物理实验设计原则
所谓设计实验，是在明确实验目的的基础上，根据实验原理和要求，自己选择适当的器材，或从题目中选择合理的器材，制定实验方案，求出实验结果。这种实验对学生的能力要求较高，学生必须熟练掌握实验的全部原理、器材、操作与技巧，并能触类旁通地灵活运用。
客观地讲，设计性实验对学生综合运用所学知识、对学生创造能力要求比较高，但是它所用的器材、原理、方法都渗透在学生实验、演示实验或课本知识之中。在设计、操作实验时，只是要求学生将它们创造性地组合。因此，在试验教学中，应通过演示实验有目的地培养学生敏锐的观察能力和思维能力；同过实验操作有意识地让学生了解所学仪器、器材的性能和使用方法；通过分析学生实验，让学生熟悉实验方法、弄清实验原理。只有这样，才能使学生在实验思路上触类旁通，全面提高学生实验能力，从而有效地提高较高的实验能力。
一．设计型实验的设计原则
科学性：设计的方案应有科学的依据及正确的方式（1）方案中所依据的原理应遵循物理规律，且要求选用的规律简明、正确。（2）方案中所安排的步骤应有合力的顺序，其操作实验规则要求。（3）方案中进行数据处理及误差分析应依据科学的研究方法。
1.安全性：按设计方案实施时，应安全可靠，不会对器材造成损坏。（1）选用器材时，应考虑器材性能及参量（如：仪表量
程、电器的额定值、测力计的弹性限度等）的要求。
2.精确性：实验误差应控制在误差允许的范围之内，尽可能选择误差较小的方案。（1）在安装器材时或使用仪器之前，应按实验要求对器材、仪表精心调整。如：欧姆表用前要进行调零。（2）选用合适的测量工具（直尺、仪表）及合适的量值范围，使之与被测量数值相匹配。如：使用万用表测量电阻时，应选用合适的档位，使测量时电表指针指在中央刻度值附近。（3）针对实验中可能出现的偶然误差，往往多次重复实验，获取多组实验数据、结果，以选取有效信息、数据。（4）设计合理的数据处理方式。如：求取算术平均值、用坐标纸作图像等。
3.简便性、直观性，设计实验应便于操作、读数、进行数据处理，便于实验者直观、明显的观察。
二．设计型实验的设计思路
解决设计型实验问题的关键在于选择实验原理，它是进行实验设计的根本依据和起点。它决定应当测量哪些物理量、如何安排实验步骤等项目。实验原理的确定：一是根据问题的要求，二是根据问题的条件。
如果问题中没有给定（或给足）实验器材，实验设计的基本思路是：1.根据问题的条件和要求，构思相关的物理情景；2.确定实验原理；3.确定测量的物理量；4.安排实验方案。
有时，对同一个问题，可以构想出不同的物理情景，导出物理量的不同表达形式，以这些表达式作为实验设计的依据，会有不
同的设计原理和设计方案。
如果问题已给足实验器材，则只能按所给器材构造物理情景。相对而言，实验原理和实验方案都会受到较大的限制。
三．设计型实验的思想方法
1.模拟法
在进行物理研究时，有时受客观条件的限制，无法对某些自然现象进行试验。此时，我们人为地创造一定的条件和因素，使之与自然现象有一定的相似特征，从而在模拟的情形下进行实验，“变无法为有法”。如：（1）直接对静电场的等势线进行测量很困难，我们可利用易测量的电流场模拟静电场方便的进行研究。（2）雨过天空出现彩虹现象。虽然无法直接研究，但是我们可以用棱镜对光的色散来模拟彩虹，从而达到研究的目的。
2.转换法
将一不易测量的物理量转化为另一易测量的物理量，成为转化法。如：（1）在测量金属率的实验中，虽然无法直接测量，但可用直尺、螺旋测微器分别直接测出金属丝长度、直径，并将金属丝接入电路，直接用电表测量其两端电压和电流，在运用欧姆定律、电阻定律间接测出金属电阻率。（2）在测匀变速直线运动的加速度a时虽然无法直接测量，但利用运动学规律：
⊿s=a T2，将对加速度a的测量转化为对位移S和时间T的测量。
3.放大法
将难于测量的微小量通过一定的规律放大后再进行测量，这
种测量方法为放大法。如：在“用单分子油膜法测分子直径实验“中，用量筒无法直接测量一滴油的体积，但可以利用滴管向量筒滴200—300滴油的体积，把此测量结果除以油滴滴数，即得每滴油的体积。（2）在利用单摆测定重力加速度的实验中，如果直接测量单摆一次全振动的时间作为周期误差必然很大。但是，我们用秒表测量摆球完成50次全振动所用时间，即可得单摆振动周期，大大减小误差。
4.比较法
在物理实验中，常通过一些物理现象或物理量的比较，从而达到异中求同或同中求异的目的，这种研究方法为比较法。比较法最明显的优点是：尽量少进行直接测量，多运用比较的方法，以此减少由于测量仪器的不准确而带来的误差。如：（1）天平是将被测物体质量与砝码质量通过比较进行测量的仪器。（2）在进行光谱分析时，将某种未知物质的明线光谱或吸收光谱与元素的特征光谱进行比较、观察，异中求同，即可鉴别物质或确定它的化学组成，这也是运用比较法的典型做法。
5.代替法
用一个标准的已知量代替被测量，并调整此标准量，使整个测量系统恢复到替代前的状态，则被测量等于标准量。
中学物理实验常用方法 一、观察法 物理是一门以观察、实验为基础的学科。人们的许多物理知识是通过观察和实验认真地总结和思索得来的。著名的马德堡半球实验，证明了大气压强的存在。在教学中，可以根据教材中的实验，如长度、时间、温度、质量、密度、力、电流、电压等物理量的测量实验中，要求学生认真细致的观察，进行规范的实验操作，得到准确的实验结果，养成良好的实验习惯，培养实验技能。大部分均利用的是观察法。 观察是学习物理最基本的方法,是科学归纳的必要条件, 学生对学习活动的外部表现进行有目的、有计划的观察、记录, 能够为物理概念的形成、物理知识的理解、物理规律的探究提供信息和依据。常用观察方法有： 1.观察重点, 排除无关因素的干扰。如做气体膨胀对外做功的实验时,学生只听到“嘭”的一声, 看到瓶塞跳得很高, 对真正需要看的现象———塑料瓶口出现的酒精烟雾却视而不见, 这就需要教师及时交待, 提醒学生, 然后再进行 分析。 2.前后对比观察, 抓住因果关系。如学习密度一节时, 我首先让学生区分铜块、铁块、铝块、石块、酒精、水等物体, 通过观察它们的颜色、状态、软硬来辨认。