激光原理与器件实验指导书(2009版)
实验一 氦－氖激光器搭建与调腔实验
（设计性实验）
【实验目的】
1． 了解激光器的组成及各组成部件的工作原理。 2． 掌握激光器平台的搭建及调试出光的具体步骤。 3． 掌握激光各种模式光斑的分布特点。
【实验原理】
一、激光器的组成及工作原理
一个装置要能给产生净的受激辐射（激光）必须具备三个基本条件： 1． 工作物质（激活物质）。
激光器的物理基础是光频电磁场与物质的相互作用（特别是共振相互作用）。 爱因斯坦从辐射与原子相互作用的量子论观点出发提出：光与物质的相互作用包含原子的自发辐射跃迁、受激辐射跃迁和受激吸收跃迁三种过程。
（1） 自发辐射跃迁是指：处于高能态2E 的一个原子自发地向低能态1E 跃迁，并发射一
个能量为hv 的光子。由于这种跃迁是自发的，其产生的光子具有随机的处相位，放出的光子是非相关光。
（2） 受激吸收跃迁是指：处于低能级1E 的一个原子，在频率为v 的辐射场的作用下，吸
收一个能量为hv 的光子并向2E 能态跃迁。这个过程只能减少场中的光子数，不会产生新的光子。光能量转换为工作物质原子的原子能。
（3） 受激辐射跃迁是指：处于高能态2E 的原子在频率为v 的辐射场的作用下，跃迁至低
能态1E 并辐射一个能量为hv 的光子。由于受激辐射是在外界辐射场的控制下的发光过程，因而其产生的受激辐射具有和外界辐射场相同的相位，是相干光。
在物质处于热平衡状态时，各能级上的原子数（集居数）服从玻耳兹曼统计分布
T
k E E b e n n )(1
2
12--=
其中，21,n n 分别为低能极和高能级上的原子数。因为12E E >，所以12n n <
，即在热平
hv
1E
2E
hv
hv
（a ）自发辐射跃迁
（b ）受激吸收跃迁
（c ）受激辐射跃迁
图 1.1 光与物质相互作用示
衡状态下，高能级集居数恒小于低能级集居数，受激吸收光子数121W n 恒大于受激辐射光子数212W n 。因此，处于热平衡状态下的物质只能吸收光子，不能产生净的光子。因此为了产生净的受激辐射必须要实现集居数反转条件：12n n >。要实现这一条件在热平衡状态下是不可能的，只有当外界向物质供给能量（称为激励或泵浦过程），从而使物质处于非平衡状态时，集居数反转条件才可能实现。
在激光的产生过程中，光的减少因素除了受激吸收外，还必须要考虑到谐振腔的几何偏折损耗和衍射损耗以及工作物质的散射损耗等因素的影响。因此工作物质的增益系数必须足够大，所以往往要求
12n n >>。在自然界存在的所有物质中，目前能够实现12n n >>条件
的激光器工作物质并不太多，如红宝石、钕、氖气、氩气、二氧化碳等。 2． 谐振腔
由于光频电磁场与物质的作用，当外界向工作物质提供能量以后，某些物质能够对光进行能量放大。如果该工作物质的长度足够长，那么一个光子通过此物质后理论上可以获得任意强度的相干光。但是鉴于激光器体积不能过大的限制，因此所有激光器的工作物质长度都不会太长，所以当光通过一次以后所获得的放大是有限的。为了提高激光工作物质的工作效率，人们在其两端增加两块透射反射镜，使光经过工作物质以后大部分能量被反射回来再次通过它，从而间接的增加了工作物质的长度。另一方面，由于只有沿垂直端面的腔轴方向传播的光才能在腔内多次反射而不逸出腔外，而所有其他方向的光则很容易逸出。因此谐振腔也具有模式选择的用途。
由于稳定腔的几何偏折损耗很低，在绝大多数中小功率的器件中都采用稳定腔。稳定腔的模式理论也是腔模式理论中比较成熟的部分，具有最广泛、最重要的实践意义。
实验中采用的是一种开放式的共轴球面稳定腔，由两块具有公共轴线的球面镜构成。 由已经学习过的腔内光线往返传播的矩阵表示方法（参看《激光原理》P35内容），可知道，在满足下列条件时，傍轴光线能在腔内往返多次而不至于横向逸出腔外，从而达到提供光波模反馈的目的：
()1212
?
???+D A （1－1）
如果使用的谐振腔是共轴球面稳定腔，则稳定性条件可进一步简化为：
111021
?- 2 ,1,11 021=-=< i 上式即为共轴球面腔的模式稳定原则。式中，当凹面镜向着腔内时，R 取正值，而当凸面镜向着腔内时，R 取负值。 通常来说，21g g 的值决定了谐振腔的结构及腔内激光束的特性，如光束的模体积。当 21g g 的值越接近1表示介质的利用率越高，但越难调出光；反之越接近0表示越容易调整 出光，但介质的利用率越低，在设计选择时应注意综合考虑。 3． 泵浦源 氦－氖激光器是最早研制成功的气体激光器。在可见及红外波段可产生多条激光谱线，其中最强的是632.8nm 、1.15m μ、3.39m μ三条谱线（可根据需要选择输出）。其泵浦源采用气体放电激励的方式对工作物质提供能量。激光器在阴极与阳极间通过充有氦氖混合气体的毛细管放电使氖原子的某一对或几对能级间形成集居数反转。混合气体中的氦气含量大于氖气的含量，其中氖气为工作气体，氦气为辅助气体。在工作中，当两极分别接通电源后，阴极发射的电子向阳极运动并被电场加速，大量的快速电子与基态氦原子发生碰撞，使大量的氦原子激发到高能态。当激发到高能态的氦原子与基态氖原子相遇后发生非弹性碰撞，能量从氦原子转移至氖原子，使基态的氖原子跃迁至高能级，失去能量的氦原子回到基态。当许许多多的非弹性碰撞发生后，大量的氖原子被激发到高能级，从而实现集居数反转的条件。 二、激光调腔 当组成激光器的三个条件都满足以后，要使激光器出光工作还必须把两反射镜准确放置于氦－氖激光管的毛细管两端，并调整镜面的取向，使镜面互相平行且与毛细管的轴线垂直。如图1.2所示。调整镜面的取向可以通过反射镜夹持器上的三个旋钮来实现。 调腔的整个过程需要在一十字屏与一个照明灯的协助下完成。十字屏与照明的放置如图1.2所示。十字屏上的十字叉中心有一个小孔。在激光管加电以后，用照明灯在透反镜与十字屏间照亮屏上的十字叉，当人眼从屏的一端通过小孔向透反镜观察时，可以看见十字叉经镜反射后所成的像以及毛细管的圆形轮廓。在毛细管圆形轮廓的中心位置有一很亮的小点，这是毛细管的轴线的端面（当人眼在一条直线上去观察这条直线的时候，线就变成了一个点）。因为光在轴线上非常集中，所以其亮度很高。调腔时，首先把照明灯固定于光具座上，手持十字屏并把眼镜贴近中心的小孔，观察毛细管一端，在观察的工程中不断调整位置，直到看见毛细管中的亮点（轴线端面）位于毛细管的圆形轮廓中心。然后立刻调整反射镜夹持器上的旋钮，使十字叉所成像的中心于毛细管中的亮点重合。此时调整后的反射镜就与毛细管的轴线垂直了。用同样的方法去调整另外一面反射镜，在调整好的瞬间就可以看到激光出射。 【实验仪器与参数】 1． 氦－氖激光管一只 长600mm 最大功率10mw 2． 反射镜片若干：凹面镜曲率半径分别为R0.5m 、R1m 、R2m 、R3m 及平面镜（R ∞） 镜片半径mm 20Φ 凹面镜反射率99.7％，平面镜反射率98.4％ 透反镜 透反镜 He-Ne 激光管 照明灯 图1.2 He-Ne 激光器组成示意图 3． 导轨一根 长880mm 4． 激光电源一台 最佳电流10mA 220v 50Hz 5． 激光管及镜片支架若干。 6． 十字屏及支架。 7． 功率计及光探头一台。 8． 校准光源一个。 【设计举例】 例：设计一氦-氖激光器的谐振腔，并调整腔镜的角度使其能出光，测输出光的功率。 解： 1) 选择腔的类型。 通过计算（请自行选择计算方法）可选择平凹腔。 2） 选择凹面镜曲率半径。 选择R2m 为腔镜 3） 将选好的腔镜和激光管等仪器按下图所示摆放至导轨上，调整水平线位置。 4） 调整谐振腔两镜面互相平行并与毛细管光轴垂直，使激光器出射激光。 【实验任务】 1． 设计任务： A ． 设计谐振腔镜面的组合类型。 B ． 设计镜面的曲率半径。 要求：要求详细写出选择腔镜类型和腔镜半径的计算选择过程并说明选择理由。 2． 按照设计结果选择谐振腔搭建激光器平台，调整镜面 方向使激光器出射激光。 3． 微调镜面方向，使激光束光斑分别呈现00TEM ， 10TEM ，20TEM 三种模式并分别测量三种模式下激光的输出功率。 4． 继续微调镜面方向，使激光束光斑呈现01TEM ，TEM ，30TEM 等一些高阶模， 对这些模式的光斑形状进行仔细观察。（各种模式的光斑形状见图1.3） 【注意事项】 因本实验带有一定的危险性、复杂性，希望同学们仔细阅读以下注意事项并严格遵守，在实验中听从实验指导老师的安排，小心细心耐心的完成实验。 1． 搭建激光器平台的过程中要小心轻放，激光管在放置过程中要避免碰撞任何刚性硬物， 如图2所示放置好各器件后，扭紧各固定旋钮。 2． 实验过程中勿用手指或其他粗糙纸制品擦拭激光管的布氏窗面、腔镜面，如有有污迹 确需去除，请报请实验指导老师处理。 3． 正确连接激光管的电极连线，管子有金属片端为负极，负极用黑线连接；另一端为正 极，用红线连接。正负极接反在加电后将导致激光管迅速损坏。连线完成后经实验老实检查后方可打开电源开关。 4． 电源未与管子连线前，禁止打开电源开关，电源空载加电将立刻烧毁电源。 图1.3 圆形镜共焦腔模的强度花 5．打开电源开关后，禁止身体的任何部位接触正负电极，以免触电；实验过程中如出现异常须立刻关闭电源开关或插座开关。 6．开始调腔前把电源电流慢慢调大并观察激光管，当管子里的红光不再出现雾状闪烁即可，出关电流不宜过大，以免出光时灼伤眼镜。出射激光后把电源电流调到10mA，不再用眼镜直视激光，改用白屏截光观察。 【思考题】 1．试分别求出平凹、双凹、凹凸共轴球面腔的稳定条件。 2．