大学物理创新实验讲义II
大学物理创新实验(二)2024
大学物理创新实验（二）引言概述：大学物理创新实验（二）是一门旨在培养学生创新思维和动手能力的实践课程。
本文将介绍该实验的设计和执行过程，包括实验的目标、实验设备和材料、实验步骤、实验结果的分析和讨论。
通过本实验的学习，学生将能够深入了解物理原理，并运用所学知识进行独立的实验设计和探究。
正文内容：1. 实验目标：- 熟悉实验室安全操作规范；- 培养学生的实验设计思维和创新能力；- 掌握使用常规实验设备进行实验的技能；- 深入理解光学和力学原理，并将其应用于实验设计；- 培养团队合作精神和实验报告撰写能力。
2. 实验设备和材料：- 光学实验仪器：激光器、透镜、单缝衍射装置等；- 力学实验仪器：弹簧振子、万能试验台等；- 电子设备：示波器、数字多用表等。
3. 实验步骤：1) 实验前准备：- 按照实验要求组织学生形成实验小组；- 检查实验设备和材料的完整性和正常工作状态；- 提供实验指导书和实验报告模板。
2) 实验操作：- 学生根据实验指导书，依次进行实验步骤；- 每个小组的学生共同完成实验任务，并记录实验过程中的数据。
3) 数据处理：- 学生使用计算机软件对实验数据进行处理和分析；- 绘制实验结果的曲线图和数据表。
4) 讨论和总结：- 学生根据实验结果进行讨论和分析；- 小组成员共同撰写实验报告，总结实验结果和得出结论；- 学生团队进行实验报告的评审和互评。
4. 实验结果的分析和讨论：- 学生根据实验数据和理论分析结果，对实验现象进行解释；- 学生通过实验结果的比较和讨论，得出结论并提出可能的误差来源；- 学生探讨实验的局限性和改进方法，提出进一步研究的方向。
5. 实验总结：- 总结本次实验的目标和主要内容；- 强调学生在实验中获得的知识、技能和体会；- 对实验中存在的问题提出建议和改进方案；- 对学生在实验中的表现进行评价和激励。
总结：大学物理创新实验（二）通过培养学生实验设计思维和创新能力，巩固和应用物理原理知识，提高学生的动手实践能力和团队合作精神。
大学物理实验讲义
实验课程的建设是一项集体事业，需要从事实验工作的全体人员长期不懈的 努力，日积月累、不断改革。多年来，所有在物理实验教学中工作过的人员对本 课程的建设都作出了贡献，因此本讲义可以说是这个集体智慧的结晶。
A.2 常用物理数据表.................................................................... 46
绪论
物理学是研究物质的基本结构、相互作用和物质最基本、最普遍的运动形式 及其规律的学科。物理学按研究方法可分为理论物理和实验物理两大分支。理论 物理是从一系列基本原理出发，经过数学的推演得出结果，并将结果与观测和实 验相比较，从而达到理解现象、预测未知的目的。实验物理是以观测和实验为手 段来发现新的物理规律，验证理论结论，同时也为理论物理提供新的研究课题。 因此，物理实验是研究自然规律的最基本的手段，是物理理论的源泉。
2.4 用分光计测量光栅常数及角色散率 ............................................ 29
2.5 用双棱镜干涉测光波波长 ........................................................ 30
2.6 示波器的原理和使用 .............................................................. 31
iv
大学物理实验(2).ppt
为什么要用两种表示方法表示误差？
m1 (1.00 0.02)g m2 (100.00 0.02)g
相对误差 2.0%
相对误差 0.02%
两个物体质量的绝对误差都是0.02g
现它具有内在统计规律：
单峰性 有界性 对称性 抵偿性
f (N ) N
偶然误差的可能来源：
偶然不确定因素引起，可能：个人、 环境因素，电压波动、杂散电磁场干扰
偶然误差的出现带有必然性和不可避免性 难以控制无法消除
（3）过失误差（粗大误差）
明显歪曲实验结果的误差称为过失误差
缺乏经验、粗心大意、过度疲劳、操作不当
1 K
(N1 N2
... NK )
Ni
i1
K
N1 N0 N1
N2 N0 N2 算术平均值的误差＝误差的算术平均值
．．．．．．．．．
K
NK N0 NK
Ni
当K 时, i1
0
K
K
K
Ni KN0 Ni
i 1
K
Ni
i 1
K
Ni
则N N0
i 1
K
N0
i 1
K
