一种未知浓度的试管，重复6次读数。5)数据处理的方法：作图法，要完成旋光率的测定和未知浓度的测定。5实验教学组织及教学要求讲解原理，测量要求，测量的注意事项；示范并让学生自行操作；检查数据，并要求整理仪器。6实验教学的重点与难点重点：要掌握旋光度的测量方法otherstaffoftheCentre.Duringthewar,ZhuwastransferredbacktoJiangxi,andDirectorofthenewOfficeinJingdezhen,JiangxiCommitteeSecretary.Startingin1939servedasrecorderoftheWestNorthOrganization,SecretaryoftheSpecialCommitteeAfterthevictoryofthelongMarch,hehasbeentheNorthwestOfficeoftheFederationofStateenterprisesMinister,ShenmufuguSARmissions,DirectorofNingxiaCountypartyCommitteeSecretaryandrecorderoftheCountypartyCommitteeSecretary,Ministersand\n难点：偏振光的概念以及形成原理和应用；三分场均匀暗的调节；旋光率要测好，否则会影响测未知浓度。7实验中容易出现的问题试管没有放好，会受到气泡的影响；试管要小心取放。8实验参考数据表1不同浓度的旋光度试管的长度l=10.00cm调零E1（10.0%）E2（20.0%）E3（30.0%）AB(A+B)/2AB(A+B)/2AB（A+B）/2AB（A+B）/2178.95178.98179.003.954.003.988.858.908.9512.5512.6012.58178.90178.95178.924.404.454.428.608.658.7012.2512.3012.28179.05179.15179.104.404.454.429.109.159.2012.7012.7512.72179.10179.15179.123.853.953.909.009.029.0512.1512.2012.18179.00179.05179.023.703.803.758.658.688.7012.3512.4012.38179.00179.05179.023.903.953.929.059.089.1012.5512.6512.60179.03s=0.07454.06s=0.2858.91s=0.2112.46s=0.21E4（40.0%）E5（50.0%）EXAB（A+B）/2AB（A+B）/2AB（A+B）/27.9017.9517.9222.7022.8022.759.559.609.5818.4018.5018.4522.2522.3022.289.259.359.3018.3018.3518.3222.9523.0022.989.659.759.7018.3018.4018.3522.7522.8022.789.409.509.4518.5018.6018.5523.2523.3523.309.509.609.5518.1518.2518.2023.0023.1023.059.709.759.7218.30s=0.2222.86s=0.359.55s=0.16浓度用g/ml也可以。9实验结果检查方法结果成线性关系（旋光率是定值）10课堂实验预习检查题目实验目的，实验涉及的物理量和主要的计算公式，实验内容、简要步骤及注意事项，记录数据表格（三线格）。11思考题1）otherstaffoftheCentre.Duringthewar,ZhuwastransferredbacktoJiangxi,andDirectorofthenewOfficeinJingdezhen,JiangxiCommitteeSecretary.Startingin1939servedasrecorderoftheWestNorthOrganization,SecretaryoftheSpecialCommitteeAfterthevictoryofthelongMarch,hehasbeentheNorthwestOfficeoftheFederationofStateenterprisesMinister,ShenmufuguSARmissions,DirectorofNingxiaCountypartyCommitteeSecretaryandrecorderoftheCountypartyCommitteeSecretary,Ministersand\n如果装有葡萄糖溶液样品试管的端口有气泡，对测量会有什么影响？测量时应如何消除气泡的影响？1）测量旋光溶液的浓度时，试详细分析样品试管长度大小对测量结果的影响。2）利用眼睛来判断检偏结果的精确度受到一定的限制，试提出一些提高检测精确度的方法。实验21用拉伸法测杨氏模量林一仙1实验目的1）掌握拉伸法测定金属杨氏模量的方法；2）学习用光杠杆放大测量微小长度变化量的方法；3）学习用作图法处理数据。2实验原理相关仪器：杨氏模量仪、光杠杆、尺读望远镜、卡尺、千分尺、砝码。2.1杨氏模量任何固体在外力使用下都要发生形变，最简单的形变就是物体受外力拉伸（或压缩）时发生的伸长（或缩短）形变。本实验研究的是棒状物体弹性形变中的伸长形变。设金属丝的长度为L，截面积为S，一端固定，一端在延长度方向上受力为F，并伸长△L，如图21-1，比值：是物体的相对伸长，叫应变。是物体单位面积上的作用力，叫应力。根据胡克定律，在物体的弹性限度内，物体的应力与应变成正比，即则有（1）（1）式中的比例系数Y称为杨氏弹性模量（简称杨氏模量）。实验证明：杨氏模量Y与外力F、物体长度L以及截面积的大小均无关，而只取决定于物体的材料本身的性质。它是表征固体性质的一个物理量。根据（1）式，测出等号右边各量，杨氏模量便可求得。（1）式中的F、S、L三个量都可用一般方法测得。唯有是一个微小的变化量，用一般量具难以测准。本实验采用光杠杆法进行间接测量(具体方法如右图所示)。2.2光杠杆的放大原理如右图所示,当钢丝的长度发生变化时，光杠杆镜面的竖直度必然要发生改变。那么改变后的镜面和改变前的镜面必然成有一个角度差，用θ来表示这个角度差。从下图我们可以看出：otherstaffoftheCentre.Duringthewar,ZhuwastransferredbacktoJiangxi,andDirectorofthenewOfficeinJingdezhen,JiangxiCommitteeSecretary.Startingin1939servedasrecorderoftheWestNorthOrganization,SecretaryoftheSpecialCommitteeAfterthevictoryofthelongMarch,hehasbeentheNorthwestOfficeoftheFederationofStateenterprisesMinister,ShenmufuguSARmissions,DirectorofNingxiaCountypartyCommitteeSecretaryandrecorderoftheCountypartyCommitteeSecretary,Ministersand\n（2）这时望远镜中看到的刻度为，而且，所以就有：（3）采用近似法原理不难得出：（4）这就是光杠杆的放大原理了。