物理实验4简介
物理实验4课程以仿真实验形式开出。物理仿真实验通过计算机把实验设备、教学内容、教师指导和学生的操作有机的融为一体。其对实验环境的模拟，可加强大家对实验的物理思想和方法、仪器的结构和原理的理解和对仪器功能和使用方法的训练，培养大家的设计思考能力和比较判断能力，以达到学习实验技能，深化物理知识的目的。
我们选用的是由中国科学技术大学研制、高等教育出版社出版的《大学物理仿真实验》教学软件。
第一部分有20个实验，项目为：凯特摆测重力加速度、核磁共振、测螺线磁场、检流计、单透镜实验、分光计、氢氘光谱的测量及阿贝比长仪、氢氘光谱的拍摄、G-M计数管特性研究、热敏电阻、夫兰克-赫兹实验、塞曼效应、偏振光的研究、光电效应、γ能谱、电子自旋共振、示波器、法布里-泊罗标准具、真空实验、油滴实验。还包括实验报告及习题库部分。
第二部分有22个实验项目，分别为：绪论、测量误差及数据处理、力热学基本测量仪器、单摆测重力加速度、霍尔效应、居里温度点测定、空气比热容比的测定、交流电桥及介电常数测量、电子荷质比的测量、杨氏模量测量、测量金属导热系数、迈克尔逊干涉仪、测动态磁滞回线、测固体的热膨胀系数、双臂电桥测低电阻、超声波测声速、气垫上的直线运动、碰撞和动量守恒、光学设计实验、整流电路、温度设计、R-C电路实验。
第三部分有13个实验项目，分别为：动态法测杨氏模量、傅里叶光学、高温超导、交变场测介电常数、扭秤法测万有引力常数、喇曼光谱、偏振光Ⅱ、透射电子显微镜、受迫振动、牛顿环法测曲率半径、刚体转动惯量、良导体热导率的动态法测量、扫描隧道显微镜（STM）。
这套软件在强调对实验环境的整体模拟的同时，仪器的关键部位可拆卸，可解剖进行调整，并且实现了对仪器各种指标和内部结构动作的实时观察。通过仿真实验大家可以对实验建立起直观感性的认识。仿真实验对实验的历史背景和意义、现代应用等方面都作了介绍，对实验的相关理论进行了演示和讲解，这些都将扩大和加深同学对实验的理解和认识。
随着时代的发展，科技进步对教育提出越来越高的要求，特别是对人才的创新思维和实践能力的培养趋向个性化，需要比普通公共教学占用更多的教学资源。在目前的物理实验教学中，由于实验仪器复杂、精密与昂贵，往往不能允许学生自行设计实验参数、反复调整仪器。大学物理仿真实验可在相当程度上弥补实验教学上这方面的缺陷。希望仿真实验能够为你学习物理实验知识、方法和技能提供帮助！
一、实验内容
本学期物理实验4课程须完成如下十个实验项目，并撰写实验报告：
大学物理仿真实验V2.0第一部分
氢氘光谱的拍摄
氢氘光谱的测量及阿贝比长仪、
γ能谱
塞曼效应
电子自旋共振
大学物理仿真实验V2.0第三部分
动态法测杨氏模量
高温超导
扭秤法测万有引力常数
喇曼光谱
扫描隧道显微镜(STM)
二、实验要求及注意事项
实验前要查阅与要做实验相关的理论及实验知识，实验中先要认真阅读仿真系统中自带的实验简介、原理、仪器等内容，做完后按照实验要求认真完成实验报告。
三、实验报告要求
实验报告就包含：实验项目名称，实验目的，数据处理与实验结果（用表格呈现，有实验数据记录及结果；有图的，需另外给出图及图的名称）。
提交的报告：手写及打印均可。
四、实验成绩
平时成绩：20%，报告成绩：30%，笔试成绩：50%
氢氘光谱的拍摄
将已知波长的铁谱线与未知波长的谱线拍在同一张底片上，用内插法可推知未知谱线的波长。
