北京科技大学工科物理实验下

合集下载

磁场分布（北京科技大学物理实验报告）

磁场分布（北京科技⼤学物理实验报告）北京科技⼤学实验报告磁场分布实验⽬的、原理及实验步骤（见预习报告）实验数据（附后）及其处理1、不同磁极头间隙内的磁场分布特点①情形如图所⽰根据数据画出变化趋势图（如下）：此图表现出随着游标卡尺位臵的变化（实际就是测量位臵从中间向边缘扩展），霍尔效应的电压值先缓慢减⼩；当到达2cm 左右位臵的时候迅速下降；当达到2.5cm 是下降速度⼜减缓。

这说明了，在集束铁芯中间区域，磁场可以看做是匀强磁场，在磁极边缘区域，磁场迅速减⼩直⾄为零。

（由于游标卡尺位臵的限制，没有测量到磁场为零的位臵）我们选取的数据点是⾮常精确的，此种情况下，我们就选择了50组数据。

虽然这样做保证了曲线的准确性，但也花费了⼤量时间去测量了许多不需测量的点。

以前做实验都是参照书上提供的测量标准，⾃⼰没有去理解选择测量点的⽤处。

所以，当这次实验⾥纯粹为了多收集数据⽽没有注意数据的可⽤性。

数据并不是越多越好的，多出的数据就是⼀种累赘，没有实际的意义。

②情形如图所⽰③情形如图所⽰④情形如图所⽰以上三种情形的图如下所⽰：以上三种图形的变化趋势和第⼀种相似，此处不再鳌述。

测量过程中，我们保证了电流值⼏乎不变（在0.37~0.4A 之间）。

所以，每组数据可以做纵向⽐较。

如下图所⽰：在平稳过渡阶段，可见情形③的磁场最⼤，也就是说它的励磁电流也是最⼤的。

下⾯情况依次类推。

然后，我们可以清楚地看到，从①~④的迅速变化阶段，④的变化最早，变化最为平稳。

这是和磁极的形状有关的。

④的平⾏磁极的⾯积相对最⼩，这使它变化最早；⼜因为它相对的磁极不是直接减为零的，所以它的变化是最慢的。

也就是说，④磁极产⽣的磁感应强度集中区域最少，相对分散区域最⼤。

⽽①的情形恰好相反，磁极对应⾯积最⼤，然后迅速变为零。

2，U 形磁路及E 形磁路磁场分布研究① U 形磁路磁路是由⼀个U 形线圈、U 形铁块和⼀个可动长铁块构成。

实验中，我们主要测量了同⼀个位臵（靠近不动部分）的磁场随着铁块位臵，即磁路闭合情况的变化关系。

北京科技大学选修课参考

【课程名称】世界科技文明史【是否点名】是【平时作业】无【考核方式】开卷考试【备注】其实老师讲的还可以，就看自己感不感兴趣了。

只要每节课都去的话最后得分还算不错。

【课程名称】SPSS与数据统计分析【是否点名】偶尔【平时作业】中期交一篇数据分析报告【考核方式】提交论文【备注】表示这门课很容易过，只要中期交了报告，期末交了论文就可以过了。

而且这个软件其实很实用。

【课程名称】宝石及其鉴赏【是否点名】是，点名或者写纸条【平时作业】提交一到两次听课总结【考核方式】开卷考试【备注】内容听起来也不错，老师也很好，而且到了期末老师会给两个课代表【需要自己选】一人一块小宝石，只要翘课的次数别超过三次，考试去考了一般都会给过。

【课程名称】20世纪国际外交关系（外教）【是否点名】否【平时作业】中期论文一到两次【考核方式】闭卷考试【备注】会有一份参考资料【5块每份】，老师也会发PPT【课程名称】生物入侵【是否点名】纸条点名【平时作业】上课写小作业【考核方式】开卷考试【备注】无【课程名称】汽车概论【是否点名】点三到四次【平时作业】无【考核方式】开卷考试【备注】无【课程名称】高新技术产业化概论【是否点名】无点名【平时作业】中期小报告一次【考核方式】期末提交报告一次【备注】无【课程名称】中国陶瓷介绍【是否点名】点名不固定【平时作业】无【考核方式】论文1篇【备注】点名情况视人数而定【课程名称】深海矿产资源利用与开发【是否点名】不定时点名【平时作业】ppt展示作业【考核方式】开卷考试【备注】老师会让学生上台做ppt展示。

【课程名称】英文纪录片视听说【是否点名】每节必点【平时作业】每两周一次作业【考核方式】闭卷考试【备注】课时很长1-16周，略难。

【课程名称】能量转换材料【是否点名】偶尔点名，不去也没关系【平时作业】无【考核方式】开卷考试【备注】老师说平时可以不去，考试去了就可以过，很容易过。

【课程名称】英语六级读写【是否点名】每节必点【平时作业】基本没有【考核方式】闭卷考试【备注】比较严格，缺三次课以上就不能参加考试【课程名称】中国股票市场【是否点名】课堂随机点名提问【平时作业】两次，选择题，发邮箱【考核方式】上机考试，分模拟炒股和答题【备注】答题开卷，可上网，老师讲的不错｡【课程名称】今天的日本【是否点名】签到【平时作业】无【考核方式】提交论文【备注】每年选择人很多，老师人很好，给分很高【我和学长都是90+】，论文也无需纸质版的，超级推荐【课程名称】英文影视视听说【是否点名】是【平时作业】无【考核方式】一对一口语对话【备注】上课会看很多美剧、考核也不难，就是说一段美剧片段，并评价一下，某崖英语超级烂，分数也有85+，还是不错的【课程名称】电子商务【是否点名】没遇到过（难道是我去的太少了？）【平时作业】小作业，百度搜索即可，每次指定一个学院的人交【考核方式】开卷考【备注】老师不错，讲得还行，可以选【课程名称】电影音乐赏析【是否点名】四次左右【平时作业】无【考核方式】开卷考试【备注】考试开卷材料要自己在网上找，答到点上就得分。

北科大物理实验低真空的获得、测量与用直流溅射法制备金属薄膜

低真空的获得，测量与用直流实验报告溅射法制备金属薄膜学院材料班级材料1510 学号 41503000 姓名张问一、实验目的与实验仪器实验目的：1)学习真空基本知识和真空的获得与测量技术基础知识。

