大学物理实验报告答案(最全)

大学物理实验报告答案(最全)

（包括实验数据及思考题答案全）

1.伏安法测电阻

实验目的 (1) 利用伏安法测电阻。

(2) 验证欧姆定律。

(3) 学会间接测量量不确定度的计算；进一步掌握有效数字的概念。

U

实验方法原理 根据欧姆定律， R = ，如测得 U 和 I 则可计算出 R。值得注意的是，本实验待测电阻有两只，

I

一个阻值相对较大，一个较小，因此测量时必须采用安培表内接和外接两个方式，以减小测量误差。

实验装置

待测电阻两只，0～5mA 电流表 1 只，0－5V 电压表 1 只，0～50mA 电流表 1 只，0～10V 电压表一

只，滑线变阻器 1 只，DF1730SB3A 稳压源 1 台。

实验步骤 本实验为简单设计性实验，实验线路、数据记录表格和具体实验步骤应由学生自行设计。必要时，可提示学

生参照第 2 章中的第 2.4 一节的有关内容。分压电路是必须要使用的，并作具体提示。

(1) 根据相应的电路图对电阻进行测量，记录 U 值和 I 值。对每一个电阻测量 3 次。

(2) 计算各次测量结果。如多次测量值相差不大，可取其平均值作为测量结果。

(3) 如果同一电阻多次测量结果相差很大，应分析原因并重新测量。

数据处理

测量次数

U1/V

I1/mA

R1/ Ω

测量次数

U2/V

I2/mA

R2/ Ω

1

5.4

2.00

2700

1

2.08

38.0

54.7

2

6.9

2.60

2654

2

2.22

42.0

52.9

3

8.5

3.20

2656

3

2.50

47.0

53.2

∆U = Umax× 1.5% ，得到 ∆U1=

0.15V ,

U

V

(1) 由

(2) 由

∆I = Imax× 1.5% ，得到 ∆I1= 0.075mA,

∆2= 0.075 ；

∆I2= 0.75mA ；

∆U

2

∆I

2

u

= ×

1

,

u

=

=

(3) 再由 uRR

(

3V

+

) (

3I

)

3

，求得

R1

9 10 Ω

R2

1Ω

；

(4) 结果表示

R

1

= (2.92 ± 0.09)

, R

×10 Ω2=

(44 1)

± Ω

2.光栅衍射

实验目的

(1) 了解分光计的原理和构造。

(2) 学会分光计的调节和使用方法 。

(3) 观测汞灯在可见光范围内几条光谱线的波长

实验方法原理

若以单色平行光垂直照射在光栅面上， 按照光栅衍射理论，衍射光谱中明条纹的位置由下式决定： (a + b) sin ψk

=dsin ψk=±kλ

如果人射光不是单色，则由上式可以看出，光的波长不同，其衍射角也各不相同，于是复色光将被分解，而在中央 k =0、

ψ =0 处，各色光仍重叠在一起，形成中央明条纹。在中央明条纹两侧对称地分布着 k=1，2，3，…级光谱 ，各级光谱

线都按波长大小的顺序依次 排列成一组彩色谱线，这样就把复色光分解为单色光。如果已知光栅常数，用分光计测出 k

级光谱中某一明条纹的衍射角ψ，即可算出该明条纹所对应的单色光的波长λ。

实验步骤

(1) 调整分光计的工作状态，使其满足测量 条件。

(2) 利用光栅衍射 测量汞灯在可见光范 围内几条谱线的波长。

① 由于衍射光谱在中央明条纹两侧对

称地分布，为了提高测量的准确度，测量第k级光谱时 ，应测出 +k级和-k

级光谱线的位置，两位置的差值之 半即为实验时 k取1 。

② 为了减少分光计刻度盘的偏心误差，测量每条光谱线时 ，刻度盘上的两个游标都要读数 ，然后取其平均值 (角

游标的读数方法与游 标卡尺的读数方法基本一致)。

③ 为了使十字丝对准光谱线，可以使用望远镜微调螺钉12来对准。

④ 测量时，可将望远 镜置最右端，从 -l 级到 +1 级依次测量，以免漏测数据。

数据处理

谱线 游标

左1级

(k=-1)

右1级

(k=+1)

