设计性实验基础知识

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1、 目 录 目 录 设计性实验基础知识 设计性实验基础知识 物理设计实验概述1 一设计实验的特点1 二实验设计程序1 三实验方案的制定原则2 四设计实验书写格式2 五实验设计举例3 力学实验（8603） 力学实验（8603） 转动惯量与杨氏模量的测定7 练习 1 刚体转动惯量的测量7 练习 2 杨氏模量的测定16 电一实验（8602） 电一实验（8602） 电表的改装与校准23 设计实验电路测定微安表的内阻28 电位差计的原理和使用34 电二实验（8601） 电二实验（8601） 电学元件伏安特性曲线的研究44 磁场测量48 近代实验（8503） 近代实验（8503） 迈克尔逊干涉仪的调整和使用

2、58 光电效应法测普朗克常数67 非平衡直流电桥72 实验一 非平衡直流电桥原理与应用72 实验二 非平衡直流电桥的设计与非线性电阻测量78 光学实验（8501） 光学实验（8501） 光设一 光学仪器的设计与组装86 光设二 折射率测量89 光设三 光波波长的测量92 光栅衍射95 光的等厚干涉及其应用99 GSZB 型光学平台 12 例实验106 实验举例一 自组显微镜107 实验举例二 自组望远镜109 实验举例三 自组带正像棱镜的望远镜110 实验举例四 杨氏双缝干涉111 实验举例五 菲涅尔双棱镜干涉112 实验举例六 菲涅尔双平面反射镜干涉113 实验举例七 劳埃德镜干涉114 实

3、验举例八 牛顿环装置115 实验举例九 夫郎和费单缝衍射116 实验举例十 夫郎和费园孔衍射117 实验举例十一 菲涅尔单缝衍射118 实验举例十二 光栅衍射118 仪器简介 仪器简介 AS2173D系列交流毫伏表使用说明书121 YB1630 系列函数信号发生器使用说明书124 FQJ型非平衡直流电桥使用说明书129 光设一 光学仪器的设计与组装 光设一 光学仪器的设计与组装 实验目的 实验目的 1学习光路及光学仪器的调整方法。 2学习设计与组装光学仪器的技能 3学习测试组装仪器的指标参数 实验基本原理 实验基本原理 1望远镜 1望远镜 由长焦距的物镜与短焦距的目镜组成。当观察无穷远处物体时

4、，望远物镜的像方焦点，和目镜的物方焦点重合。物体发出的光经过物镜后在物镜的像方焦平面上成一个倒立的缩小的实像，此实像虽然比原物小，但较原物大大接近了人眼，利用一目镜将此实像成像于穷远处，使视角放大。 1F2F视角放大率：() ()2112 tantan ff fyfyM=测量放大率：yyM =测其中，为物体高度，为从望远镜看到的像 yy 2显微镜 2显微镜 显微镜是由于观测近处的微小物体的（称组合放大镜） ，物镜焦距短，物体()经物镜后在目镜的焦点内成一放大实像yfuf22Fy，再经目镜成像于明视距离为。显微镜的视放大率y 21ffDM=。 其中，为明视距离，指在一般照明条件下正常人眼工作距离

5、为，为光学间隔，是物镜像方焦点和目镜的物方焦点之间的距离。测量放大率Dmm2501F2FyyM =。 3分光计 3分光计 它是一种典型的光学仪器，在光学实验中常用它测角度，从而得到光波长和材料折射率等。分光计主要由平行光管，望远镜，读数装置，载物台组成。 正常工作状态为：平行光管发出平行光（发射）作用于物体上，再反射或透镜出来，望远镜接收平行光，且平行光管与望远镜光轴平行且与仪器转轴垂直。 86主要技术指标 主要技术指标 1 放大倍率M； 2 镜筒长度（各元件位量，参数） ； 3 工作距离（物体与物镜距离） ； 4 分划板位量； 5 量程（测量范围） ； 6 焦距（目镜、物镜） ； 设计、调试

6、 设计、调试 方案设计： 方案设计： （1）根据课题要求设计实验方法：画出所装仪器光路及示意图，简述原理，并在图上标明各元件位置，计算及选择各元件的参数，如物镜和目镜的焦距（口径） ，磁力底座的数量和几维数，及所需元件测量范围。 （2）设计仪器安装与调整方法：如何确定目镜与物镜的位置，两透镜的光轴调整方法，仪器组装的方法与步骤。 （3）设计仪器参数测量方法：测量放大率及技术指标方法。 （4）并用组装仪器设计测量一物理量方法，步骤测量数据表格，结果表示。 2调试： 2调试： （1）掌握其光学平台，光学元件，平台附件的性能及使用方法。 （2）按设计方案确定镜头的焦距，调节目镜与物镜的位置。 （3）