将（4）式代入（1）式，并且S=πd2,即可得下式：这就是本实验所依据的公式。2.3实验步骤1）将待测金属丝下端砝码钩上加1.000kg砝码使它伸直。调节仪器底部三脚螺丝，使G平台水平。2）将光杠杆的两前足置于平台的槽内，后足置于C上，调整镜面与平台垂直。3）调整标尺与望远镜支架于合适位置使标尺与望远镜以光杠杆镜面中心为对称，并使镜面与标尺距离D约为1.5米左右。4）用千分尺测量金属丝上、中、下直径，用卷尺量出金属丝的长度L。5）调整望远镜使其与光杠杆镜面在同一高度，先在望远镜外面附近找到光杠杆镜面中标尺的象（如找不到，应左右或上下移动标尺的位置或微调光杠杆镜面的垂直度）。再把望远镜移到眼睛所在处，结合调整望远镜的角度，在望远镜中便可看到光杠杆镜面中标尺的反射象（不一定很清晰）。6）调节目镜，看清十字叉丝，调节调焦旋钮，看清标尺的反射象，而且无视差。若有视差，应继续细心调节目镜，直到无视差为止。检查视差的办法是使眼睛上下移动，看叉丝与标尺的象是否相对移动；若有相对移动，说明有视差，就应再调目镜直到叉丝与标尺象无相对运动（即无视差）为止。记下水平叉丝（或叉丝交点）所对准的标尺的初读数，一般应调在标尺0刻线附近，若差得很远，应上下移动标尺或检查光杠杆反射镜面是否竖直。7）每次将1.000kg砝码轻轻地加于砝码钩上，并分别记下读数、、…、，共做5次。8）每次减少1.000kg砝码，并依次记下记读数，，…、。9）当砝码加到最大时（如6.000kg）时，再测一次金属丝上、中、下的直径d，并与挂1.000kg砝码时对应的直径求平均值，作为金属丝的直径d值。10）用卡尺测出光杠杆后足尖与前两足尖的距离h，用尺读望远镜的测距功能测出D（长短叉丝的刻度差乘100倍）。otherstaffoftheCentre.Duringthewar,ZhuwastransferredbacktoJiangxi,andDirectorofthenewOfficeinJingdezhen,JiangxiCommitteeSecretary.Startingin1939servedasrecorderoftheWestNorthOrganization,SecretaryoftheSpecialCommitteeAfterthevictoryofthelongMarch,hehasbeentheNorthwestOfficeoftheFederationofStateenterprisesMinister,ShenmufuguSARmissions,DirectorofNingxiaCountypartyCommitteeSecretaryandrecorderoftheCountypartyCommitteeSecretary,Ministersand\n11）用图解法处理实验数据确定测量结果及测量不确定度。2.4注意事项1）光杠杆及镜尺系统一经调好，中途不得再任意变动，否则所测数据无效。2）加、减砝码要细心，须用手轻轻托住砝码托盘，不得碰动仪器；而且需待钢丝伸缩稳定后方可读数。3）在测量钢丝伸长量过程中，不可中途停顿而改测其他物理量（如d、L、D等），否则若中途受到另外干扰，则钢丝的伸长（或缩短）值将发生变化，导致误差增大。3数据处理1）实验数据记录表格表1相关数据的测量次序F(×9.789N)Ni(加，cm)Ni(减，cm)d(1kg)(mm)d(6kg)(mm)L(cm)D(cm)H(cm)11.0000-0.05-0.020.4420.44098.001507.84222.0001.381.651.520.4650.46033.0002.902.952.920.4380.45544.0004.304.454.3855.0005.725.905.8166.0007.12——7.122）用作图法处理数据确定的测量结果及不确定度；otherstaffoftheCentre.Duringthewar,ZhuwastransferredbacktoJiangxi,andDirectorofthenewOfficeinJingdezhen,JiangxiCommitteeSecretary.Startingin1939servedasrecorderoftheWestNorthOrganization,SecretaryoftheSpecialCommitteeAfterthevictoryofthelongMarch,hehasbeentheNorthwestOfficeoftheFederationofStateenterprisesMinister,ShenmufuguSARmissions,DirectorofNingxiaCountypartyCommitteeSecretaryandrecorderoftheCountypartyCommitteeSecretary,Ministersand\n1）计算钢丝的杨氏模量的测量结果及不确定度。;;otherstaffoftheCentre.Duringthewar,ZhuwastransferredbacktoJiangxi,andDirectorofthenewOfficeinJingdezhen,JiangxiCommitteeSecretary.Startingin1939servedasrecorderoftheWestNorthOrganization,SecretaryoftheSpecialCommitteeAfterthevictoryofthelongMarch,hehasbeentheNorthwestOfficeoftheFederationofStateenterprisesMinister,ShenmufuguSARmissions,DirectorofNingxiaCountypartyCommitteeSecretaryandrecorderoftheCountypartyCommitteeSecretary,Ministersand\n4实验结果：5思考题（讨论）1）本实验为什么用不同仪器来测定各个长度量？2）光杠杆法能否用来测量一块薄金属片的厚度？如何测量？3）调节光杠杆镜尺系统时，若遇到下列现象时你将如何处理（即如何调节）？（1）用望远镜找标尺的像时，看到了光杠杆的镜面，而看不到标尺的像。（2）某一同学已调好的光杠杆系统（他确已调好了），但你去看时感到标尺的像很模糊。金属线胀系数的测量1实验目的1、学习用电热法测量金属线胀系数；2、学习利用光杠杆法测量微小长度变化量；3、掌握图解法处理数据的方法。2实验原理2.1相关的实验仪器：控温式固体线胀系数测定仪（型号GXC-S）、光杠杆、尺读望远镜、卷尺、游标卡尺。2.2原理概述1、当温度升高时，金属杆的长度会发生变化，这种变化可用线胀系数来衡量。