交大物理仿真实验
西安交大 物理仿真实验 受迫振动
操作方法: 1) 把驱动臂与其他仪器连接时候，为了保护喇叭要把振荡器顶部的 锁头拨动到锁定位置锁定好驱动臂。 2) 用一个挂钩把振荡器驱动臂与实验仪器相互连接后,解锁驱动臂。 3) 把信号发生器与振荡器相连接。 4) 调整信号发生器的输出频率和幅度，注意电流不要超过 1A。 在软件中，振荡器已与信号发生器连接好。鼠标移动到振荡器时，显示当前 振荡器的振幅。 性能指标： 信号频率：0.1Hz 到 5 kHz. 振幅峰峰值：最大值是 7mm（1Hz 时），幅度随着频率上升下降。
(3)连接好信号发生器和振荡器,打开信号发生器，设定频率为 f o 。
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(4)调整合适的信号发生器输出振幅。当挂钩振幅峰峰值超过 4cm 后，关闭信号 发生器。 (5)当振幅峰峰值衰减到 4cm 后，打开计时器。
(6)记录振幅峰峰值衰减到 2cm 时所需的时间 t1/2 (7)重复步骤(3)到(5),测量 3 次。 (8)测量 50 个全振动的时间。
2 max 0 2 2
(13.3)
幅度衰减一半的区域 ：
2 3 .
(13.4)
2. 耦合振动
k 弹簧
m k m k 弹簧 弹簧
振荡器
图 13.4
耦合振动系统
图 13.4 是一个耦合振动系统，由 3 个倔强系数 k 和 2 个质量 m 的重物组成。系 统有两个共振频率点，一种频率为，
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公式(13.3),(13.4)计算的结果进行比较。 注意:可根据不同的实验要求设定不同的仪器参数，包括弹簧 1，2 的质量和倔强 系数。 4．耦合振动 (1)振动系统安装后向砝码盘上添加砝码,使每个砝码盘的总重量大约 50 g 。 (2)打开信号发生器,设定频率为 0.5Hz 。 (3)调节信号发生器的输出使得振荡器输出振幅大约 1mm(鼠标移到振荡器上显 示),等系统振动稳定后记下挂钩振幅的峰峰值。 (4)改变频率从 0.5 到 5.0 Hz，重复步骤(4)。 (5)做出振幅-频率图，求出两个共振频率点。 注意：弹簧振动时不能添加砝码，砝码盘重量参见“受迫振动”内容部分测量值, 弹簧的重量和倔强系数可自行制定。重量单位是 kg,倔强系数单位是 N/m 。
大物实验模拟仿真实验报告
西安交通大学实验报告课程：数据结构实验实验名称：利用单摆测量重力加速度系别：实验日期：专业班级：实验报告日期：姓名：学号：第 1页 / 共3页一、实验简介单摆实验是个经典实验，许多著名的物理学家都对单摆实验进行过细致的研究。
本实验的目的是学习进行简单设计性实验的基本方法，根据已知条件和测量精度的要求，学会应用误差均分原则选用适当的仪器和测量方法，学习累积放大法的原理和应用，分析基本误差的来源及进行修正的方法。
二、实验原理单摆的结构参考图1单摆仪,一级近似的周期公式为由此通过测量周期摆长求重力加速度。
三、实验内容1、设计要求:(1) 根据误差均分原理,自行设计试验方案,合理选择测量仪器和方法.(2) 写出详细的推导过程,试验步骤.(3) 用自制的单摆装置测量重力加速度g,测量精度要求△g/g < 1%.2、可提供的器材及参数:游标卡尺、米尺、千分尺、电子秒表、支架、细线(尼龙线)、钢球、摆幅测量标尺(提供硬白纸板自制)、天平(公用).假设摆长l≈70.00cm;摆球直径D≈2.00cm;摆动周期T≈1.700s; 米尺精度△米≈0.05cm;卡尺精度△卡≈0.002cm;千分尺精度△千≈0.001cm;秒表精度△秒≈0.01s;根据统计分析,实验人员开或停秒表反应时间为0.1s左右,所以实验人员开,停秒表总的反应时间近似为△人≈0.2s.3、对重力加速度g的测量结果进行误差分析和数据处理,检验实验结果是否达到设计要求.4、自拟实验步骤研究单摆周期与摆长,摆角,悬线的质量和弹性系数,空气阻力等因素的关系,试分析各项误差的大小.5、自拟试验步骤用单摆实验验证机械能守恒定律.四、实验仪器单摆仪，摆幅测量标尺，钢球，游标卡尺五、实验操作1. 用米尺测量摆线长度；2. 用游标卡尺测量小球直径；3. 把摆线偏移中心不超过5度，释放单摆，开始计时，单摆摆过50个周期后停止计时，记录所用时间；六、实验结果1.摆线长度2.小球直径3.计时结果七、实验数据及误差分析误差分析：单摆只在最大摆角小于等于5°时，单摆的振动才可以近似看为为简谐振动。
西安交通大学仿真实验报告
西安交通大学大学物理仿真实验实验报告实验名称：碰撞和动量守恒系别：实验日期姓名：学号：一、实验简介动量守恒定律和能量守恒定律在物理学中占有非常重要的地位。
力学中的运动定理和守恒定律最初是冲牛顿定律导出来的，在现代物理学所研究的领域中存在很多牛顿定律不适用的情况，例如高速运动物体或微观领域中粒子的运动规律和相互作用等，但是能量守恒定律仍然有效。
因此，能量守恒定律成为了比牛顿定律更为普遍适用的定律。
二、实验目的１．利用气垫导轨研究一维碰撞的三种情况，验证动量守恒和能量守恒定律；２．通过实验提高误差分析的能力。