然后出示用纸包住的相同体积的铜块、铁块、铝块, 怎样区分它们? 学生通过实验发现, 它们的质量不同, 因而得出相同体积的物体质量不同, 也是物 质的一种特性, 从而引入密度概念。 3.正、反对比观察, 深化认识。在指导学生观察时, 多采用一些正反对比的方法, 可以加深学生理解知识, 拓宽思路。如探究声音的产生, 即无声又有声；探究沸点与气压的关系时, 即增大气压, 沸点升高, 减小气压, 沸点降低。 二、控制变量法 控制变量法是指一个物理量与多个物理量有关, 把多因素的问题变成多个 单因素的问题, 分别加以研究, 最后再综合解决。利用控制变量法研究物理问题, 有利于扭转“重结论、轻过程”的倾向, 有利于培养学生的科学素养, 使学生学会学习。如导体中的电流与导体两端的电压和导体的电阻都有关系, 研究导体中的电流跟这段导体两端的电压时, 控制导体的电阻不变, 改变导体两端电压, 看导体中电流的变化, 通过学生实验, 得出欧姆定律I=U/R。另外,研究导体的 电阻大小、滑动摩擦力的大小、液体压强的大小、浮力大小、动能和重力势能大小、电流的热量的大小、压力的作用效果、滑轮组的机械效率、电磁铁的磁性强弱、产生感应电流方向也都用到了控制变量法。
物理实验设计的基本方法 导读：本文是关于物理实验设计的基本方法，希望能帮助到您！ 物理学是一门实验科学，而我们目前的物理教学，基本上是停留在关于物理学的知识系统的归纳和理论体系的阐述上，就连物理实验本身的教学，也是按教材的分析按部就班地进行纯理论的讲解．其弊端是显而易见的，如果考查的实验不是教材所限的实验呢？ 一、实验设计教学的必要性１９９６年上海高考第四（５）题要求测定陶瓷管上均匀电阻膜的厚度，就属于设计型实验．但由于题目给出了全部实验器材和所有相关量，使实验定位在电阻或电阻率的测定上，又大大降低了实验难度，只属于局部设计型实验．无论命题者出于何种考虑，设计型实验毕竟半遮半掩地出现了，这多少给教学工作者提了个醒． １．从小处着眼，加强实验设计教学上海作为高考改革的试点城市，其成功的改革将为全国高考提供可能的改革方向，甚至一些新颖的题型和情境，都可能为全国高考所借鉴．如１９９６年全国高考第２１题就是从１９９５年上海高考第一（５）题脱胎而来的．无疑上海高考关于实验设计的考查是又一个成功的改革举措，极有在全国推广的价值．而物理《考试说明》中要求“会用在这些实验中学过的实验方法”，也为实验设计的考查在全国的推广提供了可能．
２．从大处着眼，加强实验设计教学著名核物理学家钱三强先生在为郭奕玲、沈慧君编著的《物理学史》所作的序中，曾严厉指出：“今天我们科学界有一个弱点，这就是思想不很活泼，这也许跟大家过去受的教育有一定关系……”我们常常教育学生“应该……”“必须……”；我们的考试题目常常不惜笔墨描述背景、附加条件，最后只有一个小小的空格“是……”．这样培养选拔出来的人才在学校是好学生，步入社会是好职员，大脑中只是机械地跳动着两个问题：“你要我做什么？你要我怎么做？”工作常常：“完成”的相当漂亮，但思想僵化，毫无创见．这正是我们的悲哀！长期以来的这种教育选拔模式，致使我们现在仍只能在很羞涩地提到几个美籍华人时才有一种借来的荣光与自豪！ 思想不活跃，是因为我们给了学生太多的“必须”的限制；思想僵化，是因为我们留给学生太少的“可能”的余地．实验设计的教学，正是活跃思想，培养能力的一种好方法，授以实验的基本方法，让学生自己去考虑有哪些可能的做法，自己会怎么做．二、实验设计的基本方法１．明确目的，广泛联系题目或课题要求测定什么物理量，或要求验证、探索什么规律，这是实验的目的，是实验设计的出发点．实验目的明确后，应用所学知识，广泛联系，看看该物理量或物理规律在哪些内容中出现过，与哪些物理现象有关，与哪些物理量有直接的联系．对于测量型实验，被测量通过什么规律需用哪些物理量来定量地表示；对于验证型实验，在相应的物理现象中，怎样的定量关系成立，才能达到验证规律的目的；对于探索型实验，在相应的物理现象中，涉及哪
笫8章 现代物理实验方法习题 1． 指出下列化合物能量最低的电子跃迁的类型。 CH 3CH 2CH CH 2 (1)(2)(4)(3)CH 3CH 2CHCH 3CH 3CH 2CCH 3 CH 3CH 2OCH 2CH 3 (5)CH 2CH CH O 2． 按紫外吸收波长长短的顺序，排列下列各组化合物： (1)O O O CH 3 (2)CH 2CHCH CH 3CH CHCH CH 2CH 2CH 2CH 2 (3)CH 3Cl CH 3I CH 3Br (4) Cl NO 2 (5)顺-1,2-二苯乙稀和反-1,2-二苯乙稀 3． 指出下列哪些化合物可在近紫外区产生吸收带： (1)CH 3CH 2CHCH 3 CH 3 (2)．CH 3CH 2OCH(CH 3)2 (3)．CH 3CH 2C ≡CH (4)CH 3CH 2CCH 3 O (5) CH 2=C=O (6).CH 2=CH-CH=CH-CH 3 4．图8—34和图8—35分别是乙酸乙脂和1—己稀的红外光谱图，试识别各图的主要吸收峰。
5.指出如何应用红外光谱来区分下列各对称异构体: （1）（1）CH3—CH=CH—CHO和CH3-C≡C-CH2OH. (2)H C C6H5C C6H5 H和 C6H5 C H C C6H5 H (3)和 C O CH3C O CH3 (4)和 C CH2 (5)C6H5C C6H C和 C6H5 C C6H5 C C CN CH3 N CH CH2 6．化合物E,分子式为C8H6,可使Br2/CCl4溶液褪色,用硝酸银氨溶液处理,有白色沉淀生成； E的红外光谱如图8-36所示，E的结构是什么？ 图8—36 化合物E的IR图 7．试解释如下现象：乙醇以及乙二醇四氯化碳浓溶液的红外光谱在3350 cm-1处都有有一个宽的O-H吸收带，当用CCl4稀释这两种醇溶液时，乙二醇光谱的这个吸收带不变，而乙醇光谱的这个带被在3600 cm-1一个尖峰代替。 8．预计下列每个化合物将有几个核磁共振信号？
