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大学物理实验（下）\n本次课程内容Ⅰ、第一阶段实验小结Ⅱ、第二阶段实验介绍Ⅲ、Excel在处理物理实验数据中的应用\n一、力学实验1、学习基本物理量——长度（包括微小长度）、质量、时间的测量。2、学习数据处理的基本方法——列表法、图解法。3、学习误差处理方法——直接测量、间接测量、测量结果的不确定度估算；有效数字及其运算。4、学会使用基本测量仪器——用钢卷尺、游标卡尺、千分尺测量长度；用秒表（机械表、数字表、电子毫秒计）测量时间；用物理天平测量质量。第一阶段基础实验小结\n实验任务问题：如何根据测量量及精度要求选测量工具？测铜圆柱体高度、直径、质量、密度、金属丝直径。问题：如何读数？有效位数多少？零点误差？2.5mm+22.2*0.01mm=2.722mm（一）、基本物理量——长度的测量\n实验原理与方法如何操作游标卡尺？如何读零点？正负号？如何读数？是否估读？结果保留到小数点几位？\n实验原理与方法：本实验用50分度游标尺，分度为1/50，不估读，即保留小数后2位。\n螺旋测微计如何操作？如何读零点？正负号？如何读数？是否估读？分度？结果保留到小数点几位？\n螺旋测微计分度为0.01mm，要估读1位，即要保留小数后3位。\n（二）、密度测量实验原理用物理天平称规则固体：计算体积不规则固体：流体静力称衡法测量数据处理举例：测得质量的铜圆柱体，用0～125mm，分度值为0.02mm的游标卡尺测量其高度6次；用一级0～25mm千分尺（一级千分尺的仪器误差为0.004mm）测量其直径，也是6次，其测量值列入下表，求铜的密度。\n分析:铜的密度：公式中，m已知，D和h为直接测量，ρ为间接测量量。解1）h的最佳值、不确定度、测量结果：游标卡尺的仪器误差为:\n合成不确定度：则铜圆柱体高度h的测量结果为：2）同理得铜圆柱体直径D的测量结果：3)密度的算术平均值为：\n4）密度的不确定度5)密度测量的最后结果为：\n电学基本仪器的使用电流表、电压表、电阻箱、滑线变阻器、直流稳压电源、示波器、信号发生器。二、电学实验（1）电表不确定度的计算级别:表示电表的准确程度，或测量误差的大小,常用电表的级别有0.1,0.2,0.5,1.0,1.5,2.5等，级别数越小,说明电表越准确.用Δ表示电表的极限误差，计算公式为不确定度B类分量为\n相对不确定度为由此得出电表量程的选择原则:在测量时,使电表的指示值尽量接近而不超过满刻度.另外，使用电表注意事项：①、根据所测电学量,正确选择电表.②、正确选择电表的量程.③、区分电表的正负极.(交流电表无此限制)④、读数方法要正确.⑤、电表的放置要得当.（2）电阻箱不确定度的计算方法电阻箱的内部结构电阻箱接线柱用法注意小电阻接线柱0-0.9Ω0-9.9Ω（见图示）目的：减小使用小电阻时电阻箱旋钮簧片接点处的接触误差\n计算方法举例如下：ppm\nU(V)0.741.522.333.083.664.495.245.986.767.50I(mA)2.004.016.228.209.7512.0013.9915.9218.0020.01例题：伏安法测电阻实验数据表优点：能形象直观地显示物理量之间的函数关系数据处理方法之一---------作图法\n8.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.0002.004.006.008.0010.001.003.005.007.009.00I(mA)U(V)1.选择合适的坐标纸3.标实验点4.连成图线5.标出图名及注解电阻伏安特性曲线作图法步骤：一般选用直角坐标纸。