大学物理综合设计性实验(完整)

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1、综合设计性物理实验指引书黑龙江大学一般物理实验室目 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 多种措施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毕一种综合设计性实验要通过如下三个过程：1选题及拟

2、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，学生可根据自己的爱好爱好自由选择题目。选定实验题目之后，学生一方面要理解实验目的、任务及规定，查阅有关文献资料（资料来源重要有教材、学术期刊等），查阅途径有：到图书馆借阅、网络查询等。学生根据有关的文献资料，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、测量措施、测量手段等方面要有所创新；检查实验方案中物理思想与否对的、方案与否合理、与否可行、同步要考虑实验室能否提供实验所需的仪器用品、同步还要考虑实验的安全性等，并与指引教师反复讨论，使其完善。实验方案应涉及：实验原理、实验示意图、实验所用的仪器材料、实验操作环节等

3、。2实行实验方案、完毕实验学生根据拟定的实验方案，选择测量仪器、拟定测量环节、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浮现的问题，积极解决困难，要于教师、同窗进行交流与讨论。在这种学习的过程中，学生要学习用实验解决问题的措施，并且学会合伙与交流，对实验或科研的一般过程有一种新的结识；另一方面要充足调动积极学习的积极性，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分析实验成果、总结实验报告实验结束需要分析总结的内容有：（1）对实验成果进行讨论，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措施；（3）写出完整的实验报告（4）

4、总结实验成功与失败的因素，经验教训、心得体会。实验结束后的总结非常重要，是对整个实验的一种重新结识过程，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，同步也提高了文字体现能力。在完毕综合性、设计性实验的整个过程中到处渗入着学生是学习的主体，学生是积极积极地探究问题，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本上进行探讨、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措施、鼓励学生克服困难，并在引导的过程中协助学生建立科学的思维方式和研究问题的措施。有

5、些问题对教师也是一种未知的问题，这时教师应与学生共同思考共同解决问题。二实验报告书写规定实验报告应涉及：1实验目的；2实验仪器及用品；3实验原理；4实验环节；5测量原始数据；6数据解决过程及实验成果；7分析、总结实验成果，讨论总结实验过程中遇到的问题及解决的措施，总结实验成功与失败的因素，经验教训、心得体会。三实验成绩评估措施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估学生的成绩。（1）查询资料、拟定实验方案：占成绩的20%。在这方面重要考察学生独立查找资料，并根据实验原理设计一种合理、可行的实验方案。（2）实行实验方案、完毕实验内容：占成绩的30%。考察

6、学生独立动手能力，综合运用知识解决实际问题的能力。（3）分析成果、总结报告：占成绩的20%。重要考察学生对数据解决方面的知识运用状况，分析问题的能力，语言体现能力。（4）科学探究、创新意识方面：占成绩的20%。考察学生与否具有创新意识，善于发现问题并能解决问题。（5）实验态度、合伙精神：占成绩的10%。考察学生与否积极积极地做实验，与否具有科学、严谨、实事求是的工作作风，能否与小组同窗团结合伙。四综合设计性实验上课规定1做每个实验前要做实验前的开题报告，开题报告应涉及：（1）实验的目的、意义、内容；（2）对实验原理的结识、拟定的测量方案等；（3）对实验装置工作原理、使用措施等方面的理解；（4）

7、对实验的原理、测量措施、仪器使用等方面存在的问题、需进一步研究的内容等。2实验结束规定做实验总结报告，总结报告应涉及：（1）论述实验原理、测量措施；（2）简介实验内容，分析测量数据、实验现象，总结测量成果；（3）实验的收获、实验的改善意见，对实验教学工作提出意见和建议等。实验1. 几何光学设计性实验 组装显微镜与望远镜显微镜与望远镜是常用的助视光学仪器。显微镜重要用来协助人们观测近处的微小物体，望远镜则重要协助人们观测远处的目的，它们在天文学、电子学、生物学和医学等领域中都起着十分重要的作用。为适应不同用途和性能的规定，有多种类型的显微镜与望远镜，构造上也各有差别，但是它们的基本光学系统都是由

8、一种目镜和物镜构成。一实验目的（1）掌握透镜成像规律；（1）组装简朴的显微镜与望远镜，以熟悉它们的构造及其放大原理，掌握其调节与使用措施；（2）用自己组装的望远镜测量凸透镜和凹透镜的焦距。二实验室可提供的器材1.2m光学导轨一种，焦距为4、8、20的凸透镜各一种，待测凸透镜、凹透镜各一种，玻璃叉丝屏（分划板）一种，物屏一种。三实验内容1辨别凸、凹透镜，辨别不同凸透镜的焦距长短。2选择较短焦距的凸透镜做目镜，与分划板构成目镜系统，调节目镜到透镜之间的距离，使分划板成像清晰。3运用透镜成像法测量所有凸透镜的焦距（用目镜系统观测成像）。4组装显微镜规定：（1）画出显微镜的光路图；（2）选择合适的凸透

9、镜做物镜，运用目镜和分划板构成的目镜系统，组装显微镜。（3）调节显微镜系统看清放大的像，观测显微镜放大的现象。5组装望远镜规定：（1）画出开普勒望远镜的光路图。（2）选择一种焦距较长的凸透镜做物镜，运用目镜系统，组装望远镜。（3）用组装的望远镜系统，观测远处物体成像的现象。4用上述组装成的望远镜测量待测凸透镜的焦距规定：画出测量光路图，并论述测量原理及过程。5用上述组装成的望远镜测量待测凹透镜的焦距。规定：画出测量光路图，并论述测量原理及过程。五实验报告规定1论述实验的基本原理及测量措施内容涉及：透镜成像原理，测量透镜焦距的措施，显微镜望远镜的构造、组装措施等2记录实验环节及多种实验现象，画出

