1、目 录目 录 .020152016 学年第二学期大学物理实验 II教学管理细则 .120152016 学年第二学期大学物理实验 II实验课程表 .4实验一 迈克尔逊干涉仪的调整与使用 .5实验二 分光计的使用和光栅测波长（下课前完成数据处理） .10实验三 波尔共振实验 .16实验四 旋转液体物理特性的研究（下课前完成数据处理） .22实验五 密立根油滴实验 电子电荷的测定 .25实验六 弗兰克 赫兹实验（下课前完成数据处理） .27实验七 声光效应 .30实验八 透镜焦距测量（下课前完成数据处理） .33实验九 光电效应 .37实验十 电势差计测电动势（下课前完成数据处理） .39实验十一
2、音频信号的光纤传输 .42实验十二 静电场模拟（下课前完成数据处理） .44实验十三 磁阻效应综合实验 .46实验十四 超声声速的测定（下课前完成数据处理） .56实验十五 非平衡电桥与压力传感器特性研究及其应用 （下课前完成数据处理） .61实验十六 电子束实验 .66本书仅为教材结构化大学物理实验 （第二版）的实验补充，预习和做实验都必须携带、阅读教材。有些实验要求下课前完成部分数据处理内容，请同学们上课时一定要带好铅笔、直尺、计算器和坐标纸！注 意120152016 学年第二学期大学物理实验 II教学管理细则课程基本情况1、 大学物理实验 I和大学物理实验 II是全校理工科类 2 年级本
3、科生的必修课，共60.8 学时 4 学分，其中大学物理实验 II28.8 学时 2 学分，于每学年的第二学期开设。2、 大学物理实验 II8 次实验课组成，平均每次实验 3.6 学时，最后一个实验为操作考试。实验教学安排教学班由行政班组成，分单双周班，第 2 学期第 2-17 周开课，详见 “实验课程表” 。实验课准备1、课前必须预习并按规定写好预习报告（包括操作考试） 。2、每次实验都应带齐大学物理实验教材、实验指导书、实验报告纸、坐标纸、钢笔、绘图铅笔（最好是 0.3-0.5mm 的自动铅笔） 、橡皮、直尺、科学计算器。实验课考勤和上课纪律1、学生上课不得迟到，迟到者会被老师记录并影响课程
4、成绩。迟到半小时及以上者不得参加本次实验。2、学生进入实验室应坐到规定编号的座位上做实验，如因为仪器故障更换座位，需老师同意后才能更换。3、对于要求写实验报告的实验，做完实验后数据必须全部记录到实验报告纸上，经老师签字，整理好实验仪器后才能离开实验室。4、对于要求当堂完成数据处理的实验，还应该按老师的要求完成计算和总结，经老师签字、当堂提交了实验报告后才能离开实验室。5、如实验效果未达到规定要求，老师可要求学生补做实验。补做实验的指导老师应在数据上签字并注明操作的成绩或等级。6、做实验快的学生在老师签字后继续处理数据直至下课前 20 分钟内才能离开，杜绝早退。实验报告1、实验报告包括预习、操作
5、、数据处理三部分。学生必须在实验开始前写好预习内容，否则不允许做实验，按缺课处理。学生在做完实验后必须于一周以内由班干部统一收齐，按学号排序后交给任课老师或按老师要求交到 A120 办公室相应的报告箱中。无正当理由未按时交报告的将影响平时成绩。助教每周至少一次取报告批阅，批阅周期不超过 3 天，并将批阅中存在的问题按班或任课老师写一张共性问题和个别严重问题情况说明，便于任课老师评讲。任课教师尽量在该班下次上课前登记好成绩、下次上课时评讲并发给学生。助教批改实2验报告只写出数据处理成绩和评语。每次实验的预习、操作和总成绩由任课教师评定等级，并登记到实验成绩考核表 。2、预习部分（满分 20+附加
6、分 2 分）应完成以下七个内容：一、实验室名称（详见各实验室门牌） ；二、实验名称；三、实验原理；四、实验目的；五、实验内容；六、实验器材（设备、元器件） 。最后一项内容也可操作时补充，但下课前必须完成。预习部分应工整地书写到实验报告纸第 1 页至第 2 页。预习部分必须至少绘一个原理图或接线图等。页面不够时可以另加纸张并顺序粘好。预习部分是为了掌握实验原理和了解仪器使用、操作步骤等，不建议整篇抄书，建议理解掌握并在课上积极回答老师的提问（可获得预习附加分） 。上课时老师会检查每个同学的预习报告并签字。3、操作部分（满分 40+附加分 6 分）应完成指导书或老师规定的实验步骤及操作内容；记录所
