大学物理演示实验实验报告

在演示实验室中，老师给我们讲解并演示了二十多个实验装置。那些装置的原理大多都很简单，但是通过巧妙的设计让我们对那些我们早就熟知的物理原理有了更加直观和深刻的理解。同时启发我们在日常生活中更多的客观地运用所学的科学知识去分析一个现象而不是凭自己的感觉去猜想，以此了解事物的本质。

就比如“椎体上滚”这个实验装置。一开始是老师在操作，我们一开始以我们生活经验以为椎体不会自己上滚，但实验证明了我们的视觉感官欺骗了我们，事实上椎体上滚的过程中其重心是在下降的，还是重力在做正功，它是会自己上滚的。但是现在回想起来，我们就算没有注意到重心会下降也应该注意到椎体一开始是停留在坡顶的。

还有一些装置给我留下了比较深刻的印象，那是因为它们的设计都比较巧妙。比如“看得见的声波”和“角速度矢量合成演示仪”这两个装置，都是利用生理上的视觉暂留效应讲一些原本比较抽象的现象可视化，让我们更加直观的观察到一个原本不能直接观察到的现象。虽然“看得见的声波”这个装置有缺陷，就是会让声波的纵波显示成横波。

“低温差热机”可以利用比环境温度高4℃的温差将热能转换成动能，而且装置的工作过程形象直观，能让我们很好的了解其工作原理。这个装置可以应用到电脑的散热装置上，既节能又能延长电脑使用寿命。

“记忆合金水车”这个装置的制作倒是没有特别别出心裁的地

方，不过这却是我第一次亲眼见到记忆合金。以前有听说过记忆合金，但还真没亲眼见到过。也了解到记忆合金分成三类：单程记忆合金、双程记忆合金和全程记忆合金。并且知道了它的广泛应用，如工农业、医疗、能源、军事等方面。而且原来它在十九世纪七十年代就已经发现了，但是我到现在才见到记忆合金也表明它虽然应用广泛但并没有深入人民生活。

和记忆合金不同，微波技术却早已深入人们的日常生活中。微波炉几乎每家都有，演示实验中的“微波演示仪”虽然是坏的，但是从那块被烧黑了的铁板我就能真切的体会到微波能究竟有多大。当然微波炉加热快不仅是因为微波能量高，更加是因为微波的“内部加热”方式，即电磁能直接作用于介质分子转换成热，且透射性能使物料内外介质同时受热，不需要热传导，而内部缺乏散热条件，造成内部温度高于外部的温度梯度分布 。

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旋光现象的一点应用

————38071101孙秀娟

偏振光通过某种物质之后，其振动面将以光的传播方向为轴线转过一定的角度，叫做旋光现象。很多物质都可以产生旋光现象。

实验表明：（1）旋光度与偏振光通过的旋光物质的厚度成正比。

（2）对溶液，旋光度不仅与光线在液体中通过的距离有关，还与其浓度成正比.

（3）同一物质对不同波长的光有不同的旋光率。在一定的温度下，它的旋光率与入射光波长的平方成反比，这种现象就是旋光色散。

显然，利用旋光的各种性质，可以应用与不同的领域。

在演示实验中，有葡萄糖溶液旋光色散的演示。根据这一原理，可以用于很多中溶液的浓度检测。比如医疗中血糖的测量，尿糖的测量。（实际中并不用这种方法，因为血糖尿糖本身浓度很小而且显然不是透明溶液，一般使用的方式是化学方法，通过氧化测定血糖的含量）还看到有的论文说可以用旋光法实现青、链霉素皮试液的质量控制和稳定性预测。现在旋光计广泛应用于药物分析。

旋光现象还可以用于光的波长的测量。（好像也是不被采用）。

物理实验偏振的应用

————38071103 刘潇

生活中，偏振的应用很广。如偏光镜头。偏光镜片，就是只允许自然光中某一特定偏振方向的光穿过的镜片。由于它的滤光作用，戴上它看东西会变暗。为了过滤太阳照在水面、陆地或雪地上的平等方向的刺眼光线，在镜片上加入垂直向的特殊涂料，就称为偏光镜片。最适合户外运动时使用。偏光镜片的特效就是有效地排除和滤除光束中的散射光线。使光线能于正轨之透光轴投入眼睛视觉影像，使视野清晰自然。有如百叶窗帘的原

