声光效应实验
声光效应实验
一、实验目的
1．理解声光效应的原理，了解 Ramam－Nath 衍射和 Bragg 衍射的分别。 2．测量声光器件的衍射效率和带宽等参数，加深对概念的理解。 3．测量声光偏转的声光调制曲线。
4．模拟激光通讯。
二、实验原理
(一) 声光效应的物理本质——光弹效应介质的光学性质通常用折射率椭球方程描述
ij x j y j =1
Pockels 效应：介质中存在声场，介质内部就受到应力，发生声应变，从而引起介质光学性质发生变化，这种变化反映在介质光折射率的或者折射率椭球方程系数的变化上。在一级近似下，有
ij= P ijkl S kl
各向同性介质中声纵波的情况，折射率 n 和光弹系数 P 都可以看作常量，得
=(1 )=PS
其中应变
S = S sin(kx - t )
表示在 x 方向传播的声应变波，S0是应变的幅值，k = / v s是介质中的声波数， = 2 f 为角频率，v s为介质中声速， = v s / f为声波长。P表示单位应变所应起的(1/n2)的变化，
为光弹系数。又得
n = 1n3PS sin(kx - t) = sin(kx - t) n(x) =n+n = n +
sin(kx - t )
其中= 1n3PS是“声致折射率变化”的幅值。考虑如图1的情况，压电换能器将驱动信号
U(t) 转换成声信号，入射平面波与声波在介质中(共面)相遇，当光通过线度为 l 的声
光互作用介质时，其相位改变为：
(x) = n(x)k l = + k l sin(kx - t) 其中k0=2/0为真空中光波数，0 是真空中的光波长，
0 = nk0l为光通过不存在超声波的介质
后的位相滞后，项k0l sin ( kx -t ) 为由
于介质中存在超声波而引起的光的附加位相延
迟。它在x 方向周期性的变化，犹如光栅一
般，故称为位相光栅。这就是得广播阵面由原
先的平面变为周期性的位相绉折，这就改变了
光的传播方向，也就产生了所谓的衍射。与此
同时，光强分布在时间和空间上又做重新分配，
也就是衍射光强受到了声调制。
(二) 声光光偏转和光平移
从量子力学的观点考虑光偏转和光频移
问题十分方便。把入射单色平面光波近似看作光
子和声子。声光相互作用可以归结为光子和声子的弹性碰撞，这种碰撞应当遵守动量守恒和能量守恒定律，前者导致光偏转，后者导致光频移。这种碰撞存在着两种可能的情况——即声子的吸收过程和声子的受激发射过程，在声子吸收的情况下，每产生一个衍射光子，需要吸收一个声子。在声子受激发射的情况下，一个入射声子激发一个散射光子和另一个与之具有相同动量和能量的声子的发射。
v v v k d=k i k
d=i
声光效应可划分为正常声光效应和反常声光效应两种。
1、入射光和衍射光处于相同的偏振状态，相应的折射率相同，成为正常声光效应。
2、入射光处于某种偏振状态，经声光作
用，衍射光的偏振状态变为另一种偏振台。成为
反常声光效应。这里主要介绍正常声光效应。
在正常声光作用情况下，n i = n d = n，从
而k i = k d = nk0，有i =d =B，B
称为
Bragg 角，于是
sin = 120= 2n0v f(Bragg条件)
与描述 X 光晶格衍射的 Bragg 定律得对比，λ
相当于介质中 X 光波长，Λ相当于晶格常数，所以人们沿用这一名称，成为 Bragg 条件。满足 Bragg条件是，只有唯一的衍射级，上移或下移，但不用时存在。
注意到衍射光相对于入色光的偏转角
=i +d =2B / = (0 / nv s ) f
= (0 / nv s )f
其中是与声频变化范围f相应的衍射光扫过的角度。通常把衍射光强从极大值下降3dB 所相应的频宽定义作半功率带宽或 Bragg 带宽，记作f B。
此外还存在另一类所谓
Raman-Nath 衍射。相当于一个入射光子连续同几个声
子相互作用的情形。有
Raman-Nath 衍射是多级衍射。
k(m)=k +mK
(m)=+ m
上标(m)表示 m 级衍射，m 取正，
整数值。同样可近似认为k d(m)k i
于是有
sin d(m)= sin i +
m
从光栅角度来说，Raman-Nath 衍射，使当超声频率较低，光线平行于声波面入射时，当光波通过声光介质时，几乎不经过声波波面，因此它只受到相位调制，声波的作用可视为一个平面相位光栅。故平行入射光束通过时，将产生多级衍射光。而 Bragg 衍射，是当超声频率较高，声光作用长度 L 较大，而且光束与声波面间以一定角度写入射，光波在介质中要穿过多个声波面，故介质具有体光栅的性质不能用平面相位光栅来描述。
三、实验装置图
图 4 声光效应实验装置图
图 5 声光模拟通信实验装置图
四、实验内容
1.认真阅读声光效应仪的说明书，正确连接各个部件。调节激光器和声光晶体至布拉格衍射最佳位
置。
时间：2012/11/8 14:30-14:45 实验记录：
a)将 CCD 光电盒同步接口接到示波器外触发接口，输出接口接到示波器CH1 通道接口；
b)将声光功率信号源输出口接到声光晶体，测频接口与频率计相连；
c)打开激光器电源，进行光路调节，调节 CCD，声光晶体，激光器等高；使声光晶体与 CCD
距离尽量远；使激光从声光晶体盒子前孔进入，后孔射出，并最终射入 CCD 光电盒子接收
口。
d)打开声光功率信号源电源，输出超声波至声光晶体。适当增大激光器功率，使光斑清晰可见，
在 CCD 与声光晶体间放置一纸板，观察衍射图样。调节转角平台至从纸板上观察到最亮的
1级亮斑(+1或—1)。
e)降低激光器功率，打开各仪器电源，关闭声光信号源输出，调节示波器与激光功率，在屏幕
中得到完整的，清晰的单峰。打开声光信号源输出，单峰变为两个峰。稍微调节转动平台，
使 1级对应的峰达到最大。
2.调出布拉格衍射，对示波器定标。
时间：2012/11/8 15:15-15:24
实验记录：
a)在环境光较强的情况系，示波器上可以观察到，在 CCD 两次信号之间有缺口，选取上一个
接口的右端到下一个接口的左端为 CCD 在示波器上对应的距离。
b)在示波器上观察到对应 CCD 全象元 N=2700 的Δt=1.562ms。已知 CCD 参数象元中心间距
为11μm。
实验总结：根据上述测量，可计算得，对应示波器上横坐标的单位长度对应实际距离为：
2700格×11/格= 19.014 /
1.562
3.在布拉格衍射条件下测量衍射光相对于入射光的偏转角α与超声波频率 f 的关系曲线，并计算
声速v。测出五组(α，f)。
时间：2012/11/8 15:24-15:38
实验记录：
a)测量声光晶体到 CCD 距离(作用距离)L=(520+4)mm=524 mm。
b)查阅实验参数得，声光晶体折射率n′=2.386。激光器波长λ=650 nm。
c)为得到偏转角α与超声波频率 f的关系曲线，需要测量不同频率下示波器上 0 级跟
1 级对应的峰的间距。数据记录如下表。
d) 把表 1 数据代入根据实验内容 2得到的示波器定标关系，可得 0级 1 级衍射光实际距离D = d ×△ t。
e) 已知作用距离 L=524mm，与各频率对应的 D，可以计算各频率对应的偏转角。在小角度近似
下tan ? sin ?θ。故由光斑实际距离D 和作用距离L可得空气中出射光线的夹角为θ ? tan
=/。由于光经过布拉格衍射后，出射晶体时会发生折射。有方程
× sin = n' × sin 小角度近似下，可看作α = ×0?'。计算结
果记入表 2。
图 6 偏转角α -频率 f 关系曲线
对所得数据进行线性拟合，拟合曲线如图 6，拟合输出结果如下：
图 7 α -f 线性拟合结果 拟合曲线为：α = -5.0277 × 10-5 +
7.64066 × 10-5 × 相关系数 R=0.99958≈1，可见偏转角与超声波频率线性关系非常好。
g ） 根据上述各步骤结果，计算声速。
声速为：
650 × 10-9
2.386 × 7.64066 × 10-5 × 10-6 = 3565.4
与理论值 3603m/s 对比，实验误差为
4. 布拉格衍射下，固定超声波功率，测量 1 级衍射光与零级衍射光的相对强度与超声波 频率的关
系曲线。并定出声光器件的中心频率（1 级衍射光最强时对应的频率）和带宽 （衍射光强从极大值下降到一半对应的频宽）。要测量 10 点以上。 时间：2012/11/8 15:39-16:20 实验记录：
a ） 调节超声波功率信号源频率，功率会随之改变。具体变化情况为，频率增大，功率 减少；反