三实验内容1．研究三种碰撞状态下的守恒定律（1）取两滑块m1、m2，且m1>m2，用物理天平称m1、m2的质量（包括挡光片）。
将两滑块分别装上弹簧钢圈，滑块m2置于两光电门之间（两光电门距离不可太远），使其静止，用m1碰m2，分别记下m1通过第一个光电门的时间Δt10和经过第二个光电门的时间Δt1，以及m2通过第二个光电门的时间Δt2，重复五次，记录所测数据，数据表格自拟，计算、。
（2）分别在两滑块上换上尼龙搭扣，重复上述测量和计算。
（3）分别在两滑块上换上金属碰撞器，重复上述测量和计算。
2．验证机械能守恒定律（1）a=0时，测量m 、m ’、m e 、s 、v 1、v 2，计算势能增量mgs 和动能增量，重复五次测量，数据表格自拟。
（2）时，（即将导轨一端垫起一固定高度h ， ），重复以上测量。
四、实验原理如果一个力学系统所受合外力为零或在某方向上的合外力为零，则该力学系统总动量守恒或在某方向上守恒，即恒量=∑i i v m （1）。
实验中用两个质量分别为m1、m2的滑块来碰撞，若忽略气流阻力，根据动量守恒有2211202101v m v m v m v m +=+（2）对于完全弹性碰撞，要求两个滑行器的碰撞面有用弹性良好的弹簧组成的缓冲器，我们可用钢圈作完全弹性碰撞器；对于完全非弹性碰撞，碰撞面可用尼龙搭扣、橡皮泥或油灰；一般非弹性碰撞用一般金属如合金、铁等，无论哪种碰撞面，必须保证是对心碰撞。
西安交大大物仿真实验
大物仿真实验报告班级：****学号：****姓名：****刚体的转动惯量一实验目的1．用实验方法验证刚体转动定律，并求其转动惯量；2．观察刚体的转动惯量与质量分布的关系3．学习作图的曲线改直法，并由作图法处理实验数据。
二实验原理1．刚体的转动定律具有确定转轴的刚体，在外力矩的作用下，将获得角加速度β，其值与外力矩成正比，与刚体的转动惯量成反比，即有刚体的转动定律：M = Iβ (1)利用转动定律，通过实验的方法，可求得难以用计算方法得到的转动惯量。
2．应用转动定律求转动惯量如图所示，待测刚体由塔轮，伸杆及杆上的配重物组成。
刚体将在砝码的拖动下绕竖直轴转动。
设细线不可伸长，砝码受到重力和细线的张力作用，从静止开始以加速度a下落，其运动方程为mg –t=ma，在t时间内下落的高度为h=at2/2。
刚体受到张力的力矩为T r和轴摩擦力力矩M f。
由转动定律可得到刚体的转动运动方程：T r - M f =Iβ。
绳与塔轮间无相对滑动时有a =rβ，上述四个方程得到：m(g - a)r - M f = 2hI/rt2 (2)M f与张力矩相比可以忽略，砝码质量m比刚体的质量小的多时有a<<g，所以可得到近似表达式： mgr = 2hI/rt2 (3)式中r、h、t可直接测量到，m是试验中任意选定的。
因此可根据（3）用实验的方法求得转动惯量I。
3．验证转动定律，求转动惯量从（3）出发，考虑用以下两种方法：A．作m – 1/t2图法：伸杆上配重物位置不变，即选定一个刚体，取固定力臂r和砝码下落高度h，（3）式变为：M = K1/ t2 (4)式中K1 = 2hI/gr2为常量。
上式表明：所用砝码的质量与下落时间t的平方成反比。
实验中选用一系列的砝码质量，可测得一组m与1/t2的数据，将其在直角坐标系上作图，应是直线。
即若所作的图是直线，便验证了转动定律。
从m – 1/t2图中测得斜率K1，并用已知的h、r、g值，由K1 = 2hI/gr2求得刚体的I。
交大物理仿真实验
交大物理仿真实验扫描隧道显微镜自机自24芦迪2120302076一．实验目的：：1.学习和了解扫描隧道显微镜的原理和结构；2.观测和验证量子力学中的隧道效应；3.学习扫描隧道显微镜的操作和调试过程，并以之来观测样品的表面形貌；4.学习用计算机软件处理原始图象数据。
二．实验原理：：1.隧道电流扫描隧道显微镜(ScanningTunnelingMicroscope)的工作原理是基于量子力学中的隧道效应。
对于经典物理学来说，当一个粒子的动能E低于前方势垒的高度V0时，它不可能越过此势垒，即透射系数等于零，粒子将完全被弹回。
而按照量子力学的计算，在一般情况下，其透射系数不等于零，也就是说，粒子可以穿过比它能量更高的势垒(如图1)这个现象称为隧道效应。
隧道效应是由于粒子的波动性而引起的，只有在一定的条件下，隧道效应才会显著。
经计算，透射系数T为：T16E(V0E)V02e2ah2m(v0E)由式(1)可见，T与势垒宽度a，能量差(V0-E)以及粒子的质量m有着很敏感的关系。
随着势垒厚(宽)度a的增加，T将指数衰减，因此在一般的宏观实验中，很难观察到粒子隧穿势垒的现象。
扫描隧道显微镜的基本原理是将原子线度的极细探针和被研究物质的表面作为两个电极，当样品与针尖的距离非常接近(通常小于1nm)时，在外加电场的作用下，电子会穿过两个电极之间的势垒流向另一电极。
隧道电流I是电子波函数重叠的量度，与针尖和样品之间距离S以及平均功函数有关：IVbexp(AФ12S)式中Vb是加在针尖和样品之间的偏置电压，平均功函数Ф=12(Ф1+Ф2)1和2分别为针尖和样品的功函数，A为常数，在真空条件下约等于1。