理，光线被调整成同向光而进入室内，自然使景物看起来柔和而不刺眼。

自然光照到两种介质的界面上，会产生反射光和折射光。用偏振片检验，发现他们都是部分偏振光。而当入射角与折射角之和等于90゜时，反射光成为光振动方向与入射面垂直的线偏振光。因为可以得到线偏振光，所以布儒斯特应用很广。

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物理演示实验报告

院系：土木工程学院 学号： 05110540 姓名：顾红楼

在这个学期的第七周的周六上午，我们在老师的安排下去观看一些具有代表性的演示实验。我们来到了学校的田家炳物理实验楼的演示实验室，将我们的大学物理课程所学习的力学、能量、电磁学、波动学和光学，从演示实验室内得到体现。

辉光球

在演示实验室，首先看到的第一个仪器称为辉光球。辉光球又称为电离子魔幻球。它的外观为直径约15cm的高强度玻璃球壳，球内充有稀薄的惰性气体（如氩气等），玻璃球中央有一个黑色球状电极。球的底部有一块震荡电路板，通过电源变换器，将12V低压直流电转变为高压高频电压加在电极上。

通电后，震荡电路产生高频电压电场，由于球内稀薄气体受到高频电场的电离作用而光芒四射，产生神秘色彩。由于电极上电压很高，故所发生的光是一些辐射状的辉光，绚丽多彩，光芒四射，在黑暗中非常好看。

视觉暂留仪

后面有看到了一个视觉暂留仪。

人眼在观察景物时，光信号传入大脑神经，需经过一段短暂的时间，光的作用结束后，视觉形象并不立即消失，这种残留的视觉称“后像”，视觉的这一现象则被称为“视觉暂留”。其具体应用是电影的拍摄和放映。原因是由视神经的反应速度造成的，其时值是二十四分之一秒。是动画、电影等视觉媒体形成和传播的根据。

视觉实际上是靠眼睛的晶状体成像，感光细胞感光，并且将光信号转换为神经电流，传回大脑引起人体视觉。感光细胞的感光是靠一些感光色素，感光色素的形成是需要一定时间的，这就形成了视觉暂停的机理。

演示仪器利用人眼的视觉惰性即视觉暂留结合频闪灯的特殊作用，演示了电影成像的原理。在未打开频闪灯时，台阶和弯杆的运动随转盘转动，看不出一定的规律。打开频闪灯后，调节频率使频闪灯闪亮的时间间隔与两相邻台阶经过同一位置的时间间隔相同或成整数倍，由于眼睛的视觉暂留，我们感觉台阶已经静止，但弯杆却在不断变换，便形成了弯杆爬台阶的动画场面。

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避雷针

常规防雷电可分为防直击雷电、防感应雷电和综合性防雷电。防直击雷电的避雷装置一般由三部分组成，即接闪器、引下线和接地体；接闪器又分为避雷针、避雷线、避雷带、避雷网。以避雷针作为接闪器的防雷电原理是：避雷针通过导线接入地下，与地面形成等电位差，利用自身的高度，使电场强度增加到极限值的雷电云电场发生畸变，开始电离并下行先导放电；避雷针在强电场作用下产生尖端放电，形成向上先导放电；两者会合形成雷电通路，随之泻入大地，达到避雷效果。实际上，避雷针是引雷针，可将周围的雷电引来并提前放电，将雷电电流通过自身的接地导体传向地面，避免保护对象直接遭雷击。通俗的解释就是：避雷针的作用像雨伞为人们遮雨一样，覆盖着它一定范围内的建筑设施，一旦有雷电进入到了这个伞状的范围，雷电就会被避雷针吸引过来，再通过本体泄人大地，从而使伞状以下的建筑不被雷击。避雷针之外还有避雷线，它是通过防护对象的制高点向另外制高点或地面接引金属线的防雷电，它的防护作用等同于在弧垂上每一点都是一根等高的避雷针。后来发展了避雷带，就是在屋顶四周的女儿墙或屋脊、屋檐上安装金属带做接闪器来防雷电，即如你所说的那种。避雷带的防护原理与避雷线一样，由于它的接闪面积大，接闪设备附近空间电场强度相对比较强，更容易吸引雷电先导，使附近尤其比它低的物体受雷击的几率大大减少。再后来又发展了避雷网，分明网和暗网。明网是在避雷带的中间加敷金属线制成的网，然后通过截面积足够大的金属物与大地连接的防雷电，用以保护建筑物的中间部位。暗网则是利用建筑物钢筋混凝土结构中的钢筋网进行雷电防护，只要每层楼的楼板内的钢筋与梁、柱、墙内的钢筋有可靠的电气连接，并与层台和地桩有良好的电气连接，形成可靠的暗网，则这种方法要比其他防护设施更为有效。

