綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)2~2

1、綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)演示實(shí)驗(yàn)一旋光色散實(shí)驗(yàn)操作： 1、配置溶液：大約用300克蔗糖，玻璃管內(nèi)的溶液大約占整個(gè)容器的2/3至1/2之間為妥，將溶液搖勻。 2、打開(kāi)儀器燈箱光源，連續(xù)緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)前端檢偏器，可觀察到玻璃管下半部有糖溶液的地方透過(guò)來(lái)的光的顏色呈赤橙黃綠青蘭紫依次變化；管的上部沒(méi)有糖溶液的地方僅有明暗的變化； 3、在光源和裝有糖溶液的玻璃管之間加上濾色片，旋轉(zhuǎn)檢偏器，記錄下從玻璃管上方看視場(chǎng)最暗時(shí)檢偏器的角度；再旋轉(zhuǎn)檢偏器，再記下從玻璃管下方看視場(chǎng)最暗時(shí)檢偏器的角度；上述兩個(gè)測(cè)量角位置之差就是糖溶液的旋光角度； 4、換用另一種顏色的濾色片，重復(fù)3的操作； 5、保留好實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以用來(lái)分析旋光效應(yīng)與

2、波長(zhǎng)的關(guān)系；6、如果改變糖溶液的濃度，重復(fù)3，4步操作，還可以分析溶液濃度對(duì)旋光效應(yīng)的影響。 氣體火焰駐波實(shí)驗(yàn)步驟： 1、緩慢打開(kāi)液化氣罐開(kāi)關(guān)并點(diǎn)燃燃?xì)馔?，使火焰高度在同一水平線上，高度約為3-5cm。 2、打開(kāi)信號(hào)發(fā)生器，緩慢調(diào)解頻率旋鈕，看見(jiàn)火焰出現(xiàn)有規(guī)律的起伏，形成駐波。 3、當(dāng)頻率由低到高調(diào)解時(shí)，可以看到駐波波腹個(gè)數(shù)逐漸增加。 用彈簧演示縱駐波實(shí)驗(yàn)操作方法： 1、將裝置放在有白墻作襯底的環(huán)境下； 2、打開(kāi)電源，適當(dāng)增大電壓（電壓不宜太高）使彈簧發(fā)生振動(dòng)； 3、緩慢調(diào)節(jié)頻率，直到彈簧上呈現(xiàn)明顯的波腹和波結(jié)，即形成縱駐波；此時(shí)再適當(dāng)增大電壓，現(xiàn)象更為顯著； 4、緩慢改變頻率，直到再次出現(xiàn)明

3、顯的波腹和波結(jié)；如果頻率增高波長(zhǎng)將變短，頻率降低則波長(zhǎng)變長(zhǎng)； 5、結(jié)束實(shí)驗(yàn)，將頻率和電壓調(diào)至最低，關(guān)閉電源。旋光色散實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)： 玻璃容器內(nèi)的糖溶液濃度很高，玻璃易碎，小心勿動(dòng)；調(diào)整檢偏器時(shí)一只手扶住檢偏器，另一只手做調(diào)整，調(diào)整應(yīng)輕柔；請(qǐng)勿玩耍濾色片，更不要當(dāng)扇子用；定期更換糖溶液，以免變質(zhì)和霉變；較長(zhǎng)時(shí)間不用時(shí)，一定要講糖溶液倒掉，把管清洗干凈，晾干存放；清洗玻璃容器時(shí)，可以放入砂粒等顆粒物輔助清洗。 用彈簧演示縱駐波實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)： 1、開(kāi)機(jī)前，先將電壓調(diào)節(jié)旋鈕逆時(shí)針減到最小，預(yù)防開(kāi)機(jī)后電壓過(guò)大而造成的彈簧振動(dòng)過(guò)大；2、調(diào)節(jié)頻率時(shí)，注意觀察電壓值，并配合調(diào)節(jié)，避免彈簧振動(dòng)過(guò)大或過(guò)小而影響實(shí)

4、驗(yàn)效果。 3、注意電壓每次調(diào)節(jié)一般不要超過(guò)0.5V。綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)演示實(shí)驗(yàn)二安培力的演示實(shí)驗(yàn)操作與現(xiàn)象： 1將載流直導(dǎo)體銅棒水平放在支承導(dǎo)軌上，并調(diào)節(jié)其水平位置，使銅棒在馬蹄形磁鐵的磁場(chǎng)中間。 2接通電源并觀察載流直導(dǎo)體銅棒在導(dǎo)軌上滑動(dòng)的方向。 3改變電流流通的方向（電源后面板的紅色開(kāi)關(guān)），此時(shí)，載流銅棒將在導(dǎo)軌上沿相反方向滑動(dòng)。 4通過(guò)底座導(dǎo)軌的滑塊移動(dòng)馬蹄形磁鐵，使磁場(chǎng)相對(duì)載流銅棒移動(dòng)，可以觀察到載流銅棒也跟著一起運(yùn)動(dòng)。 觀察磁聚焦現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)操作：1打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，預(yù)熱3分鐘，在示波管顯示屏上出現(xiàn)電子束光斑。記住光斑形狀。2調(diào)節(jié)灰度及位移旋鈕，使光斑位于顯示屏中央且灰度適中。3打開(kāi)聚焦線圈磁場(chǎng)開(kāi)

5、關(guān)，則觀察到在線圈的磁場(chǎng)作用下，電子束光斑會(huì)聚于顯示屏中間一點(diǎn)，并與關(guān)閉磁場(chǎng)開(kāi)關(guān)時(shí)的電子束光斑比較。4移動(dòng)聚焦磁場(chǎng)線圈，仔細(xì)觀察，可以看到，電子束的螺旋軌跡和光斑會(huì)聚過(guò)程。 5關(guān)閉聚焦線圈電源即關(guān)閉磁場(chǎng)開(kāi)關(guān)，外加一永久磁鐵，將會(huì)觀察到電子束在洛侖茲力的作用下產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。 視錯(cuò)覺(jué)演示實(shí)驗(yàn)操作： 接通開(kāi)關(guān)，通過(guò)豎直圓柱帶動(dòng)梯形窗沿一定方向轉(zhuǎn)動(dòng)，觀察者在離梯形窗35米處，用手將一只眼睛遮住，用另一只眼睛注視梯形窗，過(guò)一段時(shí)間你會(huì)感覺(jué)到，梯形窗不是朝一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，而是以你到豎軸所構(gòu)的平面左右不停的擺動(dòng)。彈性球碰撞實(shí)驗(yàn)步驟：1將儀器放置在水平桌上，拉動(dòng)左側(cè)一個(gè)球使其偏離豎直方向一定角度，松手令它與余

6、球碰撞，觀察碰撞過(guò)程。 2仿上述過(guò)程，一次拉動(dòng)兩球、三球，令它們與余球碰撞，觀察碰撞過(guò)程。 3手拿右（或左）n個(gè)球使其偏開(kāi)平衡位置，突然松手，使其與余球碰撞，觀察其他球跳起的情況，并進(jìn)行分析。 安培力的演示實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：1電路中電阻非常小，因而接通直流電源時(shí)間要短，否則電流過(guò)大會(huì)損壞電源。2導(dǎo)軌要保持清潔，以便載流銅棒在導(dǎo)軌上無(wú)阻力的移動(dòng)。 觀察磁聚焦現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：1在演示磁聚焦時(shí)，注意不要有外磁場(chǎng)的影響。 2線圈電源打開(kāi)時(shí)間不易過(guò)長(zhǎng)，以免線圈過(guò)熱燒毀。 3示波管比較嬌貴，注意保護(hù)，避免受到硬物的撞擊。 彈性球碰撞實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)： 不要用力拉球，以免懸線斷開(kāi)。密立根油滴法測(cè)定電子電荷1儀器調(diào)