φ

λ／nm

λ0／nm E

黄l(明) 左

右

黄2(明) 左

右

绿(明) 左

右

紫(明) 左

右

102°45′ 62°13′

282°48′ 242°18′

102°40′ 62°20′

282°42′ 242°24′

101°31′ 63°29′

281°34′ 243°30′

97°35′ 67°23′

277°37′ 247°28′

20.258° 577.1

20.158° 574.4

19.025° 543.3

15.092° 433.9

579.0

577.9

546.1

435.8

0.33％

0.45％

0.51％

0.44％

(1) 与公认值比较

计算出各条谱线的相对误

−

λ0为公认值。

(2) 计算 出紫色谱线波长 的不确定度

( ) ⎤

⎡ ∂ +

(a b)sin ϕ

2

差 E =

λ λ

0 x

λ 0

其中

u

ϕ

⎥ = a +

ϕ

u(λ) =

1

⎢

⎣

∂ϕ

�

π

( )

⎦

(

b) | cosϕ | u( )

=

600

×

.

cos15 092

×

×

60 180

=0.467nm ; U =2×u(λ) =0.9 nm

1.

2.

最后结果为: λ=(433.9±0.9) nm

当用钠光(波长λ=589.0nm)垂直入射到 1mm 内有 500 条刻痕的平面透射光栅上时，试问最多能看到第几级光谱?并

请说明理由。

答：由(a+b)sinφ=kλ 得 k={(a+b)/λ}sinφ

∵φ最大为 90º 所以 sinφ=1

又∵a+b=1/500mm=2*10-6m， λ=589.0nm=589.0*10-9m

∴k=2*10-6/589.0*10-9=3.4 最多只能看到三级光谱。

当狭缝太宽、太窄时将会出现什么现象?为什么? 答：狭缝太宽，则分辨本领将下降，如两条黄色光谱线分不开。

狭缝太窄，透光太少，光线太弱，视场太暗不利于测量。

3. 为什么采用左右两个游标读数?左右游标在安装位置上有何要求?