之，频率减少，功率增大。为确保调节频率期间，功率能保持不变，须设 定一功率在最高频率（约 120MHz ）与最低频率（约 80MHz ）均能调节得到。此处选
0 △
△×
E=
测 -理
理
3565 - 3603
| × 100% = 1.05%
3603
取 P=64（mA）。
b）固定超声波功率，调节频率 120.6（MHz）,微调声光固体转角平台角度，使得布拉格衍射效率较高。
c）开始测量，从 120（MHz）到80（MHz）间均匀取值，记录表 3。
d）实验过程发现，从示波器的波形中可以明显看出，激光信号幅值有变化。故改进实验设计，将实验数据直接以 1 级衍射光强度进行分析改为对 1级衍射相对于1 级衍射与 0 级衍射的和的比值进行研究。
a）表 3 数据作图如下：
图8
根据数据点分布以及声光器件工作特性，声光器件衍射能力于中心频率处最大，然后向两边频率衰减，半峰高宽定义为带宽。因此认为声光器件衍射与频率之间关系符合高斯分布。故选用高斯函数对之进行拟合。拟合曲线如图 8，拟合结果如下：
表 4 图 8 拟合结果
b)由表 4拟合结果可以知道，相关系数 R=0.984 与1非常接近，说明拟合程度相当好，证明
关于声光器件衍射能力与超声波频率之间关系符合高斯分布的假设合理。其次，根据拟合结果，可以读出实验所用声光器件的参数的实验结果：
i.中心频率为：98.265 MHz
ii.带宽为：24.99 MHz
c)实验误差分析：
实验结果作图采用高斯函数进行拟合，在低频和高频部分，拟合结果与数据偏差较小，但越接近中心频率，偏差越大。有下图：
图9
分析认为有三部分原因：
i.是数据采集过程，由于仪器限制，频率取值间隔不能做到太小，使得数据点不够
多，可能造成其中误差被放大。
ii.由于实验激光器不能做到理想的功率恒定，采用以1 级衍射强度与 0 级和
1 级衍射强度和的比值来衡量衍射相同超声功率下的衍射效率的改变，存在一定误
差，原因在于出射光并不仅有水平方向的1 级衍射亮斑。该现象可直接用纸板作光
屏直接观测到。
iii.高斯分布与声光器件工作原理有一定偏差。偏差主要集中在中心频率附近。
5.布拉格衍射下，将超声波频率固定在中心频率上，测量衍射光强度与超声波功率的关
系曲线。
时间：2012/11/8 16:20-16:49 实验记录：
a）保持超声信号源频率不变，改变功率，发现信号源频率并不随之改变。但如前所述，改变频率时，功率会发生变化，为了测量全功率范围，实验频率不宜选择太高。此处选择频率 f=95.7 MHz。
b）测量数据如下表：
a）由表 5 作得下图：
图中做出不同超声波功率下，0 级与1 级衍射光强。并根据其分布，采用线性拟合，有如下拟合结果：
注：表中B 为I1
表 6 图 10 拟合结果
由此拟合结果可知，超声波功率与衍射效率呈正相关。此处表现为，超声波功率与 0 级衍射光强度成反比，与 1 级衍射光强度成正比。具体有：
1 = -2.3607 + 0.0650
2 × ()
0 = 7.86835 - 0.08932 × ()
b) 误差分析：实验中超声波信号源功率采用直接从信号源面板指针读取，面板指针精度较低，故
数据可能存在较大误差。
c)实验采用超声波功率信号源信号功率调节范围有限，在此功率范围内，可知功率越高，衍射
效率越高。但不能得知所用声光器件对功率的响应范围，即不能得知声光器件正常工作的功率范围。
d)从已知范围内分析可知，超声功率过小不会造成声光器件的损坏，只会导致声光晶体内声波
数太少，即如声光效应模型中，晶体内声波波阵面太过稀疏，导致衍射强度太低，不能正常工作。
e)其次，功率太大，不仅可能对声光晶体造成损坏，因为超声功率过高可能导致晶体内部应力
太大致使形变不能恢复；若在不造成损坏，将会由于晶体内声波波数太多，即模型中，晶体内声波波阵面太多，与光栅进行类比，认为将会导致衍射光斑太细，太弱，使得声光器件作为光开关失效。
6.测定布拉格衍射下的最大衍射效率I1/I0。其中I0为未发生声光衍射时的0级光的强度， I1为
1级光的强度。
时间：2012/11/8 16:49-17:20
实验记录：
a)如前所述，由于激光器功率不稳定，采用1级衍生光强和0级衍射光强的总和作为入射光强
度。
b)根据实验内容4,5选择在频率等于中心频率98.25MHz后功率调至最大值。此时功率最大值
只有74mA。
c)稍微降低频率，信号源功率上升，此时发现1级衍射增强。故保持功率最大，调节频率，寻
找极大点。得频率97.5 MHz，功率78mA使，衍射效率达到最大。此时1级衍射光强为2.75V，0级衍射光强0.7V。计算得衍射效率：
1 2.75
η=0+1 × 100% = 2.725.7+50.7× 100% = 79.7%
d)不难发现，与理论上计算有一定出入。理论计算得知，声光器件发生布拉格衍射的时候，衍
射效率可以达到100%，原因分析有以下几点：
i.实验中所用声光仪器外壳设置光入射和出射的小孔孔径太小，导致声光晶体有效旋转角
度较低，使得不一定能调到最适合发生布拉格衍射的角度。
ii.同样是仪器原因，在声光晶体中心频率时，超声波功率信号源功率并不能达到足够高，使得在此次实验中，衍射效率极大值并没有出现在中心频率上。而且衍射效率也远远没
有达到100%。
iii.实验结果却稍微超过了实验说明中给出的，此实验装置大概可以达到70%以上
的衍射效率。一部分原因在于单纯以0级衍射光强与1级衍射光强代替入射光强使得入
射光强计算值比实际值要小，从而增大了衍射效率。另一部分原因则是由于CCD与出射
衍射光斑连线不平行造成的。此部分在实验报告最后进行说明。
7.在喇曼-纳斯衍射下(光束垂直入射，调节+1级与-1级衍射强度相等)，测量衍射角qm，并与理论
值比较。
时间：2011/11/15 14:30-15:00
实验记录：
a) 第二周实验，重新连接好仪器，并调出喇曼-纳斯衍射。由于所用激光器光束半径 较大，使
用较高频率时，对垂直入射要求很高，而且激光是高斯光束球面波，喇曼 -纳斯调出较难。故选用较低频率80.51MHz 进行实验。
b) 以纸板接收到两边一级衍射亮度基本相同为依据进行粗调，后根据示波器上+1和-1 级衍射
光强度进行微调。
c) 测量作用距离L-521mm ，示波器上读得，当+1和-1级衍射光强度相等，0级与1级时 间间隔
为Δt=0.400ms。超声波频率为80.51MHz 。
数据处理：类似于实验内容3的数据处理方法，先求得0级与1级在CCD 上的实际距离 D=7.6056mm 。求空气中衍射光线的夹角，在小角度近似下有
θ ? tan = = 1.46×10-2rad
实际衍射角α = ×0?' = 6.11× 10-3rad
计算理论值，由前文实验原理中可知，喇曼-纳斯衍射角满足：sin
d (m )
= sin
i
+ m
di
。
其中，Λ为超声波波长。在小角度近似下可得
650× 10-9
α
= sin90°+1×
= 6.15 × 10-3
理论
3565.4 × 2.386 ÷ (80.51 × 106)
实验值与理论值的相对误差为：
8. 在喇曼-纳斯衍射下，在声光器件的中心频率上测定1级衍射光的衍射效率，并与布喇 格衍射下
的最大衍射效率比较。 时间：2012/11/15 15:00-16:00 实验记录：
a) 如实验内容7中所述，为降低喇曼-纳斯衍射调节难度，不选用中心频率进行测量， 而是选
用较低频率80.51MHz 进行实验，此时功率P=98W 。
b) 调出喇曼-纳斯衍射后，测得1级衍射强度1 = 3.12(),0级衍射强度
0 = 3.00 ()。
数据分析： 先不考虑数据可靠性，单从实验数据出发，实验测得的喇曼-纳斯衍射效率为：
1
3.12
η = 0+1 ×100%=3.00+3.31.212×2×100%=33.8% 所得效率与理论最大值34%相当接
近，同时远远小于中心频率下测得的布拉格衍射 效率79.7%。 下面考查结果的可靠性：
a) 对于不同频率下工作的同一个声光器件，定量比较两者的衍射效率是没有意义的， 因为对于
同样的入射条件，不同频率对应的衍射效率将会不一样，正如前面实验内 容得出的声光器件工作曲线，声光器件存在最佳工作频率。但由于布拉格衍射效率 79.7%远远大于喇曼-纳斯衍射效率33.8%，使得定性比较存在意义。意义在于证实， 布拉格衍射效率远远大于喇曼-纳斯衍射效率的理论结果。
b) 衍射光斑连线与CCD 接收口不绝对平行，导致以示波器为依据调节出来的喇曼-纳斯
衍射并不是符合垂直入射。详细将在报告最后讨论。
E= 实验 -理论
理论