7、有实验仪器的编号；记录温度等实验环境物理量；记录实验规定的全部测量值和相关表格。实验数据需记录在实验报告之上，经老师当堂签字认可后才算有效。完成老师指定的额外操作内容或选做的实验内容可获得操作附加分。凡写在纸上或书上的数据老师可以不予签字并令其写在实验报告上再签字。4、数据处理部分（满分 40+附加分 6 分）应完成以下四个内容：七、实验数据记录；八、实验数据处理；九、实验结论；十、对本实验过程、方法及手段的改进意见。页面不够时可以另加纸张，但交报告时必须将加纸和作图用坐标纸等与实验报告粘或订在一起数据处理部分应该步骤完整，独立完成。凡完成老师指定的额外数据分析或讨论或有建设性、创新性分析或建
8、议的可获得数据处理附加分。5、每次实验一般都包括两项实验内容，写报告时请将两实验的预习部分、操作部分、数据处理部分合并到一起。6、实验附加分须在实验报告和成绩登记表中单独注明。7、如有任何疑问请与老师当面交流。操作考试1、第 1617 周的最后一个实验为操作考试，时间为 160 分钟开卷考试（可以携带教材、指导书等参考资料，但不允许相互讨论、携带实验数据、实验数据处理等。 ） ，内容包括实验预习（与每次实验相同，要求写好预习报告，可先不画数据记录表格） 、书面回答与该实验相关的 23 个问题（每人的问题不同，要求将问题抄在实验报告上回答） 、按考题要求完成操作（每人的操作内容可能不同，可能不必
9、完成指导书规定的全部内容） 、记录数据、当堂完成数据处理并交卷（写好的实验报告作为试卷） 。 老师将在操作过程中随时检查每个学生的操作是否独立、正确、熟练地完成，数据记录是否正确、完整，以此作为操作评分的依据。每个实验设定的操作考核点不少于三个。根据实验的难易程度不同，老师会对实验及注意事项进行不同程度的讲解（简单的实验不讲解） ，凡实验仪器有问题的须经老师同意后换仪器（或及时维修） ，因仪器问题导致操作失误或数据异常不扣分。仪器问题等特殊情况老师要做好随堂记录作为不扣分的依据。3操作考试是关联性考试，完不成操作将无法进行数据处理。为帮助部分学生尽量完成操作，学生可以请求老师帮助完成一个或几个
10、自己无法完成的操作步骤；老师也可对操作过慢的学生个别提示或帮助完成一个或几个关键步骤（需经学生同意） ，但非独立完成的操作内容会相应扣分。试卷页面不够时可以另加纸张，但交卷前必须将加纸和作图用坐标纸等与实验报告粘或订在一起。为了与平时实验报告区分，试卷首页由监考老师加盖“操作考试”专用章。阅卷、统计分数由任课教师负责，于第 18 周星期五前完成，第 19 周完成成绩登录。成绩管理1、每次实验成绩 = 预习成绩（含附加分） + 操作成绩（含附加分） + 实验报告成绩（含附加分） 。三项的满分分别是：20+2 分、40+6 分、40+6 分，每次实验的成绩最高 114 分。各任课老师所带班级的平均
11、成绩一般为 80 分（16 分+32 分+32 分） 。2、平时成绩（不含最后一次实验） =（ 百分制每次实验成绩） 7，满分为 100 分。迟到、缺课或迟交、不交实验报告将影响平时成绩。因附加分导致平时成绩计算值超过 100 分的记 100 分。3、实验（操作考试）成绩 = 预习成绩 + 操作成绩 + 数据处理成绩 + 回答问题成绩，四项的满分分别是：20 分、40 分、30 分、10 分，满分为 100 分。各任课老师所带班级的平均成绩一般为 82 分。4、课程成绩 = 百分制平时成绩60% + 百分制实验（操作考试）成绩 40%。一旦平时实验缺 2 个（包含 2 个）及以上没做的学生课程
