【正文】 溫度＝℃ 信號發(fā)生器顯示頻率＝ kHz次數接受器記錄被測數被測λ 數n 1 2 x = a ?a /mm λ=x/n /mm λ1 3 ?1032 3 3 3 4 3 5 3 6 3 其中361 1061 ?== Σ = ? i iλ λ m；vv = fλ = ?102m / s(3) 比較法溫度＝℃ 信號發(fā)生器顯示頻率＝ kHz接受器位置序號0 1 2 3 4 5 接受器位置序號6 7 8 9 10 11 xj =xi+6 ?xi /mm λ j j λ j56 01== Σ (4)時差法溫度＝℃ 信號發(fā)生器顯示頻率＝ kHz接收器位置序號i 0 1 2 3 4 5接收器位置坐標xi /mm 脈沖傳播時間ti /us 347 377 407 434 465 491接收器位置序號i 6 7 8 9 10 11接收器位置坐標xi /mm 脈沖傳播時間ti /us 522 551 579 606 635 663ms 166 ?+ ?+ ? = /iti txi xiv j 3 4781 10256 01= ?== j . jυ Σ υ mm/s(5) 環(huán)境溫度為T(℃)時的聲速343 89m/s273 1520 81 331 5 1 ....TToν =νo + = ? + =(6) 不確定度的計算及實驗結果9 38 10 m。 3 4720 10 m/s1 3 265= = ? ? = = ?=j . f . jλ Σ λ ν λ6 83 10 m162= ? ???= .n( n )( i )uA( )Σ λ λλ uB (λ ) = 1?10? 5mu( λ ) = uA2( λ ) +uB 2( λ ) =?10? 5m u( f ) = uB( f ) = 5?10?4 ? ?103 +1 = ( )0 4834m/s37 003 103 9 34 10 3 1 3986 10 32 2.. . .]f( v ) f [ u( ) ] [ u f uc== ? ? ? ? ?= ? ? +? ?λλλ取k = 2，則U=2uc( v ) = m/sv = (v +v )= (177。 )m/s1. 示波器在使用過程中熒光屏上只有一條水平亮線而沒有被測信號是什么原因造成的?答：在示波器的使用過程中，上述現象經常出現，造成這一現象的原因很多，大致可歸納為：① 示波器接地（GND）（測量時接地按鍵GND 應該 彈起）；② 衰減開關VOLTS/DIV 選擇過大（測量時可先選擇小些）；③ 信號發(fā)生器輸出過小或沒有輸出；④ 信號發(fā) 生器輸出直流信號；⑤ 在信號的傳輸中，導線或接頭接觸不良，也可造成該現象；⑥ 示波器的相關功能鍵都應選擇在 正確工作狀態(tài)下?？傊?，影響的因素很多，要求使用者在使用前一定認真閱讀教材。2. 在測量聲速時，Y1(CH1)的輸入信號，由于示波器的Y 軸放大器、壓電轉換器、聯接線路的相移等原因并不與聲波的 位相相同，這對于觀察測量聲波波長有無影響? 為什么?答：沒有影響。因為波長是波在傳播過程中位相差為2π的兩點間的距離，與該處位相無關，所以無影響。3. 試比較幾種測聲速方法的優(yōu)缺點。答：實驗講義上共列出了三種測量方法：①李薩如圖相位比較法，②共振法，③波形相位比較法。一般說來，李薩如圖相位比較法測量的比較準，同時便于對知識的溫新和鞏固，對于示波器的使用以及學生動手能力和思考問題的培 養(yǎng)，不失是一種較好的途徑，但操作比較繁；對于共振法，判斷相對要困難一些，所以測量誤差一般要大一些，但可以 直觀地了解共振現象；而波形相位比較法比的現象較直觀，可操作性強，只是相位判別不如李薩如圖相位比較法準確， 但只要認真操作，誤差也不會太大。邁克耳遜干涉儀實驗目的(1) 了解邁克耳遜干涉儀的結構、原理及調節(jié)方法。(2) 觀察點光源的等傾干涉圖樣，用HeNe激光器校準干涉儀的精密絲杠。（3）觀察白光干涉圖樣，利用白光干涉測定透明薄膜的厚度。實驗方法原理(1) 儀器的結構原理如右上圖，從光源S 發(fā)出的光，經透鏡擴束后射至分束板G1 上，一部分被反射，一部分被透射，然后被相互 垂直的兩平面鏡M1 和M2 反射后經G1 而在屏E 處相遇，形成干涉條紋。