大学物理创新实验讲义II
实验一发光材料的热释光光谱测量
一、实验目的
1、掌握热释光三维发光谱的测量方法；
2、采用热释光三维光谱法分析发光材料的发光特性；
3、采用高温固相法合成发光材料，分析杂质和缺陷在发光材料中的作用。
二、实验原理
1、热释光现象和理论模型
热释光（thermoluminescence，简称TL）现象是吸收了电离辐射能的半导体或绝缘体受热发光的现象，很多晶体、玻璃、陶瓷和有机化合物都存在热释光现象，在三千多种矿石中，有四分之三的矿石可显示出热释光的性质。由于热释光强度与物质所吸收的辐射剂量存在一定关系，以这一关系为基础的热释光剂量学，已经广泛地应用于辐射防护、辐射治疗、环境监测、考古学和地质测年学等诸多领域。
根据能带论，固体中电子的能级分成若干个能带。能量最高的容许带是导带，导带之下隔着一个禁带是价电子带。当固体中含有杂质时，在禁带中将出现分立的能级。一般情况下，绝缘体未被辐射源照射以前，导带是没有自由电子的，价带及其以下各容许带均被电子填满。在晶体中加入正离子激活剂可以在禁带形成俘获电子的能级，加入负离子激活剂则可能在禁带形成俘获空穴的能级。如果电子或空穴在这些能级上的寿命较长，则称这些亚稳态能级为俘获中心或陷阱。晶体中的杂质、位错、空位、间隙原子和表面缺陷等均可形成俘获中心。负离子空位或过剩的正离子的电子能级降低，在禁带中靠近导带处出现了能俘获电子的能级。一般情况下，在基态时该能级和导带一样是空的。正离子空位或过剩的负离
子的电子能级升高，在禁带中靠近价电子带处出现了分立的能级。这些能级是从价带中分离出来的，是空穴的俘获中心。晶体中的自由电子、空穴和激子均可通过多种方式被俘获到这些能级。在碱金属的卤化物中俘获了电子的负离子空位称为F 心，俘获了空穴的陷阱称为H 心。如果陷阱能级较深，则处于俘获中心的电子或空穴自发跃迁几率很小，可能长期处于陷阱中。有选择地加入激活剂，可以控制晶体中俘获中心的浓度、能级深度和寿命。电离辐射使固体（包括晶体、玻璃和塑料等）中能级或能带的填充情况发生的持久变化，可通过热激发、光激发、热电导和热电子发射等多种方式进行测量，用以测定吸收剂量。
(a) (b)
图1-1热释光电子跃迁过程的能级图
图1-1给出了热释光电子跃迁过程的简化能级示意图。电离辐射作用于磷光体时，导致足够能量传递给价带中的电子，电离后的电子跃迁至导带，同时在价带中形成空穴，(见图1-1(a)中过程δ)。电子和空穴分别以不同的几率被禁带中两
类不同电性的陷阱俘获，形成俘获中心和复合中心 (如图1-1(a)中的H 和A)。
对辐照过的固体加热时，能量传递给陷阱中的电子，较浅的俘获能级中的电子在较低的加热温度下就释放了，而较深陷阱中的的电子要在较高的加热温度下才释放。释放出来的电子可能被激发至导带（图1-1(b)中α过程），然后，可能被再俘获（图1-1(b)中β过程），或者与不同的复合中心复合发光（图1-1(b)中过程δ）；这些电子也可能跃迁到陷阱H 的激发态H ，然后发生再俘获或与不同的复合中心结合，释放出光子。此外，也存在受激电子退激时不发光的可能性。
2、 热释光－光释光三维光谱仪
价带
热释光和光释光的三维发光谱，即包含温度（或衰退时间）和波长与发光强度的三维图谱的测定有助于识别发光中心的类型和了解相关的缺陷结构，为热释光和光释光的发光机制研究提供新的参数。因此，热释光和光释光发光谱的三维测量系统成为热释光和光释光研究的重要手段
热释光－光释光三维光谱仪结构
我们研制的热释光－光释光三维光谱仪结构示意图如图3-1。主要由以下功能块组成：
3、 高温固相合成法
高温固相合成是指在高温（600~1500℃）下，固体界面间经过接触，反应，成核，晶体生长反应而生成一大批复合氧化物，如含氧酸盐类、二元或多元陶瓷化合物等。高温固相法是一种传统的制粉工艺，虽然有其固有的缺点，如能耗大、效率低、粉体不够细、易混入杂质等，由于该法制备的粉体颗粒无团聚、填充性好、成本低、产量大、制备工艺简单等优点，迄今仍是常用的方法。
CCD
探测器 微机接口
（ADC 、主控电路） 光
栅
样品 样品室
光电倍
增管
（PMT ） 高压
电源 计算机
加热器
步进电机 激发光源
滤光片 光纤 狭缝 图3-1 热释光－光释光光谱仪结构框图
示例：掺杂稀土的硫酸盐磷光体的热释光发光谱
图4-4(a) MgSO 4:Tm 的热释光发光谱
MgSO 4:Tm （0.1mol%）热处理温度为900℃，经90Sr β射线辐照100Gy 以后的三维热释光发光谱如图4-4所示。可以看到，MgSO 4掺入Tm 之后，相对于MgSO 4热释光强度有了明显的增加，主要有4个剂量峰，分别位于140℃、200℃、260℃和360℃左右。光谱中发光波长位于362nm 、455nm 、470nm 、655nm 和750nm 。
300400500600700800
Wavelength (nm)0
100
200
300400
T e m p e r a t u r e (o C
)
图4-4(b) MgSO 4:Tm 的热释光发光谱的等高线图
CaSO 4:Tm （0.1mol%）热处理温度为600℃，经90Sr β射线辐照100Gy 以后的三维热释光发光谱如图4-5所示。可以看到，CaSO 4主要的剂量峰位于230℃，还有几个较弱的发光峰分别位于120℃、370℃左右。主要的发光波长和MgSO 4:Tm 相同。
图4-5 CaSO4:Tm的热释光发光谱
SrSO4:Tm（0.1mol%）热处理温度为900℃，经90Srβ射线辐照100Gy以后的三维热释光发光谱如图4-6所示。可以看到，SrSO4主要的剂量峰位于230℃，还有几个较弱的发光峰分别位于120℃、180℃、220℃和440℃左右。主要的发光波长和MgSO4:Tm和CaSO4:Tm相同。上述三种硫酸盐掺Tm的磷光体，从发光峰温和灵敏度来看，CaSO4:Tm是比较好的材料。
图4-6 SrSO4:Tm的热释光发光谱
MgSO4:Dy（0.1mol%）热处理温度为900℃，经90Srβ射线辐照100Gy以后的三维热释光发光谱如图4-7所示。可以看到，MgSO4掺入Dy之后，相对于MgSO4热释光强度有了明显的增加，主要有4个剂量峰，分别位于140℃、200℃、260℃和360℃左右。光谱中发光波长位于480nm、575nm、660nm和750nm。
图4-7(a) MgSO 4:Dy 的热释光发光谱
图4-7(b) MgSO 4:Dy 的热释光发光谱
CaSO 4:Dy （0.1mol%）热处理温度为600℃，经90Sr β射线辐照100Gy 以后的三维热释光发光谱如图4-8所示。可以看到，CaSO 4主要的剂量峰位于230℃，还有几个较弱的发光峰分别位于120℃、230℃和370℃左右。主要的发光波长和MgSO 4:Dy 相同。
300400500600700800
Wavelength (nm)0
100
200
300
400
T e m p e r a t u r e (o C
)
图4-8 CaSO4:Dy的热释光发光谱
SrSO4:Dy（0.1mol%）热处理温度为900℃，经90Srβ射线辐照100Gy以后的三维热释光发光谱如图4-9所示。可以看到，SrSO4主要的剂量峰位于230℃，还有几个较弱的发光峰分别位于120℃、180℃、220℃和440℃左右。主要的发光波长和MgSO4:Dy及CaSO4:Dy相同。与掺Tm的硫酸盐类似，CaSO4:Dy是三者之中发光峰温和灵敏度最好的一种。
100Gy
图4-9 SrSO4:Dy的热释光发光谱
三、实验步骤（略）
实验二闪烁探头的研制与测试
一、实验目的
1、掌握闪烁体探测器的原理；