7、節(jié) (1)將儀器放平穩(wěn)，調(diào)節(jié)底座上的三個(gè)調(diào)節(jié)手輪，使水準(zhǔn)泡指示水平，這時(shí)平行極板處于水平位置。 (2) 打開(kāi)MYD-6油滴儀電源，先預(yù)熱儀器10min。打開(kāi)監(jiān)視器電源，5秒后自動(dòng)進(jìn)入測(cè)量狀態(tài)。面板上K1用來(lái)選擇平行電極上極板的極性，實(shí)驗(yàn)中置于+或位置均可，一般不常變動(dòng)。使用最頻繁的是K2和W及“計(jì)時(shí)/?！保↘3）。 (3)將油霧從油霧室旁的噴霧口噴入(噴12次即可)，微調(diào)測(cè)量顯微鏡的調(diào)焦手輪，這時(shí)在監(jiān)視屏上將出現(xiàn)大量清晰的油滴，如果視場(chǎng)太暗，油滴不夠明亮，亮度不均勻，可打開(kāi)監(jiān)視器左邊小盒，內(nèi)有4個(gè)調(diào)節(jié)旋鈕。對(duì)比度一般置于較大，亮度不要太亮。 2測(cè)量練習(xí) (1) 練習(xí)控制油滴 在平行板上加上平衡

8、電壓（200300V)，換向開(kāi)關(guān)放在“+”或“一”均可，驅(qū)走不需要的油滴，直到剩下幾顆緩慢運(yùn)動(dòng)的為止。注視其中的某一顆，仔細(xì)調(diào)節(jié)平衡電壓，使這油滴靜止不動(dòng)。然后去掉平衡電壓，讓它勻速下降，下降一段距離后再加上平衡電壓和升降電壓，使油滴上升。如此反復(fù)多次地進(jìn)行練習(xí)，以掌握控制油滴的方法。 (2) 練習(xí)測(cè)量油滴運(yùn)動(dòng)的時(shí)間 可將已調(diào)平衡的油滴用K2控制移到“起跑”線上，按K3（計(jì)時(shí)/停），讓計(jì)時(shí)器停止計(jì)時(shí)，然后將K2撥向“OV”，油滴開(kāi)始勻速下降的同時(shí)，計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)。到（終點(diǎn)）時(shí)迅速將K2撥向“平衡”，油滴立即靜止，計(jì)時(shí)也立即停止。同時(shí)計(jì)下平衡電壓V和時(shí)間S,反復(fù)多練幾次，以掌握測(cè)量油滴運(yùn)動(dòng)時(shí)間的

9、方法。 (3) 練習(xí)選擇油滴 要做好本實(shí)驗(yàn)，很重要的一點(diǎn)是選合適的油滴。選的油滴體積不能太大，太大下降速度快，不易測(cè)準(zhǔn)。若選的油滴太小，則布朗運(yùn)動(dòng)明顯，會(huì)引入較大的測(cè)量誤差。通常選擇平衡電壓為200 300V，勻速下降1.5mm的時(shí)間在820s左右的油滴最為適宜。 3正式測(cè)量 用平衡法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)要測(cè)量的量有二個(gè)。一個(gè)是平衡電壓V ，另一個(gè)是油滴在未加外電場(chǎng)情況下勻速下降一段距離所需的時(shí)間t(s)。 經(jīng)過(guò)仔細(xì)的調(diào)節(jié)將選擇好的油滴置于分劃板某條橫線上，為保證油滴下降時(shí)速度均勻，不要太靠近上電極板，小孔附近有氣流，且速度不勻速，會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。 對(duì)同一顆油滴重復(fù)510 次測(cè)量，每次測(cè)量時(shí)都要檢查和調(diào)

10、整平衡電壓，如果油滴逐漸變得模糊，要微調(diào)測(cè)量顯微鏡，跟蹤油滴，勿使丟失。 用同樣方法，分別對(duì)46顆油滴進(jìn)行測(cè)量。 選做項(xiàng)目：用動(dòng)態(tài)法測(cè)電荷e值。 4數(shù)據(jù)處理 平衡法依據(jù)公式為： q= 式中 a= 油的密度 981 kgm-2 重力加速度 g 9.80 ms-2 空氣的粘滯系數(shù) = 1.8310-5 kgm-1s-1 油滴勻速下降距離 2.010-3 m 修正常數(shù) b6.1710-6 mcm(Hg) 大氣壓強(qiáng) P=76.0cm (Hg) 平行極板距離 d=5.0010-3 m 為了證明電荷的不連續(xù)性和所有電荷都是基本電荷e的整數(shù)倍，并得到基本電荷e值，我們就應(yīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的各個(gè)電荷值用差值法求出它

11、們的最大公約數(shù)，此最大公約數(shù)就是基本電荷e值。但由于實(shí)驗(yàn)所帶來(lái)的誤差，求最大公約數(shù)比較困難，因此我們常用“倒過(guò)來(lái)驗(yàn)證”的辦法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理即用實(shí)驗(yàn)測(cè)得的每個(gè)電荷值q除以公認(rèn)的電子電荷值e=1.6010-19庫(kù)侖，得到一個(gè)接近于某一個(gè)整數(shù)的數(shù)值，這個(gè)整數(shù)就是油滴所帶的基本電荷的數(shù)目n，再用實(shí)驗(yàn)測(cè)得的電荷值q除以相應(yīng)的n，即得到電子的電荷值e。 將e的實(shí)驗(yàn)值與公認(rèn)值比較，求相對(duì)誤差。 平衡電壓（V）下落時(shí)間（s）電荷量（*10-19）平衡電壓（V）下落時(shí)間（s）電荷量（*10-19）電荷量平均值=1.60305492（*10-19）電子比荷測(cè)定在通電實(shí)驗(yàn)前，先檢查儀器面板上各控制開(kāi)關(guān)和旋鈕應(yīng)放在下述

12、位置上：偏轉(zhuǎn)電壓開(kāi)關(guān)量“斷開(kāi)”，電位器逆時(shí)針轉(zhuǎn)到電壓最?。?0V，無(wú)顯示）。調(diào)節(jié)陽(yáng)極電壓的電位器也逆時(shí)針調(diào)到零。線圈電流方向開(kāi)關(guān)置“斷開(kāi)”，調(diào)節(jié)線圈電流的電位器也逆時(shí)針到零。以上調(diào)節(jié)的目的，是為了保護(hù)儀器，不受大電流高電壓的沖擊。延長(zhǎng)洛侖茲力管的使用壽命。打開(kāi)電源，預(yù)熱5分鐘。逐漸增加陽(yáng)極電壓至100-200V左右，即可看到一束淡蘭綠色的光束從電子槍中射出，這就是電子束。1、 觀察電子束在電場(chǎng)作用下的偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)洛侖茲力管，使角度指示為90O，即電子束指向左邊并月線圈軸線垂直。在轉(zhuǎn)動(dòng)洛侖茲力管時(shí)，務(wù)必用手抓住膠木管座，切勿手抓玻璃泡轉(zhuǎn)動(dòng)，以免管座松動(dòng)。將偏轉(zhuǎn)電壓開(kāi)關(guān)撥到“上正”位置，這是上偏轉(zhuǎn)板為

