大学物理实验--光的力学效应系列实验
光电效应测量普朗克常量实验报告
光电效应测量普朗克常量实验报告引言：光电效应是20世纪初物理学上的一大发现，这一现象被广泛应用于工业和科学研究中。
实验的目的是通过实验测量普朗克常量（h）。
普朗克常量是量子力学中最重要的常量之一，它是描述微观物理现象的基础。
实验原理：光电效应是指当金属表面受到光的照射时，金属表面上的自由电子可以被激发出来。
这种现象可以用经典物理学和量子力学来解释。
根据经典物理学，当光照射一个金属表面时，光子（光的波动粒子性质）会“撞击”金属表面上的电子，给它们提供一定的能量，如果这些电子获得的能量大于金属的解离能，那么它们就可以脱离金属表面成为自由电子。
而从量子力学的角度看，光子具有一定的能量和波长，对于金属来说，只有能量大于它的等效电离能才能将电子脱离金属表面，且脱离电子的动能与光子的能量差相等。
根据这两种解释，在光照射下，从金属表面脱离的电子数随着入射光的强度和频率而改变。
在实验中，可以通过改变光的频率来控制金属表面上脱离的电子数，进而测量普朗克常量。
另外，测量光电子的动能也是实验的重要指标之一。
实验器材：实验器材主要包括：汞灯、透镜、绿色滤波片（546 nm）和金属片。
在实验的过程中，我们需要依次将汞灯、透镜和绿色滤波片固定在一起，形成一个光源，将金属片放在光源前方，这样当光照射在金属片上时，就可以观察到光电子的逸出现象。
并使用一个数据采集器来测量电压和电流的变化，并通过计算来推导出普朗克常量。
实验步骤：1.首先将汞灯、透镜和绿色滤波片按照实验要求固定在一起，形成一个光源，在不同的电压下调整汞灯的强度，保证光线对金属片的照射强度在合适的范围内。
2.将金属片放置在光源前方，调整金属片的位置，使得光照射在金属片的表面上。
在不同的电压下，记录金属片释放出的光电子电流的变化情况。
3.保持光源的强度和金属片的位置不变，更换不同颜色的滤波片（即不同的波长），测量在不同波长下金属片释放出的光电子电流的变化情况。
4.通过分析实验数据，计算出光子的能量和波长，并推导出普朗克常量的数值。
光的自旋角动量产生的力学效应
光的自旋角动量产生的力学效应李银妹中国科学技术大学物理系1.引言：光具能量和动量，光的动量包括线性动量和角动量[1]。
携带有角动量的光束与物体相互作用，就可能有角动量的交换，这时物体就受到一个力矩的作用，只要这力矩大于作用在物体上的其它阻力矩，就会使物体产生旋转运动。
光的角动量包括轨道角动量和自旋角动量。
光的轨道角动量与光场的特定空间分布相联系，自旋角动量则取决于光束的偏振状态。
光束的偏振状态不同，光子的平均自旋角动量就不同。
也就是说，光束携带的自旋角动量的大小和方向取决于光束的偏振状态。
光束的偏振态发生了改变，意味着它所携带的自旋角动量有了变化。
一束携带有自旋角动量的光束与物体相互作用，光束的偏振态可能发生变化，相应的角动量也就发生了变化，根据角动量守恒定律，物体的角动量也要同时发生变化，这将导致有一个力矩作用在物体上，使它发生旋转。
这种基于自旋角动量的交换或传递实现的光致旋转，既与入射光的偏振状态有关，也与物体微粒的光学性质有关。
光致旋转是实现微机械马达的有效手段，光致微机械马达可以避免电磁驱动机械马达的操控空间小、附加零件多等缺点，可发展成为新的马达运动的驱动源。
光致旋转可实现微粒的转动操作，特别是双折射晶体微粒在线偏振光束下的定位现象，加强了对粒子转动的可控性，可能会在生物学领域为寻找特异受体结合位点提供方便。
实现光致旋转的方法已发展有很多，初步展示了光致旋转在微纳科技领域的应用前景。
本实验通过改变入射光的偏振性质来改变它携带的自旋角动量，研究光与双折射晶体粒子相互作用产生的光致旋转效应，观察和测量由自旋角动量引起的扭转力矩的大小，方向以及粒子的旋转速度等力学效应。
使学生对光携带角动量的基本属性和光致旋转现象直观的了解和认识。
2．实验目的1 了解光的自旋角动量产生光致旋转现象的原理2 对光致旋转现象有一直观认识3 掌握光镊的具体调节方法3．实验预备知识1 有力学、光学、量子力学基础2 着重复习五种偏振态的特点及波片的作用3 了解光的自旋角动量及其特点4．实验原理4．1自旋角动量的传递与扭力矩按光的量子理论，光是由光子组成的。
大学物理实验报告
实验五、光电效应测普朗克常量普朗克常量是量子力学当中的一个基本常量，它首先由普朗克在研究黑体辐射问题时提出,其值约为s J h ⋅⨯=-3410626069.6，它可以用光电效应法简单而又较准确地求出。
光电效应是这样一种实验现象，当光照射到金属上时，可能激发出金属中的电子。
激发方式主要表现为以下几个特点：1、光电流与光强成正比2、光电效应存在一个阈值频率（或称截止频率），当入射光的频率低于某一阈值频率时，不论光的强度如何，都没有光电子产生3、光电子的动能与光强无关，与入射光的频率成正比4、光电效应是瞬时效应，一经光线照射，立刻产生光电子（延迟时间不超过910-秒），停止光照，即无光电子产生。
传统的电磁理论无法对这些现象对做出解释。
1905年，爱因斯坦借鉴了普朗克在黑体辐射研究中提出的辐射能量不连续观点，并应用于光辐射，提出了“光量子”概念，建立了光电效应的爱因斯坦方程，从而成功地解释了光电效应的各项基本规律，使人们对光的本性认识有了一个飞跃。
1916年密立根用实验验证了爱因斯坦的上述理论，并精确测量了普朗克常数，证实了爱因斯坦方程。
因光电效应等方面的杰出贡献，爱因斯坦与密立根分别于1921年和1923年获得了诺贝尔奖。
