大学物理实验.docx

大学物理居家实验1.液体表面张力系数测定2.利用单丝衍射测量细丝直径专业班级：xxxxxx学生学号：xxxxx学生姓名：xxxxx实验1名称：液体表面张力系数测定一、 实验目的1. 学会用拉脱法法测量液体表面张力系数的方法2. 利用公式测量液体（如水、洗洁精）的表面张力系数二、 实验仪器自制天平，等大纸片，金属丝，木棍，容器，液体（水、5%洗洁精）三、 实验原理想象在液面上划一条直线，表面张力就表现为直线两旁的液膜以一定的拉力相互作用拉力f存在于表面层，方向恒与直线垂直，大小与直线的长度！成正比，即F=al式中a称为表面张力系数，它的大小与液体的成分、纯度、浓度以及度有关四、 实验内容1.装置准备：利用铜丝和金属杆搭建自制天平，测出金属丝两脚之间的距离为0.8mm制备多个等面积的小纸条2. 装置搭建：按图搭建装置，将金属丝沉下液面3. 操作测量：添加或减少砝码时，天平达到平衡；按的向上拉金属丝增加砝码使天平平衡，当液膜刚要破裂时记下增加的砝码；4. 整理计算：重复测量5 次，取平均计算水的表面张力系数五、 数据处理1. 水的表面张力数据次数12345不去码重量/g0.1020.1020.1020.1020.102由于 F=2f, F=al, F=mg可得mg=2 a l取平均值m=0.102g，测得金属丝长度l=0.8c叫且g=9.8N/Kg求得 a=7.14X10-2 N/M2. 洗洁精的表面张力数据次数12345不去码重量/g0.0770.0770.0770.0770.077由上公式可知：可得 a=5.39X10-2 N/M六、 结果分析及思考 水表面张力系数的实际结果与理论上纯水表面张力系数有一定 误差，5%洗洁精表面张力系数的测定结果同样有误差，分析其主要原 因可能如下：1. 因为自制的纸砝码无法精确测定，每个纸片的质量之间的 误差也有，所以当金属丝即将挣脱表面张力时，砝码的拉力可能并不 等于液体表面张力；2. 液体的纯度也不是准确的，会导致力的大小有偏差。

3. 对于自制天平的稳定性也有待提高，因为是细线悬挂，木棍会 不停的转动，导致液膜不稳定实验2名称：利用单丝衍射测量细丝直径一、实验目的1. 观察单丝夫琅和费衍射现象并学会利用公式计算2. 利用简单工具，测量细丝直径二、实验仪器激光笔，卷尺，书立，刻度纸，0.6mm的铜丝0.1mm的铜丝，头 发，细铜丝三、实验原理波在传输过程中其波振面受到阻碍时，会绕过障碍物进入几何阴 影区，并在接收屏上出现强度分布不均匀的现象，这就是波的衍射 机械波、电磁波等波动都会产生衍射，而光的衍射能更直观地观察到 对光的衍射现象进行研究，有助于我们深入理解光的波动性与传播特 征，还有助于我们进一步学习近代各种光学实验技术，如光谱分析、 光信息处理、晶体结构分析等等衍射通常分为两类：一类是菲涅耳衍射，其条件为光源与衍射屏、 衍射屏与接收屏的距离为有限远；另一类是夫琅和费衍射，其条件为 光源到衍射屏、衍射屏到接收屏的距离均为无限远，或者说入射光和 衍射光都是平行光夫琅和费衍射计算结果的过程很简单，所以一般 实验中多采用夫琅和费衍射如果使用激光器作为光源（如普通的激 光笔），其发射的光可以近似认为是平行光；一般衍射物是0.1mm的 数量级，如果衍射屏与接收屏的距离大于1m，则衍射光大致上是平 行光，这样就基本上满足了夫琅和费衍射的条件。

2. 单缝衍射根据惠更斯一菲涅尔原理，狭缝上各点可以看成是新的波源，由 这些点向各方发出球面次波，这些次波在接收屏上叠加形成一组明暗相间的条纹，按惠更斯一菲涅尔原理，可以导出屏上任一点P处的e光强为:式中a为狭缝宽度，入为入射光波长，e为衍射角，丨称为主极0强，它对应于P处的光强0T罔2 i图1单竝衍射光垢小-盘閹从曲线上可以看出：（1） 当e=o时，光强有最大值丨，称为主极强，大部分能量落0在主极强上2） 当 sine二 k入/a （k 二±1, ±2,……）时，丨=0,出现暗e条纹因e角很小，可以近似认为暗条纹在e=kx/a的位置上还可看到主极强两侧暗纹之间的角距离是Ae=2入/a,而其他相邻暗纹之间的角距离均相等（均为二入/a）3）两相邻暗纹之间都有一个次极强在波长已知的情况下，通过测量相邻暗纹之间的角距离Ae,可 以测得狭缝宽度a为入/A0o3. 单丝衍射根据巴比涅原理，位于屏障所在平面后方任意点处的场，加上 用互补屏障替换后在同点处的场，等于全无屏障时该点处的场所以 在夫琅禾费衍射中，两个振幅互补的衍射屏在接收屏上的衍射花样， 在远离衍射中心时是相同的单丝和单缝正好是互补屏，所以它们的 衍射图样除了最中心之外都是相同的。

