物理实验4简介

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1、物理实验 4 物理仿真实验 8-1 物理实验4简介物理实验 4课程以仿真实验形式开出。物理仿真实验通过计算机把实验设 备、教学内容、教师指导和学生的操作有机的融为一体。其对实验环境的模拟， 可加强大家对实验的物理思想和方法、仪器的结构和原理的理解和对仪器功能 和使用方法的训练，培养大家的设计思考能力和比较判断能力，以达到学习实 验技能，深化物理知识的目的。 我们选用的是由中国科学技术大学研制、高等教育出版社出版的大学物 理仿真实验教学软件。 第一部分有 20个实验，项目为：凯特摆测重力加速度、核磁共振、测螺线 磁场、检流计、单透镜实验、分光计、氢氘光谱的测量及阿贝比长仪、氢氘光 谱的拍摄、G-

2、M 计数管特性研究、热敏电阻、夫兰克-赫兹实验、塞曼效应、偏 振光的研究、光电效应、能谱、电子自旋共振、示波器、法布里-泊罗标准具、 真空实验、油滴实验。还包括实验报告及习题库部分。 第二部分有22个实验项目，分别为：绪论、测量误差及数据处理、力热学 基本测量仪器、单摆测重力加速度、霍尔效应、居里温度点测定、空气比热容 比的测定、交流电桥及介电常数测量、电子荷质比的测量、杨氏模量测量、测 量金属导热系数、迈克尔逊干涉仪、测动态磁滞回线、测固体的热膨胀系数、 双臂电桥测低电阻、超声波测声速、气垫上的直线运动、碰撞和动量守恒、光 学设计实验、整流电路、温度设计、R-C电路实验。 第三部分有13个实

3、验项目，分别为：动态法测杨氏模量、傅里叶光学、高 温超导、交变场测介电常数、扭秤法测万有引力常数、喇曼光谱、偏振光、 透射电子显微镜、受迫振动、牛顿环法测曲率半径、刚体转动惯量、良导体热 导率的动态法测量、扫描隧道显微镜（STM） 。 这套软件在强调对实验环境的整体模拟的同时，仪器的关键部位可拆卸， 可解剖进行调整，并且实现了对仪器各种指标和内部结构动作的实时观察。通 过仿真实验大家可以对实验建立起直观感性的认识。仿真实验对实验的历史背 景和意义、现代应用等方面都作了介绍，对实验的相关理论进行了演示和讲解， 这些都将扩大和加深同学对实验的理解和认识。 随着时代的发展，科技进步对教育提出越来越高

4、的要求，特别是对人才的 创新思维和实践能力的培养趋向个性化，需要比普通公共教学占用更多的教学 资源。在目前的物理实验教学中，由于实验仪器复杂、精密与昂贵，往往不能 允许学生自行设计实验参数、反复调整仪器。大学物理仿真实验可在相当程度 上弥补实验教学上这方面的缺陷。希望仿真实验能够为你学习物理实验知识、 方法和技能提供帮助！物理实验 4 物理仿真实验 8-2 一、实验内容 本学期物理实验 4课程须完成如下十个实验项目，并撰写实验报告： 大学物理仿真实验 V2.0 第一部分 氢氘光谱的拍摄 氢氘光谱的测量及阿贝比长仪、 能谱 塞曼效应 电子自旋共振 大学物理仿真实验 V2.0 第三部分 动态法测杨

5、氏模量 高温超导 扭秤法测万有引力常数 喇曼光谱 扫描隧道显微镜(STM) 二、实验要求及注意事项 实验前要查阅与要做实验相关的理论及实验知识，实验中先要认真阅读仿 真系统中自带的实验简介、原理、仪器等内容，做完后按照实验要求认真完成 实验报告。 三、实验报告要求 实验报告就包含：实验项目名称，实验目的，数据处理与实验结果（用表 格呈现，有实验数据记录及结果；有图的，需另外给出图及图的名称） 。 提交的报告： 手写及打印均可。 四、实验成绩平时成绩：20%，报告成绩：30%，笔试成绩：50%物理实验 4 物理仿真实验 8-3 氢氘光谱的拍摄 将已知波长的铁谱线与未知波长的谱线拍在同一张底片上，