算术平均值作为直接测量的最佳值，
３．培养学生具有对待科学实验一丝不苟的严谨 态度和实事求是的工作作风。
二、实验课程序
物理实验课包括（１）预习（２）实验 操作（３）撰写实验报告，三个步骤。
步骤１ ．预习 实验前的预习是保证实验顺利进行，并
能取得满意结果的重要步骤。预习时要求阅 读讲义弄清实验目的、原理和方法，了解仪 器性能，写出实验预习报告。
K
Ni
N N0
i 1
K
简称：最佳值
２．绝对误差与相对误差
关于物理创新实验报告(3篇)
第1篇一、实验背景与目的随着科学技术的不断发展，物理实验在培养大学生创新思维、实践能力和科学素养方面发挥着越来越重要的作用。
为了更好地锻炼学生的实验技能，激发学生的创新意识，我们开展了本次物理创新实验。
本次实验旨在通过设计、搭建和调试一个新型实验装置，探索物理原理在实际应用中的创新实践，培养学生的动手能力、团队协作精神和创新能力。
二、实验原理与装置1. 实验原理：本实验以电磁感应原理为基础，通过设计一个具有创新性的实验装置，验证法拉第电磁感应定律，并研究电磁感应现象与相关物理量的关系。
2. 实验装置：实验装置主要由以下部分组成：- 电源：提供稳定的交流电源；- 金属棒：作为导体，在磁场中运动；- 磁场发生器：产生均匀磁场；- 电流表：测量感应电流；- 数据采集系统：记录实验数据；- 电脑：处理实验数据，绘制曲线。
三、实验步骤与过程1. 搭建实验装置：按照实验原理图，将电源、金属棒、磁场发生器、电流表、数据采集系统和电脑连接起来，确保各部分连接正确、牢固。
2. 调节实验参数：- 调节电源输出电压，使其在安全范围内；- 调节磁场发生器的磁场强度，使其达到预定值；- 调节金属棒与磁场发生器的距离，确保实验过程中金属棒在磁场中运动。
3. 进行实验：- 在金属棒运动过程中，通过数据采集系统实时记录感应电流的变化；- 改变金属棒的运动速度、磁场强度等参数，观察感应电流的变化规律。
4. 数据处理与分析：- 对实验数据进行整理和分析，绘制感应电流与时间、速度、磁场强度等参数的关系曲线；- 根据实验结果，验证法拉第电磁感应定律，并研究电磁感应现象与相关物理量的关系。
四、实验结果与分析1. 实验结果：- 实验结果表明，感应电流与金属棒的运动速度、磁场强度等因素密切相关；- 当金属棒运动速度增加、磁场强度增大时，感应电流也随之增大。
2. 结果分析：- 通过实验，我们验证了法拉第电磁感应定律的正确性；- 同时，我们发现了电磁感应现象与相关物理量的关系，为电磁感应在实际应用中的创新实践提供了理论依据。
大学物理实验创新说课稿
大学物理实验创新说课稿介绍这份说课稿旨在介绍一种创新的大学物理实验教学方法，旨在提高学生的实践能力和创新思维能力。
通过这种方法，学生可以在实验中自主探索、发现问题并解决问题，培养他们的科学精神和实践能力。
目标- 提高学生的实践能力：通过实验，学生可以亲自动手进行观察、测量、数据分析等实际操作，培养他们的实践能力和技能。
- 培养学生的创新思维：通过鼓励学生在实验中进行独立思考、探索和实践，促进他们的创新思维和解决问题的能力。
- 增加学生的科学精神：通过实验中的科学探究和发现，培养学生的科学精神和科学素养，激发他们对物理研究的兴趣。
内容实验设计- 选择有趣且具有挑战性的实验内容，激发学生的研究兴趣。
- 设计实验步骤和要求，确保学生能够理解和执行。
- 引导学生分析实验现象，提出问题，培养他们的思辨能力。
学生参与- 鼓励学生在实验中进行自主探索和实践，提供适当的指导。
- 培养学生的团队合作精神，让他们在实验中互相合作、交流与分享。
- 倡导学生提出自己的想法和观点，鼓励他们表达和讨论。
实验讨论- 鼓励学生在实验结束后进行实验结果的讨论和分析，培养他们的科学思维和逻辑能力。
- 引导学生总结实验经验和教训，帮助他们改进实验方法和思路。
- 启发学生提出新的问题和观点，促进他们的创新和思考。
教师角色作为教师，我将扮演指导者和引导者的角色，帮助学生克服实验中遇到的困难和问题。
我将鼓励学生进行自主探索和思考，提供适当的引导和指导，以促进他们的研究和成长。
总结通过创新的大学物理实验教学方法，我们可以培养学生的实践能力、创新思维和科学精神。
这种方法将激发学生对物理学习的兴趣，提高他们的学习成效和综合素质。
希望通过这种教学方法的运用，能够为学生提供更好的学习体验和发展空间。
大学物理实验绪论讲义绪论
图表制作
实验数据应制作成图表，以便更好地展示数据和趋势。
结论分析
实验结论应基于数据分析，指出误差来源并提出改进意见 。
02 实验数据处理与误差分析
测量与误差