2)学习用直流溅射法制备薄膜的原理与方法。

3)实际操作一套真空镀膜装置，使用真空泵和真空测量装置，研究该真空系统的抽气特性。

4)用直流溅射法制备一系列不同厚度的金属薄膜，为实验研究金属薄膜厚度对其电阻率影响制备样品。

实验仪器：SBC-12 小型直流溅射仪（配有银靶），机械泵，氩气瓶、超声波清洗器、玻璃衬底二、实验原理（要求与提示：限400 字以内，实验原理图须用手绘后贴图的方式）1.真空基本知识：该实验首先需制造一个真空条件，在中真空状态，机械泵抽真空2.用直流溅射法制备薄膜溅射就是指荷能粒子轰击表面，使得固体表面原子从表面射出的现象，这些从固体表面射出的粒子大多呈原子状态，通常称为被溅射原子。

溅射粒子轰击靶材，使得表面成为被溅射原子，被溅射原子沉积到衬底上就形成了薄膜。

所以这种方法称为溅射法，干燥气体在正常状态下是不导电的，若在气体中安置两个电极并加上电压，少量初始带电粒子与气体院子相互碰撞，使束缚电子脱离气体原子成为电子，这时有电流通过气体，这个现象称为气体放电。

本实验所使用的是直流溅射法，利用了直流电压产生的辉光放电，如图所示，在对系统抽真空后，充入适当压力的惰性气体，作为气体放电的载体，在正负极高压下，气体分子被大量电离，并伴随发出辉光。

由放电形成的气体正离子被朝着阴极方向加速，正离子和快速中性粒子获得能量到达靶材，在这些粒子的轰击下，被溅射出来的靶材原子冷凝在阳极上，从而形成了薄膜。

三、实验步骤（要求与提示：限400 字以内）（1）把银靶装在镀膜室顶盖上，并使其到工作台的距离为40mm。

（2）把玻璃衬底放入盛有无水乙醇的烧杯中，用超声波清洗机清洗3分钟，用吹风机烘干玻璃衬底，烘干后放在镀膜室的工作台上；盖上镀膜室上盖。

工科物理实验II_北京科技大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年

工科物理实验II_北京科技大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.从本质上讲，霍尔效应是运动的带电粒子受到（）的作用而发生偏转引起的。

答案:洛仑兹力2.实验十一光栅光谱仪的使用中，相比于透射光栅，平面反射式光栅的优势在于（）。

答案:闪耀方向落在0级谱线以外的其它级谱线上3.在实验十四低真空的获得、测量与用直流溅射法制备金属薄膜中，用来轰击金属靶材的粒子是（）答案:氩离子4.实验一受迫振动的研究中，摆轮做受迫振动时受到的力矩有（）。

答案:驱动力矩弹性力矩阻尼力矩5.关于实验一受迫振动的研究，描述正确的是（）。

答案:无阻尼的情况下，共振振幅会出现无限大的情况共振时，振幅最大且相位为90°本实验中，摆轮的固有振动周期和摆角有关6.关于实验二霍尔效应，下列说法正确的是（）。

答案:霍尔效应是磁电效应的一种用霍尔效应可以测量半导体材料的载流子浓度和迁移率本实验中不能消除的副效应是埃廷豪斯森效应利用霍尔效应可以测量磁场7.关于实验九PN结特性，叙述不正确的是（）。

答案:在温度不变的情况下，PN结的IF-VF呈线性关系Ge和Si二极管的加热温度区间可以完全相同Si二极管是一个很好的测温元件，可以用于高温（如500℃加热炉内的温度）的测量8.关于实验三用落球法测定液体不同温度下的黏度及温度的PID调节，以下哪些说法正确（）。

答案:流体所具有的阻止流体内两个流层发生相对滑动的性质称为流体的黏性或黏滞性随着温度的升高，气体的黏度增大流体中运动的物体所受到的黏滞力永远和物体的运动方向相反9.实验三用落球法测定液体不同温度下的黏度及温度的PID调节中，PID调节包括（）。

答案:比例调节微分调节积分调节10.关于实验四迈克尔逊干涉仪中的等倾干涉条纹，以下说法正确的是（）。

答案:条纹是明暗相间的系列同心圆薄膜厚度增加时，圆环不断从中心吐出薄膜越厚，条纹越密11.实验五全息照相实验，拍摄全息照相照片时，下列选项中正确的有（）。

工科物理实验I_北京科技大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年

工科物理实验I_北京科技大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.实验一静态拉伸法测材料弹性模量,以下关于弹性模量说法正确的是（）答案:弹性模量是材料的属性，只和材料本身性质有关系2.实验八弹簧振子运动规律的实验研究中，关于本实验下列说法错误的是（）答案:用计算机作图时应使打印出的图足够大以减小作图误差3.实验二用扭摆法测量物体的转动惯量,关于刚体对轴转动惯量，下列说法正确的是（）答案:取决于刚体的质量、质量的空间分布和轴的位置。

4.实验二扭摆法测量物体的转动惯量实验中，将转动惯量转化为哪个直接测量（）答案:周期5.实验三空气比热容比的测定,什么是空气的比热容比（）答案:定压热容量/定容热容量6.实验十基本电表的使用以及伏安特性研究，研究发光二极管LED伏安特性曲线，测量正向伏安特性时，由于LED的电阻小，应该避免电流表内阻的加入；测量反向伏安特性时，由于LED的电阻大，则电流表内阻可以忽略，并且需要测量通过LED的电流更加精确，那么正确的接线方式是（）答案:测量正向伏安特性曲线时用外接法；测量反向伏安特性曲线时用内接法；7.实验四用电桥测电阻中，关于本实验说法错误的是（）答案:电桥调平后调节R0改变△R0，当改变相同的△R0检流计偏转越小，说明电桥的灵敏度越高8.实验十一用四端法测量Fe-Cr-Al丝的电阻率中，关于本实验说法错误的是（）答案:应用误差等分配原则可以计算出待测电压的上限和下限9.实验五示波器的使用中，以下说法错误的是（）答案:可以通过示波器改变原始波形的频率10.实验六声速测量，用行波法测波长时，图形从某一方位的直线变为另一方位的直线，在此过程中换能器移动的最小距离为（）答案:11.实验十二多普勒效应，根据多普勒效应，当声源固定，观测者远离声源时，观测者接收到的声波频率比声源频率_______；若观测者做加速运动远离声源，则接收频率逐渐_______。