选择图纸时以不损失实验数据的有效位数并能包括所有实验点为限度。2.确定坐标轴，选择合适的坐标分度值注意：坐标分度时，忌用3、7等进行分度；坐标分度可不从零开始；尽可能使图线充满图纸。注意：连线时应该使用相应的工具；通常连线是平滑的；要注意剔除错误的数据点；直线尽量通过（x,y）这一点。\nI(mA)U(V)02.008.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.001.003.00电学元件伏安特性曲线横轴坐标分度选取不当。横轴以3cm代表1V，使作图和读图都很困难。实际在选择坐标分度值时，应既满足有效数字的要求又便于作图和读图，一般以1mm代表的量值是10的整数次幂或是其2倍或5倍。不当图例展示：\n改正为：I(mA)U(V)o1.002.003.004.008.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.00电学元件伏安特性曲线\n定容气体压强～温度曲线1.20001.60000.80000.4000P(×105Pa)t(℃)60.00140.00100.00o120.0080.0040.0020.00图纸使用不当。实际作图时，坐标原点的读数可以不从零开始。不当图例展示：\n改正为：定容气体压强～温度曲线1.00001.15001.20001.10001.0500P(×105Pa)50.0090.0070.0020.0080.0060.0040.0030.00t(℃)\n报告数据处理描点符号不对曲线名称分析结论表格\n三、基本实验方法1、比较测量法直接比较法：米尺、卡尺等测量长度、天平测质量间接比较法：指针式电表测量电压、电流；频率的测量2、放大测量法力学放大法：千分尺、读数显微镜、麦克尔逊干涉仪的读数系统——提高了仪器的分辨率。电学放大法：电子放大电路的应用——示波器中小信号的放大。光学放大法：望远镜（分光计，杨氏模量）、光杠杆、显微镜等★延展法：单摆、简谐振动的周期测量，减小误差，连续测量50个周期的时间t，再计算1个周期T。\n3、平衡测量法力学平衡法：天平原理电学平衡法：通过电流、电压等电学量之间的平衡进行测量。如单臂、双臂电桥测电阻。稳态测量法：当系统达到并保持稳定状态时，进行物理量的测量。如不良导体导热率的测量。4、转换测量法：利用变换原理将不能或不易测量的物理量转换成能测或易测的物理量，实际上是间接测量法的具体应用。参数转换：间接比较法。能量转换：声速测量－压电效应；磁场测量－霍耳效应：光强测量－光电效应。——非电量的电测法。\n四、基本调整技术1、零位调整：千分尺、电表零点调整：千分尺、游标卡尺零点修正2、水平、铅直调整：天平；力学实用的实验架（杨氏模量测定仪）3、消除视差的调整：指针式仪表读数；显微镜、望远镜（分划板）。\n4、等高共轴调整：用光学仪器测量待测物理量，要保证近轴成像，因此要求仪器装置中各个光学元件光轴重合，—等高共轴调整。分光计中望远镜与平行光管的调整；双棱镜干涉实验中光具座上各光学元件的调整。5、逐次逼进法：快捷有效，特别是应用零视法的实验或零视仪器。天平调整；分光计的调整。\n五实验方案的选择原则①仪器选择：精度、量程、使用方式。②仪器搭配：保证测量时由仪器引入的误差符合测量要求，同时又经济实惠1、测量仪器的选择测间接测量量，若对函数的最大相对误差给出限制，即要求不大于给定的百分数值，则各独立变量误差对函数Ｎ的相对误差传递按等贡献分配。（1）、仪器搭配原则—误差均分原则\n最大相对误差传递公式：（仪器误差传递公式）注意：均分原则不是绝对的。