当温度变化不大时可用平均线胀系数α来描述。即otherstaffoftheCentre.Duringthewar,ZhuwastransferredbacktoJiangxi,andDirectorofthenewOfficeinJingdezhen,JiangxiCommitteeSecretary.Startingin1939servedasrecorderoftheWestNorthOrganization,SecretaryoftheSpecialCommitteeAfterthevictoryofthelongMarch,hehasbeentheNorthwestOfficeoftheFederationofStateenterprisesMinister,ShenmufuguSARmissions,DirectorofNingxiaCountypartyCommitteeSecretaryandrecorderoftheCountypartyCommitteeSecretary,Ministersand\n式中和分别为物体在温度和时的长度，一般固体材料的值很小，所以也很小，因此本实验成功的关键之一就是测准的问题，我们采用光杠杆法测量。2、热传导和热平衡原理：温度总是从高温往低温传递，因此只要存在温差就会有热传导在进行，那么就不会处在平衡的状态。从观察方法来看，当温度不变时就表明系统处于热平衡的状态。只有在平衡状态下测出的温度和刻度才能相对应。动态平衡：指温度在某一个小范围内波动（一般不超过0.5度）。3、加热器的结构图温度探头是放在样品（铜管）的空腔中的，因此温度探头不能及时测到样品的温度，必须等到样品、T和空腔中的空气达到热平衡状态时温度探头测出的温度才是样品的真实温度。2.3原理图及公式推导从图2可知：otherstaffoftheCentre.Duringthewar,ZhuwastransferredbacktoJiangxi,andDirectorofthenewOfficeinJingdezhen,JiangxiCommitteeSecretary.Startingin1939servedasrecorderoftheWestNorthOrganization,SecretaryoftheSpecialCommitteeAfterthevictoryofthelongMarch,hehasbeentheNorthwestOfficeoftheFederationofStateenterprisesMinister,ShenmufuguSARmissions,DirectorofNingxiaCountypartyCommitteeSecretaryandrecorderoftheCountypartyCommitteeSecretary,Ministersand\n所以可得：=2.4实验步骤1、用卷尺测量金属杆的长度2、光杠杆放在仪器平台上，其后足尖放在金属杆顶端的金属套上，光杠杆的镜面在铅直方向。在光杠杆前1.5~2.0m处放置望远镜及直尺（尺在铅直方向）。调节镜尺组让望远镜与直尺相对镜面成对称关系，调节望远镜的目镜使叉丝清晰，如图2，再调节望远镜使直尺的象进入望远镜中。3、打开电源开关,按下预置开关，进入预置状态，轻触调节开关，调节预置温度，调节完毕后，按预置开关，退出预置状态，进入工作状态。4、当温度达到预置温度时要注意观察补偿开关是否亮了，若亮了则正常，由于温度是连续升温和降温，注意温度会升到某个温度点后，开始降温，当温度降到比预置温度高10度的位置时打开补偿开关并且顺时针旋到40V的位置进行补偿，当温度下降较慢时可认为系统供热和散热相对稳定，记下相对稳定的温度以及此时望远镜里直尺上的读数N0，之后关掉补偿开关重新预置，当温度到达时补偿，稳定时重新记录为N1,依此类推，直到测完规定的组数。预置温度的上限为100ºC。不过在预置温度较高时补偿量应当增加，即逆时针旋一点，另外若温度无法达到前面所说的补偿位置就开始降温就要在开始降温时补偿，并且补偿量也应该稍大一些。5、停止加热，测出直尺到平面镜镜面间距离D，取下光杠杆，用游标卡尺测量后足尖到两前足尖中点的距离H。2.5注意事项1.在测量过程中，要注意保持光杠杆及望远镜位置的稳定。2、系统断电后，再次测量前需重新预置。3数据及处理表1刻度随温度变化的情况N(cm)5.085.125.385.555.705.845.916.186.28T(°C)59.760.670.576.280.285.790.096.3100otherstaffoftheCentre.Duringthewar,ZhuwastransferredbacktoJiangxi,andDirectorofthenewOfficeinJingdezhen,JiangxiCommitteeSecretary.Startingin1939servedasrecorderoftheWestNorthOrganization,SecretaryoftheSpecialCommitteeAfterthevictoryofthelongMarch,hehasbeentheNorthwestOfficeoftheFederationofStateenterprisesMinister,ShenmufuguSARmissions,DirectorofNingxiaCountypartyCommitteeSecretaryandrecorderoftheCountypartyCommitteeSecretary,Ministersand\nH=8.130cm;D=147cm;L=49.50cm;;;cm;℃;==otherstaffoftheCentre.Duringthewar,ZhuwastransferredbacktoJiangxi,andDirectorofthenewOfficeinJingdezhen,JiangxiCommitteeSecretary.Startingin1939servedasrecorderoftheWestNorthOrganization,SecretaryoftheSpecialCommitteeAfterthevictoryofthelongMarch,hehasbeentheNorthwestOfficeoftheFederationofStateenterprisesMinister,ShenmufuguSARmissions,DirectorofNingxiaCountypartyCommitteeSecretaryandrecorderoftheCountypartyCommitteeSecretary,Ministersand\n==3.9%4实验结果（P=68.3%）5讨论1）两根材料相同、粗细长度不同的金属杆，在同样的温度变化范围内，线胀系数是否相同？为什么？2）根据实验的误差计算，分析和判断哪个量对实验的精密度影响最大？为什么？3）你有什么其他方法来测量长度的微小变化？