（）答案:小减小;12.实验十三几何光学综合实验中，以下操作注意事项不正确的是（）答案:物距-像距法测凹透镜焦距时，凹透镜用来成像的是实物13.实验十四分光仪的调节及三棱镜折射率测量，在分光仪望远镜自准直调节中，当绿十字单面镜反射像呈现在分划板的上十字位时，可以判定______与______垂直。

光栅光谱仪的使用

光栅光谱仪的使用实验预习报告学院机械工程班级物流1602学号41604561姓名潘菁一、实验目的与实验仪器【实验目的】1）了解平面反射式闪耀光栅的分光原理及主要特性。

2）了解光栅光谱仪的结构，学习使用光栅光谱仪。

3）测量钨灯和汞灯在可见光范围的光谱。

4）测定光栅光谱仪的色分辨能力。

5）测定干涉滤光片的光谱透射率曲线。

【实验仪器】WDS-3平面光栅光谱仪，汞灯，钨灯&氘灯组件，干涉滤光片等。

二、实验原理1.平面反射式闪耀光栅原理（1）平面反射式光栅与光栅方程平面反射式光栅是在衬底上周期地刻划很多细微的刻槽，表面涂有一层高反射率金属膜，其横断面如图所示。

平面反射式光栅衍射如图所示。

()λθksin=sin+id=这是平面反射式光栅的光栅方程，其中d为光栅常数，k是光谱级。

规定衍射角θ恒为正，i 与θ在光栅平面法线的同侧时为正，异侧为负。

在常用的平面光栅光谱仪中，安放光栅的方式使光栅方程转化为λθk d =sin 2从上式可以看出，λk 值相同的谱线，衍射角度θ相同，即在相同的衍射角度θ出现衍射级次为、、、321===k k k …不同波长的光同时出现的情况，这些波长满足32321λλλ==的关系。

（2）闪耀问题图是N=4时的光栅相对光强分布曲线。

从图中可以看到，θααsin sin -曲线是包在θββsin sin sin -N 曲线外面的“包络”，它决定后者在什么地方高、在什么地方低，即决定光谱线的强度。

由此可见，衍射因子决定光谱线的强度，干涉因子决定光谱线的位置。

在常用的平面光栅光谱仪里，所拍摄的光谱满足i =θ，可以推出这时有γθ==i ，有kd γλsin 2=通常把这个波长叫做闪耀波长。

2.平面光栅光谱仪结构与组成本实验所用平面光栅光谱仪外观如图所示。

光栅光谱仪主要由光学系统、电系统和计算机组成。

整套仪器由计算机控制。

（1）光学系统光栅光谱仪光学系统原理如图所示。

光源发出的光进入狭缝S1，S1位于反射式准光镜的焦面上，通过S1射入的光束M1反射成平行光束投向平面光栅G 上，衍射后的平行光经物镜成像在S2上。

霍尔效应(北京科技大学物理实验报告)完整版

霍尔效应2019年10月8日一、实验目的学习霍尔效应原理和霍尔效应实验中的副效应及其消除方法。

学习确定半导体试样的导电类型、载流子浓度以及迁移率的方法。

二、实验仪器QS-H型霍尔效应实验组合仪，半导体（硅）样品，导线等。

三、实验原理由于洛伦兹力的作用，电荷出现横向偏转并在样品边界处累积，产生一个横向的电场E。

当载流子所受到的电场力与洛伦兹力相等时，样品两侧电荷累积达到动态平衡，此时，即（）如果N型半导体薄片的载流子浓度为n，样品薄片宽度为b，厚度为d，则有（）由（1）（2）可得（）式中，称为霍尔系数，单位若待测半导体材料只有一种载流子导电且所有载流子具有相同的漂移速度，则载流子浓度n为（）若考虑载流子的速度统计分布，能带结构等因素，需引入的系数载流子的迁移速率为（）为样品的导电率（）式中，为样品电阻率；为A、C电极间的距离（如图1所示）；为样品的横截面积；为通过样品的电流；为在零磁场下A、C间的电压。

图（1）输入输出输入图（2）四、实验步骤1、线路连接，如图2所示2、保持磁场（即励磁电流）大小不变，改变霍尔电流大小的大小，测绘霍尔电压与电流关系曲线。

取，电压测量开关选择，分别改变和换向开关方向，将测量数据填入表1中。

3、保持样品电流不变（）改变励磁电流的大小，测量霍尔电压与磁场的关系曲线。

电压测量开关选择，分别改变和换向开关方向，将测量数据填入表2中。

4、根据以上和曲线验证在磁场不太强时霍尔电压与电流和磁场的关系。

，已知。

5、根据测量电路中的电流、磁场、霍尔电压及测量数据的正负，判断导体的导电类型。

6、在零磁场（）下，取，电压表开关合向测A、C间的电压，数据计入表3中。

五、数据处理根据表1、表2数据分别做出、关系图如图1、图2所示：图1图21、由式（3）和式得已知,由图1中关系，知当时，故由图2中的关系，知当时，故根据计算得，在控制变量实验得两种控制方案中所得结果相等：2、如图（1）所示，、B的方向对应实际实验中、的方向，实验测得, A侧电位低于A`，由右手定则可判断载流子类型为N型，载流子为电子，其电荷则载流子浓度3、电导率，，，测出故4、迁移率六、分析与讨论与磁场B的方向及热流有关与磁场B的方向及热流有关1/2（+）=+，1/2（+）=-（+）测量与时，磁场B的方向未发生变化测量与时，磁场B的方向未发生变化根据表1霍尔电压与霍尔电流的关系可处理出下表（表3）对比表3与表4可知，热流受到霍尔电流的影响，且该影响并非简单的线性关系。

北京科技大学工科物理实验总结

4.9用四端法测量Fe-Cr-Al丝的电阻率（测量低值电阻）①要求画电路图并连线，连接好线后叫老师，注意电压要设定为9V，标准电阻P端为电压端，J为电流端；待测电阻测电压的线要接在铜质基座上面。