综合整个实验过程中遇到的问题，试考虑什么样的腔最适合实际使用。 实验二 基模高斯光束束腰及其远场发散角的测量 （设计性实验） 【实验目的】 1． 了解基模高斯光束的分布特性 2．掌握一般稳定腔与其等价共焦腔间的对应关系。 3．掌握基模光束束腰及远场发散角的测量。 【实验原理】 一、一般稳定腔与共焦腔间的等价关系 共焦腔理论是谐振腔理论中最简单、最基本、最重要的理论。它不仅能定量地说明共焦腔振荡模本身的特征，更重要的是，它能够被推广到一般稳定球面腔系统，这一推广是谐振腔理论中的一个重大进展。 根据在共焦场的任意两个等相位面上放置两块具有相应曲率半径的球面反射镜，共焦场不会受到扰动这一理论。共焦腔与一般稳定腔间的对应关系可概括为两点： 1． 任意一个共焦球面腔与无穷多个稳定球面腔等价。 根据共焦腔光束等相位面的曲率半径公式为 z f z z R 2 )(+= （2－1） 注意到关于球面腔曲率半径R 的符号规定，对放置在21,c c 处的反射镜，有 ?? ? ? ? ???? -=++==+-==122 2 22212 111)()()()(z z L z f z z R R z f z z R R （2－2） 共焦腔与稳定球面腔的等价关系 如图2.1所示。不难证明等价的稳 定球面腔也满足稳定性条件。 2． 任一满足稳定性条件的球面腔唯一地等价于某一共焦腔。 这个论断的意思是，如果某一个球面腔满足稳定性条件，则我们必定可以找到一个而且也只能找到一个共焦腔，其行波场的某两个等相位面与给定球面腔的两个反射镜相重合。他们的对应关系为： 1c 2c z 2 1z 共焦腔 等价一般稳定球面腔 图2.1 共焦腔与稳定球面腔的等价性 f 1R 2R ????? ?? ??-+--+--=-+---=-+--=221212122112 2121)]()[())()(()()()()()() (R L R L L R R L R L R L f R L R L L R L z R L R L L R L z （2－3） 其中，L 为稳定腔的腔长，21,R R 分别为稳定腔镜1与镜2的曲率半径，21,z z 分别为稳定腔镜1与镜2在坐标轴上的位置，f 为与其等价共焦腔的镜面焦距。 由于一般球面腔与其等价共焦腔产生的光束具有相同的性质，所以他们的基模高斯光束在位置z 的光斑尺寸为 22 021])(1[)(f z w f z f z w +=+=πλ （2－4） 远场发散角为 π λ θf 2 0= （2－5） 因为束腰可以表示为 π λf w = 0 （2－6） 因此基模光束的远场发散角与其束腰具有一一对应关系 0 02 w πλ θ= （2－7） 通过上述分析，一般球面稳定腔模式特征可以借助于其等价共焦腔行波场的特征而解析地表示出来。一般稳定腔与其等价共焦腔所产生的光束具有完全相同的性质。另一方面通过对基模高斯光束的束腰与远场发散角的分析可以看出当稳定腔一旦确定以后，其等价的共焦腔也就唯一确定了，其产生的高斯光束也唯一确定。 二、光斑强度分布曲线的测量 基模光斑的强度分布是高斯分布，在两维情况下，表示为 ()?? ? ???-=z x z x I z x I 2202exp ),(),(ω （2－8） 式中，),(z x I 为光轴上z 处光斑在x 方向上的光强； ),(0z x I 为z 位置光斑中心的强度； 因为光斑半径的定义为光斑上振幅减小到中心振幅的 e 1 时的位置距离中心的大小为光斑半径。而实验中只能对光强进行测量，光强与振幅间的关系为振幅平方＝光强。所以在（2－8）式中，当 )(z w x =时，有2 0) ()(e z I z I = 。说明光斑的半径为)(z w 。 图2.2 基模高斯光束的光斑强度分布曲线 在测量中，可以通过在探测器上固定一小孔光阑，用该探测器对测量光斑进行扫描，获得其上各位置的强度与位置信息，然后在坐标纸上把这些点标出，用一光滑曲线连接各点即可获得如图 2.2所示的轴上z 位置的光斑强度分布曲线。在该曲线上距离纵轴圆点高 002135.01 I I e =的位置作一条平行与横轴的直线，与光强分布曲线交与两点，这两点间距离的一半即为该光斑的半径。 【实验仪器与参数】 1． 氦－氖激光管一只 长600mm 最大功率10mw 2． 反射镜片若干：凹面镜曲率半径分别为R0.5m 、R1m 、R2m 、R3m 及平面镜（R ∞） 3． 导轨一根 长880mm 4． 激光电源一台 最佳电流10mA 220v 50Hz 5．激光管与镜片支架若干。 6．功率计及光探头一台。 7．卷尺一把，光具座一个。 【设计举例】 例：测量基模高斯光束的束腰与其远场发散角。 1．在满足稳定性条件的前提下选择合适腔镜搭建激光器并调出基模光束。 2．测量两腔镜间的距离L 3．根据选择腔镜的曲率半径21,R R 及测量腔长L ，用式（2－3）计算出与其等价的共焦腔的镜面的焦距f 。 4．根据计算出的f ，由（2－5）及（2－6）式即可计算出基模高斯光束的束腰及远场发散角。 【实验任务】 1． 选择合适设备搭建激光器，调出基模高斯光束。 2． 按照设计举例的步骤测量出基模光束的束腰与远场发散角。 3． 确定束腰位置，测量m z 2=位置的光斑强度分布曲线。 4． 自行设计不同于举例的方法重新测量同一光束的束腰与远场发散角。要求写出测量方案 与步骤。 5． 把两种方法的测量结果进行比较，进行误差分析。 6． 两种测量方法都要求多次测量取平均结果。（原始数据要求至少测量3遍） 【注意事项】 1． 搭建激光器及调腔过程的注意事项参看实验一的注意事项。 2． 测量的基模光斑，要求其总功率大于0.5毫瓦。 3． 在测量光强分布曲线时，扫描光阑选择光阑板上最小的狭缝，扫描点数至少20个。 【思考题】 1． 测量光斑强度分布曲线时候，为什么选择狭缝而不选择小孔,优点在那里？ 2． 如果改变稳定腔的结构参数21,,R R L ,其出射的基模光束会不会发生变化？ 3． 比较两种测量方案，试确定那种方案的测量更准确，说明理由。 实验三 基模光束模体积的测量 （验证性实验） 【实验目的】 1． 掌握基模高斯光束模体积的测量方法。 2． 掌握模体积与光束束腰及远场发散角间的关系。 3． 掌握激光模体积与输出功率的关系。 【实验原理】 一、共焦腔的模体积 模体积的概念在激光振荡及腔体设计中都具有重要意义。一般来说，某一模式的模体积描述该模式在腔内所扩展的空间范围。模体积大，对该模式的振荡有贡献的激发态粒子就多，因而，也就能获得大的输出功率；模体积小，则对振荡有贡献的激发态粒子数就少。一种模式能否振荡？能否获得大的输出功率？它与其他模式的竞争能力如何？所有这些不仅取决于该模式损耗的高低，也于模体积的大小有密切的关系。 对于共焦腔来说，其模式的振幅分布为 ) (00 22)) (2 ())(2()(),,(z w y x n m mn mn e y z w H x z w H z w w E A z y x E +- = （3－1） 其中n m H H ,为厄米特多项式。由（3－1）式可以看出，基模与其他低阶模往往集中于腔的轴线附近，模的阶次越高，展布的范围就越宽。 由于基模的光斑的面积随z 的变化在谐振腔内比较缓慢，因此通常定义共焦腔的基模体积为 2 212200 00 λ π**==L w L V s （3－2） 其中* L 表示共焦腔腔长，π λ *= L w s 0表示共焦腔镜面上的光斑半径，λ为激光波长。 可见共焦腔基模体积往往比整个介质的激活体积小很多，因此稳定腔的激光器输出功率一般 不是很高。 二、一般稳定腔的模体积 对于一般稳定腔而言，由于其腔镜位置往往与等价共焦腔的位置不重合，且相对于共焦腔原点也一般不是对称分布，因此其模体积就不能以等价共焦腔的模体积来进行衡量。考虑到一般稳定腔与等价共焦腔的对应关系（2－3）式，可分别得出镜1与镜二上的光斑半径 21,s s w w 为 ??? ? ???-+--=+=-+--=+=4 121212222202412112212 2101]) )(()([1]))(()([1L R R L R L L R R L f z w w L R R L R L L R R L f z w w s s πλπλ（3－3） 类似于共焦腔模体积的定义，一般稳定腔的基模体积可以定义为 22100)2 (21 s s w w L V += π （3－4） 其中L 为一般稳定腔腔长。（注意与等价共焦腔腔长*L 进行区别） 对于高阶模，圆形腔基模与高阶模的光斑半径具有关系 )(12)(z w n m z w mn ++= （3－5） 因此其模体积的对应关系应该为 120 00 ++=n m V V mn （3－6） 式（3－6）只是一个近似结果，只对光束仅分布与轴线附近的低阶模成立，对于发散性较大的高阶光束不再适用。 【实验仪器与参数】 1. 氦－氖激光管一只 长600mm 最大功率10mw 2. 反射镜片若干：凹面镜曲率半径分别为R0.5m 、R1m 、R2m 、R3m 及平面镜（R ∞） 3. 导轨一根 长880mm 4. 激光电源一台 最佳电流10mA 220v 50Hz 5. 激光管与镜片支架若干。 6．功率计及光探头一台。 7．卷尺一把，光具座一个。 【实验任务】 1. 选择R=1m 的腔镜搭建腔长为65cm 的激光器，激光管与凹面镜尽量靠近,调出激光。 2. 调整光束为基模（00TEM 模）、10TEM 、20TEM ，分别测量其总的输出功率。 3. 移动平面镜位置，使其远离激光管，改变腔长，分别测量腔长为70cm 、80cm 时候基模的总输出功率。 4. 