资源简介 拍合成演示仪操作方法:1. 分别接通大屏幕示波器,信号源1,信号源2的电源;2. 打开大屏幕示波器,调整扫描线的位置,使其位于屏幕的中央;3. 打开信号源1,频率调在400---700赫兹之间的某一值,同时调节输出,使其波形幅度大约占屏幕高度的三分之一,观察稳定后的正弦信号波形;4. 关闭信号源1,打开信号源2, 频率调在与信号源1的频率相差40---80赫兹之间的某一值,同时调节输出,使其波形幅度大约占屏幕高度的三分之一,观察稳定后的正弦信号波形;5. 再打开信号源1,使两个信号源的信号同时输入示波器,马上看到合成信号的波形----振幅周期变化的拍波形,调整示波器的同步旋钮,使波形稳定;6. 调节信号源的频率,使得其频率差变大或变小,观察到拍频也随之变大或变小;7. 观察完毕,关掉示波器,信号源1,信号源2的电源;注意事项:1. 信号源打开后需略等片刻, 待波形稳定后再观察波形;2. 调节信号源频率时动作要轻而缓慢;3. 随时调节示波器的同步,以保证波形的稳定.原理:.同方向不同频率两个简谐振动的合成不再是谐振动!1、 2较大,而它们之差较小时, 就形成拍.合振幅变化的频率即拍频.昆特管一、实验原理驻波是由振幅、频率、振动方向均相同而传播方向相反的两列波迭加而成的;由扬声器发出的入射声波在管内的另一端发生反射并与入射声波干涉形成驻波。实验中可观察到环形飞溅的煤油浪花,此处液体振动最激烈,称为波腹;振幅最小的点称为波节,此处液体静止不动。在昆特管中驻波的波腹处,空气振动剧烈,气压小,从而吸起该处的煤油,使得波腹处的煤油飞溅;而在驻波的波节处,驻波能量极小,且两侧波腹处的空气向此聚集,气压大,将此处煤油下压,使得煤油只能向两侧(波腹位置)流动。最终两者达到动态平衡,形成了在实验中看到的“喷泉”现象。相邻两波腹(或两波节)间距离为1/2波长,波腹与波节间的距离为1/4波长。根据公式:波速(m/S)=频率(Hz)*波长(m)量出相邻波腹之间的距离,已知频率,可计算出煤油中的波速。二、注意事项 :1. 改变频率之前先降低输出电压,调好频率后再增大电压,以免声音太大。2. 注意提醒学生,声波是一种纵波,观察纵波的驻波现象。3. 在出厂前,形成驻波的频率都经过测试标在仪器平板的表面,频率可根据标示值选择,也可在大约 180 赫兹、 280 赫兹、 360 赫兹、 420 赫兹左右选择。4. 煤油倒入玻璃管量,按出厂前玻璃管立直时标出的高度即可纵波演示仪【实验原理】在弹性媒质中,如果质点的振动方向和波的传播方向相互平行,这种波就叫做纵波,其外形特征具有“稀疏”和“稠密”的区域。纵波在媒质中传播时,媒质产生压缩或扩张变形,固体、液体和气体都能产生恢复这种形变的弹性力,因此,纵波在固体、液体和气体中都可以传播。纵波上相邻两个密部或疏部对应点之间的距离为一个波长。1.【仪器名称、型号】纵波演示仪(JDW-1)2.【仪器的性能参数】电源是交流220V,振源频率为2Hz。图 21-1 纵波演示仪1.支架,上支承板孔距16mm。2.特制弹簧,弹簧螺距4mm,弹簧每隔4圈吊一个。3.电动振源。3.【仪器用途描述】演示纵波的传播及纵波驻波。按照附录安装好弹簧。2.接通电源使振源按固定频率开始振动,固定在振源上的弹簧向另一方向传播振动,可以清晰地看到弹簧上传播着疏密相间的纵波。3.将弹簧末端固定在支架上,传播过来的纵波在弹簧的末端产生反射波,结果可以观察到驻波现象,在弹簧的后半部驻波较为明显。附录:纵波演示仪弹簧安装方法1.纵波支架安装好后,找一根长于1.5m直的铁棒或木棒,将弹簧穿入棒中(对弹簧格外小心,不要挤压、拉长),使弹簧自然下垂。由二人同时用绳将棒固定在支架上。2.棒固定高低以振动杆高低为准,振动杆的上端处于弹簧中间。3.用线绳将弹簧第一圈系成死结,绳分两根分别系在上端铁板上,上端暂不系死,最好用火柴杆将线绳挤住,待全部调整后再固定。4.用线绳系弹簧,由振动源一端开始,每隔四圈系一结(两线之间有三圈),末尾一圈弹簧系在竖立的钢条上。共振演示仪【实验原理】一个振动系统,如果没有能量的不断补充,振动最终会停下来。因此,为了获得稳定的振动,通常对系统加一个周期性的外力,称为策动力。在周期性的策动力作用下的振动为受迫振动。理论计算表明,受迫振动在稳定后的振动频率与策动力的频率相同。振幅与策动力的频率有关系。策动力的频率公式(16-1)式中为系统固有频率,为阻尼系数。当策动力的频率满足式(16-1)时,则系统振幅达到最大,称为共振。一般因为阻力很小,所以共振的条件可以近似写为:(16-2)即当策动力的频率与固有频率相同时发生共振现象。系统的固有频率一般与系统的弹性系数和惯量有关系。在惯量相同的情况下,弹性越大,固有频率越大;在弹性相同时,惯量越大,固有频率越小。所以,由同种材料做成的截面相同的弹簧片,越长的固有频率越小。1.【仪器名称、型号】共振演示仪(JDW-1)2.【仪器的性能参数】共振演示仪,如图所示,直流稳压电源。3.【仪器用途描述】利用长短不同的弹性刚片在周期性外力作用下做强迫振动,当弹性片的固有频率与强迫外力频率相同时产生共振现象。调节频率,观察在弹性片中形成的驻波。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。