13、正，下偏轉(zhuǎn)板接地，觀察電子束的偏轉(zhuǎn)方向。加大偏轉(zhuǎn)板上的偏轉(zhuǎn)電壓，觀察偏轉(zhuǎn)角度的變化情況。在偏轉(zhuǎn)電壓不變得情況下，加大陽(yáng)極電壓，觀察偏轉(zhuǎn)角度的變化情況。在將偏轉(zhuǎn)電壓調(diào)置最小，偏轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)撥到“下正”位置，作以上相同的觀察。2、觀察電子束在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡將偏轉(zhuǎn)電壓開(kāi)關(guān)撥到“斷開(kāi)”位置。線圈電流方向開(kāi)關(guān)撥到“順時(shí)”位置，線圈上的電流順時(shí)方向指示燈亮，加大線圈電流和陽(yáng)極電壓，觀察電子束在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡的變化情況。轉(zhuǎn)動(dòng)洛侖茲力管，作進(jìn)一步的觀察。記錄觀察到的現(xiàn)象，并作出理論解釋。3、測(cè)量電子比荷根據(jù)以上所述，將電子束軌跡調(diào)整成一個(gè)閉合的圓。利用讀數(shù)裝置，在不同的陽(yáng)極電壓U和不同的線圈電流I情況下，仔細(xì)測(cè)量

14、電子束軌跡的直徑。根據(jù)公式（4）計(jì)算電子比荷。具體內(nèi)容：1） 固定陽(yáng)極電壓，改變線圈電流，作多次測(cè)量。2） 固定線圈電流，改變陽(yáng)極電壓，作多次測(cè)量。 欲使實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較準(zhǔn)確，關(guān)鍵是測(cè)準(zhǔn)電子束軌跡的直徑D。原的直徑取在4cm到9cm之間時(shí)較為合適。 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將陽(yáng)極電壓和線圈電流調(diào)到最小，偏轉(zhuǎn)電壓開(kāi)關(guān)和線圈電流開(kāi)關(guān)都撥到“斷開(kāi)”位置，然后關(guān)掉電源。五、數(shù)據(jù)記錄1、固定陽(yáng)極電壓，改變線圈電流陽(yáng)極電壓U（V）線圈電流I（A）電子束直徑D（m）電子比荷e/m1011（ckg-1）1401.001.201.401.601.80平 均 值2、固定線圈電流，改變陽(yáng)極電壓線圈電流I（A）陽(yáng)極電壓U（V）電子束

15、直徑D（m）電子比荷e/m1011（ckg-1）1.50150170190210230平 均 值平均相對(duì)誤差E=2.6%注意事項(xiàng)在開(kāi)始接通電源前，先檢查儀器面板上各控制開(kāi)關(guān)和旋鈕的位置，應(yīng)在下述位置上：偏轉(zhuǎn)電壓開(kāi)關(guān)置“斷開(kāi)”，電位器逆時(shí)針轉(zhuǎn)到電壓最?。?0V，無(wú)顯示）。調(diào)節(jié)陽(yáng)極電壓的點(diǎn)位器逆時(shí)針調(diào)到零了。線圈電流方向開(kāi)關(guān)置“順時(shí)”，調(diào)節(jié)線圈電流的電位器也逆時(shí)針調(diào)到零。打開(kāi)電源，預(yù)熱5分鐘。逐漸增加陽(yáng)極電壓置100-200V左右，即可看到一子束淡蘭綠色的光束從電子槍中射出，這就是電子束。改變偏轉(zhuǎn)電極的電壓以及調(diào)節(jié)線圈電流的大小，觀察電子束的軌道。在調(diào)節(jié)線圈電流時(shí)，偏轉(zhuǎn)電壓開(kāi)關(guān)應(yīng)置“斷開(kāi)”。調(diào)小陽(yáng)

16、極電壓和線圈電流，然后關(guān)掉電源。本實(shí)驗(yàn)誤差主要來(lái)自實(shí)驗(yàn)者讀數(shù)時(shí)，游標(biāo)尺、電子束、游標(biāo)尺在鏡子中的像三點(diǎn)一線很難做到，為了減小誤差，除了要求按規(guī)定方法讀數(shù)外，還需要多次測(cè)量求平均值。光敏電阻特性思考題1、驗(yàn)證光照強(qiáng)度與距離的平方成反比(把實(shí)驗(yàn)裝置近似為點(diǎn)光源)。2、當(dāng)光敏電阻所受光強(qiáng)發(fā)生改變時(shí)，光電流要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才能達(dá)到穩(wěn)態(tài)值，光照突然消失時(shí)，光電流也不立刻為零，這說(shuō)明光敏電阻有延時(shí)特性。試研究這一特性。3、什么叫光敏電阻的光譜特性以及頻率特性?。如何研究?1、自擬數(shù)據(jù)表格1和2。 2、根據(jù)數(shù)據(jù)畫(huà)出光敏電阻的一組伏安特性曲線和光敏電阻的一組光照特性曲線。雙光柵測(cè)量微弱振動(dòng)位移量實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.

17、預(yù)習(xí)示波器的應(yīng)用，熟悉雙蹤示波器的使用方法。2.將示波器的Y1、Y2、X外觸發(fā)器接至雙光柵微弱振動(dòng)測(cè)量?jī)x的Y1、Y2、X的輸出插座上，開(kāi)啟各自的電源。3.幾何光路調(diào)整。小心取下“靜光柵架”，（不可擦傷光柵）稍稍松開(kāi)激光器頂部的鎖緊手輪，用手小心地上下左右搬動(dòng)激光器，讓光束從安裝靜止光柵架的孔中心通過(guò)。調(diào)節(jié)光電池架手輪，讓某一級(jí)衍射光正好落入光電池前的小孔內(nèi)。鎖緊激光器。4.雙光柵調(diào)整。小心地裝上“靜光柵架”，靜光柵盡可能與動(dòng)光柵接近，注意不可讓它們相碰?。ㄩg距1mm左右）用一白紙作為觀察屏，放于光電池架前觀察光斑，慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)光柵架，仔細(xì)觀察調(diào)節(jié)，使得兩個(gè)光束盡可能重合。去掉觀察屏，輕輕敲擊音叉，

18、調(diào)節(jié)示波器，配合調(diào)節(jié)激光器輸出功率，應(yīng)看到很漂亮的拍頻波。5.音叉諧振調(diào)節(jié)。先將“功率”旋鈕置于4-5點(diǎn)鐘附近，調(diào)節(jié)“頻率”粗調(diào)旋鈕，（500Hz）附近，然后調(diào)節(jié)“頻率”細(xì)調(diào)旋鈕，使音叉諧振。調(diào)節(jié)時(shí)用手輕輕地按音叉頂部，找出調(diào)節(jié)方向。如音叉諧振太強(qiáng)烈，將“功率”旋鈕向小鐘點(diǎn)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，使在示波器上看到的T/2內(nèi)光拍的波數(shù)為15個(gè)左右。記錄此時(shí)音叉振動(dòng)頻率、屏上完整波的個(gè)數(shù)、不足一個(gè)完整波形的首數(shù)及尾數(shù)值以及對(duì)應(yīng)該處完整波形的振幅值。6.測(cè)出外力驅(qū)動(dòng)音叉時(shí)的諧振曲線。固定“功率”旋鈕位置，在音叉諧振點(diǎn)附近，小心調(diào)節(jié)“頻率”旋鈕，測(cè)出音叉的振動(dòng)頻率與對(duì)應(yīng)的信號(hào)振幅大小，頻率間隔例如可以取0.1HZ,