10、光路图，记录实验数据。3总结本次实验的收获和体会。实验2 LED特性测量LED是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光，具有体积小，耗电量低，易于控制，结实耐用，寿命长，环保等长处，其重要应用领域涉及：照明、大屏幕显示、液晶显示的背光源、装饰工程等。本实验通过测试多种LED特性，分析实验成果，从而进一步理解LED工作原理及有关应用。实验目的1.测量LED的伏安特性2.测量LED的电光转换特性3.测量LED输出光空间分布特性实验仪器及用品LED光发射器，照度检测探头，鼓励电源，测试控制器，实验仪及LED组件。实验原理一LED工作原理发光二极管是由P型和N型半导体构成的二极管。P型半导体中有

11、相称数量的空穴，几乎没有自由电子。N型半导体中有相称数量的自由电子，几乎没有空穴。当两种半导体结合在一起形成P-N结时，N区的电子（带负电）向P区扩散， P区的空穴（带正电）向N区扩散，在P-N结附近形成空间电荷区与势垒电场。势垒电场会使载流子向扩散的反方向作漂移运动，最后扩散与漂移达到平衡，使流过P-N结的净电流为零。在空间电荷区内，P区的空穴被来自N区的电子复合，N区的电子被来自P区的空穴复合，使该区内几乎没有能导电的载流子，又称为结区或耗尽区。当加上与势垒电场方向相反的正向偏压时，结区变窄，在外电场作用下，P区的空穴和N区的电子就向对方扩散运动，从而在PN结附近产生电子与空穴的复合，并以

12、热能或光能的形式释放能量。采用合适的材料，使复合能量以发射光子的形式释放，就构成发光二极管。发光二极管发射光谱的中心波长，由构成P-N结的半导体材料的禁带能量所决定，采用不同的材料及材料组分，可以获得发射不同颜色的发光二极管。LED的光谱线宽度一般有几十纳米，可见光的光谱范畴是400700纳米，白光LED一般采用三种措施形成。第一种是在蓝光LED管芯上涂敷荧光粉，蓝光与荧光粉产生的宽带光谱合成白光。第二种是采用几种发不同色光的管芯封装在一种组件外壳内，通过色光的混合构成白光LED。第3种是紫外LED加3基色荧光粉，3基色荧光粉的光谱合成白光。二LED光电特性1.LED的伏安特性伏安特性反映了在

13、LED两端加电压时，电流与电压的关系，如图2所示。在LED 两端加正向电压，当电压较小，局限性以克服势垒电场时，通过LED的电流很小。当正向电压超过死区电压（图2中的正向拐点）后，电流随电压迅速增长。正向工作电流指LED正常发光时的正向电流值，根据不同管子的构造和输出功率的大小，其值在几十毫安到1安之间。正常工作电压指LED正常发光时加在二极管两端的电压。容许功耗指加于LED的正向电压与电流乘积的最大值，超过此值，LED会因过热而损坏。LED的伏安特性与一般二极管相似。在LED 两端加反向电压，只有微安极的反向电流。反向电压超过击穿电压（一般为几十伏）后，管子被击穿损坏。为安全起见，鼓励电源提

14、供的最大反向电压低于击穿电压。2、测量LED的电光转换特性图3反映发光二极管的驱动电流与与输出照度的关系。发光二极管输出照度值与驱动电流近似呈线性关系。这是由于驱动电流与注入PN结的电荷数成正比，在复合发光的量子效率一定的状况下，输出照度与注入电荷数成正比。（a）A型管（加装透镜） （b）B型管 图4 两种发光二极管的角度特性曲线图3、LED输出光空间分布特性发光二极管的芯片构造及封装方式不同，输出光的空间分布也不同样，图4给出其中两种的分布特性。图4的发射强度是以最大值为基准，此时方向角定义为零度，发射强度定义为100。当方向角变化时，发射强度相应变化。发射强度降为峰值的一半时，相应的角度称

15、为方向半值角。发光二极管出光窗口附有透镜，可使其指向性更好，如图4（a）的曲线所示，方向半值角大概为 7左右，可用于光电检测，射灯等规定出射光束能量集中的应用环境。图4 (b)所示曲线为未加透镜的发光二极管，方向半值角大概为 50，可用于一般照明及大屏幕显示等规定视角广阔的应用环境。实验仪器简介 LED实验装置如图5所示。实验装置由LED光发射器，照度检测探头，鼓励电源，测试控制器，实验仪及LED组件盒构成。LED组件共提供红色，绿色，蓝色，白色4种高亮LED和红色，绿色，蓝色，白色4种功率LED。LED光发射器可以旋转并由刻度盘批示旋转角度，以便测量LED输出光空间分布特性。照度检测由光电池

16、将LED输出的光信号转换成电信号后，由照度表显示。鼓励电源有稳压与稳流两种输出模式，本实验内容采用稳压模式。在稳压模式下，选择036伏档,控制器向LED输出反向电压。选择04伏档,控制器向LED输出正向电压。输出调节旋纽可以调节输出的电压值。测试控制器提供电压换向，过压报警，输入输出信号的转接等功能。实验仪上有电压，电流，照度3个表头，是读取实验数据的窗口，每个表头都带有量程切换按键。各部分的连线仪器上均有标示，按标示连接即可。使用时应注意，只有在电源输出为0时（电源调节旋纽逆时针旋转究竟），才可进行：切换电源和实验仪的档位、更换LED组件、启动、关闭电源。否则易导致电源或仪器损坏。 实验内容