②测量直径三次，算体积或者截面面积；1、什么是误差等分配原则？各个直接测量量所对应的误差分量尽量相等，同时间接测量量对应的误差合成项又满足精度的要求。

2、四端法可以消除导线与接触电阻对测量结果的影响。

3、实验中标准电阻的作用有哪些？实验中如何选用标准电阻？（1）实验是采用的比较法测量低值电阻，即通过与标准电阻的比较得出待测电阻值。

xxnnUR RU，另外串联一个标准电阻一定程度上对电路起到限流保护作用。

(2)选用阻值与待测电阻相近的标准电阻。

4、当标准电阻R为0.1级时，其误差为多少？（在实验中实验器材里有）0.1%5.4落球法测定液体不同温度下的黏度及温度的PID调节（蓖麻油黏度随温度呈负指数变化）1、黏度的大小取决于液体的性质与温度，温度升高，黏度将迅速减小5.9光栅光谱仪装置图：P286、2891、什么是光谱仪?光谱仪是一种将复色光分解为光谱线并进行测量的光学仪器。

2、对单色仪光学系统进行分析，说明为什么出射狭缝S2处可得到单色光？复合光从狭缝进入单色仪,由第一反射镜反射到光栅上,光栅衍射后将第一级衍射光（一般用一级衍射光）射到第二反射镜后从狭缝出射得到单色光.（整个过程中通过提调节棱镜和光栅的角度可以得到不同的单色光.）5、光电倍增管使用注意事项：使用光电倍增管时，切勿使入射光太强，工作时不能打开密封罩，否则因曝光而引起的阳极电流会使管子烧坏。

6、光电倍增管的作用：完成光电转换，即将光信号转换为电信号5.10光电效应1、什么是光电效应？具有适当频率的光照射在金属表面上时，从金属表面会发射出电子。

2、什么是截止频率?有一个最小频率v0，当入射光频率低于该值时，不论光的强度如何大，都没有光电流产生，这个最小频率称为截止频率，也称红限。

北京科技大学工科物理实验第一学期复习样题

物理实验题1、游标卡尺能够用来测量什么尺寸（0-13cm）2、光电效应中什么是零电流法前提条件是什么（直接将个谱线照射下测得的电流为0时对应的电压VAK 的绝对值作为截止电压V0，前提条件是阳极反向电流、暗电流和本底电流都很小）3、测量空气比热容比时空气都经历了哪些过程（等容放热过程、绝热膨胀过程、等容吸热过程）4、测量线性电阻有的两种方法，他们的区别是什么伏安法测电阻，通常有电流表内接法和外接法。

电流表内接法：通过待测电阻的电流是测得准确的（不考虑读数误差），但测得的电压偏大（比电阻两端的电压真实值大），由R测＝U测 / I 测，知测量结果偏大。

R测＞R真。

电流表外接法：电阻两端的电压是测得准确的，但测得的电流偏大（比通过电阻的电流真实值大），由R测＝U测 / I 测，知测量结果偏小。

R测＜R真。

）5、胡克定律是什么（在弹性限度内，弹簧的弹力和弹簧的形变量(伸长或压缩值)成正比。

写作：F=k·x）6、反衬度是什么（P134 ）7、光杠杆的作用（光放大法，测长度微小变化量）8、逐差法是什么需要写个公式（利用数据重新分组进行平均处理，达到数据不丢失）9、提高电桥灵敏度方法1、提高电源电压2、用高灵敏检流计3、选择合适的倍率，使电桥第一个盘示值最接近于110、什么是视差？如何消除视差？所谓“视差”，是当眼睛在目镜端上、下微动时，看到十字丝与目标的影像相互移动的现象。

其产生的原因是目标的实象未能刚好成在十字丝平面上。

视差的存在会增大标尺读数的误差，消除的方法是再旋转物镜对光螺旋，重复对光，直到眼睛上、下微动时标尺的影像不再移动为止11、李萨如图形什么时候是正圆？（75页）答：xy频率比是1，相位差为二分之PI12、有一个分光仪的计算题，要记住那个角度计算（就是那个四分之一...Pk+-Pk-的那个）和光栅方程（97页）Φk = 1/2(1/2│Pk+-Pk-│+1/2│Pk’+-Pk’│)13、霍尔效应是如何消除副效应的？（121页）在规定了电流Ⅰs和磁场B的正、反方向后，依次改变它们的方向分别测量，取各测量值的平均值，可消除大部分副效应。

几何光学（北京科技大学物理实验报告）

北京科技大学实验预习报告几何光学实验目的：学会测量透镜焦距的几种方法；较全面地了解透镜成像的原理及相差的原因。

实验原理：A 凸透镜焦距的测量a 通过透镜成像公式求透镜的焦距以s 表示物距，s ’表示像距，f 表示透镜的焦距，成像公式为：1+1=1 那么焦距公式为：f =ss′s +s′b 由透镜两次成像的方法测凸透镜的焦距如右图所示：则对于放大像可得：f =(A −e −X )(e +X )A对于缩小像可得：f = A −X X A所以：X =A −e2f =A 2−e 24Ac 用自准法测凸透镜的焦距B 凹透镜焦距的测量a 通过透镜成像公式测凹透镜的焦距（光路图如下）b 采用自准法测量凸透镜的焦距（光路图如下）C 透镜的相差相差分为：色差、球面相差、彗形相差、象散D 几何光学仪器a 景深b 照相机c 投影仪d 望远镜e 显微镜实验内容和数据处理：A测量透镜的焦距（1）通过透镜成像公式求凸透镜的焦距。

将一凸透镜置于品字屏和白屏之间，反复移动透镜和白屏，直到得到一个清晰的实像。

实验中上图对应的位置为：所以：f=ss′s+s′=(34.15−19.15)(62.62−34.15)34.15−19.15+(62.62−34.15)=9.76cm（2）通过透镜成像公式凹透镜焦距。

在上一个实验的基础上，在凸透镜和白屏之间假如被测凸透镜，如下图所示，凸透镜位置不动，调整凹透镜和白屏的位置，直到得到一个清晰的实像，利用透镜成像公式求出凹透镜的焦距f。