隧道探针一般采用直径小于1mm的细金属丝，如钨丝、铂-铱丝等，被观测样品应具有一定的导电性才可以产生隧道电流。
2.扫描隧道显微镜的工作原理由式(2)可知，隧道电流强度对针尖和样品之间的距离有着指数依赖关系，当距离减小0.1nm，隧道电流即增加约一个数量级。
西安交通大学物理实验报告
西安交通大学物理仿真实验实验报告气垫导轨上的直线运动实验的目的:利用气垫技术精确的测定物体的平均速度、瞬时速度、加速度以当地的重力加速度，通过物体沿斜面自由下滑运动来研究匀变速运动的规律和验证牛顿第二定律。
实验原理：1 ．平均速度和瞬时速度的测量做直线运动的物体在时间内的位移为，则物体在时间内的平均速度为 ts v ∆∆= (1) 当时，平均速度趋近于一个极限，即物体在该点的瞬时速度。
我们用来表示瞬时速度t s v t ∆∆=→∆0limt（2）实验上直接用上式测量某点的瞬时速度是很困难的，一般在一定误差范围内，用极短的内的平均速度代替瞬时速度。
2 ．匀速直线运动若滑块受一恒力，它将做匀变速直线运动，可采用在导轨一端加一滑轮，通过滑轮旋一重物在滑块上，也可以把气垫导轨一端垫高成一斜面来实现。
采用前者可改变外力，不但可测得加速度，还可以验证牛顿第二定律。
采用后者，因在测量过程中受外界干扰较小，测量误差较小，在测量加速度的基础上，还可以测量当地的重力加速度。
匀变速运动方程如下：at v v +=0 （3）2021at t v s +=（4）as v v 2202+=（5）在斜面上物体从同一位置由静止开始下滑，若测得不同位置处的速度......,,321v v v 为相应的时间......,,321t t t ,以t 为横坐标，为v 纵坐标作图，如果图线是一条直线，证明物体作匀加速直线运动，图线的斜率为加速度a, 截距为t v 。
同样把......,,321v v v 对应处的测出，作t t s -图和s v -2图，若图线是直线，则物体作匀加速直线运动，斜率分别为a 21和a 2，截距分别为a v 和20v 。
3． 重力加速度的测定如图1所时，h 为垫块的高度，L 为斜面长，滑块沿斜面下滑的加速度为L hg g a ==θsin (6)L h a g = (7)4． 验证牛顿第二定律设运动物体的总质量为 M ，作用力为 F ，假设其他耗散力如摩擦力、空气阻力、气垫粘滞力可忽略不计，这时牛顿第二定律可表示为Ma F = (8)F 不变，改变 M， F/a应为一常量，即F增大，a同时增大；若保持MaF减小，a同时减小。
西安交通大学大学物理仿真实验
大学物理仿真实验偏振光的观察与研究姓名：班级：学号：实验原理：1．偏振光的概念和产生：2．改变偏振态的方法和器件：常见的起偏或检偏的元件构成有两种：1.光学棱镜。
如尼科耳棱镜、格兰棱镜等，它是利用光学双折射的原理制成的；2.偏振片。
它是利用聚乙烯醇塑胶膜制成，它具有梳状长链形结构分子，这些分子平行排列在同一方向上，此时胶膜只允许垂直于排列方向的光振动通过，因而产生线偏振光.马吕斯定律：马吕斯在1809年发现，完全线偏振光通过检偏器后的光强可表示为I1 = I0 cos2α，其中的 是检偏器的偏振方向和入射线偏振光的光矢量振动方向的夹角：波晶片：又称位相延迟片，是从单轴晶体中切割下来的平行平面板，由于波晶片内的速度v o ,v e不同，所以造成o光和e光通过波晶片的光程也不同.当两光束通过波晶片后o 光的位相相对于e光多延迟了Δ=2π(n0-n1)d/λ，若满足(n e-n o)d=±λ/4，即Δ=±π/2我们称之为λ/4片，若满足(n e-n o)d=±λ/2，即Δ=±π，我们称之为λ/2片，若满足(n e-n o)d=±λ，即Δ=2π我们称之为全波片。
3．借助检偏器和λ/4波晶片检验光的5种偏振态：1. 只用检偏器（转动）：对于线偏光可以出现极大和消光现象。
对于椭圆偏光和部分偏光可以出现极大和极小现象。
对于圆偏光和非偏光各方向光强不变。
2. 用λ/4波晶片和检偏器（转动）：对于非偏光（自然光）各方向光强不变。
对于圆偏光出现消光现象（原因）。
对于部分偏光仍出现极大和极小现象。
对于椭圆偏光，当把λ/4波晶片的快慢轴放在光强极大位置时出现消光现象（原因）。
检验偏振光的光路实验内容：1.研究λ/4波片对偏振光的影响：本实验所用仪器有：光源、偏振片(2个)、λ/4波片、光屏等。
光路图（1）按光路图使偏振片A和B 的偏振轴正交(消光)。
然后插入一片λ/4波片C(实际实验中要使光线尽量穿过元件的中心)。
西安交大物理仿真实验实验报告材料(良导体热导率地动态法测量)
交通大学大学物理仿真实验报告：萌班级：核工程23学号：2120302084日期：2013.11.25实验名称：良导体热导率的动态法测量一．实验目的1．通过实验学会一种测量热导率的方法。
2．解动态法的特点和优越性。
3．认识热波，加强对拨动理论的理解。
二．实验原理实验采用热波法测量铜、铝等良导体的热导率。
简化问题，令热量沿一维传播，周边隔热,如图1所示。
