大学物理实验报告及答案

由天下分享时间：2024/12/19 2:26:51 加入收藏我要投稿点赞

激光全息照相

实验目的

(1) 了解全息照相的原理及特点。

(2) 掌握漫反射物体的全息照相方法，制作漫反射的三维全息图。 (3) 掌握反射全息的照相方法，学会制作物体的白光再现反射全息图。 (4) 进一步熟悉光路的调整方法，学习暗室技术。实验方法原理

(1) 概述

全息照相是利用光涉的干涉和衍射原理，将物光波以干涉条纹的形式记录下来，然后在一定条件下，利用衍射再现原物体的立体图像。可见，全息照相必须分两步进行：①物体全息图的记录过程；②立体物像的再现过程。

(2) 全息照相与普通照相的主要区别

①全息照相能够把物光波的全部信息记录下来，而普通照相只能记录物光波的强度。

②全息照片上每一部分都包含了被摄物体上每一点的光波信息，所以它具有可分割性，即全息照片的每一部分都能再现出物体的完整的图像。

③在同一张全息底片上，可以采用不同的角度多次拍摄不同的物体，再现时，在不同的衍射方向上能够互不干扰地观察到每个物体的立体图像。

(3) 全息照相技术的发展

全息照相技术发展到现在已有四代。本实验将用激光作光源完成物体的第二代全息图—漫反射全息图和第三代全息图—反射全息图的拍摄和再现。

实验步骤

L.K S

L.K

首先要熟悉本实验所用仪器和光学元件。打源，点亮 He-Ne 激光器，调M整其工作电流，使其输出最强的

激光，然后按下述内容和步骤开始进行实验。

(1) 漫反射全息图的拍摄

① 按漫反射全息光路图摆放好各元件的位置，整个光路大概占实验台面的三分之二左右。②各光束都应与台面平行，通过调平面镜的俯仰角来调节。且光点都要打到各元件的中心部位。③两束光的光程差约为 20cm,光程都是由分束镜开始算起,沿着光束前进的方向量至全息底片为止。④物光与参考光夹角为 30°～50°。⑤参考光与物光的光强比为 3:1～8:1（通过调整扩束镜的位置来实现）。⑥曝光时间为 6S。⑦上底片及曝光拍照（底片上好后要静止 1～2min），药膜面要正对物体放。

(2) 白光再现反射全息图

① 按反射全息光路摆放好各元件的位置，先不放入扩束镜 L，各光事与台面平行。② 调整硬币，使之与干板（屏）平行，使激光束照在硬币的中心。③ 放入扩束镜，使光均匀照射且光强适中，确定曝光时间为 3s。④ 曝光，硬币与干板间距为 1cm。

(3) 底片处理

① 显影。②显影后冲洗 1min，停显 30s 左右，定影 3～5min，定影后可打开白炽灯，用水冲洗干板 5～10min，再用吹风机吹干（吹时不可太近且不可正对着吹，以免药膜收缩）。

(4) 再现观察

① 漫反射全息图的再现。

② 白光再现反射全息图的观察。数据处理本实验无数据处理内容

1. 全息照像有哪些重要特点? 答：全息照相是利用光波的干涉和衍射原理，将物体“发出”的特定波前（同时包括振幅和位相）以干涉条纹的形式记录下来，然后在一定条件下，利用衍射再现原物体的立体像。全息照相必须分两步进行：（1）物体全息图的记录过程；（2）立体物像的再现过程。

2. 全息底片和普通照像底片有什么区别? 答：（1）全息照相能够把物光波的全部信息（即振幅和相位）全部记录下来，而普通照相只能记录物光波的强度（既振幅），因此，全息照片能再现出与原物体完全相同的立体图象。（2）由于全息照片上的每部分都包含了被摄物体上每一点的光波信息，所以，它具有可分割性，即全息照片的每一部分都可以再现出原物体的立体图象。（ 3）在同一张全息底片上，可以采用不同的角度多次拍摄不同的物体，再现时，在不同的衍射方向上能够互不干扰地观察到每个物体的立体图象。

11 3. 为什么安装底片后要静止一段时间，才能进行曝光? 答：为了减少震动，提高拍摄质量，减震是全息照相的一项重要措施，要保证照相质量，光路中各元器件的相对位移量要限制在<λ2 范围内。

5. 普通照像在冲洗底片时是在红光下进行的，全息照像冲洗底片时为什么必须在绿光甚至全黑下进行?