实验操作提示：
在主窗口中用鼠标指向各仪器主要部件时，会出现相应的提示信息。
1. 单击“透镜及透射光阑”，在光阑盘上单击鼠标左键或右键，选择正确的光阑（本实验选用与圆光阑相邻的宽矩形光阑。如果光阑选择不正确则无法进行下一步电极架的调节）。
2. 单击“电极架”，调节5个按钮，使观察窗内电极的投影间隙略宽于光阑缝、位于同一垂直线内且在水平方向居于光阑缝的中央。通过切换视角可调节在另一方向观察时的电极位置。
3.“哈特曼光阑”，在哈特曼光阑上单击鼠标左键或右键，可选择哈特曼光阑。在其它地方单击鼠标右键，则弹出滤色镜选项，可选择所用滤色镜。
采用哈特曼光阑，可多次曝光而不影响各排谱线的相对位置。哈特曼光阑的作用如右图。
4. 制定摄谱计划
摄谱要先制订摄谱计划（即拍摄步骤），才能进行拍摄。
（1）栅位选择，实验采用一级光谱拍摄氢氘光谱，为了拍摄前四条氢氘巴尔末线系的光谱（656.2nm～400.0nm），需要转动光栅，选择两个光栅转角分段拍摄不同范围的光谱。单击“光栅转角调整”，用鼠标拖动底片，粗调光栅转角，在转轮上单击鼠标左键或右键，可细调光栅转角。调节光栅使胶片能够覆盖所摄谱线，记录此时的光栅角度将其列入摄谱计划即可。
（2）滤色镜的选择，由光栅方程d (sini + sinβ) = kλ可知，一级衍射光谱和二级、三级的光谱重叠，即 1 × 600nm = 2 × 300nm = 3 × 200nm 一级光谱的600nm和二级光谱的300nm，三级光谱的200nm重叠。光谱的重叠往往会造成读谱的困难，因此在拍摄 Fe谱时必须加光谱滤色镜，以便滤掉干扰波段。应选何种滤波片计算后确定。
（3）曝光时间的选择，由于各种元素或同位素的各条光谱强度有很大差别，为使每条谱线都有便于观察的像，应使用不同的曝光时间分别拍摄，具体时间请查阅相关资料。
（4）单击“拍摄光屏”，起动电子表，在所摄光谱选择框内选择与当前步骤一致的谱线，调整板移，使其处于合适的位置，按电子表的“Start”开始拍摄。拍摄完一条谱线后，用“ Reset”重置电子表。
（5）单击“拍摄新光谱”，可将当前拍摄光谱结果记录下来，并重置摄谱计划。
（6）单击“拍摄记录”，可查看最近几次拍摄的谱片记录。
实验要求：本实验要求提交拍摄计划的表格，并拍摄二张底片，即两个光栅转角对应两张底片，每一张底片的最上方和最下方是相同的铁光谱，中间是未知波长的氢氘谱线。
将摄谱计划表格和对应的光谱拍摄结果截图粘贴于实验报告上。
（在本课程中，当需要计算机屏幕的结果图时，可按键盘上的屏幕拷贝，把得到的图象拷进本机操作系统的附件—画图中进行剪裁等处理。）
氢氘光谱测量及阿贝比长仪
仪器简介：
1． 阿贝比长仪的原理与结构
阿贝比长仪由两个固定在一起的显微镜——对线显微镜和读数显微镜组成，用于精确测量两点之间的距离。由于两个显微镜紧紧固定在一起，所以当移动其中一个显微镜时，另一个也获得相同的位移。这样我们在对线显微镜中每确定一个点或一条线就把此时的读数显微镜的所示值记录下来，这些数据的差值就反应了与其相对应的点或线之间的距离。