× 100% = 0.7%
9.进行声光模拟通信实验。观测0级和1级信号的波形，是同相还是反相。改变超声波功率，注意
观察模拟通信接收器的音乐变化，分析原因。
时间：2012/11/15 16:00-17:00
实验记录：
a) 按图5连接实验仪器。模拟信号接收器发出与模拟信号发送器相同的音乐。示波器上观察到
跟随音乐变化的波形。
b) 光电池对准0级衍射光点，示波器上观察到发送器波形与接收器波形同相。调节超声波功
率，功率变大，声音减弱。功率变小，声音变大。
c)光电池对准1级衍射光点，示波器上观察到发送器波形与接收器波形反相。调节超声波功
率，功率变大，声音变大。功率变小，声音减弱。
d)固定功率调节频率，可得音量与频率的关系。但由于调节频率时，功率会跟随变化，人耳分
辨能力较差，不能在把功率调节回到固定功率后明确分辨出音量变化。
实验分析：
a) 从前面的实验内容可以知道，超声信号源功率变大时，声光器件衍射效率会增大，使得0级
衍射光减弱，1级衍射光增强。实验中，模拟信号接收器以光电池为接受源，入射光强增
大，信号强度变大，音量变大，反之音量则变小。
b) 实验中采用模拟信号发送器对超声功率信号源进行控制，保持信号源设定功率不变，信号源
输出功率将受到模拟信号发送器的控制。从示波器上可以观测到发送器的波形，确定时刻
下，波形为一定频率的方波信号。方波的上升沿代表发送器加载到信号源的调制电压。经过转换，信号源的输出功率应与之成正相关。
c)根据a)中分析，功率越大，0级衍射光减弱，即光电池接受到的光信号转换为电信号之后，
应该具有与发送器反相的方波。功率越大，1级衍射光越强，同理应出现与发送器同相的方
波。而实际实验过程中观测到的却是0级为同相，1级为反相，与分析结果刚好相反。认为
是模拟信号接收器主要应用于光强较强的0级衍射，故采用了反相措施，使对应0级衍射的时候可以得到与发送器相同的结果。
d)若要c)中分析，应直接把光电池盒的信号直接接到示波器上进行观察。而对于频率与音量
的关系，理论上应为音量在最佳频率处达到最大。但缺乏实验验证。可以使用音量探测仪器对实验进行改进补充。
五、关于接收器与衍射光连线不平行问题的研究
问题发现：在进行喇曼-纳斯衍射相关实验过程中，先用纸板对转角平台进行粗调，得光束基本垂直入射声光晶体，+1级和-1级衍射光斑亮度基本一致。再根据示波器上信号进行微调，发现信号CCD接收到的+1级和-1级光强相差较大，调节转角平台，使得两者基本强度一致后发现：
a) 衍射效率极低，即+1级和-1级衍射光强度相对于0级光强十分微弱，调节超声波功率并
没有明显改善。
b) 用纸板进行观察，+1和-1衍射光斑亮度有明显差别。
c)肉眼可以分辨入射光束与声光晶体成一定角度。
光强明显不一致，却能在CCD上得到相同强度的信号。水平移动CCD，结果没有改变，排除CCD某些像点异常工作可能。因此认为是衍射光斑连线与CCD接收孔不平行造成。
问题原因：
从原理上看，衍射光偏转方向应为超声波波阵面的法线方向，即衍射发生在超声波的传播方向与入射光所处平面。故可认为衍射光斑连线就是超声波传播方向。
仪器为制作调试方便，应使超声波沿水平方向通过声光晶体，再使CCD接收孔保持水平，从而保证两者平行。因此，造成与CCD接收孔不平行有两方面可能，一是CCD接收孔没有水平，其
次便是超声波方向不水平。
检查仪器，认为主要原因是声光器件所在转角平台不水平造成的。转角平台构造为上下两块圆盘，圆盘中间有轴。在一半的圆盘中设有微调角度的装置，而另一侧则为悬空。加上悬空一侧为超声波输入线接口一侧。缺少支撑加上超声波输入线的重力作用，使得平台向该侧稍微倾斜。
下面讨论此问题对实验结果的影响与实验改进方案：
布拉格衍射部分：实验中需要用到衍射光强度的分别为实验内容4与实验内容6。
实验内容4：需要固定超声波功率，改变超声波频率，从而确定声光器件的中心频率以及带宽。改变超声波频率会导致衍射光偏转角度改变。从实验内容 1 的结果中可知，超声波频率越高，衍射光偏转角度越大，即落在CCD上的0级衍射光与1级衍射光空间距离变远。
为方便讨论，作以下假设：
i. CCD象元对同一光斑在不同偏离程度的响应应服从高斯分布。由于偏离程度很
小，即局限于高斯分布峰值附近，近似为两系数为相反数的一次函数，合并为同一函
数
R= k(h - ?)sgn(? -h)+1
且系数k为大于0的较小量，?为中心位置。
ii. 超声波传播方向与CCD成一小角度Φ。
iii.声光器件工作频率曲线为高斯型。
https://www.wendangku.net/doc/3a9662681.html,D接收序列为水平方向。
注意：假设i只是为讨论方便进行的假设，实际上只需要利用CCD象元关于上下偏移具有对
称响应，以及响应效率随偏移量增大而降低这两个特点。
由实验内容 1 的结果可以知道，CCD上测量到的实际距离与频率成正比。再根据假设 ii ，在小角度近似下，可将假设 i 中的 h 对应成超声波频率。改写假设 i 的关系式为
R = k′(f -)sgn( -f) +1
令超声波传播方向与CCD序列交点恰好是0级衍射光斑处。如图11
此时，此时为0。0级衍射指向1级衍射方向恰好是响应衰减方向。即测量结果低频部分更
接近真实值，高频部分则响应较低。示波器上观察到的强度为衍射光强与响应效率的乘积，
根据响应效率的变化规律以及假设iii，所得到图像应为一个强度对于频率的形变了的高斯
分布。从低频到高频与真实值相差越来越小。由于在最
佳频率附近光强变化十分平和，响应效率R 的存在会使得中心频率偏向低频部分。
得到的图像是中心频率稍微左偏，左侧平均要比右侧要稍高，而且由于左侧是上升 部分，上升将变得平和，因为R 在减小。中心频率右侧为下降，同样由于R 在减小， 下降将稍微更加剧烈。对于小于测量范围最低频率的均有类似结论，如图12 （a ） 同样的分析，用于当R 中中心频率与声光器件中心频率相同时，可得图像依旧为一 正态分布。如图12 （b ） 而对于交点为一级衍射大于测量范围的最大频率，可得到与小于最小频率时的图 像对称的图像。图像特点为，中心频率向右偏移，中心频率左侧上升较快，右侧下 降较慢，如图13 （c ）
而当落在测量范围中（除中心频率），可用对应的R 与正态分布曲线相乘进行定性 研究。
图
13
综上，实验内容4目的是测量声光器件的中心频率和带宽，为得出更为准确的 结果，我认为应该选择交点恰好对应声光器件中心频率的状态进行测量（忽略中心
a)
频率的微量偏移）。具体实验步骤为，先将交点对准0级衍射光。即调出布拉格衍射后，调
节CCD接收器的高度，使0级衍射光达到最强，此时超声传播方向与CCD序列的交点恰好为
0级衍射光斑。进行实验，得到中心频率。保持功率不变将频率调节为中心频率。再调节CCD
接收器高度，使得1级衍射光达到最大。再重新进行测量，可得出较为对称理想的图像结果。
带宽确认也更为方便。
事实上，由于CCD象元响应效率并不随偏离程度均匀变化，若要考虑中心频率的偏移，将无法准确测出中心频率。实际操作中超声波功率信号源频率与功率的精度以及实验操作的
精度也比较低，所以忽略这部分偏移是合理的。实验内容5,6：由于实验均是在恒定频率下
进行对0级以及1级衍射光强度的测量。而实验需要得到的数据为1级衍射光相对于入射光
的强度。而数据处理中均以η = 1进行研究。
0+1
根据之前对CCD响应效率的近似，响应效率R在两侧为镜像对称的一次函数。因此，若= f/2 （f为实验所用一级衍射光对应频率），也即将衍射光斑连线与CCD 连线交点设在0级
与1级的中点时。相对于CCD，0级亮斑与1级亮斑有相同偏移量，响应效率相同。
综上，提出改进方案。先调出布拉格衍射，调至所需频率。调节CCD接收器高度，使得0级衍射光达到最大。记录0级与1级衍射光强度。再调节CCD接收器高度，使得1级衍射
光强度达到最大。记录0级与1级衍射光强度。此时， 0级的相对变化量与1级的相对变化
量应该相同。取其中一个作为度量，调节CCD接收器高度，使之相对变化量为一半，此时，
0级衍射光与1级衍射光的响应效率相同。所得相对强度也更有定量分析意义。
喇曼-纳斯衍射
喇曼-纳斯衍射部分实验要求在已知频率下测量其衍射效率。关键是要调出喇曼-纳斯衍射。由于喇曼-纳斯衍射要求垂直入射，得到强度相等的+1级和-1级衍射光，可以以此为调
节依据。但由于存在衍射光斑连线与CCD序列不平行的问题，必须使得+1级和-1级衍射光
处于相同偏离量才能确定两者强度相等。由于频率固定的情况下，CCD上+1级和-1级衍射光
与0级光的空间间距相等，故只需将衍射光斑连线与CCD序列交点设置在0级衍射处，+1级