19、選8個(gè)點(diǎn),分別測(cè)出對(duì)應(yīng)的波的個(gè)數(shù),由式(8),計(jì)算出各自的振幅A。7.保持信號(hào)輸出功率不變，逐一將橡皮泥粘在音叉的有效質(zhì)量，調(diào)節(jié)“頻率”細(xì)調(diào)旋鈕，研究諧振曲線的變化趨勢(shì)。8激光器功率一般調(diào)節(jié)到中部就可，不需要經(jīng)常調(diào)節(jié)。數(shù)據(jù)處理1.求出音叉諧振時(shí)光拍信號(hào)的平均頻率；2.求出音叉在諧振點(diǎn)時(shí)作微弱振動(dòng)的位移振幅；3.在坐標(biāo)紙上畫(huà)出音叉的頻率振幅曲線；4.作出音叉不同有效質(zhì)量時(shí)的諧波曲線，定性討論其變化趨勢(shì)。思考題1.如何判斷動(dòng)光柵與靜光柵的刻痕已平行？2.作外力驅(qū)動(dòng)音叉諧振曲線時(shí)，為什么要固定信號(hào)功率？3.本實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法有何優(yōu)點(diǎn)？測(cè)量微振動(dòng)位移的靈敏度是多少？數(shù) 字 信 號(hào) 光 纖 傳 輸 實(shí) 驗(yàn)實(shí)

20、驗(yàn)內(nèi)容1傳輸系統(tǒng)發(fā)送時(shí)鐘TxC周期的測(cè)定把雙跡示波器CH1通道接到光端機(jī)前面板L3和L2插孔、掃描時(shí)間分度值選為2s、調(diào)節(jié)同步旋鈕使熒光屏上出現(xiàn)一穩(wěn)定的波形后，觀測(cè)并記錄其周期值。圖7 電端機(jī)前面板布局C1:電源插座; C2:與計(jì)算機(jī)RS232串口聯(lián)接的九針插座;C3: 連接光端機(jī)的DDK-20電纜插座圖8. 電端機(jī)后面板布局2半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）電光特性的測(cè)定（1）首先斷開(kāi)圖9中插孔L1、插孔L2間的連線，SPD切換開(kāi)關(guān)K2撥至左側(cè)，觀測(cè)并記錄光端機(jī)前面板光功率計(jì)的示值。以此示值作為光功率計(jì)的零點(diǎn) （2）接通圖9中插孔L1、插孔L2間的連線，反時(shí)鐘方向調(diào)節(jié)W1，使光端機(jī)前面板的mA表為

21、一最小整數(shù)值，然后，順時(shí)鐘方向調(diào)節(jié)W1，使mA表讀數(shù)慢慢增加，每增加2mA讀取一次光功率計(jì)的示值，并列表記錄。根據(jù)實(shí)驗(yàn)讀數(shù)，以電流為橫坐標(biāo)、光功率計(jì)讀數(shù)（扣除零點(diǎn)后）為縱坐標(biāo)繪制LED的電光特性。3時(shí)鐘信號(hào)的電光光電轉(zhuǎn)換及再生調(diào)節(jié)按圖10接線。調(diào)節(jié)W1使mA表指示的LED在時(shí)鐘信號(hào)調(diào)制狀態(tài)下的平均工作電流為適當(dāng)值（比如，1020mA）后，保持W1的調(diào)節(jié)位置不變。觀察示波器熒光屏上是否有時(shí)鐘信號(hào)波形出現(xiàn)。若無(wú)，并示波器熒光屏上顯示出一條代表低電平的直線，就需沿順時(shí)鐘方向慢慢調(diào)節(jié)W2，直到示波器熒光屏上出現(xiàn)占空比為50%的時(shí)鐘信號(hào)為止；若示波器熒光屏上顯示出一條代表高電平的直線，就需沿反時(shí)鐘方向慢

22、慢調(diào)節(jié)W2實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘信號(hào)的再生調(diào)節(jié)。4ASCII字符代碼的光纖傳輸實(shí)驗(yàn)（1）實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)發(fā)送功能的檢測(cè)在圖10示連線的基礎(chǔ)上，斷開(kāi)L3插孔和L1插孔間的連線，把雙跡示波器CH1通道改接至L1插孔（TxD端）和L2插孔（GND端）。然后按圖11示方式連接好實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。啟動(dòng)計(jì)算機(jī)、運(yùn)行配套軟件后計(jì)算機(jī)屏幕上將出現(xiàn)圖12示的界面。點(diǎn)擊“串口設(shè)置” 按鈕，計(jì)算機(jī)屏幕上將換成圖13示界面。根據(jù)電端機(jī)與計(jì)算機(jī)的連接情況，串口號(hào)選擇COM1或 COM2；波特率選擇B9600。再點(diǎn)擊“確定”按鈕，待計(jì)算機(jī)屏幕再一次出現(xiàn)圖12示的界面后，點(diǎn)擊“數(shù)字傳輸”按鈕。計(jì)算機(jī)屏幕上將出現(xiàn)圖14示界面。把光標(biāo)移至“請(qǐng)輸入十進(jìn)制數(shù)”

23、的窗口中，從鍵盤(pán)輸入想要傳輸?shù)腁SCII字符的十進(jìn)制數(shù)代碼（比如，字符U、Z和7等等，它們相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)代碼分別為85、90和55等等），再點(diǎn)擊“發(fā)送”按鈕，界面的“本地回顯” 欄將顯示出該代碼的ASCII字符。觀察示波器熒光屏上顯示的波形的數(shù)碼結(jié)構(gòu)是否與被發(fā)送的ASCII字符的二進(jìn)制代碼一致。若一致，表示實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的發(fā)送功能正常；若示波器熒光屏上觀察不到這一波形，按電端機(jī)的“Reset”按鈕后，用以上方式重新發(fā)送。 圖11 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的連接圖12（2）實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)數(shù)字信號(hào)的電光光電轉(zhuǎn)換及再生調(diào)節(jié) 在以上實(shí)驗(yàn)連線的基礎(chǔ)上，把雙跡示波器CH2通道接至光端機(jī)前面板的L6插孔（RxD端）和L7插孔（GND端

24、），調(diào)節(jié)W1使LED的平均工作電流為1mA以上。然后保持W1的這一調(diào)節(jié)位置不變，調(diào)節(jié)W2，直到雙跡示波器CH2通道出現(xiàn)碼元寬度和圖13數(shù)碼結(jié)構(gòu)均與CH1通道波形一樣的再生波形為止。（3）碼值判別、誤碼及實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)無(wú)誤碼狀態(tài)的調(diào)節(jié)完成了上一步調(diào)節(jié)之后，雖然光端機(jī)的“RxD”端出現(xiàn)了與發(fā)送端波形一樣的再生波形，但還不能算數(shù)字信號(hào)傳輸過(guò)程的結(jié)束。此后，尚需在接收時(shí)鐘（RxC）下降沿時(shí)刻對(duì)再生波形每位碼元的碼值進(jìn)行“0”、“1” 判別。若在判別時(shí)刻檢測(cè)到再生波形的電平為高電平，賦予的碼值為“1”，反之為“0”。若判別結(jié)果所形成的二進(jìn)制代碼與發(fā)送端發(fā)送的字符代碼一致，表明碼值判別結(jié)果正確。根據(jù)正確結(jié)果所形