7、按设计要求去安装、定位、调整各部件。 （4）调整仪器的光轴、光路、清晰度、视场范围、照度、测量范围。 设计性实验任务 设计性实验任务 1 设计课题： （三选一） 设计课题： （三选一） （1）装配一台简单的测量望远镜。给出实际指标参数，完成一物理量测量。 （2）装配一台简单的读数测量微镜，给出实际指标参数，完成给定物体的测量。 （3）装配一台简单的分光计，给出实际指标参数，完成角度的测量。 2 性能指标要求： 性能指标要求： （1）望远镜：放大倍数；工作范围53m；量程；分度值，给出测量mm10mm01. 0M精度，各部件定位位置，及总长度。 （2）显微镜：放大倍数，量程；分度值；写出测量26

8、mm10mm01. 0M精度；各部件位置87与筒长。 （3）分光计：测角（范围）量程；精度（最小分度）2o3；各部件定位参数与平行光管、望远镜筒。 3 已知条件： 已知条件： 显微镜筒长cmff24=+=目物；磁座宽度（SZ-04）为；透镜光心与磁座中心位置修正量约； 凸透镜有焦距、可选择。 cm5mm120mmf34=mm45mm50mm70mm190mm225mm3004实验仪器设备： 4实验仪器设备： 光学平台（GSZ-） ，溴钨灯，平面镜、微尺、二维架（SZ-07） （夹持透镜） 、二维平版架（SZ-18）升降调节座（SZ-03） ，通用底座（SZ-18） 、三维平移底座（SZ-01）

9、 、二维调节底座（SZ-02） 、三维调节架（SZ-16） （夹持透镜用） 。毫米尺（mmL30=） 、标尺（mL1=） 、X 轴旋转二维架、分束器。 设计步骤与要求： 设计步骤与要求： （1）选择题目（三选一） 。 （2）针对课题查阅资料，了解相关内容与知识，开展研究与讨论可在实验开放时去咨询。 （3）写出题目设计方案，并附有论证交老师审核。 （4）原则上方案通过后，按课号、组号、预定时间到实验室实施。组装、调节、测量、研究问题与实验工作，工作结束后有关测试原始数据交与教师签字，并整理归顺仪器，离开实验室时要在仪器设备使用本上签字。 （5）组装、调试、测试实验工作完成后，写出工作总结，在下次

10、实验时交与教师。 （6）如果测试工作不够理想，或某些问题还需研究，可将方案修改后再与教师预约时间继续实验。 （7）方案设计可按物理设计实验格式进行。 （8）实验工作总结： 初步（基本要求）可包含下列内容： （）画出仪器主意图，标明实际各部件位置参数，及修正值（有的话） 。 （）简要的实验过程及仪器调节状况，及测试数据（焦距确定方法） （）测试数据处理及结果表示。 （）实验结果分析：理论计算（设计）值与实际测量值比较。组装仪器与成品仪器比较。有条件的话，最好以论文形式小结，可参阅实验设计四（5）参考文献。 88光设二 折射率测量 光设二 折射率测量 实验目的 实验目的 1学习设计实验的的基本方法

11、。 2掌握常用光学仪器的调整和使用。 3了解常用折射率的测量方法，并学习测量准确度的评定。 实验基本原理 实验基本原理 折射率是透明材料的重要光学常数，它取决于材料光学性能及光的波长，对不同的光波有不同的折射率，通常所指的折射率是对钠光（）而言的，用表示，可用下式 oA5893Dnrinsinsin= （1） 测量，定义为 介电 =UCn （2） 透明材料存在形式有固体、液体、气体。固体常可做成许多形态，如：三棱镜（有等边、直角） ，矩形玻璃砖，凸透镜（球面） 。其测量方法也很多。光等边三棱镜就有 1）最小偏向角法；2）任意偏向角法；3）角入射法；4）极限法。 球形透镜 ()vfvfn=22（

12、3） 为凸薄透镜的像距，为该透镜焦距值，即可得到该透镜的折射率。 vfn而液体可有（1）干涉法：光程差nd2=（等厚干涉牛顿环） （2）衍射折射法：光栅衍射1sind=空气；2sind=液体实验装置与测量精度的选择 实验装置与测量精度的选择 1测角仪（也称分光计） ，有自准目镜的望远镜，平行光管，刻度盘与读数系统组成，最小分度值达1，测量角度的实验方案可采用。它测量精度高，仪器调整较繁琐，运用范围广、量程大。 2测量显微镜（卧式显微镜） 精度有，化角度为长度测量，有效位数少于分光计，光路调节不复杂。 mm01. 03光学平台+钠光： 89自组装仪器（望远镜、平行光管）测量，且把角度化为长度测量，精度有限，测量范围受限制。 4光学平台+氦氖激光器，光路简捷、直观、可做为测