12、成绩计 59 分以下，且没有补考资格，必须重修。5、平时实验只缺 1 个没做的学生课程成绩不及格时，可参加操作补考；补考后仍不及格的，须重新学习。重新学习必须持重修证到物理实验中心办公室（科 A120）找重修任课老师报名。6、因故缺课、缺考，还是参加竞赛等造成成绩不及格的，或因出国希望加分到 85 分以上的，所有任课老师和课程组负责人都不负责也没有权限进行特别补考或加分。有关问题请查询教务处或所在学院教务科，任课老师和课程组一概不受理此类问题。42015-2016-2 期物理实验 II 课表 科 A102 科 A106 科 A105+107 科 A113 科 A115 科 A112+117 科
13、 A119+121 科 A123房间号 实验 1、2 实验 3、4 实验 5、6 实验 7、8 实验 9、10 实验 11、12 实验 13、14 实验 15、16上课时间A 循环 B 循环 C 循环 D 循环 E 循环 F 循环 G 循环 H 循环程忠 李业凤 聂湧双 2014060101 2014020901 20140209142段单 2014060105 2014020912 2014020913程忠 李业凤 聂湧双 2014110901 2014110903 20141701023段单 2014110902 2014030301 2014030402李业凤 聂湧双 201404020
14、2 2014050206星期一4段单 2014040204 2014050205陈群宇 程忠 陈中钧 郭袁俊 李承跃 吴静 于景侠双 2014060202 2014060203 2014060204 2014060201 2014060102 2014060103 20140601042段单 2014060106 2014060107 2014060108 2014060109 2014030305 2014030306 2014170201霍中生 陈群宇 程忠 陈中钧 郭袁俊 李承跃 吴静 于景侠双 2014010901 2014010902 2014010903 2014010904 20
15、14010905 2014010906 2014010907 20140109083段单 2014070901 2014070902 2014070903 2014070904 2014070905 2014070906 2014070907 2014070908霍中生 姚列明 崔海娟 徐世珍 李承跃 李朝霞 宁智华双 2014040103 2014040501 2014040206 2014020902 2014020903 2014020904 20140209054段单 2014020906 2014020907 2014020908 2014020909 2014020910 2014
16、020915 2014020911霍中生 姚列明 崔海娟 徐世珍 李朝霞 宁智华双 2014040102 2014040101 2014040203 2014040205 2014030302 2014040201星期二5段单 2014000203 2014000201 2014030401 2014030201 2014010915 2014030203许春青陈群宇（双）罗浩文 陈中钧 徐世珍 李志杰 吴静 于景侠(双）双2014080201 2014080202 2014080203 2014080204 2014080301 20140803022014190101. 201419010
17、2 20141902012段单 2014010909 2014010910 2014010911 2014010912 2014010913 2014010914 许春青陈群宇（双）罗浩文陈中钧（双）徐世珍 李志杰 吴静(双） 于景侠(双）双 2014180101 2014180201 2014180202 2014070909 2014070910 2014070911 2014070912 20140501013段单 2014050102 2014050103 2014050105 2014050106 许春青 姚列明 罗浩文 李志杰 李朝霞 宁智华星期三4段 双 2014090101 2