答：采用左右游标读数是为了消除偏心差，安装时左右应差 180º\u12290X

3.光电效应

实验目的

(1) 观察光电效现象,测定光电管的伏安特性曲线和光照度与光电流关系曲线;测定截止电压,并通过现象了解其物

理意义。

(2) 练习电路的连接方法及仪器的使用 ; 学习用图像总结物理律。

实验方法原理

(1) 光子打到阴极上 ,若电子获得 的能量 大于 逸出 功时则会 逸出 ，在电场力的作用下向 阳极 运动而形成正向

电流 。在 没达到饱和前 ，光电流与电压成线性关系 ,接近饱和时呈非线性关系 ,饱和后电流不再增加 。

(3) 若给 光电管接反向电压 u 反，在 eU反 < mvmax/ 2=eUS时(vmax为具有最大速度的电子的速度 ) 仍会有电子移动

到阳极而形成光电流 ，当继续增大 电压 U反，由于电场力做负功使 电子减速 ，当使其到达 阳极前速度刚好为零 时 U反=US，

此时所 观察 到的 光电流为零 ，由此 可测 得此光电管在当前光源下的截止电压 US。

实验步骤

(1) 按讲义中的电路原理图连接好实物电路图；

(2) 测光电管的伏安特性曲线：

① 先使正向电压加至30伏以上，同时使光电流达最大（不超量程），

② 将电压从0开始按要求依次加大做好记录；

(3) 测照度与光电流的关系：

① 先使光电管距光源20cm处，适当选择光源亮度使光电流达最大(不超量程)；

② 逐渐远离光源按要求做好记录；

实验步骤

(4) 测光电管的截止电压：

① 将双向开关换向；

② 使光电管距光源20cm处，将电压调至“0”， 适当选择光源亮度使光电流达最大（不超量程），记录此时的光

电流I0，然后加反向电压使光电流刚好为“0”，记下电压值US；

③ 使光电管远离光源（光源亮度不变）重复上述步骤作好记录。

数据处理

(1) 伏安特性曲线

-0.6

U /V

4

0

1.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 20.0 30.0 40.0

I /mA 0

2.96 5.68 10.3

16.8

18.7

19.9

19.9

19.9

19.9

19.9

(2) 照度与光电流的关系

4

5

8

0

2

4

5

7

L /cm 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0

1/L2

0.002

5

0.001

6

0.001

1

0.000

8

0.000

6

0.000

4

0.000

3

0.000

2

0.000

15

I /µA 19.97 12.54 6.85 4.27 2.88 1.51 0.87 0.53 0.32

25

20

15

10

5

0

-10 0 10 20 30 40 50

流曲线

(3) 零电压下的光电流及截止电压与照度的关系

伏安特性曲线

照度与光电

L /cm 20.0

I0/µA 1.96

25.0

1.85

30.0

1.06

35.0

0.85

40.0

0.64

50.0

0.61

60.0

0.58

70.0

0.55

US/V

0.64

0.63

0.65

0.66

0.62

0.64

0.65

0.63

1. 临界截止电压与照度有什么关系?从实验中所得的结论是否同理论一致?如何解 释光的波粒二象性? 答：临界截止

电压与照度无关，实验结果与理论相符。

光具有干涉、衍射的特性，说明光具有拨动性。从光电效应现象上分析，光又具有粒子性，由爱因斯坦方程来描

述：hν=(1/2)mv2max+A。

2. 可否由 Us′ ν曲线求出阴极材料的逸出功?答：可以。由爱因斯坦方程 hυ=e|us|+hυo可求出斜率Δus/Δυ=h/e

和普朗克常数，还可以求出截距（h/e）υo，再由截距求出光电管阴极材料的红限 υo，从而求出逸出功 A=hυo。

4.光的干涉—牛顿环

实验目的

(1) 观察等厚干涉现象及其特点。

(2) 学会用干涉法 测量透镜的曲率半径与微小厚度。

实验方法原理

利用透明薄膜 (空气层 )上下表面对人射光的 依次反射，人射光的振幅将分成振幅不同且有一定光程差的两部分，

这是一种获得相干光的重要途径。由于两束反射光在相遇时的光程差取决于产生反射光的薄膜厚度，同一条干涉条纹所

对应的薄膜厚度相同，这就是等厚干涉。将一块曲率半径 R 较大 的平凸透镜的凸面置 于光学平板玻璃上，在透镜的凸

面和平板玻璃的上表面间就形成一层空气薄膜，其厚度从中心接触点到边缘逐渐增加。当平 行的单色光垂直入射时，

入射光将在此薄膜上下两表面依次反射，产生具有一定光程差的两束相干光。因此形成以接触点为中心的一系列明暗交

2 2

替的同心圆环——牛顿环。透镜的曲率半径为：

R =

−

Dm Dn

−

=

y

−

实验步骤

4(m n)λ 4(m n)

λ

(1) 转动读数显微镜的测微鼓轮 ，熟悉其读数方法 ；调整目镜，使十字叉丝清晰，并使其水平线与主尺平行 (判断的

方法是：转动读数显微镜的测微鼓轮，观察目镜中的十字叉丝竖线与牛顿环相切的切点连线是否始终与移动方向平行)。

(2) 为了避免测微鼓轮的网程(空转)误差，在整个测量过程中，鼓轮只能向一个方向旋转。应尽量使叉丝的竖线对准暗

干涉条纹中央时才读数。

(3) 应尽量使叉丝的竖线对准暗干涉条纹中央时才读数。

(4) 测量时，隔一个暗环记录一次数据。

(5) 由于计算 R 时只需要知道环数差 m-n，因此以哪一个环作为第一环可以任选，但对任 一暗环其直径必须是对

应的两切点坐标之差。

数据处理

环的级数

m

24

22

20

1 8

16

环的位置 ／mm 右

左

21.391

28.449

21.552 21.708

28.320 28.163

21.862

27.970

22.041

27.811

环的直径 ／mm Dm

7.058

6.768

6.455

6.108

5.770

环的级数

n

14

12

10

8

6

环的位置 ／mm 右

左

22.237

27.632

22.435 22.662

27.451 27.254

22.881

26.965

23.162

26.723

环的直径／mm Dn

5.395

5.016

4.592

4.084

3.561

20.635

0.12

20.709

20.646 20.581

875.4

0.6％

20.629

20.612

ucR

( )

⎛

y ⎞

2

m

2

n

2

=

⎛

2

0.12 ⎞

=0.6％

u( )

⎛

u( ) ⎞

⎛

u( ) ⎞

⎟ + ×

−8

R

=

⎜⎜

⎝

y

⎟⎟+⎜

⎠ ⎝

u R

m − n

⎟ + ⎜

⎠ ⎝

m − n

⎟

⎠

⎜

⎝

20.635

⎠

8.9 10

uc( R) = R ×c( ) =5.25mm；U = 2× uc(R) = 11 mm

R

R = (R ± U ) =(875±11)mm

1. 透射光牛顿环是如何形成的?如何观察?画出光路示意图。答：光由牛顿环装置下方射入，在

空气层上下两表面对入射光的依次反射，形成干涉条纹，由上向下观察。

2. 在牛顿环实验中，假如平玻璃板上有微小凸起，则凸起处空气薄膜厚度减小，导致等厚干涉条纹

发生畸变。试问这时的牛顿环(暗)将局部内凹还是局部外凸?为什么?