6、用内插法可推 知未知谱线的波长。 实验操作提示： 在主窗口中用鼠标指向各仪器主要部件时，会出现相应的提示信息。 1. 单击“透镜及透射光阑” ，在光阑盘上单击鼠标左键或右键，选择正确的光 阑（本实验选用与圆光阑相邻的宽矩形光阑。如果光阑选择不正确则无法进行 下一步电极架的调节） 。 2. 单击“电极架”，调节 5个按钮，使观察窗内电极的投影间隙略宽于光阑缝、 位于同一垂直线内且在水平方向居于光阑缝的中央。通过切换视角可调节在另 一方向观察时的电极位置。 3.“哈特曼光阑” ，在哈特曼光 阑上单击鼠标左键或右键，可 选择哈特曼光阑。在其它地方 单击鼠标右键，则弹出滤色镜 选项，可选择所用滤色镜。

7、 采用哈特曼光阑，可多次曝光 而不影响各排谱线的相对位置。哈特曼光阑的作用如右图。 4. 制定摄谱计划 摄谱要先制订摄谱计划（即拍摄步骤） ，才能进行拍摄。 （1）栅位选择，实验采用一级光谱拍摄氢氘光谱，为了拍摄前四条氢氘巴尔末 线系的光谱（656.2nm400.0nm） ，需要转动光栅，选择两个光栅转角分段拍摄 不同范围的光谱。单击“光栅转角调整”，用鼠标拖动底片，粗调光栅转角，在 转轮上单击鼠标左键或右键，可细调光栅转角。调节光栅使胶片能够覆盖所摄 谱线，记录此时的光栅角度将其列入摄谱计划即可。 （2）滤色镜的选择，由光栅方程 d (sini + sin) = k 可知，一级衍射光谱和二

8、级、三级的光谱重叠，即 1 600nm = 2 300nm = 3 200nm 一级光谱的 600nm 和二级光谱的 300nm，三级光谱的 200nm 重叠。光谱的重叠往往会造成 读谱的困难，因此在拍摄 Fe 谱时必须加光谱滤色镜，以便滤掉干扰波段。应 选何种滤波片计算后确定。 （3）曝光时间的选择，由于各种元素或同位素的各条光谱强度有很大差别，为 使每条谱线都有便于观察的像，应使用不同的曝光时间分别拍摄，具体时间请 查阅相关资料。 （4）单击“拍摄光屏”，起动电子表，在所摄光谱选择框内选择与当前步骤一致 的谱线，调整板移，使其处于合适的位置，按电子表的“Start”开始拍摄。拍摄 Fe F

9、e H D 哈 特 曼 光 阑 狭缝 哈特曼光阑的作用物理实验 4 物理仿真实验 8-4 完一条谱线后，用“ Reset”重置电子表。 （5）单击“拍摄新光谱”，可将当前拍摄光谱结果记录下来，并重置摄谱计划。 （6）单击“拍摄记录”，可查看最近几次拍摄的谱片记录。 实验要求：本实验要求提交拍摄计划的表格，并拍摄二张底片，即两个光栅转 角对应两张底片，每一张底片的最上方和最下方是相同的铁光谱，中间是未知 波长的氢氘谱线。 将摄谱计划表格和对应的光谱拍摄结果截图粘贴于实验报告上。 （在本课程中，当需要计算机屏幕的结果图时，可按键盘上的屏幕拷贝，把得 到的图象拷进本机操作系统的附件画图中进行剪裁等处

10、理。 ） 氢氘光谱测量及阿贝比长仪 仪器简介： 1 阿贝比长仪的原理与结构 阿贝比长仪由两个固定在一起的显微镜对线显微镜和读数显微镜组成，用 于精确测量两点之间的距离。由于两个显微镜紧紧固定在一起，所以当移动其 中一个显微镜时，另一个也获得相同的位移。这样我们在对线显微镜中每确定 一个点或一条线就把此时的读数显微镜的所示值记录下来，这些数据的差值就 反应了与其相对应的点或线之间的距离。 阿贝比长仪有一个工作平台，可以呈水平状态，也可呈 45 度倾斜状态。 工作平台的锁紧螺钉松开时，可沿钢梁纵向平移，螺钉锁紧后，转动手轮可驱 使平台横向移动。仪器中间为固定支架，左侧为“对谱”系统（对线系统） ，

11、右侧 为“读数”系统，两系统的显微镜用固定于支架上的防热钢板连成一体。对谱系 统由对线显微镜、采光反射镜、看谱孔、谱板压紧弹簧和谱板纵向移动装置等 组成。读数系统由读数显微镜、采光反射镜、嵌在平台右侧的 200 毫米长的精 密玻璃毫米尺等组成。 2 阿贝比长仪的读数方法 如右图所示为读数显微镜视场，旋转螺钉可使 圆刻度尺（分为 100 格）从小到大或由大到小 （实验时由鼠标控制）旋转，使在阿基米德螺线范 围内的毫米刻度尺刻度线落在阿基米德双线之间， 这时即可读数。图中所示读数读法如下：毫米刻度 尺读数为 46mm 、 1/10 毫米分划板上的示值读 为 0.2mm ，分划板的箭头所指圆刻度盘上