18、014090102 2014050204 2014170101 2014030202 20140002025单 2014030101 2014030102 2014030103 2014030104 2014050203 2014050104姚列明 李朝霞 宁智华双 2014030105 2014030303 20140502015段单 2014030106 2014030304 2014050202备注：(1)开课时间：2-17 周。即双周班从第二周开始上课，单周班从第三周开始上课，每隔一周做一个实验。2 段时间：10：20-13：02；3 段： 13：20-16 ：02；4 段：16：20
19、-19：02；5 段：19：30-22：12。（2）分组：全班按学号排序，前一半班级人数/2为第 1 组，其余为第 2 组。（3）第一次上课上循环号上对应房间的实验。例如 A 循环的班级第一次上课，1 组上科A102 的实验 1，2 组上实验 2，每隔一周上课时交换实验。（4）从左向右按照课表上房间号顺序循环做实验，每个学生只做 8 个实验。 (5) 16-17 周的最后一个实验为操作考试，需正常预习，当场交实验报告作为试卷，请务必带齐教材、指导书、橡皮、计算器、坐标纸和绘图工具。(6)清明节、劳动节等法定节假日按学校统一安排调课，缺课由老师与学生及实验员协商补课，补课一定要在 15 周以前完
20、成。实验一 迈克尔逊干涉仪的调整与使用【实验原理】详见教材：结构化大学物理实验P.104111。仔细研读原理后在实验报告上回答以下问题：问题 1：迈克尔逊干涉仪的基本光路图是什么？请画出来。问题 2：在放扩束镜前，屏上有两组红色光点，为什么必须将两组光电中最亮的两个光点调成完全重合？问题:3：当调整好干涉仪后，旋转微动鼓轮时，干涉圆环就向外冒（或向内收缩） ，这是改变了什么量？和波长是什么关系？补充：迈克尔逊干涉仪的结构、调整与应用迈克尔逊干涉仪有多种多样的形式，其基本结构如图 1-1 所示。机械台面 4 的铸铁底座 2下有三个调节螺钉 1，用来调节台面的水平。在台面上装有螺距为 1mm 的精
21、密螺杆 3，丝杆的一端与齿轮系统 12 相连接。转动手轮 13 或微动鼓轮 15 都可以使丝杆转动，从而使骑在丝杆上的反射镜 M1 镜（6）沿导轨 5 移动。M 1 镜的位置及移动的距离可从装在台面 3 一侧的毫米标尺（图中未画出） 、读数窗 11 及微动鼓轮 15 上共同读出。手轮 13 分为 100 分格，它每转过一分格，M 1 镜就平移 1 100mm（由读数窗读出） 。微动鼓轮 15 每转一周，手轮随之转过 1 分格，鼓轮又分为 100 格，所以鼓轮每转过一格，M 1 镜平移 10-4mm，还可估读一位至图 1-1 迈克尔孙干涉仪结构图610-5mm。这样，将毫米标尺、读数窗和微动鼓轮
22、上的读数相加，就可读出 M1 镜的位置。M 2镜（8）是固定在镜台上的。M 1 和 M2 镜的背面各有两个螺钉 7，可调节镜面的倾斜度。M 2 镜台下还有一个水平方向的拉簧螺丝 14 和垂直方向的拉簧螺丝 16，其松紧使 M2 镜台产生一个极小形变，从而可对 M2 镜的倾斜度作更精细的调节。 9 和 10 分别为分束镜 G1 和补偿板 G2，它们的位置和方向都完全固定。G 1 的后表面为半反射面，镀有银或其他介质膜。手轮 13 前方可安装观察屏，用来接收干涉条纹。实验的的迈克尔逊干涉仪按测量的任务不同，分成：“测量激光波长”和“测量空气的折射率”两种仪器组合。同学们的座位号对应的是没有空气室的
