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《基础物理实验》课程教学大纲程编码： SD1000401-4课程名称：基础物理实验课程英文名称：FUNDUMENTALS& OF& PHYSICS& EXPERIMENTS总学时：120& 讲课学时：3&& 实验学时：117 上机学时：0 课外辅导学时：0学分：7.5开课单位：理学院 物理系（所）授课对象：物理系全体本科生开课学期： 1秋、1春、2春先修课程：数学基础课、普通物理学主要教材及参考书：教材：耿完桢，赵海发，金恩培，辛丽，方光宇.《大学物理实验》.哈尔滨工业大学出版社.2014第3版.一、课程教学目的当代科技发展要求大量的既具有深广理论基础、又具备现代科学实验能力的富有开拓创新精神的高水平复合型人才，大学物理实验就是一门针对此类人才培养的很好的基础培训课程。就本质来讲，物理学是一门以实验为基础的科学，它研究物质世界最普遍、最基本的运动形式，而大学物理实验课程就是以物理学丰富而广泛的内涵为基础，系统地对学生进行基本实验方法和基本实验技能训练的课程。通过实验课，不仅可以帮助学生加深理解所学的物理学基本原理，还为全面培养其科学实验能力，提高其综合科学素养打下良好基础。本课程的具体教学目的在于让学生掌握一些经典物理学和近代物理学的典型实验方法，基本实验科学知识，实验数据处理基本方法以及实验结果评判分析的能力，使其学会基本实验仪器的使用方法，从而达到锻炼学生“遇到问题、分析问题、解决问题”的实践能力，培养学生“实事求是”、“精益求精”的科学精神，以及勇于探索和创新的进取精神，为其将来进一步从事科研、研发、生产等方面的工作打下良好基础。二、教学内容及基本要求教学内容包括理论（绪论）和实验两部分，分四个学期完成，其中：1.一年级秋季学期（30学时，1.5学分）包括绪论3学时和9个基础性验证性实验27学时（其中必修9个）。其中绪论主要讲解：(1)物理实验的科学意义(2)测量与误差的概念，误差的分类(3)误差的处理方法（主要包括偶然误差和系统误差）(4)测量结果的科学表达（不确定度的概念的引入，直接测量和间接测量的结果表示）(5)有效数字及运算规则(6)实验数据的表达方法（列表法、图示法、图解法）与处理方法（逐差法、最小二乘法）实验具体内容如下：序号实验项目名称实验内容实验学时每组人数1物体密度的测量1、学会长度、质量测量的方法和仪器使用2、掌握规则物体和不规则物体的密度实验和测量3、学会不确定度分析方法4、学会用“转换法”测量不规则物体体积的方法312碰撞打靶实验1、掌握动量守恒、机械能守恒规律和运用2、研究碰撞过程中的机械能损失3、学会用“转换法”测量小球运动速度313拉伸法测定杨氏弹性模量1、掌握光杠杆法测量微小长度变化方法2、测定金属线的杨氏模量3、掌握长度测量仪器使用方法4、学会用“光放大法”测量微小长度变化的方法314刚体的转动惯量1、掌握用扭摆测量转动惯量的方法2、验证平行轴定理315液体粘度的测定1、掌握用显微镜测量小球直径的方法2、研究用落球法测量液体温度对液体粘滞系数的影响3、学会用非接触方式测量长度的方法316示波器的原理与应用1、掌握示波器工作原理2、学会用示波器测量电压、电流、频率和位相差3、设计用示波器显示、测量二极管伏安特性曲线317线性与非线性元件伏安特性的测定1、掌握各种电表的使用2、学习基本电路设计3、测量线性和非线性元件的伏安特性318热电偶测温1、了解热电偶测温原理2、学习热电偶的定标方法3、测量金属冷却曲线4、学会用“转换法”进行温度测量319薄透镜焦距的测定1、掌握几种测量薄透镜焦距的方法2、练习光路的调节方法，掌握光路调节规律31这些实验开设目的：在于通过结合学生中学学到的物理知识和刚学的部分普通物理知识精选出的力、热、电、光等方面的10个典型基础实验，让学生对一些基本物理量的测量方法，数据的处理方法，与正确表达等技能得到一个较为严格的培训，为后几学期的物理实验打下坚实的基础。