【实验步骤】:用力使陀螺快速转动,将其倾斜放在支架上,放手后陀螺不仅绕其自转轴转动,而且自转轴还会绕支架旋转。这就是进动现象。【注意事项】:注意保护陀螺,快要停止转动时用手接住,以免掉到地上摔坏。弹性碰撞仪【实验目的】:1. 演示等质量球的弹性碰撞过程,加深对动量原理的理解。2. 演示弹性碰撞时能量的最大传递。3. 使学生对弹性碰撞过程中的动量、能量变化过程有更清晰的理解。【实验仪器】:弹性碰撞仪图3,弹性碰撞仪【实验原理】:由动量守恒和能量守恒原理可知:在理想情况下,完全弹性碰撞的物理过程满足动量守恒和能量守恒。当两个等质量刚性球弹性正碰时,它们将交换速度。多个小球碰撞时可以进行类似的分析。事实上,由于小球间的碰撞并非理想的弹性碰撞,还是有能量损失的,故最后小球还是要静止下来。【实验步骤】:1.调整固定摆球的螺丝,尽量使摆球的中心处于同一直线上;2.拉起最左边的一个摆球,释放,让其撞击其它的摆球,可以观察到最右侧的一个球立即摆起,其振幅几乎等于左边小球的摆幅;3.同时拉起左侧的两个、三个或四个摆球,释放,让其撞击剩余的摆球,可观察到另一侧相同数目的摆球立即摆起,其摆幅几乎等于被拉起摆球的摆幅。【注意事项】:1.随时注意保持7个摆球的球心处于同一直线上;2.球的摆幅不要太大,否则效果反而不好;3. 不要用力拉球,以免悬线断开。伯努利悬浮球【实验目的】:了解伯努利原理及实验现象【实验仪器】:伯努利悬浮球图4伯努利悬浮球【实验原理】:据伯努利原理,单位质量的流体的动能(流速头)、势能(位置头)和压力能(压力头)的和在同一流线上为一定值。流体的流速大处,其压强小,流速小时,其压强大。由此可知:当球体靠近喷口时,由于喷流从球体上向下喷出,就造成球体上方的压力低于下方的大气压力,由于两者之间的压差大于球体的重量,球体就被压在(托举在)喷口下方不被吹离。【实验步骤】:1.打开气泵,观察到气流从喇叭喷出;2.拉起气球至喇叭正下方,释放,可以看球体就悬浮喷口下方不被吹离【注意事项】:1.注意保护气球的完好;2. 不要用力拉球,以免悬线断开。傅科摆【实验目的】:1. 认识非惯性平台的各个组成部分;2. 通过傅科摆演示,观察和理解地球的自传规律。【实验仪器】:傅科摆图5,傅科摆【实验原理】:傅科摆是法国物理学家傅科(J.B.L.Foucault)于1851年首先在巴黎万神殿的圆拱屋顶下悬挂一个重28公斤的铅球,挂线长67米的大单摆。发现在摆的过程中,摆动平面不断作顺时针方向的偏转,从而通过单摆摆动平面的旋转验证地球的自转运动。我国北京自然博物馆门口就有一个傅科摆。地球自西向东旋转,其角速度的方向沿地轴指向北极(轴)。处于北半球某点的运动物体速度为,那么该物体所受的科里奥利力的表达式为:科里奥利力的方向垂直于一个平面,这个平面是由和的方向所组成的平面,所以垂直于,使发生偏转。傅科的演示直接证明了地球自西向东的自转。在地球的两级,傅科摆的摆动平面小时转一圈,而在赤道上,傅科摆没有方向旋转的现象;在两极与赤道之间的区域,傅科摆方向的旋转速度介于两者之间。傅科摆在地球的不同地点旋转的速度不同,说明了地球表面不同地点的线速度不同,因此,傅科摆还可以用于确定摆所处的维度。【实验步骤】:1.将单摆拉开一定角度(不要超过底盘限定的范围),使其在竖直平面内摆动;2.调节底盘上的定标尺,使其方向与单摆的摆动方向一致;3,经过一段时间(大约1-2小时),观察单摆的摆动面与定标尺方向的夹角(大约10——20度)。【注意事项】:1.单摆初始角度不要超出底盘的限定范围;2. 应避免用力拉球,以免摆线断开。声波可见【实验目的】:借助视觉暂留演示声波;【实验仪器】:声波可见演示仪图6 声波可见演示仪【实验原理】:不同长度,不同张力的弦振动后形成的驻波基频、协频各不相同,即合成波形各不相同。本装置产生的是横波,可借助滚轮中黑白相间的条纹和人眼的视觉暂留作用将其显示出来。【实验步骤】:1.将整个装置竖直放稳,用手转动滚轮;2.依次拨动四根琴弦,可观察到不同长度,不同张力的弦线上出现不同基频与协频的驻波;3.重复转动滚轮,拨动琴弦,观察弦上的波形。【注意事项】:1.滚轮转速不必太高。2.拨动琴弦切勿用力过猛。环驻波演示实验【实验目的】:借助驻波演示仪观察驻波,加深对驻波形成条件的理解。【实验仪器】:环驻波演示仪图7 环驻波演示仪【实验原理】:两列频率、振动方向及振幅都相同的简谐波,在同一直线上沿相反方向传播时叠加形成驻波。驻波中既没有相位的空间移动,也没有能量的定向传播,各点均在自己的平衡位置附近作简谐振动。振幅最大处为波腹,振幅为零处为波节。本实验是利用振子端点反射的波与该点传出的入射波在环上叠加形成驻波。只有满足圆弧的长度等于驻波半波长的整数倍时,才可在环上形成驻波。通过改变入射波长(改变信号源的频率),可以形成不同波长的驻波。【实验步骤】:1.首先将信号源控制振幅电压输出调至最低,打开电源。2.适当增大电压值环平稳振动;然后调节频率旋钮,直到出现环驻波;3.缓慢改变信号源的频率,使环上出现不同个数的波腹与波节,并使之保持稳定;如果波腹的幅度小,可适当调高电压;4.重复步骤2、3,多次进行观察。【注意事项】:1.实验中输出电压不能太高,每次变化不能太大。2.