《物理學(xué)》生物醫(yī)學(xué)工程本科專業(yè)實驗教學(xué)大綱

PAGEPAGE23《物理學(xué)實驗》教學(xué)大綱課程名稱：《物理學(xué)》英文名稱：medicalphysics課程類型:專業(yè)基礎(chǔ)課必修實驗學(xué)時：48適用對象:生物醫(yī)學(xué)工程本科一、實驗教學(xué)目的：培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，使學(xué)生在物理實驗的基礎(chǔ)知識、基本方法和實驗技能等方面得到嚴(yán)格的訓(xùn)練，掌握基本物理量測量的原理和方法，學(xué)會正確選擇和使用基本物理儀器、對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行正確判斷和處理并對實驗結(jié)果進(jìn)行合理分析。通過對實驗現(xiàn)象的觀察、對物理量的測量和對實驗結(jié)果的分析，使學(xué)生加深對物理學(xué)基本理論和定律的理解和掌握，熟悉某些物理現(xiàn)象，逐步提高觀察、分析實驗現(xiàn)象和總結(jié)實驗規(guī)律的能力。學(xué)習(xí)用所學(xué)過的理論知識分析和解決實驗中所存在的問題。在獨立操作的實驗過程中，逐步培養(yǎng)學(xué)生獨立思考和獨立工作的能力，培養(yǎng)學(xué)生用實驗手段解決實際問題的能力，同時培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)肅認(rèn)真、實事求是的科學(xué)作風(fēng)。二、實驗基本要求：1.端正學(xué)習(xí)態(tài)度，充分認(rèn)識物理學(xué)實驗課的重要性。學(xué)生應(yīng)充分利用較短的實驗課教學(xué)時間。實驗前充分地預(yù)習(xí)，并對實驗要求合理進(jìn)行實驗操作，仔細(xì)觀察認(rèn)真思考實驗現(xiàn)象，正確記錄實驗數(shù)據(jù)，并對實驗結(jié)果加以全面分析，實驗結(jié)束后認(rèn)真寫好實驗報告，認(rèn)真上好每一次實驗課。2.實驗前要認(rèn)真預(yù)習(xí)好基本物理儀器的原理和使用方法，實驗過程中要創(chuàng)造更多的使用和熟悉物理儀器的機(jī)會，盡可能做到熟練操作，為掌握復(fù)雜的醫(yī)療儀器打下基礎(chǔ)。3.要注意養(yǎng)成良好的實驗習(xí)慣。首先確保安全第一。根據(jù)實驗場所的環(huán)境和實驗所需的裝置，正確合理地安排好各種裝置、電源及導(dǎo)線的位置，做到實驗線路一目了然，盡可能減少實驗過程中可能發(fā)生的人為故障，使實驗得以準(zhǔn)確、無誤、順利進(jìn)行。4.要注意掌握實驗中所采用的基本測量方法?；緶y量方法是復(fù)雜測量方法的基礎(chǔ)，實驗過程中不但要理解其原理，同時要勁力熟悉和牢記。5.養(yǎng)成真實記錄原始實驗數(shù)據(jù)的習(xí)慣，字跡一定要清楚、整潔。對原始實驗數(shù)據(jù)一定要實事求是地進(jìn)行記錄。對于原始數(shù)據(jù)決不能隨意更改。有些學(xué)生當(dāng)看到自己的實驗結(jié)果與所預(yù)期的不相符合時便隨意改動原始數(shù)據(jù)，這是物理實驗的大忌。所以真實地記錄原始數(shù)據(jù)是取得正確實驗結(jié)果的前提。6.培養(yǎng)對實驗結(jié)果進(jìn)行分析、判斷的能力。當(dāng)實驗結(jié)果與所預(yù)期的結(jié)果不相符合時，先根據(jù)不合理程度的大小來判斷問題可能存在的環(huán)節(jié)，加以改正后重作實驗，從而提高判斷分析問題的能力。7.珍惜每次實驗課的時間。有時在完成規(guī)定測量內(nèi)容后還有剩余的時間，可以用來分析一下實驗可能存在的問題，找出本實驗的關(guān)鍵步驟所在，怎樣做才能使實驗更準(zhǔn)確。三、物理學(xué)實驗課的三個教學(xué)環(huán)節(jié)：物理學(xué)實驗課是學(xué)生在教師指導(dǎo)下獨立進(jìn)行實驗的課程。因此在整個實驗課過程中要充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，通過以下三個教學(xué)環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生獨立的工作能力和嚴(yán)肅認(rèn)真、實事求是的工作作風(fēng)。1.課前認(rèn)真預(yù)習(xí)認(rèn)真閱讀實驗教材，充分了解本次實驗的目的、原理和方法、內(nèi)容和注意事項，同時對驗所用的儀器、設(shè)備、元件及實驗步驟有一個大概地了解，在充分預(yù)習(xí)的基礎(chǔ)上寫出預(yù)習(xí)報告，并設(shè)計好數(shù)據(jù)記錄表格。2.實驗中正確操作實驗時要遵守實驗室的規(guī)章制度，仔細(xì)閱讀儀器的使用方法和注意事項，在教師指導(dǎo)下正確使用儀器。實驗進(jìn)行時應(yīng)合理操作，認(rèn)真思考、仔細(xì)觀察，及時認(rèn)真的把原始數(shù)據(jù)記錄在預(yù)先設(shè)計好的表格內(nèi)，測量完畢后請教師檢查實驗數(shù)據(jù)，合格后方可結(jié)束實驗并請教師簽字。3.寫好實驗報告先對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行整理計算，然后用簡潔的文字寫好實驗報告。實驗報告要字跡清晰、文理通順、圖表正確完整。實驗報告的內(nèi)容為：實驗題目、日期。實驗?zāi)康模簩嶒炈_(dá)到的基本目標(biāo)。