根据热传导定律，单位时间流过某垂直于传播方向上面积A的热量，即热流为xTKAt q ∂∂-=∂∂ （1）其中K 为待测材料的热导率，A 为截面积，文中xT∂∂是温度对坐标x 的梯度,负号表示热量流动方向与温度变化方向相反．dt 时间通过面积A 流入的热量dxdt x T KA dt t q t q dq dx x x 22∂∂=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫⎝⎛∂∂-⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=+图1 棒 元若没有其他热量来源或损耗，据能量守恒定律，dt 时间流入面积A 的热量等于温度升高需要的热量dt t T Adx c dq ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=ρ，其中C ，ρ分别为材料的比热容与密度。
所以任一时刻棒元热平衡方程为dx xTK t T dx C 22∂∂=∂∂ρ（2）由此可得热流方程22xT D t T ∂∂=∂∂ （3）其中ρC KD =，称为热扩散系数． 式（3）的解将把各点的温度随时间的变化表示出来，具体形式取决于边界条件，若令热端的温度按简谐变化，即t T T T m ωsin 0+=（4）其中T m 是热端最高温度，为热端温度变化的角频率。
另一端用冷水冷却，保持恒定低温o T ，则式（3）的解也就是棒中各点的温度为)sin(202x t eT x T T Dxm Dωωαω-⋅+-=-（5）其中T 0是直流成分，α是线性成分的斜率，从式（5）中可以看出：1) 热端(x=0)处温度按简谐方式变化时，这种变化将以衰减波的形式在棒向冷端传播，称为热波．2) 热波波速：ωD V 2= （6） 3) 热波波长：ωπλD22=（7）因此在热端温度变化的角频率已知的情况下，只要测出波速或波长就可以计算出 D ．然后再由ρC KD =计算出材料的热导率K ．本实验采用.式（6）可得 ωρC KV 22= 则T C V f C V K πρπρ4422==（8）其中，f 、T 分别为热端温度按简谐变化的频率和周期．实现上述测量的关键是：1) 热量在样品中一维传播．2) 热端温度按简谐变化． 三．实验仪器 1. 仪器结构实验仪器结构框图见图2(a)，该仪器包括样品单元，控制单元和记录单元三大部分．实际仪器由两种工作方式：手动和程控．他们都含样品单元和控制单元，不同的只是记录单元．前者用高精度x-y记录仪，后者用微机实现对整个系统的控制、数据的采集、记录和绘图，学生自行数据处理．图2(a) 热导率动态测量以结构框图仪器主机由用绝热材料紧裹侧表面的园棒状样品（实验取铜和铝两种样品）、热电偶列阵（传感器）、实现边界条件的脉动热源及冷却装置组成，见示意图2(b)．样品中热量将只沿轴向传播，在任意一个垂直于棒轴的截面上各点的温度是相同的，于是，只要测量轴线上各点温度分布，就可确定整个棒体上的温度分布．温度的测量采用热电偶列阵．将热电偶偶端均匀插在棒轴线处，两个相邻偶间距离均为2cm，为保持棒尾的温度T恒定，以防止整个棒温起伏，用冷却水冷却．o图2(b) 主机结构示意图图2(C) 热导率动态仪实物图图2(d) 控制面板2. 脉动热源及冷却装置为实现热温度随时间做简谐变化，在样品棒的一端放上电热器，使电热器始终处于T/2开、T/2关的交替加热的状态，于是电热器便成了频率为T的脉动热源(图3(a))。
北交大物理演示实验报告
北交大物理演示实验报告北交大物理演示实验报告一、引言在物理学的学习过程中，实验是不可或缺的一部分。
通过实验，我们可以直观地观察到物理现象，并验证理论模型的正确性。
本次实验是在北交大物理实验室进行的一系列物理演示实验，旨在帮助学生更好地理解和掌握物理学的基本概念和原理。
二、实验一：牛顿摆牛顿摆是一个简单而重要的物理实验，通过摆的运动来研究力学中的重力和周期运动。
在实验中，我们通过调整摆的长度和质量，观察摆的周期与摆长的关系。
实验结果表明，摆长越大，周期越长，这符合摆的周期公式T=2π√(L/g)，其中T为周期，L为摆长，g为重力加速度。
三、实验二：杨氏模量杨氏模量是描述固体材料弹性性质的重要参数。
在实验中，我们使用一根细长的金属丝，通过悬挂不同负重来测定其伸长量。
根据胡克定律，应力与应变成正比，即F/A=EΔL/L0，其中F为受力，A为横截面积，E为杨氏模量，ΔL为伸长量，L0为原始长度。
通过实验数据的处理和计算，我们可以得到金属丝的杨氏模量。
四、实验三：光的折射光的折射是光学中的重要现象，也是实验室中常见的实验之一。
在实验中，我们使用一个透明的均匀介质，如玻璃，观察光线从空气进入介质后的折射现象。
根据斯涅尔定律，光线在两个介质界面上的入射角和折射角之间满足n1sinθ1=n2sinθ2，其中n1和n2分别为两个介质的折射率，θ1和θ2分别为入射角和折射角。
通过实验，我们可以验证斯涅尔定律，并计算出介质的折射率。
五、实验四：电磁感应电磁感应是电磁学中的重要现象，也是实验室中常见的实验之一。