23、，就按激光波长实验调节和操作仪器；有空气室的就按空气折射率的测量调节和操作仪器。调好测完后不要破坏仪器状态，与另一组的同学互换座位，不必再进行调节第二种测量的仪器，直接测量就可以了。调整迈克尔孙干涉仪和测量的具体方法如下：（一）仪器的水平调整将干涉仪放置于工作台上，使导轨尽量与工作台前边缘垂直。借助气泡水准仪或目视观察，调节底座螺钉 l 使仪器水平。（二）光路调整1. （有空气室的只能在原坐标附近进行微调，不能使 M1 太远产生悬空，也不能使 M1 太靠紧空气室，以免损坏仪器！）转动手轮 13 将反射镜 M1 调至 40mm 附近某一位置，使M1、M 2 镜与分束镜 G1 上反射膜的距离大致相
24、等。2. 打开 He-Ne 激光器，调节其高度和倾角，使激光束沿水平方向垂直于导轨入射到分束镜 G1 的中部。这时在观察屏上能看到分别由 M1、M 2 镜反射的两个圆形最亮光斑（视场中还有较暗的光斑，调整时可不管它们） 。3. 调节 M2 镜背面的两个螺钉，使两个圆形最亮光斑完全重合，这时 M2 镜与 M1 镜大致垂直。实验室已将 M1 镜的法线调至与导轨平行，实验者一般不要动它背后的两个螺钉，只需调 M2 镜使之与 M1 镜垂直即可。4. 在激光器与分束镜之间放入扩束镜。反复仔细地调整扩束镜的方位，直到观察屏上出现非定域干涉条纹。微调 M2 镜背面的螺钉，使条纹变圆、变粗。5. 若眼睛上下或
25、左右晃动观察时看到有条纹“冒出”或“缩进”，则需要细调 M2 镜台下的水平与垂直拉簧螺丝，直到眼睛晃动观察时无条纹移动，说明 M1 镜与 M2 镜完全垂直。（三）读数系统的调整转动微动鼓轮时，手轮会随之转动；但转动手轮时，鼓轮并不随之转动。为了避免空程差，在整个测量过程中只能以同方向转动鼓轮使 M1 镜移动，不能反向转动鼓轮，更不能直接转动手轮。而且开始测量前应将鼓轮按原方向转动若干周，直到干涉条纹稳定移动后方可开始计数测量。 （四）用非定域圆形条纹测激光波长图 1-2 迈克尔孙干涉仪光路图7完成仪器的调整后，缓慢转动鼓轮让调好的非定域圆形干涉条纹从中心“冒出”或“缩进”，如图 1-2 所示。
26、测出圆环中心 “冒出”或“缩进” 的个数 和所对应的 M1 镜移动距离 （单位：mdmm） ，即可由公式（1-1 ）0)2d（计算激光的波长（单位用 nm 表示） 。式中 表示起始环（第 0 环） ，对应的 M1 坐标为 ；0 0d为第 环，对应的 M1 坐标为 。md（五）观察白光干涉（等倾干涉和等厚干涉条纹）完成上述测量后，转动粗动手轮 13，使圆形条纹变粗变大。当只剩下一个粗大圆环时（此时 M1 与 相隔很近， d 很小） ，在激光器与 G1 镜间插入扩展白光光源。用眼睛代替观2察屏作为接受器，沿 M1 镜方向可看到彩色圆形干涉条纹，这就是等倾干涉条纹。调节拉簧螺丝 14、16 使 M1
27、、 有一很小的夹角。缓慢转动粗动手轮让 M1 镜向前（即向着2G1 方向）移动，使弯曲条纹逐渐向圆心移动，直到视场中 M1 镜上出现彩色直线干涉条纹,这就是等厚干涉条纹。当彩色条纹的对称中心（即中央条纹）处于 M1 镜中央时，记下 M1 镜的位置。进行此项测量时，由于白光干涉条纹很少，所以调节必须特别耐心细致，切忌急燥。测量前应先调整零点。调节和测量过程中，M 1 镜应始终向前移动。（六）空气折射率的测量（详见教材：结构化大学物理实验P.109111） 。【实验目的】（一）初步掌握迈克尔逊干涉仪的调整方法； （二）掌握用迈克尔逊干涉仪测量波长和空气折射率的方法。【实验内容】（一）将迈克尔逊干涉
28、仪调到能正常观测的状态； （二）测量 HeNe 激光的波长；（三） （选做）观察白光干涉；（四）在加装了空气室的迈克耳逊干涉仪上测量空气的折射率。【实验器材】迈克尔逊干涉仪，He-Ne 激光器，扩束镜，日光灯，接收屏，加装了空气室的迈克耳逊干涉仪（包括加压用橡皮球、气压计）【实验步骤及操作】（一）熟悉仪器8对照仪器，仔细阅读仪器介绍部分内容，掌握本仪器调节使用的注意事项。充分理解各部件作用，以便正确、顺利地进行操作。（二）调节1仪器水平调节安置迈克逊干涉仪，使其机械平面（即导轨）大体垂直桌子边缘，调迈克逊干涉仪水平（旋底座三个调节螺丝）目测水平即可。2读数系统调节同时转动粗动轮和微动轮使其能啮