實驗器材：實驗原理：實驗內(nèi)容及步驟：完成數(shù)據(jù)表格及圖線、圖表等：實驗結(jié)果的表示及討論：原始數(shù)據(jù)：四、物理學(xué)實驗室規(guī)則1.實驗室內(nèi)肅靜和整潔，指導(dǎo)教師和學(xué)生一律穿白服進(jìn)入實驗室。2.實驗前根據(jù)指導(dǎo)教師的講述或?qū)嶒灂系恼f明檢查儀器、元器件，如有缺損應(yīng)立即向指導(dǎo)教師報告。3.未了解儀器性能之前切勿動手操作，使用儀器時必須嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，不得拆卸儀器，不做與本實驗內(nèi)容無關(guān)的實驗。4.使用消耗品時要注意節(jié)約。5.實驗完畢后，要清理儀器及元器件，填寫儀器使用登記表。關(guān)閉電源和水道，做好衛(wèi)生清掃。6.損壞儀器或丟失器材，按情節(jié)輕重，有關(guān)責(zé)任者要賠償損失并交出書面檢查。參加實驗人員要嚴(yán)格遵守上述規(guī)則。五、實驗部分[實驗名稱一]基本測量[項目性質(zhì)]驗證性實驗[實驗?zāi)康腯1．掌握游標(biāo)卡尺、螺旋測微計的構(gòu)造、原理及讀數(shù)方法。2．加深對誤差、有效數(shù)字的概念的理解，掌握運算方法。[實驗原理]1.游標(biāo)卡尺使用游標(biāo)卡尺讀數(shù)時首先以游標(biāo)零刻度線為準(zhǔn)在尺身上讀取毫米整數(shù)，即以毫米為單位的整數(shù)部分。然后看游標(biāo)上第幾條刻度線與尺身的刻度線對齊，如第6條刻度線與尺身刻度線對齊，則小數(shù)部分即為0．6毫米（若沒有正好對齊的線，則取最接近對齊的線進(jìn)行讀數(shù)）。如有零誤差，則一律用上述結(jié)果減去零誤差（零誤差為負(fù)，相當(dāng)于加上相同大小的零誤差），讀數(shù)結(jié)果為：L＝整數(shù)部分＋小數(shù)部分－零誤差2.螺旋測微計螺旋測微計也叫千分尺，是一種比游標(biāo)卡尺更精密的量具。較為常見的一種如圖(1-4)所示，分度值是0.01mm，量程為0～25mm。其構(gòu)造主要分為兩部分。一部分是曲柄和固定套筒互相牢固地連在一起；另一部分是微分筒和測微螺桿牢固的連在一起。因為在固定套筒里刻有陰螺紋，測微螺桿的外面刻有陽螺旋，所以后一組可以相對前一組轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動時測微螺桿就向左或右移動，曲柄附在測砧和固定套筒上。微分筒后端附有測力裝置（保護(hù)棘輪）。當(dāng)鎖緊手柄鎖緊后，固定套筒和微分筒的位置就固定不變。固定套筒上刻有一條橫線，其下側(cè)是一個有毫米刻度的直尺，即主尺；它的任一刻線與其上側(cè)相鄰線的間距是0.5毫米。在微分筒的一端側(cè)面上刻有50等分的刻度，稱為副尺。測微螺桿的螺距0.5毫米，即微分筒旋轉(zhuǎn)一周，測微螺桿就前進(jìn)或后退0.5毫米，因此微分筒每轉(zhuǎn)一個刻度，測微螺桿就前進(jìn)或者后退0.01毫米，這個數(shù)值就是螺旋測微計的精密度。[實驗時數(shù)]2學(xué)時[實驗要求]1．有游標(biāo)卡尺測量金屬圓筒的體積。2．用螺旋測微計測量金屬小球的體積。思考題1．游標(biāo)尺精密度如何計算？用游標(biāo)卡尺進(jìn)行測量時，如何讀數(shù)？2．校正零點是要減小何種誤差？[實驗名稱二]液體表面張力系數(shù)的測定[項目性質(zhì)]驗證性實驗[實驗?zāi)康腯1．觀察毛細(xì)現(xiàn)象，學(xué)會用毛細(xì)管測定液體的表面張力系數(shù)。2．了解讀書顯微鏡的結(jié)構(gòu)，掌握其使用方法。[實驗原理]液體潤濕毛細(xì)管液面上升；不潤濕毛細(xì)管液面下降。[實驗時數(shù)]2學(xué)時[實驗要求]1．測量毛細(xì)管內(nèi)液面的上升高度。2．用讀數(shù)顯微鏡測量毛細(xì)管的半徑。思考題1．引起實驗結(jié)果誤差的因素有哪些？[實驗名稱三]液體粘度的測量[項目性質(zhì)]驗證性實驗[實驗?zāi)康腯1．學(xué)會用比較法測定液體的粘度。2．加深對泊肅葉定律的理解。[實驗原理]一切實際液體都具有一定“粘滯性，當(dāng)液體流動時，由于粘滯性的存在不同的液層有不同的流速流速大的一層對流速小的一層施以拉力，流速小的一層對流速大的一層施以阻力，因而各層之間就有內(nèi)磨擦力的產(chǎn)生，實驗表明，內(nèi)磨擦力的大小與相鄰兩層的接觸面S及速度梯度dv/dy成正比，即··式中的比例系數(shù)叫做粘滯系數(shù)，又叫內(nèi)磨擦系數(shù)。不同的液體具有不同的粘滯系數(shù)。一般情況下，液體的值隨溫度的升高而減少。在國際單位制中，的單位為帕·秒（Pa·s）。當(dāng)粘滯液體在細(xì)管中作穩(wěn)恒流動時若管的半徑R，管長為L，細(xì)管兩端的壓強(qiáng)差為1，液體的粘滯系數(shù)為則在時t1內(nèi)液體流經(jīng)細(xì)管的體積V可依泊肅葉公式求出。同理，對于同一細(xì)管，若換用另一種粘滯系數(shù)為的液體，并假設(shè)這時細(xì)管兩端的壓強(qiáng)差為P2，體積仍為V的液體流經(jīng)細(xì)管所需時間為t2，則有求解公式。[實驗時數(shù)]2學(xué)時[實驗要求]1．先用蒸餾水將粘度計洗干凈。2．將蒸餾水注入粘度計測量下落時間。3．倒出蒸餾水，用少量酒精沖洗。注入酒精重新測量下落時間。4．利用公式求解。思考題1．為什么要將粘度計中的液體洗凈后才可以倒入另一種液體？2．壓強(qiáng)差之比為何等于密度之比？[實驗名稱四]萬用表的使用[項目性質(zhì)]驗證性實驗[實驗?zāi)康腯1．