居家 - 副本.ppt

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1、,内容纲要,一、课程安排,1、居家物理实验发展阶段第一阶段：2月-3月中旬（虚拟仿真平台为主）第二阶段：3月-3月底（全国物理实验线上教学视频会议+居家物理实验准备+多所学校加入）第三阶段：3月-4月（仿真+居家实验）,2、居家物理实验特点1、生活中的物理现象（十万个为什么？）2、设计实验+改进方案3、解决一个物理问题（物理概念）4、动手操作+探索+自主学习,1、居家物理实验1）液体表面张力系数测量；2）杨氏模量的测量；3）金属丝直径的测量（衍射法，光源采用激光笔）；4）光栅衍射（手机或光盘，光源用激光笔）。,2、居家创新物理实验1）声波：制作一种声波的应用装置，研究声波传播的物理性质；2）微

2、电流的测量：组装实验装置测量微电流(小于10-6A的电流)；3）物理实验装置制作：改进和完善学习过的大学物理实验及演示物理实验。,二、实验内容,三、教学要求,1、居家物理实验4选3或居家创新物理实验选做1个；2、提交要求：1）居家物理实验：实验报告+实验视频模板2.ppt2）居家创新实验：以小论文代替实验报告（需详细描述设计理念与装置构造）+实验视频模板1.doc3）提交方式：实验名称（专业+班级+姓名+学号）视频压缩在20M以内4）2020年5月12日17:00之前发到邮箱guohuier64。3、成绩评定：每个实验单独评分，采取5分制，每个实验均计入平时成绩/老师综合评定。,四、实验介绍,

3、实验一、表面张力系数的测定（拖拉法）,液体具有尽量缩小其表面的趋势，好象液体表面是一张拉紧了的橡皮膜一样。这种作用于液体表面、使液面表面收缩的力称为表面张力。,实验一、表面张力系数的测量,实验注意事项,1、为什么是2f？砝码的重量如何测量？2、比较普通水和洗洁精水的表面张力，谁的更大？为什么？,思考与讨论,实验2、杨氏模量的测量,弹性模量：材料受力形变后，在弹性限度内，材料应力与应变之比为一常数。杨氏模量：物体沿纵性的弹性模量，是表征刚性材料在弹性限度内材料抗压或拉伸性能的物理量。,d为金属丝的直径，可测量多股金属丝直径从而求得d。F：是施加在金属丝上的拉力，可由重物测量得到。L:是参与伸长的

4、金属丝总长，可由米尺测量。L:是金属丝受力后长度的微小变化量，本实验利用光杠杆的光学放大原理实现对金属丝微小伸长量的间接测量。,杨氏模量定义为：,实验2、杨氏模量的测量,实验2、杨氏模量的测量：居家设计参考图,实验器材：金属丝、平面镜、激光笔、直尺、自制砝码等,特别强调：使用激光笔时，请注意激光不能照射眼睛！平面镜位置保持在桌子边缘处，以便于小钢尺自由移动；由于金属丝伸长及系统稳定需要时间，所以每增加一次重物，需要等待一段时间。,实验注意事项,思考与讨论,分析误差产生的原因，实验怎么改进？,实验2、杨氏模量的测量,实验3、金属丝直径的测量（衍射法）,光在传播过程中遇到障碍物时，能够绕过障碍物的

5、边缘前进，光的这种偏离直线传播的现象称为光的衍射。,实验3、金属丝直径的测量（衍射法）,激光笔、金属丝、米尺、硬纸壳、泡沫,思考与讨论,粗细不同的金属丝，衍射现象有什么区别？怎么解释？注意垂直入射？,实验4、二维光栅的测量,手机屏幕呈现规则二维点阵，用激光笔产生的激光束照射手机屏幕，可以获得二维光栅的衍射图样。通过测量二维光栅的衍射图样斑点的间距计算光栅点阵的间距。,观察并验证屏幕单像素滤光片的排列方向：,实验4、二维光栅的测量,一维光栅：屏幕上P点的光波振动为1：,1母国光，战元龄编.光学（第二版）M.北京：高等教育出版社,2009.,其中：，,N为狭缝数目,(a+b)=d，为光栅常数。,由

6、于光强正比于振动振幅的平方，因而所求的P点光强度为：,亮纹条件（光栅方程）：或，k为整数。,单缝衍射因子,多光束干涉因子,实验4、二维光栅的测量：实验原理,手机2个激光笔1只钢卷尺1把固定支架A4纸毫米刻度A4纸360度盘,实验4、二维光栅的测量：光路图,设计表格，记录实验数据；查询、确认激光器发光波长；利用光栅方程，算出屏幕单像素尺寸；根据屏幕已知分辨率，计算实验结果的不确定度。改变屏幕水平方向转角，重复实验，计算不确定度总结二维衍射图样中弱光斑点和强光斑点的规律，再次利用光栅方程计算，将得到什么结论？,实验4、二维光栅的测量：实验要求,光路过程中的水平调节，垂直调节；衍射光斑点阵的中心斑点应沿着0方向；应在暗室或弱光环境下拍摄衍射斑点图样；由于无法实现屏幕法线方向入射，应考虑其中斜入射带来的公式修正；衍射图样中弱光斑点的规律几测量。,实验4、二维光栅的测量：注意事项,观察偏振光的特性（不一定成功，参照附加说明）：将手机在竖直方向转过一角度，从090观察，并解释这一现象；能用手机摄像头作为光强传感器验证马吕斯定律吗？提出你的想法，并说明原因。,30,60,90,实验4、二维光栅的测量：扩展内容,手机物理工坊/phyphox是一款功能非常强大的传感器软件。可直接获取、检测数据、分析数据，分享数据。,谢谢！,