(2) 產生干涉的等效光路如右下圖， 干涉現象可以看作是光源在M1 和M2?反射鏡中的虛光源和相干涉的結果。所以s1 s2 = 2d ′ ′ ,當傾角為θ 時,由S1?和S2?發(fā)出的相干光的光程差2 cos 2 cos ( 1) 0 0 δ = n d θ ≈ d θ n ≈ 。(3) 單色點光源產生的干涉當δ = kλ（k 為整數）時為明條紋，而δ )λ21= (k +時為暗條紋。δ = 2d 光程差最大，δ隨θ增加而減小，且θ相同點光程差δ也相同，因此屏上干涉條紋是一些同心圓環(huán)，越靠近環(huán)心條紋的級次越大。這種干涉是由光源發(fā)出的傾角相同的光干涉的結果，故稱等傾干涉。當增加時，第k 級條紋傾角θ必增大，在屏上將看到條紋從圓心向外“涌出”，反之“縮進”。每當d 改變λ/2 時，就從圓心“涌出”或“縮進”一個條紋。(4) 等厚干涉、白光干涉當光源為面光源，M1 與M2?有微小角度時，形成空氣尖，發(fā)生等厚干涉。條紋是一些平行M1 與M2?交線的直線。條紋間距與夾角呈反比。若用白光照射，可以直接在M1 的反射面上觀察到彩色條紋。實驗步驟(1) 用HeNe激光器調節(jié)邁克耳遜干涉儀，校準精密絲杠。① 轉動干涉儀粗調手輪，使M1位置適當，調節(jié)M2背面的調節(jié)螺絲，使每個螺絲的位置適中，調節(jié)M2鏡架下的拉簧螺絲也使他們處于適中位置。② 打開激光器電源開關，讓激光束射向M2中部，使激光返回光點在在激光器出射口附近。反射光線和投射光線在 M1和M2中部。③ 調節(jié)M2背面的螺絲，使屏E上兩排光點對應重合，并可在重合光點內看到干涉條紋④ 用透鏡使激光擴束，調整擴束鏡使擴束后的激光射到分束板上，在觀察屏上就會出現明顯的干涉條紋。若干涉 條紋的圓心在視場之外，可輕微調整M2背面的螺絲使環(huán)心向視場趨近。⑤ 沿同方向轉動微調股輪，使條紋縮進或涌出，記錄M1的初始位置，然后每變化50條記錄一次M1的位置，連初始位 置共測8次。(2) 用白光干涉的彩色條紋測定透明薄膜的厚度① 在前一步實驗的基礎上，轉粗調手輪使M1從M2?的外部向M2?靠近，同時配合調節(jié)M2 背面的螺絲和下部的拉簧螺 釘，直到條紋變寬變稀，視場中僅能容納一條甚至不到一條條紋為止。② 將毛玻璃放到分束板旁且垂直于激光束，放下觀察屏，白織燈透過毛玻璃照射到分束板上,眼睛盯住平面鏡M1， 轉動微調鼓輪使M1 繼續(xù)從M2?外部向M2?靠近，可見條紋向凹側移動，直到視場中部條紋快變直時,就能觀察到白光干涉 的位置x1,然后在M1 前與M1 平行放入透明薄膜,必須繼續(xù)沿原方向轉動微調鼓輪,才能再次出現 彩色條紋,在此讀取M1 次數據處理條紋變化數與其對應坐標值記錄表條紋變化數0 50 100 150 200 250 300 350M1 位置x /mm 變化100 條M1 應移動的理論長度d=50λ=50?650=?102mm。 變化100 條M1 移動的實際程度為=?? + ? + ? + ?′ =4 2( ) ( ) ( ) ( ) 4 0 5 1 6 2 7 3 d x x x x x x x x ?102mm =? ′=dE d d d %測定薄膜測量記錄次M1 位置/mm | | 1 2 d x x i Δ = ? 平均修正后數/mm Δd /mm d d E d d Δ = Δ + Δ/mm1 x 2 x1 2 3 4 5 6 ( 1)61( )2( ) =?Σ=Δ ? ΔΔ =n ni i d duA d mm uB (Δd ) = mmu(Δd ) = uA2(Δd ) + uB2(Δd ) = mm 11=?? Δ = ????? ???nnS d mm( ) 11( ) Δ =?? = Δ ????? ???u dnnuc S mm U = 2uc (ΔS ) = mmS = S 177。U = ( 177。 ) mm k = 21. 這里觀察到的環(huán)形干涉條紋，從外觀上看，與牛頓環(huán)有哪些相似之處?