实验目的1、 通过实验理解爱因斯坦的光电子理论，了解光电效应的基本规律；2、 掌握用光电管进行光电效应研究的方法；3、 学习对光电管伏安特性曲线的处理方法、并以测定普朗克常数。
实验仪器GD-3型光电效应实验仪（GD Ⅳ型光电效应实验仪）图1 光电效应实验仪实验原理1、 光电效应理论：爱因斯坦认为光在传播时其能量是量子化的，其能量的量子称为光子，每个光子的能量正比于其频率，比例系数为普朗克常量，在与金属中的电子相互作用时，只表现为单个光子：h εν= (1)212h mv W ν=+ (2) 上式称为光电效应的爱因斯坦方程，其中的W 为金属对逃逸电子的束缚作用所作的功，对特定种类的金属来说，是常数。
基础物理实验-光电效应法测定普朗克常数
基础物理实验-光电效应法测定普朗克常数
光电效应法测定普朗克常数是一项基础物理实验，是通过研究光电效应来测定普朗克常数（符号为h）的一种方式。
普朗克常数是物理定律中一个重要的常数，它影响到热力学、光学等物理现象。
其值与许多量子现象有关，因此普朗克常数的准确的测定具有很重要的意义。
光电效应法测定普朗克常数有两种方法：第一种是爱因斯坦-ヒル方法，第二种是思廉斯-威尔逊方法。
爱因斯坦-ヒル方法主要是测定半导体中发生光电效应时，所放射或吸收光子与电子电荷之间的关系。
思廉斯-威尔逊方法是研究普朗克常数在发生激光光电效应中及电子电荷与激光能量所关联的关系。
爱因斯坦-ヒル方法测定普朗克常数的具体实验操作是：测量铋基半导体片材，将研磨涂硅好的片材压入Si的夹头，然后将夹头底座接入电路中，成为一个封闭的系统；然后将强光源聚焦于夹头和片材之间，激发半导体材料，使它发射出电子，接着将其能谱绘制出来；最后根据电荷量分子和光子能量的关系求得普朗克常数的值。
思廉斯-威尔逊方法的实验过程是：首先构造一个电路，电路中要有激光源、金属晶体和放大器等元件；然后将一定能量的光束输出，激发金属晶体，使它产生电离；接着通过放大器将电离电荷数目设定为有限数量，最后通过积分器计算积分，得到普朗克常数的大小。
有了以上两个方法，人们便可以精确测定普朗克常数，并利用该方法进行其他实验中也会经常用到该常数的计算。
由此可见光电效应法测定普朗克常数的重要性。
通过本次实验学习，可以充分体现出基础物理实验中的实用性，使我们能够仔细学习其核心内容，深入理解并巩固学习结果。
法拉第效应实验报告
法拉第效应实验报告法拉第效应【摘要】实验利⽤励磁电流产⽣磁场，⾸先测量磁场和励磁电流之间的关系，利⽤磁场和励磁电流之间的线性关系，⽤电流表征磁场的⼤⼩，⽤消光的⽅法测定ZF6样品的旋光⾓和磁场的关系，⽤倍频法测量MR3样品的旋光⾓和磁场的关系。
最后让偏振光分别两次通过MR3样品和糖⽔，区分⾃然旋光和法拉第旋光，验证法拉第旋光的⾮互易性。
关键词：法拉第旋光、旋光⾓、倍频法、消光法。
引⾔法拉第效应1845年由法拉第发现。
法拉第效应可⽤于混合碳⽔化合物成分分析和分⼦结构研究。
近年来在激光技术中这⼀效应被利⽤来制作光隔离器和红外调制器。
由于法拉第效应的其他性质，他还有其他更多的应⽤。
法拉第效应可⽤来分析碳氢化合物，因每种碳氢化合物有各⾃的磁致旋光特性；在光谱研究中，可借以得到关于激发能级的有关知识；在激光技术中可⽤来隔离反射光，也可作为调制光波的⼿段。
法拉第旋光在强磁场下具有⾮互易性，这种⾮互易的本质在微波和光的通信中是很重要的。
许多微波、光的隔离器、环⾏器、开关就是⽤旋转⾓⼤的磁性材料制作的。
原理当线偏振光穿过介质时，若在介质中加⼀平⾏于光的传播⽅向的磁场，则光的振动⾯将发⽣旋转，这种磁致旋光现象是1845年由法拉第⾸先发现的，故称为法拉第效应。
振动⾯转过的⾓度称为法拉第效应旋光⾓。
实验发现θ＝VBL （1）其中θ为法拉第效应旋光⾓；L为介质的厚度；B为平⾏与光传播⽅向的磁感强度分量；V称为费尔德(Verdet)常数。
⼀般约定，当光的旋转⽅向与产⽣磁场的电流的⽅向⼀致时，称法拉第旋转是左旋，v>0;反之则叫右旋,v<0。
法拉第效应与⾃然旋光不⼀样，不具备⼀般的光学过程可逆，对于给定的物质，旋转的⽅向只由磁场的⽅向决定，和光的传播⽅向⽆关，这叫做法拉第效应的“旋光⾮互易性”。
1.法拉第效应的原理⼀束平⾏于磁场⽅向传播的平⾯偏振光（表⽰电场强度⽮量），可以看着是两束等幅的左旋和右旋圆偏振光的叠加，不加外磁场时，他们通过距离为的介质后，由于介质对他们具有相同的折射率和传播速度，所以他们产⽣的相位移相同，不发⽣偏转；当有外磁场时，由于磁场使物质的光学性质改变，这两束光具有不同的折射率和传播速度，产⽣不同的相位移：（2）（3）其中和分别为左旋和右旋圆偏振光的相位；和分别为左旋和右旋圆偏振光在介质中的折射率；为真空中的波长。
大学物理_物理光学(二)
大学物理_物理光学（二）引言概述:物理光学是大学物理课程中的一门重要分支，研究光的传播、干涉、衍射、偏振等现象，深入探讨光的波动性质。
本文将从五个大点出发，分别阐述物理光学的相关理论和实践应用。
1. 光的干涉现象:- 介绍光的干涉现象，包括两束光的干涉、干涉条纹的形成等。
- 讨论干涉的条件和原理，如杨氏双缝实验、牛顿环实验等。
- 解析干涉的应用，例如干涉仪的工作原理和干涉测量技术。
2. 光的衍射现象:- 解释光的衍射现象，包括单缝衍射、双缝衍射等。
- 探讨衍射的内容和原理，如惠更斯-菲涅尔原理等。
- 探索衍射的应用，例如衍射光栅的工作原理和衍射光谱仪的使用方法等。
3. 光和波的偏振:- 介绍光和波的偏振现象，以及光的偏振方式。
- 阐述偏振光的性质和产生机制，如马吕斯定律等。