2、掌握闪烁体探测器的结构；
3、研制闪烁体探测器，并采用γ放射源进行测试。
二、实验原理
1、闪烁体
主要由闪烁体、光的收集部件和光电转换器件组成的辐射探测器。当粒子进入闪烁体时，闪烁体的原子或分子受激而产生荧光。利用光导和反射体等光的收集部件使荧光尽量多地射到光电转换器件的光敏层上并打出光电子。这些光电子可直接或经过倍增后，由输出级收集而形成电脉冲。早在1903年就有人发现α粒子照射在硫化锌粉末上可产生荧光的现象。但是，直到1947年，将光电倍增管与闪烁体结合起来后才制成现代的闪烁探测器。很多物质都可以在粒子入射后而受激发光，因此闪烁体的种类很多，可以是固体、液体或气体。
有机闪烁体
编辑
有机闪烁体大多属于苯环结构的芳香族碳氢化合物，其发光机制主要由于分子本身从激发态回到基态的跃迁。同无机晶体一样，有机闪烁体也有两个发光成分,荧光过程小于1纳秒。有机闪烁体又可分为有机晶体闪烁体、液体闪烁体和塑料闪烁体。有机晶体主要有蒽、茋、萘等，具有比较高的荧光效率，但体积不易做得很大。液体闪烁体和塑料闪烁体可看作是一个类型，都是由溶剂、溶质和波长转换剂三部分组成，所不同的只是塑料闪烁体的溶剂在常温下为固态。还可将被测放射性样品溶于液体闪烁体内，这种“无窗”的探测器能有效地探测能量很低的射线。液体和塑料闪烁体还有易于制成各种不同形状和大小的优点。塑料闪烁体还可以制成光导纤维，便于在各种几何条件下与光电器件耦合。
2、光电转换器
编辑
光电转换器件一般采用光电管与光电倍增管。但是，后出现的半导体光电器件，具有高的量子转换效率和低功耗，便于闪烁探测器的微型化和提高空间分辨率。已有人研制成闪烁体与光电器件均用半导体材料组成的单片集成化的闪烁探测器。
利用光电倍增管倍增系统所做成的电子倍增器，也可单独用来探测辐射。将分立的二次级改为连续的二次级后，形成通道型电子倍增器。微型化的通道型电子倍增器──微通道板可以做到在1c㎡面积上具有几十万个微通道。用微通道板作为电子倍增系统的光电转换器件，不但可以得到较高的灵敏度，而且还具有良好的时间特性和位置分辨率。
闪烁探测器具有探测效率高和灵敏体积大等优点。其能量分辨率虽然不如半导体探测器好，但对环境的适应性较强。特别是有机闪烁体的定时性能，中子、γ分辨能力和液体闪烁的内计数本领均有其独具的优点。因此，它仍是广泛使用的辐射探测器。
3、前置放大器
1）前置放大器的作用
合理布局，便于调节和使用。为缩小体积，紧靠辐射源的前置放大器通常要求有一定的放大倍数，工作稳定可靠，并做成非调节式。
实现阻抗转换和匹配。前置放大器是在探测器和主放大器之间作为一个阻抗转换器，探测器通常要求后级有高的输入阻抗以便于信号的输出，而前置放大器通过电缆远距离传送给主放大器时，则要求有能与电缆阻抗相匹配的低的输出阻抗及传递信号。
2）前置放大器的分类
电压灵敏前置放大器：利用放大器输入总电容对探测器输出的电流信号进行积分，电路简单，用于能量分辨率要求不高的探测系统。
电流灵敏前置放大器：电流灵敏前置放大器是对探测器输出电流信号直接进行放大。常用于高速应用场合，比如时间测量系统。
电荷灵敏前置放大器：电路形式为带有电容负反馈的电流积分器，电路输出的幅值正比于探测器输出的电荷量。高分辨率能谱测量系统均采用
这种形式的电路。
4、在辐射探测中的应用
X射线、CT、核医学放射性核素成像、环境辐射监测、高能射线探测，其
原理都是利用光子流作为射线源，射线穿透人体或物质，再从人体或物质中发射
出来或射线直接被探测器接收而形成影像。所以探测器系统对射线的接收程度就成为关键的因素之一，常用的技术有：气体电离室探测、半导体材料探测、闪烁晶体探测等。而闪烁晶体因其固有的吸收射线辐射发光的特性就成为测量射线能量和强度的良好材料。无机闪烁晶体主要应用领域有高能物理、核物理、核医学（如XCT、PET以及g相机）、工业应用（工业CT）、地质勘探、石油测井等。闪烁晶体在射线的激发下能发出位于可见光波段的光波，不同的闪烁体最大闪烁发射波长、光产额、闪烁衰减时间、辐射长度、辐照硬度及密度、熔点、硬度、吸潮性等物理性质都有所不同。现实中没有任何一种闪烁体能满足全部使用要求，每种闪烁晶体都有各自的优缺点，使用中需根据具体要求及应用领域选择不同的材料。一般来说无机闪烁晶体用于辐射探测时基本应具备以下几个条件：
对探测粒子有较大的阻止本领，使入射粒子在晶体中的损耗量较大，为此闪烁体的密度及有效原子序数应较大。
具有较高的发光效率及较好的能量分辨率。
在自身发光波段内无吸收，即有较高的透过率。
较短的发光衰减时间（时间分辨好）。
发射光与光探测元件光谱响应相匹配。
较大的辐照硬度（抗辐射损伤）。
较好的热稳定性（发光效率受温度影响小）。
易于加工成各种形状和尺寸。
较好的化学稳定性（不吸潮）。
现已开发的无机闪烁体如下：NaI(Tl) 、CsI. CsI(Na)、CsI(Tl) .LiF(Eu) 、CaF2(Eu) .CdF2、BaF2、CeF3 、BGO(Bi3Ge4O12) 、ZWO(ZnWO4) 、CWO(CdWO)4 、PWO(PbWO4)、GSO:Ce(Gd2SiO2O5:Ce)、
LAP:Ce(LaAlO3:Ce)、YAP:Ce（Y AlO3:Ce）、LSO:Ce(Lu2Si2O5:Ce)等。
应用领域：
NaI和BGO(锗酸铋)是应用较多的闪烁晶体，NaI(Tl)光输出大。对NaI(Tl)
光输出的界定是以最早的塑料闪烁体--蒽（C14H10）来标定，相对于蒽，NaI(Tl)
的相对光输出为230%。
NaI(Tl) 晶体密度较低（3.65g/cm3），BGO有较高的密度（7.13g/cm3），但光输出较低（只有NaI(Tl)的8%）。现处于较前沿的闪烁晶体有：GSO(Ce)、YAP (Ce)、LAP(Ce)、LSO(Ce)等。这些晶体光输出较高，如LSO(Ce)约为NaI(Tl)的75%，且衰减时间快、密度高。因其优良的性能，尽管造价昂贵，但仍不失为高能探测的理想材料。
三、实验步骤（略）
实验三陶瓷器的断代研究
一、实验目的
1、掌握陶瓷器热释光断代的原理；
2、掌握陶瓷器热释光古剂量测量方法。
二、实验原理
1、热释光测年法
热释光是一种自然现象，是某些固体物质因长时间受到射线的辐照，在辐射电离作用下，固体物质产生电子-空穴对，一些电子被晶体的缺陷所俘获，在室温下，这种俘获状态是稳定的。
如果将晶体加热，被俘获的电子则从陷阱中逃逸出来与空穴复合，同时以光子的形式释放出它们所贮存的能量，这就是热释光，即TL(Thermoluminescence) 这种光很微弱，只有用高灵敏度的测光量仪器才能测出来，并且在冷却以后再加热时，这种光是不能重新再现的。
自然界的所有沉积物，都含有铀、钍、钾等长寿命放射性元素，它们衰变放出α、β、γ射线。射线使固体物质电离，或使电子被激发到高能态。多数电子会很快恢复到基态，但有一部分电子在晶格内的运动中，会陷入到较高能态的原有晶体的缺陷里，成为被俘获的电子。只有通过加热，才能使陷阱中的电子增加动能而被激发出来，与空穴复合，并以光量子的形式放出能量。
加热放出的总光子数，与陷阱中释放出的电子数成正比。而总电子数与发光体（具有热释光特性的物质）所吸收的辐射能量成正比。因此，年代越久，物质所接受的放射性越强，贮存的能量也越高，热释光量也越大。即热释光量与所接受的放射性总剂量成正比。
铀、钍、钾的半衰期长达109年（10亿年），在较短的时距内（第四纪），可以认为其放射性强度是个常数。因此，热释光的光强大小与年代成正比。也就是说，在同样的辐射剂量下，样品年龄越老，热发光就越强。
已知样品的自然热释光量（I）与样品所受的总辐射剂量（D）成正比，即：
I=k ?D
