2011实验讲义
实验一、乙二胺四乙酸铜（EDTA ）配合物的常温合成
实验目的：1、通过乙二胺四乙酸铜配合物的合成和性质表征使学生对配合物研究领域有一个初步印象
2、了解相关的合成技术和方法。
实验方法： 常温溶液法
实验内容：乙二胺四乙酸铜配合物的制备
试 剂：乙二胺四乙酸，两个结晶水的氯化铜，氢氧化钠，甲醇均为分析纯，未经纯化处理! 蒸馏水为二次蒸馏并经钠纯水处理器处理。
制备过程：10ML 乙二胺四乙酸（0.372g ）甲醇溶液与 0.17g 氯化铜混合搅拌，加入适量氢氧化钠至PH 值为7，搅拌40min 左右后静止放置溶液，滤掉未反应的固体物后滤液室温放置。约2周左右得到适合X 射线单晶测试的深蓝色晶体。
HOOCH 2C N H CH 2COO -CH 2COOH N H CH 2CH 2-OOCH 2C ++
实验二、酪蛋白的制备
实验目的：学习从牛奶中制备酪蛋白的原理和方法。
实验原理：牛乳中的主要的蛋白质是酪蛋白，含量约为35g/L。酪蛋白是一些含磷蛋白质的混合物，等电点为4.7。利用等电点时溶解度最低的原理，将牛乳的pH调至4.7时，酪蛋白就沉淀出来。用乙醇洗涤沉淀物，除去脂类杂质后便可得到纯酪蛋白。
材料、试剂与器具：
（一）材料：新鲜牛奶
（二）试剂：1、95%乙醇 1200mL 2、无水乙醚 1200mL
3、0.2mol/L pH4.7醋酸——醋酸钠缓冲液 300ml 先配A液与B液
A液：0.2mol/L醋酸钠溶液称NaAC·3H2O 54.44g，定容至2000ml。
B液：0.2mol/L醋酸溶液，称优纯醋酸（含量大于99.8%）12.0g定容至1000ml。
取A液1770ml，B液1230ml混合即得Ph4.7的醋酸——醋酸钠缓冲液3000ml。
4、乙醇——乙醚混合液乙醇：乙醚=1 ：1（V/V）
（三）器具：1、离心机 2、抽滤装置3、精密pH试纸或酸度计 4、电炉
5、烧杯
6、温度计
操作步骤
（一）酪蛋白的粗提
100mL牛奶加热至40℃。在搅拌下慢慢加入预热至40℃、pH4.7的醋酸缓冲液100mL.用精密pH试纸或酸度计调pH至4.7。将上述悬浮液冷却至室温。离心15分钟（3000 r /min）。弃去清液，得酪蛋白粗制品。
（二）酪蛋白的纯化
1、用水洗涤沉淀 3次，离心10分钟（3 000r/min），弃去上清液。
2、在沉淀中加入30mL乙醇，搅拌片刻，将全部悬浊液转移至布氏漏斗中抽滤。用乙醇—乙醚混合液洗沉淀2次。最后用乙醚洗沉淀2次，抽干。
3、将沉淀摊开在表面上，风干；得酪蛋白纯品。
（三）准确称重，计算含量和得率。
含量：酪蛋白g/100 mL牛乳（g%）
式中理论含量为3.5g/100mL牛乳。
注意事项
1、由于本法是应用等电点沉淀法来制备蛋白质，故调节牛奶液的等电点一定要准确。最好用酸度计测定。
2、精制过程用乙醚是挥发性、有毒的有机溶剂，最好在通风橱内操作。
3、目前市面上出售的牛奶是经加工的奶制品，不是纯净牛奶，所以计算时应按产品的相应指标计算。
实验三、食品防腐剂丙酸钙的合成
水溶性食品防腐剂丙酸钙是白色结晶,无臭,微溶于乙醇易溶于水,虽其防腐作用较弱,但因为它是人体正常代谢中间物,故使用安全.丙酸钙主要用于面包和糕点的防霉.
