北航基础物理研究性实验报告-氢原子光谱

氢原子光谱和里德伯常量测定

—-定量误差分析和创新实验改进

摘要：

本文详细地介绍了氢原子光谱和里德伯常量实验的实验要求、实验原理、仪器介绍、实验内容和数据处理，并从钠黄双线无法区分的现象触发定量地分析了此现象的原因和由此产生的误差，结合光谱不够锐亮和望远镜转动带来的误差提出了创新的实验方案。从理论上论证了实验方案的可行性，总结了基础物理实验的经验感想。

关键字：氢原子光谱里德伯常量钠黄双线

Abstract:

This paper introduced the hydrogen atoms spectrum and Rydberg constant experiment from experimental requirements, experimental principle, instruments required, content and Data processing. Considering that the wavelength difference of Na-light double yellow line is indistinguishable from human eyes, we analyze the cause of this phenomenon and the resulting errors quantitatively and propose an innovate experiment method combined with inadequate sharpness and lightness of the spectrum as well as the errors brought during the turning of telescope. We verify the feasibility of this method In theory and summarizes the experience and understanding of basic physics experiment.

Key words: hydrogen atoms spectrum, Rydberg constant, Na-light double yellow line

目录

摘要： (1)

关键字 (1)

目录 (2)

一．实验目的 (3)

二．实验原理 (3)

1.光栅衍射及其衍射 (3)

2.光栅的色散本领与色分辨本领 (4)

3.氢原子光谱 (5)

4．测量结果的加权平均 (6)

三．实验仪器 (7)

四．实验内容 (7)

五．实验数据及处理 (7)

1.光栅常数测量 (8)

2.氢原子光谱测里德波尔常数 (8)

3.色散率和色分辨本领 (10)

六．误差的定量分析 (11)

1.人眼的分辨本领 (11)

2.计算不确定度和相对误差： (11)

七．实验方案的创新设想 (11)

1.实验思路及理论验证 (11)

2.实验光路 (12)

3.方案理论评估 (12)

八．实验感想与总结 (13)

九．参考文献 (14)

一．实验目的

1． 巩固提高从事光学实验和使用光学仪器的能力； 2． 掌握光栅的基本知识和使用方法；

3． 了解氢原子光谱的特点并用光栅衍射测量巴耳末系的波长和里德伯常数；

4． 巩固与扩展实验数据的处理方法，及测量结果的加权平均，不确定度和误差计算，实

验结果的讨论等。

二．实验原理

1.光栅衍射及其衍射

波绕过障碍物而传播的现象称之为衍射。衍射是波动的一个基本特征，在声学、光学和围观世界都有重要的基础研究和应用价值。具有周期性的空间结构（或性能）的衍射屏称为“栅”。当博远与接收器距离衍射屏都是无限远时所产生的衍射称之为夫琅和费衍射。 光栅是使用最广泛的一种衍射屏。在玻璃上刻画一组等宽度、等间距的平行狭缝就形成了一个透射光栅。

本实验采用的是通过明胶复制的方法做的透射光栅。他可以看成是平面衍射屏上开有宽度为a 的平面行狭缝，封建的不透光部分的宽度为b ，d=a+b 称为光栅常数。有关光栅夫琅和费衍射的结论有：

①光栅衍射可以看是单缝衍射和多缝干涉的综合。当平面单色光正入射到光栅上时，其衍射光振幅的角分布正比于单缝衍射因子sin u u

和缝间干涉因子

sin N β

β

的乘积，即沿着θ方向

的衍射光强

2

2

0sin sin ()(

)(

)u N I I u

β

θβ

=

式中，sin sin ,a d u πθ

πθ

βλ

λ

=

=

，N 是光栅的总缝数。 当sin β=0时，sin N β也等于0，

sin N β

β

=N ，()I θ形成干涉极大；当sin N β=0，但

sin 0β≠时，()I θ，为干涉极小。它说明：在相邻的主极大之间有1N -个极小，2N -个

次极大；N 数越多，主机大的角宽度越小。 ②正入射时，衍射的主机大位置有光栅方程

sin (0,1,2,...)d k k θλ==±±

决定，单缝衍射因子

sin u u

不改变主极大的位置，只影响主极大的强度分配。

③当平行单色光斜入射时，对入射角α和衍射角θ作以下规定：以光栅面发现为准，由法线为准，由法线到光线逆时针为正，顺时针为负。这时光栅相邻狭缝对应点所产生的光程差

(sin sin )d λθα?=-，光栅方程应写成

(sin sin )(0,1,2,...)d k k θαλ-==±±

类似的结果也适用于平面反射光栅。

2.光栅的色散本领与色分辨本领

和所有的分光元件一样，反应衍射光栅色散性能的主要指标有两个，一是色散率，而是色分辨本领。他们都是为了说明最终能够被系统所分辨的最小的波长差δλ。 色散率

色散率讨论的是分光元件能把不同波长的光分开多大的角度。若两种光的波长差为δλ，他

们颜射的角间距为δθ，则角色散率定义为

D θδθ

δλ=

。D θ可由光栅方程sin d k θλ=导出：

当波长由λλδλ→+时，衍射角由θθδθ→+，于是cos d k θδθδλ=,则

cos k D d θδθδλ

θ≡

=

上式表明，

D θ

越大，对相同的δλ的两条光线分开的角度δθ也越大，实用光栅的d 值很小，

所以有很大的色散能力。这一特性使光栅成为一种有两的光谱分光元件。

与色散率类似的另一个指标是线色散率。它指的是对波长差为δλ的两条谱线，在观察屏上分开的（线）距离l δ有多大。考虑到光栅后面望远镜的物镜焦距f 即可，l f δδθ=，于是线色散率

cos l l kf D fD d θδδλ

θ

≡

==

（1） 色分辨率本领

色散率只反映了谱线（主极强）中心分离的程度，它不能说明两条谱线是否重叠。色分辨本领是指分辨波长很接近的两条谱线的能力。由于光学系统尺寸的限制，狭缝的像因衍射而展

宽。光谱线表现为光强从极大到极小逐渐变化的条纹。

根据瑞利判据，当一条谱线强度的极大值刚好与另一条谱线的极小值重合时，两者刚好分辨。由cos d k θδθδλ=可知，波长差为δλ的两条谱线，其主极大中心的角距离cos k d δλδθθ

=，

而谱线宽度cos N d λ

θθ

?=；当两者相等时，δλ刚可被分辨：

cos cos k d N d δλλ

θ

θ

=

，由此

得

kN

λ

δλ=

光栅的色分辨本领定义为

R kN λ

δλ

≡

=

上式表明光栅的色分辨率本领与参与衍射的但愿总数N 和光谱的级成正比，而与光栅

常数d 无关。注意上式中的N 是光栅衍射时的有效狭缝总数。

3.氢原子光谱

原子的线状光谱是微观世界量子定态的反映。氢原子光谱是一种最简单的原子光谱，它的波长经验公式首先是有巴耳末从实验结果中总结出来的。之后玻尔提出了原子结构的量子理论，它包括3个假设。①定态假设：原子中存在具有确定能量的定态，在改定态中，电子绕核运动，不辐射也不吸收能量；②跃迁假设：原子某一轨道上的电子，由于某种原因发生跃迁时，原子就从一个定态n E 过渡到另一个定态m E ，同时吸收或者发散一个光子，其频率