29、合，测量时，为避免空程误差，在测量同一组数据中，所有读数必须由微动轮沿同一方向转动获取。3光源调节放置 He-Ne 激光器，使光源 S 与分光板 反射镜 的中心大致等高，且三者的连线一1G2M致垂直 镜（目测即可） ，开启激光电源、顺着激光束看去，激光点正好落在分光板 的中2M 1G部，且检查光点是否落在 、 反射镜的中部。12M4调出等倾干涉圆环（1）转动手轮，尽量使 、 两反射镜距分束板后表面反射膜的距离相等；12（2）粗调 镜，使 镜垂直 镜：22A实验室已将 镜面法线调至与丝杆水平，实验者不要动 镜背面的两个调节螺丝，1 1M此时第条光线经反射后返回与光源基本重合，目测即可。B放置接收
30、屏使平面反射镜（新仪器接收屏在图中 E 处的位置） ，在接收屏上可以看见几个圆的光点，调节 镜背面两个螺丝使接收屏上两个最亮的光点完全重合（视场中还有较2M暗的光点它们与调整无关） ，此时第条光线与第条光线重合。（3）细调 镜使 、 镜严格相互垂直：212A放扩束镜于光源 S 与 板之间，使扩束镜的中心大致与 板的中心等高，前后、左G1G右移动扩束镜，使 板上激光光斑最强最亮， （用白纸靠近 板进行比较）此时眼睛可以看1到接收屏上的干涉条纹。B调 镜台下的水平与垂直拉簧螺丝，对 作细致调节调出等倾干涉圆环，并将圆2M2M心调到视场的中心，且条纹间距适中，移动 时圆心应保持不动。1（三）测量及观
31、察1测 He-Ne 激光波长。观察环形条纹由中心向外 “冒出”或由外向内“缩进”现象，记录干涉条纹“冒出”或“ 缩进”50 条（ =50）相对应的 的坐标 d 值，如此连续 6 次，记录于数K1据表格中。测量时必须注意仪器空程差对测量精度的影响，必须沿一个方向转动微动鼓轮。2 （选做）调节和观察等厚干涉及日光干涉。观察条纹的疏密变化，观察在移动 可动1M镜时干涉条纹弯曲程度怎样变化，把干涉条纹间距调到 3mm 左右的平行条纹。用日光作光源，置日光台灯于 分束板前方，转动微动轮用眼直接观察白光源产生的彩色干涉条纹，直至调1G9到中心条纹，记录 的坐标 d。1M3测量空气的折射率。在迈克耳逊干涉仪
32、的一支光路中加入一个长度为 L 的空气室，空气室与加压用橡皮球、气压计相连，如教材图 3.5-7 所示，气压计用来测管内气压，它的读数为管内压强高于室内大气压强的差值。在 O 处用毛玻璃作接收屏，在它上面可看到干涉条纹。调好光路后，先将空气室充气，使管内压强与大气压的差大于 0.09 Mpa，读出数字气压计数值 ，取对应的 =0。然后微调阀门慢慢放气，此时在接收屏上会看到条纹移动，当移动1p1m60 个条纹时，记一次数字仪表数值 。然后再重复前面的步骤测 3 次，记录于数据表格中。2p（四）操作注意事项1激光属强光，会灼伤眼睛，注意不要让激光直接照射眼睛。2鼓气阀门不要用力旋转，以免损坏。3仪
33、器应妥善放置，防止震动。【实验数据及分析】（所有的实验数据、计算过程和结果都要按教材第一章规定的有效数字相关规定书写；所有的计算必须推理严谨，公式、代入过程完整；计算结果包括中间计算结果必须写单位）（一）测量 HeNe 激光波长的实验数据记录表/ 条im0 50 100 150 200 250/ mmid（二）测量空气折射率的实验数据记录表室温 ；大气压 Pa；L=95.0mm； nm；m = 60。_t 51032.bp 8.2630测量次数 1 2 3MPa /12p /1平均值 ）（ a /21ppp（三）选用两组最合理的数据，计算 HeNe 激光波长、相对误差、不确定度（ 和0m的仪器误差略，估读误差为 0.2 条； 和 的仪器误差为 0.0001mm，估读误差为m0d0.00002mm）并写出测量结果表达式。（四）计算空气折射率求出移动 60 个条纹所对应的管内压强的变化值的绝对值| |和其平均值 ，算出21pp