衍射光与-1级衍射光有相同偏离量。
综上，提出改进方案：先用纸板粗调出喇曼-纳斯衍射，而后，调节CCD接收孔高度，使得0级达到极大。在微调转角圆盘，使得+1级与-1级衍射光强度相等，得到喇曼-纳斯衍
射。其后可以选择直接调节CCD接收孔高度，分别使0级与+1或-1级最大并记录读数；或
按照前面布拉格衍射的方法，调节衍射光斑连线与CCD序列交点到0级与1级光的中点，再
同时读出两者。后者操作难度较大，但同时测量可以减少两次测量之间的仪器调节和各仪器
的不稳定造成的影响。
六、思考题
1. 为什么说声光器件相当于相位光栅？答：如实验原理中所述,声光器件中压电换能器将驱动信
号转换为声信号，入射波语声波在介质中相遇，当光通过线度为l声光互作用介质时，其位
相改变为:
(x) = n(x)k l = + k l sin(kx -t)
其中k0 =2/0为真空中光波数，0 是真空中的光波长，0 = nk0l为光通过不存在超声波
的介质后的位相滞后，项k0 sin (
kx
-t
)
为由于介质中存在超声波而引起的光的附加位相延
迟。它在x方向周期性的变化，犹如光栅一般，故称为位相光栅。这就是得光波阵面由原先的平面变为周期性的位相绉折，这就改变了光的传播方向，也就产生了所谓的衍射。与此同时，光强分布在时间和空间上又做重新分配，也就是衍射光强受到了声调制。
2. 说明Bragg衍射和Raman－Nath衍射的实验条件和形成原因。
a) Bragg衍射实验条件：超声波频率较高声光作用长度较大，而且光波与声波波面间以一
定角度斜入射，即光波可以与数个声波波阵面作用。
形成原因：晶体内部折射率周期性变化，于是，布拉格衍射可理解为光波与多个声波
波阵面作用。每个光波每遇到一个声波波阵面将会发生反射与透射，透射波与下一个
波阵面相作用产生另一个反射，两个有一定光程差的反射光出射在空间上形成干涉。
这就是布拉格衍射。
b) Raman－Nath衍射实验条件：：超声波频率较低，光束垂直于声波传输方向。形成原
因：当超声频率较低，光线平行于声波面入射时，当光波通过声光介质时，几乎不经
过声波波面，因此它只受到相位调制，声波的作用可视为一个平面相位光栅。从而产
生Raman－Nath衍射。
3.调节Raman－Nath衍射时，如何保证光束垂直入射？若不考虑报告第五部分所述问题，只
需要先以纸板接收衍射光进行粗调转角平台，使得+1和-1强度基本一致，再根据示波器上接收到的强度进行微调转角平台即可。
4.试述声光互作用的基本效应，说说其可能应用前景。
超声波在介质中的传播，引起介质光折射率的周期性调制，形成所谓声光栅。光通过声光栅，导致光传播方向的偏转(声光效应)和衍射光强的调制，又由于声光栅以声速在介质中运动，导致了衍射光的频率相对于入射光产生了频移。布拉格衍射由于其衍射效率理论值可以达到100%，在作为光开关上非常有前景。
大学物理实验之声光效应
声光效应电子教案 一、实验目的 ①了解声光效应原理 ②了解布拉格衍射现象的实验条件和特点 ③通过对声光器件衍射效率、中心频率和带宽的测量加深对其概念的理解 ④测量声光偏转和声光调制曲线 二、实验原理简述 声光效应就是研究光通过声波扰动的介质时发生散射或衍射的现象。由于弹光效应，当超声纵波以行波形式在介质中传播时会使介质折射率产生正弦或余弦规律变化，并随超声波一起传播，当激光通过此介质时，就会发生光的衍射，即声光衍射。衍射光的强度、频率、方向等都随着超声波场而变化。其中衍射光偏转角随超声波频率的变化现象称为声光偏转；衍射光强度随超声波功率而变化的现象称为声光调制。主要用途有：制作声光调制器件，制作声光偏转器件，声光调Q开关，可调谐滤光器，在光信号处理和集成光通讯方面的应用。 声光衍射可以分为拉曼-拉斯（Ranman-Nath）衍射和布拉格（Bragg）衍射两种情况。本实验室主要研究钼酸铅晶体介质中的布拉格衍射现象。 布拉格方程：θB=sinθB=λfs/2nvs ，其中θB 为布拉格角，λ为激光波长，n为介质折射率，vs 为超声波在介质中的速率。由此知不同的频率对应不同的偏转角φ=2θB，所以可以通过改变超声波频率实现声光偏转。 布拉格一级衍射效率为：η1=I1/Ii=sin2((π/λ).(LM2Ps/2H)1/2) ，其中Ps为超声波功率，M2为声光材料的品质因素，L、H分别表示换能器的长和宽。由此知当超声功率改变时，η1也随之改变，因而可实现声光调制。 三、实验仪器的结构或原理简图及仪器简介 主要实验仪器如图1所示：有半导体激光器、声光器件及转角平台（图2）、超声波功率信号源、频率计、光强仪、示波器、光具座、支架、导线等附件。各仪器原理、具体型号及参数见声光效应实验讲义。 图1 声光效应主要实验仪器 图2 转角平台和声光器件
大学物理实验报告及答案
(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！) 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。 U 实验方法原理根据欧姆定律，R =，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， I 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 =U max ×1.5% ，得到?U 1 = 0.15V,?U2 = 0.075V ； (2) 由?I = I max ×1.5% ，得到?I 1 = 0.075mA,?I 2 = 0.75mA； (3) 再由u= R ( ?U )2 + ( ?I ) 2 ，求得u= 9 ×101?, u= 1?； R 3V 3I R1 R2 (4) 结果表示R1 = (2.92 ± 0.09) ×10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。?, R 2 = (44 ±1)? (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
实验一 声光效应实验
实验 声光效应实验 【学史背景】 声光效应就是指光通过某一受到超声波扰动的介质时发生衍射的现象,这种现象就是光波与介质中声波相互作用的结果。早在本世纪30年代就开始了声光衍射的实验研究。60年代激光器的问世为声光现象的研究提供了理想的光源,促进了声光效应理论与应用研究的迅速发展。声光效应为控制激光束的频率、方向与强度提供了一个有效的手段。利用声光效应制成的声光器件,如声光调制器、声光偏转器、与可调谐滤光器等,在激光技术、光信号处理与集成光通讯技术等方面有着重要的应用。 【实验目的】 1.掌握声光效应的原理与实验规律; 2.了解喇曼－纳斯衍射与布喇格衍射的实验条件与特点; 3.测量不同激光(红光、蓝光、绿光)与红外线通过声光晶体发生布拉格衍射后的衍射角。 【实验原理】 当超声波在介质中传播时,将引起介质的弹性应变作时间与空间上的周期性的变化,并且导致介质的折射率也发生相应变化。当光束通过有超 声波的介质后就会产生衍射现象,这就就是声光效应。有 超声波传播的介质如同一个相位光栅。 声光效应有正常声光效应与反常声光效应之分。在 各项同性介质中,声－光相互作用不导致入射光偏振状 态的变化,产生正常声光效应。在各项异性介质中,声－ 光相互作用可能导致入射光偏振状态的变化,产生反常 声光效应。反常声光效应就是制造高性能声光偏转器与 可调滤波器的基础。正常声光效应可用喇曼－纳斯的光 栅假设作出解释,而反常声光效应不能用光栅假设作出 说明。在非线性光学中,利用参量相互作用理论,可建立 起声－光相互作用的统一理论,并且运用动量匹配与失配等概念对正常与反常声光效应都可作出解释。本实验只涉及到各项同性介质中的正常声光效应。 图1 声光衍射
实验一 声光调制实验