17、与规定 1.测量伏安特性与电光转换特性（1）测量反向特性将照度检测探头至LED的距离调节到20厘米。调节探头的高度和角度，使其正对LED。输出模式选择稳压，电源输出档位选择036V。此时控制器上的红色批示灯熄灭，表白加在LED上的为反向电压，测量反向特性。将输出调节旋纽右旋至输出20V，测量反向电流。逐渐减小反向电压，观测反向电流的变化，（2）测量正向特性反向电压调节到0后，将电源档位切换为04V。此时控制器上的红色批示灯亮，表白加在LED上的为正向电压，测量正向特性。根据实验数据，画出4只高亮LED管的伏安特性及电光转换特性曲线，并与图2，图3比较。2.测量LED输出光空间分布特性测试测量高

18、亮LED、功率LED，驱动电流保持在16mA。画出高亮LED、功率LED输出光空间分布特性曲线，并比较。实验注意事项只有在电源输出为0时（电源调节逆时针旋转究竟），才可切换电源和实验仪的档位，更换LED组件，启动、关闭电源，否则导致电源或仪器损坏。实验3 超声多普勒效应的研究和应用如果波源或接受器或两者相对于介质运动，则发现接受器接受到的频率和波源振动的频率不相似。这种接受器接受到的频率有赖于波源或接受器运动的现象，称为多普勒效应。多普勒效应在核物理、天文学、工程技术、交通管理、医疗诊断等方面有十分广泛的应用，如用于卫星测速、光谱仪、多普勒雷达、多普勒彩色超声诊断仪等。本实验用超声波来研究多普

19、勒效应。实验目的：1. 验证超声波的多普勒效应；2. 运用多普勒效应测量空气中的声速；3. 将超声换能器作为速度传感器，测量运动物体的速度，研究匀速直线运动，匀变速直线运动等；4. 运用超声波测量物体的位置及移动距离。实验用品：DH-DPL2型多普勒效应及声速综合测试仪，智能运动控制系统，测试架，示波器等。实验原理：一声波的多普勒效应一方面简介波源S与接受器R的运动方向与波的传播方向共线的状况。1.相对介质波源静止，接受器以速度运动若接受器向着静止的波源运动，在单位时间内接受器接受到的完整波的数目等于分布在距离内波的数目，即接受器接受到的频率为： 其中、分别为波在介质中传播的速度、波长及频率。

20、由于波源在介质中静止，因此波的频率就等于波源的频率,因此有 （1）当接受器离开波源运动时，接受器接受到的频率为： （2） 称为多普勒频移2.相对介质接受器静止，波源以速度运动当波源运动时，它所发出的相邻的两个同相振动状态是在不同地点发出的，相隔的距离为,为波源的周期。如果波源向着接受器运动，对接受器的有效波长为接受器接受到的频率为（3）如果波源远离接受器运动，接受器接受到的频率为 （4） 3.相对介质，波源和接受器分别以速度、运动波源的频率为，接受器的频率为 （5） 如果波的传播方向、波源速度、接受器的速度三者不共线，运动状况如图1所示，接受器的频率为 图1二多普勒效应的应用1. 用多普勒效应

21、测声速实验装置的声源是固定的，接受器可在导轨上运动，因此本实验研究上述第1种状况，即相对介质波源静止，接受器以速度运动。根据（1）或（2）式，如果测得波源的频率、接受器运动的速度及相应的频率，可以得到声速。2.测量物体的运动速度测量物体的运动速度时，可以把接受器作为速度传感器与被测物连在一起，还是运用（1）或（2）式，测得波源的频率、接受器的频率、声速，可得到物体的运动速度。本实验装置可以用多种措施测量声速，共振干涉法、相位法测量原理可参照声速测量实验，下面简介时差法测量声速原理。持续波经脉冲调制后由发射换能器发射至被测介质中，声波在介质中传播，通过t时间后，达到L距离处的接受换能器。由运动定

22、律可知，声波在介质中传播的速度可由如下公式求出：图2 发射波与接受波图2 发射波与接受波通过测量二换能器发射接受平面之间距离L和时间t,就可以计算出目前介质下的声波传播速度。可运用时差法测量声速的原理拟定物体的位置及移动的距离。三超声波与压电陶瓷换能器频率20Hz-20kHz的机械振动在弹性介质中传播形成声波，高于20kHz称为超声波，超声波的传播速度就是声波的传播速度，而超声波具有波长短，易于定向发射等长处,可避免实验室内多种声音的干扰。压电陶瓷超声换能器是发生和接受超声波的器件，根据它的工作方式，分为纵向（振动）换能器、径向（振动）换能器及弯曲振动换能器。本实验装置采用纵向换能器。图3为纵

23、向换能器的构造简图。压电陶瓷片是用多晶体构造的压电材料（如钛酸钡）制成，具有压电效应。能将正弦交流信号变成压电材料纵向长度的伸缩，使压电陶瓷成为声波的波源；反之，也可以使声压变化转变为电压的变化，即用压电陶瓷片作为声频信号的接受器。 图3 纵向换能器的构造简实验装置简介实验装置由综合实验仪、智能运动控制系统和测试架三个部份构成，实验装置及线路连接示意图如图4。1. 综合测试仪，由功率信号源、接受器、功率放大器、微解决器，液晶显示屏等构成。综合测试仪面板如图5。功率信号源可提供（1） 持续波，频率范畴：20kHz50kHz，步进值：10Hz，最大输出电压：10Vp-p；（2） 脉冲波，脉冲波宽度

24、：75s，周期：30ms；最大输出电压： 7Vp-p；综合测试仪可完毕下列测试功能：（1） 接受器通过光电门时的平均频率及平均速度；（2） 波源发出脉冲信号到接受器接受的时间；（3） 实时跟踪接受器接受的频率变化，可控制采样点数和采样步距；（4） 数据存贮和查询功能。14136测试架151617111098453127211.发射换能器，2.接受换能器，3、5.限位保护座，4.测速光电门，6.接受线支撑杆，7.小车，8.测速挡光片和行程撞块，9.步进电机，10.滚花帽，11.运动导轨，12.底座，13.光电门I，14.光电门II ，15.限位，16.电机控制 ，17.光电门I插座同步电机。图4