2.一年级春季学期（45学时，3学分）包括15个综合性实验45学时（开设16个实验，学生选做15个）。实验具体内容如下：序号实验项目名称实验内容实验学时每组人数1液体的表面张力测定1、学习测量微小力的方法2、用拉脱法测定水的表面张力3、研究杂质对表面张力的影响312固定弦线上的声振动1、了解弦振动的规律2、观察驻波的形成3、研究张力和驻波频率的关系313分光计的调节和用衍射光栅测定光波长1、掌握分光计的工作原理和调节方法2、研究光栅衍射的规律并测量光波长3、学会用“衍射法”进行实验的方法314惠斯通电桥测电阻1、了解惠斯通电桥的构造与原理2、熟悉调节的操作步骤3、自组惠斯通电桥并测量电阻4、学会用“平衡法”测量电阻的方法315补偿原理和电位差计1、掌握补偿法的原理2、用电位差计测量电压和电池电动势3、学会用“补偿法”进行实验设计的方法316灵敏电流计与电磁阻尼1、了解灵敏电流计的工作原理2、学习灵敏电流计的定标方法3、应用电流计测量高电阻4、学会用“放大法”提高测量灵敏度的方法317载流圆线圈和亥姆霍兹线圈轴线磁场分布测定1、了解亥姆霍兹线圈磁场分布特点2、掌握测量弱磁场的方法3、学会用“转换法”测量磁场的方法318RC电路暂态过程的研究1、观察电容的充放电过程，测定时间常数2、观察方波输入下的RC电路充放电波形，总结实验规律319虚拟仪器入门 – 传感器及数据采集1、了解虚拟物理仪器的含义2、学习LabView软件并编写程序3、实现温度传感测量3110PN结正向电压温度特性研究与应用1、实验研究PN结正向电压与温度的关系2、通过实验用PN结做温度传感器的应用，并确定半导体材料的能隙3111光的等厚干涉现象与应用1、观察等厚干涉现象和规律2、学习用等厚干涉法测量透镜曲率半径和磁带厚度3、对测量结果进行不确定度分析3112用波尔共振仪研究受迫振动1、研究玻尔摆受迫振动的幅频特性和相频特性2、研究阻尼对受迫振动的影响3、学习位相差的测量方法4、掌握共振现象的规律3113空气中声速的测量1、了解超声产生的原理和方法2、掌握测量空气中的波长的多种方法3114RLC串联电路的暂态过程1、研究RC、RL、RLC电路的暂态过程2、学习用存储示波器快速采集和分析暂态信号3115乐音研究1、掌握噪音和乐音在时域频域特性方面的差异2、探索乐音和谐悦耳的物理实质3、了解各音阶的频率关系和组合（和弦）和谐原理4、掌握存储示波器和LabView虚拟仪器分析乐音频谱3116自组望远镜与显微镜1、掌握望远镜和显微镜成像原理2、自组显微镜和望远镜3、用聚焦无穷远望远镜测量透镜焦距31开设16个较富综合性的实验，让学生熟悉了解电磁学、光学方面的部分经典实验，实验仪器，尤其了解较为先进的现代科学仪器如存储示波器，组成结构、使用方法，掌握一些常用的实验技巧，如平衡法、补偿法，放大法等。3.二学年秋季学期（45学时，3学分）包括15个综合性实验30学时（开设17个实验，学生选做15个）。