Transcript 大学物理实验（三）
大学物理实验（三） ———自主性研究型物理实验 89680300 实验中心主任办公室 89680298 电学实验 89680302 光学实验 课程主持人：王思慧 电话： 89680302 13951789993 网络负责：龚国斌 电话： 89680298 13913827608 选实验地址 http://202.119.37.145/Security/login.aspx 身份：学生 用户名：学号 初始密码：123456 对应的四个阶段开设课 程： 科学研究能力的培养 综合实验能力的培养 近代物理实验研究性实验， 跨教学与科研实验室参加科 研 近代物理实验（一）、(二) 创新研究意识的培养 大学物理实验（三） (学生主导型研究性物理 实验，学生自主实验） 实验基本能力的培养 大学物理实验 实验基本能力的培养 大学物理实验 （一） （二） 大学物理实验 —— 实验知识与技能、动手能力、创新思维 进一步担负起教育功能—— 教育更加基本的任务是人的培养： 科学素养、人文精神。。。 大环境：自我为中心，强调社会竞争，适者生存 是对手还是伙伴？ 正面的解答：“合作精神、伙伴关系” 另一个要求：信用——杜绝抄袭 要求自选课题并且有所 创新，完成论文 答辩。 我们的态度—— 鼓励、提倡交流合作， 小组的方式合作完成课题 通常二人为一个小组，一般不超过三人 协作—— 互补：强强联合，有的同学擅长理论推导，有的擅长仪 器操作和调试，有的擅长计算机模拟，他们组合在一起 分工合作，优势互补，相互学习。 优化：分工合作带来的结果是课题更新，涉及的知识更 宽、更深、水平更高。 继承：合作的形式不仅仅限于自始至终的紧密配合。学 术上有了积累、继承，承前启后才能站得更高、看得更 远，科学史上也是这样。 分享： 实验中常常遇到难以克服的困难，焦虑、烦躁的 情绪难免在所难免。互相勉励、彼此分担与分享便成了 宝贵的经历。 1。实验安排 2。实验内容 3。实验要求 4。实验报告格式 1。时间安排 第二周 绪论 第三周 实验介绍 第四~九周 常规实验 3月14日—4月22日 十~十五周 4月25日—6月3日 五一前后开始研究性实验论文 十六周 论文答辩 6月6-10日 常规实验阶段（4～9周）： 每两周做一次实验，每次6学时（下午和晚上） 。 每一单元时间的名单分单双周， 周二：物理系单周，双周。 周四：单周匡院，双周基地班 实验内容自己在网上选，6周完成3个实验报告。 实验一般1-2人完成实验，但要独立完成报告。 本阶段除了完成实验，还要考虑论文选题。 研究论文阶段（10～15周） 完成研究性实验论文，16周答辩。 实验内容及地点 纪忠楼（基础实验楼）3楼乙、丙区 1.光的偏振（含旋光法测量糖浓度） 丙314 2.迈克尔逊干涉仪 丙314 3.电光晶体 丙314 4.椭偏法测量簿膜厚度和折射率 丙313 5.阿贝成像原理与空间滤波 丙313 6.光速测量 丙311 7.全息照相 丙315 8.光纤传输技术 丙311 9.激光双光栅法测量微小位移 丙313 10.多普勒效应 丙311 11.夫兰克赫芝实验 12.冰箱原理 13.传感器 14.巨磁电阻实验 15.RLC电路特性研究 16.电子束的偏转与聚焦现象 17.微波实验 18.非线性混沌实验 19.热波法测量材料的热导率 20.热机实验 21.电滞回线 乙303 乙303 乙303 乙302 乙302 乙302 乙302 乙305 乙305 乙305 乙305 22.气体热导率的测量 乙304 23.磁滞回线和磁化曲线的测量 乙304 24.燃料电池 乙304 25. 