答：因为全息干板涂有对红光敏感的感光材料，所以冲洗底片时必须在绿光甚至全黑下进行。

用惠斯通电桥测电阻

实验目的

(1) 掌握用惠斯通电桥测电阻的原理 (2) 正确应用复射式光点检流计

(3) 学会用QJ19型箱式电桥测电阻实验方法原理

应用自组电桥和箱式电桥两种方法来测未知电阻 Rx。其原理如图示，其中 R1、R2、R3 是三个已知电阻与未知电阻 Rx 构成四个臂，调节 U =0 时电桥平衡。即 I R =I R , I R =I R

R3 ，当

∴ R = R1

R 。

实验步骤

(1) 自组电桥: ① 按图 3-9-1 连接电路,根据被测阻值范围恰当选择比例臂(在电阻箱上), 判断平衡指示仪用指针式检流计。 ② 调整测定臂 R3 使其平衡,记下各臂阻值.逐一测得 RX1、RX2、RX 串，RX 并。 (2) 箱式电桥： ① (按图 3-9-3 或箱式电桥仪器铭牌右上角的线路图接线，平衡指示仪用复射式光点检流计。 ②参照书 P95 页表格选取 R1、R2 两臂和电源电压，参照自组桥测试结果选取 R3 的初始值。 ③ 对每个被测电阻通过不同的灵敏度分别进行粗细调平衡，并记录相应阻值。数据处理自组点桥数据箱式电桥数据

RX RX RX RX RX RX RX R 1 2 串并 1 2 X 串并 1Ω Ω R R R 500 500 1 1 000 000 3 3 000 000 5 5 000 000 1 1 2R 1 1 1 1 1R2 0 0 0 0 R 1 3 5 1 46.60 58.51 06.42 04.21 3Ω 1 3 5 1 475.2 592.0 069.0 042.8 3Ω R 1 3 5 1 475.2 592.0 069.0 042.8 XΩ 数据处理： (1) 自组电桥(a =0.1 级)

由△R=

R XΩ 1 3 5 1 466.0 585.1 064.2 042.1 3 Ra100

而 0.95

U=0.95△R

得：U1=0.953 3 31475.20.1÷100=2Ω

U2=0.953 3 33592.030.1100=6Ω U3=0.953 3 35069.030.1100=8Ω U4=0.953 3 31042.830.1100=2Ω

测量结果：

R1=(1475±2) Ω R2=(3592±6) Ω

R3=(5069±8) Ω R4=(1043±2) Ω

(2) 箱式电桥（a = 0.05 级）

由△R=±a100%(kR3+RN10),

又 U0.95=0.95△R

得：U=0.9530.051003(10R3+100010)

12 ∴U1=0.9530.051003(103146.60+100)=0.7Ω U2=0.9530.051003(103358.51+100)=2Ω U3=0.9530.051003(103506.42+100)=2Ω U4=0.9530.051003(103104.21+100)=0.5Ω

测量结果： R1=(1466.0±0.7)Ω R2=(3585±2)Ω

R3=(5064±2)Ω R4=(1042.1±0.5)Ω

思考题

(1) 电桥一般有两个比例臂 R1、R2，一个测定臂 R3 和另一个待测电阻 RX 组成。电桥的平衡条件是 X

R=（R1R2） R。

(2) 不能平衡，因为桥臂两端 C 和 D 两点电位不会相等。 (3) ①不会，因为被测阻值仅仅依赖于 R1、R2、R3 三个阻值。 ② 会，因为要由检流计判断是否平衡。