普通物理实验设计性实验方案 实验题目：简单显微镜的设计 班级：物理学2011级（2）班 学号：2011433175 姓名：唐洁 指导教师：陈广萍 凯里学院物理与电子工程学院2013 年3月
简单显微镜的设计 要求： 1. 了解显微镜的基本光学系统及放大原理，以及视觉放大率等概念； 2. 学会按一定的原理自行组装仪器的技能及调节光路的方法； 3. 学会测量显微镜的视觉放大率； 4. 简单显微镜的放大率为31.8； 5. 物镜与目镜之间的距离为24cm ，即光学间隔为1 6.6cm 。 序 言 显微镜是最常用的助视光学仪器，且常被组合在其他光学仪器中。因此，了解并 掌握它的构造原理和调整方法，了解并掌握其放大率的概念和测量方法，不仅有助于加 深理解透镜的成像规律，也有助于正确使用其他光学仪器。 一、实验原理 （一）、光学仪器的视觉放大率 显微镜被用于观测微小的物体，望远镜被用于观测远处的目标，它们的作用都是 将被观测的物体对人眼的张角（视角）加以放大。显然，同一物体对人眼所张的视角与 物体离人眼的距离有关。在一般照明条件下，正常人的眼睛能分辨在明视距离处相距为 0.05～0.07mm 的两点。此时，这两点对人眼所张的视角约为/1，称为最小分辨角。当 微小物体（或远处物体）对人眼所张视角小于此最小分辨角时，人眼将无法分辨，因而 需借助光学仪器（如放大镜、显微镜、望远镜等）来增大物体对人眼所张的视角。这是 助视光学仪器的基本工作原理，它们的放大能力可用视觉放大率Γ表示，其定义为 w w tan tan / =Γ （1） 式中，w 为明视距离处物体对眼睛所张的视角，/w 为通过光学仪器观察时在明视距离 处的成像对眼睛所张的视角。 （二）、显微镜及其视觉放大率 最简单的显微镜是由两个凸透镜构成的。其中，物镜的焦距很短，目镜的焦距较 长。它的光路如图所示，图中的o L 为物镜（焦点在o F 和/o F ）,其焦距为o f ；e L 为目镜， 其焦距为e f 。将长度为1y 的被观测物AB 放在o L 的焦距外且接近焦点o F 处，物体通过 物镜成一放大的倒立实像//B A (其长度为2y )。此实像在目镜的焦点以内，经过目镜放
近代物理实验教程的实验报告 时间过得真快啊！我以为自己还有很多时间，只是当一个睁眼闭眼的瞬间，一个学期都快结束了，现在我们为一学期的大学物理实验就要画上一个圆满的句号了，本学期从第二周开设了近代物理实验课程，在三个多月的实验中我明白了近代物理实验是一门综合性和技术性很强的课程，回顾这一学期的学习，感觉十分的充实，通过亲自动手，使我进一步了解了物理实验的基本过程和基本方法，为我今后的学习和工作奠定了良好的实验基础。我们所做的实验基本上都是在物理学发展过程中起到决定性作用的著名实验，以及体现科学实验中不可缺少的现代实验技术的实验。它们是我受到了著名物理学家的物理思想和探索精神的熏陶，激发了我的探索和创新精神。同时近代物理实验也是一门包括物理、应用物理、材料科学、光电子科学与技术等系的重要专业技术基础物理实验课程也是我们物理系的专业必修课程。 我们本来每个人要做共八个实验，后来由于时间关系做了七个实验，我做的七个实验分别是：光纤通讯，光学多道与氢氘，法拉第效应，液晶物性，非线性电路与混沌，高温超导，塞满效应，下面我对每个实验及心得体会做些简单介绍： 一、光纤通讯：本实验主要是通过对光纤的一些特性的探究（包括对光纤耦合效率的测量，光纤数值孔径的测量以及对塑料光纤光纤损耗的测量与计算），了解光纤光学的基础知识。探究相位调制型温度传感器的干涉条纹随温度的变化的移动情况，模拟语电话光通信， 了解光纤语音通信的基本原理和系统构成。老师讲的也很清楚，本试验在操作上并不是很困难，很易于实现，易于成功。
二、光学多道与氢氘：本实验利用光学多道分析仪，从巴尔末公式出发研究氢氘光谱，了解其谱线特点，并学习光学多道仪的使用方法及基本的光谱学技术通过此次实验得出了氢原子和氘原子在巴尔末系下的光谱波长，并利用测得的波长值计算出了氢氘的里德伯常量，得到了氢氘光谱的各光谱项及巴耳末系跃迁能级图，计算得出了质子和电子的质量之比。个人觉得这个实验有点太智能化，建议锻炼操作的部分能有所加强。对于一些仪器的原理在实验中没有体现。如果有所体现会比较容易使学生深入理解。数据处理有些麻烦。不过这也正是好好提高自己的分析数据、处理数据能力的好时候、更是理论联系实际的桥梁。 三、法拉第效应：本实验中，我们首先对磁场进行了均匀性测定，进一步测量了磁场和励磁电流之间的关系，利用磁场和励磁电流之间的线性关系，用电流表征磁场的大小；再利用磁光调制器和示波器，采用倍频法找出ZF6、MR3－2样品在不同强度的旋光角θ和磁场强度B的关系，并计算费尔德常数；最后利用MR3样品和石英晶体区分自然旋光和磁致旋光，验证磁致旋光的非互易性。 四p液晶物性：本实验主要是通过对液晶盒的扭曲角，电光响应曲线和响应时间的测量，以及对液晶光栅的观察分析，了解液晶在外电场的作用下的变化，以及引起的液晶盒光学性质的变化，并掌握对液晶电光效应测量的方法。本实验中我们研究了液晶的基本物理性质 和电光效应等。发现液晶的双折射现象会对旋光角的大小产生的影响，在实验中通过测量液晶盒两面锚泊方向的差值，得到液晶盒扭曲角的大小为125度；测量了液晶的响应时间。观察液晶光栅的衍射现象，在“常黑模式”和“常白模式”下分别测量了液晶升压和降压过程的电光响应曲线，求得了阈值电压、饱
初中创新物理小实验的设计思想 镇江市江滨中学物理组物理组 一、物理实验设计要具有挑战性：挑战性不仅表现在给学生视觉的冲击，更重要的是引起学生的思考 案例一：引言：奇妙的物理世界 实验设计：气流的变化。怎样把燃烧的蜡烛火焰吹灭？ 推荐理由：一般来说物体能挡住气流。但是，物体的形状对气流是有影响的。当在燃烧的蜡烛前面放一个方形的物体可以挡住气流、而换一个圆形的物体把蜡烛吹灭的时候，学生表现出来的惊奇是一种学习物理的享受。 案例二：对物体做功，物体的内能增加、温度升高 实验设计：压缩气体做功内能增加、温度升高。 推荐理由：压缩空气做功，空气的内能增加、温度升高。学生一般只知道结论，没有体验。我用打气筒有气嘴一端叫学生用手堵住，老师快速打气，这时气体的温度可能有上百摄氏度，对学生来说不仅是感觉的刺激，更重要的是引起学生的思考。接着，将温度计放在气嘴上用多媒体投影到光屏上，温度计的度数随打气而上升。