25、 实验装置及线路连接示意图图5. 综合测试仪面板2.智能运动控制系统由步进电机，电机控制模块，单片机系统构成，面板如图6所示。智能运动控制系统用于控制小车的启、停及小车作匀速运动的速度。此外，内建了七种变速运动模式：从零加速，后减速到零；再反向从零加速，后减速到零不断循环。为了避免小车运动时发生意外，设计有小车限位功能，该功能由光电门限位和行程开关控制构成。当小车运动到导轨两侧的限位光电门处时，根据不同的运营方式，小车会自行停止运营或反向运营；当因误操作致使小车越过限位光电门后，会触发行程开关，使系统复位停车，这时可以关闭控制系统电源开关，手动把小车移动到两限位光电门之内后，重新启动电源。注意

26、：为了保证电机运动状态的精确性，启动电源时必须保证小车起始位置在两限位光电门之间。图6智能运动控制系统3.测试架由底座、超声发射换能器、导轨、载有超声接受器的小车、步进电机、传动系统、光电门等构成。实验内容及操作环节1.调节实验装置（1）按图4接线。把测试架上收发换能器(固定的换能器为发射，运动的换能器为接受)及光电门I连在综合测试仪上的相应插座上, 测试仪上的“发射波形”及“接受波形”与示波器相接,将“发射强度”及“接受增益”调到最大；将测试架上的光电门II、限位及电机控制接口与智能运动控制系统相应接口相连；将智能运动控制系统“电源输入”接综合测试仪的“电源输出”。（2）把载有接受换能器的小

27、车移动到导轨最右端（移动时可以关闭智能运动控制系统电源或在通电时保证移动区域在两限位光电门之间，智能运动控制系统的使用请参看附录仪器使用阐明）（3）进入“多普勒效应实验”子菜单，切换到“设立源频率”后，按“”“”键增减信号频率，一次变化10Hz；用示波器观测接受换能器波形的幅度与否达到最大值，该值相应的超声波频率即为换能器的谐振频率。（4）谐振频率调好后，“动态测量”，我们可以看到画面中换能器的接受频率（测量频率）和发射源频率是相等的，并且变化接受换能器的位置，该测量频率和发射频率始终是相等的，证明调谐成功。2.验证多普勒效应（1）按照上述实验环节1的内容，设立好波源频率。（2）转入“瞬时测量

28、”，保证小车在两限位光电门之间，启动智能运动控制系统电源，设立小车运动的速度，使小车正或反通过中间测速光电门。每次测量完毕后记下接受器频率、波源频率、及其差值f正和f反，智能运动控制系统给出的小车速度。变化小车的运动速度，反复多次测量，作出关系曲线，并比较实验得到的斜率与理论值的关系。声速理论值： 其中t为室温，单位为。也可以用“动态测量”，注意：动态测量仅限于小车运动速度较低时。动态法可更直观的验证多普勒效应。3. 用多普勒效应测声速测量环节和2相似，可转入“动态测量”或“瞬时测量”，小车运动速度由智能运动控制系统拟定，波源频率和接受器频率由综合测试仪拟定,因而可由（1）或（2）式求出声速。

29、进行多次测量后，求出声速的平均值。波源频率和接受器频率，也可以用示波器测量。3.用时差法测空气中的声速综合测试仪进入“时差法测声速”画面，这时超声发射换能器发出75s宽（填充3个脉冲），周期为30ms的脉冲波。可在直射式和反射式两种方式下进行。（1）在直射方式下，接受换能器接受直达波，这时综合测试仪显示声波从发射换能器到接受换能器传播的时间t值：t1；用步进电机或用手移动小车（注意：手动移动小车时候，最佳通过转动步进电机上的滚花帽使小车缓慢移动，以减小实验误差）再得到一种t值：t2，从而算出声速值,，其中x为小车移动的距离（可以直接从标尺上读出或参照控制器中显示的距离）。可用数字存储示波器测量

30、t，把发射、接受换能器的信号输入到示波器的两个通道中，发射信号到接受信号的第一种波峰之间的距离即为t，如图2所示。（3）在反射方式下，接受换能器接受由反射面反射的反射波。反射法测声速时，反射屏要远离两换能器，调节两换能器之间的距离、两换能器与反射屏之间的夹角以及垂直距离，如图7所示。使用数字存储示波器（双踪、由脉冲波触发）接受到稳定波形，用示波器观测波形，调节示波器使接受器波形的某一波头的波峰处在一种容易辨识的时间轴位置上，然后向前或向后移动反射屏位置，使移动，记下此时示波器中上述波头在时间轴上移动的时间，可得到声速。还可以用驻波法和相位法测量声速（测量措施参见声速测量实验）。用多种措施测得的

31、声速与理论值比较，分析多种测量措施的特点、测量误差产生的因素。4.研究物体的运动状态将超声换能器用作速度传感器，可进行匀速直线运动，匀加（减）直线运动，简谐振动等实验。这时综合测试仪应进入“变速运动实验”，设立好采样点数，采样步距后,“开始测量”，测量完后显示出成果。进行运动实验时，除了用智能运动系统控制的小车外，还可换用手动小车，这时注意应当推动小车系统的底部使小车运动，并且不能用力过大、过猛。5.设计性实验：用多普勒效应测量运动物体的未知速度。根据前面实验内容2成果，结合智能运动系统，设计一种用多普勒效应测量运动物体的未知速度的实验方案，涉及原理、环节和成果等。6.设计性实验：运用超声波测