25、成的二進(jìn)制代碼從計(jì)算機(jī)字符庫(kù)調(diào)出的字符（顯示在圖14示的界面接收窗口中）就會(huì)與“本地顯示” 欄中出現(xiàn)的字符一致，這才能表明字符信號(hào)傳輸過(guò)程完全無(wú)誤。根據(jù)示波器掃描時(shí)間分度值和掃描時(shí)間微調(diào)旋鈕處于校準(zhǔn)狀態(tài)下字符代碼的波形，計(jì)算實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在此傳輸情況下的傳輸率（bite/S）。若判別結(jié)果所形成的二進(jìn)制代碼與發(fā)送端發(fā)送的字符代碼不一致，從計(jì)算機(jī)字符庫(kù)調(diào)出的字符就與圖14示的界面“本地顯示”欄中出現(xiàn)的字符就不一樣。這表明實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在傳輸過(guò)程中有誤碼產(chǎn)生。此時(shí)，應(yīng)調(diào)節(jié)W1使LED導(dǎo)通時(shí)工作電流為另一值后，再調(diào)節(jié)W2使端波形達(dá)到再生狀態(tài)如此反復(fù)幾次調(diào)節(jié)直到實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)無(wú)誤碼狀態(tài)出現(xiàn)為止。點(diǎn)擊圖14示界面中的“停止

26、”按鈕，重復(fù)以上操作可進(jìn)行傳輸其它字符代碼的實(shí)驗(yàn)圖145語(yǔ)音信號(hào)的光纖傳輸實(shí)驗(yàn)在保持以上實(shí)驗(yàn)連線不變的基礎(chǔ)，點(diǎn)擊圖14示界面中的“退出” 按鈕，計(jì)算機(jī)圖15 屏幕再次回到圖12示界面，然后點(diǎn)擊“聲音傳輸” 按鈕，計(jì)算機(jī)屏幕就將顯示圖15示界面。點(diǎn)擊“開(kāi)始”按鈕，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)就進(jìn)入聲音傳輸狀態(tài)。在此情況下，由于每次傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)代碼不一樣，故在示波器熒光屏看不到有一穩(wěn)定波形出現(xiàn)。但每次傳輸數(shù)字信號(hào)的起始位都是低電平。所以，調(diào)節(jié)示波器的同步旋鈕可清楚觀察到它在熒光屏上的位置。兩個(gè)相鄰起始位間隔的時(shí)間就是實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)模數(shù)轉(zhuǎn)換過(guò)程的采樣周期，該周期的倒數(shù)值就是采樣頻率。根據(jù)采樣定理，對(duì)于語(yǔ)音信號(hào)采樣頻率應(yīng)大于

27、8000次/每秒。用示波器觀測(cè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在傳輸語(yǔ)音信號(hào)時(shí)模數(shù)轉(zhuǎn)換過(guò)程的采樣周期、計(jì)算相應(yīng)的采樣頻率、用采樣定理評(píng)估本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)傳輸語(yǔ)音信號(hào)時(shí)的性能。多普勒效應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容驗(yàn)證多普勒效應(yīng)并由測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算聲速 讓小車(chē)以不同速度通過(guò)光電門(mén)，儀器自動(dòng)記錄小車(chē)通過(guò)光電門(mén)時(shí)的平均運(yùn)動(dòng)速度及與之對(duì)應(yīng)的平均接收頻率。由儀器顯示的fV關(guān)系圖可看出，若測(cè)量點(diǎn)成直線，符合（2）式描述的規(guī)律，即直觀驗(yàn)證了多普勒效應(yīng)。用作圖法或線性回歸法計(jì)算fV直線的斜率k，由k計(jì)算聲速 并與聲速的理論值比較，計(jì)算其相對(duì)誤差。 一儀器安裝 如圖2所示。所有需固定的附件均安裝在導(dǎo)軌上，并在兩側(cè)的安裝槽上固定。調(diào)節(jié)水平超聲傳感發(fā)生器的高度

28、，使其與超聲接收器（已固定在小車(chē)上）在同一個(gè)平面上，再調(diào)整紅外接收傳感器高度和方向，使其與紅外發(fā)射器（已固定在小車(chē)上）在同一軸線上。將組件電纜接入實(shí)驗(yàn)儀的對(duì)應(yīng)接口上。安裝完畢后，讓電磁鐵吸住小車(chē)，給小車(chē)上的傳感器充電，第一次充電時(shí)間約68秒，充滿(mǎn)后(儀器面板充電燈變綠色)可以持續(xù)使用45分鐘。在充電時(shí)要注意，必須讓小車(chē)上的充電板和電磁鐵上的充電針接觸良好。 【注意事項(xiàng)】 安裝時(shí)要盡量保證紅外接收器、小車(chē)上的紅外發(fā)射器和超聲接收器、超聲發(fā)射器三者之間在同一軸線上，以保證信號(hào)傳輸良好； 安裝時(shí)不可擠壓連接電纜，以免導(dǎo)線折斷； 小車(chē)不使用時(shí)應(yīng)立放，避免小車(chē)滾輪沾上污物，影響實(shí)驗(yàn)進(jìn)行。 二測(cè)量準(zhǔn)備 1

29、實(shí)驗(yàn)儀開(kāi)機(jī)后，首先要求輸入室溫。因?yàn)橛?jì)算物體運(yùn)動(dòng)速度時(shí)要代入聲速，而聲速是溫度的函數(shù)。利用 t u 將室溫T值調(diào)到實(shí)際值，按“確認(rèn)”。 2第二個(gè)界面要求對(duì)超聲發(fā)生器的驅(qū)動(dòng)頻率進(jìn)行調(diào)諧。在超聲應(yīng)用中，需要將發(fā)生器與接收器的頻率匹配，并將驅(qū)動(dòng)頻率調(diào)到諧振頻率 ，這樣接收器獲得的信號(hào)幅度才最強(qiáng)，才能有效的發(fā)射與接收超聲波。一般 在40KHz左右。調(diào)諧好后，面板上的鎖定燈將熄滅。 3電流調(diào)至最大值后，按“確認(rèn)”。本儀器所有操作，均要按“確認(rèn)”鍵后，數(shù)據(jù)才被寫(xiě)入儀器。 【注意事項(xiàng)】 須待磁鐵吸住小車(chē)后，再開(kāi)始調(diào)諧。此時(shí)超聲發(fā)生器和接收器的距離最遠(yuǎn)，保證其在最大距離下的信號(hào)強(qiáng)度； 調(diào)諧及實(shí)驗(yàn)進(jìn)行時(shí)，須保證