阿贝比长仪有一个工作平台，可以呈水平状态，也可呈 45 度倾斜状态。工作平台的锁紧螺钉松开时，可沿钢梁纵向平移，螺钉锁紧后，转动手轮可驱使平台横向移动。仪器中间为固定支架，左侧为“对谱”系统（对线系统），右侧为“读数”系统，两系统的显微镜用固定于支架上的防热钢板连成一体。对谱系统由对线显微镜、采光反射镜、看谱孔、谱板压紧弹簧和谱板纵向移动装置等组成。读数系统由读数显微镜、采光反射镜、嵌在平台右侧的 200 毫米长的精密玻璃毫米尺等组成。
2． 阿贝比长仪的读数方法
如右图所示为读数显微镜视场，旋转螺钉可使圆刻度尺（分为 100 格）从小到大或由大到小（实验时由鼠标控制）旋转，使在阿基米德螺线范围内的毫米刻度尺刻度线落在阿基米德双线之间，这时即可读数。图中所示读数读法如下：毫米刻度尺读数为 46mm 、 1/10 毫米分划板上的示值读为 0.2mm ，分划板的箭头所指圆刻度盘上的示值读数为 0.0632 mm ，其中最后一位为估读值，所以结果读数为： 46.2632mm
实验操作提示：
1．每一个主量子数所给的底片中有四条谱线,两条波长已知的标准铁谱线(红色),和一条氢谱线,一条氘谱线。
2．对每一个主量子数的“调零”操作只进行一次，目的是让第一条标准铁谱线的读数为一整数，方便计算。（可在调零操作以前，先用读数显微镜的读数手轮把读数显微镜视野的圆形标尺读数先调为零）。首先单击“读数手轮”使圆刻度盘上的示值为零。然后单击“锁紧螺钉”，使其处于松开状态。选择“调零手轮”进行调节，使毫米刻度尺上的整刻度位置与1/10 毫米分划板上的零刻度位置重合。最后单击“锁紧螺钉”，使其处于锁紧状态。
实验要求：对n=3,4,5,6求其里德堡常数。最后给出氢氘的里德堡常数。
γ能谱
实验操作提示：
1． 在实验中，除选择合适的“工作选择”和“时间选择”外，要打开线性率表开关，调节放大倍数，使线性率表中Cs137的峰位接近中间位置才能满足实验要求。
2．仪器调节完成后，双击仪器上方的黄色标题栏，关闭仪器，返回实验台面。在主菜单上选择“开始实验”，如果仪器调节正确，将弹出数据表格，继续以下实验步骤，否则，系统将给出相应提示并弹出仪器，请继续调节。
3．单击定标器上的计数按钮，开始计数。计数完毕，定标器自动停止，在实验数据表格中单击“记录数据”按钮，将此数据记录，单击“能谱图”，可观察描点。若对本次数据不满意，单击“清除数据”按钮，重新操作。
4．调节阈值从0开始每次增加0.2伏直至8.6伏实验结束，以表格形式记录数据，并截取能谱图粘贴于实验报告上。可用本实验所提供的“数据表格”，这样可以由软件自动画出能谱图（屏幕拷贝），但需另用纸张记录数据，为完成实验报告提供数据表格。
实验要求：在能谱图上标出137Cs和60Co的光电峰所处位置的阈值电压。
塞曼效应
实验操作提示：
1. 垂直磁场方向观察塞曼分裂
（1）鉴别两种偏振光的成分。要求描述实验现象并解释。
（2）观察塞曼裂距变化
当磁场电流由小增大时，第K+1级与第K级的
谱线发生重叠，而分别显现5条，4条，3条，4条，5条线时的电流，查表得到相应的磁场大小（列出表格）。
2．平行磁场方向观察塞曼分裂
观察圆偏振光，描述现象并解释。
实验要求：实验结果需包含（1）鉴别π成分和σ成分的方法（2）观察第k级圆环和第k+1级圆环的σ成分重叠情况（3）鉴别σ谱线的左旋和右旋圆偏振光。这三部分内容分别截图说明。
电子自旋共振
实验操作提示：
1．本实验有两项内容。内容一是“用内扫法观察电子自旋现象”，只观察，不用进行实验数据的记录。内容二是“测DPPH中的g因子及地磁场的垂直分量”。选内容一时不需安装线路就可进入实验平台，选内容二时必须连接实验线路且正确后再进入实验平台。