一、实验目的
熟悉防腐剂丙酸钙的制备方法，掌握利用减压浓缩方法获得水溶性固体的操作。
二、实验原理
将丙酸与氧化钙或碳酸钙反应即可得丙酸钙，本实验按以下反应制备：
三、实验药品丙酸氧化钙
四、实验步骤
1．在装有搅拌器、回流冷凝管和滴液漏斗的100mL三口烧瓶中，加入6mL蒸馏水和5.6g（0.1mol）氧化钙，搅拌使反应完全，然后在搅拌下由滴液漏斗缓慢滴加15g （0.2mol）丙酸。滴加完毕，取下滴液漏斗并装上温度计，温度计下端没入液面。升温到80~100℃并保温反应3~3.5h（当反应液pH值为7~8时即为反应终点）。趁热过滤，得到丙酸钙水溶液。
将丙酸钙水溶液移入圆底烧瓶中并组成减压蒸馏装置，加热减压浓缩到有大量细小晶粒析出为止，冷却，抽滤，烘干，得到白色结晶的丙酸钙约15g，产率约80%。
2．实验时间5h。
五、注意事项
1 丙酸的滴加速度要缓慢
2 称取丙酸时如不小心溅到皮肤上要快速用水冲洗
六、思考题
1 反应的终点如何控制？
2 理论产量，产率，转化率有何区别？
实验四 三乙二胺合钴配离子光学异构体的制备、离析和旋光度测定
一、实验目的
1. 了解配合物的光学异构现象；
2. 掌握三乙二胺合钴配离子光学异构体的制备、拆分和比旋光度的测定。
二、实验原理
光学异构体是配合物中的一类重要的异构体。凡是两种构造相同，但彼此互为镜象而又不能重叠的化合物称为光学异构体（或称对映异构体）。在光学异构体的分子中，相应的键角和键长都相同，只是由于分子原子的空间排列方式不同，使偏振光的振动平面旋转方向不同，这是光学异构体在性质上的最特征的差别。理论和实践都证明，只有不具有对称中心、对称面和反轴（但可以有对称轴）的分子才可能有光学异构体。因为三个原子本身可以组成一个对称平面，所以有光学活性的分子至少必须包括四个原子。光学异构体在有机化学中是常见的。在有机化合物的分子中，常常依据是否有非对称碳原子来判别光学异构体。但必须指出，含有非对称碳原子的分子中，不一定都具有光学活性，因为有的分子内部的另一部分含有排列方向相反的不对称碳原子，存在对称面的内消旋物，而使右旋构型和左旋构型的旋光性两者自行抵销(3-1a); 另外还有不易分离的相同数量的右旋和左旋分子组成的混合物，其旋光能力也相互抵销，被称为外消旋物(图3-1b)。
图3-1 内消旋和外消旋(a 内消旋酒石酸, b 外消旋酒石酸)
1912 年A.Werner 制备和离析出第一个过渡金属配合物[Co(en)3]3+] 的两种光学异体，其构型如图3-2 所示。其中一种异构体使偏振光的振动平面向右旋转，而另一种异构体使偏振光的振动平面向左旋转，通常以d 或（+）表示右旋，而以l (-)表示左旋。物质使偏光的振动平面旋转的能力可以用比旋光度[]t
λα来表示。[]t
λα在某一波长λ和温度t 时每mL 溶液中所含物质为1g
的测定长度为1dm 时所产生的旋转角度，它对某一物质是一定值，可用下式表示：
[]t
lc λα
α=
式中l 为样品的测定长度以分米表示, c 为每mL 溶液中所含
样品的g 数，α为旋转角度读数。化学中，常用摩尔光度[αM ]λ来
表示物质的旋光能力。
光学活性物质的旋光度随着波长的不同而变化，一种光学异构体可以在某一波长下使偏振光的振动平面右旋，而在另一波长时使偏振光的振动平面左旋。所以近年来常用旋光色散(ORD)和园二色(CD)曲线来表示物质的光学活性，光学活性物质的摩尔旋光光度[αM]λ与波长λ的关系图，称为旋光色散（ORD ）曲线；光学活性物质的左旋偏振光和右旋偏振光的摩尔吸收系数的差εl －εd (Δε)与波长λ的关系图，称为园二色（CD ）曲线（图3-3）。曲线有极大值，而ORD 曲线在极大吸收位置出现转折点，互为对映体的旋光度[αM ] λ值相等，但符号相反。旋光色散和园二色曲线及有关现象，总称为科顿效应，正科顿效应相应于ORD 曲线上[αM ]λ随波长增加而由负值向正值改变、CD 曲线上的Δε为正值，负科顿效应正好相反。