在实验中，我们使用一个线圈和一个磁铁，通过改变磁铁与线圈的相对运动来观察感应电流的产生。
根据法拉第电磁感应定律，当磁通量发生变化时，线圈中将会产生感应电流。
通过实验，我们可以验证法拉第电磁感应定律，并研究感应电流与磁通量变化的关系。
六、实验五：声音的共振声音的共振是声学中的重要现象，也是实验室中常见的实验之一。
在实验中，我们使用一个空气柱和一个音叉，通过调节空气柱的长度来观察共振现象。
大学物理仿真实验_2
大学物理仿真实验学院：能动学院专业班号：装备81姓名：***学号：********实验名称：测螺线管磁场一、实验目的：学习测量交变磁场的一种方法，加深理解磁场的一些特性及电磁感应定律。
二、实验仪器：测量螺线管内磁场实验装置全貌铜导线螺线管、霍尔元件（轴向磁场探针）、（毫）特斯拉计、电流源。
三、实验原理：图1图1是一个长为2l，匝数为N的单层密绕的直螺线管产生的磁场。
当导线中流过电流I时，由毕奥—萨伐尔定律可以计算出在轴线上某一点P的磁感应强度为式中，为单位长度上的线圈匝数，R为螺线管半径，x 为P点到螺线管中心处的距离。
在SI单位制中，B的单位为特斯拉（T）。
图1同时给出B随x的分布曲线。
磁场测量的方法很多。
其中最简单也是最常用的方法是基于电磁感应原理的探测线圈法。
本实验采用此方法测量直螺线管中产生的交变磁场。
下图是实验装置的实验装置的示意图。
图2当螺线管A中通过一个低频的交流电流i(t) = I0sinωt时，在螺线管内产生一个与电流成正比的交变磁场B(t) = C p i(t) = B0sinωt其中C p是比例常数，把探测线圈A1放到螺线管内部或附近，在A1中将产生感生电动势，其大小取决于线圈所在处磁场的大小、线圈结构和线圈相对于磁场的取向。
探测线圈的尺寸比较小，匝数比较多。
若其截面积为S1，匝数为N1，线圈平面的法向平面与磁场方向的夹角为θ，则穿过线圈的磁通链数为:Ψ = N1S1B(t)cosθ根据法拉第定律，线圈中的感生电动势为：通常测量的是电压的有效值，设E(t)的有效值为V，B(t)的有效值为B，则有，由此得出磁感应强度：其中r1是探测线圈的半径，f是交变电源的频率。
在测量过程中如始终保持A和A1在同一轴线上，此时，则螺线管中的磁感应强度为在实验装置中，在待测螺线管回路中串接毫安计用于测量螺线管导线中交变电流的有效值。
在探测线圈A1两端连接数字毫伏计用于测量A1中感应电动势的有效值。
[实用参考]大学物理实验报告-单摆测重力加速度
![[实用参考]大学物理实验报告-单摆测重力加速度](https://img.taocdn.com/s3/m/9b94221c3968011ca30091d6.png)
——利用单摆测重力加速度班级：姓名： 学号：西安交通大学模拟仿真实验实验报告实验日期：20PP 年6月1日 老师签字：＿＿＿＿＿ 同组者：无 审批日期：＿＿＿＿＿ 实验名称：利用单摆测量重力加速度仿真实验 一、实验简介单摆实验是个经典实验，许多著名的物理学家都对单摆实验进行过细致的研究。
本实验的目的是学习进行简单设计性实验的基本方法，根据已知条件和测量精度的要求，学会应用误差均分原则选用适当的仪器和测量方法，学习累积放大法的原理和应用，分析基本误差的来源及进行修正的方法。
二、实验原理用一根绝对挠性且长度不变、质量可忽略不计的线悬挂一个质点，在重力作用下在铅垂平面内作周期运动，就成为单摆。
单摆在摆角小于5°（现在一般认为是小于10°）的条件下振动时，可近似认为是简谐运动。
而在实际情况下，一根不可伸长的细线，下端悬挂一个小球。
当细线质量比小球的质量小很多，而且小球的直径又比细线的长度小很多时，此种装置近似为单摆。
单摆带动是满足下列公式：进而可以推出：式中L 为单摆长度（单摆长度是指上端悬挂点到球重心之间的距离）；g 为重力加速度。
如果测量得出周期T 、单摆长度L ，利用上面式子可计算出当地的重力加速度g 。
三、 实验内容1. 用误差均分原理设计单摆装置,测量重力加速度g.g L T π2=224T L g π=西安交通大学物理仿真实验报告设计要求:(1)根据误差均分原理,自行设计试验方案,合理选择测量仪器和方法.(2)写出详细的推导过程,试验步骤.(3)用自制的单摆装置测量重力加速度g,测量精度要求△g/g < 1%.可提供的器材及参数:游标卡尺,米尺,千分尺,电子秒表,支架,细线(尼龙线),钢球,摆幅测量标尺(提供硬白纸板自制),天平(公用).假设摆长l≈70.00cm;摆球直径D≈2.00cm;摆动周期T≈1.700s;米尺精度△米≈0.05cm;卡尺精度△卡≈0.002cm;千分尺精度△千≈0.001cm;秒表精度△秒≈0.01s;根据统计分析,实验人员开或停秒表反应时间为0.1s左右,所以实验人员开,停秒表总的反应时间近似为△人≈0.2s.2. 对重力加速度g的测量结果进行误差分析和数据处理,检验实验结果是否达到设计要求.3. 研究单摆周期与摆长,摆角,悬线的质量和弹性系数,空气阻力等因素的关系,试分析各项误差的大小.四、实验仪器单摆仪，摆幅测量标尺，钢球，游标卡尺（图1-图4）单摆仪（1）摆幅测量标尺（2）钢球（3）游标卡尺（4）五、实验操作1. 