测量
测量是获取实验数据的过程，包括对 物理量进行观察、记录和量化。
误差定义
误差是指测量值与真实值之间的差异， 可以分为系统误差和随机误差。
随机误差的处理
数学公式拟合
通过选择合适的数学公式对实验数据进行拟合，可以得到物理量之间的数学关系。
03 实验操作规范与安全
实验操作规程
实验前准备
在实验开始前，学生应认真阅读实验指 导书，了解实验目的、原理、步骤和注
意事项。
实验数据记录
学生应认真记录实验数据，确保数据 的准确性和完整性，并按照要求进行
Байду номын сангаас数据处理和分析。
Excel软件介绍
总结词
易用性强的数据处理软件
详细描述
Excel软件是一款易用性强的数据处理软件，广泛应用于办公和数据处理领域。它提供了数 据输入、数据筛选、图表绘制等功能，能够帮助用户快速整理和分析数据。虽然相比于其他 专业数据处理软件，Excel的功能相对较少，但其易用性和普及度较高，适合初学者使用。
05 实验案例分析
单摆实验案例分析
实验目的
实验原理
研究单摆的周期与摆长、重力加速度的关系。
单摆做简谐运动的周期T与摆长L和重力加速 度g有关，其关系为T=2π√(L/g)。
单摆实验案例分析
2. 将单摆挂上重锤，调整摆长。
1. 准备实验器材，包括单摆装置、 计时器等。
实验步骤
01
03 02
单摆实验案例分析
大学物理实验报告创新
一、实验背景随着科学技术的不断发展，物理实验在培养大学生科学素养、创新能力和实践能力方面发挥着越来越重要的作用。
传统的物理实验往往侧重于验证理论知识，而较少涉及创新实验设计。
为了培养学生的创新意识和实践能力，本实验报告提出了一种基于创新设计的大学物理实验，旨在通过实验培养学生的创新思维、实验技能和团队合作精神。
二、实验目的1. 培养学生的创新意识和实验设计能力。
2. 提高学生对物理实验原理的理解和应用能力。
3. 增强学生的团队合作精神和沟通能力。
4. 探索物理实验在解决实际问题中的应用价值。
三、实验原理本实验以电磁学中的“法拉第电磁感应定律”为基础，设计了一种新型电磁感应实验装置。
通过创新设计，实现以下功能：1. 实验装置采用可调节的磁场强度和线圈匝数，便于观察不同参数对电磁感应现象的影响。
2. 利用光电传感器实时测量感应电流的大小，实现数据自动采集和分析。
3. 通过软件编程，实现对实验数据的实时处理和可视化展示。
四、实验步骤1. 设计实验装置：根据实验原理，设计并制作实验装置，包括可调节的磁场发生器、线圈、光电传感器等。
2. 设置实验参数：根据实验需求，调节磁场强度和线圈匝数，确保实验条件符合预期。
3. 进行实验：开启磁场发生器，观察并记录光电传感器输出的感应电流大小。
4. 数据处理与分析：利用软件对实验数据进行实时处理和可视化展示，分析不同参数对电磁感应现象的影响。
五、实验结果与分析1. 实验结果表明，随着磁场强度和线圈匝数的增加，感应电流也随之增大，符合法拉第电磁感应定律。
2. 通过对实验数据的分析，发现线圈匝数对感应电流的影响较大，而磁场强度的影响相对较小。
3. 实验过程中，发现光电传感器输出的感应电流存在波动现象，经分析，可能是由于磁场发生器的稳定性不足所致。
六、创新点1. 本实验采用可调节的磁场强度和线圈匝数，便于观察不同参数对电磁感应现象的影响，提高了实验的灵活性和可操作性。
2. 利用光电传感器实时测量感应电流的大小，实现数据自动采集和分析，提高了实验的效率和准确性。
高考物理二轮复习专题六第二讲力学创实验课件
熟悉实验器材的等效与替换“套路” 1．实验器材替换，解决问题的思维方式不变，如诊断卷 第4题，用电子秤代替弹簧测力计，测出水壶的重力及F1和F2 的合力大小。(b)、(c)图中的两次测量，分别测出F1和F2，且 必须保证结点位置不变(作用效果相同)。 2．气垫导轨代替长木板时，应调整导轨水平，不必平衡 摩擦力。 3．拉力传感器的示数即为细线对滑块的拉力，与钩码质 量大小无关。
解析：(1)由题图乙知第 14 条刻度线与主尺对
齐，d＝2mm＋14×0.05 mm＝2.70 mm。
(2)滑块和钩码的速度为 v＝dt ，增加的动能为： ΔEk＝12(m＋M)v2＝12(m＋M)dt 2＝m＋2tM2 d2， 当减少的重力势能与增加的动能相等时，机械能守恒，即 mgL＝m＋2tM2 d2。
12/8/2021
2．(2018·江苏七市三模)用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律。 气垫导轨上A处安装了一个光电门，滑块上固定一遮光条，滑块用绕 过气垫导轨左端定滑轮的细线与钩码相连，每次滑块都从同一位置由 静止释放，释放时遮光条位于气垫导轨上B位置的上方。