2．注意实验中所用的毫安表所用量程为500mA。点击双刀双掷闸刀表面，其状态可在正接、反接和断开间转换。
3．在得到一组实验数据之后，可以右击操作平台，选择“记录实验数据”项，可记录实验中得到的电流值、频率值和开关的倒向。完成实验 “退出实验”后，可在实验界面（注意，此时为你首次进入的该实验的文字界面，千万不要退出本实验了）上选择“数据处理”找到所测数据。
在固定电流，测频率中，电流取值145mA和158mA时，尤其是158mA，可以在此值附近即可。可再选200mA做一次。
4．本实验计算公式有误。
，
，
匝/cm
固定频率，测电流：
，
和
分别为电流正接与反接时的磁场。
固定电流，测频率：
，
和
分别为电流正接与反接时的共振频率。
动态法测杨氏模量
实验操作提示：在测量开始前，要先根据材料的外形和材料杨氏模量的大概值估算共振发生的频率范围，一般金属材料在常温情况下的杨氏模量都在200Gpa左右。用到的公式在原理中已列出。
实验要求：
1．常温下杨氏模量的测量
要求做台面上除黑色材料以外的三根金属的杨氏模量。
2．高温下杨氏模量的测量
要求只做最里面的白色金属的杨氏模量，从100℃开始，每隔100℃测一次，测至700℃
高温超导
实验操作提示：
1. 本实验只做室温检测和超导样品转变曲线的测量，不做低温温度计的比对。
2. 根据实验内容中的铂电阻温度计的电阻温度关系的参考值，画出T～R曲线图，求出
中的
，
，确定T～R的关系式。
（参考：
）
3. 在室温检测中，调节铂模块“Pt电流”为100.00（ 标准电阻100
上的电压为100.00mV，即铂电阻上的电流为1mA），（Si二极管模块的标准电阻上的电压为1.0000V，此模块的电流与电压转换开关反了）。超导样品的“选择输出”选择10mA档，这样使流过超导样品的电流为10mA。
4. 测量超导转变曲线实验中，开始时每隔3分钟测一次Pt电压和样品电压；到Pt上电压约为40mV时，每隔半分钟测一次；到样品电压约10mV时，不再按时间记录数据，尽量多记几组数据，尤其留意样品电压为零时的Pt电压。在该实验过程中，要不断地控制拉杆下降使液面计示值为零。
5. 计算Pt的电阻值，由求出温度。计算样品的电阻。画出样品的R～T转变曲线，并确定其起始转变温度和零电阻温度。
扭秤法测万有引力常数
实验操作提示：
1．要求分别对
、
、
各进行三次测量，取其平均值。
2. 开始实验后，打开扭秤窗口，在其顶视图中，调节扭丝转角调节旋钮，使指针指零，不用进行平衡位置的调节。
3. 双击锁紧螺钉使扭秤下落，等小球不和两边玻璃壁碰撞后（
cm），测量连续四个周期的总时间，求得一个周期的时间即可。
4. 本实验在测量万有引力作用下光点的位移S时，把大球分别转动到三个位置前，都要先锁紧扭秤锁紧螺钉，等调节完大球位置后，再打开锁紧螺钉。等待小球不和两边碰撞后（
cm）,马上开始记录光屏上光点在两端的极值位置，注意
的正负号以及读数的正确性，不要把-50.75cm读成-57.0cm。
实验报告要求：列出表格，求出万有引力常量值g,并给出相对误差。
喇曼光谱
实验操作提示：本实验所用的激光波长为532.0nm，只做四氯化碳的喇曼光谱。
实验要求：（本实验软件做得不好，反映不了改变参数后的变化）