假设模体积与输出总功率成正比，分析00TEM 、10TEM 、20TEM 三种模式的输出是否 满足（3－6）式；如有误差，分析原因。 5. 分析65cm ，70cm ，80cm 腔长条件下理论模体积与实际输出功率间的关系，绘制00 V P -曲线，给出结论。 【思考题】 1． 一般稳定腔的模体积为什么不能用其等价共焦腔的模体积来表示？ 2． （3－2）与（3－4）式计算的结果并不一定代表腔内光束实际占据的空间，为什么可以 用来表示模体积？ 实验四 高斯光束经薄透镜的变换 （验证性实验） 【实验目的】 1． 掌握高斯光束q 参数的变换规律。 2． 掌握高斯光束经透镜变换后的基本关系。 3． 掌握高斯光束的聚焦与准直应用。 【实验原理】 一、高斯光束经薄透镜的传输。 在分析高斯光束的传输问题的时候，人们常常用其q 参数来分析其传输特性。它是表征高斯光束的一个非常重要的参数。q 参数将描述高斯光束基本特征的两个参数)(z w 和)(z R 统一到一个表达式中，使得对高斯光束的表示更简洁、紧凑，在讨论其传输的时候也更简单。q 参数定义为 ) ()(1)(12z w i z R z q πλ-= （4－1） 因此，一旦知道了高斯光束在某位置的q 参数值，则可由下式求出该位置处)(z w 和)(z R 的数值： ??? ?? ? ??? ????-=??????=)(1Im )(1)(1Re )(1 z q z w z q z R λπ （4－2） 如果以)0(0q q =表示0=z 处的q 参数值，并注意到∞→)0(R ，0)0(w w =，有 if w i q ==λ π2 0 （4－3） 式（4－3）将f w q ，00,练习起来。 L C w C q )0(q A q B q 图4.1 高斯光束的薄透镜变换 下面，我们用q 参数来研究图4.1所示的高斯传输过程。 已知：入射高斯束腰半径为0w ，束腰与透镜L 的距离为l ，透镜的焦距为F 。则该高斯光束通过薄透镜后的变化将会怎样呢？ 设光束从左往右传输 在 z=0 处 λ π20 0)0(w i q q == 在紧靠透镜左边A 处 l q A q +=0)( 在紧靠透镜右边B 处 F A q B q 1 )(1)(1-= 在透镜右边的任意点C 处 c l B q C q +=)()( 综合以上四式有： 2 202 20 22202220)()() ()()()()(λ πλπλπλπw l F w F i w l F w l F l F l q c c +-++---+= 当/ l l c =时，有 λ π2 /0 /0 w i q q c == 比较以上两式，有 0)) (1 R e ( =c q 2 2 02 2 2 2022 20 )()()(0)()()()(λ πλ πλπw F l F F l F l w l F w l F l F l c c +--+=?=+---+∴ 又 2 2 022 022/02202202 2 /0 /0 )()()()()(λ πλπλπλπw l F w F w w l F w F i w i q q c +-=?+-=?= （4－5） 式（4－4）与（4－5）就是高斯光束束腰的变换关系。他们完全确定了像方高斯光束的特征。 它们将l w '',0 表示为F l w ,,0的函数，可以很方便地用来解决各种实际问题。 二、高斯光束的聚焦与准直 （4－4） 实际光路中经常要对光束进行聚焦与准直处理。由于激光具有优良的高亮度、方向性与相干性，是目前在光学与光电领域使用最多的光源。如何使用单透镜对高斯光束进行聚焦与准直是我们接下来要处理的问题。 为了有效地将高斯光束聚焦应合理地选择参数。下面为了实验方便，我们只考虑F l ≥的情况。 1．当F l >时，0 w '随l 的增大而单调地减小，当∞→l 时，按（4－4）及（4－5）得出 F l w →'→',00 一般地，当F l >>时，有 )(])(1[)(1)(1)(112222 22020220222020l w F w l w F w F F l w w λ ππλλπλπ=+=+≈' 所以可以得出 ????? ='≈'F l F l w w )(0 πλ （4－6） )(l w 为入射在透镜表面上的高斯光束光斑半径。若同时还满足条件f w l =>>λ π2 ，则有 00 w l F w ≈' （4－7） 可见，在物高斯光束的腰斑离透镜甚远F l >>的情况下，l 越大，F 越小，聚焦效果越好。 2. 当F l =时，0 w '达到极大值 F w w 0 πλ =' （4－8） F l =' 此时，我们来看看光束远场发散角的变化关系。 入射前高斯光束的远场发散角为 02 w πλ θ= （4－9） 通过焦距为F 的透镜后，像高斯光束的发散角为 2w '='πλ θ （4－10） 利用式（4－5）得出 202 2200 )(1)1(12λππ λ θw F F l w +-=' （4－11） 可见，当0w 一定时，无论l F ,取什么数值，都不能使∞→'0 w ，从而θ'也不会趋于0。因 此时使用单透镜不可能获得理论上的平行光。但是这并不影响我们代表可以把发散角尽量压缩。 由条件0/120 =?'?l w ，可以得到0w '取极大值F w w 00 πλ ='，即（4－8）式，此时远场发散角最小 F w w 000 22='='πλ θ （4－12） F f F w =='λπθθ2 000 （4－13） 从（4－13）可以看出：在F l =的条件下，像高斯光束的方向性不但与F 的大小有关，而且也与0w 的大小有关。0w 越小，则像高斯光束的方向性越好。因此，如果预先用一个短焦距的透镜将高斯光束聚焦，以获得极小的腰斑，然后再用一个长焦距的透镜来改善其方向 性，就可得到很好的准直效果。 【实验仪器与参数】 1． 氦－氖激光管一只 长600mm 最大功率10mw 2． 反射镜片若干：凹面镜曲率半径分别为R0.5m 、R1m 、R2m 、R3m 及平面镜（R ∞） 3． 导轨一根 长880mm 4． 激光电源一台 最佳电流10mA 220v 50Hz 5. 激光管与镜片支架若干。 6．功率计及光探头一台。 7．卷尺一把，光具座一个。 8．短焦距透镜若干。 【实验任务】 1． 选择R=1m 的腔镜搭建激光器，调出基模高斯光束。 2． 测量此基模的束腰尺寸。 3．把透镜放置于m l 5.1=的位置，利用扫描法测量像方束腰的位置与尺寸。可以先估计像方束腰的大概位置，然后在其附近进行扫描测量。要求至少扫描10个位置，以光斑半径最小值作为像方束腰数值，该位置到透镜距离为l '。 4．把m l 5.1=测量得到的0,w l c '与由（4－4）（4－5）计算的理论值进行比较，分析误差原 因。 5．测量F l =时的像方束腰的位置与尺寸，把测量结果与（4－8）式的理论结果进行比较。分析误差原因。 【思考题】 1．为什么当∞==l F l 与两种情况时，像方焦距都位于F 的位置？ 2．用薄透镜来压缩光束时应该如何操作？ 实验五 单程增益系数与损耗系数的测量 （验证性实验） 【实验目的】 1． 了解谐振腔内光放大（增益）与光损耗的概念。 2． 掌握光放大物质的增益与增益曲线。 3． 掌握引起光损耗的因素。 4． 用光放大法测He-Ne 激光管的单程增益系数与损耗系数。 【实验原理】 一．光放大物质的增益系数与增益曲线 处于集居数反转状态的物质称为激活物质（或激光介质）。一段激活物质就是一个 光放大器。放大作用的大小通常用放大（或增益）系数g 来描述。如图5.1所示，设在 光传播方向上z 处的光强为()z I （光强I 正比于光的单色能量密度ρ），则增益系数定义为 ()()) (1 z I dz z dI z g = （5－1） 所以，它的物理意义是光通过单位长度激活物质后光强增长的百分数。 图5.1 增益物质的光放大 显然，()z dI 正比于单位体积激活物质的净受激发射光子数 ()()()[]dz h z n W z n W z dI ν112221-∝ （5－2） 假设 21f f = 由上式可写为 ()()()()[]()()()[]dz z n z n z I h B dz z n z n z h B z dI 12211221-∝-∝ννρ（5－3） 所以 ()()()[]z n z n h B z g 1221-∝ν （5－4） 如果()12n n -不随z 而变化，则增益系数()z g 为一常数0 g ，式（5－1）为线性微分方 程，对其积分可得 ()z g e I z I 0 0= （5－5） 式中 0I 为0=z 处的初始光强，)0(0 ==I g g 即为小信号增益系数。这就是如图5.1所示的线性增益或小信号增益情况。 二．光放大法测增益系数 增益和增益系数是激光器的一个很重要的参数，它是分析激光的放大、振荡条件和输出功率的基础。测量增益系数的方法有很多，这里我们主要介绍光放大法（也称直接测量法）。 图5.2 光放大法测量增益系数原理 如图5.2所示，要测量长度为l 的工作物质在某一跃迁线上的单程增益，将该工作物质作为放大器，另外选择一台激光振荡器作为信号源，当把其振荡谱线调到待测物质的跃迁中心频率0ν时，通过测定泵浦源加电前后光通过放大器后进入到探测器的输出光强I 与I '的比值，由（5－5）式可得小信号增益系数： ()I I l g '=0 00 ln 1 ν （5－6） 光放大法结构原理简单，并可广泛应用于小信号增益系数的非饱和测量、大信号增益 系数及饱和参量测量、小信号增益系数的时间特性和空间分布等等方面，因此放大法是深入研究激光介质振荡和放大机理的有效手段。 