测量不良导体的导热系数林一仙一实验目的1、用稳态平板法测量不良导体的导热系数2、用物体的散热速率求传热速率3、掌握热电偶测量温度的方法二实验仪器导热系数仪、杜瓦瓶，热电偶、FPZ-1型多量程直流数字电压表、游标卡尺、停表三实验原理（一）稳态平板法为热流量，λ为该物质的导热系数，也称热导率，h-样品厚度，A-样品面积。所谓稳态指的是高温物体传热的速率等于低温物体散热的速率时，系统便处于一个稳定的热平衡状态。otherstaffoftheCentre.Duringthewar,ZhuwastransferredbacktoJiangxi,andDirectorofthenewOfficeinJingdezhen,JiangxiCommitteeSecretary.Startingin1939servedasrecorderoftheWestNorthOrganization,SecretaryoftheSpecialCommitteeAfterthevictoryofthelongMarch,hehasbeentheNorthwestOfficeoftheFederationofStateenterprisesMinister,ShenmufuguSARmissions,DirectorofNingxiaCountypartyCommitteeSecretaryandrecorderoftheCountypartyCommitteeSecretary,Ministersand\n（一）实验装置及方法A-加热铜盘，P-散热铜盘；d-样品盘的直径，h-样品盘的厚度；θ1-加热铜盘的温度，θ2-散热铜盘的温度。（二）冷却法测量散热铜盘的散热速率∵；是曲线在θ2点的斜率，如下图∴四实验内容及步骤1、测量样品盘的厚度h和直径d，并记录散热铜盘的质量。2、调节支架上的三个螺丝使它往下降一部份，将散热铜盘放在它的上面，再往上放样品盘，然后将加热器放在样品盘上面，使三个盘紧密接触，然后把加热器固定，再用三个螺丝往上拧，使整个系统固定不动。otherstaffoftheCentre.Duringthewar,ZhuwastransferredbacktoJiangxi,andDirectorofthenewOfficeinJingdezhen,JiangxiCommitteeSecretary.Startingin1939servedasrecorderoftheWestNorthOrganization,SecretaryoftheSpecialCommitteeAfterthevictoryofthelongMarch,hehasbeentheNorthwestOfficeoftheFederationofStateenterprisesMinister,ShenmufuguSARmissions,DirectorofNingxiaCountypartyCommitteeSecretaryandrecorderoftheCountypartyCommitteeSecretary,Ministersand\n3、将热电偶的插头分别插入两对孔中，并打开毫伏计（要调零）判断热端冷端，将热端分别插入加热铜盘和散热铜盘，冷端插入杜瓦瓶中。4、用220v电压加热15分钟，再用110v加热同时打开风扇，大约半小时后每隔壁5分钟观察θ1、θ2的值各一次，直到观察到连续两组的数值不变即可认为系统达到稳态，记录这组数据。5、重新用220v电压加热同时关掉风扇，观察θ2的变化，当达到θ2+0.2mv时停止加热并移开加热器同时打开风扇。观察θ2的变化当温度回落到θ2+0.2mv时开始每隔壁30秒读一次数据直到θ2-0.2mv，关掉风扇即完成此次操作。用作图法处理数据。五注意事项1、数字电压表调零要用调零旋钮和调零开关2、量程选择20mv3、散热铜盘上的洞要与杜瓦瓶同侧六数据记录及处理mp=914.7gCP=383J/kg*k表1样品尺寸测量数据次序d(cm)h(cm)112.9360.746212.9280.758312.9380.762412.9360.770512.9240.786平均值12.9320.764θ1=2.26mv，θ2=1.22mvotherstaffoftheCentre.Duringthewar,ZhuwastransferredbacktoJiangxi,andDirectorofthenewOfficeinJingdezhen,JiangxiCommitteeSecretary.Startingin1939servedasrecorderoftheWestNorthOrganization,SecretaryoftheSpecialCommitteeAfterthevictoryofthelongMarch,hehasbeentheNorthwestOfficeoftheFederationofStateenterprisesMinister,ShenmufuguSARmissions,DirectorofNingxiaCountypartyCommitteeSecretaryandrecorderoftheCountypartyCommitteeSecretary,Ministersand\n表2散热曲线的观测次序123456789101112T(S)0306090120150180210240270300330θ(mv)1.321.301.271.251.231.211.201.171.161.141.121.10经检验d、h没有坏值在直线上取两点A(360，1.05)，B(39，1.30)求：otherstaffoftheCentre.Duringthewar,ZhuwastransferredbacktoJiangxi,andDirectorofthenewOfficeinJingdezhen,JiangxiCommitteeSecretary.Startingin1939servedasrecorderoftheWestNorthOrganization,SecretaryoftheSpecialCommitteeAfterthevictoryofthelongMarch,hehasbeentheNorthwestOfficeoftheFederationofStateenterprisesMinister,ShenmufuguSARmissions,DirectorofNingxiaCountypartyCommitteeSecretaryandrecorderoftheCountypartyCommitteeSecretary,Ministersand\n实验29测量不良导体的导热系数一实验目的1、学习动态平板法测量不良导体导热系数的方法。2、掌握在科学工作室平台上利用计算机和热电偶测量温度的方法。3、学习根据动态平衡的原理测定热流速率的方法。