大学物理实验指导书--9个项目 -
大学物理实验课程教学大纲
大学物理实验课程教学大纲课程名称：大学物理实验英文名称：College Physics Experiment实验课程编号：110309课程性质：基础必修课课程属性：工科各专业本科生必修教材名称：《大学物理实验》实验指导书名称：（无）课程总学时：56实验总学时：56开设实验项目数：17总学分：3.5应开实验学期：一年级第2学期，二年级第1学期 适用专业：工科各专业本科生先修课程：高等数学本大纲主撰人：凌亚文 审核人：王占民 一、 课程的目标及基本要求物理学是一门实验科学。
物理规律的发展及其理论的建立，都必须以严格的物理实验为基 础，并受到实验的检验。
为了适应社会飞速发展的要求，需要培养大量有创造性的工程技术人才。
为此要求工科大 学毕业生，不仅要具有较宽广的基础理论知识， 而且还要具有能从事现代科学实验的较强能力。
物理实验是学生入学后，受系统实验技能训练的开端，是一系列实验训练的重要基础。
因此， 在整个物理学的教学过程中，必须十分注意实验技能的训练，物理实验应与理论教学具有同等 重要的地位，而不是作为理论课的附属环节。
二、 课程实验的目的要求在一定的物理知识和中学物理实验的基础上，对学生进行实验方法和技能的基础训练。
要 求学生弄懂实验原理，了解一些物理量的测量方法。
要求学生熟悉常用仪器的基本原理和性能, 并了解使用方法。
要求学生能够正确记录、处理实验数据，分析判断实验结果，并能写出比较 完整的实验报告。
培养和提高学生观察、分析实验现象的本领和独立工作能力。
并通过实验中 的观察、测量和分析，加深对物理学中某些概念、规律和理论的理解。
培养学生严肃认真的工 作作风，实事求是的科学态度和爱护国家财产、遵守纪律的优良品德。
三、 适用专业工科各专业本科生。
四、实验方式与基本要求西安建筑科技大学负责人：史彭实验方式：物理实验课是一门实验基础课，其教学的着重点是严格的基础技能和思维判断能力的训练，而不是对所谓“成果”的追求。
物理实验作业指导书
物理实验作业指导书
一、实验目的
本实验旨在通过进行一系列物理实验，培养学生的实验操作能力，加深对物理理论的理解及应用，提高学生的实验技能。
二、实验设备
本实验所需的设备包括：
- 实验器材1
- 实验器材2
- 实验器材3
...
三、实验步骤
1. 步骤1：描述步骤1的操作内容和注意事项。
2. 步骤2：描述步骤2的操作内容和注意事项。
3. 步骤3：描述步骤3的操作内容和注意事项。
...
四、实验数据记录与分析
1. 在实验过程中，学生应准确记录实验数据。
2. 实验完成后，学生应根据实验数据进行数据分析，并将结果
整理成报告。
五、实验安全提示
1. 在进行实验操作时，学生应注意安全，遵守实验室规章制度。
2. 在使用实验器材时，学生应按照操作规程，正确使用设备，
避免操作失误引发事故。
六、实验评估与总结
1. 实验结束后，学生应根据实验数据及实验结果进行评估，并
撰写实验总结。
2. 实验总结应包括对实验过程、结果及可能的改进方向进行分
析和总结。
七、参考资料
1. 参考书籍1：作者，书名。
2. 参考书籍2：作者，书名。
...
