大学物理实验报告及答案文档格式.docx

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5.4

6.9

8.5

I1mA

2.00

2.60

3.20

R1Ω

2700

2654

2656

U2V

2.08

2.22

2.50

I2mA

38.0

42.0

47.0

R2Ω

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

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=1500mm=2*10-6m，λ=589.0nm=589.0*10-9m

∴k=2*10-6589.0*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<

mvmax2=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

UV

-0.6

4

1.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

20.0

30.0

40.0

ImA

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

Lcm

25.0

35.0

50.0

60.0

70.0

80.0

1L2

0.002

0.001

6

0.000

15

Iµ

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

I0µ

1.96

1.85

1.06

0.85

0.64

0.61

0.58

0.55

USV

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

述：

）λ

y

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。

环的级数

m

24

22

18

16

环的位置mm

右

21.391

21.552

21.708

21.862

22.041

左

28.449

28.320

28.163

27.970

27.811

环的直径mm

Dm

7.058

6.768

6.455

6.108

5.770

n

14

12

22.237

22.435

22.662

22.881

23.162

27.632

27.451

27.254

26.965

26.723

环的直径mm

Dn

5.395

5.016

4.592

4.084

3.561

20.709

20.646

20.581

20.629

20.612

20.635

875.4

0.12

0.6％

uc（R）

⎛u=（y）⎞

⎛=u（m）⎞

⎛=u（n）⎞

=⎛0.12⎞

⎜⎟

−8=0.6％

=⎜⎟

R⎝y⎠

+⎜⎟

⎝m−n⎠

⎝m−n⎠

⎝20.635⎠

8.910

u（R）=R×

uc（R）=5.25mm；

U=2×

u（R）=11mm

cRc