ν满足n m h E E ν=-，式中h 为普朗克常量；③量子化条件：氢原子中容许的定态是电子绕

核圆周运动的角动量满足L nh =，式中n 成为主量子数。从上述假设出发，玻尔求出了原子的能级公式

42

2

2

01(

)8n m e

E n

h

ε=-

于是得到原子由n E 跃迁到m E 时发出的光谱线波长满足关系

2

2

111(

)(1,2,3,...)H R n m m m m

n

λ

=-

=+++

式中，H R 称为里德伯而常数。

当m 取不同值时，可得到一系列不同线系： 赖曼系 2

2

1

11()(2,3,...)1

H R n n

λ

=-= 巴耳末系 2

2

1

11()(3,4,...)2H R n n λ

=-= 帕邢系 22

1

11()(4,5,...)3

H R n n

λ

=-= 布喇开系 2

2

1

11()(5,6,...)4H R n n λ

=-= 芬德系

22

1

11(

)(6,7,...)5

H R n n

λ

=-

=

本实验利用巴耳末系来测量里德波尔常数。巴耳末系所对应的光谱其波长大部分落在可见光范围内。

4．测量结果的加权平均

在等精度测量中，如果测量X 的n 此结果为1x ，2x ，3x ，…，但次测量结果的不确定

度12()()...()()n u x u x u x u x ====，则应取平均值i

x

x n

=

∑作为测量结果，并按照平均

值的标准差()u x =x 的不确定度。

如果进行的不是等精度测量，观测X 的n 次测量结果为11()x u x ±，22()x u x ±，…，

()n n x u x ±，则X 的最佳测量值和不确定度可由下式得到：

2

2

()1()

i

i i x u x x u

x =

∑∑

2

2

1

()1

()

i u x u

x =

∑

三．实验仪器

1. 分光仪

2. 透射光栅

本实验中使用的是空间频率约为600/mm ，300/mm 的黑白复制光栅。

3. 钠灯及电源

钠灯型号为ND20，用GP20Na-B 型交流电源（功率20W ，工作电压20V ，工作电流）点燃，预热约为10min 后会发出平均波长为589.3nm 的强黄光。本实验中用做标准谱线来校准光栅常数。

4. 氢灯以及电源

氢灯以单独的直流高压电源点燃。使用时电压极性不能反接，也不要用手直接触碰电极。直视时呈淡红色，主要包括巴耳末系中n=3,4,5,6的可见光。

四．实验内容

（1） 调节分光仪

使望远镜聚焦于无穷远，其光轴垂直于仪器主轴；平行光管出射平行光，其光轴垂直于仪器主轴。

（2） 调节光栅

调节光栅的要求是光栅平面（即光栅刻度所在平面）与仪器主轴平行，且光栅平面垂直平行光管；光栅刻线与仪器主轴平行。 （3） 测光栅常数

用钠黄光589.3nm λ=作为标准谱线校准光栅常数d 。 （4） 测氢原子里德伯常数

测定氢原子光谱中2~3条可见光波长，并由此测定氢原子的里德波尔常数。

五．实验数据及处理

1.光栅常数测量

钠光光谱数据

1θ= 10°12′

由sin d k θλ=得， 光栅常数 11

s i n k d λθ=

=3.327785m

1()a u θ==2.057×410-

9

1()|

()| 4.6607510

0.005d u d u m m θμθ

-?==

=?=?

所以可得d 的最终表达式：6

(3.3280.005)10d m -=±? 将2θ带入得到2

2 3.325sin d m λμθ=

= 验证d 正确

2.氢原子光谱测里德波尔常数

①红光

4

11

() 1.454410

180

60

b u πθ-=

=

=?

可以得到：1θ=11°24′ 于是可得波长：1sin 657.8d nm λθ==1 ②蓝光

则可以得到：2θ=8°24′ 于是可得波长：2sin 486.2d nm λθ==2

3θ=17°1′30″ 可得波长：1sin 487.22

d nm λθ=

=33

继而由

2

2

1

11(

)2

H R n

λ

=-

红光时取n=3，蓝光时取n=4

则可得到：

171

12

2

1

=

1.0951011(

)

2

3

H R m λ-=?-

同理得到：

271

=1.09710H R m

-?

7

1

=1.09510H R m -?3

计算不确定度：

4

() 2.5210

u m θ-=

=

=?1

同理得到： 4

()2.5210u m θ-=?2 3

()1.37

10u m θ-=?3

则可以得到：

1() 1.286u nm λ=

= 同理得到： 2()0.7404u n m λ= 3()1.597u n m λ= 由

2

2

111(

)2

H R n

λ

=-

可得，合成不确定度有：

71

1()0.021410H u R m

-==?

同理可得： 712()0.016710H u R m -=? 713()0.035910H u R m -=? 则有加权平均可得：

2

71

2

() 1.096101()

H i

H i H H i R u R R m

u

R -=

=?∑∑

2

2

2

1

()1527848991

()

H Hi u R m

u

R -=

=∑ 则有：71

()0.0123610H u R m

-=?

最终可得： 7

1

(1.100.01)10H R m -=±?

3.色散率和色分辨本领

钠光第一级：11305306cos()

D d θθ=

= 第二级：22642682cos()

D d θθ=

=

则有：1()457.8u D θ=

=

2())

482.8

u D

θ== 故有：2

1(30535)10D θ=±? 2

2(6427

5)

10D θ=±?

又由于：D R k

d

λδλ

=

=

可以得到：k=1时有 2

11

6.6710

D R k d =?

=?

2

2()0.610u R =

=?

于是可以得到：21(6.70.6)10R =±? 同理得到：32(1.30.1)10R =±?

六．误差的定量分析

实验中钠光的一级双线没有被观察到分开，我们想是不是由于人眼的分辨能力不够而造成的，故下面我们定量分析了钠黄双线的理论衍射角间距和人眼能分辨的角间距，比较得出结论。

1.人眼的分辨本领

设人眼瞳孔直径为D ， 玻璃体折射率为n ’=1.36 可把人眼看成一枚凸透镜，焦距只有20毫米，又 =

1.22D

λ

人眼瞳孔直径约为3~4mm ，则==2.05

实验中 光栅的角色散率为，则可得

=D θλ??

当k=1时，=3.05606*0.6=1.8334

10-'?

k=2时，

=6.42682*0.6=3.7874

10-'?

由计算可以看出钠黄光双线理论上是能被分开的，但是在实验的过程中，我们观察到的谱线均看不到钠光双线。以此为出发点，我们想计算出由人眼分辨能力不够而造成的识谱角度误差，定量地算出每级光谱的波长误差，从而最终确定测得的里德伯常数的相对误差。

2.计算不确定度和相对误差：

k=1 时 4

4

3.053610

0.6 1.831810D θδθλ--''=??=??=?

由于δθ远小于1'，可知对于不确定度的影响极小，可以忽略。

七．实验方案的创新设想

1.实验思路及理论验证

从以上的定量误差分析，我们思考在调整好分光仪后这个实验主要存在三个误差来源：

人眼分辨能力不够而钠光双线未被区分造成的误差，由于光栅的分辨率不足够高造成的光谱不细锐，由分光仪望远镜的转动不精确造成的谱线无法精确对准；由此我们想能不能采用一种粉分辨率高的分光仪器，同时能够测出光波波长，这样就既能区分钠光双线存在的，又能看到细锐的条纹，还能够测波长，有效避免望远镜转动带来的较大误差。

如图。为了实现我们的构想，结合我们所做过的多光束干涉和法布里-珀罗干涉仪实验和阿贝实验，我们提出了新的实验方案：采用氢光源，增加空间滤波器使滤出单一红色、蓝色和

±级干涉条纹作为参考波长，利用法布里-珀罗干涉仪分别测出红紫色光谱，以红色谱线的1

±级波长，带入公式可算出里德伯常数。

光蓝光的1

2.实验光路

如图所示，从左到右，实验仪器依次为氢光源、凸透镜、真空滤波器和法布里-珀罗干涉仪；前半光路借鉴阿贝原理和空间滤波，将所滤后两条光波的波长差利用干涉仪测出。

3.方案理论评估

（1）在操作上，简化实验步骤：由于无需测出光栅常数d，我们的实验方案可以不用钠光做一组测量；实验仪器较为简单，操作误差也比转动望远镜对准谱线造成的误差要小；同时由于法布里-珀罗干涉仪的干涉条纹很细锐，所以观察条纹所带来的视觉误差要进一步缩小；（2）实验对滤波器的精度要求比较高，但由于氢原子光谱是不连续的，而且红蓝紫光波波长相差较大，可以使用一定精度的滤波器将特定波长的光谱滤出，使得在法布里-珀罗干涉仪中能够看到待测波和参考波两个波的干涉图样；

