北航物理实验指导

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1、基础物理实验指导基础物理实验学习指导编编 辑辑: :机械工程及自动化学院分团委学生会学习部策划编辑策划编辑: :陈 帅责任编辑责任编辑: :李 峥封面设计封面设计: :刘秀成责任绘图责任绘图: :李 峥、陈 帅责任校对责任校对: :李 峥排排 版版: :陈 帅SEMASEMA 学生会执委会邮箱学生会执委会邮箱: :buaa007_SEMASEMA 学生会常代会邮箱学生会常代会邮箱: :buaa007_CONTENTS一 单量程三用表的设计与校准.- 1 -二 伏安法的应用-波尔兹曼常数的测定.- 3 -三 补偿法的应用.- 4 -四 非平衡电桥的应用（自组热敏电阻温度计）.- 6 -五 分光仪

2、的使用（角度法测折射率）.- 7 -六 分光仪的使用(测定闪耀光栅的空间频率)- 9 -七 光的偏振.- 10 -八 迈克尔逊干涉仪的应用.- 12 -基础物理实验学习指导综合实验汇编- 1 -专题：综合实验汇编专题：综合实验汇编一一 单量程三用表的设计与校准单量程三用表的设计与校准一、实验目的：参照课本 P107二、实验设备：三、实验原理：1、 毫安表改装：分流作用sR；2 .1010200102001050033s sRR内阻10500SARr2、 伏特表改装：分压作用HR500490510103AHrHHA rRrRVRr3、 欧姆表改装： 11213. 85001205000000RR

3、 IRRERRRgx四、实验步骤：（一）毫安表校准：1、 按图 4 连接电路，、为电阻箱sRnR置于最左端pnS RRRVE 4002 .105 . 3电流表选档mA1502、 接通电路，将调至中段,然后调节使电流表示数为pRnRmA103、 微调使表头满偏(此过程中电流表可能有微小变化,反复调节与，直至同时满sRnRsR足 2、3 条件)，记下值。sR基础物理实验学习指导综合实验汇编- 2 -4、 增大，测出 11 组、，并记录数据。 （为方便作图，调分别使nRxI标InR为，）xImA0mAmA101L（二）伏特表校准：1、 在图 1 的基础上，按图 5 连接线路、为变阻箱，为滑线变阻器。

4、sRHRpR490,6HRVE电压表接 07.5V 档，位于左端。pR2、 合上 K，调节使电压表示数为 5V。pR3、 微调使满偏， （若电压表有改变，需重调，直至条件 2、3 同时满足） ，记录HRxVpR值。HR4、 调节测出 11 组、，记录数据。 （可取为 0，0.5V，1V5V）pRxV标VxV（三）欧姆表校准1、 按图 6 连接线路，、为电阻箱，sRpR112,13. 8,5 . 10pRRVE2、 合上 K，调使表头半偏；短接 1、2，调节 R 使表头满偏。0R3、 反复以上两步，逐次逼近，直至两个条件同时满足。五、数据处理： 1、 毫安表校准：i1211mAIx/mAI/标m

5、AI /在坐标纸上以为纵坐标，为横坐标描点，用折线连接。IxI2、 伏安表校准：i1211V/xUV/标U基础物理实验学习指导综合实验汇编- 3 -V/U在坐标上以为纵坐标，为横坐标描点，用折线连接。UxU二二 伏安法的应用伏安法的应用-波尔兹曼常数的测定波尔兹曼常数的测定一、实验目的用伏安法测 pn 正向电流电压关系，并由此测出波尔兹曼常数。二、实验设备（p109）三、实验原理1、 半导体 pn 结理论指出：pn 结正向电流电压关系满足 I=Io(exp（eU/kT)1） 。U 为 pn 结正向电压降，I 是正向电流，T 为热力学温度，e 是电子电荷，k 是波尔兹曼常数。T，e 已知，所以只