以上是本次物理实验作业的指导书，请学生们按照指导书的要求进行实验操作。
如有任何问题，请及时向实验教师咨询。
祝实验顺利！。
大学物理实验II指导书汇总
目录实验一电势差计测电动势 (1)实验二用电流场模拟静电场 (4)实验三电子束实验 (5)实验四霍耳效应法测量磁场 (8)实验四磁阻效应综合实验 (12)实验五分光计的使用和光栅测波长 (22)实验六光电效应 (28)实验七密立根油滴实验——电子电荷的测定 (31)实验七弗兰克—赫兹实验 (33)实验一 电势差计测电动势【实验原理】详见教材：《结构化大学物理实验》P.208−212。
仔细研读原理后回答以下问题： 问题1：能用电压表直接测出电池的电动势吗？为什么？问题2：箱式电势差计的工作原理图里有几个补偿回路？所测电动势的精度和什么有关？ 问题3：为什么温差电偶能用作温度计？补充内容：（一）本实验用高精度的1.0185V 稳压电源代替标准电池，虽然重复性较差，但比较环保，常温下也可以忽略温度对)(t E s 的影响。
（二）测量温差电动势时，因为实验装置的冷端为环境温度，误差较大，所以只测量t E ~关系，写出方程t E E θ+=0（三）UJ31电势差计中的一些参数1. 可测范围：0.001—170.00mV ；分两档，×1档为0.001—17.000mV （最小分度1μV ），×10档为0.01—170.00mV （最小分度10μV ）。
2. 准确度等级为0.05级，基本误差为(0.05%)x x U U U ∆=±+∆。
式中，x U 是被测电动势值（即示值），U ∆取值倍率为×10时，5=∆U μV ；倍率为×1时，5.0=∆U μV 。
【实验目的】（一）掌握电势差计的工作原理和结构特点。
（二）了解温差电偶的测温原理。
【实验内容】（一）电势差计的调节；（二）测温差电偶（铜-康铜）的温差电动势。
【实验器材】箱式电势差计，直流稳压工作电源，灵敏电流计，高精度1.0185V 标准电源，铜—康铜温差热电偶，加热装置。
【实验步骤及操作】（一）电势差的调节图10-1 UJ31型电势差计面板图1. 面板中各旋钮、开关介绍2．把S R旋至标准的电动势值的位置。
《大学物理实验》课程标准
《⼤学物理实验》课程标准《⼤学物理实验》课程标准第⼀部分前⾔⼀、课程的性质及特点⾼职专业：基本实验技能训练课程，必修课。
是对学⽣进⾏科学实验⽅法和实验基本技能的训练，是培养和提⾼学⽣科学素养以及理论联系实际和分析问题、解决问题的能⼒的实践性课程。
物理教育专业：基础实验课，必修课锦州师范⾼等专科学校物理系成⽴以来，在1992年前主要从事中学物理教师培养的教学⼯作，⼤学物理实验作为培养学⽣具有⼀定实验技能，以实验促进对理论知识的理解和掌握⽽设置，实验教学为理论教学服务；1992年以后，师范专业逐渐过渡为⾮师范专业，作为基础课程⼤学物理及⼤学物理实验保留下来，2001年⾮师范专业全部转为⾼职专业，物理系承办⼯业电⽓⾃动化（2005年改为电⽓⾃动化）和电⼦信息⼯程技术两个⾼职专业，2005年⼜申办了数控设备应⽤与维护专业，⼤学物理实验主要教学任务是培养学⽣基本实验操作能⼒。
课程内容包括普通物理中⼒、热、光、电四个部分中的最基本部分实验，多为验证性内容。
2005年初，本课程负责⼈从教务处调任物理系教学副主任后，与系⾥领导、⽼师多次研究后认为，必须对该门课程进⾏⼤幅度改⾰，主要进⾏了以下⽅⾯的⼯作。
（1）教学⽬标的改⾰原⼤学物理实验作为⼀门为⼤学物理理论课服务的⼀门验证性实验课题已不符合课程设置的要求，⾼职教育是⼀种以职业能⼒形成为中⼼的教育，实践教学的地位得到⼤幅度提⾼，理论教学反过来为实践教学服务的思想必须得到贯彻。
因此该门课程的教学⽬标不在作为理论课程的依附，⽽是应加强其课程的独⽴性，培养学⽣的动⼿能⼒及创新思维，充分体现⾼等职业教育以实践能⼒的形成为中⼼的教育理念。
（2）进⾏教学内容改⾰由于现在承办的⾼职专业为⼯类⼆产专业，均是与电⼒、电⼦相关的专业，原⼤学物理实验中⼒、热、光实验与专业培养⽬标，与培养规格偏差较⼤，因此对此部分进⾏削减，加强电磁实验部分，并侧重为电学部分。
并将内容确定为基础性，提⾼性及设计性实验三个层次，使学⽣能⼒逐级提⾼。
大学生物理实验方案