（3）实验对法布里-珀罗干涉仪也提出了一定要求，干涉仪是一个非常精密的仪器，可以测出钠黄光双线的波长差，但由于氢光谱中红蓝紫光的波长差较大，由δλ与δd的反比关系，

我们得到鉴于实验室的法布里-珀罗干涉仪的物理测量数量级为毫米级，无法测出足够小的δd满足实验的要求得到波长差，因此为了得到δd我们需要测量精度更高的干涉仪。

八．实验感想与总结

本学期的综合性实验已经基本结束了，在经过上学期的实验后，我们感觉这个学期实验的综合性明显增强了，可只要将每个基础的部分认真做好还是可以很顺利地完成实验的。在本学期的综合实验中，光学的部分占了很大的比重，光路调节的好坏对实验最终的结果起到了至关重要的作用，所以结合我们所做的实验，在感想的部分我们想主要谈谈对光路调节所做的一些收获总结。

调节等高共轴。实验前要先将所有实验要用到的光学元件检查一下，看其螺钉的松紧程度是否适中、看元件的高度是否可以调节，记得在做晶体的电光调制实验时，由于事先没粗略地观察光电池的中心高度，在我将光路等高共轴调整好后，放上光电池才发现，光电池的最大高度也到不了中心光轴的高度，于是不得不重新来一遍。在实验前先大致判断情况，先做粗略调整，做到胸有成竹，这是实验基本素养，也可以说是快速调整好光路的一个小窍门吧。

熟悉核心光学元器件的使用要点，遵循调整好一个就固定一个元件的原则。每个光学元件都有值得注意的使用特点，操作和读数都要事先预习好；从光源开始调起，调整好一个元件就固定一个，避免后续的操作对原来调整好的位置再造成影响；

轻拿轻放，避免震动。物理实验所实用的很多都是非常精密的光学仪器或者实验本身对震动的敏感度非常高，例如在做全息干涉法测铝板弹性模量的实验中，在桌子上少许轻微的震动都会对照相效果产生严重干扰，甚至看不出实验的结果来，所以爱护光学仪器，不触摸镜片，轻拿轻放，可以避免一些意想不到的实验误差；

深刻理解光路形成规律，遵循调节顺序，掌握调节技巧。只有将对光路形成规律的深刻理解和实践中调节技巧相结合，才不会盲目机械地调节，同时出现不同现象时，也可以先分析产生原因，才能真正提高自己的实验能力。

我们不仅回顾加强了对光学实验的经验，还对于这个学期的知识进行了拓展。我们回顾了数据的处理方法，用一元线性回归和逐差法对于纷繁的数据进行处理，并得到我们所要求的量。我们通过理论学习，综合了分光仪实验原理，法布里干涉仪的实验原理以及阿贝尔滤波的实验原理，使得各个部分能够起到各自的作用，尽量的减少了实验中可能出现的误差原

因，从而使得实验的准确性能够得到提高。

这个学期的物理实验让我们了解到：做实验前必须要弄懂实验的原理。弄懂实验原理才能体会到实验的操作能力是靠自己亲自动手，亲自开动脑筋，亲自去请教别人才能得到提高的；对于实验我们要有自己的理解，这样我们就要有充分的准备，知道实验时将要测量什么物理量，写报告时怎么处理这些物理量，这也是减少操作的盲目性以及提高实验效率的保证。另外，我们做实验不要一成不变和墨守成规，应该有改良创新的精神。实际上，在弄懂了实验原理的基础上，我们可以通过整合各试验中的误差可能，提出改进方案，或者通过理论分析提出新的实验方案。因此在实验的过程中我们也培养自己的独立分析问题，和解决问题的能力。

通过基础物理实验学习和锻炼，我们不但对于实验有了理论和实践的理解，而且培养了各方面能力，真的受益匪浅。

九．参考文献

[1] 普通高等教育十一五国家级规划教材:基础物理实验(修订版),李朝荣,出版日期：2010年09月01日，ISBN：751240208，出版社：北京航空航天大学出版社；

[2] 大学物理实验张赣源主编北京航空航天大学（货号：2258758），书籍作者：张赣源，图书出版社：北京航空航天大学出版社。

北航基础物理实验研究性实验报告_分光仪的调整及应用

北京航空航天大学物理研究性实验报告 分光仪的调整及其应用 第一作者：所在院系：就读专业：第二作者：所在院系：就读专业：

目录 目录 一.报告简介 (1) 二.实验原理 (1) 实验一.分光仪的调整 (1) 实验二.三棱镜顶角的测量 (3) 实验三.最小偏向角法测棱镜折射率 (1) 二．实验仪器 (1) 三.实验主要步骤 (2) 实验1.分光仪的调整 (2) 1.调整方法 (2) 2.要求 (4) 实验2.三棱镜顶角的测量 (4) 1.调整要求 (4) 2.实验操作 (5) 实验3.棱镜折射率的测定（最小偏向角法） (6) 四.实验数据记录 (6) 五.数据处理 (7) 实验2.反射法测三棱镜顶角 (7) 实验3.最小偏向角法测棱镜折射率 (7) 六.误差分析 (8) 七.分析总结 (8) 八.实验改进 (9) 九.实验感想 (10) 十.参考文献及图片附件： (11)

一.报告简介 本报告以分光仪的调整、三棱镜顶角和其折射率的测量为主要内容，先介绍了实验的基本原理与过程，而后进行了数据处理与不确定度计算。并以实验数据对误差的来源进行了分析。同时还给出了调节分光仪的经验总结与方法，并对现有实验仪器和试验方法提出了改进的意见。 二.实验原理 实验一.分光仪的调整 分光仪的结构因型号不同各有差别，但基本原理是相同的，一般都由底座、刻度读数盘、自准直望远镜、平行光管、载物平台5部分组成。 1-狭缝套筒；2-狭缝套筒紧固螺钉；3-平行光管；4-制动架；5-载物台；6-载物台调平螺钉；7-载物台锁紧螺钉；8-望远镜；9-望远镜锁紧螺钉；10-阿贝式自准直目镜；11-目镜；12-仰角螺钉；13-望远镜光轴水平螺钉；14-支臂；15-望远镜转角微调螺钉；16-读数刻度盘止动螺钉；17-制动架；18-望远镜止动螺钉；19底座；20-转座；21-

北航物理实验绪论考试真题(4套题含问题详解)

物理实验绪论测试题1 一、单项选择题 1.某测量结果0.01010cm有（ b ）位有效数字。 A.3位 B.4位 C.5位 D.6位 2.已知常数e=2.718281828……，测量L=0.0023，N=2.73，则(e-L)/N=( c ) A.0.994 B.0.9949 C.0.995 D.1.00 3.物理量A=x+y x?y ，那末其相对不确定度为（ a ） A. 2 x2?y2 √x2u2(y)+y2u2(x) B.2 x2?y2 √x2u2(y)?y2u2(x) C.√u 2(x)+u2(y) (x+y)2 +u2(x)+u2(y) (x?y)2 D.√u 2(x)+u2(y) (x+y)2 ?u2(x)?u2(y) (x?y)2 4.用作图法处理数据时，为保证精度，至少应使坐标纸的最小分格和测量值的（ c ）相对 应。 A.第一位有效数字 B.第二位有效数字 C.最后一位有效数字 D.最后一位准确数字 二、填空题： 5.用计算器算出圆柱体的转动惯量J=645.0126g?cm2，平均值的不确定度为u(J)= 则J+u(J)=( ± )×102g?cm2 6.多量程电压表（1级，3- 7.5-15-30V）用于检测某电路两端的电压，如果用3V档去测3V 电压，其相对不确定度为。如果用7.5V档去测3V电压，其相对不确定度为。 三、多项选择题： 7.满足正态分布的物理量，下面的叙述哪些是正确的？abc A 做任何次测量，其结果有68.3%的可能性落在区间[A?δ,A+δ] B 设某次测量的结果为X i，则X i±δ(x)表示真值落在[X i?δ(x),X i+δ(x)]的概率为0.683 C X i±δ(x)与x±δ(x)的置信概率是相同的 D x±δ(x)的置信概率比X i±δ(x)的置信概率高 8.指出下列关于仪器误差的叙述哪些是错误的（按物理实验课的简化要求）bcd A.千分尺的仪器误差等于最小分度的一半 B.游标卡尺的仪器误差等于游标精度的一半 C.磁电式仪表的仪器误差=等级%×测量值 D.箱式电桥? 仪 =等级%(测量值+基准值) 四、计算题