32、量物体的位置及移动距离。请实验者根据前面实验内容3中有关时差法测声速的原理，结合智能运动控制系统及导轨标尺，设计一种用超声波测量物体的位置及移动距离的实验方案，涉及原理、环节、系统误差的解决和成果等。仪器使用注意事项1使用时，应避免信号源的功率输出端短路。2注意仪器部件的对的安装、线路对的连接。3仪器的运动部分是由步进电机驱动的精密系统，严禁运营过程中人为阻碍小车的运动。4注意避免传动系统的同步带受外力拉伸或人为损坏。5小车不容许在导轨两侧的限位位置外侧运营。附录：仪器使用阐明1、综合测试仪主画面开机时或按复位键时显示：“欢迎使用多普勒效应及声速综合实验仪”。按“确认”键（即中心键）后显示主菜

33、单：“时差法测声速”“多普勒效应实验”“变速运动实验”“数据查询”按“”“”键选择不同的任务，按“确认”键进入如下各任务：“时差法测声速”：“时间差t: xxxs”“返回”，按 “确认”键返回主菜单；“多普勒效应实验”：“设立源频率”：“”“”增减信号频率，一次变化10Hz；“瞬时测量”：测过光电门时的平均频率及平均速度；“动态测量”：不用光电门测得的动态频率（频率计）；“返回”，按 “确认”键返回主菜单；“变速运动实验”： “采样点数”160，用“”“”增减，一次变化1； “采样步距”65ms，用“”“”增减，一次变化1ms；“开始测量”：进入测量状态，测量完后显示成果“f-t”、“数据”、

34、“存储”、“返回”；按“”“”键进入有关功能；若要对数据进行存储，先选择该功能，按下“确认”后将显示“存储组别：x”，用“”“”增减变化组别x，然后按下“确认”后将显示“已存储到组x”，并自动回到原操作界面；“返回” “数据查询”： “变速运动数据组别：x”用“”“”键增减变化要查询的组别x，按下“确认”后显示有关信息“f-t”、“数据”、“存储”、“返回”，按“”“”键切换到有关功能；2、智能运动控制系统用于控制小车的启、停及小车作匀速运动的速度。此外，内建了七种变速运动模式：从零加速，后减速到零；再反向从零加速，后减速到零不断循环。为了避免小车运动时发生意外，设计有小车限位功能，该功能由光

35、电门限位和行程开关控制构成。当小车运动到导轨两侧的限位光电门处时，根据不同的运营方式，小车会自行停止运营或反向运营；当因误操作致使小车越限光电门后，会触发行程开关，使系统复位停车，这时可以关闭控制系统电源开关，手动把小车移动到两限位光电门之内后，重新启动电源。注意：为了保证电机运动状态的精确性，启动电源时必须保证小车起始位置在两限位光电门之间。（1）在匀速运动模式下，即显示速度V为0.XXXm/s或-0.XXXm/s（“-”表达方向为负），单击键，进入速度设定模式，显示速度V为0.XXXm/s或-0.XXXm/s，并且高位“0”处在闪烁状态；这时再按键（速度增长）或键（速度减小）来对速度的大小

36、进行设定，设定好后再单击键进行拟定即可。速度显示误差为：0.002m/s。此速度可以当成已经拟定的物理量，也可以用外部测速装置来测量。（2）单击启动/停止控制键，将使电机加速启动到设定速度或从设定速度减速到停止运营（为了避免步进电机的失步和过冲现象，需加速启动和减速停止）。此键在小车运营时才有效。（3）在电机停止时单击正/反转控制键，速度显示方向变化，电机下次的运营方向将会变化。需要注意的是，当电机运营到导轨两侧的限定位置而停止时，只有按此键变化电机运营方向才可反向运营。（4）在速度设定完毕，即显示速度V为0.XXXm/s或-0.XXXm/s时，单击上键将显示上次电机运营的距离D，显示为XXX

37、.XXmm用于时差法测声速，再次单击此键将停止查看，恢复本来速度显示数。在查看的过程中，其他键盘将失效。（5）在速度设定完毕，单击下键将进入最小步进距离L设定,显示L0.XXX mm，并且最低位开始闪烁；此时按加键（加1）或减键（减1）来对该位的大小进行设定；再次单击下键，向左移位闪烁，再按加键（加1）或减键（减1）来对该闪烁位的大小进行设定依次对各位进行设定，继续单击下键，直到自动显示速度V为0.XXXm/s或-0.XXXm/s时，表达设定完毕。最大步进距离可设定到0.300mm，最小为0.050mm，初始设定值为0.102mm，具体设定措施见速度设定阐明。（6）在速度设定完毕后，按下键不放

38、，直到数码管显示ACCX或-ACCX时再释放，即可进入变速运动模式；再次按键不放直到显示速度V为0.XXXm/s或-0.XXXm/s时将返回本来匀速运动模式。（7）在变速运动模式下，当电机处在停止状态时，单击下键将变化速度曲线，总共有7条先加速再减速曲线（速度都是从0.000m/s加速到系统速度所能设定的最大值（0.475m/s）然后再减速停止），显示ACCX或-ACCX，X为17。（8）速度曲线选择好后，单击启动/停止控制键将启动变速运营曲线，运营的过程中将显示瞬时速度0.XXXm/s或-0.XXXm/s，反映瞬时速度的大小和方向变化。运动过程中再次单击启动/停止控制键将停止运营变速曲线，显