在我们的实验里，振荡器和放大器选择同样参数的两根激光管，使用同样的激光电源作为泵浦，这样可以使振荡器的频率谱线与待测放大器的跃迁中心频率相同，从而更方便测量。 三．谐振腔的损耗及损耗系数的测量 在光放大的同时，通常还存在着光的损耗，我们引入损耗系数α来描述。α定义为光通过单位距离后光强衰减的百分数，它表示为： ) (1 )(z I dz z dI - =α （5－7） 损耗的大小是评价谐振腔的一个重要指标，也是抢模理论的重要研究课题。光学开腔的损耗大致包含如下几个方面。 （1） 几何偏折损耗。表示光线在腔内往返传播时，可能从腔的侧面偏折出去，我们称这种 损耗为几何偏折损耗。其大小取决于腔的类型和几何尺寸。 振荡器 放大器 探测器 （2）衍射损耗。由于腔的反射镜片通常具有有限大小的孔径，因而当光在镜面上发生衍射 时，必然造成一部分能量损失。 （3）腔镜反射不完全引起的损耗。这部分损耗包括镜中的吸收、散射以及镜的透射损耗。 （4）材料中的非激活吸收、散射，腔内插入物（如布如斯特窗、调Q 元件、调制器等）所 引起的损耗等。 上述（1）（2）两种损耗又常称为选择损耗，对于不同模式他们的大小不同。（3）（4）两种损耗又称为非选择损耗，通常对各个模式大小相等。 对（5－7）式进行积分可以得到： z e I z I α-=0)( （5－8） 为了测量单程损耗系数可以使用图5.2的实验光路，通过测量放大器在不加电情况下进入与通过放大器后的光强来计算单程损耗系数： ( )0 0ln 1 I I l -=να （5－9） 其中，0I 为入射到放大器的入射光强。 如果同时考虑增益与损耗，则有： dz z I I g z dI )(])([)(α-= (5-10) 由于增益饱和效应，当激光器稳定工作后，有通过放大器后的光强不随时间变化。此时有： α=)(I g （5－11） 式（5－11）是连续激光放大器稳定工作时，增益与损耗的一个基本关系式。 【实验仪器与装置】 1． He-Ne 激光管两根（长600mm ，输出波长633nm ） 2． 反射腔镜两片 3． 激光电源两台 最佳电流10mA 220v 50Hz 4． 导轨两根 长880mm 5． 激光管及镜片支架若干。 6． 照明灯一个。 7． 功率计及光探头一台。 【实验步骤】 1． 将作为振荡器的He-Ne 激光器按实验二中的方法调整出光。 2． 在距离振荡器适当远处放置作为放大器的另一台He-Ne 激光器（此时放大器不加电源）， 放置时应注意两台激光器的耦合（即第一台台激光器的出射布儒斯特窗与第二台激光器的入射布儒斯特窗咬合，如下图所示） 3． 调整入射光方向与放大器位置，使激光束均匀地从放大器中心的细管通过，要求通过放 大器前后光斑的形状基本不变。 4． 用功率计测量放大器泵浦源加电前后，光通过放大器后进入到探测器的输出光强I 与I '的比值。使用（5－6）计算输入激光波长的单程增益系数。 5． 用功率计测量放大器泵浦源在不加电时，光进入前与输出后的光强比值I 与0I 。使用式（5－9）计算单程损耗系数。 6． 比较测量得到的单程增益系数与单程损耗系数的结果，与（5－11）的理论结果进行对 照，分析误差原因。 实验报告要求： 根据实验结果填写下表： 【思考题】 1． 试考虑为什么在实验过程中要使振荡器的频率谱线与待测放大器的跃迁中心频率相同。 2． 试考虑在测量)(00I P 时是在待测放大器的输出端测量而不是在振荡器的输出端测量。 3． （5.6）与(5.9)式里需要的是光强I ，为什么我们用功率计测出的功率P 也可以直接代入 两式中进行计算？ 图3 实验装置图 实验六 半导体激光器的电光特性及调制实验 （验证性实验） 【实验目的】 1． 熟悉半导体激光器的结构。 2． 掌握半导体激光器的伏安特性、阈值特性和输出特性。 3． 掌握半导体激光器的调制特性。 【实验原理】 1． 半导体激光器的结构和基本工作原理 GaAlAs 半导体激光器的结构如图6.1所示。它的工作物质是GaAs －GaAlAs 异质Pn 结。 图6.1 双异质结GaAlAs 激光器结构图 (a) 激光器整体结构 （b ）芯片结构示意图 1－P-GaAs 2－P +-GaAlAs 3－P-GaAs(激活) 4－n +- GaAlAs 5－n- P-GaAs 对Pn 结注入足够强的电流则在芯片激活层P －GaAs 内产生粒子数分布反转，产生光增益。P －GaAs 的两端为（110）解理面）。激光谐振腔就是由这两个（110）面构成。当电流进一步增加，增益进一步提高，增益超过损耗，便可产生激光振荡，从（110）解理面输出激光。增益刚好等于损耗所要求的注入电流称为阈值电流。当注入电流小于阈值电流th I 时，激光器输出功率很小，这时激光器不能产生激光振荡，输出的只是自发发射光。当注入电流超过阈值时，激光器产生激光振荡，输出光功率随电流增加而迅速增加。这时激光器输出的激光，而自发发射光占得比例很小，可以忽略。典型的输出特性，即I ～P 关系如图2所示。 图6.2 半导体激光器的输出特性 2． 半导体激光器直接调制的原理 (a) (b) 工程力学实验指导书（建环、给排水、包装工程） 2016年 9月 目录 实验一金属材料的拉伸实验 (2) 实验二金属材料的压缩实验 (5) 实验三弯曲正应力电测实验 (8) 实验一金属材料的拉伸实验 一、实验目的和要求 1、 观察低碳钢和铸铁在拉伸过程中的力与变形的关系。 2、测定低碳钢拉伸时的屈服极限s σ；强度极限b σ，伸长率δ和截面收缩率φ 3、测定铸铁的强度极限b σ。 4、比较低碳钢（塑性材料）与铸铁（脆性材料）拉伸时的力学性质。 5、了解CMT 微机控制电子万能实验机的构造原理和使用方法。 二、实验装置和原理 实验仪器设备： CMT 微机控制电子万能实验机、游标卡尺、拉伸试件。 试件制备： 实验采用的圆截面短比例试件按国家标准(GB/T 228-2002)制成，如图1-1所示。这样可以避免因试件尺寸和形状的影响而产生的差异，便于各种材料的力学性能相互比较。图中：d 0为试件直径，L 0为试件的标距，并且短比例试件要求L 0=5d 0。 图1-1 实验原理： 试件夹持在夹具上，点击试件保护键，消除夹持力，调节拉力作用线，使之能通过试件轴线，实现试件两端的轴向拉伸。 试件在开始拉伸之前，设置好保护限位圈，微机控制系统首先进入POWERTEST3.0界面。试件在拉伸过程中，POWERTEST3.0软件自动描绘出一条力与变形的关系曲线如图1—2，低碳钢在拉伸到屈服强度时，取下引伸计，试件继续拉伸，直至试件被拉断。 低碳钢试件的拉伸曲线(图1—2a)分为四个阶段―弹性、屈服、强化、颈缩四个阶段。 铸铁试件的拉伸曲线(图1—2b)比较简单，既没有明显的直线段，也没有屈服阶段，变形很小时试件就突然断裂，断口与横截面重合，断口形貌粗糙。抗拉强度σb 较低，无明显塑性变形。与电子万能实验机联机的微型电子计算机自动给出低碳钢试件的屈服载荷Fs 。、最大载荷Fb 和铸铁试件的最大载荷Fb 。 矿压测试技术实验指导书 学号： 班级： 姓名： 安徽理工大学 能源与安全学院采矿工程实验室 实验一常用矿山压力仪器原理及使用方法 第一部分观测岩层移动的部分仪器 ☆深基点钻孔多点位移计 一、结构简介 深基点钻孔多点位移计是监测巷道在掘进和受采动影响的整个服务期间，围岩内部变形随时间变化情况的一种仪器。 深基点钻孔多点位移包括孔内固定装置、孔中连接钢丝绳、孔口测读装置组成。每套位移计内有5~6个测点。其结构及其安装如图1所示。 二、安装方法 1.在巷道两帮及顶板各钻出φ32的钻孔。 2.将带有连接钢丝绳的孔内固定装置，由远及近分别用安装圆管将其推至所要求的深度。(每个钻孔布置5~6个测点，分别为；6m、5m、4m、3m、2m、lm或12m、10m、8m、6m、4m、2m)。 3.将孔口测读装置，用水泥药圈或木条固定在孔口。 4。拉紧每个测点的钢丝绳，将孔口测读装置上的测尺推至l00mm左右的位置后，由螺丝将钢丝绳与测尺固定在一起。 三、测试方法 安装后先读出每个测点的初读数，以后每次读得的数值与初读数之差，即为测点的位移值。当读数将到零刻度时，松开螺丝，使测尺再回到l00mm左右的位置，重新读出初读数。 ☆顶板离层指示仪 一、结构简介： 顶板离层指示仪是监测顶板锚杆范围内及锚固范围外离层值大小的一种监测仪器，在顶板钻孔中布置两个测点，一个在围岩深部稳定处，一个在锚杆端部围岩中。离层值就是围岩中两测点之间以及锚杆端部围岩与巷道顶板表面间的相对位移值。顶板离层指示仪由孔内固定装置、测量钢丝绳及孔口显示装置组成如图1所示。 二、安装方法： 1.在巷道顶板钻出φ32的钻孔，孔深由要求而定。 2.将带有长钢丝绳的孔内固定装置用安装杆推到所要求的位置；抽出安装杆后再将带有短钢丝绳的孔内固定装置推到所要求的位置。 3.将孔口显示装置用木条固定在孔口(在显示装置与钻孔间要留有钢丝绳运动的间隙)。 4.将钢丝绳拉紧后，用螺丝将其分别与孔口显示装置中的圆管相连接，且使其显示读数超过零刻度线。 三、测读方法： 孔口测读装置上所显示的颜色，反映出顶板离层的范围及所处状态，显示数值表示顶板的离层量。☆DY—82型顶板动态仪 一、用途 DY-82型顶板动态仪是一种机械式高灵敏位移计。用于监测顶底板移近量、移近速度，进行采场“初次来压”和“周期来压”的预报，探测超前支撑压力高 峰位置，监测顶板活动及其它相对位移的测量。 