模拟散射 乙304 教师安排 星期二 星期四 实验项目、地点 万建国 王学锋 乙303（龚国斌） 夫兰克赫芝，冰箱原理，传感器 陈建军 毛一葳 乙302（江洪健） RLC，微波实验，电子束聚焦，巨磁阻 程营 江洪健 乙305（江洪健） 约瑟夫森，热波，热机，电滞回线 顾军 高文莉 乙304（龚国斌） 气体热导，磁滞回线，模拟散射，燃料电池 张仲宁 苏为宁 丙311（周惠君） 光纤传输，多普勒 光速测量 周惠君 潘永华 丙313（潘永华 周惠君） 阿贝成像，椭偏，双光栅 丙315全息照相 王思慧 周进 丙314（潘永华） 麦克尔逊干涉仪，偏振，旋光，电光晶体 教师联系方式: 万建国 [email protected] 江洪健 [email protected] 龚国斌 [email protected] 周进 [email protected] 王思慧 [email protected] 周惠君 [email protected] 潘永华 [email protected] 高文莉 [email protected] 毛一葳 [email protected] 陈建军 [email protected] 张仲宁 [email protected] 王学锋 [email protected] 顾军 [email protected] 程营 [email protected] 实验教材： 潘元胜等大学物理实验第二册修订版 新实验提供电子版讲义 选课系统： 选课，讲义下载，通知 下周是第三周：实验介绍 星期二、星期四 下午2：00 在实验楼丙区三楼电梯出口分成小 组由指导教师循环介绍。 在听完介绍后可选择实验 （网上选择）。 实验要求： （1）每个实验不少于5个小时，实验完 成老师签名方可离开。 （2）实验报告要附有老师签名的数据。 （3）不能搬动实验仪器。不能离开以后 占用仪器。 关于实验延拓与论文 论文2～3人组成小组完成。自发组合。 可以在前几次常规实验时注意发现问题。在完成常规内容以 外，加以延拓，完成论文。 主要在实验室提供的仪器，条件下完成论文。指导老师为负 责该实验的教师。 可以自己提出研究课题，实验室老师在一定条件下提供指导。 可以结合大学生创新计划等课题。 也可以寻求其他实验室的合作，例如化学实验，物理系的其 他专业的实验等。 研究型实验以论文的形式提交，作为期末考核的重要依据。 用计算机打印，参加论文答辩。评分标准以创新、内容丰富、 工作量和认真为主要考核指标。 实验延拓的方法： 实验中遇到的问题，解决方法，体会； 提出探讨可能的课题，提出想法； 比较同类实验的优劣，调研文献上他人的做法； 实现自己他人的想法。 实验论文格式与报告不同： 不分目的、原理等等条目， 实验装置、原理概述， 理论推导 实验过程记录 实验问题讨论，猜测，深入实验的打算 建议：同学们可以完成实验后，可以简单地了解下一 个选做的实验，以便正式做实验时可以发挥。 物理实验延拓的例子 简化，主要相对日益改善的实验设备，以及设 备的自动化程度高而言。 实验仪器先进固然好， 便于得到好的实验结果， 从而能理解和导出较为精确的物理规律， 同时也让学生能够掌握现代化实验仪器的使 用方法，这是必要的。 但这样的实验仪器不能随时所得，从而限制了学生在实 验方法上的创新。 如果我们适当放宽实验要求，利用日常生 活中比较容易得到的器材来丰富实验内容， 实例：复摆实验 在原复摆实验的基础上，增加了衣架，铅笔 复摆内容。减少对实验仪器专业化、高精度 化的依赖心理，减少实验的神秘感，建立起 生活中存在物理学的意识。 内容1：测量衣架的转动惯量以及重力加速度 器材：支架，衣架，秒表，直尺，砝码2只， 胶带，线，坐标纸，白纸，剪刀 内容2：铅笔复摆实验 另一个有趣的实验是铅笔复摆，它利用了 打击中心的一个性质：刚体上打击中心到 悬挂点的距离恰好是复摆的有效摆长，即 打击中心与悬挂点刚好是一对共轭点。因 此我们设计了以下简单的实验。 器材：铅笔，自动铅芯，支架，透明胶带， 秒表，直尺 实验方案如下： （1）用透明胶带将自动铅芯一端固定在支架上， 另一端搭在支架上不固定。铅芯作为支点，将铅 笔用笔帽的挂钩挂在铅芯上。