为达到最佳效果,频率与电压需交替配合调整,变化要缓慢。激光李萨如图形演示仪【实验目的】:利用光杠杆的原理,深入理解简谐振动、受迫振动、共振以及二维同频振动合成。【实验仪器】:激光李萨如图形演示仪仪器结构如下图:图8 激光李萨如图形演示仪【实验原理】:激光李萨如图形演示仪的激光束向左发射,面板下的机箱内装有低频电压信号发生源。振动器1水平放置,代表X方向振动;振动器2垂直放置(部分振动条穿入机箱内),代表Y方向振动,两个振动器中的振动片分别由机箱内低频信号功率源驱动,做受迫振动。当线圈通以交流电时,穿过线圈的振动片被磁化,极性不断变化,并于振动片两旁的磁体吸引、排斥,引起振动,在受迫振动中,通过改变低频率信号功率源的输出频率,实现振动频率的相互比率关系,反射激光束而形成李萨如图形。 即:1.当两个方向相互垂直、频率成整数比的简谐振动叠加时,在屏幕上就会显示李萨如图形。2.利用光杠杆原理可以使微小的振动放大。【实验步骤】:1.演示二维同频振动合成:激光李萨如图形演示仪平放在桌上,激光照射在远处屏上,“X:Y转换开关”选择在“1:1”上,打开X方向振动开关,演示X方向振动;关闭X方向振动开光,打开Y方向振动开关,演示Y方向振动,最后打开X、Y方向振动开关,演示两个相互垂直方向的简谐振动合成。2.演示二维不同频,但两者的频率成证书比的振动合成,“X:Y转换开关”分别选择在“1:2” 、“2:3” 、“3:4”上,演示李萨如图形,如要是图形稳定(相位差趋向定值),可调节Y频率微调旋钮。【注意事项】:在打开激光电源开关的情况下,不许用手直接接触激光管的电极接线,以免触电。雅格布天梯演示实验【实验目的】:通过演示来了解气体弧光放电的原理。【实验仪器】:雅格布天梯演示仪图9 雅格布天梯演示仪【实验原理】:无论是在稀薄气体、金属蒸汽或大气中,当回路中电流的功率较大时,能够提供足够大的电流,使气体击穿,伴随有强烈的光辉,这时所形成的自持放电的形式是弧光放电。雅格布天梯是演示高压放电现象的一种装置。给存在一定距离的两电极之间加上高压,若两电极间的电场达到空气的击穿电场时,两电极间的空气将被击穿,并产生大规模的放电,形成气体的弧光放电。雅格布天梯中的两电极构成为一梯形,下端间距小,因而场强大。其下端的空气最先被击穿,产生大量的正负离子,同时产生光和热,即电弧放电。由于电弧加热(空气的温度升高,空气就越易被电离, 击穿场强就下降),使其上部的空气也被击穿,形成不断放电。结果弧光区逐渐上移,犹如爬梯子一般的壮观。当升至一定的高度时,由于两电极间距过大,使极间场强太小不足以击穿空气,电极提供的能量不足以补充声、光、热等能量损耗时弧光因而熄灭。此时高压再次将电极底部的空气击穿,发生第二轮电弧放电,如此周而复始,形成实验中的现象。【实验步骤】:打开电源开关,可看到高压弧光放电沿着“天梯”向上“爬”,同时听到放电声,直到上移的弧光消失,天梯底部将再次产生弧光放电。【注意事项】:1.千万做好安全防护,将仪器封闭,不能让人触及仪器,尤其是在工作时;2. 仪器工作时间不能过长,一般不超过3分钟,将自动断电进入保护状态, 稍等一段时间,仪器恢复后方可继续演示。能量转换轮演示实验【实验目的】:验证能量转换与守恒定律。【实验仪器】:能量转换轮演示仪图10 能量转换轮演示仪【实验原理】:能量转换轮演示了电能、磁能、机械能、光能之间的相互转化。给电磁铁通电,电能经电磁铁转换成磁能,即产生交变磁场,转轮内的磁铁在该磁场的磁力作用下带动转轮旋转,磁能又转换成机械能; 而转轮的旋转使永久磁铁的固定磁场运动起来,则又在左侧的闭合线圈中产生感应电流,能量又被转换成电能,并通过发光二极管变为光能。 根据能量转换与守恒定律,自然界的各种能量之间可以相互转化、但总能量保持不变。本实验也遵循这一定律。【实验步骤】:1.打开箱体前面板上的开关,使圆盘右侧铁芯产生变化的磁场;2.轻轻转动大圆盘(圆盘上装有许多永磁铁)使其转起来,经过两磁场的相互作用,圆盘越转越快;3.观察圆盘左侧线圈中发光二极管的发光情况;4. 实验完毕,关掉电源。【注意事项】:1. 因有一定的摩擦,因此,开始应给一定的驱动力;2. 易被磁化的物品应远离仪器,如机械手表;3. 如果大圆盘转动时系统晃动,请把底座垫平。大型闪电盘(辉光盘)演示实验【实验目的】:观察平板晶体中的高压辉光放电现象。【实验仪器】:大型闪电盘演示仪图11 大型闪电盘演示仪【实验原理】:闪电盘是在两层玻璃盘中密封了涂有荧光材料的玻璃珠,玻璃珠 充有稀薄的惰性气体(如氩气等)。控制器中有一块振荡电路板,通过电源变换器,将12V低压直流电转变为高压高频电压加在电极上。通电后,振荡电路产生高频电压电场,由于稀薄气体受到高频电场的电离作用二产生紫外辐射,玻璃珠上的荧光材料受到紫外辐射激发二发出可见光,其颜色由玻璃珠上涂敷的荧光材料决定。由于电极上电压很高,故所发生的光是一些辐射状的辉光,绚丽多彩,光芒四射,在黑暗中非常好看。【实验步骤】:1. 将闪电盘后控制器上的电位器调节到最小;2. 插上220V电源,打开开关;3. 调高电位器,观察闪电盘上图像变化,当电压超过一定域值后,盘上出现闪光;4. 用手触摸玻璃表面,观察闪光随手指移动变化;5. 缓慢调低电位器到闪光恰好消失,对闪电盘拍手或说话,观察辉光岁声音的变化。