大学生物理实验方案实验目标本实验旨在帮助大学生提高对物理实验的理解和应用能力，培养实验操作技巧，同时加深对物理原理的理解。
实验内容1. 实验一：测量重力加速度- 实验目的：通过测量自由落体物体的下落时间，计算出重力加速度。
- 实验步骤：在实验室内，利用计时器测量自由落体物体从起点到终点所用的时间，重复多次测量取平均值。
- 实验装置：自由落体装置、计时器、尺子。
2. 实验二：测量光的速度- 实验目的：通过测量光在空气和水中的传播速度，计算出光的速度。
- 实验步骤：在实验室内，利用透明介质和光源，测量光传播的时间和距离，计算出光速。
- 实验装置：光源、介质容器、计时器、尺子。
3. 实验三：测量弹簧的劲度系数- 实验目的：通过测量弹簧在不同受力情况下的伸长量，计算出弹簧的劲度系数。
- 实验步骤：在实验室内，利用不同的负载物挂在弹簧上，测量弹簧的伸长量，并记录下受力情况。
- 实验装置：弹簧、负载物、尺子、天平。
实验要求1. 学生需提前了解实验原理和操作步骤，准备好实验所需的材料和装置。
2. 在实验过程中，要注意安全操作，遵守实验室规定，保持实验环境的整洁。
3. 实验结束后，学生需整理实验数据，进行数据处理和分析，并撰写实验报告。
实验评价学生的实验评价将考虑以下因素：- 实验操作的准确性和规范性；- 实验数据的收集和处理是否合理；- 实验报告的撰写质量和逻辑性。
实验时间安排- 实验一：2小时- 实验二：2小时- 实验三：3小时实验指导教师实验指导教师将提供必要的实验指导和帮助，对学生在实验中的表现进行评价，并及时给予反馈和指导。
实验成果学生需根据实验结果和分析撰写实验报告，报告内容包括实验目的、原理、实验装置、实验步骤、数据处理和分析，以及结论和讨论等。
实验预期效果通过完成这些实验，学生将能够：- 掌握物理实验的基本原理和操作技巧；- 培养实验设计和数据处理的能力；- 提高对物理原理的理解和应用能力。
大学物理实验I指导书(2024秋季普通班)
大学物理实验I指导书(2024秋季普通班)一、教学内容1. 实验原理：介绍测量物体质量、密度和比热容的基本原理，如阿基米德原理、密度的定义以及比热容的计算公式等。
2. 实验步骤：详细说明实验操作的顺序，包括仪器的安装、调节、测量和数据记录等。
3. 实验数据处理：教授如何对实验数据进行处理，包括误差分析、数据拟合等。
4. 实验安全：强调实验过程中需要注意的安全事项，如正确使用仪器、防止实验伤害等。
二、教学目标1. 使学生掌握测量物体质量、密度和比热容的基本原理和方法。
2. 培养学生的实验操作能力，提高实验技能。
3. 培养学生的数据处理能力，使他们能够对实验数据进行合理的分析和处理。
三、教学难点与重点1. 难点：实验数据的处理和分析，包括误差分析、数据拟合等。
2. 重点：实验原理的理解和实验操作的熟练掌握。
四、教具与学具准备1. 教具：计算机、投影仪、实验仪器（如天平、密度计、热源等）。
2. 学具：实验报告册、实验讲义、测量工具（如尺子、量筒等）。
五、教学过程1. 实践情景引入：通过一个简单的实验，使学生了解测量物体质量、密度和比热容的重要性。
2. 讲解实验原理：详细讲解测量物体质量、密度和比热容的基本原理。
3. 演示实验操作：教师演示实验操作步骤，学生跟随操作。
4. 数据处理与分析：教授如何对实验数据进行处理和分析，包括误差分析、数据拟合等。
5. 实验安全讲解：强调实验过程中需要注意的安全事项。
6. 随堂练习：学生进行实验操作，教师巡回指导。
7. 例题讲解：通过例题，使学生掌握实验数据的处理方法。
六、板书设计1. 实验原理：阿基米德原理、密度的定义、比热容的计算公式。
2. 实验步骤：仪器的安装、调节、测量和数据记录。
3. 数据处理：误差分析、数据拟合。
4. 实验安全：正确使用仪器、防止实验伤害。
七、作业设计1. 题目：测量物体质量、密度和比热容的实验报告。
答案：详见实验报告。
2. 题目：根据实验数据，进行误差分析和数据拟合。
大学物理实验指导书--9个项目
V = u（f/f0 – 1）
（3）
若已知声速 u 及声源频率 f0 ，通过设置使仪器以某种时间间隔对接收器接收到的频率 f
采样计数，由微处理器按（3）式计算出接收器运动速度，由显示屏显示 V－t 关系图，或调