39、示ACCX或-ACCX，X为17。（9）在变速运动模式下，当电机不运营时，单击正/反转控制键，变速运动速度显示方向变化，电机下次的运营方向将会变化。（10）当变速运动停止时显示ACCX或-ACCX，单击键将显示上次变速运营的距离D，当0mmD1000mm时显示XXX.XX mm；当1000mmD10000mm时显示XXXX.X mm；10000mmD100000mm时显示XXXXX mm。3、速度设定阐明：（1）启动电机开始运营时，要先将固定接受换能器的小车置于导轨中间，即两个限位光电门之间的位置，然后按一下控制器背面的复位键即可做实验，若运动模式切换，需再反复上面操作，保证初始运动状态对的。

40、在匀速运动模式下，限位停车后，要按键变化电机运营方向后方可再按键启动运营；在变速运动模式下，到限位位置后，电机运营方向将自动变化且继续运营，按启动/停止键才可停止运营。（2）7条加速曲线都是先从0加速到最大速度V，然后再减速到0；然后反向再从0加速到最大速度V，再减速到0变速运营的距离可以查看。（3）通过外部测距来校对设定电机最小步进距离L。先设定一种速度，使电机匀速运营，运营一段距离后停车，记下控制器中显示的运营距离D和小车实际运营的距离S（从标尺上读出）。由于步进电机运营的步数一定，设原最小步进为L,需设定的最小步进为LS，则有D/L=S/LS。把计算出的LS值设入系统，那么下次运营距离显

41、示值即为实际测量值。本系统已预置一种参照值L=0.102mm，可以通过多次实验设定该值。实验4 热辐射与红外扫描成像实验热辐射是19世纪发展起来的新学科，至19世纪末该领域的研究达到顶峰,黑体辐射实验是量子论得以建立的核心性实验之一。物体由于具有温度而向外辐射电磁波的现象成为热辐射，热辐射的光谱是持续谱，波长覆盖范畴理论上可从0到，而一般的热辐射重要靠波长较长的可见光和红外线。物体在向外辐射的同步，还将吸取从其她物体辐射的能量，且物体辐射或吸取的能量与它的温度、表面积、黑度等因素有关。实验目的1.研究物体的辐射面、辐射体温度对物体辐射能力大小的影响，并分析因素;2.测量变化测试点与辐射体距离时

42、，物体辐射强度P和距离S以及距离的平方S2的关系，并描绘P-S2曲线;3.根据维恩位移定律，测绘物体辐射能量与波长的关系图;4.测量不同物体的防辐射能力;5.理解红外成像原理，根据热辐射原理测量发热物体的形貌。实验仪器用品DHRH-1测试仪、黑体辐射测试架、红外成像测试架、红外热辐射传感器、半自动扫描平台、光学导轨（60cm）、计算机软件以及专用连接线等。实验原理为定量地表白物体热辐射的规律，引入了光谱辐射出射度（频率为的光谱辐射出射度是指单位时间内从物体单位表面积发出的频率在附近单位频率区间的电磁波能量,SI单位为）、光谱吸取比（在温度为T时，物体表面吸取的频率在到+d区间的辐射能量占所有入

43、射的该区间的辐射能量的份额，称作物体的光谱吸取比）和黑体（能完全吸取照射到它上面的多种频率的光的物体称作黑体）概念，实验表白，辐射能力越强的物体，其吸取能力也越强。理论上可以证明，尽管多种材料的和可以有很大的不同，但在同一温度下两者的比却与材料种类无关，而是一种定值。其数学体现式为： （1）式中是一种与物质无关的普适函数。对于黑体，它的光谱辐射出射度应是多种材料中最大的，并且只与频率和温度有关。如果在腔壁上开一种小洞（图1），则射入小洞的光就很难有机会再从小洞中出来。这样一种小洞事实上就能完全吸取多种波长的入射电磁波而成了黑体。黑体辐射公式，即普朗克公式 （2）式中为能量子，为普朗克常量，。从

44、普朗克公式可以导出两个定律：一种是黑体的所有辐射出射度公式，即斯特藩-玻耳兹曼定律 （3）式中为斯特藩-玻耳兹曼常量，图2辐射能量与波长的关系另一种是维恩位移律，它阐明，在温度为的黑体辐射中，光谱辐射出射度最大的电磁波的频率或波长由下式决定： 或 （4）式中、为常量，其值为，图2显示了黑体不同色温的辐射能量随波长的变化曲线，峰值波长与它的绝对温度T成反比。实验内容及操作环节一物体温度以及物体表面对物体辐射能力的影响1将黑体热辐射测试架、红外传感器安装在光学导轨上，调节红外热辐射传感器的高度，使其正对模拟黑体（辐射体）中心，然后再调节黑体辐射测试架和红外热辐射传感器的距离为一较合适的距离并通过光

45、具座上的紧固螺丝锁紧。2将黑体热辐射测试架上的加热电流输入端口和控温传感器端口分别通过专用连接线和DHRH-1测试仪面板上的相应端口相连；用专用连接线将红外传感器和DHRH-I面板上的专用接口相连；检查连线与否无误，确认无误后，开通电源，对辐射体进行加热，见图3所示。图33测量不同温度时的黑体辐射强度，绘制温度-辐射强度曲线图。规定：（1）保持黑体辐射测试架离红外热辐射传感器距离1cm左右；（2）把温度控制器温度设定在80给黑体加热，用万用表或者数据采集分别测量四种黑体辐射面（黑面、粗糙面、光面1、光面2（带孔）辐射强度大小（电压mV）随黑体温度变化之间的关系，采用动态法测量；（3）实验时，保