北航物理实验研究性报告

第0页 本人声明 我声明，本论文为本人独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。 3903·2415 高等工程学院 李柏

第1页 晶体的电光效应的深入剖析 第一作者：李柏（自主独立完成） 摘要 本文基于作者在认真做过实验并对内容的深刻理解，旨在对该实验从原理到操作流程以及实验数据处理进行更加深入的剖析。 在正文的第一部分，本文从一名大二本科生的角度对实验原理进行了系统地重新表述，查阅资料并补充了部分《大学物理·光学》的必要知识（例如1/4玻片、单轴晶体的定义）力求让下一届的学生们能彻底理解原理部分，部分素材也可适当补充进新版的《物理实验》课本中。 在第二部分，本文细致地描述了实验操作的各个流程，从等高共轴的调节方法开始，给出了有理有据的调节方法，可以作为今后教师指导学生的基本判据。 在第三部分，本文重新安排了数据处理，采用了更加翔实的原始数据，但必须指出本文的缺陷：依然未能定量地得出产生误差的原因。 在第四部分，包含作者对试验中一些现象的理论层面的深入剖析，以及实验感想、建议等等。 最后的最后，是完成本文参阅资料的声明。 关键词：晶体电光效应电光调制大学物理实验论文测量半波电压

第2页 第一章：实验原理的重新表述 1.1电光效应与一次电光效应 晶体在外电场作用下折射率会产生变化，这种现象称为电光效应。这种效应由于n 随电场变化而变化时间极短，甚至能跟得上1010Hz的电场变化频率，故可制成响应迅速的各种光电设备（例如斩波器、激光测距仪）。仅仅在同一教室内的光纤陀螺寻北的陀螺仪中就有电光效应制成的元件，可见电光效应的广泛应用。 电场引起折射率变化可表示为n - n0 = aE0 + bE02+…… 由一次项aE0 引起的变化称为一次电光效应，也称泡耳克斯效应。一次效应又区分纵横方向，以加载电场的取向决定。本实验研究铌酸锂晶体的一次纵向电光效应。 光在晶体中传播时，在不平行于光轴方向上，由于e光和o光传播速度不同，而出现两个不同折射率的光的像，这种现象叫做双折射现象（图1-1）。只有一个光轴的晶体就叫单轴晶体，铌酸锂原本是单轴晶体，但晶体外加电场后，将变成双轴晶体，导致与双折射类似的结果，出射光可能为椭圆偏振光。 图1-1 双折射原理示意图 1.2电光调制 在无线电通信中，为了传递信息，总是通过表征电磁波特性的正弦波性质受传递信号控制来实现，这种控制过程被称作调制。接收时，逆过程则称为解调。本实验采用强

北航基础物理研究性报告讲解

北航基础物理研究性报告讲解

北航基础物理实验研究性报告1051 电位差计及其应用 140221班 2015-12-13 第一作者:邓旭锋14021014 第二作者:吴聪14021011

目录 1.引言 (4) 2.实验原理 (5) 2.1补偿原理 (5) 2.2 UJ25型电位差计 (8) 3.实验仪器 (10) 4.实验步骤 (10) 4.1自组电位差计 (10) 4.2 UJ25型箱式电位差计 (11) 5.实验数据处理 (12) 5.1 实际测量Ex的大小 (13) 5.2 不确定度的计算 (13) 5.3 测量结果最终表述 (14) 5.4 实验误差分析 (14) 6.实验改进与意见 (14) 6.1 实验器材的改进 (8) 6.2 实验方法改进 (10) 6.3 实验内容的改进 (10)

7.实验感想与体会 (21) 【参考文献】 (24) 摘要:将电位差计实验中的补偿法原理应用于电学物理量的测量中，该方法可以用来精确测量电流、电阻、电压等电学量，也可以利用电位差计，获得比较精确的二极管伏安特性曲线可以避免了因电表的内阻而引起的测量误差。利用实验室现有仪器设计了一些切实可行的新实验。 关键字：电位差计；补偿法；UJ23型电位差计；电阻；系统误差。 1.引言 电位差计是电压补偿原理应用的典型范例，它是利用电压补偿原理使电位差计变成一内阻无穷大的电压表，用于精密测量电势差或者电压。同理，利用电流补偿原理也可以制作一内阻为零的电流表，用于电流的精密测量。 电位差计的测量精确度高，且避免了测量的接入误差，但它的操作比较复杂，也不易实现测量的自动化。在数字仪表迅速发展的今天，电压

北航08-09年基础物理实验期末考试真题

2008-2009第1学期《基础物理实验》期末试题 一、 单项选择题（每题3分，共30分） 1. 在同一被测量的多次测量过程中，保持恒定或以可以预知方法变化的那一部分误差称为_____ A.仪器误差 B.系统误差 C.随机误差 D.粗大误差 2. 平均值的标准（偏）差()S x 的计算公式是_____ A. 3. 用停表测量单摆周期，启停一次秒表的误差不会超过。实验测出10个周期的时间为10T='' ，则其不确定度u （T ）=_____ 秒 欲用伏安法测量一阻值约200Ω的电阻，要求测量结果的相对不确定度 () 1%u R R <，应选择下列_____组仪器（提示：不计电表内阻的影响和A 类不确定度） A.电流表级，量程10mA ；电压表级，量程2V B.电流表级，量程10mA ；电压表级，量程2V C.电流表级，量程15mA ；电压表级，量程2V D.电流表级，量程50mA ；电压表级，量程2V 5. 某长度测量值为，则所用仪器可能是_____ A.毫米尺 分度卡尺 分度卡尺 D.千分尺 6. 已知312 N x y =+，则其不确定度_____ A. 2 2221()()()2u N u x y u y =+ B. 22223 ()()()2u N u x y u y =+ C. 22429()()()4u N u x y u y =+ D. 22 29()()()4 u N u x u y =+ 7. 200(10080) 1010(0.0100.000251) +-=?+_____ 8. 用作图法处理数据时，为保证精度，至少应使坐标纸的最小分格和测量值的_____相对应 A.最后一位有效数字 B.最后一位准确数字 C.第一位有效数字 D.第二位有效数字 9. 下列关于测量的说法中_____是错误的 A.测量是为了确定被测对象的量值而进行的一组操作 B.测量结果是根据已有信息和条件对被测量量值做出的最佳估计，也就是真值 C.在相同测量条件下，对同一被测量进行多次测量所得结果的一致性被称为测量结果的重复性 D.在不同测量条件下，对同一被测量进行多次测量所得结果的一致性被称为测量结果的复现性 10. 以下所示电路中，_____构成了换向电路 A. B. C. D.