阅有关测量数据，即可得出物体在运动过程中的速度变化情况，进而对物体运动状况及规律
进行研究。
f = f0（1+V/u） 当接收器向着声源运动时，V 取正，反之取负。
（2）
若 f0 保持不变，以光电门测量物体的运动速度，并由仪器对接收器接收到的频率自动 计数，根据（2）式，作 f —V 关系图可直观验证多普勒效应，且由实验点作直线，其斜率
应为 k=f0/u ，由此可计算出声速 u=f0/k 。 由（2）式可解出：
k
Vi
f Vi
i 2
Vi Vi 2
f
i
（4）
由 k 计算声速 u = f0/k，并与声速的理论值比较，声速理论值由 u0 = 331(1＋t/273)1/2 (米 /秒)计算，t 表示室温。测量数据的记录是仪器自动进行的。在测量完成后，只需在出现的
显示界面上，用 键选中“数据”， 键翻阅数据并记入表 1 中，然后按照上述公式计算
2．若计时器不计时或不停止计时，可能是光电门位置放置不正确，造成钢球上下振动 时未挡光，或者是外界光线过强，此时需适当挡光。
【数据与结果】
（1）在忽略容器体积 V、大气压 p 测量误差的情况下估算空气的比热容比
M（kg）
V（m3）
P（Pa）
d（m）
T(s)
实验三 光栅衍射
【实验目的】1．观察光栅的衍射光谱，理解光栅衍射基本规律；2．进一步熟悉分光计的调 节和使用；3．学会利用光栅衍射测定光栅常数、光波长。 【实验原理】
大学物理实验指导书(电子版)
大学物理实验指导书(电子版)上海海运学院2010.05目录绪论┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅ 3 实验数据的处理方法┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅ 7实验一.长度的测量┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅9实验二.测量钢丝杨氏模量┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅11实验三.扭摆法测定物体转动惯量┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅13实验四.空气比热容比测定实验┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅17实验五.线膨胀系数测定┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅ 18实验六.常用电学仪器的使用┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅- 19实验七.惠斯登电桥测电阻┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅ 22实验八.电位差计测电动势┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅ 24实验九.电表改装┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅26实验十.示波器的使用┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅28实验十一.等厚干涉的应用┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅ 31实验十二.用光栅测定光波的波长┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅33实验十三.旋转液体物体特性测量┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅34实验十四.波尔共振┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅36实验十五.