图3-3 旋光色散曲线（上）和园二色曲线（下）习惯上通常规定[α]λ为正值时是右旋异构体，[α]λ为负值时是左旋异构体。在ORD 曲线中较短波长[αM ]λ为负值（对应于CD 曲线上Δε为负值）时是右旋异构体，而在较短波长[αM ]λ为正值（对应于CD 曲线上Δε为负值）时是左旋异构体。但右旋和左旋异构体只是反映物质对偏振光有两种不同的旋光性质，并没有指出那一种旋光异构体的真正立体几何构型。如d-[Co(en) 3 ] 3+
异构体究竟是图3-2 中左边的还是右边的几何构型，直到1954 年日本人利用特殊的X 射线技术才确定d-[Co(en) 3 ] 3+异构体是图3-2 左边的那种立体几何构型。虽然在光学活性物质的对映体和它的绝对构型之间有必然的关系，但由于光学
活性的理论很复杂，同时用X 射线测定的真正几何构型又很少。因此，现在还不能利用ORD 曲线或CD
曲线来确定光学异构体的绝对构型，目前只能与具有相类似结构而已知其绝对构型的光学异构体的ORD 或CD 曲线相比较，若有相同的符号的科顿效应，则两者具有相同的绝对构型。毫无疑问，利用ODR 或CD 曲线来确定光学异构体的绝对构型将是未来研究的任务。
光学异构体的化学性质相同，用普通的方法不能直接制得光学异构体，而总是得到它们的外消旋混合物。要得到每种纯的对映体，必须用一定的方法来把外消旋混合物分开，这种方法叫做外消旋体的离析。常用的一种方法是化学离析法，就是使混合物的外消旋离子与另一种带相反电荷的光学活性化合物作用得到非对映异构体，根据它们溶解度的不同，选择适当的溶剂用分步结晶的方法把它们拆分开，得到某一种纯的非对映体，最后再用非光学活性物质处理，可使一对光学活性盐恢复成原来的组成。
本实验欲制备和离析光学异构体[Co(en) 3 ] 3+
，在它们的外消旋混合物中，加入D-酒石酸盐（用D-tart 表
示）而使光学异构体分离：
[d-Co(en)3][D-tart]Cl·5H2O 与NaI 反应转为[d-Co(en)3]I3·H2O，这个产物的比旋光度[a ]20 D
为+89 °。在
沉淀出[Co(en)3][D-tart]Cl · 5H2O 以后的溶液中，加入NaI, 有[d-Co(en)3]I3·H2O 与[l -Co(en)3]I3·H2O 的混合物析出，因[l-Co(en)3]I3·H2O 在温水中的溶解度比其对映体大得多，因此重结晶可以得到较纯的[l -Co(en)3]I3，
这个产物的比旋光度[a ]20 D
为-89°。。由实验测得各异构体的比旋光度与理论值相较，就可求得样品中异构
体的纯度。
三、实验步骤
（一）具体操作方法
1. 酒石酸钡的制备
在250mL 烧杯中，把5g D-酒石酸溶于50mL 水中，边搅动边缓慢地加入13g 碳酸钡，加热并连续搅动0.5h 以确保反应完全，滤出沉淀并用冷水洗涤，随后在110 ℃烘干。
2. [Co(en)3]3+ 的制备
在一只250mL 吸滤瓶上装一只橡皮塞，塞上带一根玻璃管伸入到瓶底，瓶中加入20mL 24 ％的乙二胺溶液和5mL 浓盐酸，再加入硫酸钴溶液（7g 硫酸钴溶于15mL 水中）和1g 活性炭，通急空气流2h（如图3-4 所示），使Co2+氧化到Co3+，这时有[Co(en)3]3+ 生成。
图3-4 [Co(en)3]3+ 的制备装备
当氧化完成时，用稀盐酸和稀乙二胺调节pH 到7.0～7.5 ，把此溶液转入到100mL 烧杯中，在蒸汽浴上加热15min ，使反应完全，溶液冷却后过滤以除去活性炭。
在所得的[Co(en)3]3+ 的溶液中，加入7g D-酒石酸钡，充分搅动并在蒸汽浴上加热0.5h，抽滤出硫酸钡沉淀，用少量热水冲洗沉淀，蒸发滤液到约15mL ，冷却浓缩液，有橙红的[d-Co(en)3][D-tart]Cl·5H2O 晶体析出，过滤。保留滤液为离析. l 异构体用。橙红色晶体用约10mL 热水重结晶，用乙醇洗涤晶体并晾干。
3. [d-Co(en)3]I3·H2O 的制备
在100mL 烧杯中用10mL 热水溶解[d-Co(en)3][D-tart]Cl·5H2O 晶体，并注入0.5mL 浓氨水，在充分搅动下，再注入碘化钠溶液（9g NaI 溶解于8 mL 热水中）。在冰水中冷却此溶液，过滤得橙红的
[d-Co(en)3]I3·H2O 针状晶体，并用10mL 30%NaI 溶液洗涤，最后再用少量无水乙醇和丙酮洗涤，晾干，记录产量。