46、证热辐射传感器与待测辐射面距离相似，便于分析和比较；（4）根据测量数据分析物体温度以及物体表面对物体辐射能力的影响；（5）光面2上有通光孔，比较光面1与光面2的测量数据分析光照对实验的影响。 4.黑体温度与辐射强度微机测量：用计算机动态采集黑体温度与辐射强度之间的关系时，先按照环节2连好线，然后把黑体热辐射测试架上的测温传感器PT100II连至测试仪面板上的“PT100传感器II”，用USB电缆连接电脑与测试仪面板上的USB接口，见图4所示。具体实验界面的操作以及实验案例详见安装软件上的协助文档。图4一 探究黑体辐射和距离的关系1.按照实验一的环节2把线连接好，连线图同图3。2.将黑体热辐射测

47、试架紧固在光学导轨左端某处，红外传感器探头紧贴对准辐射体中心，稍微调节辐射体和红外传感器的位置，直至红外辐射传感器底座上的刻线对准光学导轨标尺上的一整刻度，并以此刻度为两者之间距离零点。3.将红外传感器移至导轨另一端，并将辐射体的黑面转动到正对红外传感器。4.将控温表头设立在80，待温度控制稳定后，移动红外传感器的位置，每移动一定的距离后，记录测得的辐射强度，绘制辐射强度-距离图以及辐射强度-距离的平方图,即P-S和P-S2图。5分析绘制的图形，你能从中得出什么结论，黑体辐射与否具有类似光强和距离的平方成反比的规律？注意：实验过程中，辐射体温度较高，严禁触摸，以免烫伤。三根据维恩位移定律，测绘

48、物体辐射强度P与波长的关系图1.按实验一，测量不同温度时，辐射体辐射强度和辐射体温度的关系并记录。2.根据公式（3），求出不同温度时的。3.根据不同温度下的辐射强度和相应的，描绘P-曲线图。4.分析所描绘图形，并阐明因素。四测量不同物体的防辐射能力1分别测量在辐射体和红外辐射传感器之间放入物体板之前和之后，辐射强度的变化。2. 放入不同的物体板时，辐射体的辐射强度有何变化，分析因素，你能得出哪重物质的防辐射能力较好，从中你可以得到什么启发。五.红外成像实验（使用计算机）1将红外成像测试架放置在导轨左边，半自动扫描平台放置在导轨右边，将红外成像测试架上的加热输入端口和传感器端口分别通过专用连线同

49、测试仪面板上的相应端口相连；将红外传感器安装在半自动扫描平台上，并用专用连接线将红外辐射传感器和面板上的输入接口相连，用USB连接线将测试仪与电脑连接起来，如图4所示。2将一红外成像体放置在红外成像测试架上，设定温度控制器控温温度为60或70度等，检查连线与否无误；确认无误后，开通电源，对红外成像体进行加热。3温度控制稳定后，将红外成像测试架向半自动扫描平台移近，使成像物体尽量接近热辐射传感器（不能紧贴，避免高温烫坏传感器测试面板）。4启动扫描电机，启动采集器，采集成像物体横向辐射强度数据；手动调节红外成像测试架的纵向位置（每次向上移动相似坐标距离，调节杆上有刻度），再次启动电机，采集成像物体

50、横向辐射强度数据；电脑上将会显示所有的采集数据点以及成像图，软件具体操作详见软件界面上的协助文档。实验注意事项1.实验过程中，当辐射体温度很高时，严禁触摸辐射体，以免烫伤。2.测量不同辐射表面对辐射强度影响时，辐射温度不要设立太高，转动辐射体时，应带手套。3.实验过程中，计算机在采集数据时不要触摸测试架，以免导致对传感器的干扰。4.辐射体的光面1光洁度较高，应避免受损。实验5 多方案测量食盐密度一实验目的和意义： 在平常生活中，食盐是我们必备的生活用品。学习研究，运用学过的措施实现用多种方式测量食盐密度，并通过此实验加深对知识的应用限度。二参照资料：1基本物理实验。2化学实验用书。三实验前应思

51、考的问题：1.运用学过的知识可以找到几种测量食盐密度的措施？2.如何拟定食盐的密度，需要给定哪些已知量？ 3.实验操作过程中应当注意哪些问题？四实验室可提供的重要器材： 食盐，比重瓶，水，电子天平，游标卡尺，螺旋测微器，烧杯，温度计等。五、实验内容：1.设计实验，运用饱和溶液比重瓶法测量出食盐密度。2.设计实验（至少两个），运用所学过的知识测量出食盐密度。 3.比较用过的实验措施，选用最佳的实验记录实验数据。六实验报告规定：1阐明实验目的和意义。2简要简介本实验波及基本原理。3写出设计实验的设计思路、设计过程和实验成果。4记录实验过程中遇到的问题及解决措施。 5谈谈本实验的收获和改善意见。实验

52、6 多种措施测量液体表面张力系数一实验目的和意义1理解多种测量液体表面张力系数的原理、措施；2分别用毛细管法（或自拟一种措施）和拉脱法测量液体的表面张力系数，研究液体表面张力系数与温度、浓度的关系。二实验波及的某些问题1.如何精确测量毛细管内径？2.毛细管法测量液体表面张力系数中，液柱高度与哪些量有关？与否需考虑接触角的影响？如何测量接触角？3.两种措施测量液体表面张力系数的系统误差来源重要有哪些？如何尽量减小这些误差？三实验室可提供的重要器材:读数显微镜、毛细管、温度计、支架、液体表面张力系数测定仪、镊子、砝码。四实验内容：1. 用不同毛细管测量室温下水的表面张力系数，分析接触角对测量的影响

53、。2用毛细管法测量不同浓度食盐水的表面张力系数，作图，用最小二乘法计算拟合公式，分析成果。3. 用拉脱法法测量不同温度下水的表面张力系数，作图，用最小二乘法计算拟合公式，分析成果。五实验报告规定：1.简述测量液体表面张力系数的多种措施。2.阐明毛细管法和拉脱法测量表面张力系数实验的原理、措施。3.拟出实验环节。4.记录实验中浮现的多种实验现象，对其进行分析讨论；5.记录实验数据，并对成果分析讨论；参照资料1.大学物理实验指引书2.夏思淝等.用力敏传感器测液体表面张力系数的误差分析. 物理实验.第23卷第7期.7：39433.仪器阐明书。实验7 用Multisim软件仿真电路一实验目的及意义：M