用梁的弯曲测量材料的杨氏模量┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅38实验十六.仿真实验—偏振光的研究┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅39实验十七.光纤传输技术┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅42实验十八.激光全息照相┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅44实验十九.迈克尔逊干涉仪的应用┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅46实验二十.光拍法测量光速┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅49实验二十一.光电效应┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅52实验二十二.霍尔效应及其应用┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅55实验二十三.荷质比实验┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅58实验二十四.金属电子逸出功实验┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅62实验二十五.声速测量┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅66 实验二十六.夫兰克赫兹实验┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅69 实验二十七.密立根油滴实验┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅73 实验二十八.多量程直流电表的设计┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅77绪论早在五十年代，我国物学家钱三强就指出：今天的科学技术发展可以概括为“科学技术化和技术的科学化”，也就是说：科学和技术关系越来越密切，科学与技术相互渗透。
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大学物理实验指导书--9个项目 -实验一多普勒效应综合实验【实验目的】 1、测量超声接收器运动速度与接收频率之间的关系，验证多普勒效应。
2、由f－V关系直线的斜率求声速。
【实验原理】根据声波的多普勒效应公式，当声源与接收器之间有相对运动时，接收器接收到的频率f为：f = f0（u+V1cosα1）/（u�CV2cosα2）（1）式中f0为声源发射频率，u为声速，V1为接收器运动速率，α1为声源与接收器连线与接收器运动方向之间的夹角，V2为声源运动速率，α2为声源与接收器连线与声源运动方向之间的夹角。
若声源保持不动，运动物体上的接收器沿声源与接收器连线方向以速度V运动，则从（1）式可得接收器接收到的频率应为：f = f0（1+V/u）（2）当接收器向着声源运动时，V取正，反之取负。
若f0保持不变，以光电门测量物体的运动速度，并由仪器对接收器接收到的频率自动计数，根据（2）式，作f ―V关系图可直观验证多普勒效应，且由实验点作直线，其斜率应为 k=f0/u ，由此可计算出声速 u=f0/k 。
由（2）式可解出：V = u（f/f0 �C 1）（3）若已知声速u及声源频率f0 ，通过设置使仪器以某种时间间隔对接收器接收到的频率f采样计数，由微处理器按（3）式计算出接收器运动速度，由显示屏显示V－t关系图，或调阅有关测量数据，即可得出物体在运动过程中的速度变化情况，进而对物体运动状况及规律进行研究。
【仪器安装】图1 多普勒效应验证实验及测量小车水平运动安装示意如图1所示。
所有需固定的附件均安装在导轨上，并在两侧的安装槽上固定。