实验中对应上图的位置为：2.12cm 16.60cm 31.17cm 58.31cm 66.8cm由于实验中改变了品字屏的位置，所以先要求出凸透镜所成的像：因为：1 s +1 s′=1f所以：1 (31.7−16.60)+1s′=19.76s′=30.23cm对于凹透镜而言：s=30.23−58.31−31.17=3.09cms′=66.8−58.31=8.49cm 则：f=−3.09×8.493.09−8.49=4.86cm(结果有误)（3）两次成像法测凸透镜焦距。

2016-2017 学年工科、基础物理实验II期末考试试卷-答案

北京科技大学 2016--2017学年第二学期工科、基础物理实验II 试卷（答案）院(系) 班级学号姓名实验组别注意：答案须写在考试答题卡上，并在各题目的答题区域作答，超出黑色矩形边框限定区域的答案无效。

一、计算题（5分）某一位同学用50分度游标卡尺测量圆铜环（游标卡尺仪器误差为0.02 mm ），得到的测量结果如下：铜环外径D 2：测量次数1 2 3 4 5 6 测量值（cm ） 4.150 4.1524.1484.1524.1504.148铜环内径D 1：测量次数 1 2 3 4 5 6 测量值（cm ） 2.520 2.5222.5242.5202.5222.526铜环高H ：测量次数 1 23 4 5 6 测量值（cm ） 6.2306.2246.2326.2286.2286.226求铜环体积V 和其不确定度V U 。

答案：铜环体积()()2222321 3.14164.150 2.522 6.228 cm 53.123 cm 44π=-=-⨯≈V D D H 直接测量量部分（1.5分）铜环外径的平均值及不确定度：()622,16 4.150 4.152 4.148 4.152 4.150 4.1486 cm 4.150 cm ===+++++=∑i i D D装订线内不得答题自觉遵守考试规则，诚信考试，绝不作弊20.003cm≈D U 铜环外径()222 4.1500.003 cm =±=±D D D U铜环内径的平均值及不确定度：()611,16 2.520 2.522 2.524 2.520 2.522 2.526 cm 2.522 cm===+++++=∑i i D D10.003cm≈D U 铜环内径()111 2.5220.003 cm =±=±D D D U铜环高的平均值及不确定度：()616 6.230 6.224 6.232 6.228 6.228 6.2266 cm 6.228 cm ===+++++=∑i i H H0.003cm≈H U 铜环高()6.2280.003 cm =±=±H H H U间接测量量误差传递公式推导（1.5分）铜环体积的不确定度：方法1：()2221ln ln ln ln 4π⎛⎫=+-+⎪⎝⎭V D D H==VU V0.0027=≈ 间接测量量不确定度结果表达（1分）353.1230.00270.14cm ⎛⎫==⨯= ⎪⎝⎭VV UU V V最终结果表达（1分）()353.120.14cm ±=±V V U方法2：()22212121224，， πππ∂∂∂==-=-∂∂∂V V V HD HD D D D D H==V U33.141640.14cm =≈()353.120.14cm ±=±V V U二、实验设计题（4分）设计一个实验测量不规则物体（质量约为85 g ）的密度，给出具体的实验步骤和密度计算表达式，要求设计误差小于0.5%。

安培力实验报告(北京科技大学物理实验报告)

北京科技大学实验报告实验内容及步骤（1）利用电流秤测量磁场中载流导体的受力。

（2）利用U形铁芯的两个电磁磁极产生较强的匀强磁场。

（3）调节砝码使天平达到平衡。

（4）改变励磁电流、载流线圈电流、载流线圈尺寸测量线圈所受安培力大小。

以研究安培力与磁场、载流、导线尺寸的关系。

数据测量结果：数据1（A）数据3（C）数据分析：此次实验是为了研究载流导体在磁场中的受力规律的。

实验中主要研究安培力大小与励磁电流、载流线圈电流、载流线圈尺寸的关系。

实验数据中的“-”号表示反向测量时的电流。

并且，实验中以安培力向下方向为正。

需要说明的是，实验中，我们考虑到磁场太小时即使线圈电流很大也不能使得天平有很大偏转。

所以我们先在励磁电流为3A的情况下测出不同线圈电流所受的安培力的大小；然后再在线圈电流为3A的情况下测出不同励磁电流（及磁场强度）情况下的安培力大小。

这里其实也使用到了控制变量法的基本原理。

用各组数据的前一半数据可画出如下四张图形：从四张图中可以清楚看到，当磁场、线圈尺寸、线圈匝数不变时，安培力和线圈电流成正比例关系，即：F∝I。

为了方便分析，可以把数据都放到一个图中（如下）：我们先分析一下A,B,C三组。

这三组数据的共同点是线圈匝数相同，所以说，在磁场中线圈长度越长，安培力随电流的变化速率越快。

那么两者的定量关系又如何呢？我们可以看到，线圈长度关系为：L(C)=2L(B)=4L(A)。

而三者对应的安培力是什么关系呢？我们可以从下图中看出，变化率也是两倍关系。

即：F∝LC，D两组相比，我们知道：线圈匝数越多，变化率越大。

由公式可知，D的变化率是C的变化率的两倍。

为了更清楚看出此关系，我们可以画出两者的变化关系（如下）。

这样，我们就能看出两者的变化率几乎是两倍的关系。

因而，可以推断安培力F∝n（匝数）。

综上所述，安培力正比于线圈匝数，线圈中的电流和线圈在磁场中的长度，也就是说F∝nIL。

下面我们来讨论一下线圈电流不变的情况下上述结论是否成立，同时研究一下安培力与磁感应强度的关系。

电子束的偏转与聚焦(北京科技大学物理实验报告)