其中，k是样品对辐照的灵敏度，k=人工辐照引起的热释光量/人工辐照剂量，D=Rt，R是年辐照剂量，t是受辐照的时间。由上可以得出t=D/R=I/Rk (I为自然热释光量)
样品积累热释光以后，遇到光—热事件（如火山活动；粘土被烧制成瓷器；岩石受风化—侵蚀作用，受太阳光中紫外线照射，再沉积下来），就会使原来积存的热释光基本消除，即热释光“时钟”调零。再沉积以后，受周围放射性元素辐照，又重新积累热释光。这样就可以根据热释光来测量陶器、火山活动等的年代，这就是热释光测年法。
陶器在烧制过程中，经过500-1000℃左右的高温，陶器粘土中的矿物晶体释放原来贮藏的热释光。热释光不同于一般加热后的炽热发光，它是放射性能量储存的标志。释放完后，陶器晶体继续接受、贮藏大小恒定的固定辐射能，这些辐射能是陶器烧成后开始增加的，可以作为陶器年龄的标志，换句话说，热释光测定的是样品最近一次受热事件以来所经历的时间。这个辐射能为陶器总的吸收
收剂量。它由陶器内部放射性物质提供的α、β剂量，陶器埋葬土壤提供的Y剂
烧制后产生的时间成正比。
2、陶瓷器样品的取样和制备
以陶器为例，钻取约100毫克的少许样品粉末即足够进行测试。为了保持测试高度准确，取样需要在暗室红光下进行。取样部位及数量取决于器物的大小及完整与否。瓷器要用涂有金刚砂、直径4毫米之空心钻，在冷水冲洗下取样。样品通常取自无釉处，如器底或器足内壁。所有样品密封后送至化验室进行测试。
3、热释光古剂量的测量方法
CPB12-XC12样品测量示例：
制备了7个样品，被分成 3 组：其中第一组(3个)直接测量天然样品的TL 发光曲线(N)；另一组（2个）样品用β源照射一附加剂量，其大小应与等效剂量相当，再测量样品的TL 发光曲线(N＋β)；剩下的一组样品（2个）用β源照射一附加剂量，其大小为等效剂量的两倍，测量样品的TL发光曲线（N＋2β）。通
过计算得到古剂量。
010*******
400500
05000
1000015000
20000T L c o u n t s Temperature(o C)
三、实验步骤（略） N
N+β
N+2β Fig.2. TL glow curves (12℃/s) from sample CPB12-XC12 where N, N+β and N+2β represent the natural, one and two additional dose (β=3.48Gy) glow curves respectively.
大学物理创新实验论文
光杠杆测量杨氏模量实验的改进 李XX （重庆交通大学土木建筑学院，重庆市南岸区，400074） 摘要：测量杨氏模量中常用光杠杆来测量加载重物后的微小形变量△L，而光杠杆在使用前要先调节镜尺之间的相对位置，在用传统光杠杆调节时比较麻烦。本实验通过对传统光杠杆装置作了一点改进，取消了传统光杠杆中的望远镜，而改用光斑来指示标尺上的读数。用这种改进后的光杠杆能快速调节光杠杆，且不会在调节与读取数据过程中使眼睛疲劳，大大提高了实验的效率。 关键词：杨氏模量，激光，光杠杆，仪器改进 中文分类号：文献标识码： 引言：杨氏模量是描述固体材料抵抗形变能力的重要物理量，是工程技术上极为重要的常用参数，是工程技术人员选择材料的重要依据之一。测量杨氏模量的方法较多，本文主要介绍用改进后的光杠杆测量杨氏模量。 1 传统光杠杆的缺点 传统光杠杆在使用时要先调节光杠杆、望远镜和标尺之间的相对位置，使在望远镜中能看清平面镜内反射的标尺的像，这就是这个实验的难点。在做这个实验的时候，我们发现这个调节过程是相当麻烦的，而且当我们调节好后如果稍不小心，轻轻碰一下实验装置，便前功尽弃，又得重调，这让我们相当苦恼。我们用传统光杠杆调节了很久才使望远镜中能看到标尺的像，而且调节过程中眼睛非常疲劳，对视力非常不好。 2 实验装置的改进及实验原理
针对传统光杠杆的不足，且为了提高做实验的效率，我对光杠杆进行一些改进，使得改进后的光杠杆使用起来更为方便。我们可以不用望远镜，而在原来望远镜处放置一个能发射光点的光源。使该光源发出的光经光杠杆的平面镜反射后又射在标尺上。则先后之间两个光点的高度差就是经光杠杆放大了的微小形变。 2.1 改进措施及改进后光杠杆的原理 因为氦-氖激光平行性好，能量集中，在各种常用的激光器中，氦-氖激光器输出激光的单色性最好以便能方便精确的在标尺上读数。此外，它还具有结构简单、使用方便、成本低等优点。因此我们用氦-氖激光器作为发射光点的光源。 在标尺中央零刻度处开一个小孔，将氦-氖激光发射器与标尺固连，且使其发出的光从小孔处穿过且光路与标尺面垂直。如图所示： 设由激光器发出的光开 始时反射到标尺上所指的刻度 为S0,当钢丝长度变化时，光杠 杆一端下降。并带动镜面转动。 设转角为θ，则激光光线转过 2θ。设标尺上激光光点对应的 读数为S ，令△δ = S - S0 . 当△L＜＜ b 时，tanθ=△L / b ≈θ，tan2θ=△δ/ D≈2θ , 则有：△L=b*△δ/(2D) （1），所以△L被放大了2D / b 倍. 2.2 用拉伸法测金属丝的杨氏模量的原理 杨氏模量是反映固体材料形变与应力关系的物理量。本实验中形变为拉伸形变，即金属丝仅发生轴向拉伸形变。设金属丝长度为L，横截面积为S，沿长度方向受一外力F后金属丝伸长△L，称为线应变。实验结果表明：在弹性形变范围内，正应力与线应变成正比，即：F / S=Y*△L/L （2） , Y称为杨氏模量，微小形变△L用上面的光杠杆测量。由（1）、（2）得，杨氏模量Y=8*F*L*D/(π*d^2*b*△δ) ,其中d为钢丝直径。
大学物理实验(最终)
大学物理实验 一、万用表的使用 1、使用万用表欧姆档测电阻时，两只手握住笔的金属部分在与电阻两端接触进行测量时，对结果有无影响？为什么？ 有影响，会使测量值偏小 因为人体本身有电阻，两只手握住笔的金属部分在与电阻两端接触相当于并联 2、用万用表测电阻时，通过电阻的电流是由什么电源供给的？万用表的红表笔和黑表笔哪一个电位高？ 电源内部电路提供（万用表的内部电池供给的） 黑笔 3、用万用表欧姆档判别晶体二极管的管脚极性时，若两测量得到阻值都很小或都很大，说明了什么？ 两测量得到阻值都很小，说明二极管已被击穿损坏 两测量得到阻值都很大，说明二极管内部断路 4、能否用万用表检查一回路中电阻值？为什么？ 不能，因为通电电路中测量电阻值会造成万用表的损坏。
【数据处理】（要求写出计算过程） 1．1R = Ω 2．2R = Ω 3．U = V 21 1 ()(1)k U i i U U k σ==-=-∑ V = =2 ?仪最小分度值 V 22U U U σ=+?仪= V U U U U =±=（ ± ）V 100%U U U E U = ?= % 二、用模拟法测绘静电场 1、出现下列情况时，所画的等势线和电力线有无变化？（电源电压提高1倍；导电媒质的导电率不变，但厚度不均匀；电极边缘与导电媒质接触不良；导电媒质导电率不均匀） 有，电势线距离变小，电力线彼此密集 无任何变化 无法测出电压，画不出等势线、电力线 等势线、电力线会变形失真 2、将电极之间电压正负接反，所作的等势线和电力线是否有变化？ 等势线和电力线形状基本不变，电力线方向相反
