度。
2.当狭缝过宽或过窄时,将会出现什么现象?为什么?
答:当狭缝过宽时,衍射条纹将变粗,相互靠近的条纹无法分开,在测量时难以确定条纹的中心位置。 当狭缝过窄时,将看不见衍射条纹,因而无法测量。
3.用公式dsin??k? 测光波波长应保证什么条件?实验中如何检查条件是否满足?
答:用公式dsin??k? 测光波波长应保证:平行光垂直照射在光栅上。实验中通过检查0级谱线和光栅面反射的绿十字像的位置检查条件是否满足。0级谱线应与竖叉丝重合,且被测量用(中叉丝)的水平叉丝平分。光栅面反射的绿十字像应与调整叉丝(上叉丝)重合。
实验二十二 霍尔效应及磁场的测定
【预习题】
1.当磁感应强度B的方向与霍耳元件的平面不完全垂直时,测得的磁感应强度实验值比实际值大还是小?为什么?请作图说明。
答:小一些。因为当磁感应强度B的方向与霍耳元件的平面不完全垂直时,实验所测得的磁感应强度为实际磁强应强度B在与霍尔元件平面垂直方向上的一个分量。如图所示,设磁感应强度B与霍耳元件平面法线间的夹角为?,则实验值为B??Bcos?。因为cos??1,所以实验值B?比实际值B小。
【思考题】
1.在“用霍尔元件测螺线管磁场”实验中,若某一同学将工作电流回路接入“霍尔电压”接线柱上,而将电位差计(或数字电压表)接在“工作电流”接线柱上。他能测得磁场吗?为什么?
答:能。由霍尔元件的工作原理可得,半导体中的电荷受到洛伦兹力产生偏转,将工作电流回路接入“霍尔电压”接线柱上,电荷同样受到洛伦兹力发生偏转,将在“工作电流”接线柱上产生霍尔电压。
B端口? ,分析其结果。 2.根据实验结果比较螺线管中部与端口处的磁感应强度,求:B中部答: 端口的磁感应强度B端口应为中部磁感应强度B中部的一半,由于存在漏磁现象,实际测量出的B端口?B中部。
12
实验二十八 迈克耳孙干涉仪的调节和使用
【预习题】
1.迈克耳孙干涉仪主要由哪些光学元件组成,各自的作用是什么?
答:迈克耳孙干涉仪主要由分光板G1、补偿板G2、可移动平面反射镜M1和固定平面反射镜M24种光学元件组成。G1的作用是将一束光分成强度大致相同的两束光——反射光(1)和透射光(2);G2的材料和厚度与G1相同,作用是补偿光束(2)的光程,使光束(2)与光束(1)在玻璃中走过的光程大致相同;M1的作用是反射(1)光;
M2的作用是反射(2)光。
2.怎样调节可以得到等倾干涉条纹?怎样调节可以得到等厚干涉条纹?
答:当M1、M2严格垂直时,调出的圆条纹为等倾干涉条纹。当M1、M2不垂直时,调出的干涉条纹为等厚干涉条纹。 3.如何用He一Ne激光调出非定域的等倾干涉条纹?在调节和测其波长时要注意什么? 答:① 用He一Ne激光调出非定域的等倾干涉条纹的方法如下: (1)调节He一Ne激光束大致与平面镜M2垂直。 (2)遮住平面镜M1,用自准直法调节M2背后的三个微调螺丝,使由M2反射回来的一组光点象中的最亮点返回激光器中,此时入射光大致垂直平面镜M2。
(3)遮住平面镜M2,调节平面镜M1背后的三个微调螺丝,使由M1反射回来的一组光点象中的最亮点返回激光器中,使平面镜M1和M2大致垂直。
(4)观察由平面镜M1、M2反射在观察屏上的两组光点象,再仔细微调M1、M2背后的三个调节螺丝,使两组光点象中最亮的两点完全重合。
(5)在光源和分光板G1之间放一扩束镜,则在观察屏上就会出现干涉条纹。缓慢、细心地调节平面镜M2下端的两个相互垂直的拉簧微调螺丝,使同心干涉条纹位于观察屏中心。
② 在测量He-Ne激光波长时要注意:眼睛不要正对着激光束观察,以免损伤视力。
【思考题】
1.迈克耳孙干涉仪观察到的圆条纹和牛顿环的圆条纹有何本质不同?