调节水平超声发射器的高度，使其与超声接收器（已固定在小车上）在同一个平面上，再调整红外接收器高度和方向，使其与红外发射器（已固定在小车上）在同一轴线上。
将组件电缆接入实验仪的对应接口上。
安装完毕后，让电磁铁吸住小车，给小车上的传感器充电，第一次充电时间约6～8秒，充满后(仪器面板充电灯变绿色)可以持续使用4～5分钟。
在充电时要注意，必须让小车上的充电板和电磁铁上的充电针接触良好。
【测量准备】1．实验仪开机后，首先要求输入室温。
因为计算物体运动速度时要代入声速，而声速是温度的函数。
利用 ? ? 将室温T值调到实际值，按“确认”。
然后仪器将进行自动检测调谐频率f0，约几秒钟后将自动得到调谐频率，将此频率f0记录下来，按“确认”进行后面实验。
【测量步骤】1．在液晶显示屏上，选中“多普勒效应验证实验”，并按“确认”； 2．利用 ? 键修改测试总次数（选择范围5~10，一般选5次），按��，选中“开始测试”；3．准备好后，按“确认”，电磁铁释放，测试开始进行，仪器自动记录小车通过光电门时的平均运动速度及与之对应的平均接收频率；改变小车的运动速度，可用以下两种方式： a．砝码牵引：利用砝码的不同组合实现；b．用手推动：沿水平方向对小车施以变力，使其通过光电门。
为便于操作，一般由小到大改变小车的运动速度。
4．每一次测试完成，都有“存入”或“重测”的提示，可根据实际情况选择，“确认”后回到测试状态，并显示测试总次数及已完成的测试次数； 5．改变砝码质量（砝码牵引方式），并退回小车让磁铁吸住，按“开始”，进行第二次测试；6．完成设定的测量次数后，仪器自动存储数据，并显示f－V关系图及测量数据。
【数据记录与处理】由f－V关系图可看出，若测量点成直线，符合（2）式描述的规律，即直观验证了多普勒效应。
用 ? 键选中“数据”，? 键翻阅数据并记入表1中，用作图法或线性回归法计算f－V关系直线的斜率k。
公式（4）为线性回归法计算k值的公式，其中测量次数i＝5 ～ n，n≤10。
k?Vi?fi?Vi?fiVi?Vi22 （4）由k计算声速u = f0/k，并与声速的理论值比较，声速理论值由u0 = 331(1＋t/273)1/2 (米/秒)计算，t表示室温。
测量数据的记录是仪器自动进行的。
在测量完成后，只需在出现的显示界面上，用 ? 键选中“数据”，? 键翻阅数据并记入表1中，然后按照上述公式计算出相关结果并填入表格。
表1 多普勒效应的验证与声速的测量 f0 =测量数据次数i Vi(m/s) fi (Hz) 1 2 3 4 5 6 直线斜率 k (1/m) 声速测量值 u=f0/k (m/s) 声速理论值u0(m/s) 百分误差 (u-u0)/u0 实验二气体比热容比Cp/CV的测定【实验目的】测定空气分子的定压比热容与定容比热容之比。
【实验原理】这里采用一种较新颖的方法，通过测定物体在特定容器中的振动周期来计算?值。
实验基本装置如图1所示，振动物体小球的直径比玻璃管直径仅小0.01~0.02mm，它能在此精密的玻璃管中上下移动，在瓶子的壁上有一小口，并插入一根细管，各种气体可以通过它注入到烧瓶中。
若物体偏离平衡位置一个较小距离x，则容器内的压力变化dp，物体的运动方程为：小孔 B 玻璃管 2mdx2?πrdp （1） 2dtr钢球 A 气体注入口因为物体振动过程相当快，所以可以看作绝热过程，绝热方程 pV?常数（2）将（2）式求导数得出： dpc ??p?dV2，dV?πrx （3） V图1 - 比热容测定仪将（3）式代入（12-1）式得d2xπ2r4p?x?0 2?mVdt此式即为熟知的简谐振动方程，它的解为：π2r4p?2π? ??mVT4mV64mV??24?24 (4)TprTpd【实验内容】1．接通电源，调节橡皮塞上的针型调节阀和气泵上气量调节旋钮，使小球在玻璃管中以小孔为中心上下振动。
注意，气流过大或过小会造成钢球不以玻璃管上小孔为中心作上下振动，调节时需要用手挡住玻璃管上方，以免气流过大将小球冲出管外造成钢球或瓶子损坏。
2．打开周期计时装置，次数选择50次，按下复位按钮后即可自动记录振动50次所需的时间。
33．重复以上步骤5次（本实验仪器体积约为2640cm）。
4．*用螺旋测微计和物理天平分别测出钢球的直径d和质量m，其中直径重复测5次。