4. [l-Co(en)3]I3·H2O 的制备
在上面保留的滤液中，注入0.5mL 浓氨水，加热到80℃，在搅动下，加入9g 碘化钠固体，在冰水中冷却有晶体析出，过滤得到不纯的[l-Co(en)3]I3·H2O 异构体，用冷却的10 mL 30％NaI 溶液洗涤，然后再用无水乙醇洗涤。产物中含有一些外消旋酒石酸盐，将它溶解在15 mL 50 ℃的水中，滤出不溶的外消旋酒石酸盐，加入3g 碘化钠固体于50℃的滤液中，在冰水中冷却，有橙黄色的[l-Co(en)3]I3·H2O 晶体析出，过滤。产物用少量无水乙醇和丙醇洗涤，晾干，记录产量。
5. 异构体旋光度α的测定
称取1.00g [d-Co(en)3]I3·H2O 和[l-Co(en)3]I3·H2O 异构体，分别倒入50 mL 容量瓶中，用蒸馏水稀释到刻度。分别在旋光仪上用1dm 长的样品管测定其旋光度α（若有旋光色散光度计，可测定不同波长的摩尔旋光度[αM]λ）。
（二）注意事项
1. 制备中溶剂的量不要太多；
2. 取乙二胺时要戴橡胶手套。四总结（一）数据处理
4. 计算产率。
（二）讨论
1. 根据实验结果对影响异构体纯度的原因进行解释。
2. 光学异构体的拆分方法有哪些。
四、思考题
1. 如何判别配合物是否具有光学异构体？若测定了它的ORD 曲线CD 曲线，能否出它的立体构型？
2. 在纯化异构体中，为何要用NaI 的溶液来洗涤？
实验五、水热合成EDTACu的配合物
实验目的：1、掌握水热合成的合成技术和方法。
实验方法：水热合成法
实验内容：1、乙二胺四乙酸铜配合物的制备
2、乙二胺四乙酸铜配合物红外光谱的测定
试剂：
乙二胺四乙酸，两个结晶水的氯化铜，氢氧化钠，甲醇均为分析纯，未经纯化处理，蒸馏水为二次蒸馏并经钠纯水处理器处理。
仪器：烘箱水热釜烧杯滴管玻璃棒
制备过程：10ML 乙二胺四乙酸（0.372g）甲醇溶液与0.17g氯化铜混合搅拌，加入适量氢氧化钠至PH 值为7，搅拌30min左右后，滤掉未反应的固体物，放入反应釜中，填充量为70%左右，装配好反应釜并置于烘箱中晶化24h，最后将反应混合物进行抽滤、洗涤，空气中晾干得深蓝色晶体样品，称量，计算产率。
实验六甲基丙烯酸甲酯的本体聚合
一、实验目的
1、用本体聚合的方法制备有机玻璃（PMMA），了解聚合原理和特点，特别是了解温度对产品性能的影响。
2、掌握有机玻璃制备技术，要求制备品无气泡、无损缺、透明光洁。二、实验原理
聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）俗称有机玻璃，因它具有优良的光学性能，比重小，在低温下仍能保持其独特的物理性能而广泛的应用于建材、民用制品，尤其是航空工业上。因此它是较重要的合成材料之一。
甲基丙烯酸甲酯单体既可进行自由基聚合，又可进行阴离子聚合。本实验是过氧化二苯甲酰为引发剂进行自由基聚合。应用MMA 本体聚合的引发剂主要是偶氮类与过氧化物类油溶性引发剂。以过氧化二苯甲酰（BPO）引发聚合反应为例：
由以上反应历程可知，所用过氧化物在加热时产生自由基，它们参与组成聚合物。由此，称所用过氧化物为“引发剂”而不是催化剂。
聚合反应是一个连锁反应，反应速度较快，随着聚合产物增加出现自动加速现象，并且甲基丙烯酸甲酯并不是聚合物的良溶剂，长链自由基有一定程度的卷曲，自动加速效应更加明显，因为引发是通过小分子的单分子分解发生的，而生长只需要单体移动到生长链的末端，所有这两个过程的速率在聚合初期不特别依赖于相应反应物在介质中扩散的能力。另一方面，双分子终止需要在粘度增加到一定程度后，终止速率将为扩散速率所控制，而引发和生长速率仍不受影响。这种在速率上的不连续性突然破坏了连锁反应的稳定状态；终止的链数将少于开始生长的链数，导致聚合速率与放热速率随反应进行反而增加。这种由于聚合物浓度增加、粘度增加而产生的效应称之为特罗姆斯多沃-诺里什（Trommsdorff-Norrish ）即自动加速效应。由于粘度
增加，散热困难，有时会产生激烈的爆炸。
