大学物理实验报告答案大全实验数据.docx
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大学物理实验报告答案大全实验数据
大学物理实验报告答案大全（实验数据）
大学物理实验报告答案大全（实验数据及思考题答案全包括）
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。
实验方法原理
根据欧姆定律，R
=
U
I
，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，
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
（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uR
=R（
3V
）+（
3I
）
，求得uR1
=9⋅101Ω,uR2=1Ω；
（4）结果表示R1
=（2.92±0.09）⋅103Ω,R2=（44±1）Ω
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
测量次数1
2
3
U1/V5.4
6.9
8.5
I1/mA2.00
2.60
3.20
R1/Ω2700
2654
2656
测量次数1
2
3
U2/V2.08
2.22
2.50
I2/mA38.0
42.0
47.0
R2/Ω54.7
52.9
53.2
∆U2
∆I2
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
（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
差
⎣−⎣x
⎣0
其中
u（λ）=
⎡∂（（a+b）sin）
⎢
⎣
2
⎤
u（ϕ）⎥=（a+b）|cosϕ|u（ϕ）
⎦
=
1
600
⋅cos15.092�⋅
ð
60⋅180
=0.467nm;U=2×u（λ）=0.9
nm
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
∵φ最大为90º
-6-9
-6
得k={（a+b）/λ}sinφ
所以sinφ=1
-9
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?
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。
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）
左
102°40′
62°20′
20.158°
574.4
577.9
0.45％
右
282°42′
242°24′
绿（明）
左
101°31′
63°29′
19.025°
543.3
546.1
0.51％
右
281°34′
243°30′
紫（明）
左
97°35′
67°23′
15.092°
433.9
435.8
0.44％
右
277°37′
247°28′
∂ϕ
又∵a+b=1/500mm=2*10m，
λ=589.0nm=589.0*10m
∴k=2*10/589.0*10=3.4
c
R
2
⎛u（y）⎞⎛u（m）⎞⎛u（n）⎞
⎜⎜y⎟⎟+⎜m−n⎟+⎜m−n⎟
2
⎝20.635⎠
2
uc（R）=R⋅
uc（R）
R
=5.25mm；U
=2×uc（R）=11mm
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。
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
⎣，即可有⎣=
d
D
∆x其中d为两
个虚光源的距离，用共轭法来测，即d
=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
微
目
镜
的
距
离
；
∆x
很
小
，
由
测
微
目
镜
测
量
。
实验步骤
（1）仪器调节
①粗调
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d
2
=⎛⎜0.12⎞⎟+8.9⋅10−8=0.6％
⎝⎠⎝⎠⎝⎠
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
mm
次数
1
2
3
4
5
6
条纹位置
起始位置a
8.095
3.554
8.030
3.550
8.184
3.593
终了位置a′
3.575
8.035
3.573
8.100
3.680
8.080
被测条纹数
10
10
10
10
10
10
|a-a′|
4.520
4.481
4.457
4.550
4.504
4.487
∆x
0.4520
0.4481
0.4457
0.4550
0.4504
0.4487
∆x=0.44998mm
测d数据记录
mm
次数
1
2
3
4
5
6
放大像间距d1
a1
7.560
5.771
7.538
5.755
7.520
5.735
a1′
5.774
7.561
5.766
7.549
5.753
7.515
|a1-a1′|
1.786
1.790
1.772
1.794
1.767
1.780
缩小像间距d2
a2
7.357
6.933
7.381
6.910
7.355
6.951
a2′
6.965
7.360
6.968
7.330
6.940
7.360
|a2-a2′|
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
∆x的不确定度
-29
（1）
测微目镜差丝位置b′
660
D=|b-b′|
659
uA（∆x）=0.001329mm；uB（∆x）=
∆仪
3
=0.005770mm；
22
（2）求d1与d2的不确定度
uA（d1）=0.004288mm；uA（d2）=0.002915mm；
uB（d1）=0.007mm；uB（d2）=0.005mm；uB（d）=
∆仪
3
=0.005770mm；
22
22
（3）求D的不确定度
u（D）=1mm。
（4）波长的合成相对不确定度
uc（⎣）
⎣
⎝∆x⎠⎝d⎠⎝D⎠
222
−4
2
其中⎜⎟=
⎝d⎠
（5）测量结果
4⎝d1⎠
2
4⎝d2⎠
2
⎛u（∆x）⎞
⎛u（d）⎞
⎛u（D）⎞
=⎜
⎟+⎜
⎟+⎜
⎟=4.128⋅10mm；
⎛u（d）⎞
1⎛u（d1）⎞
⎜⎟+
1⎛u（d2）⎞
⎜⎟=1.374⋅10−5mm。
1
由⎣
=
d
D
∆x求得⎣=5.87731⋅10-4mm。
2
uc（⎣）=2.427⋅10−7mm；包含因子k=2时，⎣的扩展不确定度U=2uc（⎣）结果表达式为
⎣=⎣+U=（5.877±0.005）⋅10−4mm。
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?
2.
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?
1/2
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。
测薄透镜的焦距
实验目的
（1）
（2）
（3）
（4）
掌握测薄透镜焦距的几种方法；
掌握简单光路的分析和调整的方法；
了解透镜成像原理，掌握透镜成像规律；
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/
22
（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
答：
d=（d1*d2）或利用波长λ已知的激光作光源，则d=（D/Δx）λ
f,缩小像1/（u+e）+1/（v-e）=1/f,由于u+v=L，所以f=（L-e）/4L。
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
①不确定度的计算过程:
6
uA（e）=
1
i−e）
6（6−1）
2
=0.047cm
uB（e）=
0.30cm
u（e）=
uA2（e）+uB2（e）=
0.31cm
u（L）=0.30cm
所以
u（f）
f
⎡L2+e2⎤
=⎢2
2
⎡2e⎤
2⎥
2
u2（e）=0.368⋅10-2
-2
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.由
f=
L2−e2
4L
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?
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
f=
uυ
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。
O1
O2
e=o2-o1
22
f=（L-e）/4
L
f
O1左
O1右
O1
O2左
O2右
O2
52.4
3
52.9
0
52.6
7
98.0
0
99.0
0
98.5
0
45.83
19.82
19.6
9
53.5
0
52.7
0
53.1
0
97.9
8
99.2
0
98.5
9
45.49
19.92
51.6
7
52.8
9
52.2
8
99.0
0
99.5
0
99.2
5
46.97
19.52
52.7
0
52.9
0
52.8
0
98.8
0
99.2
1
99.0
1
46.21
19.64
51.3
0
52.8
0
52.0
5
98.6
0
98.9
0
98.7
5
46.70
19.59
52.3
4
52.8
0
52.5
7
98.3
4
99.1
0
98.7
2
46.15
19.70
∑（e
（⎣L−e2）L⎥⎦
⎣L−e⎦
u（f）=0.368×10×19.683cm=0.072cm
激光全息照相
实验目的
（1）
（2）
（3）
（4）
了解全息照相的原理及特点。
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。
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。
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。
M2
O
L2
L.K
S
O
H
L
L.K
实验步骤
θ
θ
L1
M1
M
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
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