实验设计时可根据具体情况，适当调整各直接测量量的所占分额。但均分原则理论上讲是科学的。误差均分：\n例：测量某圆柱体的体积（H≈40mm；D≈4mm)，要求由仪器引入的相对误差≤0.5%，问应如何选配仪器？解：由误差均分原则：相对误差传递公式：用十分度的游标卡尺（）测高度H；用外径千分尺（）测直径D可满足要求。\n2、测量最佳条件的选择测量结果的误差大小除了与仪器的精度有关外，还与测试条件有关。设间接测量量，其相对误差为：欲使最小，只要满足下式即可。确定最佳测试条件的原则：\n例．用线式电桥测电阻，，式中和为滑线两臂长，Ｌ＝+，问滑动片在什么位置作测量，能使相对误差最小？G解：相对误差假定R0与滑线总长L为准确数\n这就是线式电桥测电阻时的最佳条件在选择实验方案、设计实验装置时，总是要突出所要研究或测量的对象，排除干扰，也就是要尽量的提高“信噪比”，不能使待测量淹没在误差之中。三、测量环境的选择\n光学实验----干涉实验1、学习等厚干涉和等倾干涉原理。2、等厚干涉应用之一：用牛顿环干涉法测量透镜的曲率半径。3、等厚干涉应用之二：用劈尖干涉法测量细丝的直径。4、学习正确使用读数显微镜。Ⅱ、第二阶段实验介绍\n光学和其它学科一样，也是经过长期的实践，大量的实验基础上才逐步发展和完善的，它所建立起的经典光学理论和实验方法，在促进生产发展和社会进步的历史过程中，已经发挥了重要的作用。作为基础的光学实验课，学习的重点仍应该是学习和掌握光学实验的基本知识、基本方法以及培养基本的实验技能，通过研究一些基本的光学现象，加强对经典光学理论的理解，提高对实验方法和技术的认识。光学实验\n1、光学实验中常用光源：热辐射光源白炽灯、卤素灯气体放电光源钠光灯、汞灯激光光源气体、固体、染料、半导体氦氖激光器\nLED(LightEmittingDiode)发光二极管普通照明用的白炽灯和卤钨灯虽价格便宜，但光效低（灯的热效应白白耗电），寿命短，维护工作量大，但若用白光LED作照明，不仅光效高，而且寿命长（连续工作时间100000小时以上），几乎无需维护,LED光源具有使用低压电源、耗能少、适用性强、稳定性高、响应时间短、对环境无污染、多色发光等的优点，虽然价格较现有照明器材昂贵，仍被认为是它将不可避免地替代现有照明器件。LED基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面，所以它非常的小，非常的轻。LED的应用主要可分为三大类：LCD屏背光、LED照明、LED显示\n一些常用的光学仪器测微目镜、望远镜、分光计、干涉仪等（了解仪器的构造原理以及正常使用状态，调节到正常使用状态的方法，操作要求，注意事项等）分析光学实验中的基本光路光学实验中的光路是每一个实验设计思想的具体体现，要学会分析和了解光路以及其组成元件的参量对实验产生的影响。利用理论判断“假相”，减少背景光。2、光学实验应该学习和掌握的内容：3、光学系统的调整（54页）光学中基本物理量的测量方法（结合光学实验的特点）折射率、波长等。学习时要注意它的设计思想。特点和其适用条件。测量过程中要注意观察和分析所发生的各种光学现象，注意其规律性，加深和巩固对所学理论知识的理解，并利用其指导实践\n分光计的主要用途分光计是精确测定光线偏转角的仪器，也称测角仪。光学中的许多基本量如波长、折射率等都可以直接或间接的表现为光线的偏转角，因而利用分光计可测量波长、折射率等。使用分光计时必须经过一系列的精细的调整才能得到准确的结果，它的调整技术是光学实验中的基本技术之一，必须正确掌握。实验：分光计的调节与使用\n分光计－－麻雀虽小，五脏具全1、了解分光计的结构，明确分光计的调整要求。