本体聚合又称块状聚合，它是在没有任何介质存在下，单体本身在微量引发剂下聚合或者直接用热与光、辐射线照射引发聚合。此法优点是生产过程比较简单，成品无需后处理，产品也比较纯净，这个优点对要求透明度或电性能好的聚合物是重要的。各种规格的板棒、管材等制品均可直接聚合而成。但是自由基本体聚合中存在自动加速效应，聚合热不易排出，故造成局部过热，使聚合物分子量分布宽，产品变黄并产生气泡，使聚合物破损，在灌模聚合中若控温不好，体积收缩不均，还有使聚合物光折射率不均匀和产生局部皱纹之弊。
因此，本体聚合要求严格控制不同阶段的反应温度，随时排出反应热是十分重要的。工业生产中在反应配方和工艺选择上必须是引发剂浓度要低，反应温度不宜过高，聚合分段进行，反应条件随不同阶段而异。
三、安全事项
本实验所用过氧化物类引发剂受到撞击、强烈研磨，极易燃烧、爆炸。取用时，盛引发剂的容器要轻拿、轻放，每次用量少少，取用时洒落的，要及时收拾干净。四、实验配方
MMA（新蒸） (10)
BPO（精制）………………………单体量0.1%~0.3% （重量百分数）
邻苯二甲酸二丁酯…………………单体体积量的1/10 五、实验步骤
1、预聚
将称好的10mLMMA 和0.0500g引发剂放入50ml 锥形瓶中摇匀，溶解，瓶口包一块玻璃纸，用橡皮圈扎紧，放在80~90 ℃水浴中加热，不断摇动锥形瓶，直到液体成粘稠状（此时转化率大约为10%），然后将锥形瓶用冷水冷至室温，加入邻苯二甲酸二丁酯，搅拌均匀。
2、浇铸将预聚好的物料注入试管中，灌浆时要小心，不要溢至模外，不要全灌满，稍留一点空间，以免加热膨胀而溢出，甚至将模具胀裂。
3、加热聚合将试管放入40℃的水浴或烘箱中，聚合约20 小时（若用烘箱一定要注意烘箱的温度控制情况），然后在100~110 ℃油浴中聚合1~2 小时，用冷水冷却至室温，将试管打破，得到试管形状的棒材。若浇注时放入花鸟之类，则为市售之“人工琥珀”。
六、思考题
1、本题聚合的特点是什么？为何要预聚？
2、聚合为什么要采取分段加热，即先高温后低温而后再高温的工艺？
3、制品中的“气泡”、“裂纹”等是如何产生的？如何防止？
实验七大蒜细胞SOD酶的提取和分离
一、实验目的
1．掌握有机溶剂沉淀法的原理和基本操作。
2．掌握SOD酶提取分离的一般步骤。
二、实验原理
超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)是一种具有抗氧化、抗衰老、抗辐射和消炎作用的药用酶。它可催化超氧负离子(O2-)进行歧化反应，生成氧和过氧化氢。大蒜蒜瓣和悬浮培养的大蒜细胞中含有较丰富的SOD，通过组织或细胞破碎后，可用pH7.8的磷酸缓冲溶液提取出来。由于SOD不溶于丙酮，可用丙酮将其沉淀析出。
有机溶剂沉淀的原理是有机溶剂能降低水溶液的介电常数，使蛋白质分子之间的静电引力增大。同时，有机溶剂的亲水性比溶质分子的亲水性强，它会抢夺本来与亲水溶质结合的自由水，破坏其表面的水化膜，导致溶质分子之间的相互作用增大而发生聚集，从而沉淀析出。
三、实验器材
研钵，石英纱，烧杯(50ml)，玻璃棒，pH计，冷冻离心机，离心管。
四、试剂和材料
新鲜蒜瓣，0.05mol/L磷酸缓冲溶液(pH7.8)，氯仿－乙醇混合液(氯仿：无水乙醇＝3:5)，丙酮(用前预冷至－10℃)。
五、操作步骤
整个操作过程在0～5℃条件下进行。
1．SOD酶的提取
称取5g大蒜蒜瓣，加入石英砂研磨破碎细胞后(研磨20min，尽量使细胞破碎)，加入pH7.8、0.05mol/L的磷酸缓冲液(pH7.8)15ml，继续研磨20min，使SOD酶充分溶解到缓冲溶液中，然后5000r/min冷冻离心15min，弃沉淀，取上清液。
2．去除杂蛋白上清液中加入0.25倍体积的氯仿－乙醇混合液搅拌15分钟，5000r/min 离心15min，弃去沉淀，得到的上清液即为粗酶液。
3．SOD酶的沉淀分离粗酶液中加入等体积的冷丙酮，搅拌15min，5000rpm离心15min，得到SOD酶沉淀。冷冻干燥后即得成品。
对成品进行称量并计算得率。
实验八、橙油的制备
橙油是一类精油。橙油是橙皮中的腺体制造的精油。甜橙油（甜橙皮油）、苦橙油（苦橙皮油）、橙花油和无萜橙油的总称。天然香料大多然从植物中提取得到。植物天然香料有四种提取方法，即水蒸气蒸馏、压榨、浸提和吸收等方法。