學(xué)習(xí)萬用表的結(jié)構(gòu)原理。2．掌握萬用表的使用方法。[實驗原理]萬用表由表頭、測量電路及轉(zhuǎn)換開關(guān)等三個主要部分組成。1.表頭它是一只高靈敏度的磁電式直流電流表，萬用表的主要性能指標(biāo)基本上取決于表頭的性能。表頭的靈敏度是指表頭指針滿刻度偏轉(zhuǎn)時流過表頭的直流電流值，這個值越小，表頭的靈敏度愈高。測電壓時的內(nèi)阻越大，其性能就越好。表頭上有四條刻度線，它們的功能如下：第一條（從上到下）標(biāo)有R或Ω，指示的是電阻值，轉(zhuǎn)換開關(guān)在歐姆擋時，即讀此條刻度線。第二條標(biāo)有∽和VA，指示的是交、直流電壓和直流電流值，當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)在交、直流電壓或直流電流擋，量程在除交流10V以外的其它位置時，即讀此條刻度線。第三條標(biāo)有10V，指示的是10V的交流電壓值，當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)在交、直流電壓擋，量程在交流10V時，即讀此條刻度線。2.測量線路測量線路是用來把各種被測量轉(zhuǎn)換到適合表頭測量的微小直流電流的電路，它由電阻、半導(dǎo)體元件及電池組成。它能將各種不同的被測量（如電流、電壓、電阻等）、不同的量程，經(jīng)過一系列的處理（如整流、分流、分壓等）統(tǒng)一變成一定量限的微小直流電流送入表頭進(jìn)行測量。3.轉(zhuǎn)換開關(guān)其作用是用來選擇各種不同的測量線路，以滿足不同種類和不同量程的測量要求。轉(zhuǎn)換開關(guān)一般有兩個，分別標(biāo)有不同的檔位和量程。[實驗時數(shù)]2學(xué)時[實驗要求]1．用萬用表的歐姆檔測電阻阻值。2．在電路中測量電阻阻值。3．以電流為橫坐標(biāo)，電壓為縱坐標(biāo)做出電壓與電流的關(guān)系曲線。思考題1．在測量電阻時，若用兩手分別捏住兩表筆的金屬部分，這樣做測量結(jié)果有無影響？2．用萬用表測量0.3mA的電流時，分別用1mA和10mA的量程測量時所得的結(jié)果是否相同？哪個準(zhǔn)確？為什么？[實驗名稱五]示波器的使用[項目性質(zhì)]驗證性實驗[實驗?zāi)康腯1．了解示波器的構(gòu)造和示波原理。2．學(xué)習(xí)示波器的使用方法及其應(yīng)用。[實驗原理]利用顯示在示波器上的波形幅度的相對大小來反映加在示波器Y偏轉(zhuǎn)極板上的電壓最大值的相對大小，從而反映出電磁感應(yīng)中所產(chǎn)生的交變電動勢的最大值的大小。因此借助示波器可以研究感應(yīng)電動勢與其產(chǎn)生條件的關(guān)系。[實驗時數(shù)]2學(xué)時[實驗要求]1．使用之前，注意使示波器面板上各旋鈕歸位。2．接通電源，打開開關(guān)，指示燈亮，預(yù)熱2分鐘。3．將示波器實驗信號接至Y軸輸入，加以調(diào)節(jié)。4．實驗完畢，關(guān)閉電源，各旋鈕回復(fù)到初始位置。思考題1．如果示波器是良好的，但熒光屏上看不到亮線，是哪些旋鈕位置不當(dāng)造成的？2．如果示波器熒光屏上的正弦波形，不斷向右跑，鋸齒波頻率偏高還是偏低？[實驗名稱六]電偶極子電場的測繪及心電圖模擬[項目性質(zhì)]驗證性實驗[實驗?zāi)康腯1．通過對電偶極子電場的電力線及等勢線的測繪，了解在電偶極子電場中電力線及等勢線的分布。2．測繪模擬心電向量電勢的變化，了解心電圖形成的基本原理。[實驗原理]在導(dǎo)電紙上引入兩個圓電極，通過穩(wěn)恒電流形成平面電偶極子電場。在電場中電勢相等的點組成等勢線，通過電偶極子中心的等勢線是一條垂直線，它將電偶極子電場分成正電勢區(qū)和負(fù)電勢區(qū)。在電場中等勢線上任意兩點間不存在電勢差，電場強(qiáng)度E與等勢線垂直，因而其在等勢線上分量為零。當(dāng)L為一個固定長度時，只有在垂直于等勢線方向上的電勢差才有最大值，該方向即為電場強(qiáng)度E的方向。電場中由某一點開始，與以等長L所測得的電勢差最大點的連線即是經(jīng)過該點的一條電力線。[實驗時數(shù)]2學(xué)時[實驗要求]1．電力線的測繪。2．等勢線的測繪。3．心電圖模擬。思考題1．觀察心電圖模擬時，示波器為什么選用較低的頻率檔？[實驗名稱七]霍爾效應(yīng)及其應(yīng)用[項目性質(zhì)]驗證性實驗[實驗?zāi)康腯1．掌握霍爾效應(yīng)原理。2．學(xué)習(xí)用“對稱測量法”消除副效應(yīng)的影響，測量試樣的霍爾系數(shù)。3．確定試樣的導(dǎo)電類型、計算試樣的載流子濃度。[實驗原理]若將通有電流的導(dǎo)體置于磁場B之中，磁場B（沿z軸）垂直于電流IH（沿x軸）的方向，則在導(dǎo)體中垂直于B和IH的方向上出現(xiàn)一個橫向電位差UH，這個現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。這一效應(yīng)對金屬來說并不顯著，但對半導(dǎo)體非常顯著。霍爾效應(yīng)可以測定載流子濃度及載流子遷移率等重要參數(shù)，以及判斷材料的導(dǎo)電類型，是研究半導(dǎo)體材料的重要手段。還可以用霍爾效應(yīng)測量直流或交流電路中的電流強(qiáng)度和功率以及把直流電流轉(zhuǎn)成交流電流并對它進(jìn)行調(diào)制、放大。用霍爾效應(yīng)制作的傳感器廣泛用于磁場、位置、位移、轉(zhuǎn)速的測量。[實驗時數(shù)]2學(xué)時[實驗要求]1．測量霍爾系數(shù)。2．確定試樣的導(dǎo)電類型，計算試樣中的載流子濃度。思考題1．