工作报告之北航物理实验报告.docx

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工作报告之北航物理实验报告

北航物理实验报告

【篇一：

北航物理实验研究性报告热学系列实验1021】

北航物理实验研究性报告

热学系列实验1021

目录

摘要..................................................................................................................................................4

一、实验目的...................................................................................................................................4

二、实验原理...................................................................................................................................4

实验1.测量冰的溶解热.........................................................................................................4

（1）一般概念.........................................................................................................................4

（2）装置简介.........................................................................................................................5

（3）实验原理.........................................................................................................................5

（4）牛顿冷却定律法.............................................................................................................6

实验2．电热法测量焦耳热功当量实验：

............................................................................9

（1）一般说明.........................................................................................................................9

（2）一元线性回归法散热修正...........................................................................................10

三、实验仪器.................................................................................................................................11

四、实验步骤.................................................................................................................................11

实验1．测量冰的熔解热实验：

..........................................................................................11

（1）记录有关常数.............................................................................................................12

（2）测定实验过程中系统温度随时间的变化.................................................................12

（3）数据处理.....................................................................................................................12

实验2．电热法测量焦耳热功当量实验：

..........................................................................13

（1）称量各种质量.............................................................................................................13

（2）测量时间—温度关系.................................................................................................13

（3）测量加热器的电功率.................................................................................................13

（4）数据处理.....................................................................................................................14

五、数据记录与处理.....................................................................................................................14

实验1．测量冰的熔解热实验：

..........................................................................................14

（1）相关常数.....................................................................................................................14

（2）数据列表.....................................................................................................................15

（3）坐标纸作图.................................................................................................................16

（4）计算冰的溶解热.........................................................................................................17

实验2．电热法测量焦耳热功当量实验：

..........................................................................17

（1）测量各种质量、电压.................................................................................................17

（2）数据列表.....................................................................................................................18

（3）数据处理.....................................................................................................................19

六、误差分析.................................................................................................................................19

实验1．测量冰的熔解热实验：

..........................................................................................19

实验2．电热法测量焦耳热功当量实验：

..........................................................................19

七、实验改进.................................................................................................................................20

八、收获与体会.............................................................................................................................20

九、参考资料.................................................................................................................................20

十、原始数据.................................................................................................................................21

图1量热器示意图.................................................................................................................5

图2系统散热修正.................................................................................................................7

图3另一种散热修正方法.....................................................................................................8

图4热功当量实验装置.........................................................................................................9

摘要

本次实验内容包括两个实验：

测量冰的溶解热和电热法测量焦耳热功当量。

利用两种散热修正方法减小误差，但数据处理过程较为繁琐。

本报告对实验误差做了详细分析，并给出改善建议。

关键词：

溶解热、散热修正、能量守恒

一、实验目的

1.熟悉热学实验中基本仪器的使用；

2.研究电热法中作功与传热的关系；

3.学习两种进行散热修正的方法——牛顿冷却定律法和一元线性回归法；4.了解热学实验中合理安排实验和选择参量的重要性；

5.熟悉热学实验中基本仪器的使用。

二、实验原理

实验1.测量冰的溶解热

（1）一般概念

（2）装置简介

为了使实验系统（包括待测系统与已知其热容的系统）成为一个孤立系统，本实验采用了量热器。

量热器的种类有很多，随测量的目的、要求、测量精度的不同而异，最简单

的一种如图1量热器示意图所示，它由良导

体做成的内筒放在一较大的外筒中组成。

通常在内筒中放水、温度计及搅拌器，它们（内筒、温度计、搅拌器及水）连同放进的待测

物体就构成了我们所考虑的（进行实验的）

系统，内筒、水、温度计和搅拌器的热容是可以计算出来或实测得到的，在此基础上，就可以用混合法进行量热实验了。

内筒置于一绝热架上，外筒用绝热盖盖

同时由于内筒的外

壁及外筒的内外壁都电镀的十分光亮，使得它们发射或吸收辐射热的本领变得很小，于是实验系统和环境之间因辐射而产生的热量传递也得以减小，这样的量热器就可以使实验系统粗略地接近于一个孤立系统了。

（3）实验原理

若有质量为m,温度为t1的冰（在实验室环境下其比热容为c1，熔点为t0），与质量为m，温度为t2的水（比热容为c0）混合，冰全部溶解为水后的平衡温度为t3，设量热器的内筒和搅拌器的质量分别为m1、m2，比热容分别为c1、c2，温度计的热容为m。

如果实验系统为孤立系统，将冰投入盛水的量热器中，则热平衡方程式为

【篇二：

北航物理实验研究性报告要求】

提交研究性报告通知

1．撰写方式

为了提高研究性报告的撰写质量，可以自行组织课题小组，任选一个实验，利用本组成员选做该实验的机会或利用预约开放实验进行研究性学习，最后以课题组为单位提交一份研究性报告，文章的排名自行确定。