一、实验目的：学习香料的基本知识和提取天然香料的实验方法。
二、实验原理
蒸馏法芳香成分多数具有挥发性，可以随水蒸气逸出，而且冷凝后因其水溶性很低而易与水分离。因此水蒸气蒸馏是提取植物香料应用最广的方法。但由于提取温度较高，某些芳香成分可能被破坏，香气或多或少地受到影响，所以，由水蒸气蒸镏所得到的香料其留香性和抗氧化性一般较差。
三、原料：生姜，水，
四、仪器：烧瓶、恒压滴液漏斗、冷凝管、电热套等
五、实验操作
蒸馏法提取姜油
秤取生姜50g，洗净后先切成薄片，再切成小颗粒，放入250mL圆底烧瓶中，加水50mL 和沸石2-3粒。在瓶上装有恒压滴液漏斗，漏斗上装接回流冷凝管。将漏斗下端旋塞关闭，加热使烧瓶内的水保持较猛烈地沸腾，于是水蒸气夹带着姜油蒸气沿着恒压漏斗的支管上升进入冷凝管。从冷凝管回流下来的冷凝水和姜油落下，被收集在恒压漏斗中，冷凝液在漏斗中分离成油、水两体。每隔适当的时间将漏斗下端旋塞拧开，把下层的水排入烧瓶中，姜油则总是留在漏斗中。如此重复操作多次，约经2-3h后，降温，将漏斗内下层的水尽量分离出来，余下的姜油则作为产物移入回收瓶中保存。
用松针、香芽草、胡椒、柠檬叶、按叶等等代替生姜，可得到相应的清油，只是收率各不相同。
六、思考题
1,植物天然香料通常有几种提取方法?
2,如何提高天然香料的产率?
电子衍射试验
电子衍射实验讲义 毛杰健,杨建荣 一 实验目的 1 验证电子具有波动性的假设； 2 了解电子衍射和电子衍射实验对物理学发展的意义； 3 了解电子衍射在研究晶体结构中的应用； 二 实验仪器 电子衍射，真空机组，复合真空计，数码相机，微机 三 实验原理 （一）、电子的波粒二象性 波在传播过程中遇到障碍物时会绕过障碍物继续传播，在经典物理学中称为波的衍射，光在传播过程表现出波的衍射性，光还表现出干涉和偏振现象，表明光有波动性；光电效应揭示光与物质相互作用时表现出粒子性，其能量有一个不能连续分割的最小单元，即普朗克1900年首先作为一个基本假设提出来的普朗克关系 hv E = E 为光子的能量，v 为光的频率，h 为普朗克常数，光具有波粒二象性。电子在与电磁场相互作用时表现为粒子性，在另一些相互作用过程中是否会表现出波动性？德布罗意从光的波粒二象性得到启发，在1923－1924年间提出电子具有波粒二象性的假设， k p E ==, ω E 为电子的能量，p 为电子的动量，v πω2=为平面波的圆频率，k 为平面波的波矢量，π 2/h = 为约化普朗克常数；波矢量的大小与波长λ的关系为λπ/2=k ，k p =称为德布罗意关系。电子具有波 粒二象性的假设，拉开了量子力学革命的序幕。 电子具有波动性假设的实验验证是电子的晶体衍射实验。电子被电场加速后，电子的动能等于电子的电荷乘加速电压，即 eV E k = 考虑到高速运动的相对论效应，电子的动量 )2(1 2mc E E c p k += λ 由德布罗意关系得 ) 2/1(22 2 mc E E mc hc k k += λ 真空中的光速s A c o /10 99793.218 ?=，电子的静止质量26/10511.0c eV m ?=，普朗克常数 eV A hc eVs h o 415 1023986.1,1013571.4?=?=-，当电子所受的加速电压为V 伏特，则电子的动能 VeV E k =，电子的德布罗意波长 o A V V )1089.41(1507 -?-≈λ， （1）
大学物理实验期末考试复习提纲