实验具体内容如下：序号实验项目名称实验内容实验学时每组人数1棱镜材料色散关系的研究1、进一步掌握分光计的使用2、掌握用最小偏向角法测量折射率3、研究材料的折射率和波长的关系&&3&&12用示波器观测动态磁滞回线1、自行搭建实验设备2、掌握用示波器观察和测量磁化曲线和磁滞回线的原理方法313虚拟仪器–示波器的设计1、&了解虚拟物理仪器的含义2、&学习LabView软件并编写程序3、实现虚拟示波器314电子电荷的测定-密立根油滴法1、学习油滴仪的设计技巧2、测量5个不同油滴的带电量3、给出基本电荷的电量测量值315蔗糖溶液旋光性的研究1、了解旋光现象产生的原因和测量2、观察和测量蔗糖溶液的旋光316微波的光学特征实验1、了解微波源的工作原理2、观察微波的干涉和衍射现象3、验证微波干涉、衍射、偏振特征317霍尔效应原理与应用实验1、掌握霍尔效应的原理2、测量霍尔元件的灵敏度3、霍尔传感器：转速计的设计原理318光电效应法测定普朗克常数1、实验研究光电效应规律2、测量不同频率光照下的截止电压3、测量普朗克常数数值319夫朗克-赫兹实验1、理解实验设计方法2、确定氩原子的第一激发电位3110光纤传输技术实验1、了解光波导、光耦合的原理2、掌握光电调制和信号传输技术3111激光全息照相实验1、记录激光全息图2、掌握全息实验的方法和再现方法。3112单缝与圆孔的夫琅禾费衍射1、观察光学衍射实验现象2、研究单缝、多缝、圆孔等夫琅禾费衍射的实验规律3113非平衡电桥及电阻温度系数的测量1、掌握非平衡电桥法测量电阻变化的方法2、测量金属、半导体等多种材料电阻温度系数3114偏振光的获得与检验1、偏振光的种类、产生方法2、实验检验方法3115双光栅弱振动测量实验1、熟悉利用光的多普勒频移形成光拍的原理2、掌握精确测量微弱振动位移的方法3、测量外力驱动音叉时的幅频特性曲线3116非线性混沌实验研究实验1、了解非线性混沌电路的基本性质2、观察倍周期分分岔、阵发混沌和奇异吸引子现象3、测量有源非线性电阻的伏安特性3117准稳态法测不良导体比热容和导热系数1、掌握准稳态法实验原理和实验设计方法2、了解用热电偶测量温度的原理和实验方法3、实验研究不良导体导热系数和比热的测量技术31开设17个较富综合性的实验，让学生熟悉了解作为基础的近代物理方面一些典型实验，掌握部分实验仪器组成结构、使用方法，测量的基本原理，为后续的更高级和更复杂的近代物理实验和专业实验打下良好的基础。三、其它教学环节无四、考试权重平时和期末考试成绩各占50%，考试为四个学期都有。&&大纲撰写人：李俊庆&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 大纲审核人：赵海发扫二维码下载作业帮
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氩原子的第一激发电势是多少V?
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氩原子第一激发电位现存多个值,公认值13.1V,较为认可的值11.8V,另有值11.72V.各数值间相差较大,但氩原子第一激发电位为一确定值.
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弗兰克赫兹实验课后思考题：为什么Ip-VG2曲线上的各谷点电流随VG2 的增大而增大? 求解答
作者：本站编辑
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VG2增大到氩原子的第一激发电位时，电子在第二栅极G2附近与氩原子相撞，可将自己从加速电场中获得的能量传递给氩原子，使其从基态跃迁到第一激发态。而电子本身失去能量，即使穿过栅极G2也不能穿过G2与极板P之间的拒斥电场，只能折回到栅极，所以极板电流显著减少。当VG2继续增大，电子能量在失去eU0之后还有剩余，直到剩余的能量使电子能克服拒斥电场作用，能冲到极板P，这时Ip开始回升。
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北理工的吧。 1不能记录到。因为如果Vg2p=0,则因碰撞而能量减少的电子就能够到达极板形成电流。这...