【注意事项】1．调节气阀时一定要用手按住容器口以免小球冲出。
2．若计时器不计时或不停止计时，可能是光电门位置放置不正确，造成钢球上下振动时未挡光，或者是外界光线过强，此时需适当挡光。
【数据与结果】（1）在忽略容器体积V、大气压p测量误差的情况下估算空气的比热容比 M（kg）V（m） 3P（Pa） d（m） T(s) ? 实验三光栅衍射【实验目的】1．观察光栅的衍射光谱，理解光栅衍射基本规律；2．进一步熟悉分光计的调节和使用；3．学会利用光栅衍射测定光栅常数、光波长。
【实验原理】如图1所示，a为光栅刻痕宽度，光射到它上面向四处散射而透不过去，两刻痕之间宽度b相当于透光狭缝，d=a+b为相邻两狭缝上相应两点之间的距离，称为光栅常数，它是光栅的基本参数之一。
根据夫琅和费衍射理论，当波长为λ的平行光垂直投射到光栅上，通过每个狭缝的光都要产生衍射，若在光栅后面放置一会聚透镜，所有的衍射光通过透镜后将相互干涉，所以光栅的衍射条纹是单缝衍射和多缝干涉的总效果。
对于衍射角为φ的衍射光波，相邻两缝对应点射出的光束的光程差为Δ＝（a+b）sinφ=dsinφ (1)当φ满足dsinφ = kλk=0,±1, ±2,… (2) 即光程差等于波长的整数倍时，该方向上的衍射光将相干相长，出现明纹。
式(2)称为光栅方程，其中k为明纹级数，k=0,±1, ±2,…所对应的条纹分别称为中央(零级)极大，正、负第一级极大，正、负第二级极大…等。
当衍射角φ不满足光栅方程时，衍射光或者相互抵消，或者强度很弱，几乎成为一片暗背景。
当平行光以入射角(光栅法线与入射光的夹角)射到光栅时，光栅方程应该写为d(sinφ±sini)=kλ k=0,±1, ±2,… (3) 入射光与衍射光在光栅法线同侧时，上式中sini前取正号；否则取负号。
如果光源发出的是复色光，除零级外，不同波长的同一级谱线将对应不同的衍射角φ。
因此，在透镜焦平面上将出现按波长次序排列的谱线(图1)，称为光栅光谱。
如低压汞灯的每一级光谱中有三条特征谱线容易观察：绿色λ绿=546.1nm，黄色两条λ黄内=577.0nm和λ黄外=579.1nm。
根据光栅方程，若已知入射光的波长λ，测出该波长对应谱线的衍射角φ，即可求出光栅常数d。
反之，若已知光栅常数d，测出各特征谱线所对应的衍射角φ，可求出波长λ。
【实验仪器】分光计，光栅，汞灯，平面镜等。
【实验内容】1．分光计的调节与低压汞灯衍射光谱的观察 (1)调节分光计达到以下要求①望远镜调焦至无穷远；②望远镜光轴与分光计主轴垂直；③载物台面与分光计主轴垂直；④平行光管出射平行光，其光轴与望远镜光轴平行。
具体调节方法请参阅实验4-12 。
(2)使平行光垂直入射光栅将望远镜内的竖线准线与狭缝像重合，锁紧望远镜。
按图2所示将光栅置于载物台上，光栅平面要与载物台下两螺钉连线bc垂直。
用小灯照亮望远镜的十字窗口，被光栅平面反射的亮十字应出现在分划板上。
转动游标盘(载物台)并调节螺钉b或c，使亮十字像与分划板上方的十字线重合(注意不可调节望远镜，光栅也无须转过180o)，此时平行光管垂直于光栅。
(3)调节光栅刻痕与分光计主轴平行松开并转动望远镜，观察汞灯的衍射光谱，中央明纹为白色，望远镜转至左右两侧时，均可看到四条彩色谱线。
谱线应与竖线准线平行，高度均应被中心水平准线所平分。
否则应调节图4-13-2中的螺钉a，以保证光栅刻痕不倾斜。
(4)调节平行光管狭缝宽度，以能够分辨出两条紧靠的黄色谱线为准。
2．光栅常数与光波长的测量(1)已知绿色谱线λ绿=546.1nm，测出第一级光谱的衍射角φ绿。
为消除偏心差，应读出两游标的角位置，即k=1时的θ1、θ2，k=-1时的θ1?、θ2?。
则衍射角为φ绿=(|θ1?－θ1|+|θ2?－θ2|)/4 (6)由光栅方程求出光栅常数d。
θ1?(2)按上述步骤分别测出两条黄色谱线的衍射角φ黄内、φ黄外，算出对应的波长，并与公认值λ黄内=577.0nm和λ黄外=579.1nm作比较(以百分误差表示)。
θ1?θ1?注意：1严禁用手触摸光学元器件，如光栅、镜头等。
θ1 θ2? θ2 φ黄外λ黄外lab 相对误差θ1 θ2? θ2 φ黄内λ黄内lab 相对误差θ1 θ2? θ2 φ绿 d ____感谢您的阅读，祝您生活愉快。