為了得到較明顯的實驗結(jié)果，用半導(dǎo)體材料還是導(dǎo)體材料比較好？[實驗名稱八]人耳聽閾曲線的測量[項目性質(zhì)]驗證性實驗[實驗?zāi)康腯1.掌握聲學(xué)中聲強(qiáng)、聲強(qiáng)級、響度級和聽閾曲線等物理概念。2.熟悉人耳聽覺聽閾測量實驗儀的使用方法，測定人耳的聽閾曲線。[實驗原理]頻率范圍在的機(jī)械波可以引起人耳的聽覺，稱為聲波。描述聲波能量的大小常用聲強(qiáng)和聲強(qiáng)級兩個物理量。聲強(qiáng)是單位時間內(nèi)通過垂直于聲波傳播方向單位面積的聲波能量，用表示；聲強(qiáng)級是采用對數(shù)標(biāo)度來量度聲強(qiáng)在主觀感覺的大小，用表示。兩者的關(guān)系為：聲強(qiáng)級相同但頻率不同的聲波，它們的響度可以差別很大，為了區(qū)分各種不同聲音響度的大小，把不同的響度分成若干個等級，稱為響度級，即選取頻率為聲音純音的響度級與它的聲強(qiáng)級相等（注意單位不相同），并把其響度級作為基準(zhǔn)聲音，把頻率不同、響度級相同的各對應(yīng)點連成的曲線稱為等響曲線。能引起聽覺的最小聲強(qiáng)稱為聽閾，對不同頻率的聲波聽閾不同，聽閾與不同頻率的關(guān)系曲線稱為聽閾曲線，聽閾曲線即為響度級為0方的等響曲線。當(dāng)聲強(qiáng)超過某一最大值時，聲音在人耳中會引起痛覺，這個最大聲強(qiáng)稱為痛閾，對于不同頻率的聲波痛閾也不同，痛閾與不同頻率的關(guān)系曲線稱為痛閾曲線，痛閾曲線即為響度級為120方的等響曲線。引起人耳聽覺的聲音是由聽閾曲線和痛閾曲線、和之間的范圍稱為聽覺區(qū)域。在臨床上常用聽力計測定患者對各種頻率聲音的聽閾值，與正常人在相應(yīng)頻率時的聽閾值進(jìn)行比較，借以診斷患者的聽力是否正常。本實驗利用聽覺聽閾測量實驗儀來測定人耳的聽閾曲線。[實驗時數(shù)]2學(xué)時[實驗要求]1.熟悉實驗儀面板上的各鍵功能及使用方法。2.測試者按照耳機(jī)上左右的標(biāo)記戴上耳機(jī)，然后背向主試人和儀器（或各人自行測試）。3.測定人耳聽閾值4.聽閾曲線的繪制5.關(guān)閉電源開關(guān)，整理實驗儀器。思考題1.為什么用和的平均值計算值？2.如何用測聽閾曲線的方法測等響曲線？[實驗名稱九]分光計的調(diào)節(jié)和使用[項目性質(zhì)]驗證性實驗[實驗?zāi)康腯1．了解分光計的構(gòu)造及各組成部分的作用。2．掌握分光計的調(diào)節(jié)方法和使用方法。[實驗原理]分光計結(jié)構(gòu)及用途介紹A．儀器結(jié)構(gòu)底座：分光計的基座；望遠(yuǎn)鏡：接收平行光管的平行光，并在分劃板上成像。載物臺：放置被測量物（臺下由三個螺絲控制臺面）。平行光管：產(chǎn)生平行光。讀數(shù)盤：分為內(nèi)外盤，外盤有0~360的圓刻度，分度值為0.5。內(nèi)盤為游標(biāo)盤，上面有相隔180的兩個角游標(biāo)，分度值為1。讀數(shù)方法與游標(biāo)卡尺的相似。讀數(shù)時，望遠(yuǎn)鏡的方位確定，兩游標(biāo)要同時讀數(shù)（為了消除刻度盤中心與儀器轉(zhuǎn)軸之間的偏心差）。B．用途分光計是一種測量角度的儀器，利用它能精確地測量入射光線與出射光線的角度，通過測量的角度可計算出折射率、光柵常量、譜線波長等。攝譜儀、單色儀等精密光學(xué)儀器也是在分光計的基礎(chǔ)上發(fā)展而成的。[實驗時數(shù)]2學(xué)時[實驗要求]1．測量三菱鏡的頂角。2．測三菱鏡的最小偏向角。思考題1．為什么要用單色光源測量最小偏向角？2．本試驗中，轉(zhuǎn)動平臺到某一位置時，從望遠(yuǎn)鏡中可觀察到經(jīng)三菱鏡的出射光線會按原路折回，試問此時的偏向角是否為最小偏向角？為什么？[實驗名稱十]設(shè)計型實驗電流計的改裝[項目性質(zhì)]驗證性實驗[實驗?zāi)康腯1．學(xué)會用實驗的方法測定電流計的內(nèi)阻。2．通過對給定的電流計擴(kuò)展其電流和電壓的量程，掌握電流計擴(kuò)大量程的方法。3．培養(yǎng)學(xué)生獨立設(shè)計實驗的能力。[實驗原理]電壓表=表頭+串聯(lián)的分壓電阻電流表=表頭+并聯(lián)的分流電阻[實驗時數(shù)]2學(xué)時[實驗要求]1．測定電流計的內(nèi)阻。2．設(shè)計制作量程為5.00mA和50.0mA的兩量程電流表。3．設(shè)計制作量程為5.00V和10.0V的兩量程電壓表。思考題1．電流計擴(kuò)大量程的方法和條件是什么？2．可否縮小電流計的量程？3.如何校準(zhǔn)刻度？[實驗名稱十一]電子束的聚焦與偏轉(zhuǎn)實驗[項目性質(zhì)]綜合性實驗[實驗?zāi)康腯1．了解電子束聚焦與偏轉(zhuǎn)的原理。2．觀察電子束在電場和磁場中的聚焦現(xiàn)象。3．學(xué)會測量電子束在電場和磁場中的偏轉(zhuǎn)位移。4．理解各種成像設(shè)備中顯像管的基本原理。[實驗原理]各種成像設(shè)備中的示波管、顯示器、電視顯像管以及攝像管等的外形和功用雖然各不相同，但它們都有一個共同點，即利用了電子束的聚焦和偏轉(zhuǎn)。電子束的聚焦與偏轉(zhuǎn)可以通過電場和磁場對電子的作用來實現(xiàn)。本實驗就是利用示波管研究電子束在電場和磁場中的運動規(guī)律。[實驗時數(shù)]2學(xué)時[實驗要求]1．觀察縱向電聚焦。2．測量電偏轉(zhuǎn)位移。3．測量磁偏轉(zhuǎn)位移。4．觀察縱向磁聚焦思考題1．如果在偏轉(zhuǎn)板上施加交流電壓，會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？2．