单丝衍射图样在中心处有一个 很亮很小的光斑，除此之外，其他结果都与单缝衍射相同4. 实验内容1. 摆放实验器材，将三种丝固定在铁架上，调整将光源的光点置于测量值的中心2. 测量细丝到测试纸之间的距离，衍射屏要使得细丝竖直，细 丝离衍射屏的距离要1m以上，光束要垂直于墙面3. 对每一种细丝的衍射图样，测量其暗点的间距用笔在测试纸 上标下两点间的位置，纸拿下来用米尺测量距离要注意，如果其中 包含中央亮斑，则中央亮斑两侧的暗点间距是其他相邻暗点间距的两 倍！重复多次取平均值五、数据处理红激光笔的波长为650nm衍射光斑中心处离细丝的距离为 1.78m根据 1 _ 公式，代入数据计算直径，整理如下表:ZkX种类相邻暗纹间距细丝直径0.6mm铜丝0.2cm0.58cm0.1mm铜丝1.15cm0.1006mm头发丝1.3cm89.0^m六、结果分析及思考1•由于是卷尺测量，不能确保两边水平，测量出的距离会有一定误 差光斑之间的距离不好测度，许多末梢都没办法准确判断2.室内的光线影响光衍射的准确性，最好将窗帘拉上3•用衍射法测量细丝直径是一种可达到较高精度的非接触测量技 术，特别适合微小的细丝直径的测量。

实验3名称：基于屏幕的二维光栅衍射实验一、 实验目的1•屏幕呈现规则二维点阵，用激光笔产生的激光束照射 屏幕，可以获得二维光栅的衍射图样2.通过测量二维光栅的衍射图样斑点的间距计算光栅点阵的间距3. 居家环境下搭建光路，提高实验动手能力二、 实验仪器1台，激光笔1支，卷尺1把，自制固定支架，A4纸毫米刻度，A4纸360°度盘三、 实验原理光的衍射：光在直线传播过程中,当其通过圆孔、狭缝、直边或任意形状的 孔或障碍物到达屏幕上时，将可以观察到清晰的几何影而当这些孔 或障碍物都很小的情况下，光将偏离直线传播路径而绕到障碍物后面 传播的现象，叫光的衍射狭义上说，平行、等宽而又等间隔的狭缝即为衍射光栅光栅可 以提高衍射效率光栅既是研究光谱的一种普遍采用的高精度工具，又是制备微纳米结构的重要部件，最先进的芯片离不开尖端的光刻设备r （N 一 1）C + b）sin0o —卞 2X屏幕上 p 的光波振动为：sin u sin Nu .y = C a sin 2兀~~u sin u由于光强正比于振动振幅的平方，因而所求的 P 点光强度为：I = C' asinu sin Nuu sin u入射光 a光栅b D 屏2 亮纹条件“ •（光栅方程）：g+b ）sin ° = 土以 或dsin°=±规,k为整数。

二维光栅：二维平面光栅的衍射图样与光栅自生结构相关，与一维光栅衍 射图样相比，更为复杂，在此，不再详尽展开对于二维光栅沿着中 心轴的 x 或 y 方向，我们任然采用一维光栅方程进行实验分析四、实验内容1. 如图搭建装置，记录实验数据2. 查询、确认激光器发光波长3. 利用光栅方程，算出屏幕单像素尺寸五、 数据处理1. 屏幕的分辨率为 2310*1080，激光笔发光波长为 650nm，屏幕距离接收屏的距离：45cm，宽度:75.0mm，长度:155.0mm，X轴斑点的间距:4.56mm，Y轴斑点的间距:3.28mmM xfK 沁小随Q X ^(0二 gUl.oi则分辨率为：2416.41*841.02j A ■ L,2•屏幕单像素尺寸计算：根据光栅方程-乜得X轴△ x=4.56mmdx=0.0515mm丫轴△ y=3.28mmdy=0.0641mm六、 结果分析及思考计算误差为:(2416.41-2310)/2310=4.61%(841.02-1080)/1080=22.13%分析产生误差的主要原因可能如下：1.光线的原因导致光斑不明显2. 激光照射时没有很好的符合圆盘中心3.屏幕不干净导致光点发散。