6、须测得 I-U 关系，即得 k。实际测量中，上述关系简化成I=Ioexp(eU/kT)，即 I-U 满足字数关系。2、 实验中采用结成共基极方式的三极管是为了减小和避免普通极管存在复合电流和表面电流的影响。 3、 实验测量中，电压由 4 1/2 位数字电压表测出，而集电极电流需通过运算放大器组成的电流电压交换器来充当（如下图） 。ARfV2V-V+I -+当闭环时 V=V+；运放输出端不取电流。于是 IRf=V2，自需测出 V2，即得 I。四、实验步骤1.如下图连线，图中为 100 变位器，R 为金属膜电阻，大小可调。Rf-+ecbR2VRfm+12V-12Vn2. 初始时将和 R 初值均调到

7、最大，测量 m，n 两结点间的电压，记为 U1，同时Rf测出 b，e 间电压，记为 U2，作为一组数据。基础物理实验学习指导综合实验汇编- 4 -3. 调节 R 的大小，重复 2 的步骤，在记录第二组数据，共测十组。4. 实验后整理仪器。五、数据处理本实验采用一元线性回归法来处理数据（U1，U2 均取绝对值） 。由 I=IoExp（eU/kT） ，I=V2/得RfU1/=IoExp（eU2/kT）,两边取对数得RfU1=*Io+eU2/kTRf取 U1=y，U2=x。则 b=e/kT 利用线性公式求的 b。T=273.15K，e=1.6E-19C。k=bT/e，k 可得。三三 补偿法的应用补偿

8、法的应用一、实验原理E1/,而 IE,则 I1/.(详细见书)r2r2二、实验步骤你在实验室中会见到三个电阻箱，一个电压表，一个表头，一个电位计还有开关和电源。进入实验室后，老师就不允许看书了，此时会发给你一张试验报告纸，要求你把各个参数先设计出来，以及所要用到的电路图（就是本书中的两个） ，关于参数求得的公式也要提供给老师，写完后感觉没问题就给老师检查，老师看后才会让你做实验。实验前要检查的参数设计：三个量程电流表所对应的各个变阻箱的值。变阻箱的设计3R见 2 步。而的设计见 3（1）步。和2RR1关于可行性安全性和准确度分析：基础物理实验学习指导综合实验汇编- 5 -安全性：实验点压均很小

9、，不会造成伤害。滑线变阻器由大到小调节，电流表量程也应由大到小量程试测。一包仪表安全。并且加在光电二极管的电压不可太大。否则击穿二极管。可行性：断开和关闭开关 K，又电流补偿原理可知，此时改装后的电流表读数即为光电流。准确度分析：电表的误差限=，为量程，a为电表等baNmNm级。从而算出 I，r，的 B 类不确定度。ub3b r21对于此步骤，我问过我所知道的做过这个实验的同学，都没有要求此步。所以大家不必花时间在这儿，仔细看看实验步骤就好！1、 微安表内阻的测量老师一般给出值，约 3.3K，量程 50A。万一没给可用伏安法测一下。2、 把微安表改装成多量程安培表（用电阻箱并联）一般用到三个量

10、程：0.75MA,1.5MA,3MA。根据安培表内阻设计变阻箱阻值（按上述量程，对应理论阻值为 235.7，120，55） ，R=1/(x50A)13.3k (x 为最大量程)。3、 校正安培表：这是最花时间的一步。必须把三个量程都校正好才能开始下一步。电源的 1.5 伏会有偏差，因此以伏特表读数为准。I max 为最大量程的值。补偿法的要求是令补偿法的要求是令 I 为为 0。（1）调整 R1,R2，R21.5vI max，R1 与改装的电流表两者的电压之和是 1.5V，所以 R11.5IR（其中 R 为电流表的电阻）（2）伏特表读数不会变，应此 R2 不要动，I max 不变。再调整 R1，