除偏轉(zhuǎn)磁場外，如果在其中一對偏轉(zhuǎn)板上再加電壓，那么兩種偏轉(zhuǎn)將會互相抵消，為此應(yīng)該選用哪一對偏轉(zhuǎn)板？極性如何？假如已滿足凈偏轉(zhuǎn)為零的條件，然后增大加速電壓，將出現(xiàn)什么現(xiàn)象？[實驗名稱十二]光電效應(yīng)及普朗克常數(shù)的測定[項目性質(zhì)]驗證性實驗[實驗?zāi)康腯1．加深對光電效應(yīng)和光的量子性的理解。2．學(xué)習(xí)驗證愛因斯坦光電效應(yīng)方程的實驗方法，并測定普朗克常數(shù)。[實驗原理]在光的照射下，從金屬表面釋放電子的現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。光電效應(yīng)的基本規(guī)律可歸納為：光電流與光強(qiáng)成正比；入射光頻率低于某一臨界值時，不論光的強(qiáng)度如何，都沒有光電子產(chǎn)生，稱為截止頻率；光電子的動能與光強(qiáng)無關(guān)，與入射光頻率成正比。愛因斯坦突破了光的能量連續(xù)分布的觀念，他認(rèn)為光是以能量的光量子的形式一份一份向外輻射。光電效應(yīng)中，具有能量的一個光子作用于金屬中的一個自由電子，光子能量或者被完全電子吸收，或者完全不吸收。電子吸收光子能量后，一部分用于逸出功，剩余部分成為逸出電子的最大動能為[實驗時數(shù)]2學(xué)時[實驗要求]1.測定光電管的電流電壓特征曲線、測定截止電壓。2.求普朗克常數(shù)和實驗誤差。思考題1.實驗時能否將干涉濾光片插到光源的光闌口上？為什么？2.從截止電壓Uc與入射光頻率的關(guān)系曲線,你能確定陰極材料的逸出功嗎？3.測定普朗克常數(shù)的實驗中有哪些誤差來源？實驗中如何減少誤差？[實驗名稱十三]超聲聲速與聲阻抗的測定[項目性質(zhì)]驗證性實驗[實驗?zāi)康腯1.了解超聲波的產(chǎn)生及駐波的形成原理。2.用駐波法測定超聲波的聲速。3.測定空氣的聲阻抗。4.觀察相互垂直諧振動合成的李薩如圖形。[實驗原理]1．駐波的形成及測定超聲波的聲速機(jī)械振動在彈性介質(zhì)中的傳播形成機(jī)械波。波在介質(zhì)中的傳播速度c完全由介質(zhì)的物理性質(zhì)所決定。它和波長λ及振源的頻率ν有如下關(guān)系：c=λν本實驗是采用駐波法測量聲波在空氣中的傳播速度。某頻率的一維行波在介質(zhì)中沿一直線傳播時，若遇到障礙物（假設(shè)全反射），就在其界面處以相同的頻率、振幅，沿同一直線反射回去，從而形成兩個相向傳播的相干波的疊加，介質(zhì)中有些質(zhì)點（兩波位相相同的點）因為兩個聲波的疊加而使振動加強(qiáng)，其振幅是兩列波的振幅之和，這些點稱為波腹；而另一些質(zhì)點（兩波位相相反的點）則因聲波的疊加而使振動減弱，合振幅為零，這些點稱為波節(jié)。因此在介質(zhì)中形成一個強(qiáng)弱穩(wěn)定分布的聲場，這種特殊的干涉現(xiàn)象形成了駐波。相鄰兩波節(jié)或兩波腹間的距離為半個波長。駐波的特點是在駐波區(qū)域沒有能量的傳播，只有質(zhì)點的振動。波在發(fā)生反射的界面處形成波節(jié)還是波腹，決定于兩種介質(zhì)的聲阻。如果波的反射是從較密的介質(zhì)反射回到較疏的介質(zhì)時，則在反射處形成波節(jié)，反之形成波腹。[實驗時數(shù)]2學(xué)時[實驗要求]1.連接實驗儀器。2.調(diào)整系統(tǒng)固定卡環(huán)上的緊定螺絲，使系統(tǒng)的平面端面與卡尺游標(biāo)滑動方向垂直。3.接通儀器電源，使儀器預(yù)熱15min左右，并將儀器的旋鈕旋至適當(dāng)位置。4.極緩慢地調(diào)節(jié)游標(biāo)尺的附尺，使系統(tǒng)B緩慢地離開系統(tǒng)A，同時仔細(xì)觀察毫伏表上的指示，每當(dāng)出現(xiàn)一個最大的指示數(shù)時，從游標(biāo)尺上讀出兩系統(tǒng)間的距離，作好記錄。5.記錄室溫。6.用屏蔽導(dǎo)線將系統(tǒng)A（同時連著高頻信號源的輸出端）和系統(tǒng)B的輸出接線柱分別與示波器x軸和y軸輸入端相連接。接通示波器電源，調(diào)節(jié)X、Y軸衰減和增益旋鈕，使示波器熒光屏上顯示兩個相互垂直的諧振動合成的李薩如圖形。思考題1.在本實驗裝置中駐波是怎樣形成的？2.為什么在測L時不測量波腹間的距離，而要測量波節(jié)間的距離？3.為什么在測量L時系統(tǒng)A、B兩端面要始終保持嚴(yán)格平行？4.當(dāng)兩換能系統(tǒng)端面間的距離較遠(yuǎn)，接收信號又較弱，這時如果毫伏表的量程太大，不便于觀察，應(yīng)當(dāng)如何處理？[實驗名稱十四]周期電信號的傅里葉分析[項目性質(zhì)]驗證性實驗[實驗?zāi)康腯1.了解常用周期信號的傅里葉級數(shù)表示方法。2.了解信號頻譜的含義，掌握用帶通濾波器選頻電路對周期電信號進(jìn)行傅里葉分析和合成。3.掌握用諧波點源獲取一個非正弦周期信號的方法。[實驗原理]一個非正弦周期函數(shù)可以用一系列頻率成整數(shù)倍的正弦函數(shù)來表示，其中與非正弦具有相同頻率的成分稱為基頻或一次諧波，其他成分則根據(jù)其頻率為基頻頻率的2、3、4、…n等倍數(shù)分別稱二次、三次、四次、…n次諧波，其幅度將隨諧波次數(shù)的增加而減少，直到無窮小。由波的合成與分解可知，不同頻率的諧波可以合成一個非正弦周期波，反過來，一個非正弦周期波也可以分解成無限個不同頻率的諧波成分。[實驗時數(shù)]2學(xué)時[實驗要求]1.用帶通濾波器選頻電路對周期電信號進(jìn)行傅里葉分解。2.方波的合成。3.三角波的合成。思考題1.周期新信號的頻譜特性是什么？2.各次諧波輸出幅度的改變，對合成信號有何影響？