答：将局部外凸，因为同一条纹对应的薄膜厚度相同。

3. 用白光照射时能否看到牛顿环和劈 尖干涉条纹?此时的条纹有何特征?

答：用白光照射能看到干涉条纹，特征是：彩色的条纹，但条纹数有限。

5.双棱镜干涉

实验目的

(1) 观察双棱镜干涉现象,测量钠光的波长。

(2) 学习和巩固光路的同轴调整。

实验方法原理

双棱镜干涉实验与双缝实验、双面镜实验等一样，都为光的波动学说的建立起过决定性作用，同时也是测量光波

波长的一种简单的实验方法。双棱镜干涉是光的分波阵面干涉现象，由 S 发出的单色光经双棱镜折射后分成两列，相当

于从两个虚光源 S1和 S2射出的两束相干光。这两束光在重叠区域内产生干涉，在该区域内放置的测微目镜中可以观察

到干涉条纹。根据光的干涉理论能够得出相邻两明（暗）条纹间的距离为 ∆x =

d

D

λ ，即可有

λ =d∆x 其中 d 为两

D

个虚光源的距离，用共轭法来测，即 d =

；离距的镜目微

实验步骤

(1) 仪器调节

① 粗调

d1d2；D 为虚光源到接收屏之间的距离，在该实验中我们测的是狭缝到测

。量测镜目微∆测 x由，小很

将缝的位置放好，调至坚直，根据缝的位置来调节其他元件的左右和高低位置，使各元件中心大致等高。

② 细调

根据透镜成像规律用共轭法进行调节。使得狭缝到测微目镜的距离大于透镜的四倍焦距，这样通过移动透镜能够在

测微目镜处找到两次成像。首先将双棱镜拿掉，此时狭缝为物，将放大像缩小像中心调至等高，然后使测微目镜能够接

收到两次成像，最后放入双棱镜，调双棱镜的左右位置，使得两虚光源成像亮度相同，则细调完成。各元件中心基本达

到同轴。

(2) 观察调节干涉条纹

调出清晰的干涉条纹。视场不可太亮，缝不可太宽，同时双棱镜棱脊与狭缝应严格平行。取下透镜，为方便调节可

先将测微目镜移至近处，待调出清晰的干涉条纹后再将测微目镜移到满足大于透镜四倍焦距的位置。

(3) 随着 D 的增加观察干涉条纹的变化规律。

(4) 测量

① 测量条纹间距 ∆x

② 用共轭法测量两虚光源 S1和 S2的距离

③ 测量狭缝到测微目镜叉丝的距离 D

数据处理

测 ∆x 数据记录

条纹位置

次数

起始位置 a 终了位置 a′

被测条纹数

mm

|a-a′|

∆x

1

2

3

4

5

6

8.095

3.554

8.030

3.550

8.184

3.593

3.575

8.035

3.573

8.100

3.680

8.080

10

10

10

10

10

10

4.520

4.481

4.457

4.550

4.504

4.487

0.4520

0.4481

0.4457

0.4550

0.4504

0.4487

∆x = 0.44998mm

测 d 数据记录

mm

次数

放大像间距 d

1

a1a1′

缩小像间距 d2

|a1-a1′| a2a2′

|a2-a2′|

1

2

3

4

5

6

7.560

5.771

7.538

5.755

7.520

5.735

5.774

7.561

5.766

7.549

5.753

7.515

1.786

1.790

1.772

1.794

1.767

1.780

7.357

6.933

7.381

6.910

7.355

6.951

6.965

7.360

6.968

7.330

6.940

7.360

0.410

0.428

0.413

0.420

0.415

0.409

d1= 1.7915mm； d2= 0.4158mm

测 D 数据记录

mm

狭缝位置 b

1

(1) ∆x 的不确定度

测微目镜差丝位置 b′

660

∆

D=|b-b′|

659

uA( ) = 0.001329mm；

( ) 2

2

uB

( )