【注意事项】:1. 闪电盘为玻璃质地,注意轻拿轻放;2. 移动闪电盘时请勿在控制器上用力,避免控制器与盘面连接断裂;3. 闪电盘不可悬空吊挂。辉光球演示实验【实验目的】:1. 探究低气压气体在高频强电场中产生辉光的放电现象和原理。2 . 探究气体分子激发,碰撞,复合的物理过程。【实验仪器】:辉光球演示仪图12 辉光球演示仪【实验原理】:辉光球发光是低压气体(或叫稀疏气体)在高频强电场中的放电现象。玻璃球中央有一个黑色球状电极。球的底部有一块震荡电路板,通电后,震荡电路产生高频电压电场,由于球内稀薄气体受到高频电场的电离作用而光芒四射。辉光球工作时,在球中央的电极周围形成一个类似于点电荷的场。当用手(人与大地相连)触及球时,球周围的电场、电势分布不再均匀对称,故辉光在手指的周围处变得更为明亮。【实验步骤】:1. 打开电源开关,辉光球发光;2. 用指尖触及辉光球,可见辉光在手指的周围处变得更为明亮,产生的弧线顺着手的触摸移动而游动扭曲,随手指移动起舞。【注意事项】:不可敲击辉光球体,以免打破玻璃。http://www.docin.com/p-49142254.html偏振光干涉演示实验【实验目的】:学习偏振光干涉原理。【实验仪器】:偏振光干涉演示仪图13 偏振光干涉演示仪【实验原理】:偏振光干涉演示仪内的图案分两种:(1)层数的薄膜叠制而成的蝴蝶、飞机、花朵等图案(中心厚,四边薄),薄膜内部的残余应力分布均匀。(2)光弹性材料制成的三角板和曲线板,厚度相等,但内部存在着非均匀分布的残余应力。白光光源发出的光透过第一个偏振片后变成线偏振光。线偏振光通过这些模型后产生应力双折射,分成有一定相差且振动方向相互垂直的两束光。这两束光通过最外层的偏振片后成为相干光,发生偏振光干涉。对于蝴蝶、飞机、花朵等模型,由于应力均匀,双折射产生的光程差由厚度决定,各种波长的光干涉后的强度均随厚度而变化,故干涉后呈现于层数分布对应的色彩图案。对于三角板和曲线板,由于厚度均匀,双折射产生的光程差主要与残余应力分布有光,各波长的光干涉后的强度随应力分布而变,则干涉后呈现与应力分布对应的不规则彩色条纹。条纹密集的地方是残余应力比较集中的地方。U形尺的干涉条纹类似于三角板和曲线板,区别在于这里的应力不是残余应力,而是实时动态应力,所以条纹的色彩和疏密是随外力的大小而变化的。利用偏振光的干涉,可以考察透明元件是否收到应力已经应力的分布情况。转动外层偏振片,即改变两偏振片的偏振方向夹角,也会影响各种波长的光干涉后的强度,使图案颜色发生变化。【实验步骤】:1. 轻地从仪器上方抽出仪器内的两种图案,看到它们都是由无色透明的材料制成,原样放回;2. 打开光源,这时立即观察到视场中各种图案偏振光干涉的彩色条纹;3. 旋转面板上的旋钮,观察干涉条纹的色彩也随之变化;4. 把透明U形尺从窗口放进,观察不到异常,用力握U形尺的开口处,立即看到在尺上出现彩色条纹,且疏密不等;改变握力,条纹的色彩和疏密分布也发生变化。【注意事项】:取玻璃片也小心轻放,注意安全。普氏摆演示实验【实验目的】:了解普氏摆,演示人眼的视觉特点【实验仪器】:普氏摆演示仪图14 普氏摆演示仪【实验原理】:人之所以能够看到立体的景物,是因为双眼可以各自独立看景物。两眼有间距,造成左眼与右眼图像的差异称为视差,人类的大脑很巧妙地将两眼的图像合成,在大脑中产生有空间感的视觉效果。在这个实验中,所用的光衰减镜引起光强的减弱,使分别进入两只眼睛的物光产生距离感,从而感觉出物体的立体感。将光衰减镜反转180度时,摆球的运动轨迹又发生了改变。【实验步骤】:1.拉开摆球,使其在两排金属杆之间的一个平面内摆动;2. 普氏摆正前方位置观察球摆动的轨迹;3. 光衰减镜再观察摆球的轨迹,发现摆球按椭圆轨迹转动;4. 衰减镜反转180度,再观察,发现摆球改变了转动方向。【注意事项】:1. 摆球的摆动平面尽量在两排金属杆的中间,避免与金属杆相碰;2. 观察时双眼均要睁开。光学分型演示实验【实验目的】:通过演示光学分型的物理现象,掌握光学分型的原理。【实验仪器】:光学分形演示仪。图15 光学分形演示仪【实验原理】:分形是一种具有自相似特性的现象、图像或者物理过程。在分形中,每一组成部分都在特征和整体上相似。除自相似性以外,分形具有的另一个普遍特征是具有无限的细致性。即无论放大多少倍,图像的复杂性依然丝毫不会减少。但是每次放大的图形却并不和原来的图形完全相似,即分形并不要求具有完全的自相似特性。本实验利用互成一定角度的多个反射镜对同一个图案进行多次反射,构成一个复杂图像,体现分形的基本概念。【实验步骤】:打开电源即可观察到由多个相同图案构成的半球形图像。光学幻像演示实验【实验目的】:了解凹面镜成像原理,演示人眼的视觉特点【实验仪器】:光学幻像演示仪【实验原理】:你看到的这只玫瑰,其实是一朵玫瑰模型的影像,模型实物隐藏在展品的壳体里面,它是通过一个大凹面反光镜成像在窗口外的缘故。我们知道,一个物体放置在凹面反光镜的二倍焦距附近,它的影像也在凹面反光镜的二倍焦距附近,这是凹面反光镜独有的光学特性。凹面反光镜不但在焦距之外能成明亮看得见的物体影像,而且在焦距处有很好的聚集作用。因此它广泛地应用在探照灯照明、太阳能利用及遥感天线和光学仪器中。