從產生的原因和由內向外級次的變化來 看有何不同? 答：從外觀上看都是同心園環(huán)，而牛頓環(huán)是等厚干涉，這里是等傾干涉，牛頓環(huán)是低級次的干涉條紋在 中心，越外級次越高，而邁氏干涉正相反。2. 在M1 如圖3144 所示的移動過程中，將看到條紋的疏密和運動情況有何變化?答：從密到疏，從疏到密，從條紋向環(huán)心縮進到從環(huán)心向外涌出。3. 白光照射下，M1 在G1 和M2′之間并逐漸向M2′移動過程中，能否觀察到彩色干涉條紋?可否用這種做法來測量 薄膜厚度?為什么? 答：能觀察到，但是在實際測量中，一般不采用這種做法，原因是對初學者而言，由于實驗經驗等 因素，非常容易產生回程誤差，給實驗結果帶來影響。金屬絲彈性模量的測量實驗目的(1) 掌握光杠桿放大法測微小長度變化量的原理。(2) 學會測量彈性模量的方法。(3) 學會使用逐差法處理數據。實驗方法原理金屬柱體長L，截面積為S，沿柱的縱向施力F1，物體伸長或縮短為ΔL，則彈性模量L LY F S//Δ= 。由于ΔL 甚小，需要用光杠桿放大后才能被較準確的被測量。開始時平面鏡M 的法線on 在水平位置，標尺H 上的刻度no 發(fā)出光通過平面鏡反射，no 的像在望遠鏡中被觀察到。加砝碼時，金屬絲 伸長ΔL，光杠桿后足下落ΔL，平面鏡轉過一個α角，此時標尺上刻 線經平面鏡反射在望遠鏡中被觀察到。根據幾何關系bΔLtanα =DΔntan 2α = nDΔL b Δ2=光杠桿放大原理圖因而，d b nY FLDπ 2 δ= 8 。由nDΔL b Δ2= 可知，光杠桿的放大倍數為b2D。實驗步驟1. 彈性模量測定儀的調節(jié)(1) 左右觀察與調節(jié)(2) 上下觀察與調節(jié)(3) 鏡內觀察與調節(jié)(4) 視差的檢測與排除2. 加減砝碼測量3. 鋼絲長度的測量4. 鋼絲直徑的測量5. 光杠桿足間距的測量數據處理單次測量數據處理表測量值N 不確定度u = uB u / N N 177。 uL /mm 177。2 726177。2D /mm 177。4 1765177。4b /mm 177。 177。鋼絲直徑d 數據處理表次數n 1 2 3 4 5 6 d UB/mmdi/mm Δdi=did/mm0 0 0 . mmn( n )( d )u ( d ) iniA 0 002121 =?= =Σ Δ. mmu( d ) u A( d ) uB ( d )0 0042 2== + ( ) =du d( )mmd d ud= 177。 = 177。標度尺示數及數據處理砝碼質量／kg0 加碼讀數(n) /mm0 加碼讀數(n/) /mm 平均值(ni) /mm n n mm ni i i / 6 = ? + δ 61 61= Σ =n i= ni δ δΔδni =δ ni ?δn /mm 6116( ) ( ) 301 261= Σ Δ =A n i = ni u δ δuB (δn ) = ( ) = 2 ( )+ 2 ( ) = u δ n u A δ n u B δ n( )= nn uδδ11 22 6 3 33 3 10 / 10 10 108 8 6 726 10 1765 10 N md bY FLDn= ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?= = ? ? ?? ?π δ( ) ( ) ( ) = ( ( ))2 + ( )2 + ( )2 + (2 ( ))2 + ( ( ))2 + ( ( ))2 = nn ubu bdu dDu DLu LFu FYu Yδδ標準不確定度為( ) ( ) 1011N /m2Yu Y Y u Y = ??=擴展不確定度為U = 2u(Y ) = ?1011N /m2所以結果表達式為Y = (Y 177。U ) = ( 177。 )?1011N /m21. 光杠桿有什么優(yōu)點，怎樣提高光杠桿測量的靈敏度?答：優(yōu)點是：可以測量微小長度變化量。提高放大倍數即適當地增大標尺距離D 或適當地減小光杠桿前后腳的垂直距離 b，可以提高靈