=

仪

3

= 0.005770mm；

u

uA( x) + u x

0.005921mm。

=

B

( ) =

(2) 求 d1与 d2的不确定度

uA( ) = 0.004288mm；

uA( ) = 0.002915mm；

∆

uB( ) = 0.007mm； uB( ) = 0.005mm； uB( ) =

仪=0.005770mm；

3

( )

u

2

2

(1)

+ u ( ) =

=

uA(d1) + u d

2

B

2

B

0.01003mm；

u( )

=

u d

( ) +

u d

( )

+ uB( ) = 0.00817mm。

A

2

B

2

(3) 求 D 的不确定度

u( ) = 1mm。

(4) 波长的合成相对不确定度

2

2

2

ucλ

( )

=

⎛

u( )

⎞

⎟ +

⎛

u( )

⎞

⎟ +

⎛

u( )

⎞

⎟ =

×

−4

mm；

λ

⎜

⎝

2

∆x

⎠

⎜

⎝

d

2

⎠

⎜

⎝

D

2

⎠

4.128 10

⎛ u( ) ⎞

其中 ⎜ ⎟ =

1 ⎛ u( ) ⎞

⎜⎜ ⎟⎟+

1 ⎛ u( ) ⎞

⎜⎜ ⎟⎟=

×

−5

⎝

d

⎠

4 ⎝

d1

⎠

4 ⎝

d2

⎠

1.374 10

mm。

(5) 测量结果

1 由

λ =d∆x 求得

D

( )

-4

λ = 5.87731×10 mm。

7

U = 2uc( )结果表达式为

2

uc= 2.427 ×10− mm；包含因子 k = 2 时， λ 的扩展不确定度

−4

λ = λ + U = (5.877 ±

×

0.005) 10

mm。

2.

1. 测量前仪器调节应达到什么要求?怎样才能调节出清晰的干涉条纹?

答：共轴，狭逢和棱背平行与测微目镜共轴，并适当调节狭逢的

宽度。

2. 本实验如何测得两虚光源的距离 d?还有其他办法吗?

答：d=(d1*d2)1/2或利用波长λ已知的激光作光源，则 d=(D/Δx)λ

3. 狭缝与测微目镜的距离及与双棱镜的距离改变时，条纹的间距和

数量有何变化?

答：狭缝和测微目镜的距离越近，条纹的间距越窄，数量不变，狭缝

和双棱镜的距离越近，条纹间距越宽，数量越小。

4 . 在同一图内画出相距为 d 虚光源的 S1和 S2所成的像 d1和

d2的光路图。

6.测薄透镜的焦距

实验目的

(1) 掌握测薄透镜焦距的几种方法；

(2) 掌握简单光路的分析和调整的方法；

(3) 了解透镜成像原理，掌握透镜成像规律；

(4) 进一步学习不确定度的计算方法。

实验方法原理

(1) 自准法

当光(物)点在凸透镜的焦平面上时，光点发出的光线经过透镜变成平行光束，再经过在透镜另一侧的平面镜反射后

又汇聚在原焦平面上且与发光点(物点)对称。

(2) 物距像距法

测出物距(u)与相距(v)代入公式：1/u +1/v=1/f 可求 f

(3) 共轭法

保持物与屏的距离(L)不变,移动透镜，移动的距离为(e)，其中一次成放大像另一次成缩小像,放大像1/u + 1/v=1/

f ,缩小像1/(u+e)+1/(v-e)=1/ f ,由于 u+v=L ，所以f =(L2-e2)/4L 。

(4) 凹透镜焦距的测量

利用光路可逆原理，将凸透镜所成的实像作为凹透镜的物，即可测出凹透镜成实像的物距和像距，代入公式1/u +

1/v=1/f 可求出焦距 f。

实验步骤

本实验为简单设计性实验，具体实验步骤由学生自行确定，必要时课建议学生按照实验原理及方法中的顺序作试

验。 要求学生 自行设计的能直接反映出测量结果的数据 记录 表格。

数据处理

(1) 自准法，物距像距法，则凹透镜焦距三个试验将所测数据及计算结果填写在自行设计的表格中。

(2) 对共轭法的测量数据及处理实例

测量数据记录表

O1

O1 左O1 右O1

O2

O2 左O2 右O2

e=o2-o1

f=(L2-e2)/4

L

f

52.4

3

53.5

0

51.6

7

52.7

0

51.3

0

52.3

52.9

0

52.7

0

52.8

9

52.9

0

52.8

0

52.8

52.6

7

53.1

0

52.2

8

52.8

0

52.0

5

52.5

98.0

0

97.9

8

99.0

0

98.8

0

98.6

0

98.3

99.0

0

99.2

0

99.5

0

99.2

1

98.9

0

99.1

98.5

0

98.5

9

99.2

5

99.0

1

98.7

5

98.7

45.83 19.82

45.49 19.92

46.97 19.52

46.21 19.64

46.70 19.59

19.6

9

4

0

7

4

0

2

46.15

19.70

① 不确定度的计算过程:

6

uA(e)=

(

∑ −

eie

1

)2

0.047 cm

uB( ) = 0.30 cm

6

(6 −1)=

( )

2+

u2( )

u(e)=

uA

B

= 0.31 cm u(L)= 0.30 cm

2

2

( )

⎡

L22

⎤

所以

u

=

⎢

+ e

⎥ u

2 ( )

+

⎡

2e

⎤

u

2 ( )

= 0.368 ×

10-2

f

⎣

(22 )

L − e L

⎦

⎣⎢

L2− e2⎥⎦

u( f )=0.368×10-2×19.683cm=0.072cm U =2u( f )=0.145cm=0.1cm

② 最后表达式:f = (19.7±0.1) cm

1. 你认为三种测量凸透镜焦距的方法，哪种最好?为什么?

答：共轭法最好，因为这个方法把焦距的测量归结为对可以精确测定的量 L 和 e 的测量，避免了在测量 u 和 v 时，由于

估计透镜光心位置不准确所带来的误差。

2 2

2. 由

f =

−

L e

4 L

推导出共轭法测 f 的标准相对合成不确定度传递公式。根据实际结果，试说明 uB(L)、uB(e)、uA(e)

哪个量对最后结果影响最大?为什么?由此你可否得到一些对实验具有指导性意义的结论? 答：uA(L)对最后结果影响最

大，因为 L 为单次测量量。对 O1、O2的测量时，要采用左右逼近法读数。

3. 测量凹透镜焦距 f 和实验室给出的 f0，比较后计算出的 E 值（相对误差）一般比较大，试分析 E 大的原因?

答：E 较大的原因可能是因为放入凹透镜后所成像的清晰度很难确定，即像的聚焦情况不好，从而导致很难测出清

晰成像的位置。

4. 在测量凸透镜的焦距时，可以利用测得的多组 u、v 值，然后以 u+v 作纵轴，以 u·v 作横轴，画出实验曲线。根据

式(3-15-1)事先推断一下实验曲线将属于什么类型，怎样根据这条曲线求出透镜的焦距 f?

u υ

f =

答：曲线是直线，可根据直线的斜率求出 f，f=1/k，因为 1/f=1/u+1/v，即 +

u υ ，故可有 f=1/k。

5. 测量凸透镜的焦距时，可以测得多组 u、v 值，以 v/u(即像的放大率)作纵轴，以 v 作横轴，画出实验曲线。试问这

条实验曲线具有什么形状?怎样由这条曲线求出透镜的焦距 f ?

答：曲线是直线，在横轴上的截距就是 f。

7.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。

e-H

e-H

O

实验步骤

θ

L2

θ

M2

L1

eN

L.K

S

M1

O H

L

eN

L.K

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

H

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

M

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°\u65374X50°\u12290X⑤参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。

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<λ/2 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。

8.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

R

R3， 当

Ucd=0 时电桥平衡。即 I1R1=I2R2, I1Rx=I2R3∴ Rx=

实验步骤

(1) 自组电桥:

1R3 。

R2

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

RX

1

R 1

1/Ω 500

R 1

2

000

RX

3

3

串

000

RX

5

5

并

000

箱式电桥数据

RX

1 R

1/R2

1 R

1

0

RX

1

1

2

0

RX

1

3

X 串

0

R

1

5

并

0

RX

1

1

2/Ω 500

R

1

000

3

000

5

000

1

3/Ω

46.60

58.51

06.42

04.21

3/Ω

X/Ω

R

475.2

1

475.2

592.0

3

592.0

069.0

5

069.0

042.8

1

042.8

X/Ω

R

1

466.0

3

585.1

5

064.2

1

042.1

数据处理：

(1) 自组电桥(a =0.1 级) 由△R= 3 Ra/100 而 U0.95=0.95△R

得：U1=0.95× 3 ×1475.20.1÷100=2Ω

U2=0.95× 3 ×3592.0×0.1/100=6Ω

U3=0.95× 3 ×5069.0×0.1/100=8Ω

U4=0.95× 3 ×1042.8×0.1/100=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=±a/100%(kR3+RN/10),