案例三：受力面积越大、压强越小 实验设计：探究：一个鸡蛋能承受多大的压力。 推荐理由：大家都知道：鸡蛋碰石头。可是，一个鸡蛋能承受20千克力左右，学生不一定能想到。当一个人站在四只鸡蛋上，鸡蛋没有碎；而鸡蛋轻轻一敲就碎时，一定能激发学生的思考，对学生理解压强的概念是有帮助的。 二、物理实验设计结果要在意料之外、情理之中：“情理”--------指物理的道理和自然之美 案例一：水蒸发吸热有致冷作用 实验设计：为什么纸不能燃烧？用二个餐巾纸团沾上酒精燃烧后，一个纸团烧成灰烬、另一个纸团酒精燃烧完后餐巾纸却完好无损。（这个餐巾纸团是用水浸润过的） 推荐理由：蒸发吸热有致冷作用，日常生活很常见。但是，“神5飞船”返回舱在进入大气层时是一团火球、而里面的人却安然无恙，学生是知道其中道理的，但是学生没有直接的体验。当学生看到一个纸团是烧成灰烬、而另一个纸团却完好无损时，学生的感受只有二个字-----惊讶！ 案例二：比热容概念的教学 实验设计：等质量的铅和水加热后，体验温度的变化。 推荐理由：比热容是一个很抽象的概念，学生不能理解物质有一种性质------热的容量。当等质量的铅块和水加热几分钟以后，水可以用手摸一摸，感受温度的变化；而铅块却不能用手摸，这时铅块的温度可以点燃火柴。强烈的对比必然引起学生积极地思考。 三、物理实验设计要注意学生的参与性：课堂教学的生命力就在于-------师生融为一体
西北工业大学 设计性基础物理实验报告班级：11051401 姓名：日期：2016.05.06 黑盒子实验 一、实验目的 1、学习使用示波器对黑盒子中电学元件进行判别及估算； 2、培养设计检测步骤和综合分析推理的能力。 二、实验仪器（名称、型号及参数） TDS1001B波形输出器示波器电阻箱电容箱导线黑盒子 三、实验原理 黑盒子里的元件可能是干电池、定值电阻、电容器、半导体二极管、电感器等，各元件链接在接线端，元件之间可能是并联、串联。使用如下电路图： 信号发生器输出正弦波信号电压输入；R0取适当值；CH1测量取样电阻箱两端电压；CH2检测信号发生器输出电压；虚线框内的i\j表示黑盒子面板上的接线柱，实验观测中i端对应信号发生器输出正端。 假设信号发生器输出正弦波信号幅度为A0、频率为f，各元件检测判断过程如下： 1.电阻元件 示波器CH1通道显示U R为正弦波，幅度A< A0，若f变化A不变。 2.电容 示波器CH1通道显示U R为正弦波，幅度A< A0，若f变化A也变化，且f和A同变
化。 3.电感 示波器CH1通道显示U R为正弦波，幅度A< A0，若f变化A也变化，且f和A变化不同步。 4.二极管 示波器CH1通道显示U R为半波，并可由脉冲向上还是向下判断二极管的正负极。 5.电池 先用示波器判断有无电池，此时示波器为直流。 四、实验内容与方法 黑盒子1 黑盒子1有四个接线柱，每两个接线柱之间最多连接一个元件，盒内三个元件可能是电池、电阻、电容、电感或半导体二极管。 按一定顺序连接各个接线柱，用示波器测量信号发生器和取样电阻箱两端电压，记录示波器波形；调节信号发生器频率，观察记录A的变化。 黑盒子2 黑盒子2内含有三个电磁学元件，组成三角形连接方式。接线柱1、2之间为X，接线柱2、3之间为Y，接线柱1、3直接为Z。 按照与黑盒子1相同的方法确定各个接线柱之间的电磁学元件，之后测量三个电磁学元件的数值。 将黑盒子内电阻与取样电阻串联可以测得黑盒子内电阻的数值；将黑盒子内电容与取样电容并联可以测得电感、电容的数值。 五、实验数据记录与处理（列表记录数据并写出主要处理过程） 黑盒子1 将测量接线柱1、2，调节示波器测量方式为直流，此时无现象，说明黑盒子内无电池。 调解示波器测量方式为交流，测量接线柱两端：（显示均为正弦波） 1、2 CH2显示在1.68V左右，CH1显示在1.12V左右，高频低频下状态相同。 1、3
初中物理常用的实验及科学方法 初中物理常用的主要实验方法： 1.控制变量法 2.等效替代法 3.转换法 4.实验推理法（理想实验法） 5.类比法 6.物理模型法（理想模型法） 一、使用控制变量法的实验 1.探究物体运动的快慢； 2.探究滑动摩擦力与压力大小和接触面粗糙程度的关系； 3.探究物体的动能大小与质量和速度的关系； 4.探究压力的作用效果与压力的大小和受力面积的关系； 5.探究液体的压强与液体的密度和深度的关系； 6.探究液体蒸发的快慢与哪些因素有关； 7.探究电磁铁磁性与线圈的匝数和电流大小的关系； 8.探究导体电阻大小跟导体材料、长度、横截面积关系； 9.探究电流与电压和电阻的关系（即欧姆定律）。 10.探究电流产生的热量与电流、电阻的关系. 二、等效替代法：将某个物理量用另外一个物理量来替代，得到同样的结论的方法。 1、测量不规则小块固体的体积时，用它排开水的体积等效固体的体积； 2、测量摩擦力的大小时，用二力平衡的原理测得拉力，从而得知摩擦力的大小； 3、托里拆利实验中，利用水银柱产生的压强与大气压等效的方法测定大气压的数值； 4、在研究平面镜成像实验中，用两根完全相同的蜡烛，其中一根等效另一根的像； 5、求多个用电器组成的串、并联电路的总电阻。 三、转换法：在研究看不见的物质或现象时，可以通过研究该物质现象或所产生的可见的效果，由此进一步分析物质或现象，这种方法叫转换法。 注意：“等效替代法”虽然也包涵有转换法的思想，但其研究主体已发生转移，而转换法则是通过研究主体所产生的效果来上朔其原因的一种研究方法。 转换法的实验例子： 1、利用小球的振动来判断发声体在振动； 2、根据苹果落地的现象证明重力的存在； 3、利用小桌陷入海绵的深度判断压力的作用效果； 4、根据小球将木块推动的远近来判断小球动能的大小； 5、利用纸片的飘动来判断气体压强的变化； 6、根据马德堡半球实验的现象证明大气压的存在； 7、通过扩散现象研究分子的热运动； 8、判断电路中是否有电流时，可通过电路中的灯泡是否发光去确定； 9、判断磁场是否存在时，可用小磁针放在其中看是否转动来判断；
