大学物理实验报告及答案Word格式.docx
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8.5
I1/mA
2.00
2.60
3.20
R1/Ω
2700
2654
2656
U2/V
2.08
2.22
2.50
I2/mA
38.0
42.0
47.0
R2/Ω
54.7
52.9
53.2
(1)由∆U=Umax×
1.5%,得到∆U1=0.15V,
∆U2=0.075V;
(2)由∆I=Imax×
1.5%,得到∆I1=0.075mA,
∆I2=0.75mA;
(3)再由u
=R(∆U)2+(
∆I)2,求得u
=9×
101Ω,u
=1Ω;
R3V3IR1R2
(4)结果表示R1=(2.92±
0.09)×
10
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。
Ω,R2=(44±
1)Ω
(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)sinψk
=dsinψk=±
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
λ0为公认值。
(2)计算出紫色谱线波长的不确定度
(1)与公认值比较计算出各条谱线的相对误
谱线
游标
左1级(k=-1)
右1级(k=+1)
φ
λ/nm
λ0/nm
E
黄l(明)
左
102°
45′
62°
13′
20.258°
577.1
579.0
0.33%
右
282°
48′
242°
18′
黄2(明)
40′
20′
20.158°
574.4
577.9
0.45%
42′
24′
绿(明)
101°
31′
63°
29′
19.025°
543.3
546.1
0.51%
281°
34′
243°
30′
紫(明)
97°
35′
67°
23′
15.092°
433.9
435.8
0.44%
277°
37′
247°
28′
差E=λ0−λx其中
λ0
u(λ)=
⎡∂((a+b)sinϕ)
⎢
u(ϕ)⎤
=(a+b)|cosϕ|u(ϕ)
⎥
⎣∂ϕ⎦
=
600
×
cos15.092�×
π
60×
180
=0.467nm;
U=2×
u(λ)=0.9nm
最后结果为:
λ=(433.9±
0.9)nm
1.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。
2.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?
采用左右游标读数是为了消除偏心差,安装时左右应差180º
。
光电效应
(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。
(2)电光源发光后,其照度随距光源的距离的平方成(r2)反比即光电管得到的光子数与r2成反比,因此打出的电子数也与r2成反比,形成的饱和光电流也与r2成反比,即I∝r-2。
(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。
(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;
(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。
(1)伏安特性曲线
U/V
-0.6
4
1.0
2.0
4.0
6.0
8.0
10.0
20.0
30.0
40.0
I/mA
2.96
5.68
10.3
16.8
5
18.7
8
19.9
7
(2)照度与光电流的关系
L/cm
25.0
35.0
50.0
60.0
70.0
80.0
1/L2
0.002
0.001
6
0.000
15
I/µ
A
19.97
12.54
6.85
4.27
2.88
1.51
0.87
0.53
0.32
25
20
-1001020304050
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
I0/µ
1.96
1.85
1.06
0.85
0.64
0.61
0.58
0.55
US/V
0.63
0.65
0.66
0.62
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
max
述:
hν=(1/2)mv2
+A。
2.可否由Us′ν曲线求出阴极材料的逸出功?
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。
光的干涉—牛顿环
(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
mn
替的同心圆环——牛顿环。
透镜的曲率半径为:
R=D2−D2=
4(m−n)λ
y
(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