二、技术特征 (1)灵敏度(mm) 0.01 (2)精度(％) 粗读±1,微读±2.5 (3)量程(mm) 0～200 (4)使用高度(mm) 1000～3000 三、原理、结构 其结构和安装见图。仪器的核心部件是齿条6、指针8 以及与指针相连的齿轮、微读数刻线盘9、齿条下端带有读 数横刻线的游标和粗读数刻度管11。 当动态仪安装在顶底板之间时，依靠压力弹簧7产生的 弹力而站立。安好后记下读数(初读数)并由手表读出时间。 粗读数由游标10的横刻线在刻度管11上的位置读出，每小 格2毫米，每大格(标有“1”、“22'’等)为10毫米，微读数 由指针8在刻线盘9的位置读出，每小格为0.01毫米(共200 小格，对应2毫米)。粗读数加微读数即为此时刻的读数。当 顶底板移近时，通过压杆3压缩压力弹簧7，推动齿条6下 移，带动齿轮，齿轮带动指针8顺时针方向旋转，顶底板每 移近0.01毫米，指针转过1小格；同时齿条下端游标随齿条 下移，读数增大。后次读数减去前次读数，即为这段时间内的顶底板移近量。除以经过的时间，即得 淮海工学院计算机科学系 大型数据库实验指导书 计算机网络教研室 实验1安装配置与基本操作 实验目的 1. 掌握Oracle9i服务器和客户端软件的安装配置方法。 2. 掌握Oracle9i数据库的登录、启动和关闭。 实验环境 局域网，windows 2000 实验学时 2学时，必做实验。 实验内容 1. 在局域网环境下安装配置Oracle9i服务器和客户端软件。 2. 练习Oracle9i数据库的登录、启动和关闭等基本操作。 实验步骤 1、将Oracle 9i的第1号安装盘放入光驱，双击setup，将弹出“Oracle Universal Installer：欢迎使用”对话框。 2、单击“下一步”按钮，出现“Oracle Universal Installer：文件定位”对话框。 在路径中输入“E:\Oracle\ora92”，其它取默认值。 3、启动第1号盘的安装程序setup，具体方法同安装Oracle 9i服务器，不同的是在 选择安装产品时选择“Oracle9i Client 9.2.0.1.0”选项； 4、安装结束后，弹出“Oracle Net Configuration Assistant：欢迎使用”对话框。取 默认值。 5、登录Oracle9i数据库：选择“开始”→“所有程序”→Oracle-OraHome92→Enterprise Manager Console ； 6、系统出现“登录”对话框。选择“独立启动”。 分析与思考 （1）简述启动Oracle9i数据库的一般步骤。 （2）简述启动Oracle9i模式中三个选项的区别？ （3）简述关闭Oracle9i模式中四个选项的区别？ 半导体泵浦激光原理实验 理工学院光信息2班贺扬10329064 合作人：余传祥 【实验目的】 1、了解与掌握半导体泵浦激光原理及调节光路方法。 2、掌握腔内倍频技术，并了解倍频技术的意义。 3、掌握测量阈值、相位匹配等基本参数的方法。 【实验仪器】 808nm半导体激光器、半导体激光器可调电源、晶体、KTP倍频晶体、输出镜（前腔片）、光功率指示仪 【实验原理】 激光的产生主要依赖受激辐射过程。 处于激发态的原子，在外的光子的影响下，从高能态向低能态跃迁，并在两个状态的能量差以辐射光子的形式发出去。只有外来光子的能量正好为激发态与基态的能级差时，才能引起受激辐射，且受激辐射发出的光子与外来光子的频率、发射方向、偏振态和相位完全相同。 激光器主要有：工作物质、谐振腔、泵浦源组成。工作物质主要提供粒子数反转。 泵浦过程使粒子从基态抽运到激发态，上的粒子通过无辐射跃迁，迅速转移到亚稳态。是一个寿命较长的能级，这样处于的粒子不断累积，上的粒子又由于抽运过程而减少，从而实现与能级间的粒子数反转。 激光产生必须有能提供光学正反馈的谐振腔。处于激发态的粒子由于不稳定性而自发辐射到基态，自发辐射产生的光子各个方向都有，只有沿轴向的光子，部分通过输出镜输出， 部分被反射回工作物质，在两个反射镜间往返多次被放大，形成受激辐射的光放大即产生激光。 激光倍频是将频率为的光，通过晶体中的非线性作用，产生频率为的光。 当外界光场的电场强度足够大时（如激光），物质对光场的响应与场强具有非线性关系： 式中均为与物质有关的系数，且逐次减小。 当E很大时，电场的平方项不能忽略。 ,直流项称为光学整流，当激光以一定角度入射到倍频晶体时，在晶体产生倍频光，产生倍频光的入射角称为匹配角。 倍频光的转换效率为倍频光与基频光的光强比，通过非线性光学理论可以得到： 式中L为晶体长度，、分别为入射的基频光、输出的倍频光光强。 在正常色散情况下，倍频光的折射率总是大于基频光的折射率，所以相位失配，双折射晶体中的o光和e光折射率不同，且e光的折射率随着其传播方向与光轴间夹角的变化而改变，可以利用双折射晶体中o光、e光间的折射率差来补偿介质对不同波长光的正常色散，实现相位匹配。 【实验装置】 图2 实验装置示意图 第一章绪论 §1.1 工程力学实验的内容 实验是进行科学研究的重要方法，科学史上许多重大发明是依靠科学实验而得到的，许多新理论的建立也要靠实验来验证。例如材料力学中应力应变的线性关系就是虎克于1668年到1678年间作了一系列的弹簧实验之后建立起来的。不仅如此，实验对材料力学有着更重要的一面。因为材料力学的理论是建立在将真实材料理想化，实际构件典型化，公式推导假设化基础之上的，它的结论是否正确以及能否在工程中应用，都只有通过实验验证才能断定。在解决工程设计的强度，刚度等问题时，首先要知道材料的力学性能和表达力学性能的材料常数。这些常数只有靠材料试验测试才能得到。有时实际工程中构件的几何形状和载荷都十分复杂，构件中的应力单纯靠计算难以得到正确的数据，这种情况下必须借助于实验应力分析的手段才能解决。因此，材料力学实验是学习材料力学课程不可缺少的重要环节。材料力学实验包括以下三个方面的内容： 1.测定材料的力学性能材料的力学性能是指在力或能的作用下，材料在变形、强 度等方面表现出的一些特性，如弹性极限、屈服极限（屈服强度）、强度极限、弹性模量、疲劳极限、冲击韧性等。这些强度指标或参数都是构件强度、刚度和稳定性计算的依据，而它们一般要通过实验来测定。此外，材料的力学性能测定又是检验材质、评定材料热处理工艺、焊接工艺的重要手段。随着材料科学的发展，各种新型合金材料、合成材料不断涌现，力学性能的测定，是研究每一中新型材料的重要任务。 2.验证理论公式的正确性材料力学的一些理论是以某些假设为基础的，例如杆件 的弯曲理论就以平面假设为基础。用实验验证这些理论的正确性和适用范围，有助于加深对理论的认识和理解。至于新建立的理论和公式，用实验来验证更是必不可少的。实验是验证、修正和发展理论的必要手段。 3.实验应力分析某些情况下，例如因构件几何形状不规则，受力复杂或精确的边 界条件难以确定等，应力分析计算难于获得准确结果。这时，用诸如电测、光弹性等实验应力分析方法直接测定构件的应力，便成为有效的方法。对经过较大简化后得出的理论计算或数值计算，其结果的可靠性更有赖于实验应力分析的验证。§1.2 材料力学试验的标准、方法和要求 材料的强度指标如屈服极限、强度极限、持久极限等，虽是材料的固有属性，但往往与试样的形状、尺寸、表面加工精度、加载速度、周围环境（温度、介质）等有关。为使实验结果能相互比较，国家标准对试样的取材、形状、尺寸、加工精度、试验手段和方法以及数据处理都作了统一规定。 土木工程学院 《混凝土结构设计基本原理》实验指导书 及实验报告 适用专业：土木工程周淼 编 班级：：学 号： 理工大学 2018 年9 月 实验一钢筋混凝土梁受弯性能试验 一、实验目的 1.了解适筋梁的受力过程和破坏特征； 2.验证钢筋混凝土受弯构件正截面强度理论和计算公式； 3.掌握钢筋混凝土受弯构件的实验方法及荷载、应变、挠度、裂缝宽度等数据的测试技术 和有关仪器的使用方法； 4.培养学生对钢筋混凝土基本构件的初步实验分析能力。 二、基本原理当梁中纵向受力钢筋的配筋率适中时，梁正截面受弯破坏过程表现为典型的三个阶段：第一阶段——弹性阶段（I阶段）：当荷载较小时，混凝土梁如同两种弹性材料组成的组合梁，梁截面的应力呈线性分布，卸载后几乎无残余变形。当梁受拉区混凝土的最大拉应力达到混凝土的抗拉强度，且最大的混凝土拉应变超过混凝土的极限受拉应变时，在纯弯段某一薄弱截面出现首条垂直裂缝。梁开裂标志着第一阶段的结束。此时，梁纯弯段截面承担的弯矩M cr称为开裂弯矩。第二阶段——带裂缝工作阶段（II阶段）：梁开裂后，裂缝处混凝土退出工作，钢筋应力急增，且通过粘结力向未开裂的混凝土传递拉应力，使得梁中继续出现拉裂缝。压区混凝土中压应力也由线性分布转化为非线性分布。当受拉钢筋屈服时标志着第二阶段的结束。此时梁纯弯段截面承担的弯矩M y称为屈服弯矩。第三阶段——破坏阶段（III阶段）：钢筋屈服后，在很小的荷载增量下，梁会产生很大的变形。裂缝的高度和宽度进一步发展，中和轴不断上移，压区混凝土应力分布曲线渐趋丰满。当受压区混凝土的最大压应变达到混凝土的极限压应变时，压区混凝土压碎，梁正截面受弯破坏。此时，梁承担的弯矩M u 称为极限弯矩。适筋梁的破坏始于纵筋屈服，终于混凝土压碎。整个过程要经历相当大的变形，破坏前有明显的预兆。这种破坏称为适筋破坏，属于延性破坏。 三、试验装置 《—数据库应用—》上机指导书 数据库课程组编写 前言 “数据库应用”是一门理论性和实践性都很强的专业课程, 通过本课程的学习，学生会使用SQL Server数据库管理系统并能进行实际应用。