2、掌握阿贝自准直式望远镜的结构特点，学会根据自准直原理调整光路。3、学习平行光的产生原理，检验平行光的方法。4、了解读数系统的结构，学会读数。5、应用一例：自准直法测量三棱镜的顶角。\n实验目的实验原理实验步骤数据处理注意事项\n分光计的调整和使用1.预习不好，只是机械的抄书，2.对于分光计的调整过程，即使看过视频，老师又讲过，但还有部分同学不清楚，说明有的同学没有仔细预习实验。3.做实验时有的同学调不出来图样，不是自己动脑筋想办法，而是让同学帮助调，或是说仪器坏了。4.调整次序颠倒。\n预习较好\n预习报告不完整\n实验目的1、掌握分光计的结构，训练分光计的调整技术和技巧，学习分光计测量角度的方法2、了解光的色散现象3、熟悉用最小偏向角法测定物质折射率\n度盘度盘基座基座游标游标望远镜紧固物台紧固物台紧固物台调平望远镜水平微动倾斜螺丝照明灯泡目镜筒紧固目镜望远镜载物台平行光管狭缝筒紧固狭缝倾斜螺丝物台游标间紧固平面镜平面镜三棱镜三棱镜分光计的构造原理\n分光计的测量方法分光计测角度（两条光线的夹角）的方法测量时，游标盘固定，望远镜带动刻度盘一起转动，刻度盘与游标盘之间相对运动的角度即为望远镜转过的角度。望远镜通常先对准某条光线（如入射光），转动后对准另一条光线（如折射光），望远镜转过的角度既是这两条光线之间的夹角。\n分光计的测量方法望远镜旋转角度的计算公式设望远镜竖直叉丝先对准某条光线，此时，左右两个游标的零刻度线分别对准刻度盘上的两个值（左和右），当望远镜竖直叉丝对准另一条光线后，左右两个游标的零刻度线分别对准刻度盘上的另两个值（左’和右’）。分光计的读数与游标卡尺的读数类似，如右图，游标的零刻度线对准的刻度盘读数为116o15’。左右右’左’则望远镜转过的角度即为\n分光计的测量方法2、在计算望远镜转过的角度时，要注意游标是否经过了刻度盘的0o或360o刻度线。若越过，则对旋转角度的计算公式应予以修正（思考如何修正）注意事项1、刻度盘上最小刻度为30’，测量时看清游标零刻度线是否越过刻度盘上30’刻度线。\n（一）、分光计的调节方法三垂直——望远镜轴线垂直中心转轴；载物平台垂直中心转轴；平行光管轴线垂直中心转轴调节要求调节步骤望远镜调节望远镜轴线及平台与中心转轴垂直调节平行光管及平行光管轴线与中心转轴垂直读数系统调节目测粗调\n1.将双面反射镜放在载物平台上，与望远镜筒垂直，视场中能看到十字光标和它经平面镜反射回来的光斑。2.将平台转过180o，视场中仍能看到十字光标反射回来的光斑。调节要求：注意事项：望远镜的仰角调节螺丝和载物平台下的三个调节螺丝都应为后面细调预留调节余度，即不能将它们拧到极限位置。调节方法：调节望远镜的仰角调节螺丝和载物平台下的三个调节螺丝，使望远镜和平台基本水平。平面镜载物台望远镜抽线方向载物台的三个调平螺丝abc载物台与平面镜的放置方向目测粗调\n（1）目镜调焦:点亮照明小灯，调节目镜与分划板间的距离，看清分划板上的黑色叉丝细线和带有绿色的小十字窗口（目镜对分划板调焦）．（2）物镜调焦：从望远镜的目镜中观察到绿色反射十字像，前后移动目镜对望远镜调焦，使反射像清晰且与叉丝无视差,同时调整分划板叉丝刻线的方向。使叉丝刻线水平或竖直。此时分划板平面、目镜焦平面、物镜焦平面重合在一起，望远镜已聚焦于无穷远（即平行光经物镜聚焦于分划板平面上），能接受平行光了．然后拧紧锁定螺丝望远镜调节\n用自准直法将望远镜调焦到无穷远平面镜视场图V从丝环出射的小十字位置从平面镜反回的小十字Vf半近调节法:调节望远镜光轴与仪器主轴相垂直,判断望远镜光轴与仪器主轴垂直的依据是：由反射镜两个面反射的十字像在上面的水平叉丝上。