实验一 声光调制实验 早在本世纪30年代就开始了声光衍射的实验研究。60年代激光器的问世为声光衍射现象的研究提供了良好的光源，促进了声光效应理论和应用研究的迅速发展。声光效应为控制激光束的频率、方向和强度提供了一个有效的手段。利用声光效应制成的声光器件，如声光调制器、声光偏转器和可调谐滤光器等，在激光技术、光信号处理和集成光通讯技术等方面有着重要应用。声光效应已广泛应用于声学、光学和光电子学。近年来，随着声光技术的不断发展，人们已广泛地开始采用声光器件在激光腔内进行锁膜或作为连续器件的Q 开关。由于声光器件具有输入电压低驱动功率小、温度稳定性好、能承受较大光功率、光学系统简单、响应时间快、控制方便等优点，加之新一代的优质声光材料的发现，使声光器件具有良好的发展前景，它将不断地满足工业、科学、军事等方面的需求。 一、实验目的 1、掌握声光调制的基本原理。 2、了解声光器件的工作原理。 3、了解布拉格声光衍射和拉曼—奈斯声光衍射的区别。 4、观察布拉格声光衍射现象。 二、实验原理 （一）声光调制的物理基础 1、弹光效应 若有一超声波通过某种均匀介质，介质材料在外力作用下发生形变，分子间因相互作用力发生改变而产生相对位移，将引起介质内部密度的起伏或周期性变化，密度大的地方折射率大，密度小的地方折射率小，即介质折射率发生周期性改变。这种由于外力作用而引起折射率变化的现象称为弹光效应。弹光效应存在于一切物质。 2、声光栅 当声波通过介质传播时，介质就会产生和声波信号相应的、随时间和空间周期性变化的相位。这部分受扰动的介质等效为一个“相位光栅”。其光栅常数就是声波波长λs ，这种光栅称为超声光栅。声波在介质中传播时，有行波和驻波两种形式。特点是行波形成的超声光栅的栅面在空间是移动的，而驻波场形成的超声光栅栅面是驻立不动的。 当超声波传播到声光晶体时，它由一端传向另一端。到达另一端时，如果遇到吸声物质，超声波将被吸声物质吸收，而在声光晶体中形成行波。由于机械波的压缩和伸长作用，则在声光晶体中形成行波式的疏密相间的构造，也就是行波形式的光栅。 当超声波传播到声光晶体时，它由一端传向另一端。如果遇见反声物质，超声波将被反声物质反射，在返回途中和入射波叠加而在声光晶体中形成驻波。由于机械波压缩伸长作用，在声光晶体中形成驻波形式的疏密相同的构造，也就是驻波形式的光栅。 首先考虑行波的情况，设平面纵声波在介质中沿x 方向传播，声波扰动介质中的质点位移可写成 ()x k t u u s s -=ωcos 01 (1) μ0是质点振动的振幅，ωs 是声波频率，k s 是声波波矢量的模。相应的应变场是 ()x k t k u x u S s s s -=??-=ωsin 01 (2) 对各向同性介质，折射率分布为
大学物理实验报告书(共6篇)
篇一：大学物理实验报告1 图片已关闭显示，点此查看 学生实验报告 学院：软件与通信工程学院课程名称：大学物理实验专业班级：通信工程111班姓名：陈益迪学号：0113489 学生实验报告 图片已关闭显示，点此查看 一、实验综述 1、实验目的及要求 1．了解游标卡尺、螺旋测微器的构造，掌握它们的原理，正确读数和使用方法。 2．学会直接测量、间接测量的不确定度的计算与数据处理。 3．学会物理天平的使用。 4．掌握测定固体密度的方法。 2 、实验仪器、设备或软件 1 50分度游标卡尺准确度=0.02mm 最大误差限△仪=±0.02mm 2 螺旋测微器准确度=0.01mm 最大误差△仪=±0.005mm 修正值=0.018mm 3 物理天平 tw-0.5 t天平感度0.02g 最大称量 500g △仪=±0.02g 估读到 0.01g 二、实验过程（实验步骤、记录、数据、分析） 1、实验内容与步骤 1、用游标卡尺测量圆环体的内外径直径和高各6次； 2、用螺旋测微器测钢线的直径7次； 3、用液体静力称衡法测石蜡的密度； 2、实验数据记录表 （1）测圆环体体积 图片已关闭显示，点此查看 （2）测钢丝直径 仪器名称：螺旋测微器(千分尺)准确度=0.01mm估读到0.001mm 图片已关闭显示，点此查看 图片已关闭显示，点此查看 测石蜡的密度 仪器名称：物理天平tw—0.5天平感量： 0.02 g 最大称量500 g 3、数据处理、分析 （1）、计算圆环体的体积 1直接量外径d的a类不确定度sd ,sd=○ sd=0.0161mm=0.02mm 2直接量外径d的b类不确定度u○ d. ud,= ud=0.0155mm=0.02mm 3直接量外径d的合成不确定度σσ○ σd=0.0223mm=0.2mm 4直接量外径d科学测量结果○ d=(21.19±0.02)mm d = 5直接量内径d的a类不确定度s○
大学物理实验报告优秀模板
大学物理实验报告优秀模板 大学物理实验报告模板 实验报告 一.预习报告 1.简要原理 2.注意事项 二.实验目的 三.实验器材 四.实验原理 五.实验内容、步骤 六.实验数据记录与处理 七.实验结果分析以及实验心得 八.原始数据记录栏(最后一页) 把实验的目的、方法、过程、结果等记录下来，经过整理，写成的书面汇报，就叫实验报告。 实验报告的种类因科学实验的对象而异。如化学实验的报告叫化学实验报告，物理实验的报告就叫物理实验报告。随着科学事业的日益发展，实验的种类、项目等日见繁多，但其格式大同小异，比较固定。实验报告必须在科学实验的基础上进行。它主要的用途在于帮助实验者不断地积累研究资料，总结研究成果。 实验报告的书写是一项重要的基本技能训练。它不仅是对每次实验的总结，更重要的是它可以初步地培养和训练学生的逻辑归纳能力、综合分析能力和文字表达能力，是科学
论文写作的基础。因此，参加实验的每位学生，均应及时认真地书写实验报告。要求内容实事求是，分析全面具体，文字简练通顺，誊写清楚整洁。 实验报告内容与格式 (一) 实验名称 要用最简练的语言反映实验的内容。如验证某程序、定律、算法，可写成“验证×××”；分析×××。 (二) 所属课程名称 (三) 学生姓名、学号、及合作者 (四) 实验日期和地点（年、月、日） (五) 实验目的 目的要明确，在理论上验证定理、公式、算法，并使实验者获得深刻和系统的理解，在实践上，掌握使用实验设备的技能技巧和程序的调试方法。一般需说明是验证型实验还是设计型实验，是创新型实验还是综合型实验。 (六) 实验内容 这是实验报告极其重要的内容。要抓住重点，可以从理论和实践两个方面考虑。这部分要写明依据何种原理、定律算法、或操作方法进行实验。详细理论计算过程. (七) 实验环境和器材 实验用的软硬件环境（配置和器材）。 (八) 实验步骤 只写主要操作步骤，不要照抄实习指导，要简明扼要。还应该画出实验流程图（实验装置的结构示意图），再配以
大学物理实验报告答案大全(实验数据)
U 2 I 2 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 ，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 = U max ? 1.5% ，得到 U 1 = 0.15V , U 2 = 0.075V ； (2) 由 I = I max ? 1.5% ，得到 I 1 = 0.075mA , I 2 = 0.75mA ； (3) 再由 u R = R ( 3V ) + ( 3I ) ，求得 u R 1 = 9 ? 101 &, u R 2 = 1& ； (4) 结果表示 R 1 = (2.92 ± 0.09) ?10 3 &, R 2 = (44 ± 1)& 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
声光效应实验
时间：2014年7月7日 ——声光效应实验 大学物理实验报告
课题解析： 声光效应：超声波通过介质时会造成介质的局部压缩和伸长而产生弹性应变，该应变随时间和空间作周期性变化，使介质出现疏密相间的现象，如同一个相位光栅。当光通过这一受到超声波扰动的介质时就会发生衍射现象，这种现象称为声光效应。 实验目的： 1、观察超声驻波场中光的衍射现象 2、观察超声驻波场的像，测量声波在晶体中的速度 实验器材： 仪器与用具光学实验导轨（1m）、633nm半导体激光器、声光晶体、光信号放大器、声光效应实验电源（驻波声光调制器）、OPT-1A功率指示计以及白屏、光拦探头、一维位移架、MP3及数据线、小孔屏、光电探头、透镜（f=100mm）、光具座、传输线、电源线 主机箱面板功能： 主机箱“声光效应试验电源”主要功能为声光晶体驱动电压的输出与输出电压的指示，频率调节，被调制信号的接受与放大和还原，各面板元器件作用于功能如下： 1.表头：3位半数字表头，用于指示声光晶体驱动电压的大小，该显示数值可通过电压旋钮进行调节。 2.电压旋钮：调整范围0-12V，实验一般调到最大。 3.频率旋钮：调整范围9-11MHz，调整至适当频率使衍射效果最佳，频率值可在示波器或频率上读出（均需自备）。 4.驱动输出：Q9插座，与声光晶体相连接。 5.波形插座：Q9插座，为输出驱动波形，一般与示波器1通道连接