显然，三个数据几乎是在一条直线上，所以磁偏灵敏度是和阳极电压成线性的。并且随着阳极电压的增大磁偏灵敏度减小。阳极电压增大导致电子速度的增大，电子就越不容易被偏转。
当Uz不变时，Dm随着偏转电流I的增大而增大；当I不变时，Dm随着Uz的变大而减小，如图：（取I为100mA为基点）
C 电聚焦的观测
由于聚焦是一种直观的感受，所以何时真正地聚焦了就属于自己的感觉了。由图9可以看出，各个数据之间的相关程度R2=0.9812，相关性较低。但它们仍然是线性相关的。随着阳极电压的增大，聚焦电压随之增大。
然后我分析了一下不同阳极电压下偏转电压随偏转量变化快慢。显然，斜率即电偏转灵敏度，分别为：0.105,0.0915，0.082, 0.0753, 斜率是随着阳极电压的增大而减小的。为了清晰明了，我把两者的关系用图表示出来
上图说明阳极电压与图1,2,3,5的电偏转灵敏度之间几乎是成线性变化的。
阳极电压的增大导致了初速度的增加，而初速度越大偏转就越难，因而偏转灵敏度越小。
偏转量/cm
0.5
1
1.5
2
2.5
偏转电压/V
6.51
12.61
18.76
24.88
30.87
阳极电压1000V
偏转量/cm
0.5
1
1.5
2
2.5
偏转电压/V
6.74
13.41
20.08
26.66
30.04
B 磁偏转的观测数据
阳极电压800V
偏转量/cm
0.5
1
1.5
2
2.5
磁偏电流I+/mA
17.2
实验的总体构成很简单，我们两个的合作也很顺利。
A 磁偏转的测量数据如下

北京科技大学工科物理实验总结

2、四端法可以消除导线与接触电阻对测量结果的影响。

3、实验中标准电阻的作用有哪些？实验中如何选用标准电阻？（1）实验是采用的比较法测量低值电阻，即通过与标准电阻的比较得出待测电阻值。

xxnnUR RU，另外串联一个标准电阻一定程度上对电路起到限流保护作用。

(2)选用阻值与待测电阻相近的标准电阻。

2、什么是截止频率?有一个最小频率v0，当入射光频率低于该值时，不论光的强度如何大，都没有光电流产生，这个最小频率称为截止频率，也称红限。

光电效应(北京科技大学物理实验报告)

北京科技大学实验报告光电效应实验目的：(1)了解光电效应的规律，加深对光的量子性的理解(2)测量普朗克常量h。

实验仪器：ZKY-GD-4光电效应实验仪1微电流放大器2光电管工作电源3光电管4滤色片5汞灯实验原理：原理图如右图所示：入射光照射到光电管阴极K上，产生的光电子在电场的作用下向阳极A迁移形成光电流。

改变外加电压V AK，测量出光电流I的大小，即可得出光电管得伏安特性曲线。

1）对于某一频率，光电效应I-V AK关系如图所示。

从图中可见，对于一定频率，有一电压V0，当V AK≤V0时，电流为0，这个电压V0叫做截止电压。

2)当V AK≥V0后，电流I迅速增大，然后趋于饱和，饱和光电流IM的大小与入射光的强度成正比。

3）对于不同频率的光来说，其截止频率的数值不同，如右图：4)对于截止频率V0与频率的关系图如下所示。

V0与成正比关系。

当入射光的频率低于某极限值时，不论发光强度如何大、照射时间如何长，都没有光电流产生。

5）光电流效应是瞬时效应。

即使光电流的发光强度非常微弱，只要频率大于，在开始照射后立即就要光电子产生，所经过的时间之多为10-9s的数量级。

实验内容及测量：1将4mm的光阑及365nm的滤光片祖昂在光电管暗箱光输入口上，打开汞灯遮光盖。

从低到高调节电压（绝对值减小），观察电流值的变化，寻找电流为零时对应的V AK值，以其绝对值作为该波长对应的值，测量数据如下：波长/nm365404.7435.8546.1577频率/8.2147.408 6.897 5.49 5.196截止电压/V 1.679 1.335 1.1070.5570.434频率和截止电压的变化关系如图所示：由图可知：直线的方程是:y=0.4098x-1.6988所以:h/e=0.4098×,当y=0，即时，，即该金属的截止频率为。