③ 不会，因为检流计分度值不影响电桥误差。

④ 会，因为电压太低会降低电桥的灵敏度，从而增大误差。 ⑤ 会，因为除了 R1、R2、R3 三个电阻外，还有导线电阻。

(4) 由被测阻值大约为1.2kΩ，应考虑电源电压及倍率。电源电压选择6V，倍率R1R2=1，因为当电桥的四个臂接近时电桥有较高的灵敏度。 1.电桥由哪几部分组成? 电桥的平衡条件是什么? 答：由电源、开关、检流计桥臂电阻组成。

平衡条件是 Rx=(R1R2)R3

2.若待测电阻 Rx 的一个头没接(或断头)，电桥是否能调平衡?为什么?答：不能，Rx 没接（或断头），电路将变为右图所示，A、C 及 C、D 间总有电流，所以电桥不能调平。

3.下列因素是否会使电桥误差增大?为什么?(1) 电源电压不太稳定；由于电桥调平以后与电源电压无关，则电源电压不太稳定基本不会使电桥误差增大。(2) 检流计没有调好零点；若检流计没有调好零点，当其指针指零时检流计中电流不为零，即电桥没有达到平衡正态，此时的测量读数中将会含有较大误差甚至会出现错误读数；

(3) 检流计分度值大；检流计分度值大时会使电桥误差增大，因电桥的灵敏度与分度值成反比；

(4) 电源电压太低；电源电压太低会使电桥误差增大，因电桥的灵敏度与电源电压成正比；

(5) 导线电阻不能完全忽略；对高电阻不会，当被测电阻的阻值很高时导线电阻可以忽略。4. 为了能更好地测准电阻，在自组电桥时，假如要测一个约 1.2kΩ的电阻，应该考虑哪些因素?这些因素如何选取? 答：应考虑电源电压，比例臂的电阻值，检流计的分度值。电源电压取 6V，R1，R2 取 1000Ω，检流计取 1.5 级μA 表。

液体粘滞系数的测定

实验目的

(1) 观察液体的内摩擦现象,了解小球在液体中下落的运动规律。 (2) 用多管落球法测定液体粘滞系数。 (3) 掌握读数显微镜及停表的使用方法。

(4) 学习用外延扩展法获得理想条件的思想方法。 (5) 用作图法及最小二乘法处理数据。

实验方法原理

液体流动时,各层之间有相对运动,任意两层间产生等值反向的作用力, 称其为内摩擦力或粘滞力 f , f 的方向沿液层接触面,其大小与接触面积 S 及速度梯度成正比,即 f = ηSdv

当密度为ρ的小球缓慢下落时，根据斯托克斯定律可知,小球受到的摩擦阻力为 f = 3πηvd小球匀速下落时, 小球所受的重力ρvg,浮力ρovg,及摩擦阻力 f 平衡，有

V(ρ ? ρ o )g = 3πηvod

1 3

πd(ρ ? ρ )g = 3πηv d 6

13 2 (ρ ? ρ o)gdη =

18v o

大量的实验数据分析表明 t 与 dD 成线性关系。以 t 为纵轴，dD 为横轴的实验图线为一直线，直线在 t 轴上的截距为 to，此时为无限广延的液体小球下所需要的时间，故