- 探讨偏振光的应用，例如偏振片的使用和偏光显微镜的工作原理等。
4. 光的相干性和激光:- 讲解光的相干性，如相干长度和相干时间等概念。
- 探讨激光，包括激光的产生原理和特性，如激光的单色性和定向性等。
- 分析激光的应用，例如激光器的工作原理和激光在通信和医学领域的应用等。
5. 光的散射和色散:- 介绍光的散射现象，如瑞利散射和弗伦耳散射等。
- 阐述色散现象，包括光的色散和物质的色散。
- 探讨散射和色散的应用，例如大气散射对天空颜色的影响和光谱分析等。
总结:物理光学是探究光波动性质的重要学科，它涉及光的干涉、衍射、偏振、相干性、激光、散射和色散等多个方面。
本文通过概述以上五个大点，详细介绍了物理光学的相关理论和实践应用，希望能够对读者对物理光学理解有所助益。
大学物理ppt课件
在静电场中，电势是一个相对量，它的大小与参考点的选择有关。在同一个静电场中，不 同位置的电势不同，但任意两点间的电势差是一定的。
磁场与电流
01 02 03
磁场
磁场是由磁体或电流所产生的物理场，可以用磁感应强度 和磁场强度来描述。磁感应强度是矢量，其方向与小磁针 静止时北极所指的方向相同，其大小可以用磁通密度来衡 量。磁场强度也是一个矢量，其方向与磁感应强度的方向 垂直。
几何光学的历史
几何光学的发展可以追溯到古代，当 时人们已经开始利用光的直线传播和 反射性质。
光速与相对论
光速的定义
光速是光在真空中传播的速度，约为每秒299,792,458米。
光速的测量
光速的测量可以追溯到17世纪，当时科学家们开始尝试测量光速 。
光速与相对论的关系
相对论是由爱因斯坦提出的，它解释了光速在不同介质中的变化以 及光速对时间的影响。
大学物理ppt课件
目录
CONTENTS
• 力学部分 • 电磁学部分 • 光学部分 • 量子物理部分 • 实验物理部分
01
力学部分
牛顿运动定律
牛顿第一定律
物体总保持匀速直线运动或静止状态，除非作用在它 上面的力迫使它改变这种状态。
牛顿第二定律
物体的加速度与作用力成正比，与物体质量成反比。
牛顿第三定律
经典实验重现及解析
经典实验选择
选择一些经典的物理实验进行重现及解析， 例如牛顿第二定律、胡克定律等，需要了解 这些实验的背景和意义。
实验装置与操作
根据选择的经典实验，准备相应的实验装置和器材 ，掌握实验操作流程和数据采集方法。
结果分析与讨论
对实验结果进行分析和讨论，理解实验原理 和结论，并与理论进行比较和验证。
大学物理实验：光电效应
当高能光子（高频率光）照射在物质上时 ，物质可以吸收一个光子并释放一个正离 子和多个电子的现象。
光电效应的应用
光电倍增管
利用光电效应原理制成的器件， 可以将微弱的光信号转换成电信 号，广泛应用于高能物理、天文
学和医学等领域。
太阳能电池
利用光电效应将太阳能转换成电能， 是太阳能利用的重要方式之一。
光电器件
THANKS
感谢观看
为了更好地研究光电效应的规律，可 以尝试改变光源的波长、光强等条件， 观察其对光电效应的影响。
07
参考文献
参考文献
光电效应实验原理
详细介绍了光电效应的基本原理，包括光子、电子、 能量转换等概念。
实验操作步骤
提供了实验的具体操作步骤，包括实验设备、实验操 作流程、数据记录等。
实验数据处理
介绍了如何处理实验数据，包括数据整理、图表绘制、 误差分析等。
普朗克效应
里德堡效应
当光照射在物质上时，物质吸收光的能量 并释放电子，电子的能量与光的频率有关 ，与光的强度无关。
Hale Waihona Puke 当高能光子（高频率光）照射在物质上时 ，物质可以吸收一个光子并释放多个电子 的现象。
光电子发射
光离子化
当光照射在物质上时，物质吸收光的能量 并释放电子，电子的能量与光的频率和物 质的功函数有关。
2
光电效应的应用广泛，如太阳能电池、光电倍增 管等。
3
光电效应的发现和研究对现代物理学的发展产生 了深远的影响。
02
实验原理
光电效应概念
光电效应
当光照射在物质上时，物质可以 吸收光的能量并释放电子的现象 。
光电效应的发现
19世纪末，德国物理学家赫兹和 勒纳德在实验中发现了光电效应 。
密立根经典实验总结
摘要：重温密里根经典实验，深入理解大师所用的基本实验方法，借鉴学习密里根采用宏观力学模式揭示微观离子的量子本性的物理构想,精湛的实验设计和严谨的科学作风，从而更好地提高我们的素质和能力。
关键词：密里根光电效应普朗克常量基本电荷光电效应实验油滴实验实验设计构思方法创新引言：美国物理学家密里根首先设计并完成的光电效应实验和密里根油滴实验，在近代物理发展史上被认为是物理实验学上的一个光辉典范，密里根以巧妙的实验精湛的技术，无可辩驳的实验证实了普朗克常量和任何带电体所带的电荷都是某一小电荷基本电荷的整数倍及基本电荷的数值密立根，R．A．(Robert Andrews Millikan 1868～1953) 美国物理学家。
1868年3月22日生于伊利诺伊州的莫里森。
1887年入奥伯林大学，读完二年级时，被聘任为初等物理班的教员，从此便致力于物理学。
1891年他大学毕业后，继续担任初等物理班的讲课；A．A迈克耳孙在实验中的精湛技术，M．I．普平在讲课中强调熟练的教学手段，都对他的影响很大。
1895年，他获得博士学位后留学欧洲，听过J．-H．庞加莱、M．普朗克等的讲课。
1896年回国任教于芝加哥大学。
由于教学成绩优异，第二年就升任副教授。
1896年至1921年曾先后在芝加哥大学担任物理学的助理教授、副教授和教授。