otherstaffoftheCentre.Duringthewar,ZhuwastransferredbacktoJiangxi,andDirectorofthenewOfficeinJingdezhen,JiangxiCommitteeSecretary.Startingin1939servedasrecorderoftheWestNorthOrganization,SecretaryoftheSpecialCommitteeAfterthevictoryofthelongMarch,hehasbeentheNorthwestOfficeoftheFederationofStateenterprisesMinister,ShenmufuguSARmissions,DirectorofNingxiaCountypartyCommitteeSecretaryandrecorderoftheCountypartyCommitteeSecretary,Ministersand\n二实验仪器导热系数测定仪杜瓦瓶热电偶游标卡尺500型科学工作室接口直流电压放大器计算机及科学工作室接口三实验原理（一）动态平板法动态平板法测定导热系数的原理根据是法国物理学家约瑟夫·傅立叶给出的导热方程式。如图29—1，在某一时刻，热量自温度为的高温盘通过厚度为、面积为的导热样品平板向温度为的低温盘传导，在秒内，从高温面传到低温面的热量，满足下述表达式：（1）图29—1式中为热流速率，为该物质的导热系数，亦称热导率。导热系数是表示物质热传导性能的物理量之一，其数值相当于相距单位长度的二个平行平面，当温度相差一个单位时，在单位时间内，垂直通过单位面积所流过的热量。通常把导热系数小的物体为不良导体，例如，石棉板0.12，橡胶0.22，松本0.15~0.35；导热系数大的为良导体，约为不良导体的倍，例如铜为。导热系数的SI单位是瓦特每米开尔文，单位符号为。动态平板法图29—1所示，这样的一个热传导系统，在某一时刻，对于温度为、质量为m、比热为的低温盘来说，当高温物体通过待测量的样品材料以的速率给低温物体输入热量，同时低温物体向四周散热。根据能量守恒定律有（2）式中为低温物体温度为时的温度变化率，为低温物体温度为时向四周散热的温度变化率。根据（1）、（2）式有（3）根据（3）式只要分别测量出样品的尺寸、以及低温物体的质量m和比热，并确定某一时刻的高温物体温度和低温物体温度以及温度为otherstaffoftheCentre.Duringthewar,ZhuwastransferredbacktoJiangxi,andDirectorofthenewOfficeinJingdezhen,JiangxiCommitteeSecretary.Startingin1939servedasrecorderoftheWestNorthOrganization,SecretaryoftheSpecialCommitteeAfterthevictoryofthelongMarch,hehasbeentheNorthwestOfficeoftheFederationofStateenterprisesMinister,ShenmufuguSARmissions,DirectorofNingxiaCountypartyCommitteeSecretaryandrecorderoftheCountypartyCommitteeSecretary,Ministersand\n时低温物体的温度变化率和对应的向四周散热的温度变化率就可以确定材料的导热系数。对于直径为圆形样品，（3）式可整理为：（4）（二）实验装置及方法实验装置如图29—2所示，在支架D上先放上圆形散热铜盘P、待测出样品B（圆形盘不良导体）和与电热器连成一体厚底紫铜圆盘A。在A的上方用电热器L加热，散热盘下方用电风扇吹风散热，使样品上、下表面温度分别为、并分别用安插在A、P侧面深孔中的两条热电偶E来测量。利用科学工作室数据采集系统可以实现温度特性的实时采集，并确定各个时刻低温散热盘的温度变化率和对应的向四周散热的温度变化率。实验接线如图29—3所示，图29—2导热系数测定仪图29-3应用计算机测量温度线路连接示意图otherstaffoftheCentre.Duringthewar,ZhuwastransferredbacktoJiangxi,andDirectorofthenewOfficeinJingdezhen,JiangxiCommitteeSecretary.Startingin1939servedasrecorderoftheWestNorthOrganization,SecretaryoftheSpecialCommitteeAfterthevictoryofthelongMarch,hehasbeentheNorthwestOfficeoftheFederationofStateenterprisesMinister,ShenmufuguSARmissions,DirectorofNingxiaCountypartyCommitteeSecretaryandrecorderoftheCountypartyCommitteeSecretary,Ministersand\n热电偶的输出经两路直流电压放大器放大后接入500型科学工作室接口，利用科学工作室软件及计算机采集加热过程中系统的温度变化特性以及切断热源后散热盘的散热曲线，如图29—4所示。q2q1图29—4科学工作室采集到的温度特性曲线四实验内容及步骤1、用游标卡尺测量样品盘的直径、厚度（重复测量8次以上）；2、将样品盘B放在散热盘P上面，再将圆筒发热盘A放在样品盘B上方，并将定螺母固定在机架上，调节三个螺旋头，用塞规检查，使样品盘B的上下两个表面与发热圆筒底盘A和散热盘P紧密接触。3、按图29-3接线。将其中一条热电偶的一端插入杜瓦瓶的一个玻管内，另一端插在发热圆筒底盘A侧面的孔中；将另外一条热电偶的一端插入杜瓦瓶的另一个玻管内，另一端插在散热盘P侧面的孔中。图29-5双通道图表1、otherstaffoftheCentre.Duringthewar,ZhuwastransferredbacktoJiangxi,andDirectorofthenewOfficeinJingdezhen,JiangxiCommitteeSecretary.Startingin1939servedasrecorderoftheWestNorthOrganization,SecretaryoftheSpecialCommitteeAfterthevictoryofthelongMarch,hehasbeentheNorthwestOfficeoftheFederationofStateenterprisesMinister,ShenmufuguSARmissions,DirectorofNingxiaCountypartyCommitteeSecretaryandrecorderoftheCountypartyCommitteeSecretary,Ministersand\n在判断了热电偶的参考端和测量端后，按图29-3接线，分别将两路热电偶的参考端接入两路放大器的“-”极（黑端），测量端接入“+”极（红端）。放大器A的输出接入PASCO科学工作室500型接口的B通道，放大器B的输出接入C通道。连接时注意电压传感器输入与放大器输出极性，同极相连。连线完毕后，接通接口电源，点击计算机上的科学工作室软件图标，进入软件界面。选择模拟通道的用户自定传感器分别接入500型接口的B、C通道并双击进入作相应设置。