也就是说，如果入射光如果频率低于上值时，不管光强多大也不能产生光电流；频率高于上值，就可以产生光电流。

北京科技大学工科物理实验下

全息照相5.5 1、画出全息照相光路图P140图5.5-32、全息照相的影响因素a、系统的稳定性及实验环境是否符合要求b、参考光与物光的光程差c、参考光与物光的夹角30-50为宜d、参考光与物光的光强比3:1-5:1为宜e、底片的安放f、曝光与显影时间的控制显影1-2分颜色变,定影2-4分,水洗2-3分3、全息照相和普通照相的区别P138普通照相是用几何光写的方法记录物体上各点的发光强度分布,得到的是二维平面像,像上各点的照度与物体上各点的发光强度一一对应;而全息照相的记录对象是整个物体发出的光波,借助于参考光用干涉的方法记录这个物光波的振幅和位相分布,即记录下物光波与参考光波相干后的全部信息;4、全息照相与普通照相的本质区别答：全息照相和常规照相之不同在于,常规照相只是记录了被摄物体表面光线强弱的变化,即只记录了光的振幅；而全息照相则记录了光波的全部信息,除振幅外,还记录了光波的相位;这样就把空间物体光波场的全部信息都贮存记录了下来;然后利用全息照片对特定波长单色照明光的衍射,把原空间景象显现出来;5、全息照相实验失败率很高,怎样改进调节物光束与参考光束由分光板至感光板的光程大致相等,用透镜将物光束扩展到整个被摄物都受到均匀的光照,物光束与参考光束的夹角应为30到50度,调整参考光束与物光束的光强比,关闭室内照明灯减少其他光的干扰,控制曝光时间;6、做全息照相时,能否用一张底片记录两个物体的像7、全息照相中物象光和参考光的夹角小于多少度照在感光板上的物光束和参考光束的夹角在30°~40°为宜8、全息照相的特点8、全息照相原理9、全息照相利用光的干涉,将物体的振幅和相位特性以干涉条纹形式表现出来;10、影响全息照相成败的条件11、扩光束的作用是什么分光束分得的光,光强较大的是物光还是参考光,为什么12、全息扩光镜的作用两个分别写13、全息照相中的感光片是否有正反面有正反面,有感光乳胶的面为正面;传感器7.71、传感器的定义传感器是一种能把特定的被测量信息包括物理量、化学量、生物学量等按一定规律转换成某种可用信号输出的器件或装置;2、传感器通常由哪两部分组成各部分的作用是什么传感器通常由敏感元件和传感元件组成;敏感元件直接感受被测非电量,并按一定规律将被测量转换成其他量一般仍为非电量;传感元件又称变换器,它将敏感元件输出的非电量直接转换成所需信号一般为电参量;组成图见P231 图7.7-13、在7.7节的的实验中,为什么需要分段处理实验数据涡流传感器实验5、力学量和热学量传感器①用到的温度传感器有哪3种热电偶,PN结,热敏电阻类似题：温度传感器有哪几种热电偶,PN结,热敏电阻热电偶传感器是利用导体的热电效应工作的;PN结温度传感器是利用PN结的伏安特性与温度之间的关系制成的集成温度传感器;热敏电阻是利用半导体材料的电阻率随温度变化的性质制成的温度敏感元件②试验中的热敏电阻属于哪一种传感器负温度传感器温度变化时热敏电阻的阻值变化,使得变换电路的输出电压发生变化,测量电压的变化从而获得温度;6、传感器灵敏度的定义及每个物理量的含义见P233 公式7.7-17、涡流传感器可以测的力学量振幅、位移、质量、转速8、传感器实验中三个金属片哪个在测量时出现了零值区,为什么铁片,因为金属片的磁导率和电导率越大,线圈和金属片的间距越小,涡流的反作用越强,输出电压越低,甚至输出为零,所以铁片有零值区出现;9、涡流传感器的实验原理由于电流的周期性变化,产生交变磁场H1,金属片靠近时产生磁场H2,电感线圈的等效阻抗发生变化,当各参数、系数保持不变时,阻抗Z只与线圈和金属片的距离X有关10、在涡流传感器实验三种金属片中哪个有空隙区间,为什么14、简述传感器的线性度见P233页公式7.7-2 和图7.7-415、传感器的标定建立其输出量与输入量之间的关系,利用已知的基准或标准器产生已知标准量代替输入,得到输入输出关系和性能参数受迫振动5.11、画出受迫振动的幅频相频曲线见113页5.1-1 , 5.1-2.2、受迫振动实验中驱动力与摆轮为什么差90°相位角当驱动力频率与振动物体固有频率相同时,受迫振动速度幅最大,产生速度共振,此时物体振动位移比驱动力滞后90度;3、受迫振动如何判断达到共振状态P112 书上有一部分实验中,1驱动力频率与系统频率趋向一致时；2振幅达到最大值；3相差φ=90°,即可判断受迫振动达到共振状态;4、受迫振动是动力矩和阻尼力矩分别由什么装置提供21.受迫振动是动力矩和阻尼力矩分别由什么装置提供蜗卷弹簧；电动机;在蜗卷弹簧为受迫振动提供动力矩,在弹簧弹性作用下,摆轮可绕轴自由往复摆动；电动机为受迫振动提供阻尼力矩,当摆轮下部机架线圈中通过直流电流后,由于电磁感应原理,摆轮会受到一个阻尼力矩的作用;5、受迫振动的研究,阻尼系数是否应始终不变测阻尼系数实验,应手动将摆轮拨动多少度是;在受迫振动的研究实验过程中,“阻尼选择”不能任意改变; 140°~1507、受迫振动系统受力和施力源;8、受迫振动实验中,系统受到的外力有哪些驱动力、阻尼力、回复力9、怎样理解阻尼振动实验中的自由振动PN结5.31、什么是禁带宽度禁带宽度是指一个能带宽度;固体中电子的能量是不可以连续取值的,而是一些不连续的能带;要导电就要有自由电子存在;自由电子存在的能带称为导带;被束缚的电子要成为自由电子,就必须获得足够能量从而跃迁到导带,这个能量的最小值就是禁带宽度;禁带非常窄就成为金属了,反之则成为绝缘体;半导体的反向耐压,正向压降都和禁带宽度有关;2、PN结测温原理3、PN结实验一般有哪些注意事项4、PN结的正向压降与什么因素有关温度5、PN结测V－T曲线时If能否变化,为什么6、PN结Vf和If的那个公式;P125页哪个公式5.3-17、PN结实验——硅、锗的适用温度最好控制在硅管120℃,锗管45℃左右P1278、PN结中P代表什么N代表什么P是phosphorus 磷,泛指三价元素N是氮nitrogen,泛指五价元素11、怎样测量波尔兹曼常数测定玻尔兹曼常数的简要步骤画VF-LNIF图,拟合曲线求斜率K1,K1=KT/Q,K就是波尔兹曼常数了13、禁带宽度的定义并写出Ge的温度测量范围定义见第一题,温度测量范围45℃14、Si和Ge的禁带宽度分别是多少,冰水对他们有没有影响,为什么硅：1.21ev 锗：0.78ev15、硅管和锗管电压随温度变化是否相同,为什么直流溅射法制备金属薄膜1、本学期测金属薄膜的实验中的方法能否测所有厚度的薄膜说明理由;不能;膜太厚的话,将不能分辨出左右有膜和无膜处到底相差几个二分之一波长;厚膜需要换一种方法：将空气劈尖转90°就能观测了.2、溅射完成后步骤关闭针阀,关机,放气,打开取样;3、测金属薄膜电阻率,写出电阻率的计算公式,说说什么是尺寸效应,为什么要正负电压测两遍取平均P217页公式7.4-2 P216页减小误差4、简述直流溅射法制备金属薄膜的原理荷能粒子轰击固体表面,使固体表面的原子从表面射出,它们沉积到衬底上形成了薄膜;5、为什么要用四探针法测金属薄膜的电阻率P2176、直流溅射制备金属薄膜,为什么不用便宜的铁而选用银银不容易被氧化,并且银原子量较大金银的原子量大,性质稳定;7、测量金属薄膜厚度实验中采取了哪些措施想减少实验误差画出实验光路图P20页图7.2-38、直流溅射法制备金属薄膜实验结束后关机顺序是什么,如果顺序错误哪部分会受损,原因是什么9、薄膜溅射法：①真空度的单位Pa,mmHg②靶材和玻璃片哪个是阴极那个是阳极前者阴,后者阳11、简述银薄膜的制备方法13、在分振幅法测薄膜厚度实验中,为什么用半透膜板而不用普通玻璃板17、干涉的种类P21018、干涉法测条纹间距太密应如何调整减小或者增大厚度h,原因是等倾干涉条纹疏密程度跟反射干涉的平行平板厚度有关;20、在7.4测量薄膜电阻率中,计算式PF=π/ln2V/Id,那么电阻率是否与膜厚成正比,为什么不能,P218页21、镀膜实验为什么通入氩气作用；通过哪些条件控制薄膜电阻率氩气是惰性气体,经过阴极发射的电子轰击后电离出用于轰击出阴极靶材原子的离子;24、什么是分振幅法当一束光投射到两种透明媒质的分界面上,光能一部分反射,另一部分折射;这方法叫做分振幅法;百度百科25、四探针法电路图P217页图7.4-326、膜厚的测量方法27、膜厚测量公式及物理量含义P208页下方30、真空度的定义,实验中怎样获得真空,真空度大概为多少31、测电导率的时候为什么电流不能过大P218页32、镀膜室的真空度随抽气时间的关系是怎样的33、金属镀膜中电压值是多大在镀膜中的作用V=1000V,在接近真空的条件下,高电压使氩气进行“辉光放电”,氩原子电离成氩离子,并在电场力的作用下,加速轰击靶材,靶材原子则会被溅射出来而沉积到玻璃衬底上;34、测量金薄膜中半透膜哪一面向上为什么不镀铝薄膜的一面向上;A光在下玻璃板进行反射,B光在半透膜下表面进行反射,两光形成干涉条纹反映了劈尖的厚度;棱镜分光仪、光的干涉1、最小偏向角与波长的关系波长越大,最小偏向角越大2、最小偏向角指的是什么怎样测量最小顶角A 画出折射图P100、101页图P102页4.11-43、折射率与波长关系,最小偏向角与波长关系6、分光仪的组成部分P91页实验4.107、牛顿环实验出现条纹的原理;8、三棱镜的光路图P102页图4.11-311、如何调节仪器使其主光轴与仪器主轴平行自准法13、望远镜调法自准法14、简述一下牛顿环是怎么形成的F-H实验5.61、弗兰克-赫兹实验中曲线的第一个峰值点为何与第一激发电位有偏差因为P145页公式5.6-3,热阴极与栅极存在接触电位差Vc3、F-H实验中,是不是每一次谷点的IA都等于零,为什么不是,因为此后的激发电位不同,不同的激发电位Ia不一样;4、F-h弗兰克赫兹实验得到曲线为什么是A而不是B有一幅图5、FH实验的原理图和电位图P144页5.6-1 5.6-2操作1、受迫振动测振幅2、据说,操作题不考全系照相3、据说,K组做牛顿环实验4、弗朗克赫兹实验A组的,...画两个峰值的就行了5、分别测振幅为30、50、70时的频率,要求写出步骤多余步骤扣分;6、7.4实验非牛顿环部分,听说和咱们实验时做的不一样,就是让测量是个条纹的间距,都是测距离,还算好做;7、分光仪实验我们没有做,是别的同学做的8、棱镜分光仪测顶角A或者测最小偏向角;9、PN结特性只测玻尔兹曼常数kPN结中的测k值;六个数据带坐标纸、计算器ok～10、F-H实验内容比较简单测量第一峰值的电压与电流Vc的数值FH还要看一下电位分布图,原理图旁边的那个图11、受迫振动测阻尼系数12、弗兰克赫兹测三个峰值求V0 要画图记得两个图都要画;;一个是弯来弯去的那个图还有一个是直线图13、涡流传感器测铁片,要写那个阻抗的实验原理14、测量棱镜的顶角：最好记下自己以前的数据,有点难找叉丝棱镜分光仪测最小偏向角,调好叉丝是要给老师看的；然后测最小偏向角,计算15、涡流传感器的实验,写实验原理和步骤,还需要测量数据和画图以及计算16、牛顿环实验,测平凸透镜的曲率半径17、测量阻尼2,位相差位80度时的振幅18、操作题挺简单的,光的干涉前八个人做的是空气劈尖,劈尖上有一条细线,测这条细线到第二十条条纹的距离后八个人做的是测第十二个牛顿环的半径操作题都要求写步骤,注意事项,计算过程19、自由振动,要求在阻尼1的条件下测阻尼系数贝塔,要实验过程,要画图,要计算,还有结果20、牛顿环测量要求实验步骤,公式老师会给,但要自己记住钠黄光的波长,带计算器21、实验7.7力学量和热学量传感器22、受迫振动,在阻尼2的条件下测量当相位差为110°时的振幅23、测出相位差为110度正负5度时候的振幅24、操作实验是用棱镜分光仪测最小偏向角;自带眼镜布把棱镜擦干净就很简单了;2、F-H实验内容比较简单测量第一峰值的电压与电流Vc的数值。