高中物理实验设计原则 1实验的设计 最初的高中物理实验手册对验证机械能守恒实验的设计，是让重锤连接一条纸带，纸带穿过竖直固定的电火花计时器的限位孔(如图1所示)，接通计时器电源，手提纸带从高处静止释放重锤，重锤和纸带一起加速下落，打点计时器在纸带上记录了重锤的运动情况．重复做多次试验，然后选择一条打点清晰的纸带(如图2所示)来研究重锤下落是否机械能守恒．重锤从静止开始下落，要求出减少的机械能mgh，首先要找到开始下落时的那个纸带上的那一个打点O点．设计者利用理论计算。所以把距离为2mm的两个打点的那一个点记做是静止下落的起始点O点．这样就可以用刻度尺测量出重锤下落的高度hOB，算出减少的机械能．再利用短时间内AC平均速度约等于B点的瞬时速度．实验分析从以上试验设计原理上去分析以上的实验设计，似乎都一一满足了．而且此实验设计简便，测量数据较少，数据处理也很方便，这样也同时提高了实验的精确性．只是实验中纸带下落过程受到打点计时器和空气的阻力，但重锤的重力远大于阻力．因此数次的实验结果也比较符合设计者的预想．粗略看来此实验的设计较为成功，但问题出在初始点O点的确定上，即2mm的推导上． 2实验的改进 设计者为了避开因寻找起始点而犯的科学性错误，现行的物理实验手册中在处理纸带时，实验不再确定起始点，而是随机取了纸带中较为清晰的两点A、B(如图3所示)，验证重锤从A到B的过程中机械能是否守恒．实验要量出AB的距离，然后用短时间内平均速度约等于瞬时速度。实验分析实验的操作过程没有发生变化，只是在纸带打点处理上进行了改进，而改进后的实验没有了科学性错误，并且也是切实可行的．从实验设计原则上看都满足了七大原则，那这样的实验设计是不是完美了呢?不需要做任何的优化了呢?其实我们可以发现这实验设计也有它的缺陷存在．①实验至少需要测量三段距离，要计算两个瞬
大学物理实验设计性实 验 --电位差计测金属丝电 阻率 姓名：马野 班级：土木0944 学号： 0905411418 指导教师：曹艳玲 实验地点：大学物理实验教学中心
【实验目的】 1. 了解电位差计的结构，正确使用电位差计； 2掌握电位差的工作原理—补偿原理。 3能用电位差计校准电表和电阻率的测定。 4学习简单电路的设计方法，培养独立工作的能力。 【实验原理】 利用电位差计，通过补偿原理，来测定未知电阻和已知电阻两端的 电压，利用分压原理，算出未知电阻的阻值，利用螺旋测微器和刻度尺测出电阻丝的长度和横截面积的直径，通过电阻率公式即可计算出电阻率。 补偿原理 在图1的电路中，设E 0是电动势可调的标准电源，Ex 是待测电池的电动势（或待测电压Ux ），它们的正负极相对并接，在回路串联上一只检流计G ，用来检测回路中有无电流通过。设E 0的内阻为r 0；Ex 的内阻为 rx 。根据欧姆定律，回路的总电流为： 电位差原理 如果我们调节E 0使E 0和Ex 相等，由(1)式可知，此时I =0，回路无电流通过，即检流计指针不发生偏转。此时称电路的电位达到补偿。在电位补 R R r r E E I g x x +++-= 00 图1 补偿原理 x
偿的情况下，若已知E 0的大小，就可确定Ex 的大小。这种测定电动势或电压的方法就叫做补偿法。 显然，用补偿法测定Ex ，必须要求E 0可调，而且E 0的最大值E 0max ＞Ex ，此外E 0还要在整个测量过程中保持稳定，又能准确读数。在电位差计中，E 0是用一个稳定性好的电池（E ）加上精密电阻接成的分压器来代替的，如图2所示。 图2中，由电源E 、限流电阻R 1以及均匀电阻丝RAD 构成的回路叫做工作回路。由它提供稳定的工作电流I 0，并在电阻RAD 上产生均匀的电压降。改变B 、C 之间的距离，可以从中引出大小连续变化的电压来，起到了与E 0相似的作用。为了能够准确读出该电压的读数，使用一个标准电池进行校准。换接开关K 倒向“1”端，接入标准电池E S ，由E S 、限流电阻R 2、检流计G 和RBC 构成的回路称为校准回路。把B 、C 固定在适当的位置（如图中的位置），设RBC =R S ，调节R 1（即调节I 0），总可以使校准回路的电流为零，即R S 上的电压降与E S 之间的电位差为零，达到补偿。 图2 电位差计原理图 x
物理实验设计原则 所谓设计实验，是在明确实验目的的基础上，根据实验原理和要求，自己选择适当的器材，或从题目中选择合理的器材，制定实验方案，求出实验结果。这种实验对学生的能力要求较高，学生必须熟练掌握实验的全部原理、器材、操作与技巧，并能触类旁通地灵活运用。 客观地讲，设计性实验对学生综合运用所学知识、对学生创造能力要求比较高，但是它所用的器材、原理、方法都渗透在学生实验、演示实验或课本知识之中。在设计、操作实验时，只是要求学生将它们创造性地组合。因此，在试验教学中，应通过演示实验有目的地培养学生敏锐的观察能力和思维能力；同过实验操作有意识地让学生了解所学仪器、器材的性能和使用方法；通过分析学生实验，让学生熟悉实验方法、弄清实验原理。只有这样，才能使学生在实验思路上触类旁通，全面提高学生实验能力，从而有效地提高较高的实验能力。 一．设计型实验的设计原则 科学性：设计的方案应有科学的依据及正确的方式（1）方案中所依据的原理应遵循物理规律，且要求选用的规律简明、正确。（2）方案中所安排的步骤应有合力的顺序，其操作实验规则要求。（3）方案中进行数据处理及误差分析应依据科学的研究方法。 1.安全性：按设计方案实施时，应安全可靠，不会对器材造成损坏。（1）选用器材时，应考虑器材性能及参量（如：仪表量