夫兰克赫兹实验,用实验仪做的,思考题如下…… (单答一题也好啊,求标准一点)：
同济的吧 这两题真无聊 实验明明就是测一些无聊的数据本刊其他文章
基于Origin的弗兰克一赫兹实验数据分析
张卫山,杨善恒,鲁应涤,黄国蓝,樊江红,卢方武（玉溪师范学院 物理系，云南 玉溪 653100）摘 要：弗兰克-赫兹实验可以直接证明原子具有玻尔所提出的“完全确定的、互相分立的能量状态”，是原子物理中的一个重要实验.论文中通过Origin软件对弗兰克-赫兹实验数据进行处理和分析，得到Ip-VG2K曲线，分析和讨论弗兰克-赫兹实验及其物理过程.关键词：弗兰克-赫兹实验；玻尔；Origin软件中图分类号：O56
文献标识码：A
文章编号：X（6-02
玻尔提出原子理论的基本假设：原子只能较长时间的停留在一些稳定的状态，简称定态，且在这些状态下不会发射也不会吸收能量，各定态的能量彼此分隔.原子的能量不论通过什么方式发生改变，只能使一个原子从一个定态跃迁到另一个定态，且一个原子从一个定态跃迁到另一个定态发射和吸收能量时，辐射频率是一定的[1].1914年德国物理学家弗兰克和赫兹用慢电子通过汞蒸气的实验，测定了汞原子的第一激发电位，直接证明了原子能级的存在，同时证明了原子发生能级跃迁时吸收和发射的能量是不连续的，弗兰克-赫兹实验的结果为玻尔理论提供了直接证据[2].
大学物理实验中，主要通过研究极板电流与加速电压的关系进行的.在弗兰克-赫兹管中充以测量气体，电子由热阴极处发生，在热阴极和栅极之间加电场使电子加速，当电子获取能量足够大时，电子在栅极附近与原子碰撞，将自己的能量传递给原子，使原子从基态被激发到第一激发态，而电子可能到不了极板处，从而极板电流下降；也有可能能够到达极板上，使极板电流增大，从而就可以得到极板电流与加速电压的关系曲线.在极板电流与加速电压的关系曲线中，曲线的峰值间距就是气体原子的第一激发电位，通过测量及确定气体原子的第一激发电位证明原子内部量子化能级的存在[3].整个实验中，数据分析和处理是很重要的一个环节，论文将摒弃传统方法，通过origin对极板电流和加速电压的实验数据进行处理和分析，以提高实验数据处理的精度.
论文的第一部分将主要介绍弗兰克-赫兹实验过程，第二部分对实验数据进行处理和分析，最后对结果进行分析和讨论.1 实验过程
如图1是弗兰克-赫兹实验的示意图[3]，在弗兰克-赫兹管充以待测气体（我们选择氩原子气体），电子由旁热式阴极K发生.图中可知，当KG1空间的加速电压达到氩原子的第一激发电势时，电子KG1空间加速，并在较大的G1G2区域进行碰撞，将自己的能量传递给氩原子，使氩原子从基态被激发到第一激发态.而电子失去几乎全部的动能，这些电子将不能克服在G2与接收电子的板极P之间加有的反向拒斥电压VpG2而达到板极P，IP开始下降.继续升高加速电压VG1K，电子获得的动能亦有所增加，这时电子即使在G1G2间与氩原子相碰撞损失大部分能量，还留有足够能量可以克服拒斥电压VPG2而达到板极P，因而IP又开始回升.当KG1间的电压是二倍的氩原子激发电势时，电子在G1G2空间有可能经过两次碰撞而失去能量，因此又造IP下降.同理，凡在VG2K=nVg(n=1,2,3,…)时，相对应的Ip都会相应下跌.式中相邻两VG2K的差值，即是氩原子的第一激发电势Vg.
第一激发电势Vg又可描述为，一个电子被加速，经过一段路径，电子获得eVg的能量，这一电子和原子碰撞，则刚好能把后者从最低能级激发到最近较高的能级.而原子处于激发态是不稳定的，实验中被电子轰击到第一激发态的原子要跃迁回到最低能级，在这种跃迁下，能量会以光子的形式辐射出来，且辐射出的能量为eVg，根据光电效应，就应该有hv=eVg，其中h是普朗克常量，v是辐射出光子的频率.又由v=，于是就可以得到辐射光子的波长为：
再从光谱学实验中得到氩原子的波长?姿=106.666nm[4]，将其和实验中测得的波长进行比较，就可以验证玻尔理论的基本假设.2 数据分析和处理
实验中，将记录VG2K与IP对应的数据，且VG2K固定从2V开始记,每隔0.1V记一次值，一直记到VG2K的值为9.5V，通过多次测量，以减小实验的误差，然后利用Origin软件对数据进行分析.通过origin软件的数据处理功能[5]，可以得到极板电流的平均值和标准偏差，然后通过origin软件的绘图功能，得到IP随VG2K的变化曲线及其误差图，如图2所示，很明显的表现出IP随VG2K的变化情况及其误差范围.
