大学物理实验

大学物理实验衍射光栅【预习思考题】1.如何调整分光计到待测状态?答：（1）调节望远镜适合接收平行光，且其光轴垂直于仪器中心轴；（2）平行光管能发出平行光，且其光轴垂直于仪器中心轴；（3）载物台的台面垂直于仪器中心轴。2.调节光栅平面与入射光垂直时，为什么只调节载物台调平螺钉b、c，而当各级谱线左右两侧不等高时，又只能调节载物台调平螺钉a？答：调节光栅平面与入射光垂直时，光栅放在载物台调平螺钉b、c的垂直平分线上，望远镜和平行光管已调好，调节载物台调平螺钉a不能改变光栅面与入射光的夹角，只能调节螺钉b或c使光栅面反射回来的“+”字像与分划板上“”形叉丝的上十字重合，此时光栅平面与入射光垂直。当各级谱线左右两侧不等高时，说明光栅刻线与载物台平面不垂直，调节b、c破坏入射光垂直光栅面，只调节a即可使各级谱线左右两侧等高。【分析讨论题】1.利用本实验的装置如何测定光栅常数？答：与实验步骤一样，调出光谱线，已知绿光波长m，测量一级（）绿光衍射角，根据光栅方程，可计算出光栅常数d。2.三棱镜的分辨本领,b是三棱镜底边边长，一般三棱镜约为1000cm-1。问边长多长的三棱镜才能和本实验用的光栅具有相同的分辨率？解：已知：实验测得=27000，cm-1求b。由得b=(cm)答：略。迈克耳孙干涉仪的调整与使用【预习思考题】1．迈克尔孙干涉仪是利用什么方法产生两束相干光的？答：迈克尔孙干涉仪是利用分振幅法产生两束相干光的。2．迈克尔孙干涉仪的等倾和等厚干涉分别在什么条件下产生的？条纹形状如何？随M1、M2’的间距d如何变化？答：（1）等倾干涉条纹的产生通常需要面光源，且M1、M2’应严格平行；等厚干涉条纹的形成则需要M1、M2’不再平行，而是有微小夹角，且二者之间所加的空气膜较薄。（2）等倾干涉为圆条纹，等厚干涉为直条纹。（3）d越大，条纹越细越密；d越小，条纹就越粗越疏。3．什么样条件下，白光也会产生等厚干涉条纹？当白光等厚干涉条纹的中心被调到视场.时，M1、M2’两镜子的位置成什么关系？答：白光由于是复色光，相干长度较小，所以只有M1、M2’距离非常接近时，才会有彩色的干涉条纹，且出现在两镜交线附近。当白光等厚干涉条纹的中心被调到视场.时，说明M1、M2’已相交。【分析讨论题】1．用迈克尔孙干涉仪观察到的等倾干涉条纹与牛顿环的干涉条纹有何不同？答：二者虽然都是圆条纹，但牛顿环属于等厚干涉的结果，并且等倾干涉条纹中心级次高，而牛顿环则是边缘的干涉级次高，所以当增大（或减小）空气层厚度时，等倾干涉条纹会向外涌出（或向中心缩进），而牛顿环则会向中心缩进（或向外涌出）。2．想想如何在迈克尔孙干涉仪上利用白光的等厚干涉条纹测定透明物体的折射率？答：首先将仪器调整到M1、M2’相交，即视场.能看到白光的零级干涉条纹，然后根据刚才镜子的移动方向选择将透明物体放在哪条光路中（主要是为了避免空程差），继续向原方向移动M1镜，直到再次看到白光的零级条纹出现在刚才所在的位置时，记下M1移动的距离所对应的圆环变化数N，根据，即可求出n。用牛顿环法测定透镜的曲率半径【预习思考题】1．白光是复色光，不同波长的光经牛顿环装置各自发生干涉时，同级次的干涉条纹的半径不同，在重叠区域某些波长的光干涉相消，某些波长的光干涉相长，所以牛顿环将变成彩色的。2．说明平板玻璃或平凸透镜的表面在该处不均匀，使等厚干涉条纹发生了形变。3．因显微镜筒固定在托架上可随托架一起移动，托架相对于工作台移动的距离也即显微镜移动的距离可以从螺旋测微计装置上读出。因此读数显微镜测得的距离是被测定物体的实际长度。4．（1）调节目镜观察到清晰的叉丝；（2）使用调焦手轮时，要使目镜从靠近被测物处自下向上移动，以免挤压被测物，损坏目镜。（3）为防止空程差，测量时应单方向旋转测微鼓轮。5．因牛顿环装置的接触处的形变及尘埃等因素的影响，使牛顿环的中心不易确定，测量其半径必然增大测量的误差。所以在实验中通常测量其直径以减小误差，提高精度。6．有附加光程差d0,空气膜上下表面的光程差=2dk+d0+,产生k级暗环时,=(2k+1)/2，k=0,1,2…,暗环半径rk=；则Dm2=(m—d0)R，Dn2=(n—d0)R，R=。【分析讨论题】1．把待测表面放在水平放置的标准的平板玻璃上，用平行光垂直照射时，若产生牛顿环现象，则待测表面为球面；轻压待测表面时，环向中心移动，则为凸面；若环向中心外移动，则为凹面。2．牛顿环法测透镜曲率半径的特点是：实验条件简单，操作简便，直观且精度高。3．参考答案若实验中第35个暗环的半径为a,其对应的实际级数为k,a2=kRk==2d35++d0=(2k+1)(k=0,1,2…)d=用动态法测定金属棒的杨氏模量【预习思考题】1．试样固有频率和共振频率有何不同，有何关系?固有频率只由系统本身的性质决定。和共振频率是两个不同的概念，它们之间的关系为：式中Q为试样的机械品质因数。一般悬挂法测杨氏模量时，Q值的最小值约为50，所以共振频率和固有频率相比只偏低0.005%，故实验中都是用f共代替f固，2．如何尽快找到试样基频共振频率?测试前根据试样的材质、尺寸、质量，通过（5.7-3）式估算出共振频率的数值，在上述频率附近寻找。【分析讨论题】1．测量时为何要将悬线吊扎在试样的节点附近？理论推导时要求试样做自由振动，应把线吊扎在试样的节点上，但这样做就不能激发试样振动。因此，实际吊扎位置都要偏离节点。偏离节点越大，引入的误差就越大。故要将悬线吊扎在试样的节点附近。2．如何判断铜棒发生了共振?可根据以下几条进行判断：（1）换能器或悬丝发生共振时可通过对上述部件施加负荷(例如用力夹紧)，可使此共振信号变小或消失。（2）发生共振时，迅速切断信号源，观察示波器上李萨如图形变化情况，若波形由椭圆变成一条竖直亮线后逐渐衰减成为一个亮点，即为试样共振频率。（3）试样发生共振需要一个孕育的过程，切断信号源后信号亦会逐渐衰减，它的共振峰宽度较窄，信号亦较强。试样共振时，可用尖嘴镊子纵向轻碰试样，这时会按图5.7-1的规律发现波腹、波节。（4）在共振频率附近进行频率扫描时，共振频率两侧信号相位会有突变导致李萨如图形在Y轴左右明显摆动。