【实验步骤】:接通电源,观众站到距展品1米左右处,可看到一只清晰的玫瑰,当你用手去摸时,却没摸到玫瑰。温差电磁铁演示实验【实验目的】:通过温差电流的磁效应来演示温差电现象【实验仪器】:温差电磁铁演示仪图16 温差电磁铁演示仪温差电磁铁演示仪由以下五部分组成:1. 温差电磁铁部分:它由U型电磁铁铁芯,温差电偶和衔铁组成。温差电偶是由铜和康铜两种材料制成。为了在一定的温差下能够产生较大的温差电流,温差电偶中的铜和康铜截面都比较粗。(铜和康铜之间是用银铜焊接,很牢固,一端弯曲部分可以插入水杯中冷却散热。)2. 加热与冷却部分:用托架支撑的酒精灯,用来加热热电偶的一端,用托架支撑的盛水的烧杯,这是用来冷却热电偶的另一端。3. 衔铁部分:通过细绳与重物相连接的温差电磁铁的衔铁部分。当电磁铁中产生温差电流,衔铁被吸向U型电磁铁两极,形成闭合磁路,产生很大的磁通,牢牢地吸住衔铁。4. 与砝码部分:这由砝码托,砝码,导向滑轮和绳组成。此部分用来显示温差电现象的大小。5. 底座与支架部分:它是由底座,横梁,支柱,直杆和托板组成。【实验原理】:温差电流的磁效应。两种不同的金属构成闭合回路,当两个接点分别处在不同温度下时,回路内便会产生温差电流。温差电磁铁实验使用铜和康铜两种金属演示温差电现象。用酒精灯和冷水形成温差,产生的温差电流将产生磁效应。为了在一定的温差下能够得到较大的温差电流,温差电偶中的两种材料都比较粗,铁芯会使磁效应大大增强。【注意事项】:1. 加砝码时用手扶衔铁,以免拉力过大是衔铁突然脱落。2. 实验完毕,务必取下砝码,以免磁力小消失,砝码脱落毁坏物品。3. 实验完毕,切记要熄灭酒精灯。调制【实验目的】通过调制实验了解信息光学中空间滤波的概念。【实验仪器】调制实验仪。【实验原理】调制就是以不同取向的光栅调制物平面上的不同部位,白光通过该图像(物)后,将产生不同取向的彩色光谱,在频谱面上利用空间滤波器让所需要的颜色通过,可使像平面上相应部位呈现不同的颜色。本实验中,物由三块栅纹方向互成的光栅拼成一幅天空、房子和大地的图像。【实验步骤】1.以溴钨灯为光源,上述图像为物,按下图在光具座上布置光路。物放在聚光镜后面,成像透镜放在接近于频谱面(即光源s像平面)的位置,它将物成像在屏上。这时在频谱面上可以看到光栅的彩色衍射图。2.在频谱面上放置空间滤波器。调节滤波器使相应于天空的蓝光通过,相应于房子的红光通过,相应于地的黄光通过,这时在屏上将出现蓝色的天空、红色的房子和黄色的地的彩色图像。3.重新调整滤波小孔在相应彩色衍射图上的位置,观察像面图像色彩的变化,记录观察到的现象。【注意事项】不要用手触摸物及光学元件的表面。电子荷质比的测量【实验目的】1.了解电子在磁场中的运动规律。2.学习用电子荷质比测试仪测量电子荷质比的方法。【实验仪器】FB710型电子荷质比测试仪【实验原理】当螺线管中通有电流时,管内将产生沿螺线管轴线方向、磁感应强度为的磁场。若电子以速度垂直进入磁场时,将受到的洛伦磁力的作用,作圆周运动:则由阴极发射的电子,在加速电压的作用下获得动能,由动能定理:则保持加速电压不变,通过改变螺线管中电流,改变磁场的大小,测量出电子圆周运动的半径,即可得到电子的值。其中 式中: ;螺线管总匝数匝;螺线管的半径。【实验步骤】1.开启电源,将加速电压调至,看到电子枪射出翠绿色的电子束后,再将加速电压回调至并在整个实验的过程保持不变。2.调节偏转电流,使电子束的运行轨迹形成封闭的圆,细心调节聚焦电压,使电子束明亮,缓缓改变亥姆霍兹线圈中的励磁电流,观察电子束曲率半径大小的变化。3.改变磁场电流,测量电子束圆周运动的曲率半径,计算出电子的荷质比。【数据记录】电子荷质比的测量 ,1 1.002 1.053 1.104 1.155 1.206 1.257 1.308 1.35【注意事项】1.实验开始时应细心调节电子束与磁场方向垂直,形成一个不带任何重影的圆环。2.电子束的激发加速电压不宜调得过高,太高容易引起电子束散焦。电子束刚激发时加速电压需要偏高一些,大约,且一旦激发后,将加速电压回调至。3.测量电子束半径时,三点一直线的校对应仔细,避免读数偏离(因人而异),引入系统误差。4.测量结束后,将电流、电压均调至零后再关掉电源。科里奥利力演示仪【仪器介绍】如图6-1所示,科里奥利力演示仪由底座、转盘、飞轮、塑料串珠等构成。【操作与现象】一手握住底座上方的转盘,使传盘固定,另一手驱动飞轮,使飞轮绕水平自转轴转动,可以观察到飞轮边缘上的塑料串珠都在同一竖直平面内作圆周运动,呈一朵花的形状。飞轮绕自转轴转动的同时,驱动转盘使飞轮绕转盘支承轴转动,可以观察到塑料串珠构成的花的形状发生了改变,串珠产生了向竖直转动平面内或外的偏移,一眼望去,串珠的边缘似乎起了波浪。【原理解析】塑料串珠发生偏移的原因,是因为受到了科里奥利力的作用。科里奥利力是由法国气象学家科里奥利在1835年提出的,是为了描述非惯性系(旋转体系)的运动而需要在运动方程中引入一个假想的力,这就是科里奥利力。引入科里奥利力之后,人们可以像处理惯性系中的运动方程一样简单地处理非惯性系(旋转体系)中的运动方程,大大简化了非惯性系的处理方式。科里奥利力: (6-1)式中就为科里奥利力,为质点相对非惯性系(旋转体系)运动的线速度,为质点绕垂直轴转动的角速度。