19 21年应聘到加利福尼亚理工学院担任物理实验室主任并主持学院的行政委员会，一直工作到40年代。
1916年他还兼任国家研究委员会主席，1928年兼任美国科学进展协会会长。
1953年12月19日在加利福尼亚的帕萨迪纳逝世。
密立根的两个实验深深的影响了近代物理学的进程，下面就两个实验分别作出介绍。
一对光电效应的实验研究1905年，爱因斯坦在普朗克能量子的启发下，提出了光量子的概念，并成功解释了光电效应。
接着，密立根对光电效应进行了10年左右的研究，于1916年发表论文证实了爱因斯坦的正确性，并精确测出了普朗克常量。
光的力学效应-光镊原理及应用--《大学物理》系列讲座-(2)
将粒子视为电偶极子（electric dipole）
应用电偶极子对电磁波的散射理论计算散射力
1 8 n2 4 m 2 Fscat ( z, r ) k a 6 2 S ( z, rT ) 3 c m + 2
2
应用感应电偶极子受洛仑兹力计算梯度力
/ wi2 1 Pw (z + z0 )e 2r 8n2 a m 2 w 2r 2 × Fgrad (z, r) 2 2 i c m + 2 zR iw6 3
2.光镊原理
B.第二类粒子Rayleigh Particles
当粒子半径R远远小于入射光波在真空中的波长
1 R< 20
所采用的计算方法：用瑞利散射的理论进行近似计算
2.光镊原理
评价：此方法在计算过程中采取了种种 如：认为粒子不影响光波的传播，光波 中不考虑散射光；认为瞬间的入射光在 个边界上是常量等等。这些近似都是建 足够小的前提下的。因此，此方法仅适 子（几十纳米尺度）
激光斑直径mm会聚到μm量级
b
a
单光束梯度力阱—光镊
1986年，美国贝尔实验室的Arthur Ashkin等
人发现：单光束高度聚焦的激光可以稳定的捕
获直径数纳米到数十微米的微粒。 并形象的称之为“光镊”。
首次实现了单光束梯度力阱，即三位光学势阱，
单光束梯度力阱—光镊
a
b
F
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O
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二维光学势阱---光悬浮
光悬浮监测空气污染
香港城市大学发明新激光雷达 监测空气污染系统， 其原理是当激光遇上空气中的 悬浮粒子时便会反射至地上。 地面接收器则会分析反射光束
E
基于光镊技术的研究性实验
关键 一 步．同 时 在 进 行 另 一 个 研 究 方 向，即 利 用 光镊操控被捏合在单分子上的微米小球来控制单 个分子，用光镊提 供 的 皮 牛 顿 力 研 究 生 物 马 达 相 互作用以及 ＲＮＡ 分子结构和功能等．
在系统研究光镊技术 的 基 础 上，２０００ 年 中 国 科学技术大学将这项前沿物理的科研成果及时引 入 本 科 生 实 验 教 学 ，开 设 “光 的 力 学 效 应 及 光 阱 力 的测量”实验，取得了很 好 的 教 学 效 果［４］．本 文 从 光 学 镊 子 的 基 本 原 理 出 发 ，介 绍 实 验 设 计 思 路 ，展 示光的力学效应 系 列 实 验，开 拓 光 学 镊 子 研 究 性 实验教学［４６］，以此为高等院校的基础和前 沿 物 理 的研究性实验教学提供参考．
关 键 词 ：光 镊 ；光 压 ；光 阱 ；梯 度 力 中 图 分 类 号 ：Ｏ４３６ 文 献 标 识 码 ：Ａ ＤＯＩ：１０．１９６５５／ｊ．ｃｎｋｉ．１００５４６４２．２０１８．１１．００１
１ 科 学 背 景 和 实 验 目 的
２０１８年 诺 贝 尔 物 理 学 奖 授 予 美 国 科 学 家 阿 瑟·阿什金（ＡｒｔｈｕｒＡｓｈｋｉｎ），以 表 彰 他 在“光 学 镊 子 的 发 明 及 其 在 生 物 领 域 的 应 用 ”突 破 性 贡 献 ． １９８６年阿什 金 成 功 地 利 用 一 束 强 会 聚 激 光 束 实 现了可以移动生 物 微 粒 的 三 维 光 场，这 一 发 明 被 形象 地 称 为 光 学 镊 子 （Ｏｐｔｉｃａｌｔｗｅｅｚｅｒｓ）或 光 镊［１３］．光学镊 子 搬 运 微 粒 的 情 形 酷 似 无 形 的 机 械手将按照操作者的意志自如地控制目标微粒， 如 原 子 、分 子 、细 菌 或 细 胞 等 ．光 学 镊 子 为 研 究 微 观物质结构和功 能，以 及 观 察 和 控 制 生 命 的 机 器 创造了全新的契机．
物理光学实验报告
物理光学实验报告本次实验是一次基于物理光学原理的实验，旨在通过对光的传播、折射、反射和干涉现象进行观测和分析，加深对物理光学知识的理解和掌握，并锻炼实验能力。
实验器材主要包括激光器、透镜、棱镜、反射镜、光电探测器等。
首先我们研究光的传播现象。
将激光打到铝箔上，发现光线可以沿着直线传播，不会弯曲。
接着，我们将激光通过透镜、棱镜和反射镜进行折射和反射，观察到光可以被折射和反射，且角度符合折射定律和反射定律。
特别地，当入射角等于反射角时，反向的入射光线与反射光线互相平行，形成镜面反射。
接下来，我们研究干涉现象。
我们将激光通过狭缝，得到一束近似于单色的光。
我们用光栅将光分成不同的方向，观察到彩虹色的光谱，即不同波长的光在光栅作用下偏转的角度不同。
然后将两束光线从不同方向照射到同一点上，观察到干涉条纹的产生。
根据双缝干涉和杨氏双缝干涉，我们可以计算出用光栅分离出来的光的波长，实验结果与理论值较为接近。
最后，我们研究光的色散现象。
将激光通过三棱镜，观察到光线按照波长分散成不同颜色，并且不同颜色的光线作不同程度的偏转。