12、的示值 读数为 0.0632 mm ，其中最后一位为估读值，所 以结果读数为： 46.2632mm 阿贝比长仪读数显微镜视场物理实验 4 物理仿真实验 8-5 实验操作提示： 1每一个主量子数所给的底片中有四条谱线,两条波长已知的标准铁谱线(红色), 和一条氢谱线,一条氘谱线。 2对每一个主量子数的“调零”操作只进行一次，目的是让第一条标准铁谱线 的读数为一整数，方便计算。 （可在调零操作以前，先用读数显微镜的读数手轮 把读数显微镜视野的圆形标尺读数先调为零） 。首先单击“读数手轮”使圆刻度 盘上的示值为零。然后单击“锁紧螺钉” ，使其处于松开状态。选择“调零手轮” 进行调节，使毫米刻度尺上的

13、整刻度位置与 1/10 毫米分划板上的零刻度位置重 合。最后单击“锁紧螺钉” ，使其处于锁紧状态。 实验要求：对 n=3,4,5,6 求其里德堡常数。最后给出氢氘的里德堡常数。 能谱 实验操作提示： 1 在实验中，除选择合适的“工作选择”和“时间选择”外，要打开线性率 表开关，调节放大倍数，使线性率表中Cs137的峰位接近中间位置才能满足实 验要求。 2仪器调节完成后，双击仪器上方的黄色标题栏，关闭仪器，返回实验台面。 在主菜单上选择“开始实验”，如果仪器调节正确，将弹出数据表格，继续以 下实验步骤，否则，系统将给出相应提示并弹出仪器，请继续调节。 3单击定标器上的计数按钮，开始计数。计数完毕

14、，定标器自动停止，在实验 数据表格中单击“记录数据”按钮，将此数据记录，单击“能谱图”，可观察 描点。若对本次数据不满意，单击“清除数据”按钮，重新操作。 4调节阈值从 0开始每次增加 0.2伏直至 8.6伏实验结束，以表格形式记录数 据，并截取能谱图粘贴于实验报告上。可用本实验所提供的“数据表格” ，这样 可以由软件自动画出能谱图（屏幕拷贝） ，但需另用纸张记录数据，为完成实验 报告提供数据表格。 实验要求：在能谱图上标出137Cs和60Co的光电峰所处位置的阈值电压。 塞曼效应 实验操作提示： 1. 垂直磁场方向观察塞曼分裂 （1）鉴别两种偏振光的成分。要求描述实验现象并解释。 （2）观察

15、塞曼裂距变化物理实验 4 物理仿真实验 8-6 当磁场电流由小增大时，第 K+1 级与第 K 级的 谱线发生重叠，而分别 显现 5条，4条，3条，4条，5条 线时的电流，查表得到相应的磁场 大小（列出表格） 。 2平行磁场方向观察塞曼分裂 观察圆偏振光，描述现象并解释。 实验要求：实验结果需包含（1）鉴别成分和成分的方法（2）观察第 k 级圆环和第 k+1 级圆环的 成分重叠情况（3）鉴别谱线的左旋和右旋圆偏 振光。这三部分内容分别截图说明。 电子自旋共振 实验操作提示： 1本实验有两项内容。内容一是“用内扫法观察电子自旋现象” ，只观察，不 用进行实验数据的记录。内容二是“测DPPH中的g因

16、子及地磁场的垂直分量” 。 选内容一时不需安装线路就可进入实验平台，选内容二时必须连接实验线路且 正确后再进入实验平台。 2注意实验中所用的毫安表所用量程为500mA。点击双刀双掷闸刀表面，其状 态可在正接、反接和断开间转换。 3在得到一组实验数据之后，可以右击操作平台，选择“记录实验数据”项， 可记录实验中得到的电流值、频率值和开关的倒向。完成实验 “退出实验”后， 可在实验界面（注意，此时为你首次进入的该实验的文字界面，千万不要退出 本实验了）上选择“数据处理”找到所测数据。 在固定电流，测频率中，电流取值145mA和158mA时，尤其是158mA，可以在 此值附近即可。可再选200mA做一次。 4本实验计算公式有误。 ， ， 匝/cm cos 10 4 7 0 nI B 869 . 0 cos 8 . 70 n1 24 10 26173 . 9 T J B 固定频率，测电流：， ) ( 2 02 01 B B h g B