程、电器的额定值、测力计的弹性限度等）的要求。 2.精确性：实验误差应控制在误差允许的范围之内，尽可能选择误差较小的方案。（1）在安装器材时或使用仪器之前，应按实验要求对器材、仪表精心调整。如：欧姆表用前要进行调零。（2）选用合适的测量工具（直尺、仪表）及合适的量值范围，使之与被测量数值相匹配。如：使用万用表测量电阻时，应选用合适的档位，使测量时电表指针指在中央刻度值附近。（3）针对实验中可能出现的偶然误差，往往多次重复实验，获取多组实验数据、结果，以选取有效信息、数据。（4）设计合理的数据处理方式。如：求取算术平均值、用坐标纸作图像等。 3.简便性、直观性，设计实验应便于操作、读数、进行数据处理，便于实验者直观、明显的观察。 二．设计型实验的设计思路 解决设计型实验问题的关键在于选择实验原理，它是进行实验设计的根本依据和起点。它决定应当测量哪些物理量、如何安排实验步骤等项目。实验原理的确定：一是根据问题的要求，二是根据问题的条件。 如果问题中没有给定（或给足）实验器材，实验设计的基本思路是：1.根据问题的条件和要求，构思相关的物理情景；2.确定实验原理；3.确定测量的物理量；4.安排实验方案。 有时，对同一个问题，可以构想出不同的物理情景，导出物理量的不同表达形式，以这些表达式作为实验设计的依据，会有不
《 近代物理实验》练习题参考答案一、填空 1、 核物理实验探测的主要对象是核衰变时所辐射的射线、射线和中子。因为这些粒子的尺度非常小，用最先进的电子显微镜也不能观察到，只能根据射线与物质相互作用产生的各种效应实现探测。 2、探测器的能量分辨率是指探测器对于能量很接近的辐射粒子加以区分的能力。用百分比表示的能量分辨率定义为： ％峰位置的脉冲幅度宽度最大计数值一半处的全 1000V V R 。能量分辨率值越小，分辨能 力越强。 3、射线与物质相互作用时，其损失能量方式有两种，分别是电离和激发。其中激发的方式有三种，它们是光电效应、康普顿效应和电子对效应。 4、对于不同的原子，原子核的质量 不同而使得里德伯常量值发生变化。 5、汞的谱线的塞曼分裂是 反常塞曼效应。6、由于氢与氘的 能级有相同的规律性，故氢和氘的巴耳末公式的形式相同。 7、在塞曼效应实验中，观察纵向效应时放置 1/4波片的目的是将圆偏振光变为线偏振光 。8、射线探测器主要分“径迹型”和“信号型”两大类。径迹型探测器能给出粒子运动的轨迹，如核乳胶、固体径迹探测器、威尔逊云室、气
泡室、火花室等。这些探测器大多用于高能核物理实验。信号型探测器则当一个辐射粒子到达时给出一个信号。根据工作原理的不同又可以分成气体探测器、闪烁探测器和半导体探测器三种，这是我们在低能核物理实验中最常用的探测器。 9、测定氢、氘谱线波长时，是把氢、氘光谱与铁光谱拍摄到同一光谱底 片上，利用 线性插值法来进行测量。 10、在强磁场中，光谱的分裂是由于能级的分裂引起的。 11、原子光谱是线状光谱。 12、原子的不同能级的总角动量量子数J不同，分裂的子能级的数量也不同。 13、盖革－弥勒计数管按其所充猝灭气体的性质，可以分为①有机管和 ②卤素管两大类。坪特性是评价盖革－弥勒计数管的重要特性指标。包 括起始电压、坪长、坪斜等。一只好的计数管，其坪长不能过短，对于 ③有机管，其坪长不能低于150伏，对于④卤素管，其坪长不能低于50伏。坪斜应在⑤每伏___以下。计数管工作时工作点应选在坪区的⑥左 1/3-1/2__处。 14、由于光栅摄谱仪的色散接近线性，所以可以使用线性插值法测量光谱线波长。 15、必须把光源放在足够强磁场中，才能产生塞曼分裂。 二、简答题 1.如何区分盖革－弥勒计数管的正负极？
单元作业设计是在单元知识学习结束后，对各节凌乱的知识进行系统研究，形成知识的网络化和系统化，使课内知识与课外的拓展相结合，识记与探究相结合，动脑与动手相结合的综合性作业设计，对检验学习成果及检测能力的提高有着重要的作用。因此单元作业的设计应遵循以下原则： 一、以新的物理课程标准为准则。 新物理课程标准的主旨是：提高学生的科学素养。学生是单元作业的执行者、操作者，因此单元作业设计应以学生为主体，做到研究学生，深入了解学生的认知特点和学习实际，从而建立最基本的自信心，提高做作业的兴趣。 如在《简单机械和功》的单元作业设计中，除了设计基本的习 题外，还增加了操作性作业：要求学生把生活中认识的所有杠杆进行分类，并能够分析描述。如此既能激发学生学习的兴趣，又培养了学生的观察能力、语言表达能力、分析能力、概括能力等，为学生综合素养的提高做好铺垫。 二、深挖教材体系，确立知识体系。 在单元学习的基础上，深入研究整个教材体系，根据学生的认知特点和本单元的教学内容、教学目标、教学重难点等，对教材内容进行重组，由浅入深、由易到难的确立本单元的知识体系。 《简单机械和功》一章，在了解各节教材及学生学情的基础上，对知识进行重组。 杠杆基础：杠杆的分类简单计算
简单 重点：探究杠杆平衡条件 滑轮滑轮组基础：特点、作用、实质 机械重点：简单计算 斜面轮轴基础：实质 基础：实质 生活中的应用 生活中的应用 功基础：概念、公式、单位、简单计算 难点：判断做功的必要条件 功功率基础：概念、公式、单位、简单计算 重点：估测上楼时的功率 机械效率重点：有用功、总功、额外功 难点：探究滑轮组的机械效率 以重组的知识体系作为单元作业设计的指南，如在选择题里面 设计了杠杆的分类、简单机械的判断、功、功率的认识等习题；实验 探究题预设了杠杆实验、滑轮组机械效率的实验等。思路清晰、循序渐进、难易适中，既体现教材特点，又凸显学生思维特点。 三、利用生活资源，体现学科特点。 物理学科的特点是：来源于生活，为生活服务。单元作业要成 为连接物理教学与社会生活的纽带，在理论学习的基础上，回归生活，做到物理教学为生活服务的目的，体现在单元作业设计的生活化、社会化，激发学生完成作业的热情和欲望。如： 1．图 2 所示的用具中，属于费力杠杆的是（）
大学物理自主设计性 实验
大学物理自主设计性实验（FB716-Ⅱ型物理设计性（传感 器）实验装置） 实 验 指 导 书 杭州精科仪器有限公司
目录 第一、产品简介 (02) 第二、实验项目内容 (04) 实验一、应变片性能—单臂电桥 (04) 实验二、应变片：单臂、半桥、全桥比较 (06) 实验三、移相器实验 (08) 实验四、相敏检波器实验 (10) 实验五、应变片—交流全桥实验 (12) 实验六、交流全桥的应用—振幅测量 (14) 实验七、交流全桥的应用—电子秤 (14) 实验八、霍尔式传感的直流激励静态位移特性 (16)