在经过研究，我们可以计算出不同波长的光线的折射率，并发现折射率随波长的变化而变化，这也就形成了折射率随着光波长不同而发生变化的色散现象。
实验进行非常顺利，我们通过观测和计算，深化了我们对物理光学的理解和认识，同时也提高了我们的实验能力。
物理光学是一个非常重要的研究领域，涵盖了光的本质、光的传播特性、光的干涉和衍射等方面，对于科学研究和技术应用都有着重要的意义。
希望大家都能够对物理光学有更深入的了解和研究。
大学物理开放实验项目
大学物理开放实验项目1. 力学方面实验内容（1）多普勒效应的研究和应用实验研究：实验内容：①测量超声接收换能器的运动速度与接收频率的关系，验证多普勒效应；②用步进电机控制超声换能器的运动速度，通过测频求出空气中的声速；③将超声换能器作为速度传感器，用于研究匀速直线运动，匀加（减）速直线运动，简谐振动等；④在直射式和反射式两种情况下，用时差法测量空气中的声速；⑤在直射式方式下，用相位法和驻波法测量空气中的声速；⑥设计性实验：用多普勒效应测量运动物体的未知速度；⑦设计性实验：利用超声波测量物体的位置及移动距离。
（2）三线摆法测量物体转动惯量的实验研究：实验内容：用三线摆测定圆环对通过其质心且垂直于环面轴的转动惯量。
（3）弦振动实验和乐理探究的实验研究：实验内容：①张力、线密度和弦长一定，改变驱动频率，观察驻波现象和驻波波形，测量共振频率；②张力和线密度一定，改变弦长，测量共振频率；③弦长和线密度一定，改变张力，测量共振频率和横波在弦上的传播速度；④张力和弦长一定，改变线密度，测量共振频率和弦线的线密度；⑤聆听音阶高低及与频率的关系；⑥观察弦线的非线性振动；（4）扭摆法测量物理转动惯量的实验研究：（5）力学碰撞的实验研究：（6）微波技术实验研究：2. 热学方面实验内容（1）温度传感器设计性实验研究：实验内容：铜电阻或热敏电阻的特性测量，即铜电阻或热敏电阻随温度的变化情况。
（2）冷却法金属比热容测定实验研究：实验内容：利用冷却法测量各种金属的比热容。
（3）气体比热容比测定的实验研究：实验内容：测定空气的定压比热容与定容比热容之比。
（4）导热系数测量的实验研究：实验目的：①了解热传导现象的物理过程；②学习用稳态平板法测量材料的导热系数；③学习用作图法求冷却速率；④掌握一种用热电转换方式进行温度测量的方法；3.光学方面实验内容（1）普朗克常数测定的实验研究：实验内容：①了解光的量子性，光电效应的规律，加深对光的量子性的理解；②验证爱因斯坦方程，并测定普朗克常数h；③学习作图法处理数据；（2）双光栅测量微弱振动位移量的实验研究：实验目的：①了解利用光的多普勒频移形成光拍的原理并用于测量光拍拍频；②学会使用精确测量微弱振动位移的一种方法；③应用双光栅微弱振动测量仪测量音叉振动的微振幅。
大学物理光学实验报告(二)
大学物理光学实验报告（二）引言概述：本文是关于大学物理光学实验报告（二）的文档。
光学实验是大学物理课程中非常重要的一部分，通过实验可以帮助学生巩固理论知识，并深入了解光学原理和现象。
本次实验主要包括室内实验和室外实验两个部分，分别探究了光的干涉、衍射以及偏振现象。
本文将从以下五个大点进行阐述。
一、双缝干涉实验在本部分中，我们首先会介绍双缝干涉实验的原理和装置。
随后，我们会详细描述实验的步骤和操作，包括测量光源到狭缝及狭缝到屏幕的距离、测量干涉条纹的间距以及改变光波长和狭缝间距对干涉条纹的影响等。
最后，我们会分析实验结果并得出结论。
二、杨氏双缝干涉实验在本部分中，我们将介绍杨氏双缝干涉实验的原理和装置。
然后，我们会描述实验过程，包括测量干涉条纹的间距、改变狭缝间距对干涉条纹的影响以及在不同光波长下观察干涉现象。
最后，我们会对实验结果进行分析和总结。
三、单缝衍射实验本部分将介绍单缝衍射实验的原理和装置。
我们会详细描述实验过程，包括测量衍射角度和衍射条纹的宽度、改变狭缝宽度对衍射现象的影响以及观察在不同波长下的衍射现象。
最后，我们会根据实验结果进行分析，并给出结论。
四、偏振实验在本部分中，我们将介绍偏振实验的原理和装置。
我们会描述实验的步骤和操作，包括观察线偏振光的特性、调节偏振片的角度以及观察偏振片对光波的影响等。
我们还会进行实验结果的分析，并得出结论。
五、室外实验在本部分中，我们将介绍室外实验的内容。
我们会详细描述实验的步骤和操作，包括观察大气衍射现象、测量太阳高度角以及利用反射现象观测物体的实际高度等。
最后，我们会对实验结果进行分析，并给出相应结论。
总结：通过本次大学物理光学实验，我们深入了解了光的干涉、衍射以及偏振现象。
我们通过双缝干涉实验、杨氏双缝干涉实验、单缝衍射实验和偏振实验探究了这些现象的原理和特性，并通过室外实验观察了大气衍射现象和反射现象等。
通过实验的操作和数据分析，我们对光学原理有了更深刻的理解，并得出了相关结论。
大学物理实验-目录(北大版)