3、此实验中，若以纯净水代替自来水，会有怎样的结果？ 实验无法做，因为纯净水不导电 4、本实验除了用电压表法外还可以用检流计法（电桥法）来测量电势。试设计测量电路。两种方法各有何优缺点？ 电压表法优点：简单 缺点：误差大 电桥法优点：测量精度高 缺点：复杂 5、能否根据实验测出的等势线计算场中某点的电场强度？为什么？ 不能，因为等势线是定性的线条，相邻等势线的间隔表示的电势差相等，等势线间隔小的地方电场线强，电场强度大只能说明，无法定量表达 三、迈克尔逊干涉仪 1、为什么有些地方条纹粗，有些地方条纹细？能指出什么地方条纹最粗吗？ 相邻条纹间距与两平面镜到分光板近距离之差d成反比，与各条纹对应干涉光束和中心轴夹角成反比。d越小、条纹间距越大，条纹分布越疏，条纹越粗。当d一定时，θ越小，条纹间距越大，即离圆心近处条纹最粗 2、光屏上显现等倾花纹后，改变镜面M1的位置，干涉花纹的中心位置发生位移，分析产生此种现象的原因。 光镜面M1的位置被改变，M1与M2的垂直状态发生改变，M1与M2之间有一定的夹角，从而让干涉花纹的中心位置发生移动。
物理创新设计实验报告 大学物理
浙江海洋学院 物理创新设计实验报告 实验名称：利用霍尔效应法测量空间的磁场分布指导教师：鲁晓东 专业：数学与数学应用 班级：B10数学 实验者：于祥雨吴联帅 学号：100601108 100601118 实验日期：2011年12月01日
利用霍尔效应法测量空间的磁场分布 实验者：于祥雨 同组实验者：吴联帅 指导老师：鲁晓东 （B10数学 100601108 654495 ;B10数学 100601118 670903） 【摘要】通过霍尔效应法测量霍尔电流和励磁电流的方法，并使用“对称测量法”消除副效应的影响，最终通过多组数据的处理，得出空间磁场分布。 【关键词】霍尔效应；霍尔电流；对称测量法；磁场分布 一、引言 空间磁场实际存在，但是人眼看不到，因此用直接的方法测量是行不通的。本实验正是考虑了这点，通过测量霍尔电流和励磁电流的方式，通过霍尔电流、励磁电流和磁场强度的关系，间接的测出磁场强度。并结合多组数据的处理，最大程度减小误差，使实验更加科学、严谨，从而使得实验方法具有可实施性和借鉴性。 二、设计原理 2．1简介 置于磁场中的载流体，如果电流方向与磁场垂直，则在垂直于电流和磁场的方向会产生一附加的横向电场，这一现象是霍普金斯大学研究生霍尔于1879年发现的，后被称为霍尔效应。如今霍尔效应不但是测定半导体材料电学参数的主要手段，而且利用该效应制成的霍尔器件已广泛用于非电量的电测量、自动控制和信息处理等方面。在工业生产要求自动自动检测和控制的今天，作为敏感元件之一的霍尔器件，将有更广泛的应用前景。掌握这一富有实用性的实验，对日后的工作将有益处。 2.2霍尔效应 霍尔效应是磁电效应的一种，当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差，这个电势差就被叫做霍尔电势差。 导体中的载流子在外加磁场中运动时，因为受到洛仑兹力的作用而使轨迹发生偏移，并在材料两侧产生电荷积累，形成垂直于电流方向的电场，最终使载流子受到的洛仑兹力与电场斥力相平衡，从而在两侧建立起一个稳定的电势差即霍尔电压。正交电场和电流强度与磁场强度的乘积之比就是霍尔系数。平行电场和电流强度之比就是电阻率。 因此，对于一个已知霍尔系数的导体，通过一个已知方向、大小的电流，同时测出该导体两侧的霍尔电势差的方向与大小，就可以得出该导体所处磁场的方向和大小。 2.3实验原理 霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛伦兹力作用而引起的偏转。当带电粒子（电子或空穴）被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场方向上产生正负电荷的聚积，从而形成附加的横向电场，即霍尔电场H E 。如图2-1所示的半导体式样，若在X 方向通以电流H I ，在Z 方向加磁场B ，则在Y 方向即试样2-4电极两侧就开始聚集异号电荷而产生相应的附加电场。电场的指向取决于试样的导电类型。对图2-1所示的N 型试样，霍尔电场为Y -方向。显然，霍尔电场H E 是阻止载流子继续向侧面偏移，当载流子所受的横向电场力H eE 与洛伦兹力evB 相等，样品两侧电荷的积累就达到动态平衡，故： H eE evB = （2.3.1） 其中H E 为霍尔电场，v 是载流子在电流方向上的平均漂移速度。
大学物理实验报告范例
怀化学院 大学物理实验实验报告 系别物信系年级2009专业电信班级09电信1班姓名张三学号09104010***组别1实验日期2009-10-20 实验项目:长度和质量的测量 【实验题目】长度和质量的测量
【实验目的】 1. 掌握米尺、游标卡尺、螺旋测微计等几种常用测长仪器的读数原理和使用方法。 2. 学会物理天平的调节使用方法，掌握测质量的方法。 3. 学会直接测量和间接测量数据的处理，会对实验结果的不确定度进行估算和分析，能正确地表示测量结果。 【实验仪器】(应记录具体型号规格等，进实验室后按实填写) 直尺(50cm)、游标卡尺(0.02mm)、螺旋测微计(0～25mm,0.01mm),物理天平(TW-1B 型，分度值0.1g ，灵敏度1div/100mg),被测物体 【实验原理】(在理解基础上，简明扼要表述原理，主要公式、重要原理图等) 一、游标卡尺 主尺分度值：x=1mm,游标卡尺分度数：n （游标的n 个小格宽度与主尺的n-1小格长度相等）,游标尺分度值： x n n 1 -（50分度卡尺为0.98mm,20分度的为：0.95mm ）,主尺分度值与游标尺分度值的差值为：n x x n n x =-- 1,即为游标卡尺的分度值。如50分度卡尺的分度值为：1/50=0.02mm,20分度的为：1/20=0.05mm 。 读数原理：如图，整毫米数L 0由主尺读取，不足1格的小数部分l ?需根据游标尺与主尺对 齐的刻线数k 和卡尺的分度值x/n 读取：n x k x n n k kx l =--=?1 读数方法（分两步）： (1)从游标零线位置读出主尺的读数.(2)根据游标尺上与主尺对齐的刻线k 读出不足一分格的小数,二者相加即为测量值.即: n x k l l l l +=?+=00,对于50分度卡尺：02.00?+=k l l ;对20分度：05.00?+=k l l 。实际读数时采取直读法读数。 二、螺旋测微器 原理：测微螺杆的螺距为，微分筒上的刻度通常为50分度。当微分筒转一周时，测微螺杆前进或后退mm ，而微分筒每转一格时，测微螺杆前进或后退50=。可见该螺旋测微器的分度值为mm ，即千分之一厘米，故亦称千分尺。 读数方法：先读主尺的毫米数（注意刻度是否露出），再看微分筒上与主尺读数准线对齐的刻线（估读一位）,乖以, 最后二者相加。 三：物理天平 天平测质量依据的是杠杆平衡原理 分度值:指针产生1格偏转所需加的砝码质量，灵敏度是分度值的倒数，即n S m =?，它表示 天平两盘中负载相差一个单位质量时，指针偏转的分格数。如果天平不等臂，会产生系统误差，消除方法：复称法，先正常称1次，再将物放在右盘、左盘放砝码称1次(此时被测质量应为砝码质量减游码读数)，则被测物体质量的修正值为：21m m m ?= 。 【实验内容与步骤】(实验内容及主要操作步骤) 1. 米尺测XX 面积：分别测量长和宽各一次。 2. 游标卡尺测圆环体积：(1)记下游标卡尺的分度值和零点误差。(2)用游标卡尺测量圆环
大学物理创新实验报告