实验九、霍尔式传感的应用——电子秤 (17) 实验十、霍尔片传感的交流激励静态位移特性 (17) 实验十一、霍尔式传感的应用研究—振幅测量 (18) 实验十二、差动变压器（互感式）的性能 (19) 实验十三、差动变压器（互感式）零点残余电压的补偿 (20) 实验十四、差动变压器（互感式）的标定 (21) 实验十五、差动变压器（互感式）的应用研究—振幅测量 (22) 实验十六、差动变压器（互感式）的应用—电子秤 (23) 实验十七、差动螺管式（自感式）传感器的静态位移性能 (24) 实验十八、差动螺管式（自感式）传感器的动态位移性能 (25) 实验十九、磁电式传感器的性能 (26)
实验二十、压电传感器的动态响应实验 (27) 实验二十一、压电传感器引线电容对电压放大器、电荷放大器的影响 (28) 实验二十二、差动面积式电容传感器的静态及动态特性 (29) 实验二十三、扩散硅压阻式压力传感实验 (30) 实验二十四、气敏传感器（MQ3）实验 (32) 实验二十五、湿敏电阻（RH）实验 (34) 实验二十六、热释电人体接近实验 (34) 实验二十七、光电传感器测转速实验 (36) 第三、结构安装图片和说明 (37) 第一、产品简介
第二章物理实验研究的基本思想及方法 第二节物理实验研究与设计思想方法（二）作业 简答?论述 1.物理实验研究的基本思想及实验的观点是什么？ 答：物理学家们在进行物理学研究时，通常采用下列方法：首先，通过观察与实验认识研究对象的主要特征；接着，凭借理性思维提出假说，设法建立理想模型，运用数学语言对假说进行定量描述；最后，用实验对定量描述的内容加以检验和修正，使假说成为科学结论从而完成建立物理理论的第一个“循环”。随着研究的深入，可能会出现一些理论解释不了的新问题，需要采用更先进的观察实验手段、数学手段或其他手段进入下一个层次的循环，以达到认识的深入和理论的更趋合理和完善。可见，物理学是以实验为基础的科学，即实验的观点。 物理科学研究中的实验，可以是一种探求未知自然的观测活动，也可以是在人为地控制或模拟物理现象，人为创设的、能排除各种干扰、突出主要因素的条件下，利用各种仪器或手段，去观测和研究物理现象的发生及变化规律的活动。 物理学及自然科学研究从通过观察与实验认识研究对象的主要特征开始，经过提出假说建立理想模型，到最后用实验检验和修正，建立科学的物理理论。物理学是以实验为基础的科学。在物理学发展中，物理实验方法是物理学家研究物理学的重要方法。 2.物理实验在科学研究中的作用及特点是什么？ 答：物理实验研究与设计的核心是设计和选择实验方案，并在实验中检验方案的正确性与合理性，根据实验精度的要求及提供的主要仪器，选择实验测量及测量方法，确定测量条件等。其次，物理实验研究与设计具有综合性、探索性和密切结合科研应用实际的特点。在解决问题的过程中往往需综合运用力学、热学、电磁学和光学等实验中所学的基本实验原理和实验方法。 在物理实验教学过程中所遇到的实验方法，大多是前人创造和总结出来的科学方法，我们学习应用这些方法，一方面是学习它、掌握它、运用它，但更主要的是积累前人正确的创新思维方法，从中吸取规律性的认识，并在未来的工作中去创造和开拓。这就是进行物理实验研究与设计的主要目的。例如麦克尔逊实验古老的物理思想仍然应用于现代科技前沿。 3.物理实验的主要测量方法有哪些？ 答：常用的测量方法有： ⑴比较法 ①直接比较法 ②间接比较法 ③比较系统法 ⑵补偿法 ⑶放大法 ①机械放大法 ②累计放大法 ③电学放大法 ④光学放大法 ⑷转换法 ①参量换测法 ②能量换测法
综合设计性物理实验指导书黑龙江大学普通物理实验室
目录绪论 实验1 几何光学设计性实验 实验2 LED特性测量 实验3 超声多普勒效应的研究和应用 实验4 热辐射与红外扫描成像实验 实验5 多方案测量食盐密度 实验6 多种方法测量液体表面张力系数 实验7 用Multisim软件仿真电路 实验8 霍尔效应实验误差来源的分析与消除 实验9 自组惠斯通电桥单检流计条件下自身内阻测定实验10 用迈克尔逊干涉仪测透明介质折射率 实验11 光电效应和普朗克常数的测定液体电导率测量实验12 光电池输出特性研究实验 实验13 非接触法测量液体电导率
绪论 一．综合设计性实验的学习过程 完成一个综合设计性实验要经过以下三个过程： 1．选题及拟定实验方案 实验题目一般是由实验室提供，学生也可以自带题目，学生可根据自己的兴趣爱好自由选择题目。选定实验题目之后，学生首先要了解实验目的、任务及要求，查阅有关文献资料（资料来源主要有教材、学术期刊等），查阅途径有：到图书馆借阅、网络查询等。学生根据相关的文献资料，写出该题目的研究综述，拟定实验方案。在这个阶段，学生应在实验原理、测量方法、测量手段等方面要有所创新；检查实验方案中物理思想是否正确、方案是否合理、是否可行、同时要考虑实验室能否提供实验所需的仪器用具、同时还要考虑实验的安全性等，并与指导教师反复讨论，使其完善。实验方案应包括：实验原理、实验示意图、实验所用的仪器材料、实验操作步骤等。 2．实施实验方案、完成实验 学生根据拟定的实验方案，选择测量仪器、确定测量步骤、选择最佳的测量条件，并在实验过程中不断地完善。在这个阶段，学生要认真分析实验过程中出现的问题，积极解决困难，要于教师、同学进行交流与讨论。在这种学习的过程中，学生要学习用实验解决问题的方法，并且学会合作与交流，对实验或科研的一般过程有一个新的认识；其次要充分调动主动学习的积极性，善于思考问题，培养勤于创新的学习习惯，提高综合运用知识的能力。 3．分析实验结果、总结实验报告 实验结束需要分析总结的内容有：（1）对实验结果进行讨论，进行误差分析；（2）讨论总结实验过程中遇到的问题及解决的办法；（3）写出完整的实验报告（4）总结实验成功与失败的原因，经验教训、心得体会。实验结束后的总结非常重要，是对整个实验的一个重新认识过程，在这个过程中可以锻炼学生分析问题、归纳和总结问题的能力，同时也提高了文字表达能力。 