大学物理实验-目录(北大版) 目录绪论(1)第1篇不确定度与数据处理基础(3)1.1 测量与误差的基本概念(3)1.2 随机误差的估算(5)1.3 测量的不确定度(8)1.4 有效数字及测量结果的表示(12)1.5 试验数据处理办法(14)习题(19)第2篇力学及热学试验(20)2.1 力学及热学试验基础学问(20)2.1.1 长度测量器具(20)2.1.2 时光测量仪器(21)2.1.3 质量测量仪器(23)2.1.4 温度测量仪器(25)2.2 试验2-1 长度的测量(27)2.3 试验2-2 物体密度的测定(31)2.4 试验2-3 气轨上滑块的速度和加速度的测定(38)2.5 试验2-4 气轨上动量守恒定律的讨论(46)2.6 试验2-5 气轨上简谐振动的讨论(52)2.7 试验2-6 固体线膨胀系数的测定及温度的PID调整(55) 2.8 试验2-7 动力学法测定材料的杨氏弹性模量(59)2.9 试验2-8 扭摆法测定物体转动惯量(64)2.10 试验2-9 落球法测定液体在不同温度下的黏度(70) 2.11 试验2-10 拉伸法测定金属丝的杨氏弹性模量(73)第3篇电磁学试验(78)3.1 电磁学试验基础学问(78)3.1.1 试验室常用设备(78)3.1.2 电学试验操作规章(83)3.2 试验3-1 伏安法测电阻(85)3.3 试验3-2 电表的改装和校正(87)3.4 试验3-3 线性电阻和非线性电阻的伏安特性曲线(91) 3.5 试验3-4 三极管的伏安特性曲线(95)高校物理试验?II ??II ?3.6 试验3-5 RC 串联电路的暂态过程(99)3.7 试验3-6 直流电桥法测量阻(103)3.8 试验3-7 双臂电桥法测量阻(111)3.9 试验3-8 非平衡电桥的原理和应用(115)3.10 试验3-9 电位差计的使用(122)3.11 试验3-10 模拟法测绘静电场(128)3.12 试验3-11 用霍尔元件测量磁场(131)3.13 试验3-12 示波器的使用 (13)7 第4篇光学试验. (152)4.1 光学试验基础学问(152)4.2 试验4-1 薄透镜焦距的测定(152)4.3 试验4-2 分光计的调节(157)4.4 试验4-3 玻璃三棱镜折射率的测定(161)4.5 试验4-4 折射极限法测定液体的折射率(166)4.6 试验4-5 光栅特性及光的波长的测定(169)4.7 试验4-6 牛顿环法测量平凸透镜的曲率半径(172)4.8 试验4-7 劈尖干涉(177)4.9 试验4-8 光的偏振现象(180)4.10 试验4-9 照相技术(184)4.11 试验4-10 暗室技术基础(191)4.12 试验4-11 翻拍技术(195)4.13 试验4-12 菲涅耳双棱镜干涉现象(199)4.14 试验4-13 用超声光栅测声速.....................................................................................................205 第5篇近代物理和综合试验.. (212)5.1 试验5-1 迈克尔逊干涉仪(212)5.2 试验5-2 小型棱镜摄谱仪(215)5.3 试验5-3 光电效应法测定普朗克常量(219)5.4 试验5-4 稳态平板法测定不良导体的导热系数(225)5.5 试验5-5 声速的测量(229)5.6 试验5-6 全息照相技术基础(233)5.7 试验5-7 密立根油滴法测定电子电荷(240)5.8 试验5-8 温度传感器(246)5.9 试验5-9 光纤传感试验仪(252)5.10 试验5-10 LED 光源I -P 特性曲线测试(255)5.11 试验5-11 光纤纤端光场径(轴)向分布的测试(257)5.12 试验5-12 反射式光纤位移传感器(259)5.13 试验5-13 微弯式光纤压力(位移)传感器(261)5.14 试验5-14 多普勒效应综合试验(270)目录?III?5.15 试验5-15 核磁共振(NMR) (275)5.16 试验5-16 脉冲核磁共振(287)5.17 试验5-17 PN结伏安特性随温度变化的测定(303)5.18 试验5-18 用波尔共振仪讨论受迫振动(308)5.19 试验5-19 扫描隧道显微镜的使用(317)5.20 试验5-20 原子力显微镜的使用(320)附录(324)后记(331)文档内容到此结束，欢迎大家下载、修改、丰富并分享给更多有需要的人。
光电效应及其现代应用
光电效应及其现代应用光电效应是指当光照射到金属表面时，金属会发生电子的发射现象。
这一现象的发现和研究对于量子力学的发展起到了重要的推动作用。
本文将介绍光电效应的基本原理和相关实验，以及光电效应在现代科技中的应用。
一、光电效应的基本原理光电效应的基本原理可以用经典物理学和量子力学两种理论来解释。
根据经典物理学的解释，光电效应是由于光的能量被金属吸收后，使得金属中的电子获得足够的能量从而跃迁到导带中，形成电流。
而根据量子力学的解释，光电效应是由于光子与金属中的电子发生相互作用，使得电子从金属中被解离出来。
光电效应的关键参数是光电子的最大动能和光电子的最大速度。
根据实验结果，光电子的最大动能与光的频率有关，而与光的强度无关。
这一结果与经典物理学的预测不符，但与量子力学的预测相符。
根据量子力学的理论，光电子的最大动能与光的频率之间存在线性关系，即E = hf - φ，其中E为光电子的最大动能，h为普朗克常数，f为光的频率，φ为金属的逸出功。
二、光电效应的实验为了验证光电效应的存在和研究其特性，科学家们进行了一系列的实验。
其中最著名的实验是由爱因斯坦在1905年提出的光量子假设。
他假设光是由一系列能量为hf的光子组成的，光子与金属中的电子发生相互作用后，电子获得能量hf从而跃迁到导带中。
为了验证光量子假设，科学家们进行了许多实验。
其中最重要的实验是测量光电子的动能与光的频率之间的关系。
通过改变光的频率，科学家们发现光电子的动能随着光的频率的增加而增加，且存在一个截止频率，当光的频率小于截止频率时，光电子的动能为零。
三、光电效应的现代应用光电效应在现代科技中有着广泛的应用。