铅笔以铅芯为轴摆 动。 （2）用另一支笔敲击该笔的下端，观察敲击瞬间 铅芯活动端的运动方向，寻找一个使活动端几乎 不产生位移的敲击点。测量该点到悬挂铅芯处的 距离l。 （3）测量铅笔在该装置上的摆动周期 T 的值。利 用可以得到重力加速度。 这个实验甚至不需要实验室里的专门器材。 一个文具盒搞定的实验！ 不仅仅是简化！ ——简化的是器材和操作过程。 与此同时，其他方面得到了深化 ——多种数据处理方法， 实验原理的深入理解 实验可以有不同的做法（自己的做法） 简单的仪器可以做有意义的实验！ 深化：其基本出发点是对常规的实验项 目添置一些简单的器材，对原有实验进 行开发拓展，使其物理内涵更加丰富， 同时考虑实验设置方案。 实例：地磁实验 ——扩充为磁场及磁矩的测量实验 新增内容1：亥姆霍兹线圈磁场分布的测量 新增内容2：磁针磁矩的测量 为了测量磁针磁矩，我们设法改变它的转动 惯量。仅仅需要在磁针的两端对称地套上塑料套 管，套管的转动惯量可以由理论公式计算。 通过仪器上简单的改进，把一个单目的的 实验改造成综合性较强的实验． 思路： 实验要求是改变电流测量摆动周期从而计 算地磁场。 做实验时你可能发现各个仪器测量结果不 相同，那么你应该找原因，可能是仪器所 处的环境不同，那些对实验有影响，影响 引起的误差是多少，如何克服等进行定量 研究。 也可以在实验中从摆动的幅度已经对结 果的影响进行研究并与理论结果进行比 较。 可以用该办法进行中心平面上磁场水平 分量的出来，画出分别曲线图。 可以进行轴线上的磁场测量。 可以设计出小磁针的磁矩的测量方案。 可以设计出小磁针的转动惯量的测量方 案。 实例：光栅实验 ——基于光盘的光栅实验设计 内容1：反射光栅 对于反射光栅的性质较为陌生。选用生活中常见的光 盘作为反射光栅。 器材：He-Ne激光器（可以用激光笔代替），光盘 （光栅），孔屏，标尺，样品支架。 （1） 正入射，光栅常数的测定 （2） 斜入射，光栅方程的验证以及光栅常数的测定 内容2：透射光栅 光盘用作透射光栅。制作方法是将光盘切割 成小块，并小心地剥离其表面的薄膜。实验光路 与以上光路类似，只要在光栅后方添加一块屏， 用于接收衍射光点即可。 透射光栅的入射角测量方法与反射光栅相 同，还是由反射方零级衍射点的位置确定，衍射 角在后面的接收屏上测量。 可以同时观察到反射和透射的光栅衍射， 让学生比较两者的不同。 由于光盘不是理想的光栅，还可以进一步研 究光栅实际结构对衍射光分布的影响。 作为设计性实验课题，还可以自己设计光路 观察测量白光光栅光谱。 论文格式 激光双光栅法测微小位移中信号波形改进 姓名 学号 指导教师 （南京大学物理系， 210093） 摘 要： 通过理论分析和计算机模拟的方法，对激光双光栅 法测微小位移实验中出现的不规则光拍信号波形，即 “毛刺” 现象进行讨论，提出了对双光栅微振动实验的改进，并获得 了好的结果。 关键词： 多普勒效应，微振动，光栅 一． 引 言 激光双光栅法测微小位移实验是面向本科生开设的 大学物理实验，该实验根据多普勒效应，通过双 二. 基本原理及波形改进 图1(a)为实验原理图，激光束垂直照射到运动光栅 A，由于光的多普勒效应，出射位相光栅A的高级 衍射光波发生频移 三. 计算机模拟与实验验证 由前面讨论可知，若将光栅间距L从0开始逐步拉大 （事实上不可能为0，因为光栅有一定厚度且双光 栅不能接触；L也不能大于，否 四. 讨论 1. 不同光源的比较讨论 在中，为光栅常数，本实验取：＝0.01mm，即 100条/毫米光栅。 对He-Ne激光源：D=1.2mm 五. 参考文献 【1】潘元胜 冯璧华 于瑶 .大学物理实验（第二 册）. 南京大学出版社，2002，143~148 【2】易明等 . 几种相位光栅的移频效应 . 南京大学 学报，1985，No. 2，259~270 【3】李允中 董