30、超聲發(fā)生器和接收器之間無(wú)任何阻擋物； 為保證使用安全，三芯電源線須可靠接地。 三測(cè)量步驟 1在液晶顯示屏上，選中“多普勒效應(yīng)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)”，并按“確認(rèn)”； 2利用 u 鍵修改測(cè)試總次數(shù)（選擇范圍510，一般選5次），按 ，選中“開(kāi)始測(cè)試”； 3準(zhǔn)備好后，按“確認(rèn)”，電磁鐵釋放，測(cè)試開(kāi)始進(jìn)行，儀器自動(dòng)記錄小車(chē)通過(guò)光電門(mén)時(shí)的平均運(yùn)動(dòng)速度及與之對(duì)應(yīng)的平均接收頻率； 改變小車(chē)的運(yùn)動(dòng)速度，可用以下兩種方式： a砝碼牽引：利用砝碼的不同組合實(shí)現(xiàn)； b用手推動(dòng)：沿水平方向?qū)π≤?chē)施以變力，使其通過(guò)光電門(mén)。 為便于操作，一般由小到大改變小車(chē)的運(yùn)動(dòng)速度。 4每一次測(cè)試完成，都有“存入”或“重測(cè)”的提示，可根據(jù)實(shí)際情況

31、選擇，“確認(rèn)”后回到測(cè)試狀態(tài)，并顯示測(cè)試總次數(shù)及已完成的測(cè)試次數(shù)； 5改變砝碼質(zhì)量（砝碼牽引方式），并退回小車(chē)讓磁鐵吸住，按“開(kāi)始”，進(jìn)行第二次測(cè)試； 6完成設(shè)定的測(cè)量次數(shù)后，儀器自動(dòng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，并顯示fV關(guān)系圖及測(cè)量數(shù)據(jù)。 【注意事項(xiàng)】 小車(chē)速度不可太快，以防小車(chē)脫軌跌落損壞。 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)記錄與處理由fV關(guān)系圖可看出，若測(cè)量點(diǎn)成直線，符合（2）式描述的規(guī)律，即直觀驗(yàn)證了多普勒效應(yīng)。用 u 鍵選中“數(shù)據(jù)”，q 鍵翻閱數(shù)據(jù)并記入表1中，用作圖法或線性回歸法計(jì)算fV關(guān)系直線的斜率k。公式（4）為線性回歸法計(jì)算k值的公式，其中測(cè)量次數(shù)i5 n，n10。 （4）由k計(jì)算聲速= f0/k，并與聲速的理論

32、值比較，聲速理論值由= 331(1t/273)1/2 (米/秒)計(jì)算，t表示室溫。測(cè)量數(shù)據(jù)的記錄是儀器自動(dòng)進(jìn)行的。在測(cè)量完成后，只需在出現(xiàn)的顯示界面上，用 u 鍵選中“數(shù)據(jù)”，q 鍵翻閱數(shù)據(jù)并記入表1中，然后按照上述公式計(jì)算出相關(guān)結(jié)果并填入表格。1、多普勒效應(yīng)的驗(yàn)證與聲速的測(cè)量表1 多普勒效應(yīng)的驗(yàn)證與聲速的測(cè)量 = Hz測(cè)量數(shù)據(jù)直線斜率聲速測(cè)量值聲速理論值相對(duì)誤差次數(shù)123456(Hz)用作圖法或線性回歸法計(jì)算關(guān)系直線的斜率，由計(jì)算聲速并與聲速的理論值比較，聲速理論值由(米/秒)計(jì)算，表示室溫。2、水平諧振實(shí)驗(yàn) 自擬表格，記錄30組速度隨時(shí)間變化關(guān)系的數(shù)據(jù)。思考題 通過(guò)以上兩部分的實(shí)驗(yàn)對(duì)儀器的

33、使用及性能有所了解。如何研究自由落體運(yùn)動(dòng)，求自由落體加速度。如何研究簡(jiǎn)揩振動(dòng)，根據(jù)原理自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，求得彈簧的倔強(qiáng)系數(shù) 及振動(dòng)的角頻率，實(shí)際測(cè)量的運(yùn)動(dòng)周期及角頻率，并計(jì)算和的百分誤差。 液晶電光效應(yīng)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟實(shí)驗(yàn)步驟：將液晶板金手指1 (如圖7)插入轉(zhuǎn)盤(pán)上的插槽，液晶凸起面必須正對(duì)激光發(fā)射方向。打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，點(diǎn)亮激光器，使激光器預(yù)熱10-20分鐘。圖7 液晶板方向（視角為正視液晶屏突起面） 在正式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前，首先需要檢查儀器的初始狀態(tài)，看發(fā)射器光線是否垂直入射到接收器；在靜態(tài)0V供電電壓條件下，透過(guò)率顯示是否為“100”。如果顯示正確，則可以開(kāi)始實(shí)驗(yàn)，如果不正確，指導(dǎo)教師可以根據(jù)附

34、錄1的調(diào)節(jié)方法將儀器調(diào)整好再讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。1液晶光開(kāi)關(guān)電光特性測(cè)量 將模式轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置于靜態(tài)模式，將透過(guò)率顯示校準(zhǔn)為100，按表1的數(shù)據(jù)改變電壓，使得電壓值 從0V到6V變化，記錄相應(yīng)電壓下的透射率數(shù)值。重復(fù)3次并計(jì)算相應(yīng)電壓下透射率的平均值，依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制電光特性曲線，可以得出閾值電壓和關(guān)斷電壓。表1 液晶光開(kāi)關(guān)電光特性測(cè)量電壓(伏 ) 00.50.81.01.21.31.41.51.61.72.03.04.05.06.0透射率(%)123平均2液晶的時(shí)間響應(yīng)的測(cè)量 將模式轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置于靜態(tài)模式，透過(guò)率顯示調(diào)到100，然后將液晶供電電壓調(diào)到2.00V，在液晶靜態(tài)閃爍狀態(tài)下，用存儲(chǔ)示波器觀察此

35、光開(kāi)關(guān)時(shí)間響應(yīng)特性曲線，可以根據(jù)此曲線得到液晶的上升時(shí)間Tr和下降時(shí)間Td。3液晶光開(kāi)關(guān)視角特性的測(cè)量 水平方向視角特性的測(cè)量 將模式轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置于靜態(tài)模式。首先將透過(guò)率顯示調(diào)到 100，然后再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 確定當(dāng)前液晶板為金手指1插入的插槽(如圖7所示)。在供電電壓為0V時(shí)，按照表2所列舉的角度調(diào)節(jié)液晶屏與入射激光的角度，在每一角度下測(cè)量光強(qiáng)透過(guò)率最大值Tmax。然后將供電電壓置于 2V，再次調(diào)節(jié)液晶屏角度，測(cè)量光強(qiáng)透過(guò)率最小值 Tmin，并計(jì)算其對(duì)比度。以角度為橫坐標(biāo)，對(duì)比度為縱坐標(biāo)，繪制水平方向?qū)Ρ榷入S入射光入射角而變化的曲線。 垂直方向視角特性的測(cè)量 關(guān)斷總電源后，取下液晶顯示屏，將液晶板