能熟练掌握Transact-SQL语言，能保证数据的完整性和一致性、数据库的安全,并能进行简单编程。 “数据库应用”课程上机的主要目标： 1）通过上机操作，加深对数据库系统理论知识的理解。 2）通过使用SQL SERVER2000,了解SQL SERVER 数据库管理系统的数据管理方式，并掌握其操作技术。 3）通过实际题目的上机，提高动手能力，提高分析问题和解决问题的能力。 “数据库应用”课程上机项目设置与内容 表3列出了”数据库应用”课程具体的上机项目和内容 上机组织运行方式: ⑴上机前，任课教师需要向学生讲清上机的整体要求及上机的目标任务；讲清上机安排和进度、平时考核内容、期末考试办法、上机守则及上机室安全制度；讲清上机操作的基本方法，上机对应的理论内容。 ⑵每次上机前：学生应当先弄清相关的理论知识，再预习上机内容、方法和步骤，避免出现盲目上机的行为。 ⑶上机1人1组，在规定的时间内，由学生独立完成，出现问题时，教师要引导学生独立分析、解决，不得包办代替。 ⑷该课程上机是一个整体，需要有延续性。机房应有安全措施，避免前面的上机数据、程序和环境被清除、改动等事件发生，学生最好能自备移动存储设备，存储自己的数据。 ⑸任课教师要认真上好每一堂课，上机前清点学生人数，上机中按要求做好学生上机情况及结果记录。 上机报告要求 上机报告应包含以下内容： 上机目的，上机内容及操作步骤、上机结果、及上机总结及体会。 上机成绩评定办法 上机成绩采用五级记分制，分为优、良、中、及格、不及格。按以下五个方面进行综合考核： 1、对上机原理和上机中的主要环节的理解程度； 2、上机的工作效率和上机操作的正确性； 3、良好的上机习惯是否养成； 4、工作作风是否实事求是； 5、上机报告（包括数据的准确度是否合格，体会总结是否认真深入等） 其它说明 1.在上机课之前，每一个同学必须将上机的题目、程序编写完毕，对运行中可能出 现的问题应事先作出估计；对操作过程中有疑问的地方，应做上记号，以便上机时给予注意。做好充分的准备，以提高上机的效率 2.所有上机环节均由每位同学独立完成，严禁抄袭他人上机结果，若发现有结果雷 同者，按上机课考核办法处理。 3.上机过程中，应服从教师安排。 4.上机完成后，要根据教师的要求及时上交作业。 激光技术及应用实验 Lasers Experiments 一、实验课简介 本课程是面向应用物理学专业学生开设的一门学科基础课程，在第五学期开设。本实验是在本科生接受了大学物理等系统实验方法和实验技能训练的基础上开设的，主要与理论课程《激光技术与应用》同步，训练学生的自主设计能力。该课程具有丰富的实验思想、方法、手段，同时能提供综合性很强的基本实验技能训练，是培养学生科学实验能力、提高科学素质的重要基础。它在培养学生严谨的治学态度、活跃的创新意识、理论联系实际和适应科技发展的综合应用能力等方面具有其他实践类课程不可替代的作用。 二、实验课目标 进一步加强学生的基本科学实验技能的培养，提高学生的科学实验基本素质，并与理论课程的教学融汇贯通，加深对理论课程学习的理解。通过本课程的学习，要使学生熟悉激光器的基本工作原理、激光振荡及放大的条件、高斯光束的变换，熟练使用几种常用激光器，如氦氖激光器、半导体激光器、脉冲激光器和可调谐燃料激光器。使学生通过实际动手操作，掌握激光器的一般构造，加深对激光特性的理解，了解激光在精密测量中的使用。 培养学生的科学思维和创新意识，使学生掌握实验研究的基本方法，提高学生的分析能力和创新能力。提高学生的科学素养，培养学生积极主动的探索精神，遵守纪律，团结协作的优良品德。 三、实验课内容 实验项目一：气体激光器（3学时） 1. 实验属性：综合性实验。 2. 开设要求：必开。 3. 教学目标： （1）掌握气体激光器的主要结构和原理； （2）掌握气体激光器的调节方法； （2）了解激光输出的特性及其测量； （3）了解高斯光束的传播规律，掌握光束基本特性的测量。 4. 主要实验仪器设备：游标卡尺、开放式He-Ne激光器等。 5. 实验内容（至少做两个子项目）： （1）调节He-Ne激光器的谐振腔镜，获得激光稳定输出； （2）测量激光光束的发散角和束腰半径（选作）； （3）测量激光激励电压与激光输出功率之间的相互关系（选作）； （4）进行简单的高斯光束变换（选作）。 实验项目二：固体连续激光器（3学时） 1. 实验属性：综合性实验。 2. 开设要求：必开。 3. 教学目标： 《工程力学》实验指导书 主编：2011年11月 目录 实验一拉伸和压缩实验 (3) 实验二梁弯曲正应力实验 (8) 实验三金属材料扭转实验 (12) 实验一 拉伸和压缩实验 拉伸实验 一、实验目的 1．观察与分析低碳钢、灰铸铁在拉伸过程中的力学现象并绘制拉伸图。 2．测定低碳钢的σs 、σb 、δ、ψ 和灰铸铁的σb 。 3．比较低碳钢与灰铸铁的机械性能。 二、实验内容 1．低碳钢拉伸实验 材料的机械性能指标σs 、σb 、δ 和ψ 由常温、静载下的轴向拉伸破坏试验测定。整个试验过程中，力与变形的关系可由拉伸图表示，被测材料试件的拉伸图由试验机自动记录显示。低碳钢的拉伸图比较典型，可分为四个阶段 ： 直线阶段OA ——此阶段拉力与变形成正比，所以也称为线弹性变形阶段，A 点对应的载荷为比例极限载荷Fp ； 屈服阶段BC ——曲线常呈锯齿形，此阶段拉力的变化不大，但变形迅速增加，此段内曲线上的最高点称为上屈服点B ，，最低点称为下屈服点B ，因下屈服点B 比较稳定，工程上一般以B 点对应的力值作为屈服载荷Fs ； 强化阶段CD ——此阶段拉力增加变形也继续增加，但它们不再是线性关系，其最高点D 对应的力值为最大载荷Fb ； 颈缩阶段DE ——过了D 点，试件开始出现局部收缩（颈缩），直至试件被拉断。 图1-1为低碳钢拉伸图。 图1-1 图1-2 F 2．灰铸铁拉伸实验 对于灰铸铁，由于拉伸时的塑性变形极小，在变形很小时就达到最大载荷而突然断裂，没有明显的屈服和颈缩现象，其强度极限即为试件断裂时的名义应力。图1-2为铸铁拉伸图。 三、实验仪器、设备 1．600KN 微机屏显式液压万能试验机； 2．游标卡尺。 四、实验原理 1．根据低碳钢拉伸载荷F s 、F b 计算屈服极限σs 和强度极限σb 。 2．根据测得的灰铸铁拉伸最大载荷F b 计算强度极限σb 。 3．根据拉断前后的试件标距长度和横截面面积，计算低碳钢的延伸率δ和截面收缩率ψ。 %100001?-= L L L δ %1000 1 0?-=A A A ψ 五、实验步骤 （一）实验准备 1．打开计算机，双击计算机桌面上的TestExpert 图标，试验软件启动。 2．打开控制系统电源，系统进行自检后自动进入PC-CONTROL 状态。 3．软件联机并启动控制系统： （1）点击“联机”按钮.出现联机窗口，当此窗口消失证明联机成功。 （2）按下启动按钮，控制系统“ON ”灯亮后，软件操作按钮有效。 4．测量并记录试件的尺寸：在刻线长度内的两端和中部测量三个截面的直径d 0，取直径最小者为计算直径，并量取标距长度L 0。 5．调节横梁位置并安装试样。 （二）进行实验 1．设置试验条件。 2．开始试验： （1）按下“试验”按钮，试验机开始按试验程序对试件进行拉伸。仔细观 A F s s =σ0 A F b b =σ4 2 00d A ?= π 土工实验指导书及实验报告编写毕守一 安徽水利水电职业技术学院 二OO九年五月 目录 实验一试样制备 实验二含水率试验 实验三密度试验 实验四液限和塑限试验 实验五颗粒分析试验 实验六固结试验 实验七直接剪切试验 实验八击实试验 土工试验复习题 实验一试样制备 一、概述 试样的制备是获得正确的试验成果的前提，为保证试验成果的可靠性以及试验数据的可比性，应具备一个统一的试样制备方法和程序。 试样的制备可分为原状土的试样制备和扰动土的试样制备。对于原状土的试样制备主要包括土样的开启、描述、切取等程序；而扰动土的制备程序则主要包括风干、碾散、过筛、分样和贮存等预备程序以及击实等制备程序，这些程序步骤的正确与否，都会直接影响到试验成果的可靠性，因此，试样的制备是土工试验工作的首要质量要素。 二、仪器设备 试样制备所需的主要仪器设备，包括： （1）孔径0.5mm、2mm和5mm的细筛； （2）孔径0.075mm的洗筛； （3）称量10kg、最小分度值5g的台秤； （4）称量5000g、最小分度值1g和称量200g、最小分度值0.01g的天平； （5）不锈钢环刀（内径61.8mm、高20mm；内径79.8mm、高20mm或内径61.8mm、高40mm）； （6）击样器：包括活塞、导筒和环刀； （7）其他：切土刀、钢丝锯、碎土工具、烘箱、保湿器、喷水设备、凡士林等。 三、试样制备 （一）原状土试样的制备步骤 1、将土样筒按标明的上下方向放置，剥去蜡封和胶带，开启土样筒取土样。 2、检查土样结构，若土样已扰动，则不应作为制备力学性质试验的试样。 3、根据试验要求确定环刀尺寸，并在环刀内壁涂一薄层凡士林，然后刃口向下放在土样上，将环刀垂直下压，同时用切土刀沿环刀外侧切削土样，边压边削直至土样高出环刀，制样时不得扰动土样。 4、采用钢丝锯或切土刀平整环刀两端土样，然后擦净环刀外壁，称环刀和土的总质量。 5、切削试样时，应对土样的层次、气味、颜色、夹杂物、裂缝和均匀性进行描述。 6、从切削的余土中取代表性试样，供测定含水率以及颗粒分析、界限含水率等试验之用。 实验一 He-Ne 激光器模式分析 （一）实验目的与要求 目的：使学生了解激光器模式的形成及特点，加深对其物理概念的理解；通过测试分析，掌握模式分析的基本方法。