大学物理实验报告答案大全实验数据.doc

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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。

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实验方法原理

根据欧姆定律， R

=
U
I

，如测得 U 和 I 那么可计算出 R。值得注意的是，本实验待测电阻有两只，

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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。

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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

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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展测量，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。如屡次测量值相差不大，可取其平均值作为测量结果。
(3) 如果同一电阻屡次测量结果相差很大，应分析原因并重新测量。
数据处理

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(1) 由 ∆U

= U max × 1.5%，得到 ∆U 1 = 0.15V , ∆U 2 = 0.075V

；

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(2) 由 ∆I

= I max × 1.5%，得到 ∆I1 = 0.075mA, ∆I 2 = 0.75mA；

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(3) 再由 uR

= R (

3V

) + (

3I

)

，求得 uR1

= 9 × 101 Ω, uR 2 = 1Ω；

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(4) 结果表示 R1

= (2.92 ± 0.09) ×10 3 Ω, R2 = (44 ± 1)Ω

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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X围内几条光谱线的波长
实验方法原理测量次数 1
2
3
U1 /V 5.4
6.9
8.5
I1 /mA 2.00
2.60
3.20
R1 / Ω 2700
2654
2656
测量次数 1
2
3
U2 /V 2.08
2.22
2.50
I2 /mA 38.0
42.0
47.0
R2 / Ω 54.7
52.9
53.2

∆U2
∆I2

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假设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

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=dsin ψk =±kλ
如果人射光不是单色，那么由上式可以看出，光的波长不同，其衍射角也各不一样，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X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根本一致)。
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) 与公认值比拟
计算出各条谱线的相对误

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λ0为公认值。
(2) 计算出紫色谱线波长的不确定度

差
ë − ë x
ë 0

其中

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u(λ) =
⎡ ∂((a + b) sin ϕ )
⎢
⎣
2
⎤
u(ϕ )⎥ = (a + b) | cosϕ | u(ϕ )
⎦

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=
1
600
× cos15.092� ×
ð
60 × 180

=0.467nm ; U =2×u(λ) =0.9

nm

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最后结果为:
λ=(433.9±0.9) nm

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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。

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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。

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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，那么分辨本领将下降，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

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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,假设电子获得的能量大于逸出功时那么会逸出，在电场力的作用下向阳极运动而形成正向
电流。在没到达饱和前，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 2
2 2 -2
(3) 假设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开场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，适中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〞，适中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

(2) 照度与光电流的关系

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-10

0

10

20

30

40

50

伏安特性曲线

照度与光电

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流曲线
(3) 零电压下的光电流及截止电压与照度的关系L /cm 20.0
25.0
30.0
35.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
0.002
2
1/L
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

U /V
-0.6
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
4
16.8
5
18.7
8
19.9
0
19.9
2
19.9
4
19.9
5
19.9
7

(2)电光源发光后,其照度随距光源的距离的平方成(r)反比即光电管得到的光子数与r成反比,因此打出的电子
数也与r成反比,形成的饱和光电流也与r成反比,即I∝r。

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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

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电压与照度无关，实验结果与理论相符。
光具有干预、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
2

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

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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。

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光的干预—牛顿环
实验目的
(1) 观察等厚干预现象及其特点。
(2) 学会用干预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)上下外表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局部，
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，同一条干预条纹所
对应的薄膜厚度一样，这就是等厚干预。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
面和平板玻璃的上外表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外表依次反射，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

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2 2
4(m − n)ë
y
4(m − n)ë

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实验步骤
(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) 为了防止测微鼓轮的网程(空转)误差，整个测量过程中，轮只能向一个方向旋转。尽量使叉丝的竖线对准暗
干预条纹中央时才读数。
(3) 应尽量使叉丝的竖线对准暗干预条纹中央时才读数。
(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
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
环的级数
n
14
12
10
8
6
环的位置 ／mm
右
22.237
22.435
22.662
22.881
23.162
左
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％

L /cm
20.0
25.0
30.0
35.0
40.0
50.0
60.0
70.0
I0 /µA
1.96
1.85
1.06
0.85
0.64
0.61
0.58
0.55
US /V
0.64
0.63
0.65
0.66
0.62
0.64
0.65
0.63

述：hν=(1/2)mvmax+A。
替的同心圆环——牛顿环。透镜的曲率半径为：R=Dm−Dn=
在鼓应

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c
R

2
⎛ u( y ) ⎞ ⎛ u(m) ⎞ ⎛ u(n) ⎞
⎜⎜ y ⎟⎟ + ⎜ m − n ⎟ + ⎜ m − n ⎟

2

⎝ 20.635 ⎠

2

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uc ( R) = R ×

uc ( R)
R

=5.25mm；U

= 2× uc ( R) = 11 mm

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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
空气层上下两外表对入射光的依次反射，形成干预条纹，由上向下观察。
2. 在牛顿环实验中，假设平玻璃板上有微小凸起，那么凸起处空气薄膜厚度减小，导致等厚干预条纹
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一样。
3. 用白光照射时能否看到牛顿环和劈尖干预条纹?此时的条纹有何特征?
答