的方向可由右手螺旋法则来判断。取四个特殊位置(上、下、左、右)的珠子来判断串珠的运动变化。假设转盘是逆时针转动,即非惯性系的转动角速度的方向竖直向上,若飞轮绕自转轴在纸平面内的转动也是逆时针的,此时四个位置上的珠子相对于飞轮(非惯性系)的线速度如图6-2所示,则可以判断出:左、右两颗珠子所受的科里奥利力为零;上面的珠子受到的科里奥利力为,方向垂直纸面向内(如图6-2所示),从而该位置上的串珠向内偏移;下面的珠子也受到同样大小的科里奥利力,方向却是垂直纸面向外(如图6-2所示),从而该位置上的串珠向外偏移。【知识拓展】由于人类生活的地球本身就是一个巨大的旋转体系,因而科里奥利力很快在流体运动领域取得了成功的应用。通常情况下,科里奥利力是一个比较微弱的力,只有物体相对地球的运动速度比较大、时间比较长时,科里奥利力的作用效果才比较显著。科里奥利力产生的影响总结如下:1 、在地球科学领域由于自转的存在,地球并非一个惯性系,而是一个转动参照系,因而地面上质点的运动会受到科里奥利力的影响。地球科学领域中的地转偏向力就是科里奥利力在沿地球表面方向的一个分力。地转偏向力有助于解释一些地理现象,如河道的一边往往比另一边冲刷得更厉害。2、傅科摆摆动可以看作一种往复的直线运动,在地球上的摆动会受到地球自转的影响。只要摆面方向与地球自转的角速度方向存在一定的夹角,摆面就会受到科里奥利力的影响,而产生一个与地球自转方向相反的扭矩,从而使得摆面发生转动。1851年法国物理学家傅科预言了这种现象的存在,并且以实验证明了这种现象,他用一根长67米的钢丝绳和一枚27千克的金属球组成一个单摆,在摆垂下镶嵌了一个指针,将这个巨大的单摆悬挂在教堂穹顶之上,实验证实了在北半球摆面会缓缓向右旋转(傅科摆随地球自转)。由于傅科首先提出并完成了这一实验,因而实验被命名为傅科摆实验。3、信风与季风地球表面不同纬度的地区接受阳光照射的量不同,从而影响大气的流动,在地球表面延纬度方向形成了一系列气压带,如所谓“极地高气压带”、“副极地低气压带”、“副热带高气压带”等。在这些气压带压力差的驱动下,空气会沿着经度方向发生移动,而这种沿经度方向的移动可以看作质点在旋转体系中的直线运动,会受到科里奥利力的影响发生偏转。由科里奥利力的计算公式不难看出,在北半球大气流动会向右偏转,南半球大气流动会向左偏转,在科里奥利力、大气压差和地表摩擦力的共同作用下,原本正南北向的大气流动变成东北-西南或东南-西北向的大气流动。随着季节的变化,地球表面延纬度方向的气压带会发生南北漂移,于是在一些地方的风向就会发生季节性的变化,即所谓季风。当然,这也必须牵涉到海陆比热差异所导致气压的不同。科里奥利力使得季风的方向发生一定偏移,产生东西向的移动因素,而历史上人类依靠风力推动的航海,很大程度上集中于延纬度方向,季风的存在为人类的航海创造了极大的便利,因而也被称为贸易风。4、热带气旋马桶下水方向与科氏力有关,热带气旋(北太平洋上出现的称为台风)的形成也受到科里奥利力的影响。驱动热带气旋运动的原动力一个低气压中心与周围大气的压力差,周围大气中的空气在压力差的驱动下向低气压中心定向移动,这种移动受到科里奥利力的影响而发生偏转,从而形成旋转的气流,这种旋转在北半球沿着逆时针方向而在南半球沿着顺时针方向,由于旋转的作用,低气压中心得以长时间保持。5、对分子光谱的影响科里奥利力会对分子的振动转动光谱产生影响。分子的振动可以看作质点的直线运动,分子整体的转动会对振动产生影响,从而使得原本相互独立的振动和转动之间产生耦合,另外由于科里奥利力的存在,原本相互独立的振动模之间也会发生能量的沟通,这种能量的沟通会对分子的红外光谱和拉曼光谱行为产生影响。电子束实验仪使用说明书实验参考讲义[实验目的]1、掌握用外加电场、磁场使电子束聚焦与偏转的原理和方法,加深对电子在电场、磁场中运动规律的理解。2、测量电子的荷质比e/m[实验原理](一)电子束的电聚焦1、电子在纵向不均匀电场作用下的运动电子在示波管中的加速和聚焦等工作靠电子枪来实现,电子枪的内部构造见图二所示:从阴极K发射的电子在加速电场作用下,通过控制栅极G小孔后,电子束散开,为了在屏上得到一个又亮又小的会聚光点必须把散开的电子束会聚起来。为此我们在控制栅前面设置了A1和A2两个阳极,它们分别称为第一阳极和第二阳极。它们构成由相邻的圆筒组成的聚焦系统,在A1、A2上分别相对阴极K加上不同的电压V1、V2,当V2≠V1时在V1和V2之间会形成纵向不均匀电场,该电场对Z轴是对称分布的。电子束中某个散离轴线的电子沿轨道进入聚焦电场,在电场的前半区,可分解为垂直指向轴线的分力与平行于轴线的分力F//。的作用使电子向Z轴靠拢(或远离),F//的作用使电子沿Z轴方向得到加速。在电场的后半区,电子受到的电场力可分解为相应的F'T和F'//两个分量。F'//仍使电子沿Z轴方向加速,而F'T却使电子远离(或靠拢)轴线,但因为在整个电场区域里电子都受到同方向的沿Z轴的作用力F//和F'//的作用,电子在后半区的轴向速度比在前半区的大得多,因此电子在后半区停留的时间比在前半区停留的时间短,所以受的作用时间也短得多,这样电子只要在前半区受到的拉向轴线得作用与后半区受到的离开轴线的作用配合得当,总的效果是就可使电子到达屏上时恰好聚于一点。