否则，用半近调节法调节，具体调节方法如下：望远镜轴线及平台与中心转轴垂直\ndab12载物台转动180°注意：望远镜调节水平后，螺丝d千万不能再转动，否则重新调节\n平行光管调节（b）打开狭缝，从望远镜中观察，同时调节平行光管狭缝与透镜间距离，直到看见清晰的狭缝像为止，然后调节缝宽使望远镜视场中的缝宽约为1mm．（a）目测粗调至平行光管光轴大致与望远镜光轴相一致．\n（d）消除视差微微改变平行光管的狭缝与会聚透镜的相对位置；并稍微移动望远镜的目镜套筒及转动目镜，最后达到移动头部时，准线与像无相对移动为止。（c）调节平行光管的倾斜度，使狭缝中点与“╪”准线的中心交点重合，缝长适当．这时平行光管与望远镜的光轴在同一水平面内，并与分光计中心轴垂直。\n调节步骤1、取走反射镜，将已调节好的望远镜正对着平行光管，打开钠灯，照亮狭缝。2、松开狭缝套筒锁定螺丝，调节狭缝套筒前后位置，使望远镜视场中能看到清晰的狭缝像（白色）。4、调节狭缝的粗细调节旋钮，使缝宽适当。一般狭缝较细测量才能准确。3、旋转狭缝套筒调节狭缝方向，使狭缝像与望远镜分划板水平叉丝平行。调节平行光管仰角螺丝，使狭缝像与分划板中间水平叉丝重合。至此以后，不再碰动平行光管仰角螺丝。平行光管轴线与中心转轴垂直\n（二）、三棱镜顶角测量注意：由三棱镜两个反射面反射的十字像，由于透射率较高，十字像比较浅，在寻找十字像时要认真1.调节三棱镜，使其主截面垂直于分光计主轴\n注意：在测量时为克服偏心差，每次读取刻度时，要记录两个刻度值。ABCj望远镜ⅠⅡABCj望远镜ⅠⅡbb12反射法直准直法2.测量顶角A\n读数系统调节调节步骤1、将狭缝转为竖直方向，转动望远镜，使望远镜竖直叉丝对准入射光（狭缝像），然后将望远镜用止动螺丝固定。2、将游标置于一左一右，用游标止动螺丝固定。3、松开望远镜与刻度盘的锁定螺丝，转动刻度盘，使左右两个游标0刻度分别对准90o和270o。立刻将望远镜与刻度盘的锁定在一起。4、松开望远镜止动螺丝，使望远镜可以带动刻度盘转动。目的：使望远镜对准入射光时，刻度盘左右两边读数分别为90o和270o。或入射光对应的刻度盘读数为左＝90o，右＝270o。\n实验原理入射光LD与出射光ER的夹角称为偏向角。当改变入射角时，偏向角也会改变，在某个入射角处，偏向角最小，称最小偏向角m。三棱镜对入射光线的m与其对入射光的折射率存在单值关系当入射光为非单色光时，由于三棱镜对不同波长的光折射率不同，经过三棱镜后各种波长成分的光将被分开，即发生“色散”。当三棱镜顶角α已知时，测出不同波长折射光的对应的min，即可求出三棱镜在该波长处的折射率。折射率与波长满足关系\n实验步骤三棱镜置于平台上转动望远镜，观察折射光（六条谱线）转动三棱镜，改变入射角，对某条折射光寻找最小偏向角找到最小偏向角时，用望远镜竖直叉丝对准折射光分光计调节，记下入射光对应的左与右读出此时刻度盘的左右两个读数左与右\nA．测量棱镜顶角表格12345不确定度分析：由可得，结果表示：数据处理\nB、测量最小偏向角表格12345间接测量量n的不确定度分析结果表示：\n注意事项1、调节分光计时，每调好一步，调好的部件不要碰动。2、测量时，游标盘一定要固定，望远镜和刻度盘一定要锁定。3、转动三棱镜找最小偏向角，对每条折射光都应重复该过程。4、两条黄色折射光靠得很近，为区分它们，可将狭缝调小些。蓝绿折射光较弱，看不到时可将狭缝调大些。\n实验目的及要求了解迈克尔逊干涉仪的结构和干涉条纹的形成原理。通过观察实验现象，加深对干涉原理的理解。学会迈克尔逊干涉仪的调整和使用方法。观察等倾干涉条纹，测量激光的波长。