(1)某同学用游标卡尺测量遮光条的宽度d，如图乙所示，则d＝ ________mm。
能的原因即可)。
解析：(1)实验步骤③④的目的，是通过多次实验减小实验结果的
误差。
(2)在不放平板 P 时，物块从 B 点飞出做平抛运动，
在水平方向上有 s＝vBt，
在竖直方向上有 h＝12gt2，
(2)用实验中测量的量表示：物块 Q 滑到 B 点时的动能 EB＝______。
12/8/2021
(3)物块 Q 与平板 P 之间的动摩擦因数 μ＝________。
(4)已知实验测得的 μ 值与实际值不等，其原因除了实验中测量的误
大学物理学实验讲义
大学物理学实验(讲稿)（力、热、光、电）**: ***授课时间:所在院系: 物理与电子信息学院预备知识：不确定度的概念：不确定度是由于测量误差的存在而造成对被测量值不能确定的程度。
因此，我们应将测量中的不可靠量值叫误差，导致测量结果的不可靠量值叫不确定度。
一、 直接测量量的不确定度计算：A 类不确定度：（随机误差）)1()(2--=∑N N x xu iA （通用式）B 类不确定度：（未定系统误差）3仪∆=B u （p=0.683） （通用式）总不确定度：22B A u u u +=（通用式）仪∆获得的三个途径：（1）由仪器或说明书给出（指以前称为仪器误差）。
（2）由仪器的准确度等级给出：100量程）（等级仪⨯=∆（3）估计连续读数的仪器：分度值仪21=∆；非连续读数的仪器：分度值仪=∆； 数子式仪器：仪∆取末位数字的21±±或。
单次测量的不确定度计算：由于00)(==-A i u x x 故，3仪∆==B u u二、 间接测量量的不确定度计算：设：...),,(z y x f N = 传递公式：...)()()(222222+∂∂+∂∂+∂∂=z y x N u zf u y f u x f u 例如：园柱体的密度公式为h d m v m 24πρ==则222)()2()()(hu d u m u u h d m ++=ρρ ρρρρ⨯=)()(u u （单位）式中：—待测物体的直径。
—d —待测物体的高度。
—h —待测物体的质量。
—m三、 测量结果表示：3)18.091.8()(cm g u ±=±=ρρρ （第一位为1时可多取1位）3)05.080.7()(cm gu ±=±=ρρρ （测量值不足两位补零与不确定度位数对齐）实验一 单摆一、实验目的1、用单摆测定本地的重力加速度；2、掌握用作图法验证理论公式；3、了解测量中主要误差来源及处理方法。
大学物理创新实验(一)2024
大学物理创新实验（一）引言概述:大学物理创新实验（一）是一门重要的实践教学课程，旨在培养学生的动手能力、创新思维和科学研究方法。
本文将从实验设计、仪器使用、数据处理、结果分析和实验总结五个方面，分别探讨大学物理创新实验的核心要素。
正文：一、实验设计:1. 确定实验目标和研究问题2. 综合考虑实验条件和限制3. 设计合适的实验方案4. 安排实验步骤和时间节点5. 决定实验所需材料和设备二、仪器使用:1. 熟悉实验仪器和设备的性能和使用方法2. 进行仪器的校准和调试3. 学习正确使用仪器的操作步骤和安全注意事项4. 根据实验设计，合理选择和调整仪器参数5. 实验中及时处理仪器故障和维护保养仪器三、数据处理:1. 确定实验数据的采集方法2. 使用适当的仪器和软件记录实验数据3. 对实验数据进行整理和归类4. 进行数据的初步分析和处理5. 使用统计方法对实验结果进行验证和确认四、结果分析:1. 利用图表等可视化手段展示实验数据2. 解读实验数据中的规律和趋势3. 比较实验结果与理论预期的差异4. 探讨实验中存在的误差来源和影响因素5. 提出实验改进的建议和未来研究的思路五、实验总结:1. 总结实验结果和分析讨论的成果2. 评价实验的可行性和有效性3. 总结实验中的问题和挑战4. 分享实验经验和心得体会5. 展望未来的实验研究方向和发展潜力总结:大学物理创新实验（一）是一门重要的实践教学课程，通过实验设计、仪器使用、数据处理、结果分析和实验总结五个方面的学习，培养学生的动手能力、创新思维和科学研究方法。
通过本课程的学习，学生能够掌握实验设计的核心要素，熟练掌握各类实验仪器的使用方法，熟悉数据处理和结果分析的基本流程，并能提出实验改进和进一步研究的方向。
【精选】高考物理二轮复习专题六物理实验第二讲力学创新实验课件