用米尺测量摆线长度+小球直径为92.62m（图5）；2. 用游标卡尺测量小球直径结果（图6）图（5）图（6）3. 把摆线偏移中心不超过5度，释放单摆，开始计时，单摆摆过50个周期后停止计时，记录所用时间；T =95.75 s/50 =1.915 s图（7）六、数据处理及误差分析（1）数据处理:1）周期的计算：T = 95.75s/50 = 1.967s2）摆长的计算：钢球直径的测量数据如下表：测量次数每次数据d（cm）平均值（cm）⎺d△d=⎪d-⎺d⎪(cm)1 1.662 1.6870.0252 1.7020.0153 1.6720.0154 1.6720.0155 1.6920.0156 1.7210.039△⎺d0.021则⎺d =1.687cm,△⎺d=0.024cm.所以有效摆长为：L =92.62cm -1.687/2cm=91.78cm,3）重力加速度的计算：因为:T=2π√Lg所以：g=4π2LT2= 9.88m/s2查资料可知，西安地区的重力加速度约为9.79 m/s2则相对误差是E=△g/g=0.9⎺%＜1%，符合实验要求。
最新大学物理仿真实验实验报告1
最新大学物理仿真实验实验报告1实验目的：本次实验旨在通过物理仿真软件，加深对基本物理原理的理解，并掌握使用现代科技手段进行物理实验的方法。
通过模拟不同的物理现象，提高分析和解决物理问题的能力。
实验原理：在本次实验中，我们将利用仿真软件模拟光的折射和反射现象。
光的折射遵循斯涅尔定律，即入射光线、折射光线和法线都在同一平面内，且入射角和折射角的正弦之比等于两种介质的折射率之比。
反射则遵循反射定律，即入射角等于反射角，且入射光线、反射光线和法线都在同一平面内。
实验设备：1. 物理仿真软件（如PhET Interactive Simulations）2. 计算机及显示器3. 数据记录表格实验步骤：1. 打开物理仿真软件，并选择适当的模拟实验模块。
2. 设定初始条件，如光源位置、介质的折射率、观察屏幕的位置等。
3. 启动模拟，观察光在不同介质间的传播情况，记录入射角、折射角和反射角。
4. 更改介质的折射率，重复步骤3，观察折射和反射角的变化。
5. 对收集到的数据进行分析，验证斯涅尔定律和反射定律。
实验结果与分析：在实验过程中，我们观察到当光从低折射率介质进入高折射率介质时，折射角小于入射角；反之，折射角大于入射角。
此外，反射角始终等于入射角，这一点在所有模拟实验中都得到了验证。
通过改变入射角和介质的折射率，我们得到了一系列的数据，这些数据与理论预测相符，从而验证了斯涅尔定律和反射定律的正确性。
结论：通过本次仿真实验，我们成功模拟了光的折射和反射现象，并验证了相关的物理定律。
实验结果表明，物理仿真软件是一种有效的教学和研究工具，可以帮助学生更好地理解复杂的物理概念。
此外，仿真实验的可重复性和可控性为深入研究提供了便利。
西安交大大学物理仿真实验报告(单摆测量重力加速度)
9. 0.07m / s 2
E
g 100% 0.71% <1% 满足实验要求 g
误差分析：
单摆只在最大摆角小于等于 5° 时，单摆的振动才可以近似看为为简谐振动。 这时视为简谐振动的误差非常小，因为在回复力公式推导时，只有在摆角 θ 小于 等于 5° 时才有 sinθ=[近似相等]=tanθ=θ[弧度]=X/L，有：F=-X(mg/L)，即回复力 与离开平衡位置的位移大小成正比，方向相反，振动为简谐振动。因此，单摆摆 角会产生误差。 空气的粘滞阻力并不影响摆动的周期，所以没有造成误差。 由于悬线的质量远小于铁球质量，所以产生的误差可以忽略不计。
二、 实验原理
单摆的结构参考图 1 单摆仪,一级近似的周期公式为
由此通过测量周期摆长求重力加速度
三、 实验内容
一. 用误差均分原理设计一单摆装置,测量重力加速度 g. 设计要求: (1) 根据误差均分原理,自行设计试验方案,合理选择测量仪器和方法. (2) 写出详细的推导过程,试验步骤. (3) 用自制的单摆装置测量重力加速度 g,测量精度要求△g/g < 1%. 可提供的器材及参数:
本实验的目的是学习进行简单设计性实验的基本方法根据已知条件和测量精度的要求学会应用误差均分原则选用适当的仪器和测量方法学习累积放大法的原理和应用分析基本误差的来源及进行修正的方法
大学物理仿真实验
实验报告
装备 02 崔江 10037032
利用单摆测量重力加速度
一、 实验简介
单摆实验是个经典实验，许多著名的物理学家都对单摆实验进行过细致的研究。本 实验的目的是学习进行简单设计性实验的基本方法，根据已知条件和测量精度的要求， 学会应用误差均分原则选用适当的仪器和测量方法，学习累积放大法的原理和应用，分 析基本误差的来源及进行修正的方法。
大学物理实验报告-单摆测重力加速度.docx
西安交通大学物理仿真实验报告——利用单摆测重力加速度班级：姓名：学号：西安交通大学模拟仿真实验实验报告实验日期：2014年6月1日 老师签字：＿＿＿＿＿ 同组者：无 审批日期：＿＿＿＿＿实验名称：利用单摆测量重力加速度仿真实验一、实验简介单摆实验是个经典实验，许多著名的物理学家都对单摆实验进行过细致的研究。