在弗兰克-赫兹试验中，第一激发电势的读取是一个重要的环节，即图2中的峰值的读取.传统方法无法精确的读取到数据中的峰值.论文中利用origin软件的Pick peaks功能[5]读取峰值，如图3所示，通过origin软件的Pick peaks功能读取IP随VG2K的变化曲线的第二个峰值是V2=4.1V，用同样的方法可以得到相应的峰值分别是：
V1=3.0V，V2=4.1V，V3=5.3V，V4=6.5V，V5=7.8V，V6=9.1V.
得到峰值以后，则可以计算出氩原子的第一激发电势分别为：V1&=4.1-3=1.1V，V2&=5.3-4.1=1.2V，V3&=6.5-5.3=1.2V， V4&=7.8-6.5=1.3V，V5&=9.1-7.8=1.3V.然后用逐差法计算氩原子的第一激发电势的平均值为：
在实验中所选的仪器电压为×10V型，所以电压值应该乘以10，因而有V1&=11V，V2&=12V，V3&=12V，V4&=13V，
因而氩原子的第一激发电势可表为：Vg=(12.22±0.43)V
然后计算得到氩原子由第一激发态跃迁至基态时释放出光子的波长为：?姿=101.66nm，这和光谱实验中得到的?姿=106.666nm在误差允许范围内是一致的，即验证了玻尔理论正确性.3 结果讨论
通过origin对弗拉克-赫兹实验数据处理可以看出：利用origin软件的数据处理功能，可以比较简单的得到极板电流的平均值及其标准偏差，然后通过作图功能，很明确的反应出极板电流随加速电压的变化情况及其误差范围；利用origin软件的数据读取功能，可以较精确的得到极板电流峰值对应的加速电压，然后通过逐差法就可以得到氩原子的第一激发电势，最后就可以直接证明玻尔理论的正确性.在此实验中，数据量较大，如果用传统的手工处理方法，过程繁琐，且容易出现错误，因而论文中选择功能较强大同时操作比较简单的origin软件对实验数据进行处理，得到了较精确的实验结果.可以发现，对于数据量比较大，精度要求高的实验，可以通过origin软件数据处理和绘图功能，对实验数据进行处理和分析，这样可以省去手工处理方法的繁琐过程，能够更加简单精确的得到实验结果，其对大学物理实验数据处理和分析有较强的辅助作用.参考文献:〔1〕杨福家.原子物理学[M].北京：高等教育出版社，2000.〔2〕蔺明婕,俞颉翔,白翠琴，等.弗兰克-赫兹实验中温度与电子平均自由程的关系[J].物理实验，）：39-43.〔3〕吴先球，熊予莹.近代物理实验教程[M].北京：科学出版社,2009.〔4〕郑则坡,郑凯飞.氩原子第一激发电位研究[J].科研新视野，2008（10）:51-51.〔5〕方安平，叶卫平，等.Origin7.5科技绘图及数据分析[M].北京：机械工业出版社，2006.
网友评论 基于Origin的弗兰克一赫兹实验数据分析豆丁微信公众号
君，已阅读到文档的结尾了呢~~
弗兰克—赫兹实验通过测定不同物质的第一激发电压，例如汞、氩气等，证实了波尔的原子模型，是研究原子结构的重要方法之一。然而影响测量结果的因素较多，例如灯丝电压、拒斥电压、栅极电压、灯丝温度等。本文以氩气为研究对象，采用控制变量法，分别研究了：1）当灯丝电压不变时，拒斥电压对第一激发电压的影响；2）当拒斥电压不变时，灯丝电压对第一激发电压的影响；3）波峰值和波谷值对实验结果的影响；4）升压过程和降压过程..
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氩原子第一激发电位测定和分析
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