36、旋轉(zhuǎn)90度，將金手指2(垂直方向)插入轉(zhuǎn)盤(pán)插槽 (如圖7所示)。重新通電，將模式轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置于靜態(tài)模式。按照與相同的方法和步驟，可測(cè)量垂直方向的視角特性。并記錄入表2中。4液晶顯示器顯示原理 將模式轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置于動(dòng)態(tài)(圖像顯示 )模式。液晶供電電壓調(diào)到5V左右。 此時(shí)矩陣開(kāi)關(guān)板上的每個(gè)按鍵位置對(duì)應(yīng)一個(gè)液晶光開(kāi)關(guān)象素。初始時(shí)各相素都處于開(kāi)通狀態(tài)，按 1次矩陣開(kāi)光板上的某一按鍵，可改變相應(yīng)液晶相素的通斷狀態(tài)，所以可以利用點(diǎn)陣輸入關(guān)斷(或點(diǎn)亮 )對(duì)應(yīng)的象素，使暗相素 (或點(diǎn)亮象素)組合成一個(gè)字符或文字。以此讓學(xué)生體會(huì)液晶顯示器件組成圖像和文字的工作原理。矩陣開(kāi)關(guān)板右上角的按鍵為清屏鍵，用以清除已輸入在顯

37、示屏上的圖形。實(shí)驗(yàn)完成后，關(guān)閉電源開(kāi)關(guān)，取下液晶板妥善保存。表2 液晶光開(kāi)關(guān)視角特性測(cè)量角度(度)-85-80 -10-50510 8085水平方向視角特性Tmax(%) Tmin(%) Tmax/Tmin垂直方向視角特性Tmax(%) Tmin(%) Tmax/Tmin注意事項(xiàng)1絕對(duì)禁止用光束照射他人眼睛或直視光束本身，以防傷害眼睛!2在進(jìn)行液晶視角特性實(shí)驗(yàn)中，更換液晶板方向時(shí)，務(wù)必?cái)嚅_(kāi)總電源后，再進(jìn)行插取，否則將會(huì)損壞液晶板。3液晶板凸起面必須要朝向激光發(fā)射方向，否則實(shí)驗(yàn)記錄的數(shù)據(jù)為錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。4在調(diào)節(jié)透過(guò)率100時(shí)，如果透過(guò)率顯示不穩(wěn)定，則很有可能是光路沒(méi)有對(duì)準(zhǔn)，或者為激光發(fā)射器偏振沒(méi)有調(diào)

38、節(jié)好，需要仔細(xì)檢查，調(diào)節(jié)好光路。5在校準(zhǔn)透過(guò)率100前，必須將液晶供電電壓顯示調(diào)到0.00V或顯示大于250 ，否則無(wú)法校準(zhǔn)透過(guò)率為100在實(shí)驗(yàn)中，電壓為OOOV時(shí)，不要長(zhǎng)時(shí)間按住透過(guò)率校準(zhǔn)按鈕，否則透過(guò)率顯示將進(jìn)入非工作狀態(tài)，本組測(cè)試的數(shù)據(jù)為錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，需要重新進(jìn)行本組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄。落球法測(cè)定液體在不同溫度的粘度實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1. 熟悉落球法變溫粘度測(cè)量?jī)x 圖 變溫粘度儀 樣品管 加熱水套 出水孔 進(jìn)水孔 支架 底座 1 變溫粘度儀的外型如圖1所示。待測(cè)液體裝在細(xì)長(zhǎng)的樣品管中，能使液體溫度較快的與加熱水溫達(dá)到平衡，樣品管壁上有刻度線，便于測(cè)量小球下落的距離。樣品管外的加熱水套連接到溫控儀，通過(guò)熱循

39、環(huán)水加熱樣品。底座下有調(diào)節(jié)螺釘，用于調(diào)節(jié)樣品管的鉛直。 2了解開(kāi)放式PID溫控實(shí)驗(yàn)儀 PID調(diào)節(jié)是自動(dòng)控制系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的一種調(diào)節(jié)規(guī)律，自動(dòng)控制系統(tǒng)的原理可用圖2說(shuō)明。 溫控實(shí)驗(yàn)儀包含水箱，水泵，加熱器，控制及顯示電路等部分。儀器內(nèi)置微處理器，帶有液晶顯示屏，操作菜單化，能根據(jù)實(shí)驗(yàn)對(duì)象選擇PID參數(shù)以達(dá)到最佳控制，能顯示溫控過(guò)程的溫度變化曲線和功率變化曲線及溫度和功率的實(shí)時(shí)值，能存儲(chǔ)溫度及功率變化曲線，控制精度高等特點(diǎn)，儀器面板如圖3所示 開(kāi)機(jī)后，水泵開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，顯示屏顯示操作菜單，可選擇工作方式，輸入序號(hào)及室溫，設(shè)定溫度及PID參數(shù)。使用 鍵選擇項(xiàng)目， 鍵設(shè)置參數(shù)，按確認(rèn)鍵進(jìn)入下一屏，按返

40、回鍵返回上一屏。 進(jìn)入測(cè)量界面后，屏幕上方的數(shù)據(jù)欄從左至右依次顯示序號(hào)，設(shè)定溫度，初始溫度，當(dāng)前溫度，當(dāng)前功率，調(diào)節(jié)時(shí)間等參數(shù)。圖形區(qū)以橫坐標(biāo)代表時(shí)間，縱坐標(biāo)代表溫度（以及功率），并可用 鍵改變溫度坐標(biāo)值。儀器每隔15秒采集1次溫度及加熱功率值，并將采得的數(shù)據(jù)標(biāo)示在圖上。溫度達(dá)到設(shè)定值并保持兩分鐘溫度波動(dòng)小于0.1度，儀器自動(dòng)判定達(dá)到平衡，并在圖形區(qū)右邊顯示過(guò)渡時(shí)間ts，動(dòng)態(tài)偏差，靜態(tài)偏差e。一次實(shí)驗(yàn)完成退出時(shí)，儀器自動(dòng)將屏幕按設(shè)定的序號(hào)存儲(chǔ)。 3. 檢查儀器后面的水位管，將水箱水加到適當(dāng)值。保持溫控儀設(shè)定的初始值，使之達(dá)到較好的控制效果。 4. 設(shè)定PID參數(shù) 5. 用螺旋測(cè)微器測(cè)定小球的直

41、徑d ，將數(shù)據(jù)記入表1中，每次測(cè)量應(yīng)選小球的不同方位進(jìn)行測(cè)量，并編好號(hào)待用。6. 用小鑷子夾起小鋼球，將球體用油浸后，延量筒中軸線投入油中，盡量避免對(duì)液體的擾動(dòng)。用秒表測(cè)出小球經(jīng)過(guò)一定距離AB所需的時(shí)間。用同樣的方法將4個(gè)小球分別從量筒蓋的中孔下落，分別用停表測(cè)出每個(gè)小球勻速下落通過(guò)AB所用的時(shí)間t，并計(jì)算小球速度v0，用（4）或（8）式計(jì)算粘度，記入表2中。 7. 最后再次從量筒內(nèi)的溫度計(jì)中讀取溫度，仔細(xì)觀察溫度的微小變化。 8表2中，列出了部分溫度下粘度的標(biāo)準(zhǔn)值，可將這些溫度下粘度的測(cè)量值與標(biāo)準(zhǔn)值比較，并計(jì)算相對(duì)誤差。將表2 中的測(cè)量值在坐標(biāo)紙上作圖，表明粘度隨溫度的變化關(guān)系。 9實(shí)驗(yàn)全部