北航物理实验绪论考试真题含答案

北航物理实验绪论测试题1 一、 单项选择题 1. 某测量结果0.01010cm 有（ B ）位有效数字。 A.3位 B.4位 C.5位 D.6位 2. 已知常数e=2.718281828……，测量L=0.0023，N=2.73，则(e-L)/N=( C ) A.0.994 B.0.9949 C.0.995 D.1.00 3. 物理量A=错误！未找到引用源。，那末其相对不确定度为（A ） A.错误！未找到引用源。 B.错误！未找到引用源。 C .错误！未找到引用源。 D.错误！未找到引用源。 4. 用作图法处理数据时，为保证精度，至少应使坐标纸的最小分格和测量值的（ C ）相 对应。 A.第一位有效数字 B.第二位有效数字 C.最后一位有效数字 D.最后一位准确数字 二、填空题： 5. 用计算器算出圆柱体的转动惯量J=645.0126错误！未找到引用源。，平均值的不确定度为 u(J)= ：6.5、0.2 6：0.0058 7：ABC 8：BCD 则J+u(J)=( 6.5 0.2 )错误！未找到引用源。 6. 多量程电压表（1级，3- 7.5-15-30V ）用于检测某电路两端的电压，如果用3V 档去测3V 电压，其相对不确定度为 0,0058 。如果用7.5V 档去测3V 电压，其相对不确定度为 。 三、多项选择题： 7. 满足正态分布的物理量，下面的叙述哪些是正确的？ A 做任何次测量，其结果有68.3%的可能性落在区间错误！未找到引用源。内 B 设某次测量的结果为错误！未找到引用源。，则错误！未找到引用源。表示真值落在错误！未找到引用源。的概率为0.683 C 错误！未找到引用源。与错误！未找到引用源。的置信概率是相同的 D 错误！未找到引用源。的置信概率比错误！未找到引用源。的置信概率高 8. 指出下列关于仪器误差的叙述哪些是错误的（按物理实验课的简化要求） A.千分尺的仪器误差等于最小分度的一半 B.游标卡尺的仪器误差等于游标精度的一半 C.磁电式仪表的仪器误差=等级%×测量值 D.箱式电桥错误！未找到引用源。=等级%(测量值+基准值) 四、计算题 9. 弹簧振子的周期T 与质量m 的关系为错误！未找到引用源。。其中错误！未找到引用源。

北航物理实验绪论考试真题(套题含标准答案)

北航物理实验绪论考试真题(套题含答案)

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物理实验绪论测试题1 一、 单项选择题 1. 某测量结果0.01010cm 有（ b ）位有效数字。 A.3位 B.4位 C.5位 D.6位 2. 已知常数e=2.718281828……，测量L=0.0023，N=2.73，则(e-L)/N=( c ) A.0.994 B.0.9949 C.0.995 D.1.00 3. 物理量A=x+y x?y ，那末其相对不确定度为（ a ） A. 2 x 2?y 2√x 2u 2(y )+y 2u 2(x) B. 2x 2?y 2 √x 2u 2(y )?y 2u 2(x) C .√ u 2(x )+u 2(y)(x+y)2 + u 2(x )+u 2(y)(x?y)2 D.√ u 2(x )+u 2(y)(x+y)2 ? u 2(x )?u 2(y)(x?y)2 4. 用作图法处理数据时，为保证精度，至少应使坐标纸的最小分格和测量值的（ c ）相对 应。 A.第一位有效数字 B.第二位有效数字 C.最后一位有效数字 D.最后一位准确数字 二、填空题： 5. 用计算器算出圆柱体的转动惯量J=645.0126g ?cm 2，平均值的不确定度为u(J)= 则J+u(J)=( ± )×102g ?cm 2 6. 多量程电压表（1级，3- 7.5-15-30V ）用于检测某电路两端的电压，如果用3V 档去测3V 电压，其相对不确定度为 。如果用7.5V 档去测3V 电压，其相对不确定度为 。 三、多项选择题： 7. 满足正态分布的物理量，下面的叙述哪些是正确的？abc A 做任何次测量，其结果有68.3%的可能性落在区间[A ?δ,A +δ]内 B 设某次测量的结果为X i ，则X i ±δ(x)表示真值落在[X i ?δ(x),X i +δ(x)]的概率为0.683 C X i ±δ(x)与x ±δ(x)的置信概率是相同的 D x ±δ(x)的置信概率比X i ±δ(x )的置信概率高 8. 指出下列关于仪器误差的叙述哪些是错误的（按物理实验课的简化要求）bcd A.千分尺的仪器误差等于最小分度的一半 B.游标卡尺的仪器误差等于游标精度的一半 C.磁电式仪表的仪器误差=等级%×测量值 D.箱式电桥?仪=等级%(测量值+基准值) 四、计算题

北航物理演示实验报告-旋光色散

旋光色散 【实验目的】：观察旋光色散现象。 【实验仪器】：旋光色散演示仪。 【实验原理】： 图1 旋光色散原理图 旋光色散是研究光学活性材料的偏振角随波长变化的一种色散效应。当偏振光通过某些物质(如石英、氯酸钠等晶体或食糖水溶液、松节油等)，光矢量的振动面将以传播方向为轴发生转动，这一现象称为旋光现象。 本实验利用糖溶液的旋光性演示旋光现象及影响旋光效应的因素。糖溶液放在两个偏振片中间，一个偏振片用于起偏，另一个偏振片用于检偏。单色偏振光通过液态旋光物质时，振动面转过的角度即旋光度ΔΦ与旋光物质的性质、偏振光在旋光物质中经过的距离L、溶液浓度C有关，其关系为 ΔΦ=αCL 比例系数α称溶液的旋光率，它是与入射光波长有关的常数。旋光度大致与入射偏振光波长的平方成反比，这种旋光度随波长而变化的现象称为旋光色散。 【实验步骤】：

图2 旋光色散实验装置图 1、配置溶液。大约用300克蔗糖，玻璃管内的溶液大约占整个容器的2/3左右为妥，将溶液摇匀。 2、打开仪器灯箱光源，连续缓慢转动前端偏振片，可观察到玻璃管下半部有糖溶液的地方透过来的光的颜色赤橙黄绿青兰紫依次变化；管的上部没有糖溶液的地方仅有明暗的变化。 3、在光源和装有糖溶液的玻璃管之间加上滤色片，旋转偏振片，观察玻璃管上下半部的变化情况。 4、换用另一种颜色的滤色片，重复3的操作。 5、实验结束，关闭电源。 【实验应用】： 1、半定量地测量不同波长的光对偏振面旋转角度的影响。 在光源和装有糖溶液的玻璃管之间加上滤色片，旋转检偏器，记录下从玻璃管上方看视场最暗时检偏器的角度；再旋转检偏器，再记下从玻璃管下方看视场最暗时检偏器的角度；上述两个测量角位置之差就是糖溶液的旋光角度。 2、旋光法可用于各种光学活性物质的定量测定或纯度检验。 将样品在指定的溶剂中配成一定浓度的溶液，由测得的旋光度算出比旋光度，与标准比较，或以不同浓度溶液制出标准曲线，求出含量。在旋光计的基础上还发展了一种糖量计，专门用于测量蔗糖含量。用白光为光源，以石英楔抵消蔗糖溶液对不同波长光的色散，并将石英楔校正，标以蔗糖的百分含量，即可直接测出浓度，简便迅速，常用于制糖工业。

北航物理研究性实验报告——示波器

北航物理研究性实验报告 专题：模拟示波器的使用及其应用 学号：10151192 班级：101517

姓名：王波 目录 目录 (2) 摘要 (3) 一．实验目的 (3) 二．实验原理 (3) 1.模拟示波器简介 (3) 2.示波器的应用 (6) 三．实验仪器 (6) 四．实验步骤 (7) 1.模拟示波器的使用 (7) 2.声速测量 (8) 五．数据记录与处理 (8) 六．讨论 (10)