报告成绩根据论文质量赋予第一和第二作者，自第三作者起依次递减1分。

每课题组最多不能超过5人，每人最多可参加两个课题组，其中1份（也只能有1份）为第一作者。

若两篇论文均不是第一作者，以成绩低者为准。

2．关于研究内容的建议

如何对实验进行研究性学习，可以有很多方法，比如改变实验条件，看其对实验结果会有怎样的影响，从而找到最佳实验条件；或者根据实验中观察到的某些特殊现象，对其进行分析解释；还可以对实验中某些误差来源做定量分析，等等。

若对某些实验有特殊要求，如对实验仪器的改进等，可能需要另做实验，则需提前向实验中心提出申请，再酌情予以安排。

如果出于研究性学习的需要不能按书上的要求进行实验，请向任课教师说明。

3．研究性报告内容

报告内容包括：

摘要（小于200字）、实验原理、实验仪器、主要步骤、数据记录与处理、讨论等。

书写格式可参照《大学物理》、《物理实验》等杂志要求，也可参考后附学生发表的论文实例。

讨论内容建议：

①对结果或误差来源的进一步分析（要求定量）；②对实验方法、实验内容或实验仪器的改进意见与建议；③实验中经验教训的总结；④实验后的感想、收获、体会、意见或建议；⑤对教学改革或任课教师的评价、意见和建议，等等。

4.关于报告中抄袭现象的处理办法

严禁抄袭研究性报告，后交报告中若发现相同内容,该部分不予计分；若整篇报告雷同，则后交报告按零分记。

交报告先后顺序以网上提交时间为准。

特别提醒：

从网上直接下载也属抄袭！

5．提交时间与提交方式

研究性报告由第一作者通过物理实验选课网提交，只提交电子版，不接收纸制版。

提交时间原则上不能超过第14周，若有特殊原因需要延期提交，需向实验中心提出书面申请，说明延期理由及延长的期限，获批后方可实行。

无故逾期不交按零分处理。

研究性报告只能提交doc、docx格式的文件，文档大小不能超过5mb。

研究性报告提交后，如需修改可重复提交，但提交顺序将按新时间重新排列，且原有记录（包括已给分数）将全部清空。

（友情提醒：

若在截止日期后再重复提交论文，将造成研究性报告成绩变为0分！

）如果第一作者要取消整篇论文，须到实3-414找系统管理员删除；如果其他作者要取消署名（例如：

想要提交第三篇论文，需取消前面某一篇的署名），直接找第一作者重新提交即可，当然该论文的记录也将同时被清空。

附：

学生发表的论文，《大学物理》2014（6）

激光双棱镜干涉实验的改进方法车蕾平，梁厚蕴，吴文会，熊畅

（北京航空航天大学物理科学与核能工程学院北京100191）

摘要：

本文提出了一种新的光路进行激光双棱镜干涉实验，作为经典激光双棱镜干涉实验的改进实验。

解决了经典激光双棱镜干

涉实验存在的观测视场小（这里的视场指的是眼睛能看到干涉条纹的观察范围）、观测不方便、不易演示等问题。

关键词：

激光干涉；新光路；改进方法

中图分类号：

043文献标识码：

a文章编号：

双棱镜干涉实验是大多数高校开设的重要的光学实验之一，该实验在物理思想、实验方法以及测量技巧上都具有很高的教学价值，是利用简单的实验器材通过对宏观量的观测测量微观量的典型实验之一。

但是在以往实验测量的过程中发现以下问题:

实验的干涉条纹和点光源的大、小像必须通过测微目镜测量,由于测微目镜的视场很小，这给实验现象的观察和测量带来了很大的不便；需要用眼睛直视测微目镜内的视场来测量虚光源缩小像的距离d2,虚光源放大像的距离d1和干涉条纹间距x,由于激光的高强度,很容易对眼睛造成伤害；现象的观测视场很小，使得教师的演示教学也存在很大的不方便。

这些问题存在的原因在于干涉条纹细小，必须借助测微目镜观察测量。

一些学者针对激光双棱镜干涉实验存在的观测视场小、易对眼睛造成伤害、演示不方便等问题也提出了一些改进方法。

例如撤掉测微目镜，在很远的地方放上接收屏观察现象和引进摄像机，将实验现象搬上屏幕[2]。

[1]

但是这些改进方法不能在学生实验室大力推广。

为此，本文提出一种新的激光双棱镜干涉实验的改进方法，不仅可以解决激光双棱镜干涉实验存在的观测视场小、易对眼睛造成伤害、演示不方便等问题，而且还可以在学生实验室大力推广，简便易行。