实验图线为直线，因此有 t = to + ax 可用最小二乘法确定 a 和 t0 的值。实验步骤

(1) 用读数显微镜测钢珠的直径。 (2) 用卡尺量量筒的内径。

(3) 向量筒内投入钢球，并测出钢球通过上下两划痕之间距离所需要的时间。 (4) 记录室温。数据处理

Lvo = t

序号小球直径 mm 1.308 1.309 1.295 1.301 1.301 1.300 1.300 1.303 1.303 1.303 1.304 1.298 1.310 1.304 1.301 1.308 1.306 1.298 量筒直径 D 时间 t mm 50.14 s 25.41 d T ×1 室温 D 度 2.61 1 1.304 17.8 2 1.301 40.10 25.63 3.24 3 1.302 31.18 25.72 4.18 4 1.302 23.42 25.96 5.56 5 1.305 18.96 26.28 6.88 6 1.304 14.26 26.34 9.14 用最小二乘法计算 to

t = 26.01 x = 0.0527

xt = 1.37 x 2 = 0.000328

0.0527 × 26.01 ? 1.37

a = = ?2.29

0.05272 ? 0.000328

t o = 25.89 ? (?2.29) × 0.0527 = 26.01s

L v = = 4.61mms

( ρ ? ρ )gd 2

η = = 1.37 ×10?3 kg m? s

18vo

1. 用误差理论分析本实验产生误差（测量不确定度）的主要原因。怎样减小它的测量误差?

14 答：主要有小球半径测量不确定度 u(d)、小球下落距离测量不确定度 u(L)和小球下落时间测量不确定度 u(t)等。① u(d)有两种原因：①是小球直径不均匀,因此应求平均半径；②是仪器误差。② u(L)有两种原因：①用钢板尺测 L 所带来的误差；②按计数器时，因小球刚好没有对齐标示线而产生的误差。③ u(t)按计数器时所产生的误差。分析结果可见，小球直径的误差对测量结果影响最大，所以小球不能太小，其次量筒应适当加长，以增加落球时间，从而减少时间测量的误差。

2. 量筒的上刻痕线是否可在液面位置?为什么? 答：不能。因为开始小球是加速运动，只有当小球所受的重力、浮力、粘滞力三力平衡后，小球做匀速运动时，才可以计时，所以不能从液面开始。

3. 为什么小球要沿量筒轴线下落? 答：圆形玻璃量筒的筒壁对小球运动产生严重影响，只能在轴线上运动，才能使

筒壁横向的作用力合力为零。用电位差计测量电动势实验目的

(1) 掌握电位差计的基本线路及测量原理。

(2) 掌握用线式电位差计、UJ37箱式电位差计测量电动势的电压的基本实验方法。实验方法原 E

理

(1) 用补偿法准确测量电动势（原理）

如图 3-10-2 所示。EX 是待测电源，E0 是电动势可调的电源，E0 和 EX

起。当调节 E0 的大小，使夫流计指针不偏转，即电路中没有电流时，两个等，互相补偿，即 EX＝E0，电路达到平衡。

(2) 电位差计测量电动势（方法）

由电源 E、开关 K、变电阻 RC 精密电阻 RAB 和毫安表组成的回路叫工作回路。由 RAB 上有压降，当改变 a0、b0 两触头的位置，就改变 a0、b0 间的电位差 Ua。b。，就相当于可调电动势 E0。测量时把 Ua。b。引出与未知电动势 EX 比较。由 EX、KX 和 Raxbx 组成的回路叫测量回路。调节 RC 的大小，使工作回路中电流值 I0 和 RAB 的乘积 I0RAB 略大于 ES 和 EX 二者中大的一个。

3-10-2 补偿原理

RC A aX

ES EX E

通过检流计联在一

电源的电动势大小相

G KS

bX G

实验步骤

(1) 用线式电位差计测电池电动势

3-10-3 电位差计原理图

① 联结线路按书中图 3-10-4 联电路，先联接工作回路，后联接测量回路。正确联接测量回路的关键是正确联双刀双掷开关 K2。

②测量 (a) 调节 RC 使 UAB≥EX，I0 值调好后不许再变。 (b) 将 K2 掷向 ES 一侧，将滑动触头从 1 逐一碰试，直到碰相邻插孔时检流计指针向不同方向摆动或指零，将 a 插入较小读数插孔，移动 b′使检流计指零。最后合上 K3。