摘要 示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器，它能直观、动态地显示电压信号随时间变化的波形，便于人们研究各种电现象的变化过程，并可直接测量信号的幅度、频率以及信号之间相位关系等各种参数。示波器是观察电路实验现象、分析实验中的问题、测量实验结果的重要仪器，也是调试、检验、修理和制作各种电子仪表、设备时不可或缺的工具。 一．实验目的 1.了解示波器的主要结构和波形显示及参数测量的基本原理，掌握 示波器、信号发生器的使用方法； 2.学习用示波器观察波形以及测量电压、周期和频率的方法； 3.学会用连续波方法测量空气速度，加深对共振、相位等概念的理 解； 4.用示波器研究电信号谐振频率、二极管的伏安特性曲线、同轴电 缆中电信号传播速度等测量方法。 二．实验原理

1.模拟示波器简介 模拟示波器是利用电子示波管的特性，将人眼无法直接观测的交变电信号转换成图像并显示在荧光屏上以便测量和分析的电子仪器。它主要由阴极射线示波管，扫描、触发系统，放大系统，电源系统四部分组成。 示波管结构图 （1）工作原理 模拟示波器的基本工作原理是：被测信号经Y轴衰减后送至Y1放大器，经延迟级后到Y2放大器，信号放大后加到示波管的Y轴偏转板上。 若Y轴所加信号为图所示的正弦信号，X输入开关S切换到“外”输入，且X轴没有输入信号，则光点在荧光屏竖直方向上按正弦规律上下运动，随着Y轴方向信号的提高，由于视觉暂留，在荧光屏上显示一条竖直扫描线。同理，如在X轴所加信号为锯齿波信号，且Y轴没有输入信号，则光点在荧光屏上显示一条水平直线。

北航基础物理实验考试试题及答案

2009级基础物理实验期末试题 一、单项选择题（每题3分，共30分） 1、不确定度在可修正的系统误差修正以后，将余下的全部误差按产生原因及计算方法不同分为两类，其中 B 属于A类分量。 A、由测量仪器产生的的误差分析 B、同一条件下的多次测量值按统计方法计算的误差分量 C、由环境产生的误差分析 D、由测量条件产生的误差分量 2、下列说法中 C 是正确的。 A、在给定的实验条件下，系统误差和随机误差可以相互转化 B、当测量条件改变后，系统误差的大小和符号不随之变化 C、随机误差可以通过多次重复测量发现 D、一组测量数据中，出现异常的值即为粗大误差 5、已知()，下列公式中 B 是正确的。 A、 B、 C、 D、 7、用千分尺（精度0、01mm）测某金属片厚度d的结果为 i1234567 1.516 1.519 1.514 1.522 1.523 1.513 1.517

则测量结果应表述为d u(d)= A A、(1.5180.003)mm B、(1.5180.004)mm C、(1.5180.001)mm D、 (1.5180.002)mm 8.tg45°1′有 B 位有效数字 A、 6 B、5 C、 4 D、 3 9、对y=a+bx的线性函数，利用图解法求b时，正确的求解方法是 C 。 A、 b=tg（为所作直线与坐标横轴的夹角实测值） B、 b=（、为任选两个测点的坐标值之差） C、 b=（、为在所作直线上任选两个分得较远的点的坐标值之差） D、 b=（x、y为所作直线上任选一点的坐标） 10、用量程为500mV的5级电压表测电压，下列测量记录中哪个是正确的？ D A、250.43mV B、250.4mV C、250mV D、0.25V 二、填空题（每题3分，共15分） 11、已被确切掌握了其大小和符号的系统误差成为可定系统误差。 12、已知某地的重力加速度值为9.794，甲、乙、丙三人测量的结果分别为：9.7950.024，9.8110.004，9.7910.006，试比较他们测量的精密度、正确度和准确度。甲测量的精密度低，正确度高；乙测量的正确度最低；

北航惯性导航综合实验四实验报告

基于运动规划的惯性导航系统动态实验 GAGGAGAGGAFFFFAFAF

二零一三年六月十日 实验4.1 惯性导航系统运动轨迹规划与设计实验一、实验目的 为进行动态下简化惯性导航算法的实验研究，进行路径和运动状态规划，以验证不同运动状态下惯导系统的性能。通过实验掌握步进电机控制方法，并产生不同运动路径和运动状态。 二、实验内容 学习利用6045B 控制板对步进电机进行控制的方法，并控制电机使运动滑轨产生定长运动和不同加速度下的定长运动。 三、实验系统组成 USB_PCL6045B 控制板（评估板）、运动滑轨和控制计算机组成。 四、实验原理 IMU安装误差系数的计算方法 GAGGAGAGGAFFFFAFAF

USB_PCL6045B 控制板采用了USB 串行总线接口通信方式，不必拆卸计算机箱就可以在台式机或笔记本电脑上进行运动控制芯片PCL6045B 的学习和评估。 USB_PCL6045B 评估板采用USB 串行总线方式实现评估板同计算机的数据交换，由评估板的FIFO 控制回路完成步进电机以及伺服电机的高速脉冲控制，任意 2 轴的圆弧插补，2-4 轴的直线插补等运动控制功能。USB_PCL6045B 评估板上配置了全部PCL6045B 芯片的外部信号接口和增量编码器信号输入接口。由 USB_PCL6045B 评估测试软件可以进行PCL6045B 芯片的主要功能的评估测试。 GAGGAGAGGAFFFFAFAF

图4-1-1USB_PCL6045B 评估板原理框图如图4-1-1 所示，CN11 接口主要用于外部电源连接，可以选择DC5V 单一电源或DC5V/24V 电源。CN12 接口是USB 信号接口，用于USB_PCL6045B 评估板同计算机的数据交换。 USB_PCL6045B 评估板已经完成对PCL6045B 芯片的底层程序开发和硬件资源与端口的驱动，并封装成156 个API 接口函数。用户可直接在VC 环境下利用API 接口函数进行编程。 五、实验内容 GAGGAGAGGAFFFFAFAF

北航基础物理实验要求

2012级基础物理实验选课及课程说明 网上选课操作方法 物理实验选课在网上进行，可通过两个途径：①使用校园网（网址：https://www.wendangku.net/doc/b813342052.html,）；②使用物理实验中心局域网（地点：实3-415选课室，时间：下午13:30—16:30）。 1．按网址进入“大学物理实验网上选课”页面，先点击“注册”（注意：务必使用您的真实姓名和学号注册，否则计算机将不能处理您的成绩，或导致成绩打印错漏）。成功后，返回主页。 2．输入学号和密码，点击“登录”进行选课。选课只需用鼠标单击相应时间段内的选择钮，按“Enter”或页面下方的确定键即可生效。如该时间段未排实验或选课人数已满员，则选择无效，需另选其它时间或组号。选课时请认真选好时间和组号，时间指单（或双）周、星期几、下午或晚上。选课成功后请再点击“查询”菜单，最后确认一遍选课信息，之后注销本人界面。 3．如需修改选课时间，可重新执行操作2，这时计算机将自动用新的结果代替原来的选择。 4．每次只允许选择1个题目，做完以后才可以选择新的题目。开课前三天，自动关闭选课，此间调课需通过管理员进行。第一次选课于第二周星期一（2013年9月16日）开始，正式上课时间为2013年9月23日（星期一）。 注：物理学院和中法工程师学院的学生只需注册，不要自行选课，由实验中心统一安排。 物理实验课程说明 1．本课程采用“积分制”教学模式。每个实验题目根据其难易程度设置了不同积分，本学期规定修“物理实验A”的同学要完成38个积分，修“物理实验B”的同学要完成33个积分。物理学院（记为C）的学生要完成58个积分。该课程只限定了最低积分，未限制实验的个数，同学们可根据自己的能力通过选做少数几个难度大的实验或多个难度小的实验来完成积分。 2．第一学期基本实验以专题的形式开出，每个专题包含不同层次、不同难度的多个实验题目。题目编号方法如下：例如1040522，其中首位数字“1”表示基本实验，第二、三位“04”为专题号，第四、五位“05”为实验序列，第六位数字“2”为题目序号，最后一位数字“2”是积分值。具体实验代号和实验题目见下表。大家可自行安排做哪些内容，但规定某些类型实验（如103、105、107、109）必选。 3．允许但不鼓励学生重复选择同一专题的实验，若重复选择同一类型题目（题号前5位相同，如1010313、1010323），包括一次课上做两个同类型实验，从第二个实验开始积分值逐次减1分；若选择同一专题不同类型题目（题号前3位相同，如1030113、1030213、1030312），从第四个实验开始积分值逐次减1分；若重做实验（题号完全相同，如1010113、1010113），每重做一次积分减1分，成绩仅保留最后一次输入的结果。 4．选课后无故不来做实验将扣除1个积分。因病缺课者，凭医院证明到选课管理室（实3-414）消除记录（一周内）；其它原因缺课于课前凭校（院）教务科证明消除记录。