实验：迈克尔逊干涉仪测量光波波长\n实验仪器迈干仪的历史背景迈克耳逊（AlbertAbrhamMichelson,1852-1931）,迈克尔逊1852年12月19日出生在普鲁士，2岁时随父母移民美国。1907年诺贝尔物理学奖授予芝加哥大学的迈克耳逊，以表彰他对光学精密仪器及用之于光谱学与计量学研究所作的贡献。迈克耳逊是著名的实验物理学家。他以精密测量光的速度和以空前精密度进行以太漂移实验而闻名于世。他发现的以他的名字命名的干涉仪至今还有广泛的应用。迈克耳逊干涉仪是１８８３年美国物理学家迈克耳逊和莫雷合作，为研究“以太”漂移实验而设计制造出来的精密光学仪器。实验结果否定了以太的存在，解决了当时关于“以太”的争论，并为爱因斯坦发现相对论提供了实验依据。\n实验仪器由于迈克尔逊干涉仪将两相干光束完全分开，它们之间的光程差可以根据要求作各种改变，测量结果可以精确到与波长相比拟，所以应用很广。迈克尔逊用干涉仪最先以光的波长测定了国际标准米尺的长度。因为光的波长是物质基本特性之一，是永久不变的，这样就可以把长度的标准建立在一个永久不变的基础之上。此外，迈克尔逊干涉仪还被用来研究光谱线的精细结构，这些都大大推动了原子物理与计量科学的发展，迈克尔逊干涉仪的原理还被发展和改进为其他许多形式的干涉仪器。例如米尺的标定及干涉分光工作已改用法布里－珀罗干涉仪。但迈克耳逊干涉仪的基本结构仍然是许多干涉仪的基础。目前根据迈克耳逊的基本原理研制的各种精密仪器广泛用于生产和科研领域。\n观察屏粗动轮M2镜读数窗分束镜G1补偿板G2M1镜直尺实验仪器\n微动轮水平拉簧垂直拉簧实验仪器\n迈克尔逊的读数系统主尺粗动手轮读数窗口微动手轮最后读数为：33.52245mm迈克尔逊干涉仪的读数由三部分组成：1、机体侧面的毫米刻度尺读数，精度是1mm。2、读数窗口的刻度盘读数，可读到0.01mm。3、微调鼓轮读数，最小精度是0.0001mm。上述三者之和，即为所需。\n实验测量原理DPLC3A1B2(n2>n1，薄膜上下表面平行)2与3的光程差为：加强明纹减弱暗纹等倾干涉原理\n实验测量原理iiiisf1n3n2ne点光源的等倾干涉条纹干涉条纹的级次K仅与倾角i有关，点光源S发出的光线中，具有同一倾角的反射光线会聚干涉，形成同一级次圆环形干涉条纹，称为等倾干涉条纹。条纹中心处，入射角i=0对应条纹级次最高\n迈干仪的干涉原理单色光源反射镜反射镜与成角补偿板分光板移动导轨扩束镜\n实验测量原理反射镜反射镜单色光源的像光程差为在迈克尔逊干涉仪中产生的干涉相当于厚度为d的空气薄膜所产生的干涉，当M1与M2垂直时，即M1与M2‘平行时，可以观察到等倾干涉条纹。中心处两束相干光的\n两相干光束在空间完全分开，并可用移动反射镜的方法改变两光束的光程差.若中心处为明条纹，则若改变反射镜的位置，使中心仍为明条纹，则只要测出干涉仪中M1移动的距离∆d,并数出相应的“吞吐”环数∆k,就可求出λ.波长测量原理\n实验数据要求每间隔50条条纹记录数据用逐差法处理数据平面镜的位置d1d2d3d4d5平面镜的位置d6d7d8d9d10△di＝di＋5－di5为机械传递系数\n简单求解不确定度先计算∆d的不确定度∆再计算λ的不确定度∆λ\n测量结果的标准形式的相对误差\n实验注意事项必须了解仪器的操作和使用方法后方可使用。为了使测量结果正确，必须避免引入空程，应将手轮按原方向转几圈，直到干涉条纹开始均匀移动后，才可测量。在调节和测量过程中，一定要非常细心和耐心，转动手轮时要缓慢、均匀，切忌用力过猛。激光不能直射入眼。轻拿轻放，避免使光学仪器或元件受到冲击或震动、摔落。切忌用手触摸元件的光学表面，应拿取磨砂面或边缘。不能对着光学元件说话、咳嗽、打喷嚏。绝对不许用手触摸各光学元件，光学表面有灰尘或污痕，可用镜头纸、丙酮进行处理，切忌用手、衣服等。