6.音频插座：3.5mm耳机插座，用于输入音频信号。 实验原理： 1.声波是一种弹性波（纵向应力波），在介质中传播时，它使介质产生相应的弹性形变，从而激起介质中各介质点沿声波的传播方向振动，引起介质的密度呈疏密相间的交替变化，因此，介质的折射率也随着发生相应的周期性变化。超声场作用的这部分如同一个光学的“相位光栅”，该光栅间距（光栅常数）等于声波波长λ。当光波通过此介质时，就会产生光的衍射。其衍射光的强度、频率、方向等都随着超声场的变化而变化。声波在介质中传播分为行波和驻波两种形式。图1所示为某一瞬间超声行波的情况，其中深色部分表示介质受到压缩、密度增大，相应的折射率也增大，而白色部分表示介质密度减少，对应的折射率也减少。在行波声场作用下，介质折射率的增大或减小交替变化，并以声速v（一般为10^3m/s量级）向前推进。由于声速仅为光速的数十万分之一，所以对光波来说，运动的“声光栅”可以看作是静止的。 2.晶体声光效应实验：利用石英晶体/ZF6驻波声光调制器，它由两部分构成，一是声光晶体：声光晶体由压电换能器（XO0切石英晶体）和声光互作用介质（ZF6）组成。为了在声光介质中形成驻波，沿声传播方向上声光介质的两个面要严格平行，平行度要优于λ/5。压电换能器与声光介质焊接成一体。二是驱动源：驱动源是一个正弦波高频功率信号发生器。驱动源提供的正弦高频功率信号（见图3a），通过匹配网络加到压电换能器上，换能器发出的超声波沿x正方向传播，到达对面后，被全反射，反射波沿x负方向传播，声光介质中如同存在两列频率相同、振幅相等且沿相反方向传播的超声波。 图3b所示就是这种波在十个彼此相等的瞬时间隔时的情况。沿正x方向传播的发射波用虚线表示；沿负x方向传播的反射波用实线表示；它们的叠加点划线表示。不难看出，叠加波具有相同的波长，只是在空间不产生位移。这种由两个彼此相对的行波组成的振动称为驻波。在驻波中，彼此相距λ/2的各点完全不振动，这些点称为波节。位于两波节中间的点是波腹，这些点上的振动最大。另外，显而易见的是每隔1/2T秒，振动即完全消失（图1b中从上往下数3,5,7,9行的瞬时），驻波的最大值也位于这些瞬时间隔的中间（2,4,6,8,10），而且每经过这个时间间隔，在波腹处的振动的相位相反。
大学物理实验报告范例
怀化学院 大学物理实验实验报告系别数学系年级2010专业信息与计算班级10信计3班姓名张三学号**组别1实验日期2011-4-10 实验项目:验证牛顿第二定律
1.气垫导轨的水平调节 可用静态调平法或动态调平法，使汽垫导轨保持水平。静态调平法：将滑块在汽垫上静止释放，调节导轨调平螺钉，使滑块保持不动或稍微左右摆动，而无定向运动，即可认为导轨已调平。 2.练习测量速度。 计时测速仪功能设在“计时2”，让滑块在汽垫上以一定的速度通过两个光电门，练习测量速度。 3.练习测量加速度 计时测速仪功能设在“加速度”，在砝码盘上依次加砝码，拖动滑块在汽垫上作匀加速运动，练习测量加速度。 4.验证牛顿第二定律 （1）验证质量不变时，加速度与合外力成正比。 用电子天平称出滑块质量滑块m ，测速仪功能选“加速度”， 按上图所示放置滑块，并在滑块上加4个砝码(每个砝码及砝码盘质量均为5g)，将滑块移至远离滑轮一端，使其从静止开始作匀加速运动，记录通过两个光电门之间的加速度。再将滑块上的4个砝码分四次从滑块上移至砝码盘上，重复上述步骤。 （2）验证合外力不变时，加速度与质量成反比。 计时计数测速仪功能设定在“加速度”档。在砝码盘上放一个砝码（即 g m 102=），测量滑块由静止作匀加速运动时的加速度。再将四个配重块(每个配重 块的质量均为m ′=50g)逐次加在滑块上，分别测量出对应的加速度。 【数据处理】 (数据不必在报告里再抄写一遍，要有主要的处理过程和计算公式，要求用作图法处理的应附坐标纸作图或计算机打印的作图) 1、由数据记录表3，可得到a 与F 的关系如下： 由上图可以看出，a 与F 成线性关系，且直线近似过原点。 上图中直线斜率的倒数表示质量，M=1/=172克，与实际值M=165克的相对误差： %2.4165 165 172=- 可以认为，质量不变时，在误差范围内加速度与合外力成正比。
大学物理实验报告分光计
竭诚为您提供优质文档/双击可除大学物理实验报告分光计 篇一：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??，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； ??u2??I2 )??(，求得uR1?9??101??,uR2??1?；(3)再由uR?VI (4)结果表示R1?(2.92??0.09)??103??,R2??(44??1)?? 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 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：=dsinψk=±kλ(a+b)sinψk
大学物理实验报告示例(含数据处理)
怀化学院 大学物理实验实验报告 系别物信系年级2009专业电信班级09电信1班姓名张三学号09104010***组别1实验日期2009-10-20 实验项目:长度和质量的测量
【实验题目】长度和质量的测量 【实验目的】 1. 掌握米尺、游标卡尺、螺旋测微计等几种常用测长仪器的读数原理和使用方法。 2. 学会物理天平的调节使用方法，掌握测质量的方法。 3. 学会直接测量和间接测量数据的处理，会对实验结果的不确定度进行估算和分析，能正确地表示测量结果。 【实验仪器】(应记录具体型号规格等，进实验室后按实填写) 直尺(50cm)、游标卡尺(0.02mm)、螺旋测微计(0～25mm,0.01mm),物理天平(TW-1B 型，分度值0.1g ，灵敏度1div/100mg),被测物体 【实验原理】(在理解基础上，简明扼要表述原理，主要公式、重要原理图等) 一、游标卡尺 主尺分度值：x=1mm,游标卡尺分度数：n （游标的n 个小格宽度与主尺的n-1小格长度相等）,游标尺分度值： x n n 1-（50分度卡尺为0.98mm,20分度的为：0.95mm ）,主尺分度值与游标尺 分度值的差值为：n x x n n x = -- 1,即为游标卡尺的分度值。如50分度卡尺的分度值为： 1/50=0.02mm,20分度的为：1/20=0.05mm 。 读数原理：如图，整毫米数L 0由主尺读取，不足1格的小数部分l ?需根据游标尺与主尺对齐的刻线数 k 和卡尺的分度值x/n 读取： n x k x n n k kx l =--=?1 读数方法（分两步）： (1)从游标零线位置读出主尺的读数.(2)根据游标尺上与主尺对齐的刻线k 读出不足一分格的小数,二者相加即为测量值.即: n x k l l l l +=?+=00,对于50分度卡尺：02.00?+=k l l ; 对20分度：05.00?+=k l l 。实际读数时采取直读法读数。 二、螺旋测微器 原理：测微螺杆的螺距为0.5mm ，微分筒上的刻度通常为50分度。当微分筒转一周时，测微螺杆前进或后退0.5mm ，而微分筒每转一格时，测微螺杆前进或后退0.5/50=0.01mm 。可见该螺旋测微器的分度值为0.01mm ，即千分之一厘米，故亦称千分尺。 读数方法：先读主尺的毫米数（注意0.5刻度是否露出），再看微分筒上与主尺读数准线对齐的刻线（估读一位）,乖以0.01mm, 最后二者相加。 三：物理天平 天平测质量依据的是杠杆平衡原理 分度值:指针产生1格偏转所需加的砝码质量，灵敏度是分度值的倒数，即n S m = ?，它表示 天平两盘中负载相差一个单位质量时，指针偏转的分格数。如果天平不等臂，会产生系统误差，消除方法：复称法，先正常称1次，再将物放在右盘、左盘放砝码称1次(此时被测质量应为砝码质量减游码读数)，则被测物体质量的修正值为：21m m m ?=。 【实验内容与步骤】(实验内容及主要操作步骤)
声光效应实验