解析：(1)滑块离开弹簧后做匀速直线运动，故滑块的速率 v＝st。 (2)根据功能关系，弹簧的弹性势能 Ep＝12mv2，所以要求弹 性势能，还需要测得滑块的质量，故选项 C 正确。 (3)弹簧的形变量越大，弹性势能越大，滑块离开弹簧时的速 度越大，滑块从 B 运动到 C 的时间越短，故 x 增大时，计 时器显示时间 t 将变小，故选项 B 正确。 答案：(1)v＝st (2)C (3)B
C．合上打点计时器的电源开关后，拔掉插销解除锁定， 小车在弹簧作用下运动到左端；
D．在纸带上某处选取合适的 A 点，测出小车获得的速度 v； E．取不同的 x 重复以上步骤多次，记录数据并利用功能关
系分析结论。 实验中已知小车的质量为 m，弹簧的劲度系数为 k，则：
(1)将长木板右端适当垫高，其作用是__________________； (2) 在 步 骤 D 中 ， 所 选 取 的 A 点 位 置 应 在 图 乙 中 的 ______________段(选填“s1”“s2”或“s3”)； (3)若 Ep＝12kx2 成立，则实验中测量出物理量 x 与 m、k、v 关系式是 x＝______________。
Ep＝12kx2＝12mv2 解得：x＝ mk v。 答案：(1)平衡摩擦力 (2)s2 (3) mk v
考点二 实验器材的等效与替换
实验器材的等效与替换是实验考题的主要创新设计思 路之一。从近几年的高考命题来看，主要有以下几个方向： (1)用气垫导轨代替长木板，用光电门、频闪相机代替打点计 时器(如诊断卷第 5 题)；(2)用电子秤或已知质量的钩码等代 替弹簧测力计(如诊断卷第 4 题)。需要考生学会迁移应用
第二讲
力学创新实验
的设计与创新
最近几年的考题在试题情景的设计上进行了较多的创 新，不过其考查的实验原理和实验处理方法仍然不变，因此， 对于创新型实验的处理，最根本的方法是要把其从新情景中 分离出来，找出与常规实验的相通之处，然后运用熟悉的实 验原理和数据处理方法进行解答。需要考生在常规实验的基 础上学会灵活变通
大学物理实验讲义实验02扭摆法测定物体转动惯量
一刻度线对齐，i=23，△=0.02mm，li0.46mm，
图2-5游标卡尺读数示例
L=59+0.46=59.46mm。
为了读数方便，在五十分游标尺的游标刻度线下标有0，l，⋯，9等数字，这样，l
的值可直接从游标上读出，如标有“2”的刻线与主尺对齐，则△l=0.20mm。标有“5"的
PX000.0执行第x次测量（x为1-5）
CX XXX..X查询第x次测量（x为1-5和A）
SC Good自检正常
4.游标卡尺
游标卡尺主要有主尺和游标两部分组成，如图2-3。游标是附在主尺上的一个部件，
可紧贴在主尺上滑动。游标卡尺在构造上的主要特点是：游标上n个分格的总长与主尺上
n—1个分格的总长相等。设a代表主尺上一个分格的长度，b代表游标上一个分格的长度，
相反。此方程的解为：
Acos(0t)（2-7）
式中，A为谐振动的角振幅，为初相位角，0为谐振动的圆频率，根据圆频率0与周
期T的关系（
2
T）和式（2-5）的关系有
0
2
T2
0
I
K
（2-8）
由式（2-8）有
2
KT
I（2-9）
1
2
4
由式（2-9）可知，只要测得物体扭摆的摆动周期T和弹簧的扭转常数K即可计算出
强光下，实验时采用窗帘遮光，确保计
时的准确。
（3）扭摆
扭摆结构如图2-2所示。如果在水
平面内将夹具2绕转轴11转过一角度，
在弹簧4的恢复力矩作用下夹具及夹具
上的物体1一起绕转轴作周期性的往返
扭摆运动，夹具上的挡光杆7随之周期
大学物理演示实验讲义(清华大学)
大学物理演示实验讲义实验室功能介绍本实验室将全面支持同学们的大学物理课学习；本实验室为同学们提供了数十个定性或半定量实验。
本实验室还为同学们提供了大量的趣味物理展品。
实验和资料将帮助你理解物理概念,帮助你体会实验构思的巧妙,帮助你把理论与实践更好地结合起来,帮助你开阔知识视野。
总之是为了帮助你早日成才！本实验室采取互动方式教学，除了观察教师为你做的演示实验以外，你还可以选择自己最感兴趣的项目亲自动手做实验；你可以利用导学系统去学习,去思考,去探索；你还可以在课外参加创新实践活动,参加实验室建设,发展自己的个性与特长。
兴趣是最好的老师，在这个实验室的经历将会使你终生难忘!、锥体上滚【实验目的】：1．通过观察与思考双锥体沿斜面轨道上滚的现象，使学生加深了解在重力场中物体总是以降低重心，趋于稳定的运动规律。
2．说明物体具有从势能高的位置向势能低的位置运动的趋势，同时说明物体势能和动能的相互转换。