要求用屏幕拷贝的方法，在实验报告上贴上自己所做的喇曼光谱图。并在光谱图上用1，2，3……标出峰值序号。（可用软件中的“波形放大，自动寻峰，确定，让软件自动标出峰值序号）。并完成以下表格内容。
注：波数差为散射光的波数减入射光的波数。
STM扫描隧道显微镜
实验操作提示：样品要做两个（高序石墨和反射光栅）。尤其要注意反射光栅的扫描范围的取值。。
实验报告要求：
1. 提交高序石墨和反射光栅的表面形貌图。
2. 用屏幕拷贝的方法,制作同时包含四个窗口的图像:高度图像、扫描控制面板、反馈控制面板、高度控制。
第二篇：物理实验 (4)
物理实验
1．现代汽车中有一种先进的制动机构，可保证车轮在制动时不是完全刹死滑行，而是让车轮仍有一定的滚动．经研究这种方法可以更有效地制动，它有一个自动检测车速的装置，用来控制车轮的转动，其原理如图1，铁质齿轮P与车轮同步转动，右端有一个绕有线圈的磁体，M是一个电流检测器．当车轮带动齿轮转动时，线圈中会有电流，这是由于齿靠近线圈时被磁化，使磁场增强，齿离开线圈时磁场减弱，磁通变化使线圈中产生了感应电流．将这个电流经放大后去控制制动机构，可有效地防止车轮被制动抱死．如图所示，在齿a转过虚线位置的过程中，关于M中感应电流的说法正确的是 ( )
A．M中的感应电流方向一直向左 B．M中的感应电流方向一直向右
C．M中先有自右向左，后有自左向右的感应电流
D．M中先有自左向右，后有自右向左的感应电流
2．在飞机的发展史中有一个阶段，飞机上天后不久，飞机的机翼(翅膀)很快就抖动起来，而且越抖越厉害．后来人们经过了艰苦的探索，利用在飞机机翼前缘处装置一个配重杆的方法，解决了这一问题．在飞机机翼前装置配重杆的目的主要是 ( )
A．加大飞机的惯性 B．使机体更加平衡
C．使机翼更加牢固 D．改变机翼的固有频率
3．一圆柱形磁铁竖直放置，如图所示，在它的右侧上方有一带正电小球，现使小球获得一水平速度，小球能在水平面内做匀速圆周运动，则下列说法正确的是( )
A．俯视观察，小球的运动方向可以是顺时针，也可以是逆时针
B．俯视观察，小球的运动方向只能是顺时针
C．俯视观察，小球的运动方向只能是逆时针
D．小球所受的洛仑兹力与重力的合力提供向心力
4．在自然界的生态系统中，蛇是老鼠的天敌，蛇是通过接收热辐射发现老鼠的，设老鼠的体温约为37℃，它发出的最强热辐射的波长为λm，根据热辐射理论，与辐射源的绝对温度的关系为Tλm＝2.90×10－3mK，则下列说法正确的是( )
A．老鼠发生的最强热辐射属于红外波段 B．老鼠发生的最强热辐射属于紫外波段
C．老鼠发生的最强热辐射波长约为9.4μm D．老鼠发生的最强热辐射不属于电磁波
5．组成星球的物质是靠引力吸引在一起的，这样的星球有一个最大的自转速率．如果超过了该速率，星球的万有引力将不足以维持其赤道附近的物体做圆周运动。由此能得到半径为R、密度为ρ、质量为M且均匀分布的星球的最小自转周期T。下列表达式中正确的是( )
A．T＝2π
B．T＝2π
C．T＝
D．T＝
6．图中MN是由负点电荷产生的电场中的一条电场线。一个带正电的粒子+q飞入电场后，在电场力的作用下沿一条曲线运动，先后通过a、b两点，则 ( )
A．电场强度Ea小于Eb。 B．电势Ua低于Ub。
C．粒子动能Eka小于Ekb。 D．粒子电势能Epa低于Epb。