声光效应实验 一、 实验目的 1．理解声光效应的原理，了解Ramam －Nath 衍射和Bragg 衍射的分别。 2．测量声光器件的衍射效率和带宽等参数，加深对概念的理解。 3．测量声光偏转的声光调制曲线。 4．模拟激光通讯。 二、 实验原理 (一) 声光效应的物理本质——光弹效应 介质的光学性质通常用折射率椭球方程描述 1ij j j x y η= Pockels 效应：介质中存在声场，介质内部就受到应力，发生声应变，从而引起介质光学性质发生变化，这种变化反映在介质光折射率的或者折射率椭球方程系数的变化上。在一级近似下，有 ij ijkl kl P S η?= 各向同性介质中声纵波的情况，折射率n 和光弹系数P 都可以看作常量，得 2 1( )PS n η?=?= 其中应变 0sin()S S kx t =-Ω 表示在x 方向传播的声应变波，S 0是应变的幅值，/s k v =Ω是介质中的声波数，2f πΩ=为角频率，v s 为介质中声速，/s v f Λ=为声波长。P 表示单位应变所应起的2 (1/)n 的变化，为光弹系数。又得 301sin()sin()2 n n PS kx t kx t μ?=-Ω=-Ω ()sin()n x n n n kx t μ=+?=+-Ω 其中3012 n PS μ=是“声致折射率变化”的幅值。考虑如图1的情况，压电换能器将驱动信号U(t)转换成声信号，入射平面波与声波在介质中（共面）相遇，当光通过线度为l 的声
光互作用介质时，其相位改变为： 000()()sin() x n x k l k l kx t φφμ?==?+-Ω 其中002/k πλ=为真空中光波数，0λ是真空中的光波长， 00nk l ?Φ=为光通过不存在超声波的介质后的位相滞后，项 ()0sin k l kx t μ-Ω为由于介质中存在超声 波而引起的光的附加位相延迟。它在x 方向 周期性的变化，犹如光栅一般，故称为位相 光栅。这就是得广播阵面由原先的平面变为 周期性的位相绉折，这就改变了光的传播方 向，也就产生了所谓的衍射。与此同时，光 强分布在时间和空间上又做重新分配，也就 是衍射光强受到了声调制。 (二) 声光光偏转和光平移 从量子力学的观点考虑光偏转和光频移 问题十分方便。把入射单色平面光波近似看作光子和声子。声光相互作用可以归结为光子和声子的弹性碰撞，这种碰撞应当遵守动量守恒和能量守恒定律，前者导致光偏转，后者导致光频移。这种碰撞存在着两种可能的情况——即声子的吸收过程和声子的受激发射过程，在声子吸收的情况下，每产生一个衍射光子，需要吸收一个声子。在声子受激发射的情况下，一个入射声子激发一个散射光子和另一个与之具有相同动量和能量的声子的发射。 d i k k k ±=± d i ωω±=±Ω 声光效应可划分为正常声光效应和反常声光效应两种。 1、入射光和衍射光处于相同的偏振状态，相应的折射率相同，成为正常声光效应。
大学物理实验报告优秀正式版
For the things that have been done in a certain period, the general inspection of the system is also a specific general analysis to find out the shortcomings and deficiencies 大学物理实验报告优秀正 式版
大学物理实验报告优秀正式版 下载提示：此报告资料适用于某一时期已经做过的事情，进行一次全面系统的总检查、总评价，同时也是一次具体的总分析、总研究,找出成绩、缺点和不足，并找出可提升点和教训记录成文，为以后遇到同类事项提供借鉴的经验。文档可以直接使用，也可根据实际需要修订后使用。 大学物理实验报告模板 实验报告 一.预习报告 1.简要原理 2.注意事项 二.实验目的 三.实验器材 四.实验原理 五.实验内容、步骤 六.实验数据记录与处理 七.实验结果分析以及实验心得 八.原始数据记录栏(最后一页)
把实验的目的、方法、过程、结果等记录下来，经过整理，写成的书面汇报，就叫实验报告。 实验报告的种类因科学实验的对象而异。如化学实验的报告叫化学实验报告，物理实验的报告就叫物理实验报告。随着科学事业的日益发展，实验的种类、项目等日见繁多，但其格式大同小异，比较固定。实验报告必须在科学实验的基础上进行。它主要的用途在于帮助实验者不断地积累研究资料，总结研究成果。 实验报告的书写是一项重要的基本技能训练。它不仅是对每次实验的总结，更重要的是它可以初步地培养和训练学生的逻辑归纳能力、综合分析能力和文字表达
声光效应的研究
实验9 声光效应的研究 声光效应是指光通过某一受到超声波扰动的介质时发生衍射的现象，这种现象是光波与介质中声波相互作用的结果。声光效应就是研究光通过声波扰动的介质时发生散射或衍射的现象。由于弹光效应，当超声纵波以行波形式在介质中传播时会使介质折射率产生正弦或余弦规律变化，并随超声波一起传播，当激光通过此介质时，就会发生光的衍射，即声光衍射。衍射光的强度、频率、方向等都随着超声波场而变化。其中衍射光偏转角随超声波频率的变化现象称为声光偏转；衍射光强度随超声波功率而变化的现象称为声光调制。 早在本世纪30年代就开始了声光衍射的实验研究。60年代激光器的问世为声光现象的研究提供了理想的光源，促进了声光效应理论和应用研究的迅速发展。声光效应为控制激光束的频率、方向和强度提供了一个有效的手段。利用声光效应制成的声光器件，如声光调制器、声光偏转器、和可调谐滤光器等，在激光技术、光信号处理和集成光通讯技术等方面有着重要的应用。 实验目的 1．了解声光相互作用的原理。 2．了解喇曼－纳斯衍射和布喇格衍射的实验条件和特点。 3．通过对声光器件衍射效率、中心频率和带宽的测量加深对其概念的理解 4．测量声光偏转和声光调制曲线。 实验原理 当超声波在介质中传播时，将引起介质的弹性应变作时间和空间上的周期性的变化，并且导致介质的折射率也发生相应变化。当光束通过有 超声波的介质后就会产生衍射现象，这就是声光效应。有超声波传播的介质如同一个相位光栅。 声光效应有正常声光效应和反常声光效应之分。在各项同性介质中，声－光相互作用不导致入射光偏振状态的变化，产生正常声光效应。在各项异性介质中，声－光相互作用可能导致入射光偏振状态的变化，产生反常声光效应。反常声光效应是制造高性能声光偏转器和可调滤波器的基础。正常声光效应可用喇曼－纳斯的光 栅假设作出解释，而反常声光效应不能用光栅假设作出说明。在非线性光学中，利用参量相互作用理论，可建立起声－光相互作用的统一理论，并且运用动量匹配和失配等概念对正常和反常声光效应都可作出解释。本实验只涉及到各项同性介质中的正常声光效应。 设声光介质中的超声行波是沿y 方向传播的平面纵波，其角频率为 s w ，波长为s λ波矢为s k 。入射光为沿x 方向传播的平面波，其角频率为w ，在介质中的波长为λ，波矢为k 。 图6-9-1 声光衍射
大学物理上实验报告(共2篇)
篇一：大学物理实验报告 大学物理演示实验报告 院系名称：勘察与测绘学院 专业班级： 姓名： 学号： 辉光盘 【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 【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。 辉光球 【实验目的】 观察辉光放电现象，了解电场、电离、击穿及发光等概念。 【实验步骤】 1．将辉光球底座上的电位器调节到最小； 2．插上220v电源，并打开开关； 3. 调节电位器，观察辉光球的玻璃球壳内，电压超过一定域值后中心处电极之间随机产生数道辉光； 4.用手触摸玻璃球壳，观察到辉光随手指移动变化； 5.缓慢调低电位器到辉光恰好消失，对辉光球拍手或说话，观察辉光随声音的变化。
《大学物理(一)》实验报告
中国石油大学（华东）现代远程教育 实验报告 课程名称：大学物理(一) 实验名称：速度、加速度的测定和牛顿运动定律的验证 实验形式：在线模拟+现场实践 提交形式：在线提交实验报告 学生姓名：学号： 年级专业层次： 学习中心： 提交时间：2020 年04月05 日
一、实验目的 1．了解气垫导轨的构造和性能，熟悉气垫导轨的调节和使用方法。 2．了解光电计时系统的基本工作原理，学会用光电计时系统测量短暂时间的方法。 3．掌握在气垫导轨上测定速度、加速度的原理和方法。 4．从实验上验证F=ma的关系式，加深对牛顿第二定律的理解。 5．掌握验证物理规律的基本实验方法。 二、实验原理 1．速度的测量 一个作直线运动的物体，如果在t~t+Δt时间内通过的位移为Δx（x~x+Δx），则该物体在Δt时间内的平均速度为，Δt越小，平均速度就越接近于t时刻的实际速度。当Δt→0时，平均速度的极限值就是t时刻（或x位置）的瞬时速度 （1） 实际测量中，计时装置不可能记下Δt→0的时间来，因而直接用式（1）测量某点的速度就难以实现。但在一定误差范围内，只要取很小的位移Δx，测量对应时间间隔Δt，就可以用平均速度近似代替t时刻到达x点的瞬时速度。本实验中取Δx为定值（约10mm），用光电计时系统测出通过Δx所需的极短时间Δt，较好地解决了瞬时速度的测量问题。 2．加速度的测量 在气垫导轨上相距一定距离S的两个位置处各放置一个光电门，分别测出滑块经过这两个位置时的速度v1和v2。对于匀加速直线运动问题，通过加速度、速度、位移及运动时间之间的关系，就可以实现加速度a的测量。 （1）由测量加速度 在气垫导轨上滑块运动经过相隔一定距离的两个光电门时的速度分别为v1和v2，经过两个光电门之间的时间为t21，则加速度a为