法国易敌雷拥有超过40年丰富防雷器生产和防雷工程经验和一支强大的由法国最著名大学和研究机构组成的工程师队伍，使INDELEC（"易敌雷"） 防雷器成为雷电保护装置的专家。不论在法国以至世界各地，PREVECTRON防雷器经过数十年势不可挡的成功，INDELEC（易敌雷）目前正全力推出其最新研究成果：PREVECTRON（第二代）避雷针。（以下称PREVECTRON 2）

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实验一  霍尔效应及其应用

【预习思考题】
1．列出计算霍尔系数 、载流子浓度n、电导率σ及迁移率μ的计算公式，并注明单位。
霍尔系数 ，载流子浓度 ，电导率 ，迁移率 。
2．如已知霍尔样品的工作电流 及磁感应强度B的方向，如何判断样品的导电类型？
以根据右手螺旋定则，从工作电流 旋到磁感应强度B确定的方向为正向，若测得的霍尔电压 为正，则样品为P型，反之则为N型。
3．本实验为什么要用3个换向开关？
为了在测量时消除一些霍尔效应的副效应的影响，需要在测量时改变工作电流 及磁感应强度B的方向，因此就需要2个换向开关；除了测量霍尔电压 ，还要测量A、C间的电位差 ，这是两个不同的测量位置，又需要1个换向开关。总之，一共需要3个换向开关。
【分析讨论题】
1．若磁感应强度B和霍尔器件平面不完全正交，按式（5.2-5） 测出的霍尔系数 比实际值大还是小？要准确测定 值应怎样进行？
若磁感应强度B和霍尔器件平面不完全正交，则测出的霍尔系数 比实际值偏小。要想准确测定，就需要保证磁感应强度B和霍尔器件平面完全正交，或者设法测量出磁感应强度B和霍尔器件平面的夹角。
2．若已知霍尔器件的性能参数，采用霍尔效应法测量一个未知磁场时，测量误差有哪些来源？
误差来源有：测量工作电流 的电流表的测量误差，测量霍尔器件厚度d的长度测量仪器的测量误差，测量霍尔电压 的电压表的测量误差，磁场方向与霍尔器件平面的夹角影响等。
实验二 声速的测量

【预习思考题】
1. 如何调节和判断测量系统是否处于共振状态？为什么要在系统处于共振的条件下进行声速测定？
答：缓慢调节声速测试仪信号源面板上的“信号频率”旋钮，使交流毫伏表指针指示达到最大（或晶体管电压表的示值达到最大），此时系统处于共振状态，显示共振发生的信号指示灯亮，信号源面板上频率显示窗口显示共振频率。在进行声速测定时需要测定驻波波节的位置，当发射换能器S1处于共振状态时，发射的超声波能量最大。若在这样一个最佳状态移动S1至每一个波节处，媒质压缩形变最大，则产生的声压最大，接收换能器S2接收到的声压为最大，转变成电信号，晶体管电压表会显示出最大值。由数显表头读出每一个电压最大值时的位置，即对应的波节位置。因此在系统处于共振的条件下进行声速测定，可以容易和准确地测定波节的位置，提高测量的准确度。 
2. 压电陶瓷超声换能器是怎样实现机械信号和电信号之间的相互转换的？
答：压电陶瓷超声换能器的重要组成部分是压电陶瓷环。压电陶瓷环由多晶结构的压电材料制成。这种材料在受到机械应力，发生机械形变时，会发生极化，同时在极化方向产生电场，这种特性称为压电效应。反之，如果在压电材料上加交变电场，材料会发生机械形变，这被称为逆压电效应。声速测量仪中换能器S1作为声波的发射器是利用了压电材料的逆压电效应，压电陶瓷环片在交变电压作用下，发生纵向机械振动，在空气中激发超声波，把电信号转变成了声信号。换能器S2作为声波的接收器是利用了压电材料的压电效应，空气的振动使压电陶瓷环片发生机械形变，从而产生电场，把声信号转变成了电信号。
【分析讨论题】
1. 为什么接收器位于波节处，晶体管电压表显示的电压值是最大值？
答：两超声换能器间的合成波可近似看成是驻波。其驻波方程为                              
                            