适当调节A1和A2上的电压比值改变电极间的电场分布,可使所有散离电子都汇集成为很细的电子束打到荧光屏上,看到一个小亮点,实现电子束的电聚焦。因此只要找到电子枪的加速电压V2和聚焦电压V1之间的适当组合,都可以使电子束在荧光屏上聚焦。在实际使用中,我们把第二阳极A2接地,改变V2时实际上是通过改变阴极对地的电压来实现。从与几何光学之间的类比,引进静电透镜折射率的概念,我们有:式中n为静电透镜的折射率,V2是加速电压,V1是聚焦电压。从理论上导出静电透镜的方程,把示波管的有关参数代入可得方程可以看出这是关于折射率n的一个三次代数方程,解出n的三个根中有一个是负根,没有物理意义,还有两个正根存在,表明从实验上应该可以找到电子枪的加速电压V2和聚焦电压V1之间有两种不同组合,都可以使电子束在荧光屏上聚焦,本实验要求学生分别找出两个不同的聚焦条件,测定有关电压,以检验理论分析结果的正确性。(二)电子束的电偏转电子在横向电场作用下的运动。这则实验,要求学生掌握电子束在不同电场作用下加速和偏转的工作原理,然后在不同的加速电压下,分别测量电子束在横向电场作用下,偏转量随偏转电压大小之间的变化关系。(1)偏转电场的形成及简化在电子束通过的空间,平行于电子入射方向水平放置两块平行板,在其上加上电压,就可以形成偏转电场。在平行板间的距离d比其长度b小得多时,可以认为它形成的空间电场是均匀的(一般认为示波管的偏转板近似满足这个条件),且平行板界外电场为零。这时电场强度有(界内)E=0(界外)式中E沿垂直于电子入射的方向,U为在极板上加的电压(2)电偏转原理我们先选定坐标:取Z轴沿示波管的轴线方向,即电子入射的方向,Y轴与电场E的方向相反,如图三所示,在示波管的两块偏转板Y1、Y2上加电压后,形成了垂直于电子束运动方向的横向电场,正是这一横向电场使电子束产生了Y方向的偏转。由于从阴极被加热逸出的电子动能较小,近似认为初速度为零,电子被第二阳极加速后从电子枪口(阳极A2的小孔)射出的速度(约107m/s的数量级)为,获得的功能是。若加速电压为V2,则有(1)式中m为电子质量,e为电子电荷。设偏转板间距为d,板长度为b(d<(2)当电子进入横向电场后受电场力的作用,产生的加速度为(3)电子通过偏转板的时间,从板右端到达屏的时间,电子刚离开偏转板右端时的垂直位移为(4)此时电子在y方向的速度为,电子离开电场后作匀速直线运动,因此在tl内电子的垂直位移为(5)电子在荧光屏上总位移为(6)令,并将(1)式代入得(7)式(7)表明:当加速电压V2一定时,屏上光电位移y与偏转电压Vy成正比。电偏转灵敏度(Se):定义为当偏转板上加单位电压时所引起得电子束在荧光屏上的位移。 由式(7)不难得出(8)即电偏转灵敏度Se与加速电压V2成反比。式(8)中Vy为偏转板电压,V2为加速阳极的电压,d为偏转板的距离。(三)电子束的磁偏转在这个实验题目下,我们可以做两方面的实验内容:第一部分实验内容是与静电偏转进行对比,要求学生测定在几个不同加速电压V2之下,电子束的偏转量随横向磁场螺线管电流的变化关系。根据理论分析结果表明,总的偏转量D满足下面的式(9),磁感强度大小B与电流成正比,所以在V2一定的条件下D与成线性关系,我们可得出如下关系:(9)然而,从(9)式可见,直线的斜率随加速电压Vk的变化规律与静电偏转情况下是不同的。对比(8)式和(9)式可知,静电偏转灵敏度与加速电压V2成反比,而磁偏转情况下它与加速度电压V2的平方根成反比。整理出偏转量D随IS的变化关系式就可以从实验上发现这一规律:所有实验点作图后归拢在同一直线上,对磁偏转实验直线斜率为。(Z为某一常数)。进行这样的对比分析,不仅加深了学生对电子在电场和磁场中运动规律在感性上和理性上的认识,留下深刻的印象,而且给他们提供了一个生动而又简明的例子,如何从理论分析得出的规律,设计相应的实验并加以检验。(10)电子束的磁偏转情况,可见图四所示。第二部分实验内容,要求我们分析地磁场对电子束运动的影响,并通过实验进行观察研究。将整个仪器旋转360度,记下电子束偏转量的变化情况,确定当地地磁场的方向,与罗盘指示的方向进行比较,计算出地磁场水平分量的大小,与手册上的数据进行比较,在计算过程中,提示学生注意,电子从离开电子枪直到荧光屏的整个运动过程中,都受到地磁场的偏转作用,这与第一部分实验中只是局部加有横向磁场的情况不同。(四)电子束的磁聚焦 (测定电子荷质比)在一个通电螺旋管中平行地放置一示波管,沿示波管轴线方向有一均匀分布的磁场,其磁感应强度为B。在示波管的热阴极K及第二阳极A2之间加有加速电压V2,经阳极小孔射出的细电子束流将沿轴线作匀速直线运动。电子流的轴向速率为(11)电子运动方向与磁场平行,故磁场对电子运动不产生影响。式中e、m分别为电子的电荷量和质量。若在一对偏转极板D上加一个幅值不大的交变电压,则电子流通过偏转极板D后就获得一个与管轴垂直的速度分量V⊥。如暂不考虑电子轴向速度分量 v//的影响,则电子在磁场的洛仑兹力的作用下(该力与v⊥垂直),在垂直于轴线的平面上作圆周运动,即该力起着向心力的作用,,由此可得到电子运动的轨道半径,v⊥越大轨道半径亦越大,电子运动一周所需要的时间(即周期)为(12)这说明电子的旋转周期与轨道半径及速率v⊥无关,若再考虑v//的存在,电子的运动轨迹应为一螺旋线。