以下是一些典型的应用： 1. 光电池：光电池是利用光电效应将光能转化为电能的装置。
光电池广泛应用于太阳能电池板、光电传感器等领域，为人们提供了清洁、可再生的能源。
2. 光电二极管：光电二极管是一种利用光电效应工作的电子器件。
它可以将光信号转化为电信号，广泛应用于通信、光电显示等领域。
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光的力学效应-系列实验主要内容 (1)一光的力学效应－历史与未来 (2)二光镊技术 (4)三创建光的力学效应教学实验的意义 (14)四光的线性动量实验 (16)五实验小结 (24)六结束语 (24)主要内容光的力学效应？光有力量吗？光子与物体的相互作用光携带有能量和动量（线性动量和角动量）,光与物体相互作用时彼此交换能量和动量.光子能量:υhE=光子动量:λ/hP=光的动量是光的基本属性之一。
光与人类生活的关系非常密切，伴随科学的发展和人类文明的进步，人们对光的认识也越来越深入。
光与物质相互作用—光的效应光的效应:在光的作用下，物体宏观上产生的各种现象光的热学效应:光与物体相互作用时物体的温度发生变化.—常见现象光的力学效应:光与物质间交换动量，使受光照射的物体获得一个力或力矩,物体发生位移,速度和角度的变化. —难以察觉(光电效应,磁光效应,光化学效应, …)本讲光的力学效应主要内容安排:一. 光的力学效应－历史与未来1. 光-动量-光压-力2. 普通光和激光的力学效应3. 激光的力学效应 (微观,界观,宏观)4.光镊--光的力学效应的典型二. 光镊技术1. 原理-单光束梯度力光阱2. 特点和功能3. 应用列举三.创建光的力学效应系列实验的意义1. 线性动量2. 角动量四.光的线性动量实验1. 实验预习和基础2. 实验内容五.结束语一. 光的力学效应－历史与未来光---动量--- 光压---力1616年开普勒---提出光压的概念从光的粒子性观念出发---具有一定动量的光子入射到物体上时无论是被吸收或反射，光子的动量都会发生变化，因而必然会有力作用在物体上，这种作用力我们通常称为光压。
康普顿效应历史上，康普顿效应是光子学说的重要实验依据，也是光子具有动量的直接证明。
典型的例子有X光的康普顿散射。
1923年美国物理学家康普顿在研究X射线光子与自由电子之间的弹性碰撞，解释了实验观察到的各种现象。
在这一弹性碰撞过程中，光子与电子相互作用，不仅要遵循能量守恒定律，而且要遵循动量守恒定律。
光子具有动量，这在一些研究物质微观过程中起着重要的作用。
为什么我们感受不到光的压力？单个光子动量很小:λ~/27⋅10=-smkmhP/烈日:1达因/平方米是标准大气压的亿万分之一普通光源的力学效应微乎其微！光子密度低，方向性差！实验观测和测量极其困难！1960年激光问世：-----高的光子流密度的激光束方向性好，高亮度光的力学效应能够得到充分展示10mw的 He-Ne 激光，亮度是太阳的一万倍！会聚光束的焦点处 1 微米小球受到的力可达10-6牛顿。
光的力学效应研究进入了一个全新的时代！光的力学效应的应用：1 光与微观粒子的相互作用原子的激光冷却和捕陷---1997年诺贝尔物理学奖S. 朱棣文 C,C,达诺基 W,D,菲利浦斯玻色－爱因斯坦凝聚的研究---2001年诺贝尔物理学奖C.E.维曼 E.A.康奈尔 W.克特勒2 光的宏观力学效应世界上最大的功率和能量密度：激光输出脉冲功率已经超过1016w；聚焦强度达8×1013ν/cm2；可产生亿度以上的高温, 能焊接、加工和切割最难熔的材料光压-世界上最高的压强：相应的电场强度可达 1021w/cm2；相应的光压时达 3×1011 大气压3.光与微小的宏观粒子的相互作用光镊 -单光束梯度力光阱1986 A.Ashkin 使用高度会聚光束产生的非均匀光场，造成梯度力势阱光镊诞生了！光镊是什么？光镊 -- Optical tweezers用光做的镊子？光镊如何抓取物体？光镊力有多大？光镊的力学效应的应用？二. 光镊技术1 原理2 特点3 功能4 应用烟草细胞在光镊的操控下定向运动光镊的原理梯度力光阱原理n>n1-小球/液体的折射率一对典型的光线a和b经折射后产生力Fa和Fb，其矢量和F是指向焦点f 处,当小球的球心O和焦点f 间有偏离时，Fa和Fb的,合力F总是使小球趋向焦点f处，力F是回复力。
只有光场的梯度大到能保证焦点附近的梯度力大于散射力时才能形成一个三维光学势阱而稳定地捕获微。
光镊操控1微米粒子光镊–光陷阱—光镊操控微粒的现象尤如宇宙黑洞或吸尘器将微粒吸入无底的深渊。
阱域、阱深和阱力对于微小的粒子/细胞,几十纳米-几十微米，光的力学效应还是非常大的。
可以明显看到光阱周边的粒子以很快的速度/加速度坠入阱中被囚禁，操控的速度相当的快。
光镊—基本操控方法光镊操纵微粒的尺度：纳米-微米光镊力有多大 ？)10()10(1215---pN fN1 fN/人×60亿 -- 1根发丝 ---细胞，单分子间的相互作用力传递微小力的使者 --微小力的探针！光镊---一种特殊的光场形成的光势阱, 它是用光形成的镊子!光镊具有机械镊子抓取物体的功能,是类比机械镊子形象的称呼。
光镊/光学镊子/光学势阱/ 单光学梯度力势阱 光镊的特点研究个体行为的工具！！！应用都是基于对单个微粒的捕获与操控。
自然界，一切宏观现象都是大量个体行为的群体效应，因此，解释宏观自然现象就需要获取单个微粒个体行为信息。
能够实施对单个微粒的操控正是研究个体行为的首要条件。