【实验仪器】：锥体上滚演示仪图1，锥体上滚演示仪【实验原理】：能量最低原理指出：物体或系统的能量总是自然趋向最低状态。
本实验中在低端的两根导轨间距小，锥体停在此处重心被抬高了；相反，在高端两根导轨较为分开，锥体在此处下陷，重心实际上降低了。
实验现象仍然符合能量最低原理。
【实验步骤】：1．将双锥体置于导轨的高端，双锥体并不下滚；2．将双锥体置于导轨的低端，松手后双锥体向高端滚去；3．重复第2步操作，仔细观察双锥体上滚的情况。
【注意事项】：1．移动锥体时要轻拿轻放，切勿将锥体掉落在地上。
2．锥体启动时位置要正，防止它滚动时摔下来造成变形或损坏。
陀螺进动【实验目的】：演示旋转刚体（车轮）在外力矩作用下的进动。
【实验仪器】：陀螺进动仪图2陀螺进动仪【实验原理】：陀螺转动起来具有角动量L,当其倾斜时受到一个垂直纸面向里的重力矩(r ×mg)作用,根据角动量原理, 其方向也垂直纸面向里。
下一时刻的角动量L+△L向斜后方,陀螺将不会倒下,而是作进动。
大学物理创新试验
大学物理创新性实验课程名称大学物理创新性试验实验项目双臂电桥测金属丝电阻率辅导教师专业班级双臂电桥测金属丝电阻率重庆交通大学土木建筑学院重庆400074摘要：电阻率是表征导体材料性质的一个重要物理量，电阻的测量方法很多，电桥是其常用方法之一。
双臂电桥简称双电桥，又名开尔文电桥，它是惠斯登电桥的改进和发展,它可以消除（或减小）附加电阻对测量的影响，因此是测量1Ω以下低电阻的主要仪器。
关键词：双臂电桥导线电阻接触电阻桥臂电阻四端引线1.实验设计思路2。
1实验原理：测量电阻常用多用电表,但其测量误差较大.如果要对电阻进行精密测量，可用各种电桥。
通常单臂惠斯登电桥的测量准确度可达0。
5％(电阻值测量范围为10～106Ω）。
但在测量低其中A 、B 、C 和D 接点是用铜块块制成，且在每一个上面都有一个用来紧密固定的大螺丝,B 和C 接点间用较粗的U 形铜棒连接。
P 和Q 是两个弹簧片,起固定R x 的作用。
标尺用螺丝固定在铜棒的前面，这样可在尺上直接读出MN 的长度。
铜棒AB 镀了防腐蚀材料。
M 是一用胶木和接触弹簧片组成的滑块，且固定在粗的金属棒上。
除BC 间的接线在板的上面，其他连接均在板下，均用粗铜线。
电阻间的接线柱有板上部分和板下部分，板上是旋钮接线柱，板下是由螺丝固定的垫圈和焊片。
左边电阻配法是按顺时针方向依次为100Ω、450Ω、450Ω、100Ω；右边相同.配阻计算如下：由于电阻对称的分布，可只设左边阻值依次为x 1、x 2、x 3、x 4按设计要求，列方程10/)(1)/()(1.0)/(432143214321=++=++=++x x x x x x x x x x x x 用矩阵解线性方程组的方法解出通解,得到x 1：x 2：x 3:x 4=2：9:9：2于是考虑现有电阻和对实验准确度的影响，精挑细选100Ω、20Ω和430Ω三种规格的电阻。
二．双臂电桥的工作原理双电桥的原理电路图如图2所示。
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实验一发光材料的热释光光谱测量一、实验目的1、掌握热释光三维发光谱的测量方法；2、采用热释光三维光谱法分析发光材料的发光特性；3、采用高温固相法合成发光材料，分析杂质和缺陷在发光材料中的作用。
二、实验原理1、热释光现象和理论模型热释光（thermoluminescence，简称TL）现象是吸收了电离辐射能的半导体或绝缘体受热发光的现象，很多晶体、玻璃、陶瓷和有机化合物都存在热释光现象，在三千多种矿石中，有四分之三的矿石可显示出热释光的性质。
由于热释光强度与物质所吸收的辐射剂量存在一定关系，以这一关系为基础的热释光剂量学，已经广泛地应用于辐射防护、辐射治疗、环境监测、考古学和地质测年学等诸多领域。
根据能带论，固体中电子的能级分成若干个能带。
能量最高的容许带是导带，导带之下隔着一个禁带是价电子带。
当固体中含有杂质时，在禁带中将出现分立的能级。
一般情况下，绝缘体未被辐射源照射以前，导带是没有自由电子的，价带及其以下各容许带均被电子填满。
在晶体中加入正离子激活剂可以在禁带形成俘获电子的能级，加入负离子激活剂则可能在禁带形成俘获空穴的能级。
如果电子或空穴在这些能级上的寿命较长，则称这些亚稳态能级为俘获中心或陷阱。
晶体中的杂质、位错、空位、间隙原子和表面缺陷等均可形成俘获中心。
负离子空位或过剩的正离子的电子能级降低，在禁带中靠近导带处出现了能俘获电子的能级。
一般情况下，在基态时该能级和导带一样是空的。