2011-2012年度第一学期大学物理实验期末考试复习提纲 一、考试时间：2012年1月4日下午16:20 — 18:00 二、考试地点（另行通知） 三、考试题型 1．填空题（20分，每空1分） 2．选择题（20分，每题2分） 3．作图题（10分，每题5分） 4．简答题（28分，每题7分） 5．计算题（22分，第1题10分，第2题12分）四、复习提纲 （一）误差理论与数据处理 1．测量的概念 2．测量的分类 3．误差的定义 4．误差的分类 5．随机误差的统计规律 6．不确定度的概念 7．不确定度的分类 8．直接测量和间接测量不确定度的计算 9．有效数字的概念 10．数值修约规则 11．有效数字的加减乘除运算 12．数据处理（作图法、逐差法、最小二乘法）（二）长度测量 1．游标卡尺与螺旋测微器分度值与零点误差 2．游标卡尺与螺旋测微器读数规则 （三）单摆 1．单摆周期公式 2．累积放大法（四）固体液体密度测量 1．物理天平的调节 2．静力称衡法 3．比重瓶法 （五）液体粘度的测定 1．斯托克斯公式 2．落球法 （六）牛顿第二定律验证 1．气垫导轨调平方法 2．牛顿第二定律验证方法 （七）杨氏模量的测量 1．光学放大法 2．拉伸法 （八）薄透镜焦距的测定 1．透镜成像特点 2．凸透镜焦距测量（自准直法、一次成像法、二次成像法） 3．凹透镜焦距测量（辅助透镜法） （九）牛顿环 1．光的干涉条件 2．牛顿环干涉图像特点 （十）电磁学实验的基础知识 1．伏安法（内接法、外接法、限流、分压） 2．电表读数规则 3．电表仪器误差 （十一）二极管伏安特性测定 1．二极管正向伏安特性 2．二极管反向伏安特性
复旦大学普通物理实验期末真题1112
真题1112 第一循环 随机误差 1. 满足正态分布要求的数据在正态概率纸上作图得到（）是个选择题答案有S型曲线直线什么的 2. 用100个数据作图，但分组时第4、6组有25个数据，第5组有16个数据，大概意思是有很多数据都骑墙了，处理方法错误的是（）（多选） A、测量200个数据 B、改进分组方法 C、舍去骑墙数据用备用数据填补 D、用单摆试验仪代替误差较大的秒表重新测量 转动惯量 1. 外径和质量都相同的塑料圆体和金属圆筒的转动惯量哪个大 2. 载物盘转动10个周期时间为8.00s，放上物体后转动10个周期时间为1 3.00s，给出K值大小，求出物体的转动惯量 碰撞打靶 1.给出x x` y m 算出碰撞损失的能量ΔE 2.选择题调节小球上细线的时候上下转轴有什么要求 A上面两个转轴平行 B下面两个转轴平行 C上面两个转轴平行且下面两个转轴平行 D只要碰撞后小球落在靶中轴线附近就可以第二循环 液氮 1. 如果搅拌的时候量热器中的水洒出一些，求得的L偏大还是偏小还是不变 2. 操作正误的判断，选出错误的 A.天平上的盖子打开 B第二次白雾冒完了立刻记下此时的时间tc C、搅拌时把温度计倾斜搁置在量热器中而且不能碰到铜块 D倒入液氮之后立即测量室温表面张力 1. 选择：（顺序可能有点问题）A、水的表面张力比酒精的表面张力小 B、酒精的表面张力随着浓度的增大而减小 C、在液膜形成之前电表的示数一直增大 D、拉出液膜到破裂的过程中，电表的示数一直减小 2. 水的表面张力随温度上升而_____（变大、不变or变小） 全息照相 干板在各浓度溶液中的冲洗时间；干板药膜面正对还是背对硬币（这是其中两个选项） 第三循环 示波器 1.输入的信号为正弦波形，但是屏幕上只看到一条直线，可能的原因 A、按下了接地按钮 B、AC\DC档中选了DC档位 C、Volts/DEC衰减过大 D、扫描速度过快 2．给出一个李萨如图形和X轴信号频率，求Y轴信号频率 直流电桥 1. 要测量一个1000欧姆的电阻，如何选择RA/RB的值和RA的值使得不确定度减小（选择题） 2.选择题判读正误：a.调节Rs，指到零说明电桥平衡。b.调节检流计灵敏度，指到零说明电桥平衡。c。Rs一定，调节Ra和Rb可以达到电桥平衡。d。Ra一定，调节Rs和Rb可以达到电桥平衡。 二极管 1.定值电阻与滑动变阻器的阻值的比，问什么情况下最接近线性
电子衍射实验报告
电子衍射实验 本实验采用与当年汤姆生的电子衍射实验相似的方法，用电子束透过金属薄膜，在荧光屏上观察电子衍射图样，并通过衍射图测量电子波的波长。 一、 实验目的： 测量运动电子的波长，验证德布罗意公式。理解真空中高速电子穿过晶体薄膜时的衍射现象，进一步理解电子的波动性。掌握晶体对电子的衍射理论及对立方晶系的指标化方法；掌握测量立方晶系的晶格常数方法。 二、实验原理 在物理学的发展史上，关于光的“粒子性”和“波动性”的争论曾延续了很长一段时期。人们最终接受了光既具有粒子性又具有波动性，即光具有波粒二象性。