h=v//T (13)h为一个周期内,电子前进的距离(称螺距)。由于不同时刻电子速度的垂直分量v⊥不同,故在磁场的作用下,各电子将沿不同半径的螺线前进。然而,由于它们速度的平行分量v//均相同(式(11)),所以经过距离h,它们又重新相交,适当改变B的大小,当B=Bc时,可使电子流的焦点刚巧落在荧光屏S上(这称为一次聚焦),这时,螺距h等于电子束交点G到S的距离L。则由式(11)、(12)、(13)消去v//,即得:(14)(14)式中得Bc、V2及L。均可测量,于是可算得电子的荷质比,如继续增大B,使电子流旋转周期相继减小为上述的1/2,1/3………则相应地电子在磁场作用下旋转2周,3周……后聚焦于S屏上,这称为二次聚焦,三次聚焦等等。因为示波管在聚焦线圈(长直线圈)中间部位,故有:(15)将(15)代入(14)得:式中为该台仪器常数D—螺线管线圈平均直径,D=0.0945m;L—螺线管线圈长度,L=0.233m;N—螺线管线圈匝数,N=1300T;L—电子束从栅极G交叉至荧光屏的距离,即电子束在均匀磁场中聚焦的焦距;L0—0.199mI0—为光斑进行三次聚焦时对应的励磁电流的加权平均值;保持V2不变,设光斑第一次聚焦的励磁电流为I,则第二次聚焦的电流应为I2=2I1,此时磁感应强度B增加一倍,电子在管内绕Z轴转两周,同理,第三次聚焦的电流应为I3=3I1,所以(16)改变V2值,重新测量,实验时要求V2分别取三个不同值,每个V2值实现三次聚焦,测出e/m,求出平均值,并与公认值e/m=1.757×1011c/kg比较,求出百分误差。[实验步骤](一)电子束的电聚焦和辉度控制1、将示波管插入仪器左边的后靠背,将坐标板放入示波管与光屏前面,接通电源。2、将VdX、Vdy转换开关打到VdX档,调节Vdx旋钮,进行偏转电压调零。3、将VdX、Vdy转换开关打到VdY档,调节VdY旋钮,进行偏转电压调零。4、示波管将显示出一个亮点,如果没有显示将栅极电压亮度稍微调高一点,然后调节调零电位器X、Y,使示波管荧屏显示出一个亮点调为中心。5、第一聚焦调节条件:V16、加速电压对亮度的影响,将栅极电压调到适当位置,改变加速电压观察示波管荧屏上亮度的变化。(二)电子束电偏转实验1、在电聚焦实验基础上开始实验。2、调节加速电压为1000V,调节聚焦电压,使示波管荧屏亮点聚焦。将VdX、Vdy转换开关打到VdX档,调节Vdx旋钮,看示波管亮点,以每一大格(5mm)记录一次偏转电压VdX的数值,做D与V曲线,进行分析。3、调节加速电压为1000V,调节聚焦电压,使示波管荧屏亮点聚焦。将VdX、Vdy转换开关打到VdY档,调节VdY旋钮,看示波管亮点,以每一大格(5mm)记录一次偏转电压VdY的数值,做D与V曲线。4、比较X方向和Y方向的电偏转灵敏度(并分析原因)。(三)电子束磁偏转实验1、在实验(一)基础上进行仪器调整,做磁偏转实验。2、调节加速电压为1000V,调节聚焦电压,使示波管荧屏亮点聚焦。将VdX、Vdy转换开关打到VdX档,调节Vdx旋钮,看示波管亮点调到坐标板中心,将磁偏转线圈插入示波管两侧,将2A和200mA转换开关打到200mA档、调节200mA旋钮以每以大格(5mm)记录一次偏转电流I的数值,做D与I的曲线,并进行分析。3、地磁偏转现象观察在不加偏转电场和磁场时,改变加速电压,荧光屏上光点位置也会随之改变,产生这个现象的原因之一就是地球磁场。把阴极射线管或整个仪器转动360 ,可找到光点上下移动的最高位置和最低位置。能否找到阴极射线管放在某一方向时光点不会发生偏转?示波管轴线的方向与地球磁场方向之间有什么关系?找出光点偏转量最大时示波管轴线的取向,同时观察示波管地磁偏转现象。(四)电子束的螺旋运动及电子荷质比测定1、将螺线管线圈套入示波管上,将2A电流输出孔接通螺线管。2、在实验(一)基础上进行电子的螺旋运动及电子荷质比测定。3、调节加速电压为1000V,调节聚焦电压为250-400V。栅极电压(即亮度)到适当位置。4、将2A、200mA转换开关打到2A档,调节2A旋钮进行实验。逐渐增大励磁电流,从荧光屏上第一次聚焦时开始,记下每一次聚焦时的励磁电流,继续增大电流,分别记录三次聚焦时的电流I,计算加权平均值5、代入公式(15)和(14),求得电子荷质比,与理论值e/m=1.757×1011c/Kg,求出百分比误差。1、 改变加速电压,继续测量电子荷质比实验(建议在900~1100V之间)进行实验。磁聚焦法测荷质比的数据记录表格:正 向 电压 电 流 平均I1I2I3正 向 电压 电 流 平均I1I2I3反 向 电压 电 流 平均I1I2I3反 向 电压 电 流 平均I1I2I3I= e/m=平均值e/m= 相对误差=[注意事项]1.本仪器使用时,周围应无其他强磁场及铁磁物质,仪器应南北方向放置以减小地磁场对测量精度的影响。2.螺线管不要长时间通以大电流,以免线圈过热。3.改变加速电压后,亮点的亮度会改变,应重新调节亮度,勿使亮点过亮,一则容易损坏荧光屏,同时亮点过亮,聚焦好坏也不易判断,调节亮度后,加速电压值也可能有了变化,再调到规定的电压值即可。 展开更多...... 收起↑ 资源预览