54、ultisim 是加拿大一家公司推出的一种电子线路仿真软件，它实现了对模拟、数字和模拟数字混合电路进行仿真。Multisim可以用虚拟的元件搭建多种电路，用虚拟的仪器进行各项参数和性能指标测试，为电子产品的项目设计、开发研制提供了更快捷、更便利的条件，为此在工程设计中得到了广泛的应用。二参照资料1Multisim 仿真软件在电子电路分析中的应用，科技情报开发与经济 年第19 卷第6 期，王立功。2Multisim 在电路实验教学中的应用，10月第5期，李剑青。三实验前应思考的问题1什么是Multisim软件？2为什么可以用Multisim软件仿真真实的电路？3Multisim软件仿真的长处？四

55、实验室可提供的重要器材计算机1台连接宽带上网。五实验内容Multisim软件1用Multisim软件仿真教师指定电路。电路元件值变化时相应输出电路的变化。2用Multisim软件仿真较复杂的电路（自己选择电路），电路元件值变化时相应输出电路的变化。六实验报告规定1论述实验的目的及意义。2阐明实验的基本原理、仿真过程。3记录实验的全过程，涉及实验环节、多种实验现象和仿真图。4分析实验成果，讨论实验中浮现的多种问题。5得出实验结论，并提出改善意见。实验8 霍尔效应实验误差来源的分析与消除一实验目的和意义：霍尔效应不仅是测定半导体材料电学参数的重要手段，并且运用该效应制成的霍尔器件已广泛用于非电量电

56、测、自动控制和信息解决等方面。在工业生产规定自己检测和控制的今天，作为敏感元件之一的霍尔器件，将有更广阔的应用前景。在产生霍尔效应的同步，因随着多种负效应，因此实验测得到的VH并不等于真实的霍尔电压值，而是涉及着多种负效应所引起的虚假电压。因此，误差来源的分析与消除就更为必要。二参照资料：1大学物理选题实验50例。2大学物理实验教程。三实验前应思考的问题：1霍尔效应测量中系统误差的重要来源有哪些，它们对测量的精确度有哪些影响。2如何消除霍尔效应测量中产生的系统误差。四实验室可提供的重要器材：TH-H霍尔效应实验组合仪。五、实验内容： 测量霍尔效应时，影响测量精确度的重要有如下几种效应：不等位电

57、势；爱廷好森效应；能斯脱效应；里纪一勒杜克效应。分别讨论这四种系统误差。1不等位电势。如图l所示的不等位电势，这是由于测量霍尔电压的电极A和的位置难能做到在个抱负的等势面上，因此当有电流Is通过时。虽然不加磁场也会产生附加的电压=Isr。其中r为A和所在的两个等势面之间的电阻，的正负号与电流Is的方向有关，与磁场B的方向无关。2爱廷好森效应。这是由于构成电流的载流子速度(即能量)不同而引起的付效应。如图2所示。电流Is沿X方向，若速度为v的载流子，受霍尔电场与洛仑力作用刚好抵消则速度不小于和不不小于v爱廷好森效的载流子在电场与磁场作用下将各自朝对立面偏转。从而在y方向引起温差，由此产生的温度电

58、效应在A、之间就引入附加的电势差其正负与Is和B有关。 3能斯脱效应。该效应是由于样品沿X方向的热流Q在Z方向的磁场B的作用下，在Y方向直接产生一附加电场，相应的电势差 ，的正负只与B的方向有关。4里纪一勒杜克效应。该效应是由于样品沿x方向有温度梯度，引起载流子沿梯度方向扩散而有热流Q通过样品，在此过程中，载流子受Z方向的磁场作用下。在Y方向引起类似于爱廷好效应的温度差，由此产生的电势差，此电势差的正负只与B的方向有关，与电流Is的方向无关。 通过上述分析我们懂得，霍尔效应实验中随着着四种附加效应所引起的，四种附加效应所产生的电势差总和，有时甚至远不小于霍尔电势差，从而形成测量中的系统误差，为

59、了减少和消除这些效应引起的附加电势差，我们运用重要是由这些附加电势差与样品电流I和磁场B的方向的关系即将I和B正反两个方向组合出四种状况，因此这样即可消除误差的影响。六实验报告规定：1写出实验原理，画出原理图。2拟出实验环节。3. 分析多种误差所占的比例。4.分析与否存在其她来源的误差，环境因素影响的限度如何。实验9 自组惠斯通电桥单检流计条件下自身内阻测定一实验目的和意义：电阻是电路中的基本元件，电阻值的测量是基本的电学测量之一。测电阻的措施有诸多，其中以电桥法最为普遍。理解惠斯通电桥的原理和特点，掌握调节电桥平衡的操作环节就显得更为重要。二参照资料：1电子线路教程。2一般物理实验。3. 大学物理实验教程。三实验前应思考的问题：下列因素能否使电桥测量产生误差？为什么？1电源电压不太稳定；2导线电阻不能完全忽视；3检流计没有调好零点；4检流计敏捷度不够高。四实验室可提供的重要器材：电阻箱、检流计、电源、开关待测电阻、箱式惠斯通电桥等。五、实验内容：一用电阻箱连成桥路如图所示。开始操作时，电桥一般处在很不平衡的状态。为了避免过大的电流通过检流计，应将拨至最大。随着电桥逐渐接近平衡，也逐渐减小直至零。