对单个活体生物以非接触的遥控方式，实施无损无菌操控；实时动态跟踪、进行微小力的测量。
生命科学家可以挑选所需要的特定活细胞来观察它的个体行为，研究特定的细胞间相互作用的基本过程。
光镊提供了对生命活动的基本过程的研究所具有的高度选择性是传统研究方法不可比拟的。
光具有的穿透特性，使得光镊有‘隔墙取物’之功能。
即光镊可以无阻挡越过屏障，穿过透明封闭系统的表层（细胞膜）操控其内部微粒（细胞器），也可以透过封闭的样品池的外壁，操控池内微粒，实现真正的无菌操作。
机械镊子望尘莫及！光镊操控的可视性。
光镊使细胞悬浮于液体中所指定的位置，其四周没有遮挡，完全暴露在我们视野中，研究者提供了极大的方便。
光镊系统实时显示，完整保留活体细胞和大分子生命活动，能反应体系作用过程的特性是其它方法所不具备的。
光镊是微小力的探针，类似弹簧。
光镊能够操控粒子，实际上是光镊向微粒施加了作用力。
光镊能实时感应微小的负荷(fN)，是极其灵敏的力传感器。
光镊是揭示生命过程中物质输运、能量转换和信息传递规律的研究工具。
光镊的应用:生命科学--操控，动力学研究解读生命运动规律微纳器件--操控，排布，组装，表征新材料和功能器件制造分散体系--微粒间相互作用宏观现象的微观机理探索光力学教学—线性动量，角动量认知光的基本属性光镊应用—生物大分子的动力学研究生命过程—运动—力运动-----位移/速度，-----力，大小/方向，-----结合/分离-----相互作用特性-----结构和功能力学量是表征生命过程的重要参量！单分子水平上探索生命运动的规律！国际前沿发展趋势光镊技术更多的是用于研究生物大分子,十几年来已突破了许多“禁区”；人类首次实际测量到由化学能转变成机械能的原动力—肌肉运动的原始动力过程--驱动蛋白分子吸收一个ATP能量后的分布运动状态，运动步长为8纳米。
国际研究成果举例Nature 生物大分子精细操作双光镊对肌动蛋白进行打结。
Science 光镊控制粘有肌动蛋白的小球接触微管,研究其运动特性光镊研究DNA折叠动力学过程研究光镊研究DNA的缩合及解开光镊已成为研究DNA动力学的不可或缺的工具光镊的应用研究/中国科学技术大学科大细胞膜弹性的测量光镊牵拉血红细胞膜/形状由椭圆变成橄榄型单细胞融合烟草细胞原生质体的融合光镊操控单细胞融合实验方法光镊分选单条染色体水稻细胞 --- 荧光标记 ---- 细胞残核 --- 条染色体群光镊操控单粒子微米粒子稳定的空间排布48个2微米聚苯乙烯小球组合而成光镊在三维空间排布微粒分散体系中微粒的聚集通常都是随机的。
用逐个操控单个粒子的方法。
按设定要求排布出具有稳定空间结构的粒子聚集体。
纳微器件，微机械，生物器件的组装和表征建立了光镊研究单分子力学行为的实验方法三. 创建光的力学效应教学实验的意义1．光的动量是光的基本属性之一---认知光的基本属性2.光的力学效应及其应用是当今科学研究的前沿问题，是多学科交叉的基础3.填补教学空白光的力学效应实验的历史回顾1616年开普勒提出光压的概念1873年麦克斯韦用电磁波的理论证明了光压的存在，具体计算了光的压力。
1895年光压的实验证明列别捷夫扭秤实验装置创建光的力学效应实验的意义普通光源-光的力学性质的研究受到限制。
历史以来物理教科书上对光子的动量这一重要属性仅作简略的知识介绍。
从对光的认知和物理教学体系来讲这是一个非常大的缺憾，是知识的空白点。
光镊是光的力学效应的典范光镊是利用光与物质相互作用时产生的力学效应这一原理而实现的。
光镊的发明为直观生动地演示光的力学效应提供了极好的手段。
作者基于863科研成果，利用光镊技术1999年首次开设了直观演示和测量光的力学效应的实验。
开展光的力学效应的教学目的：完善知识结构培养符合时代需要的人才科学技术发展的需要普及和掌握新技术物理学领域—理解光的力学效应对光的本质的认知和研究非物理学领域—了解光镊技术和特点学习光镊仪器的操作和使用开拓光镊技术的应用传播知识,宣传新技术,促进科学技术发展！四光的线性动量实验实验目的:加深对光具有动量基本属性的认识，感知光的力学效应，了解光镊技术。
(预备知识,实验预习和预习效果检查)实验的特殊性—如何进入角色一.实验装置二.实验内容三. 思考题--四. 附录实验预习和准备实验基础：光学，显微镜的使用,首先阅读实验讲义，理解实验目的和原理；了解光学微操作仪的功能和仪器的操作要领，希望在具体的实验研究工作中注意掌握操作要领。
在实验中要用心感受光镊的力学效应，仔细观察实验现象, 体会显微操作技巧，领略光镊技术巧夺天工之神奇,将有助于你把握光镊技术和顺利完成实验。
实验前的心理准备光镊微操作仪是用于对微小的宏观粒子进行操控的设备.一个人眼看不见的细胞通过光学放大呈现在我们眼前，本实验带领我们进入一个未知的微观世界！我们要用光镊来搬运这些微小的细胞，希望它们能够按照我们的意志运动，我们必须具备操控精度达微米级的能力。
操作是极其精致的！实验具有挑战性！微米级的操控需要良好的稳定环境，工作时请不要磕碰防震台，心静手稳，动作轻巧。
用你的智慧和心灵把握光镊这个无形的机械手，你将能够自如的遨游在微观世界！光镊操控的原理和方法操控物体并使之运动---具备能够产生相对的运动的条件本实验设计:光镊静止,光镊操控细胞所在环境运动光捕获方法: 显微镜平台以速度V带动样品池运动,被光镊捕获的粒子与环境产生相对运动显微镜平台光镊力的测量原理和方法流体力学方法Stokes公式:=Fπηυ6R其中η为液体粘滞系数，R为微粒的半径，当速度增加到Vmax时,细胞将脱离光镊的束缚离开光阱,此Vmax为细胞的逃逸速度。