北航物理实验绪论考试真题(4套题含答案)

物理实验绪论测试题1 一、单项选择题 1. 某测量结果0.01010cm 有（ b ）位有效数字。 A.3位 B.4位 C.5位 D.6位 2. 已知常数e=2.718281828……，测量L=0.0023，N=2.73，则(e-L)/N=( c ) A.0.994 B.0.9949 C.0.995 D.1.00 3. 物理量A=x+yx-y ，那末其相对不确定度为（ a ） A.2x2-y2x2u2y+y2u2(x) B.2x2-y2x2u2y -y2u2(x) C .u2x+u2(y)(x+y)2+u2x+u2(y)(x-y)2 D.u2x+u2(y)(x+y)2-u2x -u2(y)(x-y)2 4. 用作图法处理数据时，为保证精度，至少应使坐标纸的最小分格和测量值的（ c ）相对 电压，其相对不确定度为 。如果用7.5V 档去测3V 电压，其相对不确定度为 。 三、多项选择题： 7. 满足正态分布的物理量，下面的叙述哪些是正确的？abc A 做任何次测量，其结果有68.3%的可能性落在区间A-δ,A+δ内 B 设某次测量的结果为 Xi ，则Xi ±δ(x)表示真值落在Xi -δ(x),Xi+δ(x)的概率为0.683 C Xi ±δ(x)与x ±δ(x)的置信概率是相同的 D x ±δ(x)的置信概率比Xi ±δx 的置信概率高 8. 指出下列关于仪器误差的叙述哪些是错误的（按物理实验课的简化要求）bcd A.千分尺的仪器误差等于最小分度的一半 B.游标卡尺的仪器误差等于游标精度的一半 C.磁电式仪表的仪器误差=等级%×测量值 D.箱式电桥?仪=等级%(测量值+基准值) 四、计算题 9. 弹簧振子的周期T 与质量m 的关系为T=2πm+m0K 。其中m0是弹簧的质量（未知）。

北航基础物理实验报告---拉伸法测量钢丝弹性模量

基础物理实验研究性报告
拉伸法测量钢丝弹性模量
第一作者： 学号：
第二作者：
学号：
2012/11/12

拉伸法测钢丝弹性模量
第一作者： 第二作者：
目录
摘要 ................................................. 4 关键词： ............................................. 4 Abstract ............................................. 4 Key words: ........................................... 5 一、实验原理 ......................................... 5 （1）弹性模量简介................................... 5 （2）光杠杆放大原理................................. 7 二、实验仪器 ......................................... 9 三、实验步骤 ......................................... 9 （1）装置调节前的初步观察 ........................... 9 （2）调整弹性模量测量系统 ........................... 9 （3）测量数据 ..................................... 11 （4）实验中注意的问题： ............................ 11 （5）数据处理 ..................................... 11 四、实验数据记录与处理 .............................. 12 （1）计算钢丝弹性模量.............................. 12 （2）计算钢丝弹性模量的不确定度 .................... 13 五、实验讨论 ........................................ 15 （1）误差分析 ..................................... 15 （2）实验调节经验总结.............................. 17 六、实验改进意见 .................................... 18 1、测量钢丝长度 L 方式的改进。 ...................... 18 2、测量装置调节方式的改进。 ........................ 19 2

北京航空航天大学 基础物理实验 研究性试验报告

探究测定冰的熔解热实验冰水质量比 以及实验过程和数据处理的改进方法 周晓城，巨建树 （北京航空航天大学生物与医学工程学院北京 100191） 摘要：本文通过计算得到混合量热法中的最佳冰水质量比并在实验中对此进行比较讨论，验证计算值，得出结论；验证牛顿冷却定律，同时得到实验参照值；并就本人在实验过程中遇到的一些问题提出实验操作以及数据处理方面的一些改进意见和建议；以及在数据处理过程中发现的水量、温差与冷却常数和实验误差之间的大致关系。 关键词：冰水质量比；牛顿冷却定律；数据处理；改进意见；误差规律 中图分类号：043文献标识码：A文章编号： 1.实验背景 测量冰的熔解热的实验方法有很多，在大学物理实验中使用最多的是混合量热法，而作为大学物理少数几个热学实验中的一员，其重要性显而易见。然而在实验的操作过程中很多同学反映实验不好操作，具体的问题有： 1.依据《基础物理实验》[1]，实验中需要保证加冰前与加冰后的稳定温度与室温的温差大约在10-15℃能较好地依据牛顿冷却定律绘制温度补偿修正曲线，而对于没有经验的实验者来说实验中的水量和冰量添加不好把握，加冰太少，可能造成冰块溶解后水温高于室温而无法温度修正，或者加冰太多，造成温度稳定后冰块无法溶解完全，在实验中往往需要经过多次尝试才能取得较好的实验数据，费时费力费水； 2.取冰时，所有同学都是徒手取冰的，而对于较低温度（-21℃）的冰块，手的温度较高（30℃左右），即使在取冰和透冰过程中接触的时间很短（亲测至少15s），参照实验过程中冰块溶解降温曲线，吸热也会很明显，从而使得实验结果偏低，而在没有同伴的情况下，为了协调记录时间、记录温度，同时还要投冰动作迅速而使水不外溅，观察到通常同学会找特殊时刻投冰，在这种情况下不是冰块在外界的时间过长甚至开始融化了，就是手忙脚乱实验数据很难记录，实验效果不是很好； 3.同时，由于投冰之后冰融化的最初几分钟铂电阻温度计示数变化非常快，而且需记录的数据比较多，同时还要不断搅拌，使得这段数据点很容易记录不全或者记录偏差，而这段数据是数据处理过程中非常重要的部分，直接影响到温度的修正，所以很容易造成实验误差；

北航机电仿真实验报告(附源代码以及运行结果)

机电系统设计仿真实验报告 题目：基于Maple的滑块摆仿真实验程序设计院系： 班级： 姓名： 学号：

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北京航空航天大学机电系统设计仿真实验 基于Maple的滑块摆实验程序设计 一、实验目的及意义 通过本实验掌握Maple仿真软件的使用方法，建立系统数学建模的思想，同时对编程能力也是一种提高。 二、实验原理与要求 2.1 Maple简介 Maple是一个具有强大符号运算能力、数值计算能力、图形处理能力的交互式计算机代数系统(Computer Algebra System)。它可以借助键盘和显示器代替原来的笔和纸进行各种科学计算、数学推理、猜想的证明以及智能化文字处理。Maple这个超强数学工具不仅适合数学家、物理学家、工程师, 还适合化学家、生物学家和社会学家, 总之, 它适合于所有需要科学计算的人。 2.2 滑块摆实验要求 滑块摆由一置于光滑杆上的质量为m的滑块A、一质量为M的小球B和长度为L，质量不计的刚性杆铰接而成，不计各处摩擦，以过A点的水平面为零势能面，通过Lagrange 方程建立系统的运动方程，利用Maple软件画出： 1.滑块A的位移x随时间t的变化曲线 2.角度φ随时间t的变化曲线 3.滑块摆的运动动画