大学物理创新实验报告 篇一：大学物理创新实验报告 大学物理实验报告总结 一：物理实验对于物理的意义 物理学是研究物质的基本结构，基本的运动形式，相互作用及其转化规律的一门科学。它 的基本理论渗透在基本自然科学的各个领域，应用于生产部门的诸多领域，是自然科学与 工程科学的基础。物理学在本质上是一门实验学科，物理规律的发现和物理理论的建立都 必须以物理实验为基础，物理学中的每一项突破都与实验密切相关。物理概念的确立，物 理规律的发现，物理理论的确立都有赖于物理实验。 二：物理实验对于学生的意义 大学物理实验已经进行了两个学期，在这两个学期，通过二十几个物理实验，我们对物理 学的理解和认识又更上了一步台阶。通过对物理实验的熟悉，可以帮助我们掌握基本的物 理实验思路和实验器材的操作，进一步稳固了对相关的定理的理解，锻炼理性思维的能力。在提高我们学习物理物理兴趣的同时，培养我们的科学思维和创新意识，掌握实验研究的 基本方法，提高基本科学实验能力。它也是我们进入大学接触的第一门实践性教学环节， 是我们进行系统的科学实验方法和技能训练的重要必修课。它还能培养我们“实事求是的 科学态度、良好的实验习惯、严谨踏实的工作作风、主动研究的创新与探索精神、爱护公 物的优良品德”。 三：我眼中的物理实验的缺陷 1：实验目的与性质的单一性 21世纪的学科体系中，多种学科是相互结合，相互影响的，没有一门学科能独立于其他 学科而单独生存，但是在我们的实验过程中，全都是关于物理，这一单科的实验内容，很 少牵涉到其他。有些实验完全是为了实验而实验，根本不追求与其他学科的联系与结合。2：实验的不及时性及实验信息的不对称性 物理是一门以实验为基础的基本学科，在我们所学的物理内容中，更多的是关于公式定理的，这些需要及时的理解和记忆，最简单的方式是通过实验来进行。但是我们所做的实验，都是学过很久以后，甚至是已经学完物理学科后进行的，这就造成我们对物理知识理解的 不及时性，不能达到既定的效果。而且，我们重复科学实验伟人的实验很大程度上是得知结论后凭借少量的实验数据轻易得出相似的结论，与前人广袤的数据量不可同日而语，这就造成实验信息的不对称性， 不利于从本质上提高我们的实验能力。
大学物理实验必做实验实验要求
3#206水银温度计的校正与热电偶定标 一、实验目的 1、学习水银温度计00和1000点的校正法及温度计温标分度修正值的计算法。 2、 学习福廷气压计的使用法。 3、了解热电偶测温的原理 4、学习热电偶定标方法。 二、实验仪器 热电偶（铜一康铜）、毫伏表、保温杯、加热器、搅拌器、冰、水银温度计，福廷气压计 三、实验内容 （一）水银温度计的校正(定点法校正水银温度计) 1、00C 点a 0的确定。 2、沸点a 100的确定。 3、计算原温标每一分度值的改正值t （1）在福廷气压计上记录温度t 及气压读数h t ，并进行修正（福廷气压计使用法，参阅第三章第一节）： （2）查附录表,确定大气压为H 0时所对应的水沸点a'100 （3）利用公式得到改正值： 4 （二）热电偶定标 1、按定标装置图接好实验电路。 2、参考端置冰水混合物。 3、测量端加热至沸点，在温度－电压表格 中记录标准温度计与数字毫伏表对应参数值。 4、切断加热器电源，在测量端降温过程中， 等间隔记录温度－电压格组参数值至室温。 5、制热电偶定标曲线（温度－电压曲线）。 四、数据处理 1、通过两点法得到温度计的温度校正表，并指出所使用温度计的最大误差。 2、绘制热电偶定标曲线，分析所使用热电偶的温度特性，画图法得到热电偶灵敏度K ，并给出该热电偶电势差随温度变化的关系式。 温参考端水混合物
3#206金属线胀系数的测量 一、实验目的 1、 掌握千分尺测量长度的微小变化量的方法。 2、 了解PID 控温调节的原理，掌握控制实验温度的方法。 二、实验仪器 控温式固体线胀系数测定仪、待测金属管、千分尺。 三、实验内容 1、 用PID 控温仪控制实验温度； 2、 用千分尺测量长度的微小变化量铜管的线膨胀系数。 四、实验提示 1、0 标准值参阅总附录表18。 2、设置高温点2t ，到达该温度后，加热器电源切断，短时间内但温度仍然会上升，注意及时记录对应于2t 的2n 。 3、实验前应先对千分尺调零或记录初试读数。 五、数据处理 计算待测金属管的线胀系数并与标准值比较，计算百分误差。
大学物理创新实验
大学物理创新实验 Prepared on 22 November 2020
112622711海洋测绘专业赵宗力学 一.无摩擦平衡 计一轻木杆一端系细线使其悬在空中，另一端放置在泡沫上使其浮在水上，将泡沫移置于水面任意一点，观察系统最后平衡时的状态 实验原理： 轻木和泡沫的重力与细线的拉力和水的支持力三者抵消，使整个系统达到平衡状态。 1.若不改变实验的任何部分，只在轻木杆上增加小砝码但不至于木杆下沉，实验结果会如何同样达到平衡状态 2.如果将细绳换成轻弹簧，实验结果会如何同样达到平衡状态 二.球棒重心 实验原理： 球棒握把端较细长，在力矩的概念里，距支点越远力矩越大，故较细的一端可以和教重的一端保持平衡，是因为彼此的力矩为反方向的等值。 1.更改切割球棒的方式能否使两侧的重量都相等不会 三.依斯克里奇摆 实验装置：设计一个可以改变摆长角度的实验，调整摆的不同角度后，分别观察摆的周期是否产生改变。 实验原理： 本次实验使用的摆为复摆，在本实验中，复摆的周期与角度θ有关关. 1.当把摆的角度固定时加速度的不同能否使摆的周期不变不能
四.餐桌物理学---惯性实验 实验原理： 首先铅笔会落入红葡萄酒瓶内乃是因为惯性的关系。 惯性定律，也就是牛顿第一运动定律。说明物体若不受外力，或其所受外力之合力及合力矩为零时，则静者恒静，动者恒沿一直线作等（角）速度运动。此实验中，快速将名片弹开就是这个原理，同时也为了使铅笔受到较少的横向摩擦力。 1.如果把名片更换为餐巾纸或者是抹布，铅笔是否能落入酒瓶中为什么较难，摩擦力太大了 热学 五.光热转轮 封闭玻璃容器的中间支撑一可自由旋转的转轮，转轮由四片叶片组成，叶片的两面分别为黑色与白色。 1.当光源（传统灯，太阳光，手电筒皆可）照射到转轮，转轮会开始转 动。光源移开时，转轮停止转动。 2.使用雷射指示笔或LED灯泡的手电筒直接照射转轮的叶片时，转轮 不会转动。 3.用手电筒照射叶片白色那面时，转轮不会转。但照到黑色那面时转轮 就迅速转动起来。 实验原理：
大学物理创新试验
大学物理创新性实验 课程名称大学物理创新性试验 实验项目双臂电桥测金属丝电阻率 辅导教师 专业班级
双臂电桥测金属丝电阻率 重庆交通大学土木建筑学院重庆400074 摘要： 电阻率是表征导体材料性质的一个重要物理量，电阻的测量方法很多，电桥是其常用方法之一。双臂电桥简称双电桥，又名开尔文电桥，它是惠斯登电桥的改进和发展，它可以消除（或减小）附加电阻对测量的影响，因此是测量1Ω以下低电阻的主要仪器。 关键词：双臂电桥导线电阻接触电阻桥臂电阻四端引线 1.实验设计思路 2.1实验原理： 测量电阻常用多用电表，但其测量误差较大。如果要对电阻进行精密测量，可用各种电桥。通常单臂惠斯登电桥的测量准确度可达0.5%（电阻值测量范围为10～106Ω）。但在测