3.各次諧波相位的改變，對合成信號有何影響？4.與理論波形作比較，分析合成的波形與實際的波形相比會有哪些失真，試述減小失真的途徑？[實驗名稱十五]溫度傳感器的特性及人體溫度測量實驗[項目性質(zhì)]綜合性實驗[實驗?zāi)康腯1.熟悉幾種常見溫度傳感器的工作特性。2.掌握用恒壓源電流法測量負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻與溫度的關(guān)系及PN結(jié)溫度傳感器正向電壓與溫度的關(guān)系。3.了解數(shù)字式電子溫度表對人體部分部位的溫度測量及人體各部位的溫差。[實驗原理]1.NTC型熱敏電阻恒壓源電流法測量熱電阻，電源采用恒壓源，Rt為熱電阻，為Rt上的電壓，當(dāng)電路電壓恒定、溫度恒定時則一定，電路的電流則為，只要測出熱電阻兩端電壓，即可知道被測熱電阻的阻值。當(dāng)電路電流為，溫度為T時熱電阻Rt為：2.PN結(jié)溫度傳感器PN結(jié)溫度傳感器是利用半導(dǎo)體PN結(jié)的正向結(jié)電壓對溫度進(jìn)行測量，實驗證明電流一定，PN結(jié)的正向電壓與溫度之間具有線性關(guān)系。通常將硅三極管b、c極短路，用b、e極之間的PN結(jié)作為溫度傳感器測量溫度。硅三極管基極和發(fā)射極間正向?qū)妷阂话慵s為600mV（25℃），且與溫度成反比。線性良好，溫度系數(shù)約為-2.3mV/℃,測溫精度較高，測溫范圍可達(dá)-50~150℃。PN結(jié)組成二極管的電流I和電壓U滿足下面關(guān)系式在常溫條件下，且時，上式可近似為[實驗時數(shù)]2學(xué)時[實驗要求]1.測量NTC型熱敏電阻，電阻-溫度特性曲線并制作數(shù)字式人體溫度計。按面板指示相應(yīng)顏色插接線與插座的接線，連接恒壓源、熱敏電阻等。計算該溫度時熱敏電阻的阻值，從而得到NTC熱敏電阻一系列溫度時的電阻值。2.PN結(jié)溫度傳感器溫度特性的測量及應(yīng)用。將控溫傳感器Pt100鉑電阻插入干井式恒溫加熱爐中心井，PN結(jié)溫度傳感器插入干井式恒溫加熱爐另一個井內(nèi)。制作電子溫度計。思考題1.本實驗所用兩種溫度傳感器各有什么優(yōu)缺點？2.除了本實驗提到的溫度傳感器以外，你還了解哪些溫度傳感器？它們的工作原理是什么？[實驗名稱十六]壓力傳感器的特性及人體心律與血壓的測量[項目性質(zhì)]綜合性實驗[實驗?zāi)康腯1.掌握利用氣體壓力傳感器、放大器和數(shù)字電壓表組裝成數(shù)字式壓力表的原理和方法。2.掌握利用標(biāo)準(zhǔn)指針式壓力表對數(shù)字式壓力表進(jìn)行定標(biāo)的原理和方法。3.了解人體心律、血壓的測量原理。[實驗原理]壓力（壓強(qiáng)）是一種非電量的物理量，它可以用指針式氣體壓力表來測量，也可以用壓力傳感器把壓強(qiáng)轉(zhuǎn)換成電壓，用數(shù)字電壓表來測量和監(jiān)控。壓力傳感器是一種用壓阻原件組成的橋，理想氣體的狀態(tài)可用體積、壓強(qiáng)、溫度來確定。在通常大氣環(huán)境條件下，氣體可視為理想氣體（氣體壓強(qiáng)不大），理想氣體遵守以下定律。玻意爾（Boyle）定律：對于一定量的氣體，假定氣體的溫度保持不變，則其壓強(qiáng)和體積的乘積是一常數(shù)。即氣體定律：在任何一定量氣體的壓強(qiáng)和體積的乘積除以自身的熱力學(xué)溫度為一個常數(shù)，即[實驗時數(shù)]2學(xué)時[實驗要求]1.實驗前準(zhǔn)備工作，接通電源，打開儀器電源開關(guān)，指示燈亮，預(yù)熱5分鐘。2.氣體壓力傳感器的特性測量3.數(shù)字式壓力表的組裝及定標(biāo)4.心律的測量5.血壓的測量思考題1.定標(biāo)的物理意義何在？2.用標(biāo)準(zhǔn)指針式壓力表校準(zhǔn)組裝的數(shù)字式壓力表時，其讀數(shù)偏大還是偏?。渴鞘裁匆蛩貙?dǎo)致這種情況？[實驗名稱十七]A型超聲診斷儀的原理及使用[項目性質(zhì)]應(yīng)用性實驗[實驗?zāi)康腯1.了解超聲波產(chǎn)生和發(fā)射的機(jī)理。2.用A型超聲實驗儀測量水中聲速或測量水層厚度。3.用A型超聲實驗儀測量固體厚度及超聲無損探傷。[實驗原理]超聲波是指頻率高于20的彈性機(jī)械波。產(chǎn)生超聲波最普遍的方法是壓電法。如果對具有壓電效應(yīng)的材料施加交變電壓，那么它在交變電場的作用下將發(fā)生交替的壓縮和拉伸形變，由此而產(chǎn)生了振動，并且振動的頻率與所施加的交變電壓的頻率相同，若所施加的電頻率在超聲波頻率范圍內(nèi)，則所產(chǎn)生的振動是超聲頻的振動，這種振動在彈性介質(zhì)中傳播即為超聲波，如果將超聲能轉(zhuǎn)變成電能，這樣就可實現(xiàn)超聲波的接收。如果介質(zhì)的聲阻抗相差很大，比如說聲波從固體傳至固/氣或從液體傳至液/氣界面時將產(chǎn)生全反射。因此可以認(rèn)為聲波難以從固體或液體中進(jìn)入氣體。利用超聲波測量媒質(zhì)厚度或異物深度(探傷)時，通常是將超聲波所經(jīng)媒質(zhì)界面的回波通過探頭轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的電脈沖信號并顯示在示波器熒光屏上，根據(jù)兩回波出現(xiàn)的時間間隔及介質(zhì)的速度，計算出所對應(yīng)的介質(zhì)厚度。若測出介質(zhì)厚度，在示波器熒光屏上讀出與介質(zhì)厚度對應(yīng)的兩回波脈沖的間隔時間，也可以算出速度，醫(yī)學(xué)上就是利用超聲波在人體內(nèi)遇到不同密度的組織界面時，部分能量將被反射回來，形成回波，根據(jù)回波出現(xiàn)的時間間隔得知不同組織間的距離。