本实验的目的是学习进行简单设计性实验的基本方法，根据已知条件和测量精度的要求，学会应用误差均分原则选用适当的仪器和测量方法，学习累积放大法的原理和应用，分析基本误差的来源及进行修正的方法。
二、实验原理用一根绝对挠性且长度不变、质量可忽略不计的线悬挂一个质点，在重力作用下在铅垂平面内作周期运动，就成为单摆。
单摆在摆角小于5°（现在一般认为是小于10°）的条件下振动时，可近似认为是简谐运动。
而在实际情况下，一根不可伸长的细线，下端悬挂一个小球。
当细线质量比小球的质量小很多，而且小球的直径又比细线的长度小很多时，此种装置近似为单摆。
单摆带动是满足下列公式：进而可以推出：式中L 为单摆长度（单摆长度是指上端悬挂点到球重心之间的距离）；g 为重力加速度。
如果测量得出周期T 、单摆长度L ，利用上面式子可计算出当地的重力加速度g 。
三、 实验内容g L T π2=224T L g π=1. 用误差均分原理设计单摆装置,测量重力加速度g.设计要求:(1)根据误差均分原理,自行设计试验方案,合理选择测量仪器和方法.(2)写出详细的推导过程,试验步骤.(3)用自制的单摆装置测量重力加速度g,测量精度要求△g/g < 1%.可提供的器材及参数:游标卡尺,米尺,千分尺,电子秒表,支架,细线(尼龙线),钢球,摆幅测量标尺(提供硬白纸板自制),天平(公用).假设摆长l≈70.00cm;摆球直径D≈2.00cm;摆动周期T≈1.700s;米尺精度△米≈0.05cm;卡尺精度△卡≈0.002cm;千分尺精度△千≈0.001cm;秒表精度△秒≈0.01s;根据统计分析,实验人员开或停秒表反应时间为0.1s左右,所以实验人员开,停秒表总的反应时间近似为△人≈0.2s.2. 对重力加速度g的测量结果进行误差分析和数据处理,检验实验结果是否达到设计要求.3. 研究单摆周期与摆长,摆角,悬线的质量和弹性系数,空气阻力等因素的关系,试分析各项误差的大小.四、实验仪器单摆仪，摆幅测量标尺，钢球，游标卡尺（图1-图4）单摆仪（1）摆幅测量标尺（2）钢球（3）游标卡尺（4）五、实验操作1. 用米尺测量摆线长度+小球直径为92.62m（图5）；2. 用游标卡尺测量小球直径结果（图6）图（5）图（6）3. 把摆线偏移中心不超过5度，释放单摆，开始计时，单摆摆过50个周期后停止计时，记录所用时间；T =95.75 s/50 =1.915 s图（7）六、数据处理及误差分析（1）数据处理:1）周期的计算：T = 95.75s/50 = 1.967s2）摆长的计算：△d=⎪d-⎺d⎪(cm) 测量次数每次数据d（cm）平均值（cm）⎺d1 1.662 1.687 0.0252 1.702 0.0153 1.672 0.0154 1.672 0.0155 1.692 0.0156 1.721 0.039△⎺d 0.021所以有效摆长为：L =92.62cm -1.687/2cm=91.78cm,3）重力加速度的计算：因为:T=2π√Lg所以：g=4π2LT2= 9.88m/s2查资料可知，西安地区的重力加速度约为9.79 m/s2则相对误差是E=△g/g=0.9⎺%＜1%，符合实验要求。
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扫描隧道显微镜
机自24 芦迪2120302076
一．实验目的：
1. 学习和了解扫描隧道显微镜的原理和结构；
2. 观测和验证量子力学中的隧道效应；
3. 学习扫描隧道显微镜的操作和调试过程，并以之来观测样品的表面形貌；
4. 学习用计算机软件处理原始图象数据。
二．实验原理：
1.隧道电流
扫描隧道显微镜(Scanning Tunneling Microscope)的工作原理是基于量子力学中的隧道效应。
对于经典物理学来说，当一个粒子的动能E低于前方势垒的高度V0时，它不可能越过此势垒，即透射系数等于零，粒子将完全被弹回。
而按照量子力学的计算，在一般情况下，其透射系数不等于零，也就是说，粒子可以穿过比它能量更高的势垒(如图1)这个现象称为隧道效应。
隧道效应是由于粒子的波动性而引起的，只有在一定的条件下，隧道效应才会显
著。
经计算，透射系数T为：
由式(1)可见，T与势垒宽度a，能量差(V0-E)以及粒子的质量m有着很敏感的关系。
随着势垒厚(宽)度a的增加，T将指数衰减，因此在一般的宏观实验中，很难观察到粒子隧穿势垒的现象。
扫描隧道显微镜的基本原理是将原子线度的极细探针和被研究物质的表面作为两个电极，当样品与针尖的距离非常接近(通常小于1nm) 时，在外加电场的作用下，电子会穿过两个电极之间的势垒流向另一电极。
隧道电流I是电子波函数重叠的量度，与针尖和样品之间距离S以及平均功函数Φ有关：
式中Vb是加在针尖和样品之间的偏置电压，平均功函数
Φ1和Φ2分别为针尖和样品的功函数，A为常数，在真空条件下约等于1。
隧道探针一般采用直径小于1mm的细金属丝，如钨丝、铂-铱丝等，被观测样品应具有一定的导电性才可以产生隧道电流。