其中A 、B 、C 和D 接点是用铜块块制成，且在每一个上面都有一个用来紧密固定的大螺丝，B 和C 接点间用较粗的U 形铜棒连接。P 和Q 是两个弹簧片，起固定R x 的作用。标尺用螺丝固定在铜棒的前面，这样可在尺上直接读出MN 的长度。铜棒AB 镀了防腐蚀材料。M 是一用胶木和接触弹簧片组成的滑块，且固定在粗的金属棒上。除BC 间的接线在板的上面，其他连接均在板下，均用粗铜线。电阻间的接线柱有板上部分和板下部分，板上是旋钮接线柱，板下是由螺丝固定的垫圈和焊片。左边电阻配法是按顺时针方向依次为100Ω、450Ω、450Ω、100Ω；右边相同。 配阻计算如下： 由于电阻对称的分布，可只设左边阻值依次为x 1、x 2、x 3、x 4按设计要求，列方程 10 /)(1)/()(1 .0)/(432143214321=++=++=++x x x x x x x x x x x x 用矩阵解线性方程组的方法解出通解，得到x 1：x 2：x 3：x 4=2：9：9：2 于是考虑现有电阻和对实验准确度的影响，精挑细选100Ω、20Ω和430Ω三种规格的电阻。 二．双臂电桥的工作原理 双电桥的原理电路图如图2所示。它有两大特点：（1）待测电阻R x 和比较臂电阻R 0都 别为r 1、r 2、r 3包括导线电阻、C 1和C 处的接触电阻、以及C '1间电阻的总和。r 2和r 3似情况。的附加电阻分别为r '1r '3 和 r '4 阻和接触电阻。 （2R 4；两个电阻，适当调节电阻R 1时流过电阻R 1和R 2、双电桥平衡时，S 和T 33'2311'11R I r I IR R I r I x ++=+ （1） 0' 3343'4121IR r I R I r I R I ++=+ （2） 为了使附加电阻r '1、r '2、r '3和r ' 4的影响可以忽略不计，在双电桥电路中要求桥臂电阻R 1、R 2、R 3和R 4足够大，即R 1〉〉r ' 1、R 2〉〉r ' 2、R 3〉〉r ' 3和R 4〉〉r '4；同时C ' 2和M ' 的联接采用一条粗导线，使得附加电阻r 2很小，以满足I 〉〉I 1和I 〉〉I 3的条件。于是，式（1）和（2）可简化为 3311R I R I IR x -= （3） 43210R I R I IR += （4）
大学物理实验报告及答案
(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！) 大学物理实验报告答案大全（实验数据及思考题答案全包括） 伏安法测电阻 实验目的(1) 利用伏安法测电阻。 (2) 验证欧姆定律。 (3) 学会间接测量量不确定度的计算；进一步掌握有效数字的概念。 U 实验方法原理根据欧姆定律，R =，如测得U 和I 则可计算出R。值得注意的是，本实验待测电阻有两只， I 一个阻值相对较大，一个较小，因此测量时必须采用安培表内接和外接两个方式，以减小测量误差。 实验装置待测电阻两只，0～5mA 电流表1 只，0－5V 电压表1 只，0～50mA 电流表1 只，0～10V 电压表一只，滑线变阻器1 只，DF1730SB3A 稳压源1 台。 实验步骤本实验为简单设计性实验，实验线路、数据记录表格和具体实验步骤应由学生自行设计。必要时，可提示学生参照第2 章中的第2.4 一节的有关内容。分压电路是必须要使用的，并作具体提示。 (1) 根据相应的电路图对电阻进行测量，记录U 值和I 值。对每一个电阻测量3 次。 (2) 计算各次测量结果。如多次测量值相差不大，可取其平均值作为测量结果。 (3) 如果同一电阻多次测量结果相差很大，应分析原因并重新测量。 数据处理 (1) 由?U =U max ×1.5% ，得到?U 1 = 0.15V,?U2 = 0.075V ； (2) 由?I = I max ×1.5% ，得到?I 1 = 0.075mA,?I 2 = 0.75mA； (3) 再由u= R ( ?U )2 + ( ?I ) 2 ，求得u= 9 ×101?, u= 1?； R 3V 3I R1 R2 (4) 结果表示R1 = (2.92 ± 0.09) ×10光栅衍射实验目的 (1) 了解分光计的原理和构造。 (2) 学会分光计的调节和使用方法。?, R 2 = (44 ±1)? (3) 观测汞灯在可见光范围内几条光谱线的波长实验方法原理
物理实验方案创新与设计大赛
第一届趣味物理知识竞赛 策 划 书
大学物理实验技能技巧大赛策划书 一、活动背景 物理是一门非常有趣又有用的自然学科，它研究的内容很广泛。千变万化的物理现象，像一个个的迷。当我们把握了必要的物理知识，揭开谜底的时候就会感悟到物理现象是十分有趣的，为推广物理知识，使同学们更好的熟悉物理，了解学习生活，以及科研方面的物理相关知识，体验物理的无穷乐趣，同时培养学生的自学能力和钻研精神，并让他们学习些课外科技知识，进行些课外科学实验，以激起他们学习物理的热情，培养他们发现并解决物理问题的能力，所以我们决定开展此次物理趣味知识大赛。通过这些趣味题目和动手操作，既能激发学生的学习热情，又能培养学生的动手操作能力。 二、活动目的 第一：保持我校大学生对自然界的好奇，发展对物理科学的探索的兴趣，在了解和认识自然的过程中有满意感及高兴感； 第二：利于我们自己的物理基础知识，养成良好的思维习惯，在解决问题或做决定时能尝试运用科学原理和科学研究方法； 第三：经历基本的科学探究过程，具有初步的科学探究能力，乐于参加和科学技术有关的社会活动，在实践中有依赖自己的科学素质提高工作效率的意识；
第四：具有创新意识，能独立思索，勇于有依据的怀疑，养成尊重现实，大胆想象的科学态度和科学精神； 第五：关心科学发张前沿，具有可持续发展的意识，树立准确的科学观，有将科学服务于人类的使命感和责任感。 三、活动主题： 从生活中感受物理，从物理中理解世界 四、活动名称：兰州理工大学第一届物理趣味知识大赛 五、主办单位： 主办单位：共青团兰州理工大学委员会 承办单位：兰州理工大学理学院分团委、学生分会 协办单位：大学生物理实验中心、科技部 七、比赛日期： 2011年11月 八、比赛地点： 1、初赛（笔试）：北村考研自习室 2、复赛（实验操作竞赛）：大学生物理实验室
大学物理创新实验报告
大学物理创新实验报告 篇一：大学物理设计性实验报告 大学物理设计性实验报告 课题________________ 学院________________ 班级________________ 姓名________________ 学号________________ 【实验目的】 1. 掌握多种测定重力加速度的方法。 2. 正确进行数据处理和误差分析。 【实验器材】 秒表、倾角固定的斜面（倾角未知）、木块、米尺 【实验原理】 借用一道测定木块与斜面之间动摩擦因数进行知识的迁移与转换，运用牛顿第二定律及运动学公式可测定出重力加速度。在B点给木块一初速度让其沿 斜面匀减速上滑，记下到达最高点的时间t1，并测出BD长度s。将木块由D点静止释放让其沿斜面匀加速下滑，记下 到达B点的时间t2。由牛顿第二定律易知上滑、下滑的加速度分别为
1a2t22 2 hsl11 解得g?(2?2) ，sin?? lht1t2s? a1?gsin??mgcos?、a2?gsin??mgcos?。由运动学公式，有s? 12a1t1，2 运用水滴法测重力加速度测出水滴间隔时间以及掉落高度，运用牛顿第二定律以及运动学公式可测出重力加速度。 【实验内容】 1.测出斜面的高 H、斜面的长L 2.给木块一初速度，记录到达最高点的时间 3.将木块静止释放，使其下滑，记录下滑到点B的时间 4.多次重复步骤2、3，记录多组数据。 5.在自来水龙头下面固定一个盘子，使水一滴一滴连续地滴到盘子里，仔细调节水龙头，使得耳朵刚好听到前一个水滴滴到盘子里声音的同时，下一个水滴刚好开始下落。 6.量出水龙头口离盘子的高度h，再用停表计时。 7.当听到某一水滴滴在盘子里的声音的同时，开启停表开始计 时，并数“1”，以后每听到一声水滴声，依次数“2、3??”一直数到“n”，按下停表按钮停止计时，读出停表的示数t。
大学物理实验报告
( 实验报告) 姓名：____________________ 单位：____________________ 日期：____________________ 编号：YB-BH-053939 大学物理实验报告College Physics Experiment Report