声光效应试验研究
近代物理实验复习提纲 近代物理实验复习以基本概念为主，如什么是塞曼效应、磁阻效应、声光效应、光电效应、声光偏转、声光调制等。另外，一些实验的简单原理也应要求掌握，如密立根测油滴实验、光速测定实验、夫兰克-赫兹实验、全息照相实验、光电效应实验等。其他则了解一些相关实验现象和实验规律，如粘滞系数随温度的变化关系等。 以下每个实验提纲仅供参考！ 一、电子衍射实验 1．由布拉格方程计算电子的波长。 2．德布罗意假设的内容？如何证明德布罗意假设的正确性。 二、夫兰克——赫兹实验 1．简述夫兰克赫兹实验的原理及实验目的。 2．解释阳极电流随栅极电压变化曲线，如何测定第一激发电势？ 3．了解常见元素的第一激发电势。 三、光电效应的研究 1．光电效应的内容及公式。 2．实验中电流为零的点所对应的电压是否为要测的遏制电压？为什么？（注意暗电流、本底电流、反向电流的影响） 3．零电流法测遏止电势的条件。 四、钨的逸出功的测定 1．求加速电场为零时的阴极发射电流I，需要在曲线图上用外延图解法，而不能直接测量当阳极电压为零时阴极的电流，为什么？ 五、塞曼效应 1．塞曼效应实验的分裂谱线中，σ成分和π成分各有什么特点？ 2．调节F-P标准具，如果眼睛向某方向移动，观察到干涉纹从中心冒出来，应如何调节？ 六、传感器综合实验 1．相敏检波器，参考电压对输入输出波形相位的影响？ 2．当相敏检波器的输入与开关信号相同时，输出是什么极性的什么波？如正弦波
七、小型冰箱制冷功率的测定 1．简述制冷原理，分析热力学过程。 2．为什么测量时一定要使被冷却液温度充分稳定后才记录数据？ 八、光速测定 1．本实验测量光速的原理。 2．如何测量调制波的波长。 3．本实验测量光速还存在哪些误差？如何改进？（提示：距离和相位的测量方面） 九、密立根油滴实验 1．实验测油滴带电量的基本原理。 2．为什么向油雾室喷油时要使两极板短路？ 3．对同一颗油滴进行多次测量时，为什么平衡电压必须逐次调整？ 十、变温粘滞系数的研究 1．样品粘滞系数随温度变化曲线。 2．落针下落计时装置原理及注意事项。 十一、磁阻效应 1．什么叫做磁阻效应？霍耳传感器为何有磁阻效应？ 2．锑化铟磁阻传感器在弱磁场时和强磁场时的电阻值与磁感应强度关系有何不同？ 这两种特性有什么应用？ 十二、声光效应实验研究 1．为什么说声光器件相当于相位光栅？ 2．声光器件在什么实验条件下产生喇曼－纳斯衍射？在什么实验条件下产生布喇格衍射？两种衍射的现象各有什么特点？ 十三、全息照相 1．全息光路图及光路的要求。 2．要得到较好的全息图像，满足哪些条件？
实验四 晶体声光效应实验
实验四 晶体声光效应实验 一、引言 当光波通过受到超声波扰动的介质时会发生衍射现象，这种现象被称为声光效应，它是光波与介质中声波相互作用的结果。声光效应可以用于控制激光束的频率、方向和强度，利用声光效应制成的各种声光器件，如声光调制器、声光偏转器和可调谐滤光器等，在激光技术、光信息处理和集成光通信技术等方面有着重要的应用。 二、实验目的 1. 掌握声光效应的原理和实验规律； 2. 观察喇曼-奈斯（Ranman —Nath ）衍射的实验条件和特点； 3. 利用声光效应测量声波在介质中的传播速度； 4. 测量声光器件的衍射效率和带宽； 5. 了解声光效应在新技术中的应用； 三、实验原理 当超声波在介质中传播时，将引起介质的弹性应变作时间上和空间上的周期性变化，并且导致介质的折射率也发生相应的变化。当光束通过有超声波的介质后就会产生衍射现象，这就是声光效应。有超声波传播的介质如同一个相位光栅。根据超声波频率的高低或声光相互作用长度的长短，可以将光与弹性声波作用产生的衍射分为两种类型，即喇曼—奈斯型衍射和布拉格型衍射。 喇曼－奈斯衍射 当超声波频率较低、声光相互作用距离较小时，即 02 2λλs l ≤ 平面光波沿z 轴入射，就相当于通过一个相位光栅， 将产生喇曼－奈斯衍射，如图2所示。 根据相关理论可以证明以下结论： （1）各级衍射角θ满足下列关系： 0sin s m λθλ=? （1） 其中，λ0为入射激光波长，λs 为超声波波长，m=0， ±1，±2，±3，…。 （2）各级衍射光强与入射光强之比为：
2()m m I J I ν=入 （2） 其中，()m J ν为m 阶贝塞尔函数，0 2L πνμλ=。因为22()()m m J J νν-=，所以零级极值两侧的光强是对称分布的。 （3）各级衍射光的频率由于产生了多普勒频移而各不相同，各级衍射光的频率为0s m ωω±。 2．布拉格衍射 当超声波频率较高，声光相互作用距离较大，满足 2 02s l λλ≥ 并且光束与声波波面间保持一定的角度入 射时，将产生布拉格衍射。这种衍射与晶体对X 光的布喇格衍射很类似，故称为布喇格衍射。 能产生这种衍射的光束入射角称为布喇格角。 此时有超声波存在的介质起体积光栅的作用。 布拉格衍射的特点是： （1）理想情况下，只出现零级和＋1级衍射或－1级衍射。 （2）若参数合适、超声功率足够大，入射光功率几乎可以全部转换到＋1级或－1级上。 （3）产生布拉格衍射的入射角θB 满足关系： 0sin 2B s λθλ= （3） （4）1级衍射光强与入射光强之比为： 2112sin [()]2I nL I λπλ =? （4） 3．声光调制：无论是喇曼－奈斯衍射还是布拉格衍射，都可以通过改变超声波的强度而改变衍射光的强度。所以可以把调制信号加在超声波功率放大级，以达到光强调制的目的。 4．声光偏转：无论是喇曼－奈斯衍射还是布拉格衍射，都可以通过改变超声波的频率而改变衍射光的偏转方向。若对超声频率固定的超声发生器实现“开关”功能，在“开”时由于产生衍射，+1级或-1级衍射光存在，在“关”时，衍射光不存在，就可实现“声光开关”功能。一般“声光开关”运用的是布拉格衍射。 四、实验仪器 LOSG-Ⅱ型晶体声光效应实验系统的组成如图1所示，主要包括光路部分和声光效应实验仪两部分。光路部分包括He-Ne 激光器，激光器电源， 声光器件，
大学物理演示实验报告.doc
大学物理演示实验报告 大学物理演示实验报告一： 实验目的：通过演示来了解弧光放电的原理 实验原理：给存在一定距离的两电极之间加上高压，若两电极间的电场达到空气的击穿电场时，两电极间的空气将被击穿，并产生大规模的放电，形成气体的弧光放电。 雅格布天梯的两极构成一梯形，下端间距小，因而场强大(因)。其下端的空气最先被击穿而放电。由于电弧加热(空气的温度升高，空气就越易被电离, 击穿场强就下降)，使其上部的空气也被击穿，形成不断放电。结果弧光区逐渐上移，犹如爬梯子一般的壮观。当升至一定的高度时，由于两电极间距过大，使极间场强太小不足以击穿空气，弧光因而熄灭。 简单操作：打开电源，观察弧光产生。并观察现象。(注意弧光的产生、移动、消失)。 实验现象： 两根电极之间的高电压使极间最狭窄处的电场极度强。巨大的电场力使空气电离而形成气体离子导电，同时产生光和热。热空气带着电弧一起上升，就象圣经中的雅各布(yacob以色列人的祖先)梦中见到的天梯。 注意事项：演示器工作一段时间后，进入保护状态，自动断电，稍等一段时间，仪器恢复后可继续演示，
实验拓展：举例说明电弧放电的应用 大学物理演示实验报告二： 学物理演示实验报告--避雷针 一、演示目的 气体放电存在多种形式，如电晕放电、电弧放电和火花放电等，通过此演示实验观察火花放电的发生过程及条件。 二、原理 首先让尖端电极和球型电极与平板电极的距离相等。尖端电极放电，而球型电极未放电。这是由于电荷在导体上的分布与导体的曲率半径有关。导体上曲率半径越小的地方电荷积聚越多(尖端电极处)，两极之间的电场越强，空气层被击穿。反之越少(球型电极处)，两极之间的电场越弱，空气层未被击穿。当尖端电极与平板电极之间的距离大于球型电极与平板电极之间的距离时，其间的电场较弱，不能击穿空气层。而此时球型电极与平板电极之间的距离最近，放电只能在此处发生。 三、装置 一个尖端电极和一个球型电极及平板电极。 四、现象演示 让尖端电极和球型电极与平板电极的距离相等。尖端电极放电，而球型电极未放电。接着让尖端电极与平板电极之间的距离大于球型电极与平板电极之间的距离，放电在球型电极与平板电极之间发生