2.扫描隧道显微镜的工作原理
由式(2)可知，隧道电流强度对针尖和样品之间的距离有着指数依赖关系，当距离减小0.1nm，隧道电流即增加约一个数量级。
因此，根据隧道电流的变化，我们可以得到样品表面微小的高低起伏变化的信息，如果同时对x-y方向进行扫描，就可以直接得到三维的样品表面形貌图，这就是扫描隧道显微镜的工作原理。
扫描隧道显微镜主要有两种工作模式：恒电流模式和恒高度模式。
恒电流模式：如图（a）所示
x-y方向进行扫描，在z方向加上电子反馈系统，初始隧道电流为一恒定值，当样品表面凸起时，针尖就向后退；反之，样品表面凹进时，反馈系统就使针尖向前移动，以控制隧道电流的恒定。
将针尖在样品表面扫描时的运动轨迹在记录纸或荧光屏上显示出来，就得到了样品表面的态密度的分布或原子排列的图象。
此模式可用来观察表面形貌起伏较大的样品，而且可以通过加在z方向上驱动的电压值推算表面起伏高度的数值。
恒高度模式：如图(b)所示
在扫描过程中保持针尖的高度不变，通过记录隧道电流的变化来得到样品的表面形貌信息。
这种模式通常用来测量表面形貌起伏不大的样品。
三．实验仪器
STM 扫描隧道显微镜，STM控制器，STM控制软件
STM 扫描隧道显微镜STM控制器
STM控制软件
四．实验操作方法
1. 打开软件。
2. 单击鼠标右键弹出菜单，选择“开始实验”。
3. 单击鼠标右键，选择“操作STM”。
4. 在样品承载台上单击鼠标左键，选择合适的样品(高序石墨)。
5. 鼠标点击承载台下面的调节旋钮进行调节，让针尖尽量接近样品表面，注意不要损坏针尖。
6. 双击STM控制器，单击电源按钮，打开STM控制器开关。
7. 双击电脑，打开STM控制软件。
8. 打开“Z高度”和“马达高级控制面板”。
9. 点击“连续进”，找到扫描控制区。
10. 使用“单步进”，让Z高度电流稳定在-30 – 30V之间。
11. 关闭高级马达控制面板，点击“新建高度图像”。
12. 设置“高度控制”的显示围为1nm，“扫描控制面板”的扫描围为5nm。
13. 点击“开始/停止扫描图像”，即可扫出高序石墨的原子图谱。
五．实验结果和数据处理
高序石墨扫描图像：
相关参数表：
六．实验结论和误差分析
实验结论：
通过扫描隧道显微镜的命名出发了解了其基本原理，从本质上理解了扫描隧道显微镜的作用，实验中在一步步的摸索中明白了每一步实验步骤的目的。
运用具有原子分辨率的实验仪器观察了高序石墨的表面形貌，使我们有机会通过自己的努力获得原子排列图
误差分析：
1. 仪器本身的系统误差。
2. 可能由于实验仪器对于隧道电流的分辨率问题导致形貌图和本身原子排列有偏差。
3. 在调节计算机软件相关参数时出现的偏差
七．思考题
1.扫描隧道显微镜的工作原理是什么？什么是量子隧道效应？
答:
根据隧道电流
S为针尖与样品距离，隧道电流强度对针尖和样品之间的距离有着指数依赖关系，当距离减小0.1nm，隧道电流即增加约一个数量级。
因此，根据隧道电流的变化，我们可以得到样品表面微小的高低起伏变化的信息，如果同时对x-y方向进行扫描，就可以直接得到三维的样品表面形貌图，这就是扫描隧道显微镜的工作原理。
对于经典物理学来说，当一个粒子的动能E低于前方势垒的高度V0时，它不可能越过此势垒，即透射系数等于零，粒子将完全被弹回。
而按照量子力学的计算，在一般情况下，其透射系数不等于零，也就是说，粒子可以穿过比它能量更高的势垒这个现象称为隧道效应。
2.扫描隧道显微镜主要常用的有哪几种扫描模式？各有什么特点？
答：
扫描隧道显微镜主要有两种工作模式：恒电流模式和恒高度模式。
恒电流模式：如图（a）所示
x-y方向进行扫描，在z方向加上电子反馈系统，初始隧道电流为一恒定值，当样品表面凸起时，针尖就向后退；反之，样品表面凹进时，反馈系统就使针尖向前移动，以控制隧道电流的恒定。
将针尖在样品表面扫描时的运动轨迹在记录纸或荧光屏上显示出来，就得到了样品表面的态密度的分布或原子排列的图象。
此模式可用来观察表面形貌起伏较大的样品，而且可以通过加在z方向上驱动的电压值推算表面起伏高度的数值。
恒高度模式：如图(b)所示
在扫描过程中保持针尖的高度不变，通过记录隧道电流的变化来得到样品的表面形貌信息。
这种模式通常用来测量表面形貌起伏不大的样品。
3.仪器中加在针尖与样品间的偏压是起什么作用的？针尖偏压的大小对实验结果何影响？
答:
根据公式
Vb为起偏电压，将原子线度的极细探针和被研究物质的表面作为两个电极，当样品与针尖的距离非常接近(通常小于1nm) 时，在外加电场的作用下，电子会穿过两个电极之间的势垒流向另一电极，形成隧道电流，从而根据不同位置隧道电流和探针与物品距离的上述关系绘出表面三维形貌图。
只有在一定的条件下，隧道效应才会显著，根据上面的公式，由于仪器电流大小分辨率的限制，在针尖偏压Vb较大的情况下，隧道电流改变比较明显，可以绘出更精细，分辨率更高的表面形貌图。
4. 实验中隧道电流设定的大小意味着什么？
答:
电流设定”的数值意味着恒电流模式中要保持的恒定电流，也代表着恒电流扫描过程中针尖与样品表面之间的恒定距离。
该数值设定越大，这一恒定距离也越小。