答:迈克尔逊干涉仪观察到的圆条纹是等倾干涉条纹,且条纹级次中心高边缘低;而牛顿环的圆条纹为等厚干涉条纹,条纹级次是中心低边缘高。
实验三十五 非平衡电桥的原理与应用
【预习题】
1.非平衡电桥原理
当电桥处于平衡状态时,桥路上的检流计G中无电流通过,
?2R4?若某一桥臂上的电阻值变化,使电桥失去平衡,则IG?0,IG??UAB?1??R?R34??的大小与该桥臂上电阻变化有关,如果该电阻的变化仅与某IG?R3R4R?2R?2非电量(比如温度)的变化有关,就可以用电流IG的大小来1GR3?R4表征非电量的大小,这就是利用非平衡电桥测量非电量的基本原理。
【思考题】
1.平衡电桥与非平衡电桥有哪些不同?本实验中两部分实验内容各采用的是什么电桥?
非平衡电桥在构成形式上与平衡电桥相似,但测量方法上有很大差别。
Rx?平衡电桥是调节R3使IG?0,从而得到 非平衡电桥是根据电桥中电阻Rx,因外界因素的改变而发生变化引起电桥的不平衡IG?0来测量桥路中电流来计算引起电阻变化的因素。
本实验中温度计定标采用了非平衡电桥,电阻温度系数测定采用的是平衡电桥。
R1R3R2 ,
实验四十一 光电效应法测普朗克常数
【预习题】
1.什么叫光电效应?
答:光电效应是指一定频率的光照射在金属表面时,会有电子从金属表面逸出的现象。 2.饱和光电流的大小与哪些因素有关?
答:入射光的频率只有超过某个临界频率时,才会有光电流产生。当入射光频率不变时,饱和光电流与入射光强成正比,此外还与此时的频率有关,频率越大,光电流越大。 【思考题】
1.为什么当反向电压加到一定值后,光电流会出现负值?
答:实验中,存在阳极光电效应所引起的反向电流和暗电流(即无光照射时的电流),测得的电流实际上是包括上述两种电流和由阴极光电效应所产生的正向电流三个部分,所以当反向电压加到一定值后,光电流会出现负值。 2.当加在光电管两极间的电压为零时,光电流却不为零,这是为什么?
答:当电子吸收了光子能量h?后,一部分消耗于电子的逸出功A,另一部分就转变为电子离开金属表面后的初始动能,正是由于有这样的一部分初始动能,光电子才得以到达阳极,形成光电流。 3.正向光电流和反向光电流的区别何在?
答:正向光电流是阴极光电池被光照射后产生。而反向光电流是由阳极光电效应所引起的,因为制作过程中会有少量阴极材料溅射在阳极上。它们方向相反,但正向光电流要比反向电流大得多。
实验四十二 夫兰克-赫兹实验
【预习题】
1.夫兰克-赫兹管的IA~UG2K曲线为什么是起伏上升的?
答:当G2K空间电压逐渐增加时,电子在G2K空间被加速而取得越来越大的能量。但起始阶段,由于电压较低,电子的能量较少,即使在运动过程中它与原子相碰撞也只有微小的能量交换(为弹性碰撞)。穿过第二栅极的电子所形成的板流IA将随第二栅极电压UG2K的增加而增大(如oa段)。当G2K间的电压达到氩原子的第一激发电位U0时,电子在第二栅极附近与氩原子相碰撞,将自己从加速电场中获得的全部能量交给后者,并且使后者从基态激发到第一激发态。而电子本身由于把全部能量给了氩原子,即使穿过了第二栅极也不能克服反向拒斥电场而被折回第二栅极(被筛选掉)。所以板极电流将显著减小.随着第二栅极电压的增加,电子的能量也随之增加,在与氩原子相碰撞后还留下足够的能量,可以克服反向拒斥电场而达到板极A,这时电流又开始上升(bc段)。直到G2K间电压是二倍氩原子的第一激发电位时,电子在G2K间又会因二次碰撞而失去能量,因而又会造成第二次板极电流的下降(cd段),同理,凡在 UG2K?nU0( n=1,2,3 ??)
处板极电流IA都会相应下跌,形成规则起伏变化的IA~UG2K 曲线。
【思考题】
1.考察IA~UG2K周期变化与能级关系,如果出现差异,估计是什么原因?
答:凡在UG2K?nU0( n=1,2,3 ??)的地方板极电流IA都会相应下跌,形成规则起伏变化的IA~UGK2 曲线。U0是氩原子的第一激发电位。实验中,若电流太小,可能是灯丝电压值太小;若灯丝电压过高,则UG2K较大时,可能会出现峰被削平的现象。UG2K较小时,周期性的起伏不太明显,这是因为穿越第二栅极的电子本身就不多,故电流较小,因而不易分辨。