对本实验使用的重要分光仪器——共焦球面扫描干涉仪，了解其原理，性能，学会正确使用。 要求：用共焦球面扫描干涉仪测量He-Ne 激光器的相邻纵横模间隔，判别高阶横模的阶次；观察激光器的频率漂移记跳模现象，了解其影响因素；观察激光器输出的横向光场分布花样，体会谐振腔的调整对它的影响。 （二）实验原理 1．激光器模的形成 我们知道，激光器的三个基本组成部分是增益介质、谐振腔和激励能源。如果用某种激励方式，在介质的某一对能级间形成粒子数反转分布，由于自发辐射和受激辐射的作用， 将有一定频率的光波产生，在腔内传播， 并被增益介质逐渐增强、放大，如图1-1所示。实际上，由于能级总有一定的宽度以及其它因素的影响，增益介质的增益有一个频率分布，如图1-2所示，图中)(νG 为光的增益系数。只有频率落在这个范围 内的光在介质中传播时，光强才能获得不同程度的放大。但只有单程放大，还不足以产生激光，要产生激光还需要有谐振腔对其进行光学反馈，使光在多次往返传播中 图 1-1 粒子数反转分布 形成稳定、持续的振荡。形成持续 振荡的条件是，光在谐振腔内往返一周的光程差应是波长的整数倍，即 q q L λμ=2 （1-1） 式中，μ为折射率，对气体μ≈1；L 为腔长；q 为正整数。这正是光波相干的极大条件，满足此条件的光将获得极大增强。每一个q 对应纵向一种稳定的电磁场分布，叫作一个纵模，q 称作纵模序数。q 是一个很大 的数，通常我们不需要知道它的数值，而关心的是有几个不同的q 值，即激光器有几个不同的纵模。从（2-1）式中，我们还看出，这也是驻波形成的条件，腔内的纵模是以驻波形式 存在的， q 值反映的恰是驻波波腹的 图 1-2 光的增益曲线 数目，纵模的频率为 L c q q μν2= （1-2） 同样，一般我们不去求它，而关心的是相邻两个纵模的频率间隔 L c L c q 221≈ = ?=?μν （1-3） 从（2-3）式中看出，相邻纵模频率间隔和激光器的腔长成反比，即腔越长，相邻纵模频率间隔越小，满足振荡条件的纵模个数越多；相反，腔越短，相邻纵模频率间隔越大，在同样的增益曲线范围内，纵模个数就越少。因而用缩短腔长的办法是获得单纵模运行激光器的方法之一。 光波在腔内往返振荡时，一方面有增益，使光不断增强；另一方面也存在着多种损耗， 使光强减弱，如介质的吸收损耗、散射损耗、 镜面的透射损耗、放电毛细管的衍射损耗等。所以，不仅要满足谐振条件，还需要增益大于各种损耗的总和，才能形成持续振荡，有激光输出。如图2-3所示，有五个纵模满足谐振条件，其中有两个纵模的增益小于损耗，所以，有三个纵模形成持续振荡。对于纵模的观测，由于q 值很大，相邻纵模频率差异很小，一般的分光仪器无法分辨，必须使用 精度较高的检测仪器才能观测到。 谐振腔对光多次反馈，在纵向形成不同的场分布，那么对横向是否也会产 生影响呢？回答是肯定的，这是因为光每经过放电毛细管反馈一次，就相当于一次 图 1-3 纵模和纵模间隔 衍射，多次反复衍射，就在横向形成了一个或多个稳定的衍射光斑。每一个衍射光斑对应一种稳定的横向电磁场分布，称为一个横模。图2-4中，给出了几种常见的基本横模光斑图样。我们所看到的复杂的光斑则是这些基本 工程力学实验指导书力学与机械学研究所编 天津理工大学机械工程学院 2005.7 学生实验守则 1．学生应按照课程教学计划，准时上实验课，不得迟到早退。 2．实验前认真阅读实验指导书，明确实验目的、步骤、原理，预习有关的理论知识，并接受实验教师的提问和检查。 3．进入实验室必须遵守实验室的规章制度。不得高声喧哗和打闹，不准抽烟、随地吐痰和乱丢杂物。 4．做实验时必须严格遵守仪器设备的操作规程，爱护仪器设备，节约使用材料，服从实验教师指导。未经许可不得动用与本实验无关的仪器设备及其它物品。 5．实验中要细心观察，认真记录各种试验数据。不准敷衍，不准抄袭别组数据，不得擅自离开操作岗位。 6．实验时必须注意安全，防止人身和设备事故的发生。若出现事故，应立即切断电源，及时向指导教师报告，并保护现场，不得自行处理。 7．实验完毕，应主动清理实验现场。经指导教师检查仪器设备、工具、材料和实验记录后方可离开。 8．实验后要认真完成实验报告，包括分析结果、处理数据、绘制曲线及图表。在规定时间内交指导教师批改。 9．在实验过程中，由于不慎造成仪器设备、工具损坏者，应写出损坏情况报告，并接受检查，由领导根据情况进行处理。 10．凡违反操作规程，擅自动用与本实验无关的仪器设备、私自拆卸仪器而造成事故和损失的，肇事者必须写出书面检查，视情节轻重和认识程度，按章程预以赔偿。 目录 引言．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．(4)实验一金属拉伸实验．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．(5)实验二金属压缩实验．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．(8)实验三金属（园轴）扭转试验．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．(17) 北京邮电大学世纪学院 实验、实习、课程设计报告撰写格式与要求 （试行） 一、实验报告格式要求 1、有实验教学手册，按手册要求填写，若无则采用统一实验报告封面。 2、报告一律用钢笔书写或打印，打印要求用A4纸；页边距要求如下：页边距上下各为2.5厘米，左右边距各为2.5厘米；行间距取固定值（设置值为20磅）；字符间距为默认值（缩放100%，间距：标准）。 3、统一采用国家标准所规定的单位与符号，要求文字书写工整，不得潦草；作图规范，不得随手勾画。 4、实验报告中的实验原始记录，须经实验指导教师签字或登记。 二、实习报告、课程设计报告格式要求 1、采用统一的封面。 2、根据教学大纲的要求手写或打印，手写一律用钢笔书写，统一采用国家标准所规定的单位与符号，要求文字书写工整，不得潦草；作图规范，不得随手勾画。打印要求用A4纸；页边距要求如下：页边距上下各为2.5厘米，左右边距各为2.5厘米；行间距取固定值（设置值为20磅）；字符间距为默认值（缩放100%，间距：标准）。 三、报告内容要求 1、实验报告内容包括：实验目的、实验原理、实验仪器设备、实验操作过程、原始数据、实验结果分析、实验心得等方面内容。 2、实习报告内容包括：实习题目、实习任务与要求、实习具体实施情况（附上图表、原始数据等）、实习个人总结等内容。 3、课程设计报告或说明书内容包括：课程设计任务与要求、总体方案、方案设计与分析、所需仪器设备与元器件、设计实现与调试、收获体会、参考资料等方面内容。 北京邮电大学世纪学院 教务处 2009-8 实验报告 课程名称计算机绘图（CAD） 实验项目AutoCAD二维绘图实验 专业班级 姓名学号 指导教师实验成绩 2016年11月日 激光原理实验 指导老师陈钢 1实验目的：加深对激光原理理论概念的认识和理解，培养实验动手能力。 2实验内容： （1）谐振腔参数认识、调节，调节外腔式He-Ne激光器，使其激光输出，并达到最大值，记录相关实验结果，包括工作电流和激光功率； （2）光学谐振腔的稳定范围； （3）激光输出功率随激光管在腔内位置变化的关系； （4）波长选择，通过选频元件，调出可能的5条谱线，记录波长和相对功率； （5）横模特征观测与判断。 此5个内容，第一个大家都要做一遍，其余四个选两个做，但最好分配好，把每个内容 都做到。 3实验原理： 实验从调整基本装置开始，这部分内容老师讲解。只要调整好基本装置，就可以开始下面的各项实验。 3.1光学稳定性 He-Ne激光器的光学谐振腔是根据激活介质Ne以及所要求的光束质量而设计的。 稳定性的目标就是要获得尽可能好的光束输出，也就是基模高斯光束TEM 00模式。 一般来说，要获得高功率输出和较好的光束质量是两个相矛盾的要求，因为高功率输出需要较大的激活体积，而基模运转时的激活体积却被限制在他所要求的模体积之内。这也 就说明了为什么平凹腔对He-Ne激光器是最佳的结构。 3.2光学谐振腔的稳定范围； 实验可以这样进行，在激光稳定运转过程中，通过改变球面镜的位置，直到激光不能产生为止。球面镜位置改变的具体方法为：把球面镜调节支架上的固定螺丝轻微松动，同时又 使得它能够在轨道上保持静止不动。位置改变过程尽量保持不要破坏激光的振荡。重新固定 调节支架到新的位置，并且通过调节球面镜的垂直和水平调节螺丝，使得激光功率重新达到 最大值。重复这些过程，直到达到一个不能获得激光震荡的新位置为止。测量此时两面镜子 的距离，并与由稳定性条件给出的最大距离L进行比较。 0乞g l乜2乞1 g i =1and g2 =1 丄 R i R2 12 实验的测量方法如下，松开激光管支架的固定螺丝，使得它的位置可以在轨道上改变。第一步准直已经调节好了，在这个实验中要保证激光管支架的机械轴要和准直光给出的光轴 工程力学实验指导书 仲恺农业工程学院机电工程系 2008.1 前言 材料力学是研究工程材料力学性能和构件强度、刚度和稳定性计算理论的科学，主要任务是按照安全、适用与经济的原则，为设计各种构件（主要是杆件）提供必要的理论和计算方法以及实验研究方法。 要合理地使用材料，就必须了解材料的力学性能，各种工程材料固有的力学性质要通过相应的试验测得，这是材料力学实验的一个主要任务。 另外，材料力学的理论是以一定的简化和假设为基础。这些假设多来自实验研究，而所建立理论的正确性也必须通过实验的检验，这是材料力学实验的第二个任务。 