正离子空位或过剩的负离子的电子能级升高，在禁带中靠近价电子带处出现了分立的能级。
这些能级是从价带中分离出来的，是空穴的俘获中心。
晶体中的自由电子、空穴和激子均可通过多种方式被俘获到这些能级。
在碱金属的卤化物中俘获了电子的负离子空位称为F 心，俘获了空穴的陷阱称为H 心。
如果陷阱能级较深，则处于俘获中心的电子或空穴自发跃迁几率很小，可能长期处于陷阱中。
有选择地加入激活剂，可以控制晶体中俘获中心的浓度、能级深度和寿命。
电离辐射使固体（包括晶体、玻璃和塑料等）中能级或能带的填充情况发生的持久变化，可通过热激发、光激发、热电导和热电子发射等多种方式进行测量，用以测定吸收剂量。
(a) (b)图1-1热释光电子跃迁过程的能级图图1-1给出了热释光电子跃迁过程的简化能级示意图。
电离辐射作用于磷光体时，导致足够能量传递给价带中的电子，电离后的电子跃迁至导带，同时在价带中形成空穴，(见图1-1(a)中过程δ)。
电子和空穴分别以不同的几率被禁带中两类不同电性的陷阱俘获，形成俘获中心和复合中心 (如图1-1(a)中的H 和A)。
对辐照过的固体加热时，能量传递给陷阱中的电子，较浅的俘获能级中的电子在较低的加热温度下就释放了，而较深陷阱中的的电子要在较高的加热温度下才释放。
释放出来的电子可能被激发至导带（图1-1(b)中α过程），然后，可能被再俘获（图1-1(b)中β过程），或者与不同的复合中心复合发光（图1-1(b)中过程δ）；这些电子也可能跃迁到陷阱H 的激发态H ，然后发生再俘获或与不同的复合中心结合，释放出光子。
此外，也存在受激电子退激时不发光的可能性。
2、 热释光－光释光三维光谱仪价带热释光和光释光的三维发光谱，即包含温度（或衰退时间）和波长与发光强度的三维图谱的测定有助于识别发光中心的类型和了解相关的缺陷结构，为热释光和光释光的发光机制研究提供新的参数。
因此，热释光和光释光发光谱的三维测量系统成为热释光和光释光研究的重要手段热释光－光释光三维光谱仪结构我们研制的热释光－光释光三维光谱仪结构示意图如图3-1。
主要由以下功能块组成：3、 高温固相合成法高温固相合成是指在高温（600~1500℃）下，固体界面间经过接触，反应，成核，晶体生长反应而生成一大批复合氧化物，如含氧酸盐类、二元或多元陶瓷化合物等。
高温固相法是一种传统的制粉工艺，虽然有其固有的缺点，如能耗大、效率低、粉体不够细、易混入杂质等，由于该法制备的粉体颗粒无团聚、填充性好、成本低、产量大、制备工艺简单等优点，迄今仍是常用的方法。
CCD探测器 微机接口（ADC 、主控电路） 光栅样品 样品室光电倍增管（PMT ） 高压电源 计算机加热器步进电机 激发光源滤光片 光纤 狭缝 图3-1 热释光－光释光光谱仪结构框图示例：掺杂稀土的硫酸盐磷光体的热释光发光谱图4-4(a) MgSO 4:Tm 的热释光发光谱MgSO 4:Tm （0.1mol%）热处理温度为900℃，经90Sr β射线辐照100Gy 以后的三维热释光发光谱如图4-4所示。
可以看到，MgSO 4掺入Tm 之后，相对于MgSO 4热释光强度有了明显的增加，主要有4个剂量峰，分别位于140℃、200℃、260℃和360℃左右。
光谱中发光波长位于362nm 、455nm 、470nm 、655nm 和750nm 。
300400500600700800Wavelength (nm)0100200300400T e m p e r a t u r e (o C)图4-4(b) MgSO 4:Tm 的热释光发光谱的等高线图CaSO 4:Tm （0.1mol%）热处理温度为600℃，经90Sr β射线辐照100Gy 以后的三维热释光发光谱如图4-5所示。
可以看到，CaSO 4主要的剂量峰位于230℃，还有几个较弱的发光峰分别位于120℃、370℃左右。
主要的发光波长和MgSO 4:Tm 相同。
图4-5 CaSO4:Tm的热释光发光谱SrSO4:Tm（0.1mol%）热处理温度为900℃，经90Srβ射线辐照100Gy以后的三维热释光发光谱如图4-6所示。
可以看到，SrSO4主要的剂量峰位于230℃，还有几个较弱的发光峰分别位于120℃、180℃、220℃和440℃左右。
主要的发光波长和MgSO4:Tm和CaSO4:Tm相同。
上述三种硫酸盐掺Tm的磷光体，从发光峰温和灵敏度来看，CaSO4:Tm是比较好的材料。
图4-6 SrSO4:Tm的热释光发光谱MgSO4:Dy（0.1mol%）热处理温度为900℃，经90Srβ射线辐照100Gy以后的三维热释光发光谱如图4-7所示。