又 U0.95=0.95△R

得：U=0.95×0.05/100×(10R3+1000/10)

∴U1=0.95×0.05/100×(10×146.60+100)=0.7Ω

U2=0.95×0.05/100×(10×358.51+100)=2Ω

U3=0.95×0.05/100×(10×506.42+100)=2Ω

U4=0.95×0.05/100×(10×104.21+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RX=（R1/R2）

R3。

(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R1/R2=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=(R1/R2)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。

9.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

dx

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 (

)g

ρ − ρo=

3πηvod

13

(

)

=

d

g

3πηv d

6

π ρ − ρo

o

( ρ − ρ )gd2

η =

o

18vo

大量的实验数据分析表明 t 与 d/D 成线性关系。以 t 为纵轴，d/D 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

vo=Lt

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

序号

1

2

3

4

5

6

小球直径 /mm

1.308

1.309 1.304

1.295

1.301

1.301 1.301

1.300

1.300

1.303 1.302

1.303

1.303

1.304 1.302

1.298

1.310

1.304 1.305

1.301

1.308

1.306 1.304

1.298

量筒直径 D

/mm

50.14

40.10

31.18

23.42

18.96

14.26

时间 t

/s

25.41 2.61

25.63 3.24

25.72 4.18

25.96 5.56

26.28 6.88

26.34 9.14

d

D

2

×10 −

/度

17.8

用最小二乘法计算 to

t = 26.01

x = 0.0527

xt = 1.37

x2=

0.000328

a =

to=

0.0527 ×

2

0.0527

−

−

26.01 − 1.37

0.000328

=

−2.29

=

s

L

25.89 (

−2.29) × 0.0527

26.01

v

o

= = 4.61mm

to

2

s

η =

(ρ − ρ )gd

18vo

=

1.37 ×10

−3

⋅

kg / m s

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?

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

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

E0

G

通过检流计联在一

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）

EX

3-10-2 补偿原理

电源的电动势大小相

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。

RC

A

aX

E

a0

ES

R

KS

K

b0

G

B

bX

G

mA

实验步骤

(1) 用线式电位差计测电池电动势

EX

KX

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。

3-10-3 电位差计原理图

(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。

(c) 将 K2掷向 EX，重复步骤（b）。

(2) UJ37 箱式电位差计的校准和使用

UJ37 箱式电位计测量范围为 1~103mV，准确度级别 0.1 级，工作温度范围 5℃～45℃。

①校准

先把检流计机械调零。把四刀双掷扳键 D 扳向“标准”，调节工作电流直至检流计指零点。

②测量

校准完后，把待测电压接入未知，将未知电压开关扳向“ON”。先粗调，后细调。

数据处理

1

次 LS／m

LS 左＝4.6686

LS 右＝4.6690

LS1＝4.6688

LS 左＝4.6689

Lx／m

LX 左＝9.5350

LX 右＝9.5352

LX1＝9.5351

LX 左＝9.5358

E =

Lx

E ＝3.2004V

2

3

LS 右＝4.6691

LS2＝4.6690

LS 左＝4.6688

LS 右＝4.6673

LS3＝4.6681

LX 右＝9.5360

LX2＝9.5359

LX 左＝9.5355

LX 右＝9.5362

LX3＝9.5359

x

LS

S

4

5

6

平均值

LS 左＝4.6687

LS 右＝4.6691

LS4＝4.6689

LS 左＝4.6684

LS 右＝4.6692

LS5＝4.6688

LS 左＝4.6686

LS 右＝4.6690

LS6＝4.6688

LS=4.6687

LX 左＝9.5364

LX 右＝9.5370

LX4＝9.5367

LX 左＝9.5360

LX 右＝9.5370

LX5＝9.5365

LX 左＝9.5378

LX 右＝9.5385

LX6＝9.5382

LX＝9.5364

(1) 计算未知电动势 Ex的平均值

Lx

E =

E

＝3.2004V

x

LS

S

(2) 计算未知电动势 Ex的不确定度 U

① 计算直接测量量 Ls 的标准不确定度 u( )

u ( ) =

(

L L

∑ −

Si S

)

2

＝0.3mm； uB( ) = 8mm；

A

(

n n −

(

1)