实验完毕，数据经检查后方可拆除光路，整理仪器，一切复位。\n思考迈干仪还有没有其它的用途？迈克耳逊干涉仪的两臂中便于插放待测样品，由条纹的变化测量有关参数，精度高。在光谱学中，应用精确度极高的近代干涉仪可以精确地测定光谱线的波长及其精细结构；在天文学中，利用特种天体干涉仪还可测定远距离星体的直径以及检查透镜和棱镜的光学质量等等\n附：了解迈克尔逊干涉仪在以下各种情况的干涉条纹特点，便于调节干涉仪1、等倾干涉条纹2、等厚干涉条纹\n实验目的实验原理实验内容注意事项实验：光的等厚干涉现象与应用\n实验目的观察等厚干涉现象。学习用牛顿环测量球面曲率半径的原理和方法。学会使用钠光灯及熟炼使用读数显微镜。\n实验原理一.等厚干涉当光源照到一块由透明介质做的薄膜上时，光在薄膜的上表面被分割成反射和折射两束光（分振幅），折射光在薄膜的下表面反射后，又经上表面折射，最后回到原来的媒质中，在这里与反射光交迭，发生相干。只要光源发出的光束足够宽，相干光束的交迭区可以从薄膜表面一直延伸到无穷远。薄膜厚度相同处产生同一级的干涉条纹，厚度不同处产生不同级的干涉条纹。这种干涉称为等厚干涉。SABCDn1n2n1ei121'2'\n二.用牛顿环测透镜的曲率半径牛顿环仪是由一个曲率半径很大的平凸透镜的凸面与一个平面玻璃接触在一起构成，平凸透镜的凸面与玻璃片之间的空气层厚度从中心接触点到边缘逐渐增加。CORekrkq牛顿环仪\n当用平行单色光垂直照射到牛顿环仪上时，一部分光线在空气层的下表面反射，一部分光线在空气层的上表面反射，这两部分光有光程差，它们在平凸透镜的凸面附近相遇而发生干涉。当我们用显微镜来观察时，便可清楚地看到中心是一暗圆斑，而周围是许多明暗相间、间隔逐渐减小的同心环，称为牛顿环。它属于等厚干涉条纹。\n牛顿环oRrh暗纹明纹\n牛顿环半径公式：r明环暗环\n牛顿环的应用测透镜球面的半径R：已知,测m、rk+m、rk，可得R。测波长λ：已知R，测出m、rk+m、rk，可得λ。检验透镜球表面质量标准验规待测透镜暗纹\n在实验中不能直接用公式，原因有二：①实际观察牛顿环时发现，牛顿环的中心不是一个点，而是一个不甚清晰的暗或亮的圆斑。其原因是透镜与平板玻璃接触时，由于接触压力引起形变，使接触处为一圆面，而圆面的中心很难定准，因此rk不易测准；②镜面上可能有灰尘等存在而引起一个附加厚度，从而形成附加的光程差，这样，绝对级数也不易定准。\n为了克服这些困难，对进行处理，首先取暗环直径Dk来替代半径rk，,则可写成：或再采用逐差法，以消除附加光程差带来的误差，若m与n级暗环直径分别Dm与Dn，则：两式相减得：上式只出现相对级数（m-n），无需知道待测暗环的绝对级数，而且由于分子是，通过几何分析可知，即使牛顿环中心无法定准，也不会影响R的准确度。\n实验内容用牛顿环测定透镜的曲率半径1.熟悉读数显微镜的使用方法目镜调焦手轮测微鼓轮锁紧手轮标尺450可调式半反镜\n2.调整测量装置。1）.调整半反镜，使读数显微镜的目镜中看到均匀明亮的光场。2）.调节读数显微镜的目镜，使十字叉丝清晰、无视差。调节读数显微镜的物镜调节螺钉，置镜筒于最低位置，然后，边观察边升高物镜，直至在目镜中观察到清晰的牛顿环。3.测量牛顿环的直径使干涉圆环中心在视场中央，仔细观察干涉条纹的特点。\n4.读数显微镜的读数方法主尺的分度值为1mm，测微鼓轮共有100个刻度，其份度值为0.01mm，可估读到0.001mm。