42、完成后，用磁鐵將小球吸引至樣品管口，用鑷子夾入蓖麻油中保存，以備下次實(shí)驗(yàn)使用。實(shí)驗(yàn)思考1如何判斷小球在作勻速運(yùn)動(dòng)?2如果遇到待測(cè)液體的值較小，而鋼珠直徑又較大，這時(shí)為何須用(8)式計(jì)算嗎?3.在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，如出現(xiàn)溫度升高，小球下落速度不變甚至變慢等反常現(xiàn)象，或者結(jié)果數(shù)據(jù)與標(biāo)定數(shù)據(jù)相差很大，應(yīng)及時(shí)找出原因數(shù)據(jù)記錄1小球的直徑的測(cè)量及參數(shù)的設(shè)定表1 小球的直徑次數(shù)12345678平均值d (10-3m)PID參數(shù)設(shè)定如下：KP = 12，T1 = 30， TD = 1/99設(shè)溫控儀初始溫度為25，每次升溫范圍為 5 。 2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及處理將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記入表2，并計(jì)算對(duì)應(yīng)的速度、值表2 粘度的測(cè)定

43、= 7.8103kg/m3 0 = 0.95103kg/m3 D = 2.010-2m溫度（?C）時(shí)間（s）速度(m/s) (Pa?s)測(cè)量值*(Pa?s) 標(biāo)準(zhǔn)值12345平均25303540455055由表2計(jì)算出30時(shí)的誤差為：同理，可計(jì)算出40時(shí)的誤差為：全息光學(xué)透鏡的設(shè)計(jì)與制作實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1制作一張正弦位相型同軸全息透鏡的全息圖，透鏡焦距f =200mm。2制作一張正弦位相型離軸全息透鏡的全息圖，并且用實(shí)驗(yàn)方法確定其焦距，實(shí)驗(yàn)者自己設(shè)計(jì)光路。3用實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1的同軸全息透鏡制作一個(gè)對(duì)切透鏡。注意事項(xiàng)1不得直視未經(jīng)擴(kuò)束或散射的激光細(xì)束。2在全息透鏡制作過(guò)程中應(yīng)避免曝光量不足，以延長(zhǎng)顯影時(shí)間的方

44、式來(lái)獲得全息圖的正常黑度。調(diào)制全息實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo) 1. 按前面實(shí)驗(yàn)光路圖擺好馬赫陳德干涉儀，并按制作全息光柵的方法調(diào)整光路，使其得到100條毫米的干涉條紋。(注意干涉條紋在50100條毫米)之間為適宜，條紋太密則要求再現(xiàn)光路中的變換透鏡的口徑要大，否則高頻信號(hào)無(wú)法通過(guò)透鏡，條紋少于50條毫米時(shí)，雖然高頻信號(hào)通過(guò)透鏡，但變換平面上色譜點(diǎn)較集中，制作空間濾波器時(shí)很困難。) 2設(shè)計(jì)如圖七的圖案，將圖案分成三部分并且挖空?qǐng)D案是用黑紙做成，整體為一蝴蝶。其中，A框讓大翅膀處光通過(guò)；B框讓身體處光通過(guò)；C框讓小翅膀處光通過(guò)。 3將做好的圖案框互相對(duì)準(zhǔn)，不要出現(xiàn)錯(cuò)位，然后分別粘在一塊透明玻璃的三個(gè)邊上。使之可

45、以自由掀開(kāi)將要拍照的干版緊貼圖案框玻璃的背面。 4將圖案和干版一起裝在馬赫陳德干涉儀兩光束的干涉物中一次一次地對(duì)圖案框后干版曝光，每曝一次光轉(zhuǎn)過(guò)1200(或600)。曝光時(shí)應(yīng)注意圖案不要錯(cuò)位，否則整個(gè)圖案就組合不起來(lái)曝光最好采取過(guò)曝，這樣可以避免光能過(guò)多地集中在零級(jí)譜點(diǎn)上 5取下干版進(jìn)行顯影、漂白，吹干等處理。 6將干燥后的干版再現(xiàn)光路中，調(diào)節(jié)物距和像距，使蝴蝶像清晰，成像大小適中，成像太小，物離透鏡較遠(yuǎn)，高頻信號(hào)不易通過(guò)；成像太大，雖所需頻率的成分通過(guò)但圖案一大顏色就淡了，看起來(lái)顏色不鮮艷 7用煙薰玻璃放在變換透鏡的后焦面(變換面)上，用火柴輕輕劃去黑煙，根據(jù)所需要的顏色讓相應(yīng)的色譜點(diǎn)通過(guò)，

46、象平面上便得到一個(gè)彩色的蝴蝶圖案。 用焦距儀測(cè)量厚透鏡組的焦距實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1、 測(cè)雙凸透鏡的焦距： 將平行光管、透鏡夾、測(cè)微目鏡放置在一根導(dǎo)軌上，待測(cè)透鏡放在透鏡夾上，打上光源，前后移動(dòng)透鏡夾的位置，使測(cè)微目鏡內(nèi)能看到平行線分劃板上刻線的象，再調(diào)節(jié)測(cè)微目鏡上縱向拖板旋鈕作前后移動(dòng)，能清晰看到平行線分劃板刻線成像在測(cè)微目鏡的固定分劃板上，直到無(wú)視差為止。 讀出某一對(duì)較大距離的刻線的象的位置，并求出它的距離，根據(jù) 求出雙凸透鏡的焦距的測(cè)量值。 2、 測(cè)量雙凸透鏡的截距 透鏡焦平面到透鏡端面距離稱(chēng)為截距。一次調(diào)焦于被測(cè)透鏡焦面，一次調(diào)焦于被測(cè)透鏡表面，此兩次調(diào)焦中凸透鏡移動(dòng)的距離就是物鏡的截距。根據(jù)端

47、面、截距和焦距可以定出焦點(diǎn)和主點(diǎn)的位置。 3、 同樣方法測(cè)出平凸透鏡的焦距和截距。 4、 將雙凸透鏡和平凸透鏡組成透鏡組，并用上述方法測(cè)出組合透鏡組的焦距和截距。 實(shí)驗(yàn)記錄1、 雙凸透鏡的焦距和截距：雙凸透鏡厚度：次數(shù)D1D2Y=|D2-D1|S1S2截距=|S1-S2|A面（f1）123平均B面（）123平均實(shí)驗(yàn)測(cè)量值：焦距：f1= cm； = cm截距：F1O1= cm； = cm(焦點(diǎn)至端面距離)主點(diǎn)至端面距離：O1H1= cm； = cm2、 平凸透鏡的焦距和截距次數(shù)D1D2Y=|D2-D1|S1S2截距=|S1-S2|平面f2123平均次數(shù)D1D2Y=|D2-D1|S1S2截距=|S1-S2|凸 面123平均實(shí)驗(yàn)測(cè)量值：焦距：f2= cm = cm截距：F2O2= cm = cmO2H2= cm = cm3、 透鏡組的焦距和截距：透鏡組外端面距離： 次數(shù)D1D2Y=|D2-D1|S1S2截距=|S1-S2|雙凸透鏡一側(cè)123平均次數(shù)D1D2Y=|D2-D1|S1S2截距=|S1-S2|平凸透鏡一側(cè)123平均實(shí)驗(yàn)測(cè)量值：焦距：f = cm = cm截距：FO2 = cm. = cm4.根據(jù)共軸球面系統(tǒng)的組合系統(tǒng)理論計(jì)算透鏡組的焦距和主點(diǎn)的