为了文章叙述方便，把目前的激光双棱镜干涉实验称为经典实验，本文提出的激光双棱镜干涉的改进实验称为改进实验。

1.新现象探讨

我们发现在经典实验中，当把扩束镜和双棱镜的位置调换后，在白屏上可以观察到清晰粗大的干涉条纹。

当白屏在光具座上移动时，我们在白屏上可以观察到双曲线干涉条纹和竖直干涉条纹，如图1所示。

若改变双棱镜和扩束镜之间的距离，白屏上的干涉条纹粗细和间距也发生变化。

此时在经典实验中的两个虚点光源，在改进实验中成为两个实点光源。

图1在白屏上观察到的干涉条纹（扩束镜f=6.7mm）

为了测量两实点光源的间距，我们置换扩束镜与双棱镜的位置后，再在光具座上（扩束镜后方）放上一个焦距为200mm的凸透镜对由扩束镜产生的两个实点光源成像，通过前后移动透镜的位置，在白屏上也可以分别直接观察到两个实点光源的大像和小像，如图2所示，通过分别测量大像与小像的间距，就可以推算出两实点光源的间距。

图2白屏上看到的两个实点光源的大像和小像

这些实验现象告诉我们，在激光双棱镜干涉实验中，把扩束镜和双棱镜的位置调换后也可以实现两个点光源的干涉，得到干涉条纹。

并且，调换扩束镜和双棱镜的位置后得到的干涉条纹比经典实验得到的干涉条纹更粗大更清晰，直接在白屏上即可观察。

这一实验现象为我们解决经典实验存在的观测视场小的问题指明了方向。

对实验现象进一步分析发现，当把扩束镜和双棱镜的位置调换后，得到一种新的干涉光路，如图3所示：

图3改进实验的光路图

激光束经过双棱镜后折射成两束和光轴夹角分别为u和-u的激光。

这两束激光分别经过扩束镜会聚后，在扩束镜的后焦面上会聚为两个实点光源s1和s2，两实点光源在空间继续传播相遇而干涉（在经典实验中是形成两个虚点光源）。

从图3由几何关系可知，两个实点光源s1和s2的距离d为

（1）

又因为

[3]

（2）

u非常小，u≈tanu,所以

（3）

通过图2的实验可以测量出两点光源的间距d，与公式（3）的理论值比较。

2.问题分析

在白屏上得到肉眼可见的干涉条纹就能避免用测微目镜观测带来的视场小等问题。

根据杨氏双缝干涉实验,相邻干涉条纹的间距?

x为：

扩束镜实质上是焦距（f=6.7mm）很小的凸透镜，经典实验中使用扩束镜的目的是使激光变成点光源，点光源经过双棱镜折射后产生两个虚点光源。

而我们的改进实验中将扩束镜放置于双棱镜后方的作用相当于将双棱镜折射后的两束平行光分别会聚为两个点光源，形成两个实点光源的干涉。

改进实验中可以选择不同焦距的凸透镜代替扩束镜来改变两个光源的间距，从而改变干涉条纹的间距。

当凸透镜的焦距很小时，所成的两实光源的间距也小，在后方白屏上产生的干涉条纹间距变大，条纹变粗；当凸透镜的焦距较大时，所成的两实光源的间距也随之增大，在后方白屏上产生的干涉条纹间距变小，条纹变细。

但是相对于经典实验只能用测微目镜观察而言，改进实验随着凸透镜焦距的变化，观察到的干涉条纹也随之变化。

实验中我们分别使用了焦距为6.7mm、200mm的凸透镜观察到不同的干涉条纹。

上图1所示为短焦距的扩束镜的干涉条纹，由于扩束镜的焦距短且扩束镜的直径仅为1mm，要想观察到干涉条纹需要将扩束镜置于双棱镜后方约几个厘米的距离（距离不能太远，否则经双棱镜折射后的两束光线不能同时进入扩束镜的中心进行会聚干涉），下图5（c）所示为焦距为200mm的凸透镜的干涉条纹，由于此透镜的直径约1cm，故此透镜距双棱镜的距离调节范围相对较大。

对比图1与图5（c），由

于f=200mm的凸透镜的焦距比焦距为f=6.7mm的扩束镜的焦距大，故形成的干涉条纹间距小，条纹也更细密。

所以综上所述，我们可以通过选择焦距合适的凸透镜，按照图3所示的光路得到间距合适的点光源，从而获取宽度足够大的干涉条纹，来解决经典实验存在的前述几个问题。

为此本文基于图3所示光路提出一种激光双棱镜干涉实验的改进方法。

3.激光双棱镜干涉实验的改进

3.1改进实验装置和光路

改进实验装置如图4所示：

图4改进实验装置

其光路图如上图3所示。

3.2改进实验测量方法及结果

3.2.1测量方