图29-6为B通道加热盘温度用户自定义传感器窗口。拖动到B通道，鼠标左键点击图表中的选择C通道的“温度”。选择完毕，界面如图29-5双通道温度显示图表。5、点击按钮，取样周期选10s。6、连线完毕后，接通电源后，先给加热器加220V的电压，加热约15分钟后断开加热电源并移去加热器让铜盘P冷却。观察由计算机实时采图29-6用户自定义传感器集到的散热铜盘和加热铜盘温度随时间的变化曲线，按如图29-4所示求出某一时刻的高温物体温度和低温物体温度以及温度为时低温物体的温度变化率和对应的向四周散热的温度变化率的斜率。（PASCO科学工作室的使用可参考实验25的相关内容）五注意事项1、热电偶插入小孔时，要抹上些硅油，并插到洞孔底部，使热电偶测温端与铜盘接触良好。热电偶冷端插入在滴有硅油的玻璃管浸入冰水混合物中。2、准备工作就绪，点击监察Atrl+M，观察两个盘温度显示是否合理，正常才能打开加热开关。六数据处理要求1、设计样品尺寸测量数据的记录表格。2、计算样品尺寸的测量结果及不确定度。1、用计算机做出加热盘和散热盘温度随时间的变化曲线，并打印。otherstaffoftheCentre.Duringthewar,ZhuwastransferredbacktoJiangxi,andDirectorofthenewOfficeinJingdezhen,JiangxiCommitteeSecretary.Startingin1939servedasrecorderoftheWestNorthOrganization,SecretaryoftheSpecialCommitteeAfterthevictoryofthelongMarch,hehasbeentheNorthwestOfficeoftheFederationofStateenterprisesMinister,ShenmufuguSARmissions,DirectorofNingxiaCountypartyCommitteeSecretaryandrecorderoftheCountypartyCommitteeSecretary,Ministersand\n4、在加热盘和散热盘温度随时间的变化曲线上，用科学工作室测得某一时刻的加热盘的温度和散热盘的温度，并用曲线适配求出温度为时散热盘的温度变化率和对应的向四周散热的温度变化率的斜率。5、计算样品的导热系数及不确定度。七思考题1、什么是动态平板法？2、散热盘下方的轴流式风扇起什么作用？若它不工作时实验能否进行，为什么？3、如果测量样品和加热盘、散热盘没有紧密接触的话对导热系数的测量结果有何影响？实验35动态悬挂法测定杨氏模量数据表格及数据处理（参考内容）（一）数据记录及处理表一样品棒测量数据（1）（单次测量）项目M（g）L（mm）F（Hz）圆形铜棒圆形不锈钢棒表二样品棒直径测量数据（2）螺旋测微计初始示值mm真=铜次序圆形铜棒d铜（mm）圆形钢棒d钢（mm）铜（mm）钢（mm）123456otherstaffoftheCentre.Duringthewar,ZhuwastransferredbacktoJiangxi,andDirectorofthenewOfficeinJingdezhen,JiangxiCommitteeSecretary.Startingin1939servedasrecorderoftheWestNorthOrganization,SecretaryoftheSpecialCommitteeAfterthevictoryofthelongMarch,hehasbeentheNorthwestOfficeoftheFederationofStateenterprisesMinister,ShenmufuguSARmissions,DirectorofNingxiaCountypartyCommitteeSecretaryandrecorderoftheCountypartyCommitteeSecretary,Ministersand\n（一）几个计算公式（1）铜棒和不锈钢棒质量m、长度l、共振频率f的不确定度分别为：g；Hz；mm；（注：天平分度值g，游标卡尺分度值mm，信号发生器频率分度值）（2）铜棒和不锈钢棒直径d的不确定度分别为：（a）直径d的平均值标准偏差（b）直径d的B类不确定度mm；（注：螺旋测微计分度值mm）（c）直径d的合成不确定度（d）杨氏模量（e）杨氏模量E的相对不确定度（f）杨氏模量E的不确定度实验39空气中声速的测定数据表格及处理（参考内容）otherstaffoftheCentre.Duringthewar,ZhuwastransferredbacktoJiangxi,andDirectorofthenewOfficeinJingdezhen,JiangxiCommitteeSecretary.Startingin1939servedasrecorderoftheWestNorthOrganization,SecretaryoftheSpecialCommitteeAfterthevictoryofthelongMarch,hehasbeentheNorthwestOfficeoftheFederationofStateenterprisesMinister,ShenmufuguSARmissions,DirectorofNingxiaCountypartyCommitteeSecretaryandrecorderoftheCountypartyCommitteeSecretary,Ministersand\n（一）驻波法用逐差法处理数据表一驻波法测声速声波频率f=kHz次序次序平均值（m）06172839410511几个计算公式：（1）平均值标准偏差（2）（游标卡尺的分度值=0.02mm）（3）逐差法（4）合成不确定度（5）（其中）（6）声速测量的平均值及不确定度otherstaffoftheCentre.Duringthewar,ZhuwastransferredbacktoJiangxi,andDirectorofthenewOfficeinJingdezhen,JiangxiCommitteeSecretary.Startingin1939servedasrecorderoftheWestNorthOrganization,SecretaryoftheSpecialCommitteeAfterthevictoryofthelongMarch,hehasbeentheNorthwestOfficeoftheFederationofStateenterprisesMinister,ShenmufuguSARmissions,DirectorofNingxiaCountypartyCommitteeSecretaryandrecorderoftheCountypartyCommitteeSecretary,Ministersand\n（二）相位法（参考驻波法）实验报告23迈克尔逊干涉实验一实验目的1、了解迈克尔逊干涉仪的结构；2、掌握迈克尔逊干涉仪的结构；3、观察光的等倾干涉现象并掌握波长的方法；4、掌握逐差法处理数据。