[實驗時數(shù)]2學(xué)時[實驗要求]1.準(zhǔn)備工作。2.打開機(jī)箱電源，按“選擇”鍵選擇合適的工作狀態(tài)。3.將金屬擋板放在水箱中的不同位置，測出每個位置下超聲波的傳播時間，可每隔5cm測一個點，將結(jié)果作的線性擬合，根據(jù)擬合系數(shù)求出水中的聲速，與理論值比較。4.測定樣品架上不同材料，不同高度的樣品中超聲波傳播的速度（選做）。5.超聲探傷（選做）。【思考題】1.簡述A型超聲波診斷儀的基本原理。[實驗名稱十八]幾何光學(xué)設(shè)計性實驗——自組望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡[項目性質(zhì)]應(yīng)用性實驗[實驗?zāi)康腯1．掌握透鏡的成像規(guī)律。2．了解望遠(yuǎn)鏡及顯微鏡的工作原理。3．設(shè)計組裝望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡。4．學(xué)會用望遠(yuǎn)鏡測量透鏡焦距。[實驗原理]顯微鏡是觀察微小物體的光學(xué)儀器。物鏡的焦距非常短，目鏡的焦距大于物鏡的焦距，但也不超過幾個厘米。分劃板（像屏）與物鏡之間的距離為。物屏放在物鏡焦點外一點，調(diào)節(jié)與之間的距離，使其通過物鏡成一放大、倒立的實像于分劃板處。然后通過目鏡觀察像，先調(diào)節(jié)目鏡與分劃板之間的距離，以使人眼看清分劃板，然后當(dāng)看清時，也同時看清了分劃板。而目鏡起到了一個放大鏡的作用，又將成一放大、倒立的虛像（分劃板也同時成放大的虛像，并與重合）。則人眼觀察的微小物體被大大地放大成了。無窮遠(yuǎn)處的物屏上的一點（圖中未畫出）發(fā)出的光（平行光）經(jīng)物鏡成實像于的焦平面處（處于目鏡的焦點內(nèi)），分劃板也處于的焦平面處，則與分劃板重合。如物不處于無窮遠(yuǎn)處，則與位于之外。人眼通過目鏡看的過程與顯微鏡的觀察過程相同。由此可見，人眼通過望遠(yuǎn)鏡觀察物體，相當(dāng)于將遠(yuǎn)處的物體拉到了近處觀察，實質(zhì)上起到了視角放大的作用。[實驗時數(shù)]2學(xué)時[實驗要求]1．自組一臺聚焦于無窮遠(yuǎn)處的望遠(yuǎn)鏡2．用自組的聚焦于無窮遠(yuǎn)處的望遠(yuǎn)鏡測量另一凸透鏡的焦距3．用自組的聚焦于無窮遠(yuǎn)的望遠(yuǎn)鏡測量凹透鏡焦距4．自組顯微鏡思考題1.顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡的成像原理是什么？2.顯微鏡的放大率如何計算？[實驗名稱十九]激光全息實驗[項目性質(zhì)]應(yīng)用性實驗[實驗?zāi)康腯1．了解全息照相的基本原理，熟悉制作全息圖的基本條件。2．學(xué)習(xí)全息照相的實驗技術(shù)，了解全息照相的基本特性，拍攝合格的全息圖。3．掌握全息照相的記錄和再現(xiàn)技術(shù)。[實驗原理]1．全息照相技術(shù)全息照相不僅記錄了物體發(fā)出或反射的光波的振幅信息，而且把光波的相位信息也記錄下來，所以全息照相技術(shù)所記錄的并不是普通幾何光學(xué)方法形成的物體像，而是物體光波的本身。它記錄了光波的全部信息，并且在一定條件下，能將所記錄的全部信息完全再現(xiàn)出來，因而再現(xiàn)的像是一個逼真的三維立體像。2．全息照相的基本過程——記錄和再現(xiàn)（1）激光再現(xiàn)全息照相（面全息），全息照相的記錄——光的干涉，全息照相的再現(xiàn)——光的衍射。（2）白光再現(xiàn)全息照相（體全息）用于白光再現(xiàn)的全息圖常稱為反射全息圖。因為它的光路非常簡單、容易制作，并且可用白光進(jìn)行再現(xiàn)，所以特別具有吸引力。反射全息圖實際上是一個三維全息圖，在兩束相干光重疊的區(qū)域，都將發(fā)生干涉現(xiàn)象，形成的條紋平行于兩束光的夾角的角平分線。也就是說，在三維空間內(nèi)產(chǎn)生干涉條紋如果將具有很厚感光層的全息干板置于干涉區(qū)域（其厚度比干涉區(qū)域內(nèi)干涉條紋的間距還大很多），就能在感光層中形成銀粒的密度分布，它對應(yīng)于三維的干涉條紋。這種記錄了三維干涉條紋的全息干板，即稱為三維全息照片或者體全息照片。[實驗時數(shù)]2學(xué)時[實驗要求]體全息（白光再現(xiàn)全息〕照片的拍攝（1）配制藥水(異丙醇水溶液，濃度40％、60％、80％、100％各一份)，然后分別置于4只器皿中，盡量做好標(biāo)記，以防止沖洗干板時搞錯。（2）在避免紅色光直射的環(huán)境中，裁切尺寸大小為50×40mm左右的干板，并遮紅光包裝。（3）光路調(diào)整和拍攝(按圖26-5布置光路進(jìn)行拍攝)．要求使光路中各光學(xué)元件的光學(xué)中心共鈾。(4）白光再現(xiàn)全息照片的顯影、定影處理：(5）全息再現(xiàn)：再現(xiàn)的虛像是由全息圖的反射光形成的。處理好的全息照片在白光照射下，按一定角度觀察，即可看到所拍攝的立體圖像。思考題1.全息照相與普通照相有哪些不同？全息圖的主要特點是什么？2.為什么反射全息圖可以用白光來再現(xiàn)？3.三維全息圖和平面全息圖的主要區(qū)別是什么？4.繪出拍攝全息圖的基本光路，說明拍攝時的技術(shù)要求。[實驗名稱二十]黑體輻射定律及發(fā)光體能量曲線的研究[項目性質(zhì)]綜合性實驗[實驗?zāi)康腯1．掌握黑體輻射的基本原理，利用溴鎢燈模擬驗證黑體輻射定律。2．利用黑體實驗裝置測量其它發(fā)光體的能量曲線。3．利用觀察窗觀察光柵的二級光譜、黑體的色溫。4．利用實驗裝置進(jìn)行創(chuàng)新實驗設(shè)計。