        
A（x）为合成后各点的振幅。当声波在媒质中传播时，媒质中的压强也随着时间和位置发生变化，所以也常用声压P描述驻波。声波为疏密波，有声波传播的媒质在压缩或膨胀时，来不及和外界交换热量，可近似看作是绝热过程。气体做绝热膨胀，则压强减小；做绝热压缩，则压强增大。媒质体元的位移最大处为波腹，此处可看作既未压缩也未膨胀，则声压为零，媒质体元位移为零处为波节，此处压缩形变最大，则声压最大。由此可知，声波在媒质中传播形成驻波时，声压和位移的相位差为 。令P（x）为驻波的声压振幅，驻波的声压表达式为
                          
波节处声压最大，转换成电信号电压最大。所以接收器位于波节处，晶体管电压表显示的电压值是最大值。
2. 用逐差法处理数据的优点是什么？
答：逐差法是物理实验中处理数据的一种常用方法，是对等间隔变化的被测物理量的数据，进行逐项或隔项相减，来获得实验结果的数据处理方法。逐差法进行数据处理有很多优点，可以验证函数的表达形式，也可以充分利用所测数据，具有对数据取平均的效果，起到减小随机误差的作用。本实验用隔项逐差法处理数据，减小了测量的随机误差。
实验三  衍射光栅

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大学物理演示实验

实验报告

71110419  顾兆伦

2011.11

1.大型闪电盘（辉光盘）演示实验

【实验目的】：

观察平板晶体中的高压辉光放电现象。

【实验仪器】：大型闪电盘演示仪

图11 大型闪电盘演示仪

【实验原理】：

闪电盘是在两层玻璃盘中密封了涂有荧光材料的玻璃珠，玻璃珠 充有稀薄的惰性气体（如氩气等）。控制器中有一块振荡电路板，通过电源变换器，将12V低压直流电转变为高压高频电压加在电极上。

通电后，振荡电路产生高频电压电场，由于稀薄气体受到高频电场的电离作用二产生紫外辐射，玻璃珠上的荧光材料受到紫外辐射激发出可见光，其颜色由玻璃珠上涂敷的荧光材料决定。由于电极上电压很高，故所发生的光是一些辐射状的辉光，绚丽多彩，光芒四射，在黑暗中非常好看。

【实验步骤】：

1.    将闪电盘后控制器上的电位器调节到最小；

2.    插上220V电源，打开开关；

3.    调高电位器，观察闪电盘上图像变化，当电压超过一定域值后，盘上出现闪光；

4.    用手触摸玻璃表面，观察闪光随手指移动变化；

5.    缓慢调低电位器到闪光恰好消失，对闪电盘拍手或说话，观察辉光岁声音的变化。

【注意事项】：

1.  闪电盘为玻璃质地，注意轻拿轻放；

2.  移动闪电盘时请勿在控制器上用力，避免控制器与盘面连接断裂；

3.  闪电盘不可悬空吊挂。

【实验感想】：通过本实验我们看到了小时候只能在科幻电影中看到的场面，在了解了它的原理之后，我对物理产生了更加浓厚的兴趣，知道物理不仅能够做一些很高深的研究，还能将成果很好的应用到现实生活当中，物理真的很强大，也很奇妙。我们每个人都有责任学好物理来更好的服务大众。

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