二实验仪器He-Ne激光器、扩束透镜、迈克尔逊干涉仪三实验原理迈克尔逊干涉仪的光学系统如图。它由分光板G、补偿板H、定反射镜M1和动反射镜M2组成。M1和M2互相垂直，分光板和补偿板是一对材料和外型完全相同的平板光学玻璃，它们相互平行并分别和M1、、M2成大致45度夹角，分光板的次数不同引起的光程差。来自点光源（或扩展光源）的光，入射到分光板上，分为强度相同的光线“1”和光线“2”的相干光，并分别由M1和M2反射后投射到光屏上（对于扩展光源用眼睛正对着观察）产生干涉现象。由于M1和M2垂直，可以等价地看成M2的虚象和M1otherstaffoftheCentre.Duringthewar,ZhuwastransferredbacktoJiangxi,andDirectorofthenewOfficeinJingdezhen,JiangxiCommitteeSecretary.Startingin1939servedasrecorderoftheWestNorthOrganization,SecretaryoftheSpecialCommitteeAfterthevictoryofthelongMarch,hehasbeentheNorthwestOfficeoftheFederationofStateenterprisesMinister,ShenmufuguSARmissions,DirectorofNingxiaCountypartyCommitteeSecretaryandrecorderoftheCountypartyCommitteeSecretary,Ministersand\n形成一个厚度d为的空气隙，d的大小随M2的位置改变而改变，所以两光线的光程差可由下式确定：（1）式中iˊ为光线“1”对M2的入射角。当d一定时，Δ由iˊ确定，iˊ相同的方向上光程差相等，形成了等倾干涉条纹。且满足：k=0、1、2、3……（2）呈亮条纹：k=0、1、2、3……（3）呈暗条纹。条纹呈明暗相间的同心环，这和牛顿环干涉条纹相似，但不同的是本同心环外侧干涉级别低，越靠圆心干涉级别越高。圆心干涉级别最高。现分析一下（2）式。对于第级亮条纹，有：（4）当d增大时，为了保证（4）式仍成立ik‘必须也增大，即k级亮条纹往外扩大，反之，减小时，ik‘也必须减小，k级亮条纹往内缩小。特别地考虑iˊ=0（即圆心）处。满足：（5）时为亮条纹。那么，d增大时，中心亮条纹的级别K增大，中心往外冒出亮条纹，d减小时，中心亮条纹级别减小，亮条纹往中心收进。每当d改变时，中心处就冒出或收进一个干涉条纹。当d改变时，中心处就冒出或收进n个干涉条纹。根据这种现象，可以测定光波波长。假设动镜M2原在位置D1上，现移动M2的位置，同时观察并计算中心亮条纹冒出或收进的数目，当M2移至位置D2时，相应地冒出或收进的亮条纹数目N。就有：（6）四、实验步骤1、移开扩束透镜，打开激光器电源使出射激光，调节激光方向使入射光与反射光重合。2、观察由M1和M2反射到屏上或墙上的两组光点，反复调节背面三个螺丝，使M1反射的光点和M2反射的光点一一对应重合。3、把扩束透镜置于激光束中使激光扩束后投射到分光板上，调节光照位置直到观察到屏上有同心圆。4、转动微动手轮观察干涉图样的变化情况，顺时针或反时针转动，观察干涉图样中心冒出或收入的情况。五、数据记录及处理NDN(mm)MDM(mm)DM-DN(mm)1044.9945541044.866920.127636044.9783546044.851090.1272611044.9624251044.835250.1271316044.9465556044.819580.12697otherstaffoftheCentre.Duringthewar,ZhuwastransferredbacktoJiangxi,andDirectorofthenewOfficeinJingdezhen,JiangxiCommitteeSecretary.Startingin1939servedasrecorderoftheWestNorthOrganization,SecretaryoftheSpecialCommitteeAfterthevictoryofthelongMarch,hehasbeentheNorthwestOfficeoftheFederationofStateenterprisesMinister,ShenmufuguSARmissions,DirectorofNingxiaCountypartyCommitteeSecretaryandrecorderoftheCountypartyCommitteeSecretary,Ministersand\n21044.9307261044.803700.1270226044.9145066044.787650.1268531044.8986571044.771750.1269036044.8828076044.755850.12695；S=2.384×10-4；SC8=4.44×10-4经查0.12763是坏值，剔除它；重新算平均值：；S‘=1.31×10-4；S‘C7=2.36×10-4经查0.12726是坏值，剔除它；重新算平均值：；S″=8.93×10-5；S″C6=1.6×10-4无坏值，所以Δm=0.0001mm；六注意事项1、使用干涉仪时不要使工作台震动；2、切勿用手或其他物品触摸其光学表面；3、切勿正对着光学表面讲话。金属线胀系数的测量一、实验目的学习利用光杠杆法测量金属杆的线胀系数二、实验仪器控温式固体线胀系数测定仪（型号GXC-S）光杠杆尺读望远镜卷尺游标卡尺三、实验原理1）当温度升高时，一般固体中原子的热运动随固体温度的升高而加剧，把这种由于温度升高而引起固体中原子间平均距离增大，进而引起固体体积增大的现象称为固体的热膨胀。固体的热膨胀又可分为体膨胀和线膨胀，本实验主要研究线膨胀。otherstaffoftheCentre.Duringthewar,ZhuwastransferredbacktoJiangxi,andDirectorofthenewOfficeinJingdezhen,JiangxiCommitteeSecretary.Startingin1939servedasrecorderoftheWestNorthOrganization,SecretaryoftheSpecialCommitteeAfterthevictoryofthelongMarch,hehasbeentheNorthwestOfficeoftheFederationofStateenterprisesMinister,ShenmufuguSARmissions,DirectorofNingxiaCountypartyCommitteeSecretaryandrecorderoftheCountypartyCommitteeSecretary,Ministersand\n设Lt表示温度t时物体的长度，dL表示温度变化dt时物体长度的变化，定义…………………………………………（1）为物体在温度时的线胀系数，其物理意义是固体的温度每升高1ºC时的相对升长量。