11、使得开关合上时，安培表的值不变。此时达到补偿。 （即 I 为 0）（3）调整 R3，令安培表满偏，完毕。（4）把三个量程都校正好，记下三个量程下 R3 的值，以便测量时换量程用。此时将校准好的电流表给老师检查，老师会要求你跳到某个量程下进行检查。（5）测量过程（注意电池极性，不能接反）1)光电池放在一米长导轨上，每隔一段距离R 测一次。从靠近到远离，前面一段比后面要隔的密些。测量距离大概在 20 到 100 厘米。2)调整 Rp，使得开基础物理实验学习指导综合实验汇编- 6 -关闭合时安培表读数不变。此时读数即为光电流。3)测十组左右，量程不够时及时换 R3（电流值若低于 1/2 量程，也得换

12、小一级的量程） 。4)记录表（老师要求 I 记为格数，计算时再换成安培）R（CM）I(格数)1/ R6、数据处理一元线性回归算 r1 验证 I1/R。公式要记住！若 r 大于 1，可能是有效数字太多（或太少）若没时间，据说可以用画图法，直线过原点来验证。 （佛祖保佑你！）实验室提供专门的计算器，能直接算出 a,b,r，附说明书（讲的很清楚） ，只要前面作的比较顺的话就没问题，时间上还是差不多能做完的。只不过还是建议预先找一台型号相似的学习一下，以备时间不够之需。市面上有许多类似的二维计算器，实验室是卡西欧的二维计算器。注意事项：大家连电路图时一定保持清醒的头脑，线路要清晰。三、选做实验在光电池

13、上串联一个大电阻，重新测量。选做实验就直接在上串接一个好像是 1.3 千欧的电阻，此步要用到坐标纸（大家千万别忘了带）此时画出的曲线不是直线（大家要相信自己的实验结果） 。时间可能有点紧，大家还是尽可能节省前面的实验时间。顺便提一下老师的打分。你会有操作分和报告分，各 100。你做得越快越对，操作分越高（老师会设几个检查的步骤，你每次都第一个完成而且作对的话肯定有 95 分以上）尽量不要问老师问题，除非真的不懂。报告分包括 15 分的选作实验报告。本实验还要求写实验前报告，要求把实验步骤和参数设计写下来，然后才开始做实验四四 非平衡电桥的应用（自组热敏电阻温度计）非平衡电桥的应用（自组热敏电阻

14、温度计）一、利用平衡电桥原理，测量 Rt 与温度的关系:1、如图连接电路。为电阻箱，为热敏电阻。kRR2 . 1431RtR基础物理实验学习指导综合实验汇编- 7 -2、加热，不断调节使充当检流计的微安表示数为 0。温度每上升，tR1RC10o测一次相应的值（事1R先要查出欲测热敏电阻温度所对应的铂电阻阻值） ，则，共测 610 组数据（最后一组数据温度最好达到或超过） ，从而得出1RRtC100o与温度 t 的关系。tR二、数据处理：用一元线性回归法求出=（t）的表达式：tRtR=,=。令 y=,x=,则可化为 y=c+kx 的形式，其中tRtb aetRlntba/lntRlnt /1c=

15、,k=b。用一元线性回归法求出 k,c 和相关系数 r。于是=，b=k，进而求得=alnacetR（t）的表达式。tR三、利用非平衡电桥给自组温度计定标：1、 利用=（t）的表达式求出（） 、（）（） 。tRtRtRC0otRC10otRC100o2、 将电路中的热敏电阻换为电阻箱，调节，使=（） ，调节，使tR5R1R1RtRC0o5R=（） 。调节使微安表满偏。5RtRC100opR3、 调节，使=（） 、（）（） ，读出相应的微安表读5R5RtRC90otRC80otRC10o数 I 值。4、 若实验室有要求，可根据各个 I 值作出 I-t 曲线。基础物理实验学习指导综合实验汇编- 8 -五五 分光仪的使用（角度法测折射率）分光仪的使用（角度法测折射率）一、实验目的（p112）二、实验设备（p113）三、实验原理1、 如图 281 所示，三角形 ABC 为一三棱镜的横截面，其中 AB，AC 是两个光学面，BC