大学物理实验报告 大学物理实验报告1 实验目的：通过演示来了解弧光放电的原理 实验原理：给存在一定距离的两电极之间加上高压，若两电极间的电场达到空气的击穿电场时，两电极间的空气将被击穿，并产生大规模的放电，形成气体的弧光放电。 雅格布天梯的两极构成一梯形，下端间距小，因而场强大(因)。其下端的空气最先被击穿而放电。由于电弧加热(空气的温度升高，空气就越易被电离, 击穿场强就下降)，使其上部的空气也被击穿，形成不断放电。结果弧光区逐渐上移，犹如爬梯子一般的壮观。当升至一定的高度时，由于两电极间距过大，使极间场强太小不足以击穿空气，弧光因而熄灭。 简单操作：打开电源，观察弧光产生。并观察现象。(注意弧光的产生、移动、消失)。 实验现象： 两根电极之间的高电压使极间最狭窄处的电场极度强。巨大的电场力使空气电离而形成气体离子导电，同时产生光和热。热空气带着电弧一起上升，就象圣经中的雅各布(yacob以色列人的祖先)梦中见到的天梯。
注意事项：演示器工作一段时间后，进入保护状态，自动断电，稍等一段时间，仪器恢复后可继续演示， 实验拓展：举例说明电弧放电的应用 大学物理实验报告2 一、演示目的 气体放电存在多种形式，如电晕放电、电弧放电和火花放电等，通过此演示实验观察火花放电的发生过程及条件。 二、原理 首先让尖端电极和球型电极与平板电极的距离相等。尖端电极放电，而球型电极未放电。这是由于电荷在导体上的分布与导体的曲率半径有关。导体上曲率半径越小的地方电荷积聚越多(尖端电极处)，两极之间的电场越强，空气层被击穿。反之越少(球型电极处)，两极之间的电场越弱，空气层未被击穿。当尖端电极与平板电极之间的距离大于球型电极与平板电极之间的距离时，其间的电场较弱，不能击穿空气层。而此时球型电极与平板电极之间的距离最近，放电只能在此处发生。 三、装置 一个尖端电极和一个球型电极及平板电极。 四、现象演示 让尖端电极和球型电极与平板电极的距离相等。尖端电极放电，而球型电极未放电。接着让尖端电极与平板电极之间的距离大于球型电极与平板电极之间的距离，放电在球型电极与平板电极之间发生 五、讨论与思考
理工科大学物理实验课程教学基本要求
附件2： 理工科大学物理实验课程教学基本要求 物理学是研究物质的基本结构、基本运动形式、相互作用及其转化规律的自然科学。它的基本理论渗透在自然科学的各个领域，应用于生产技术的许多部门，是其他自然科学和工程技术的基础。 在人类追求真理、探索未知世界的过程中，物理学展现了一系列科学的世界观和方法论，深刻影响着人类对物质世界的基本认识、人类的思维方式和社会生活，是人类文明的基石，在人才的科学素质培养中具有重要的地位。 物理学本质上是一门实验科学。物理实验是科学实验的先驱，体现了大多数科学实验的共性，在实验思想、实验方法以及实验手段等方面是各学科科学实验的基础。 一．课程的地位、作用和任务 物理实验课是高等理工科院校对学生进行科学实验基本训练的必修基础课程，是本科生接受系统实验方法和实验技能训练的开端。 物理实验课覆盖面广，具有丰富的实验思想、方法、手段，同时能提供综合性很强的基本实验技能训练，是培养学生科学实验能力、提高科学素质的重要基础。它在培养学生严谨的治学态度、活跃的创新意识、理论联系实际和适应科技发展的综合应用能力等方面具有其他实践类课程不可替代的作用。 本课程的具体任务是： 1.培养学生的基本科学实验技能，提高学生的科学实验基本素质，使学生初步掌握实验科学的思想和方法。培养学 生的科学思维和创新意识，使学生掌握实验研究的基本方法，提高学生的分析能力和创新能力。 2.提高学生的科学素养，培养学生理论联系实际和实事求是的科学作风，认真严谨的科学态度，积极主动的探索精 神，遵守纪律，团结协作，爱护公共财产的优良品德。 二、教学内容基本要求 大学物理实验应包括普通物理实验（力学、热学、电磁学、光学实验）和近代物理实验，具体的教学内容基本要求如下： 1.掌握测量误差的基本知识，具有正确处理实验数据的基本能力。 （1）测量误差与不确定度的基本概念，能逐步学会用不确定度对直接测量和间接测量的结果进行评估。 （2）处理实验数据的一些常用方法，包括列表法、作图法和最小二乘法等。随着计算机及其应用技术的普及，应包括用计算机通用软件处理实验数据的基本方法。 2.掌握基本物理量的测量方法。 例如：长度、质量、时间、热量、温度、湿度、压强、压力、电流、电压、电阻、磁感应强度、光强度、折射率、电子电荷、普朗克常量、里德堡常量等常用物理量及物性参数的测量，注意加强数字化测量技术和计算技术在物理实验教学中的应用。 3.了解常用的物理实验方法，并逐步学会使用。 例如：比较法、转换法、放大法、模拟法、补偿法、平衡法和干涉、衍射法，以及在近代科学研究和工程技术中的广泛应用的其他方法。 4.掌握实验室常用仪器的性能，并能够正确使用。 例如：长度测量仪器、计时仪器、测温仪器、变阻器、电表、交／直流电桥、通用示波器、低频信号发生器、分光仪、光谱仪、常用电源和光源等常用仪器。 各校应根据条件，在物理实验课中逐步引进在当代科学研究与工程技术中广泛应用的现代物理技术，例如,激光技术、传感器技术、微弱信号检测技术、光电子技术、结构分析波谱技术等。 5.掌握常用的实验操作技术。
最新大学物理自主设计性实验
大学物理自主设计性 实验
大学物理自主设计性实验（FB716-Ⅱ型物理设计性（传感 器）实验装置） 实 验 指 导 书 杭州精科仪器有限公司
目录 第一、产品简介 (02) 第二、实验项目内容 (04) 实验一、应变片性能—单臂电桥 (04) 实验二、应变片：单臂、半桥、全桥比较 (06) 实验三、移相器实验 (08) 实验四、相敏检波器实验 (10) 实验五、应变片—交流全桥实验 (12) 实验六、交流全桥的应用—振幅测量 (14) 实验七、交流全桥的应用—电子秤 (14) 实验八、霍尔式传感的直流激励静态位移特性 (16)
实验九、霍尔式传感的应用——电子秤 (17) 实验十、霍尔片传感的交流激励静态位移特性 (17) 实验十一、霍尔式传感的应用研究—振幅测量 (18) 实验十二、差动变压器（互感式）的性能 (19) 实验十三、差动变压器（互感式）零点残余电压的补偿 (20) 实验十四、差动变压器（互感式）的标定 (21) 实验十五、差动变压器（互感式）的应用研究—振幅测量 (22) 实验十六、差动变压器（互感式）的应用—电子秤 (23) 实验十七、差动螺管式（自感式）传感器的静态位移性能 (24) 实验十八、差动螺管式（自感式）传感器的动态位移性能 (25) 实验十九、磁电式传感器的性能 (26)
实验二十、压电传感器的动态响应实验 (27) 实验二十一、压电传感器引线电容对电压放大器、电荷放大器的影响 (28) 实验二十二、差动面积式电容传感器的静态及动态特性 (29) 实验二十三、扩散硅压阻式压力传感实验 (30) 实验二十四、气敏传感器（MQ3）实验 (32) 实验二十五、湿敏电阻（RH）实验 (34) 实验二十六、热释电人体接近实验 (34) 实验二十七、光电传感器测转速实验 (36) 第三、结构安装图片和说明 (37) 第一、产品简介
大学物理实验内容
物理实验教程 3.2 钢丝杨氏模量的测定 3.5 固体的导热系数的测定 3.8 惠更斯电桥 3.14 示波器的使用 3.15 霍尔效应的应用 3.17 分光计的调节和使用 3.19 等厚干涉的应用 407宿舍