可以看到，MgSO4掺入Dy之后，相对于MgSO4热释光强度有了明显的增加，主要有4个剂量峰，分别位于140℃、200℃、260℃和360℃左右。
光谱中发光波长位于480nm、575nm、660nm和750nm。
图4-7(a) MgSO 4:Dy 的热释光发光谱图4-7(b) MgSO 4:Dy 的热释光发光谱CaSO 4:Dy （0.1mol%）热处理温度为600℃，经90Sr β射线辐照100Gy 以后的三维热释光发光谱如图4-8所示。
可以看到，CaSO 4主要的剂量峰位于230℃，还有几个较弱的发光峰分别位于120℃、230℃和370℃左右。
主要的发光波长和MgSO 4:Dy 相同。
300400500600700800Wavelength (nm)0100200300400T e m p e r a t u r e (o C)图4-8 CaSO4:Dy的热释光发光谱SrSO4:Dy（0.1mol%）热处理温度为900℃，经90Srβ射线辐照100Gy以后的三维热释光发光谱如图4-9所示。
可以看到，SrSO4主要的剂量峰位于230℃，还有几个较弱的发光峰分别位于120℃、180℃、220℃和440℃左右。
主要的发光波长和MgSO4:Dy及CaSO4:Dy相同。
与掺Tm的硫酸盐类似，CaSO4:Dy是三者之中发光峰温和灵敏度最好的一种。
100Gy图4-9 SrSO4:Dy的热释光发光谱三、实验步骤（略）实验二闪烁探头的研制与测试一、实验目的1、掌握闪烁体探测器的原理；2、掌握闪烁体探测器的结构；3、研制闪烁体探测器，并采用γ放射源进行测试。
二、实验原理1、闪烁体主要由闪烁体、光的收集部件和光电转换器件组成的辐射探测器。
当粒子进入闪烁体时，闪烁体的原子或分子受激而产生荧光。
利用光导和反射体等光的收集部件使荧光尽量多地射到光电转换器件的光敏层上并打出光电子。
这些光电子可直接或经过倍增后，由输出级收集而形成电脉冲。
早在1903年就有人发现α粒子照射在硫化锌粉末上可产生荧光的现象。
但是，直到1947年，将光电倍增管与闪烁体结合起来后才制成现代的闪烁探测器。
很多物质都可以在粒子入射后而受激发光，因此闪烁体的种类很多，可以是固体、液体或气体。
有机闪烁体编辑有机闪烁体大多属于苯环结构的芳香族碳氢化合物，其发光机制主要由于分子本身从激发态回到基态的跃迁。
同无机晶体一样，有机闪烁体也有两个发光成分,荧光过程小于1纳秒。
有机闪烁体又可分为有机晶体闪烁体、液体闪烁体和塑料闪烁体。
有机晶体主要有蒽、茋、萘等，具有比较高的荧光效率，但体积不易做得很大。
液体闪烁体和塑料闪烁体可看作是一个类型，都是由溶剂、溶质和波长转换剂三部分组成，所不同的只是塑料闪烁体的溶剂在常温下为固态。
还可将被测放射性样品溶于液体闪烁体内，这种“无窗”的探测器能有效地探测能量很低的射线。
液体和塑料闪烁体还有易于制成各种不同形状和大小的优点。
塑料闪烁体还可以制成光导纤维，便于在各种几何条件下与光电器件耦合。
2、光电转换器编辑光电转换器件一般采用光电管与光电倍增管。
但是，后出现的半导体光电器件，具有高的量子转换效率和低功耗，便于闪烁探测器的微型化和提高空间分辨率。
已有人研制成闪烁体与光电器件均用半导体材料组成的单片集成化的闪烁探测器。
利用光电倍增管倍增系统所做成的电子倍增器，也可单独用来探测辐射。
将分立的二次级改为连续的二次级后，形成通道型电子倍增器。
微型化的通道型电子倍增器──微通道板可以做到在1c㎡面积上具有几十万个微通道。
用微通道板作为电子倍增系统的光电转换器件，不但可以得到较高的灵敏度，而且还具有良好的时间特性和位置分辨率。
闪烁探测器具有探测效率高和灵敏体积大等优点。
其能量分辨率虽然不如半导体探测器好，但对环境的适应性较强。
特别是有机闪烁体的定时性能，中子、γ分辨能力和液体闪烁的内计数本领均有其独具的优点。
因此，它仍是广泛使用的辐射探测器。
3、前置放大器1）前置放大器的作用合理布局，便于调节和使用。
为缩小体积，紧靠辐射源的前置放大器通常要求有一定的放大倍数，工作稳定可靠，并做成非调节式。
实现阻抗转换和匹配。
前置放大器是在探测器和主放大器之间作为一个阻抗转换器，探测器通常要求后级有高的输入阻抗以便于信号的输出，而前置放大器通过电缆远距离传送给主放大器时，则要求有能与电缆阻抗相匹配的低的输出阻抗及传递信号。
2）前置放大器的分类电压灵敏前置放大器：利用放大器输入总电容对探测器输出的电流信号进行积分，电路简单，用于能量分辨率要求不高的探测系统。
电流灵敏前置放大器：电流灵敏前置放大器是对探测器输出电流信号直接进行放大。