材料力学实验的第三个任务是通过工程结构模型或直接在现场测定实际结构中的应力和变形，进行实验应力分析，为工程结构的设计和安全评估提供可靠的科学依据。 从以上所述各项任务中，不难看到材料力学实验的重要性，它与材料力学的理论部分共同构成了这门学科的两个缺一不可的环节。 学生在学习并进行材料力学实验时，应注意学习实验原理、试验方法和测试技术，逐步培养科学的工作习惯和独立分析、解决问题的能力，要善于提出问题，勤于思考，勇于创新。这样才能牢固地掌握材料力学课程的基本内容，为将来参加祖国社会主义现代化建设打下坚实的基础。 指导书中将实验内容分为“基本实验”和“选做实验”两个层次，这样既可保证实验教学的基本要求，又可根据不同的需求进行选择，以期在培养学生的综合分析能力和创新能力方面发挥重大作用。 本实验指导书中难免存在缺点和错误之处，请师生们指正，以便今后进一步修改和完善。 基本实验 1 低碳钢和灰口铸铁的拉伸、压缩实验 一、实验目的 1．试样在拉伸或压缩实验过程中，观察试样受力和变形两者间的相互关系，并注意观察材料的弹性、屈服、强化、颈缩、断裂等物理现象。 2．测定该试样所代表材料的P S、P b和ΔL等值。 3．对典型的塑性材料和脆性材料进行受力变形现象比较，对其强度指标和塑性指标进行比较。 4．学习、掌握电子万能试验机的使用方法及其工作原理。 二、仪器设备和量具 电子万能试验机，引伸计、钢板尺，游标卡尺。 三、低碳钢的拉伸和压缩实验 1．低碳钢的拉伸实验 在拉伸实验前，测定低碳钢试件的直径d和标距L。试件受拉伸过程中，观察屈服（流动）、强化，卸载规律、颈缩、断裂等现象；绘制p——ΔL曲线如图2—1（a）所示；记录试件的屈服抗力P s和最大抗力P b。试件断裂后，测量断口处的最小直径d1和标距间的距离L1。依据测得的实验数据，计算低碳钢材料的强度指标和塑性指标。 7 图1—1 低碳钢拉伸图及压缩图 强度指标： 《流体力学》课程实验指导书袁守利编 汽车工程学院 2005年9月 前言 1.实验总体目标、任务与要求 1)学生在学习了《流体力学》基本理论的基础上，通过伯努利方程实验、动量方程实 验，实现对基本理论的验证。 2）通过实验，使学生对水柱（水银柱）、U型压差计、毕托管、孔板流量计、文丘里流量计等流体力学常用的测压、测流量装置的结构、原理和使用有基本认识。 2.适用专业 热能与动力工程 3.先修课程 《流体力学》相关章节。 4.实验项目与学时分配 5. 实验改革与特色 根据实验内容和现有实验条件，在实验过程中，采取学生自己动手和教师演示相结合的方法，力求达到较好的实验效果。 实验一伯努利方程实验 1．观察流体流经实验管段时的能量转化关系，了解特定截面上的总水头、测压管水头、压强水头、速度水头和位置水头间的关系，从而加深对伯努利方程的理解和认识。 2．掌握各种水头的测试方法和压强的测试方法。 3．掌握流量、流速的测量方法，了解毕托管测速的原理。 二、实验条件 伯努利方程实验仪 三、实验原理 1．实验装置： 图一伯努利方程实验台 1.水箱及潜水泵 2.上水管 3.电源 4.溢流管 5.整流栅 6.溢流板 7.定压水箱 8.实验 细管9. 实验粗管10.测压管11.调节阀12.接水箱13.量杯14回水管15.实验桌 2.工作原理 定压水箱7靠溢流来维持其恒定的水位，在水箱下部装接水平放置的实验细管8，水经实验细管以恒定流流出，并通过调节阀11调节其出水流量。通过布置在实验管四个截面上的四组测压孔及测压管，可以测量到相应截面上的各种水头的大小，从而可以分析管路中恒定流动的各种能量形式、大小及相互转化关系。各个测量截面上的一组测压管都相当于一组毕托管，所以也可以用来测管中某点的流速。 电测流量装置由回水箱、计量水箱和电测流量装置（由浮子、光栅计量尺和光电子 《ACCESS2010数据库技术及应用》 实验指导（3） 学号： 姓名： 班级： 专业： 实验三窗体 实验类型：验证性实验课时： 4 学时指导教师： 时间：201 年月日课次：第节教学周次：第周 一、实验目的 1. 掌握窗体创建的方法 2. 掌握向窗体中添加控件的方法 3. 掌握窗体的常用属性和常用控件属性的设置 二、实验内容和要求 1. 创建窗体 2. 修改窗体，添加控件，设置窗体及常用控件属性 三、实验步骤 案例一：创建窗体 1.使用“窗体”按钮创建“成绩”窗体。 操作步骤如下： （1）打开“教学管理.accdb”数据库，在导航窗格中，选择作为窗体的数据源“教师”表，在功能区“创建”选项卡的“窗体”组，单击“窗体”按钮，窗体立即创建完成，并以布局视图显示，如图3-1所示。 （2）在快捷工具栏，单击“保存”按钮，在弹出的“另存为”对话框中输入窗体的名称“教师”，然后单击“确定”按钮。 图3-1布局视图 2．使用“自动创建窗体”方式 要求：在“教学管理.accdb”数据库中创建一个“纵栏式”窗体，用于显示“教师”表中的信息。 操作步骤： （1）打开“教学管理.accdb”数据库，在导航窗格中，选择作为窗体的数据源“教师”表，在功能区“创建”选项卡的“窗体”组，单击“窗体向导”按钮。如图3-2所示。 （2）打开“请确定窗体上使用哪些字”段对话框中，如图3-3 所示。在“表和查询”下拉列表中光图3-2窗体向导按钮 标已经定位在所学要的数据源“教师”表，单击按钮，把该表中全部字段送到“选定字段”窗格中，单击下一步按钮。 （3）在打开“请确定窗体上使用哪些字”段对话框中，选择“纵栏式”，如图3-4所示。单击下一步按钮。 （4）在打开“请确定窗体上使用哪些字”段对话框中，输入窗体标题“教师”，选取默认设置：“打开窗体查看或输入信息”，单击“完成”按钮，如图3-5所示。 （5）这时打开窗体视图，看到了所创建窗体的效果，如图3-6所示。 图3-3“请确定窗体上使用哪些字”段对话框 图3-4“请确定窗体使用的布局”段对话框中 CENTRAL SOUTH UNIVERSITY 题目利用Matlab模拟点电荷电场的分布姓名xxxx 学号xxxxxxxxxx 班级电气xxxx班 任课老师xxxx 实验日期2010-10 电磁场理论 实验一 ——利用Matlab 模拟点电荷电场的分布 一．实验目的： 1．熟悉单个点电荷及一对点电荷的电场分布情况； 2．学会使用Matlab 进行数值计算，并绘出相应的图形； 二．实验原理： 根据库伦定律：在真空中，两个静止点电荷之间的作用力与这两个电荷的电量乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比，作用力的方向在两个电荷的连线上，两电荷同号为斥力，异号为吸力，它们之间的力F 满足： R R Q Q k F ? 212 = (式1) 由电场强度E 的定义可知： R R kQ E ? 2 = (式2) 对于点电荷，根据场论基础中的定义，有势场E 的势函数为 R kQ U = (式3) 而 U E -?= (式4) 在Matlab 中，由以上公式算出各点的电势U ，电场强度E 后，可以用Matlab 自带的库函数绘出相应电荷的电场分布情况。 三．实验内容： 1. 单个点电荷 点电荷的平面电力线和等势线 真空中点电荷的场强大小是E=kq /r^2 ,其中k 为静电力恒量, q 为电量, r 为点电荷到场点P(x,y)的距离。电场呈球对称分布, 取电量q> 0, 电力线是以电荷为起点的射线簇。以无穷远处为零势点, 点电荷的电势为U=kq /r,当U 取 常数时, 此式就是等势面方程.等势面是以电荷为中心以r 为半径的球面。 平面电力线的画法 在平面上, 电力线是等角分布的射线簇, 用MATLAB 画射线簇很简单。取射线的半径为( 都取国际制单位) r0=, 不同的角度用向量表示( 单位为弧度) th=linspace(0,2*pi,13)。射线簇的终点的直角坐标为: [x,y]=pol2cart(th,r0)。插入x 的起始坐标x=[x; *x].同样插入y 的起始坐标, y=[y; *y], x 和y 都是二维数组, 每一列是一条射线的起始和终止坐标。用二维画线命令plot(x,y)就画出所有电力线。 平面等势线的画法 在过电荷的截面上, 等势线就是以电荷为中心的圆簇, 用MATLAB 画等势 线更加简单。静电力常量为k=9e9, 电量可取为q=1e- 9; 最大的等势线的半径应该比射线的半径小一点 r0=。其电势为u0=k8q /r0。如果从外到里取7 条等势线, 最里面的等势线的电势是最外面的3 倍, 那么各条线的电势用向量表示为: u=linspace(1,3,7)*u0。从- r0 到r0 取偶数个点, 例如100 个点, 使最中心点的坐标绕过0, 各点的坐标可用向量表示: x=linspace(- r0,r0,100), 在直角坐标系中可形成网格坐标: [X,Y]=meshgrid(x)。各点到原点的距离为: r=sqrt(X.^2+Y.^2), 在乘方时, 乘方号前面要加点, 表示对变量中的元素进行乘方计算。各点的电势为U=k8q. /r, 在进行除法运算时, 除号前面也要加点, 同样表示对变量中的元素进行除法运算。用等高线命令即可画出等势线 contour(X,Y,U,u), 在画等势线后一般会把电力线擦除, 在画等势线之前插入如下命令hold on 就行了。平面电力线和等势线如图1, 其中插入了标题等等。越靠近点电荷的中心, 电势越高, 电场强度越大, 电力线和等势线也越密。工程力学实验指导书(建环)
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