实验4.2 弹簧振子运动规律的实验研究-2015

北京科技大学物理系
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
(1)
比例系数K就是弹簧的倔强系数，它与材料的性质及形状有关。
2.弹簧振子运动规律和能量变化规律研究实验
选取一根弹簧和适当砝码质量，用高速摄像机拍摄弹簧振子振动过程。
北京科技大学物理系
弹簧振子运动规律研究实验装置示意图
3.弹簧振子振动周期与弹簧劲度系数和振子质量关系实验
北京科技大学物理系
[实验仪器]
秒表，钩码（20g）（1个），砝码（每个 20g）（5个），支架和镜尺，劲度系数不同的弹簧（4个），高速摄像机等。
北京科技大学物理系
[实验原理]
1.测量弹簧劲度系数k
胡克定律：在弹性限度内，弹簧的伸长x与所受
的拉力F成正比，即
F Kx
北京科技大学物理系
（1）观察振动振幅对振动周期的影响：选取一根弹簧和适当砝码质量，测量不同振幅下弹簧振子振动50个周期的时间，观察振动振幅对振动周期的影响。（2）测量不同质量砝码挂在同一弹簧下时的振动周期：为了寻求周期T和质量m及劲度系数k之间的关系，可以先固定k不变，找出周期与m之间的关系，然后再固定m不变，找出周期与k之间的关系。
北京科技大学物理系实验42弹簧振子运动规律的实验研究北京科技大学物理系引言物体运动时如果离开平衡位置的位移或角位移按余弦或正弦的规律随时间变化这种运动称为简谐振动
实验4.2 弹簧振子运动规律的实验研究
北京科技大学物理系
[引言]
物体运动时，如果离开平衡位置的位移(或角位移)按余弦(或正弦)的规律随时间变化，这种运动称为简谐振动。简谐振动是最简单最基本的振动，任何复杂的振动都可以分解为一些简谐振动的叠加。