三、实验设计及方法 3.1 设计原理 设定初始条件为：m=1Kg ，M=1Kg ，g=9.8，L=2m φ(0) = 0rad, x(0) = 0m, φ’(0) = -1.3rad/s, x ’(0) = 1m/s 如下定义的拉格朗日方程 ''c p q L E E d L L D F dt q q q =-? ? ??????-+= ?????? ?? 其中: q x(t)和θ(t)的自由度 D 由于摩擦而消耗的能量 F q 由自由度q 产生的力 E c 和E p 系统的动能和势能 系统有两个自由度，以x 和?为广义坐标，以过A 点的水平面为零势能面，系统的动

北航物理实验研究性报告

第一作者：杜敏 10031017 第二作者：文晨润 10031026 第三作者：陈丛林 10031011

目录 0. 引言 (3) 1. 实验原理 (3) 1.1补偿原理 (3) 1.2 UJ25型电位差计 (5) 3. 实验仪器 (6) 4. 实验步骤 (6) 4.1 自组电位差计 (6) 4.2 UJ25型箱式电位差计 (7) 5 实验数据处理 (7) E的大小 (7) 5.1实际测量X 5.2不确定度的计算 (8) 5.3 测量两结果的最后表示 (9) 6. 实验改进与意见 (9) 6.1 实验器材的改进 (9) 6.2实验方法的改进 (9) 6.3实验内容的改进 (10) 7. 实验感想与体会 (12) 【参考文献】 (14)

北京航空航天大学物理实验研究性报告 ——A09电位差计及其应用 第一作者：杜敏，第二作者：文晨润，第三作者：陈丛林 北京航空航天大学自动化科学与电气学院100321班，北京，102206 摘要:将电位差计实验中的补偿法原理应用于电学物理量的测量中，该方法可以用来精确测量电流、电阻、电压等电学量，也可以利用电位差计，获得比较精确的二极管伏安特性曲线可以避免了因电表的内阻而引起的测量误差。利用实验室现有仪器设计了一些切实可行的新实验。 关键字：电位差计；补偿法；UJ23型电位差计；电阻；系统误差。 0.引言 电位差计是电压补偿原理应用的典型范例，它是利用电压补偿原理使电位差计变成一内阻无穷大的电压表，用于精密测量电势差或者电压。同理，利用电流补偿原理也可以制作一内阻为零的电流表，用于电流的精密测量。 电位差计的测量精确度高，且避免了测量的接入误差，但它的操作比较复杂，也不易实现测量的自动化。在数字仪表迅速发展的今天，电压测量已逐步被数字电压表所代替，后者 因为内阻高（一般可达106～107Ω),自动化测量容易，得到了广泛的应用。尽管如此， 电位差计作为补偿法的典型应用，在电学实验中仍然有重要的训练价值。此外，直流比较式电位差计仍是目前准确度最高的电压测量仪表，在数字电压表及其他精密电压测量仪表的检定中，常作为标准仪器使用。 1.实验原理 1.1补偿原理 测量干电池电动势Ex的最简单办法是把伏特表借到电池的正负极上直接读数（见图1）,但由于电池和伏特表的内阻（电池内阻，伏特表内阻R不能看做），测得的电压并不等于电池的电动势。它表明：因伏特表的接入，总要从被测电路上分出一部分电流，从而改变了被测电路的状态。我们把由此造成的误差称为接入误差。 图1 用电压表测电池电动势 为了避免接入误差，可以采用如图2所示的“补偿”电路。如果cd可调，E >E ，则总可 x

北航基础物理实验研究性报告(自己写的,仅供参考)

电位差计及其应用实验的误差分析 尹天杰刘昫辰 （北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京 102206） 摘要：本文分析了电位差计及其应用实验中的测量待测电源电动势的实验误差，发现当工作电流没有进行标准化处理时，实验不确定度将增加，影响实验精确性。这个问题告诉我们，实验的优化设计，往往可以起到获得更准确的数据、提高实验精度的作用。 关键词：电位差计、工作电流标准化、实验误差 中图分类号：043文献标识码：A文章编号： 补偿法在电磁测量技术中有广泛的应用，一些自动测量和控制系统中经常用到电压补偿电路。电位差计是电压补偿原理应用的典型范例，它是利用电压补偿原理是电位差计变成内阻无穷大的电压表，同于精密测量电动势或电压。同理，利用电流补偿原理也可制作一内阻为零的电流表，用于电流的精密测量。 电位差计的测量准确度高，且避免了测量的接入误差，但他操作比较复杂，也不易实现测量的自动化。在数字仪表迅速发展的今天，电压测量已逐步被数字电压表所代替，后者因为内阻高、自动化测量容易，得到了广泛的应用。尽管如此，电位差计作为补偿法的典型应用，在电学实验中仍有重要的训练价值。此外，直流比较式电位差计仍是目前准确度最高的电压测量仪表，在数字电压表及其他精密电压测量仪表的检定中，常作为标准仪器使用。 一、实验目的 1．学会设计自组电位差计电路图并连接电路 2.学习补偿原理、零示法、比较测量法 二、实验原理 1.补偿原理 测量干电池电动势EX的最简单办法就是把伏特表接到电池的正负极上直接读数，但由于电池和伏特表的内阻，测得的电压V=EXR/(R+r)并不等于电池的电动势EX。由于伏特表的接入，总要从被测电路分出一部分电流，从而产生接入误差。为了避免 接入误差，可以采用补偿电路（如图所示）。

近代物理演示实验报告

近代物理演示实验报告近代物理实验报告 实验名称：电子自旋共振 姓名：同组者：指导老师： 得分： 院系： 班级： 日期： 评语： 二、实验原理 实验数据记录表 四、测试结果的计算

1、磁场计算公式 B0=Ko*((uo*No*(R^2)*Io)/(((R^2)+(X^2))^0.5)) 式中： uo--真空中磁导率，uo=4*PI*10E(-7) (亨/米) R--亥姆霍兹线圈半径(米) No--稳恒磁场线圈匝数 Ns--扫场线圈匝数 Io--通过稳恒场线圈的电流(A) Is--通过扫场线圈的电流峰峰值 X--两线圈间距离的一半。对于亥姆霍兹线圈，X=R/2 Ko--磁场线圈系数 2、g因子计算公式 根据共振时的Io 算出磁场后，将所测得的频率及其它常量代入共振表达式 hv=gJ*uB*B

式中： uB--玻耳磁子，uB=0.9273*10E(-23) (J/T) h--普朗克常数， h=6.626*10E(-34) (J/S) 结果计算记录表 地磁场的计算方法为：地磁场=（B+ - B-）/ 2 3、误差计算 中国石油大学近代物理实验实验报告成班级：材物二班姓名：焦方宇同组者：杜圣教师：周丽霞光泵磁共振 【实验目的】 1.观察铷原子光抽运信号，加深对原子超精细结构的理解 2.观察铷原子的磁共振信号，测定铷原子超精细结构塞曼子能级的朗德因子。 3.学会利用光磁共振的方法测量地磁场【实验原理】 1．Rb原子基态及最低激发态的能级

在第一激发能级5P与基态5S 之间产生的跃迁是铷原子主线系的第一条谱线，谱线为双线。52P1/2到52S1/2的跃迁产生的谱线为D1 线，波长是794nm；52P1/2 到52S1/2的跃迁产生的谱线为D2 线，波长是780nm。 在核自旋 I = 0 时，原子的价电子L-S 耦合后总角动量PJ与原子总磁矩μJ的关系μJ=-gJe2 （1） gJ?1? J(J?1)?L(L?1)?S(S?1) 2J(J?1) （2） I≠0时，对87Rb， I = 3/2；对85Rb， I = 5/2。总角动量F= I+J,?,| I-J |。87Rb基态F 有两个值：F = 2 及F = 1；85Rb基态有F = 3 及F = 2。由F 量子数表征的能级称为超精细结构能级。原子总角动量与总磁矩之间的关系为：μF=-gFe2mPF （3） gF?gJ