3.2钢丝杨氏模量的测定 【实验目的】 1．了解静态拉伸法测杨氏模量的方法 2．掌握光杠杆放大法测微小长度变化的原理和方法 3．学会用逐差法处理数据 【实验内容与步骤】 1．用拉伸法测钢丝的杨氏模量 1.1 调整杨氏模量测定仪 调节杨氏模量测定仪的底脚调整螺钉，使立柱铅直。调节平台的上下位置，使随钢丝伸长的夹具B 上端与沟槽在同一水平面上（为什么?）。加1Kg 砝码在砝码托盘上，将钢丝拉直，检查夹具B 是否能在平台的孔中上下自由地滑动，钢丝是否被上下夹子夹紧． 1.2 调整光杠杆镜尺组 光杠杆后两足置于沟槽内，前足置于夹具B 上，让平面镜竖直，镜尺组安放在光杠杆正前方约1.2m 处，并尽量使望远镜水平并与光杠杆镜面同高，标尺竖直。 调节望远镜（移动或转动望远镜支架）使得从望远镜上方沿镜筒轴线方向在平面镜中能看到标尺的像，调节望远镜的目镜，看清镜筒内的十字叉丝，调节望远镜的调焦旋钮，使标尺的像清晰并无视差。 仔细调节光杠杆，使与望远镜同高的标尺刻度像与十字叉丝的横叉丝重合。（为什么？） 1.3 测量n ? 轻轻的依次将1Kg 的砝码加到砝码托盘上（砝码托自重不计），记录不同力作用下望远镜中标尺读数'i n (共6次)，然后将砝码再依次轻轻取下，再记录不同力作用下标尺读数" i n ，两次读数的平均值作为不同力作用下标尺的读数i n ，用逐差法求n ? 注意：测量时应随时注意检查和判断测量数据的合理性；加砝码时勿使砝码托摆动，并将砝码缺口交叉放置，以免倒落。 1.4 测L 、D 用钢卷尺测量光杠杆镜面到标尺的距离D 和上下夹具之间钢丝的长度L 。 1.5 测 b 用印迹法（即将光杠杆拿下放在纸上压出三个脚尖的迹点）测出光杠杆前足到后两足连线的垂直距离b 。 1.6 用螺旋测微计测量钢丝的直径d,选择上中下三处，每处都要在互相垂直方向上各测一次，
大学物理综合设计性实验(完整)
综合设计性物理实验指导书黑龙江大学普通物理实验室
目录绪论 实验1 几何光学设计性实验 实验2 LED特性测量 实验3 超声多普勒效应的研究和应用 实验4 热辐射与红外扫描成像实验 实验5 多方案测量食盐密度 实验6 多种方法测量液体表面张力系数 实验7 用Multisim软件仿真电路 实验8 霍尔效应实验误差来源的分析与消除 实验9 自组惠斯通电桥单检流计条件下自身内阻测定实验10 用迈克尔逊干涉仪测透明介质折射率 实验11 光电效应和普朗克常数的测定液体电导率测量实验12 光电池输出特性研究实验 实验13 非接触法测量液体电导率
绪论 一．综合设计性实验的学习过程 完成一个综合设计性实验要经过以下三个过程： 1．选题及拟定实验方案 实验题目一般是由实验室提供，学生也可以自带题目，学生可根据自己的兴趣爱好自由选择题目。选定实验题目之后，学生首先要了解实验目的、任务及要求，查阅有关文献资料（资料来源主要有教材、学术期刊等），查阅途径有：到图书馆借阅、网络查询等。学生根据相关的文献资料，写出该题目的研究综述，拟定实验方案。在这个阶段，学生应在实验原理、测量方法、测量手段等方面要有所创新；检查实验方案中物理思想是否正确、方案是否合理、是否可行、同时要考虑实验室能否提供实验所需的仪器用具、同时还要考虑实验的安全性等，并与指导教师反复讨论，使其完善。实验方案应包括：实验原理、实验示意图、实验所用的仪器材料、实验操作步骤等。 2．实施实验方案、完成实验 学生根据拟定的实验方案，选择测量仪器、确定测量步骤、选择最佳的测量条件，并在实验过程中不断地完善。在这个阶段，学生要认真分析实验过程中出现的问题，积极解决困难，要于教师、同学进行交流与讨论。在这种学习的过程中，学生要学习用实验解决问题的方法，并且学会合作与交流，对实验或科研的一般过程有一个新的认识；其次要充分调动主动学习的积极性，善于思考问题，培养勤于创新的学习习惯，提高综合运用知识的能力。 3．分析实验结果、总结实验报告 实验结束需要分析总结的内容有：（1）对实验结果进行讨论，进行误差分析；（2）讨论总结实验过程中遇到的问题及解决的办法；（3）写出完整的实验报告（4）总结实验成功与失败的原因，经验教训、心得体会。实验结束后的总结非常重要，是对整个实验的一个重新认识过程，在这个过程中可以锻炼学生分析问题、归纳和总结问题的能力，同时也提高了文字表达能力。 在完成综合性、设计性实验的整个过程中处处渗透着学生是学习的主体，学生是积极主动地探究问题，这是一种利于提高学生解决问题的能力，提高学生的综合素质的教学过程。 在综合设计性实验教学过程中学生与教师是在平等的基础上进行探讨、讨论问题，不要产生对教师的依赖。有些问题对教师是已知的，但对学生是未知的，这时教师应积极诱导学生找到解决问题的方法、鼓励学生克服困难，并在引导的过程中帮助学生建立科学的思维方式和研究问题的方法。有些问题对教师也是一个未知的问题，这时教师应与学生共同思考共同解决问题。 二．实验报告书写要求 实验报告应包括：1实验目的；2实验仪器及用具；3实验原理；4实验步骤；5测量原始数据；6数据处理过程及实验结果；7分析、总结实验结果，讨论总结实验过程中遇到的问题及解决的办法，总结实验成功与失败的原因，经验教训、心得体会。 三．实验成绩评定办法 教师根据学生查阅文献、实验方案设计、实际操作、实验记录、实验报告总结等方面综合评定学生的成绩。 （1）查询资料、拟定实验方案：占成绩的20%。在这方面主要考察学生独立查找资料，并根据实验原理设计一个合理、可行的实验方案。 （2）实施实验方案、完成实验内容：占成绩的30%。考察学生独立动手能力，综合运用知识解决实际问题的能力。 （3）分析结果、总结报告：占成绩的20%。主要考察学生对数据处理方面的知识运用情况，分析问题的能力，语言表达能力。 （4）科学探究、创新意识方面：占成绩的20%。考察学生是否具有创新意识，善于发现问题并能解决问题。 （5）实验态度、合作精神：占成绩的10%。考察学生是否积极主动地做实验，是否具有科学、
(完整版)大学物理实验报告答案大全
大学物理实验报告答案大全（实验数据及思考题答案全包括） 伏安法测电阻 实验目的(1) 利用伏安法测电阻。 (2) 验证欧姆定律。 (3) 学会间接测量量不确定度的计算；进一步掌握有效数字的概念。 实验方法原理根据欧姆定律， I R = U ，如测得U 和I 则可计算出R。值得注意的是，本实验待测电阻有两只， 一个阻值相对较大，一个较小，因此测量时必须采用安培表内接和外接两个方式，以减小测量误差。 实验装置待测电阻两只，0～5mA 电流表1 只，0－5V 电压表1 只，0～50mA 电流表1 只，0～10V 电压表一 只，滑线变阻器1 只，DF1730SB3A 稳压源1 台。 实验步骤本实验为简单设计性实验，实验线路、数据记录表格和具体实验步骤应由学生自行设计。必要时，可提示学 生参照第2 章中的第2.4 一节的有关内容。分压电路是必须要使用的，并作具体提示。 (1) 根据相应的电路图对电阻进行测量，记录U 值和I 值。对每一个电阻测量3 次。 (2) 计算各次测量结果。如多次测量值相差不大，可取其平均值作为测量结果。 (3) 如果同一电阻多次测量结果相差很大，应分析原因并重新测量。 数据处理 测量次数1 2 3 U1 /V 5.4 6.9 8.5 I1 /mA 2.00 2.60 3.20 R1 / Ω 2700 2654 2656
测量次数1 2 3 U2 /V 2.08 2.22 2.50 I2 /mA 38.0 42.0 47.0 R2 / Ω 54.7 52.9 53.2 (1) 由. % max ΔU =U ×1 5 ，得到U 0.15V , 1 Δ = U 0 075V Δ 2 = . ； (2) 由. % max ΔI = I ×1 5 ，得到I 0.075mA, 1 Δ = I 0 75mA Δ 2 = . ； (3) 再由2 2 3 3 ( ) ( ) I I V u R U R Δ Δ = + ，求得9 10 Ω 1Ω 2 1 1 = × = R R u , u ； (4) 结果表示= (2.92 ± 0.09)×10 Ω, = (44 ±1)Ω 2 3 1 R R 光栅衍射 实验目的 (1) 了解分光计的原理和构造。 (2) 学会分光计的调节和使用方法。 (3) 观测汞灯在可见光范围内几条光谱线的波长