主尺测微鼓轮15mm0.506mm最后读数为：15.506mm\n数据记录分析与不确定度1、用逐差法处理数据参考数据记录表：=5.89310-4mm,m-n=15环序数mn平均值30292827261514131211X左（mm）X右（mm）Dm（mm）Dn（mm）D2m（mm）D2n（mm）D2m-D2n（mm）\n2、不确定度评定的计算公式忽略m,n和的不确定度，由传递关系计算R的不确定度根据《JB/T2369-93读数显微镜》中规定：读数显微镜的最小分格值为0.01mm时，仪器准确度不大于10mm”.取仪器误差\n注意事项1.在测量时，读数显微镜的测微鼓轮应沿一个方向转动，中途不可倒转。2.环数不可数错，在数的过程中发现环数有变化时，必须重测。3.测量中，应保持桌面稳定，不受振动，不得触动牛顿环装置，否则重测。\n等厚干涉测量与读数显微镜使用1.做实验时有的同学调不出来图样，不是自己动脑筋想办法，而是让同学帮助调，或是说仪器坏了。2.实验报告中有关求不确定度的问题。把间接测量量的不确定度当成直接测量量来求。不确定度不对\n3没有数据处理\n数据处理较完整\n\n有关逐差法的几点说明③.使用条件：自变量等间隔变化（对一次逐差必须是线性关系，否则先进行曲线改直）用数据进行直线拟合（一次逐差）②.优点：充分利用测量数据（取平均的效果）①.作用：验证函数是否线性关系（一次逐差）\nab光栅的概念由大量等宽等间距的平行狭缝所组成的光学器件。光栅常数d=a+b光栅衍射（DiffractionbyGrating）或任何具有空间周期性的衍射屏都可以叫做衍射光栅光栅可分成反射光栅和透射光栅\n\n光栅衍射与波长的关系:白光光栅光谱\nExcel在处理物理实验数据中的应用主要内容1.1误差计算1.2图形绘制1.3线性拟合\n（1）算术平均值：1.1误差计算方法一：在G3单元格中直接输入“=AVERAGE(B3:F3)”后回车。\n1.1误差计算方法二：用鼠标选取B3：G3单元格，单击工具栏上符号“Σ”旁的下拉式三角箭头并选取“平均值”，5次测量的平均值将自动显示在G3单元格式中。\n（2）绝对误差：1.1误差计算（3）相对误差：B3的绝对误差：在H3单元格中直接输入“=ABS(B3-G3)”后回车。B3的相对误差：在I3单元格中直接输入“=H3/G3”后回车。=H3/G3\n（4）测量值的标准偏差：1.1误差计算L3=K3/POWER(COUNT(B3:F3),2)（5）平均值的标准偏差：方法一：在K3单元格中直接输入“=STDEV(B3:F3)”后回车。\n1.1误差计算方法二：选中K3单元格单击工具栏中插入“函数”，在弹出对话框中选择“统计”类别中的“STDEV”函数，点击确定后弹出“函数参数”对话框，在Number1空白处用鼠标选择“B3:F3”，点击确定。\n1.2图形绘制步骤一：建立Excel数据表，点击工具栏中插入“图表向导”选项，则出现图表向导对话框；步骤二：在“图表类型”窗口中选择第五种，即“XY散点图”，在“子图表类型”中选择左下角的“折线散点”，点击“下一步”按钮弹出图表源数据对话框；\n1.2图形绘制步骤三：在“数据区域”空白处用鼠标选择“B3:B8”，在“系列产生在”标题后面的两个选项中，用鼠标选择“列”，切换到“系列”对话框，在“x值”后空白处用鼠标选择“A3:A8”，点击“下一步”按钮弹出“图表选项”对话框；\n1.2图形绘制步骤四：在“标题”卡的“图表标题”窗口中输入“伏安法测电阻u～I关系图”，在x轴窗口中输入“I(mA)”，在Y轴窗口中输入“U(V)”，选中网格线选项的全部四项，单击下一步；点击“完成”按钮，至此实验数据点就在图表上描绘出来了。\n1.3线性拟合方法：选中图表菜单中“添加趋势线”，在类型中选择“线性”类，在“选项”中选中复选框“显示公式”和“显示R平方值”，单击确定。\nThankYou!