[實驗原理]在任何溫度下物體都會向外發(fā)射出各種不同波長的電磁波，其輻射總能量隨波長的分布與該物體的溫度密切相關(guān)，這種現(xiàn)象就是熱輻射。物體輻射出的能量稱為輻射能。單位時間內(nèi)的輻射能量即為輻射功率。設(shè)在單位時間內(nèi)，從物體單位表面積所發(fā)射的波長在和范圍內(nèi)的輻射能為，則和之比稱為該物體的單色輻射出射度，簡稱單色輻出度，用表示。黑體是一種完全的溫度輻射體，它吸收全部的入射光輻射而一點也不反射。黑體輻射能量的效率最高，僅與溫度有關(guān)，它的發(fā)射率是1，任何其它物體的發(fā)射率都小于1。斯蒂芬根據(jù)實驗結(jié)果得出黑體的輻出度正比于其絕對溫度的四次方，即對于每一溫度，都有一最大值。與其對應(yīng)的波長用表示。隨著的升高，的值趨于減小，表明與成反比，即上式稱為維恩位移定律。它表明，當(dāng)黑體溫度升高時，其峰值波長減小，即向短波方向移動?？梢愿鶕?jù)維恩位移定律來測量遠(yuǎn)處高溫物體的表面溫度。[實驗時數(shù)]2學(xué)時[實驗要求]1．驗證黑體輻射定律2．測量其它發(fā)光體的能量曲線3.觀察窗的演示實驗。思考題1.黑體輻射規(guī)律有哪些？2.為什么用溴鎢燈模擬黑體？3.利用該實驗裝置還能開發(fā)哪些實驗內(nèi)容？[實驗名稱二十一]畢奧-薩伐爾定律的綜合實驗研究[項目性質(zhì)]綜合性實驗[實驗?zāi)康腯1.測定直導(dǎo)體和圓形導(dǎo)體環(huán)路激發(fā)的磁感應(yīng)強(qiáng)度與導(dǎo)體電流的關(guān)系2.測定直導(dǎo)體激發(fā)的磁感應(yīng)強(qiáng)度與距導(dǎo)體軸線距離的關(guān)系3.測定圓形導(dǎo)體環(huán)路導(dǎo)體激發(fā)的磁感應(yīng)強(qiáng)度與環(huán)路半徑以及距環(huán)路距離的關(guān)系。[實驗原理]根據(jù)畢奧-薩伐爾定律，導(dǎo)體所載電流強(qiáng)度為I時，在空間P點處，由導(dǎo)體電流元產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度dB的大小為的方向垂直于Id與所構(gòu)成的平面，且Id、和三者的方向滿足右手螺旋法則，即右手四指從電流元Id方向經(jīng)小于π的角轉(zhuǎn)向方向，則伸直拇指所指方向即為的方向。畢奧-薩伐爾定律的矢量表達(dá)式為計算總磁感應(yīng)強(qiáng)度意味著積分運算。只有當(dāng)導(dǎo)體具有確定的幾何形狀，才能得到相應(yīng)的解析解。例如：一根無限長導(dǎo)體，在距軸線的空間產(chǎn)生的磁場為半徑為R的圓形導(dǎo)體回路在沿圓環(huán)軸線距圓心x處產(chǎn)生的磁場為本實驗中，上述導(dǎo)體產(chǎn)生的磁場將分別利用軸向以及切向磁感應(yīng)強(qiáng)度探測器來測量。磁感應(yīng)強(qiáng)度探測器件非常薄，對于垂直其表面的磁場分量響應(yīng)非常靈敏。因此，不僅可以測量出磁場的大小，也可以測量其方向。對于直導(dǎo)體，實驗測定了磁感應(yīng)強(qiáng)度B與距離r之間的關(guān)系；對于圓形環(huán)導(dǎo)體，測定了磁感應(yīng)強(qiáng)度B與軸向坐標(biāo)x之間的關(guān)系。另外實驗還驗證了磁感應(yīng)強(qiáng)度B與電流強(qiáng)度I之間的關(guān)系。[實驗時數(shù)]2學(xué)時[實驗要求]1．直導(dǎo)體激發(fā)的磁場2．圓形導(dǎo)體環(huán)路激發(fā)的磁場思考題1．畢-薩定律的內(nèi)容是什么？2．實驗結(jié)果是否與畢-薩定律一致，如果有偏差，試分析產(chǎn)生的原因。[實驗名稱二十二]弗蘭克－赫茲實驗[項目性質(zhì)]綜合性實驗[實驗?zāi)康腯1．通過示波器觀察板極電流與加速電壓的關(guān)系曲線，了解電子與原子碰撞和能量交換的過程。2．通過主機(jī)的測量儀表記錄數(shù)據(jù)，作圖計算氬原子的第一激發(fā)電位。3．采用計算機(jī)接口，自動測量氬原子的激發(fā)電位，學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)采集和自動測量技術(shù)。[實驗原理]1.電子與原子的相互作用根據(jù)玻爾理論，原子只能較長久地停留在一些穩(wěn)定狀態(tài)（即定態(tài)），其中每一狀態(tài)對應(yīng)于一定的能量值，各定態(tài)的能量是分立的，原子只能吸收或輻射相當(dāng)于兩定態(tài)間能量差的能量。如果處于基態(tài)的原子要發(fā)生狀態(tài)改變，所具備的能量不能少于原子從基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)時所需要地能量。弗蘭克—赫茲實驗是通過具有一定能量的電子與原子碰撞，進(jìn)行能量交換而實現(xiàn)原子從基態(tài)到高能態(tài)的躍遷。電子與原子碰撞過程可以用以下方程表示：因為原子的內(nèi)能是不連續(xù)的，所以電子的動能小于原子的第一激發(fā)態(tài)電位時，原子與電子發(fā)生彈性碰撞；當(dāng)電子的動能大于原子的第一激發(fā)態(tài)電位時，電子的動能轉(zhuǎn)化為原子的內(nèi)能，為原子的第一激發(fā)電位。2.弗蘭克-赫茲實驗弗蘭克和赫茲為了研究氣體放電中的低能電子和原子間的相互作用，設(shè)計了電子與原子碰撞的實驗。實驗裝置是碰撞管中的電子由熱陰極K發(fā)射，經(jīng)K與柵極G之間的電場加速，電子由K射向G，柵極G與板極P之間則加