它不仅与物体的材料有关，还与温度有关。但是除了在物体熔点附近有很大的突变外，在其他温度范围内变化不大。因此，在远离固体熔点，而且温度变化范围不大时，可以引进一个平均线胀系数的概念，即……………………………………….（2）式中和分别为物体在温度和时的长度，是一个很小的量。当温度变化较大时，精密的测量表明和有关，经验公式为a+b+c2+………………………………………..（3）式中a、b、c、……是常量。一般固体材料的值很小，所以也很小，因此本实验成功的关键之一就是测准的问题，我们采用光杠杆法测量。图1在距光杠杆前约1—2米处放置望远镜R及标尺N。调节好望远镜后，可通过望远镜看到光杠杆的镜面内标尺的象。设望远镜中水平叉丝（或叉丝交点）对准标尺上的刻度为N0,如图1,当金属杆受热膨胀而伸长△L时，光杠杆后足随金属杆C向上移动。这时光杠杆的两个前足固定，于是平面镜绕前两足的水平轴线而转动θ角（实线为光杠杆原来的位置，虚线为转动后的位置），如图1所示。由图中可知：………………………………（4）式中H为光杠杆后足到前两足连线的距离。而这时望远镜中所看到的标尺象的刻度为，可以证明<。这就是利用光杠杆将θ角放大一倍。由图3—4可知：…………………………（5）由于变化很小，因此及亦很小，由（4）、（5）有：，可得：即……………………………（6）otherstaffoftheCentre.Duringthewar,ZhuwastransferredbacktoJiangxi,andDirectorofthenewOfficeinJingdezhen,JiangxiCommitteeSecretary.Startingin1939servedasrecorderoftheWestNorthOrganization,SecretaryoftheSpecialCommitteeAfterthevictoryofthelongMarch,hehasbeentheNorthwestOfficeoftheFederationofStateenterprisesMinister,ShenmufuguSARmissions,DirectorofNingxiaCountypartyCommitteeSecretaryandrecorderoftheCountypartyCommitteeSecretary,Ministersand\n可见，当H及D一定时，测得就可求得。由（4）式可知，，即比放大了倍，这就是利用光杠杆法进行微小长度变化测量的原理。将（6）式代入（2）式，可得=……………………………………（7）式中可以认为是一个常数，因此，当温度改变时，测出对应的望远镜中标尺读数的差值，就可用（5）式求得线胀系数。四、实验内容1.金属杆并用卷尺测量金属杆的长度；然后将金属杆插回套筒中，杆的下端要和基座紧密相连，上端露出筒外。2.光杠杆放在仪器平台上，其后足尖放在金属杆顶端的金属套上，光杠杆的镜面在铅直方向。在光杠杆前1.5~2.0m处放置望远镜及直尺（尺在铅直方向）。调节镜尺组让望远镜与直尺相对镜面成对称关系，调节望远镜的目镜使叉丝清晰，如图2，再调节望远镜使直尺的象进入望远镜中，如图3。读出叉丝横线（或交点）在直尺上的位置，如图3读数为0。图2图33.打开电源开关,按下预置开关，进入预置状态，轻触调节开关，调节预置温度，调节完毕后，按预置开关，退出预置状态，进入工作状态。4.当温度达到预置温度时要注意观察补偿开关是否亮了，若亮了则正常，由于温度是连续升温和降温，注意温度会升到某个温度点后，开始降温，当温度降到比预置温度高10度的位置时打开补偿开关并且顺时针旋到40V的位置进行补偿，当温度下降较慢时可认为系统供热和散热相对稳定，记下相对稳定的温度以及此时望远镜里直尺上的读数N0，之后关掉补偿开关重新预置，当温度到达时补偿，稳定时重新记录为N1,依此类推，直到测完规定的组数。预置温度的上限为100ºC。不过在预置温度较高时补偿量应当增加，即点，另外若温度无法达到前面所说的补偿位置就开始降温就要在开始降温时补偿，并且补偿量也应该稍大一些。5.停止加热，测出直尺到平面镜镜面间距离D，取下光杠杆，用游标卡尺测量后足尖到两前足尖中点的距离H。6.按（5）式求出金属的线胀系数，并求出测量结果的标准不确定度。otherstaffoftheCentre.Duringthewar,ZhuwastransferredbacktoJiangxi,andDirectorofthenewOfficeinJingdezhen,JiangxiCommitteeSecretary.Startingin1939servedasrecorderoftheWestNorthOrganization,SecretaryoftheSpecialCommitteeAfterthevictoryofthelongMarch,hehasbeentheNorthwestOfficeoftheFederationofStateenterprisesMinister,ShenmufuguSARmissions,DirectorofNingxiaCountypartyCommitteeSecretaryandrecorderoftheCountypartyCommitteeSecretary,Ministersand\n7.D可以不用直接读，只要读出刻度尺在叉丝中间的长线与两条短线中的任一条之间的读数，那么D=100。不过这时，这就造成不确定度的计算公式不一样而且后者要比前者大一点。后者要求叉丝不能歪。五、注意事项1.在测量过程中，要注意保持光杠杆及望远镜位置的稳定。2.系统断电后，再次测量前需重新预置。六、数据及处理1）数据金属杆的长度L=cm；竖直标尺至镜面的距离D=cm；光杠杆后足至前两足连线的垂直距离H=cm。表一、测标尺的读数N次数预置温度t(ºC)标尺上的读数Ni(cm)01234562)相对不确定度的计算a.b.c.六、思考题（1）两根材料相同，粗细长度不同的金属杆，在同样的温度变化范围内，线胀系数是逆时针旋一否相同？为什么？（2）根据实验的误差计算，分析和判断哪个量对实验的精密度影响最大？为什么？otherstaffoftheCentre.Duringthewar,ZhuwastransferredbacktoJiangxi,andDirectorofthenewOfficeinJingdezhen,JiangxiCommitteeSecretary.Startingin1939servedasrecorderoftheWestNorthOrganization,SecretaryoftheSpecialCommitteeAfterthevictoryofthelongMarch,hehasbeentheNorthwestOfficeoftheFederationofStateenterprisesMinister,ShenmufuguSARmissions,DirectorofNingxiaCountypartyCommitteeSecretaryandrecorderoftheCountypartyCommitteeSecretary,Ministersand