在完成综合性、设计性实验的整个过程中处处渗透着学生是学习的主体，学生是积极主动地探究问题，这是一种利于提高学生解决问题的能力，提高学生的综合素质的教学过程。 在综合设计性实验教学过程中学生与教师是在平等的基础上进行探讨、讨论问题，不要产生对教师的依赖。有些问题对教师是已知的，但对学生是未知的，这时教师应积极诱导学生找到解决问题的方法、鼓励学生克服困难，并在引导的过程中帮助学生建立科学的思维方式和研究问题的方法。有些问题对教师也是一个未知的问题，这时教师应与学生共同思考共同解决问题。 二．实验报告书写要求 实验报告应包括：1实验目的；2实验仪器及用具；3实验原理；4实验步骤；5测量原始数据；6数据处理过程及实验结果；7分析、总结实验结果，讨论总结实验过程中遇到的问题及解决的办法，总结实验成功与失败的原因，经验教训、心得体会。 三．实验成绩评定办法 教师根据学生查阅文献、实验方案设计、实际操作、实验记录、实验报告总结等方面综合评定学生的成绩。 （1）查询资料、拟定实验方案：占成绩的20%。在这方面主要考察学生独立查找资料，并根据实验原理设计一个合理、可行的实验方案。 （2）实施实验方案、完成实验内容：占成绩的30%。考察学生独立动手能力，综合运用知识解决实际问题的能力。 （3）分析结果、总结报告：占成绩的20%。主要考察学生对数据处理方面的知识运用情况，分析问题的能力，语言表达能力。 （4）科学探究、创新意识方面：占成绩的20%。考察学生是否具有创新意识，善于发现问题并能解决问题。 （5）实验态度、合作精神：占成绩的10%。考察学生是否积极主动地做实验，是否具有科学、
大学物理实验课程设计实验报告 大学物理实验课程设计实验报告北方民族大学 大学物理实验 实验报告 指导老师：王建明 姓名：张国生 学号：XX0233 学院：信息与计算科学学院 班级：05信计2班 重力加速度的测定
一、实验任务 精确测定银川地区的重力加速度 二、实验要求 测量结果的相对不确定度不超过5% 三、物理模型的建立及比较 初步确定有以下六种模型方案： 方法一、用打点计时器测量 所用仪器为：打点计时器、直尺、带钱夹的铁架台、纸带、夹子、重物、学生电源等. 利用自由落体原理使重物做自由落体运动.选择理想纸带，找出起始点0，数出时间为t的p点，用米尺测出op的距离为h，其中t=秒×两点间隔数.由公式
h=gt2/2得g=2h/t2，将所测代入即可求得g. 方法二、用滴水法测重力加速度 调节水龙头阀门，使水滴按相等时间滴下，用秒表测出n个水滴所用时间t，则每两水滴相隔时间为t′=t/n，用米尺测出水滴下落距离h，由公式h=gt′2/2可得g=2hn2/t2. 方法三、取半径为r的玻璃杯，内装适当的液体，固定在旋转台上.旋转台绕其对称轴以角速度ω匀速旋转，这时液体相对于玻璃杯的形状为旋转抛物面 重力加速度的计算公式推导如下： 取液面上任一液元a，它距转轴为x，质量为m，受重力mg、弹力n.由动力学知： ncosα-mg=0
nsinα＝mω2x 两式相比得tgα=ω2x/g，又tgα=dy/dx，∴dy=ω2xdx/g， ∴y/x=ω2x/2g.∴g=ω2x2/2y. .将某点对于对称轴和垂直于对称轴最低点的直角坐标系的坐标x、y测出，将转台转速ω代入即可求得g. 方法四、光电控制计时法 调节水龙头阀门，使水滴按相等时间滴下，用秒表测出n个水滴所用时间t，则每两水滴相隔时间为t′=t/n，用米尺测出水滴下落距离h，由公式h=gt′2/2可得g=2hn2/t2. 方法五、用圆锥摆测量
近代物理实验报告
2019/8/9 18:29:00近代物理实验报告2 实验名称：铁磁共振 指导教师：鲍德松 专业：物理 班级：求是物理班1401 姓名：朱劲翔 学号：3140105747 实验日期：2016.10.19
实验目的： 1. 初步掌握用微波谐振腔方法观察铁磁共振现象。 2．掌握铁磁共振的基本原理和实验方法。 3．测量铁氧体材料的共振磁场r B ,共振线宽B ?，旋磁比γ以及g 因子和弛豫时间 τ。 实验原理： 根据磁学理论可知，物质的铁磁性主要来源于原子或离子的未满壳层中存在的非成对电子自旋磁矩。一块宏观的铁磁体包含有许多磁畴区域，在每一个区域中，自旋磁矩在交换作用的耦合下彼此平行排列，产生自发磁化，但各个磁畴之间的取向并不完全一致，只有在外磁场的作用下，铁磁体内部的所有自旋磁矩才保持同一方向，并围绕 着外磁场方向作进动。当铁磁物质同时受到两个相互垂直的磁场即恒磁场0B ρ 和微波磁 场1B ρ的作用后，磁矩的进动情况将发生重要的变化。一方面，恒磁场0B ρ 使铁磁场物质 被磁化到饱和状态，当磁矩M ρ 原来平衡方向与0B ρ有夹角θ时，0B ρ使磁矩绕它的方向作进动，频率为h B g B H μν=；另一方面，微波磁场1B ρ强迫进动的磁矩M ρ随着1B ρ的作用
而改变进动状态，M ρ 的进动频率再不是H ν了，而是以某一频率绕着恒磁场0B ρ作进动，同时由于进动过程中，磁矩受到阻尼作用，进动振幅逐渐衰减，如图（8—1）所示，微波磁场对进动的磁矩起到不断的补充能量的作用。当维持微波磁场作用时，且微波 频率ν=H ν时，耦合到M ρ的能量刚好与M ρ 进动时受到阻尼消耗的能量平衡时，磁矩就维持稳定的进动，如图（8—2）所示。铁磁共振的原理图如图（8—3）所示。 在恒磁场0B ρ（即0H ρ ）和微波磁场1B ρ（即h ρ）的作用下，其进动方程可写为： dt M d ρ = -γ（M ρ×H ρ）+ T ρ (8-1) 上式中e m e g 2=γ为旋磁比，g 为朗德因子，B ρ（即H ρ）为恒磁场0B ρ（即0H ρ）和微波 磁场1B ρ（即h ρ）合成的总磁场，T ρ 为阻尼力矩，此系统从微波磁场1B ρ中所吸收的全部 能量，恰好补充铁磁样品通过某机制所损耗的能量。阻尼的大小还意味着进动角度θ减少的快慢，θ减少得快，趋于平衡态的时间就短，反之亦然。因此这种阻尼可用弛豫时间τ来表示，τ的定义是进动振幅减小到原来最大振幅的e 1所需要的时间。 图（8—1）进动振幅逐渐衰减 图（8—2）微波磁场作用抵消阻尼，趋于平衡