受此启发，在1924年，德布罗意（deBeroglie ）提出了一切微观粒子都具有波粒二象性的大胆假设。当时，人们已经掌握了X 射线的晶体衍射知识，这为从实验上证实德布罗意假设提供了有利因素。 1927年戴维逊和革末发表了他们用低速电子轰击镍单晶产生电子衍射的实验结果。两个月后（1928年），英国的汤姆逊和雷德发表了他们用高速电子穿透物质薄片直接获得的电子衍射花纹，他们从实验测得的电子波的波长，与按德布罗意公式计算出的波长相吻合，从而成为第一批证实德布罗意假设的实验。 薛定谔（Schrodinger ）等人在此基础上创立了描述微观粒子运动的基本理论——量子力学，德布罗意、戴维逊和革末也因此而获得诺贝尔尔物理学奖。现在，电子衍射技术已成为分析各种固体薄膜和表面层晶体结构的先进方法。 1924 年德布罗意提出实物粒子也具有波粒二象性的假设，他认为粒子的特征波长λ与动量 p 的关系与光子相同，即 h p λ'= 式中h 为普朗克常数，p 为动量。 设电子初速度为零，在电位差为V 的电场中作加速运动。在电位差不太大时，即非相对论情况下，电子速度 c ν=（光在真空中的速度），故2 002m=m 1m c ν-≈其中0m 为电子的静止质量。 它所达到的速度v 可 由电场力所作的功来决定：2 21p eV=m 22m ν=（2） 将式（2）代入（1）中，得：2em V λ'=（3） 式中 e 为电子的电荷， m 为电子质量。将34h 6.62610 JS -=?、310m 9.1110kg -=?、-19e=1.60210C ?，各值代入式（3），可得：A V λ'&（4） 其中加速电压V 的单位为伏特（V ），λ的单位为1010-米。由式（4）可计算与电子德布罗意平面单色波的波 长。而我们知道，当单色 X 射线在多晶体薄膜上产生衍射时，可根据晶格的结构参数和衍射环纹大小来计算 图 1的波长。所以，类比单色 X 射线，也可由电子在多晶体薄膜上产生衍射时测出电子的波长λ 。如λ'与λ在误差范围内相符，则说明德布罗意假设成立。下面简述测量λ的原理。 根据晶体学知识，晶体中的粒子是呈规则排列的，具有点阵结构， 因此可以把晶体看作三维光栅。这种光栅的光栅常数要比普通人工刻 制的光栅小好几个量级。当高速电子束穿过晶体薄膜时所发生的衍射 现象与X 射线穿过多晶体进所发生的衍射现象相类似。它们衍射的方 向均满足布拉格公式。 1晶体是由原子（或离子）有规则地排列而组成的，
大学物理实验期末复习材料
绪论-《测量的不确定度与数据处理》 1、有效数字、有效数字的单位换算 有效数字：测量结果中所有可靠数字和一个欠准数统称为有效数字。 有效数字的单位换算：在单位换锁或变换小数点位置时，不能改变有效数字位数，而是应运用科学计数法，把不同单位用10的不同次幂表示。 2、测量不确定度：测量不确定度是与测量结果相关联的参数，表征测量值的分散性、准确性和可靠程度，或者说它是被测量值在某一范围内的一个评定。 测量结果的最佳估计值 11 n i i x x n ==∑ A 类不确定度 211()=()n i i A x x x U n n σ=-=?-∑ B 类不确定度 3B U ?=仪 合成不确定度 22A B U U U =+ 测量结果的表示 x x U =± 3、数据处理方法：作图法、逐差法 作图法：1）：图示法：选取合适的坐标纸，把两组互相关联的物理量的每一对测量值标记成坐标纸上的一个点，用符号“+”表示，叫做数据点，然后根据实验的性质，把这些点连成折线，或拟合成直线或曲线，这就是图示法。 2）：图解法解实验方程：线性方程，Y=mx+b 其参数的误差与所有测量数据的误差都有关，也与坐标纸的种类、大小以及作图者自身的因素有关。 3):曲线的改直 逐差法：自变量等间隔变化，而两物理量之间又呈现线性关系时，我们除了采用图解法，最小二乘法以外，还可采用逐差法。 逐差法要求自变量等间隔变化而函数关系为线性。 实验一 长度和固体密度的测量 1、 物理天平的调节过程及注意事项 调平：1）转动调平螺丝，使水准的水泡剧中。 2）调零：天平空载，游码置于横梁上的零位置，指针应在标尺中央或在中央附近对称摆动。 3）称横：观察天平是否平衡，若不平衡，适当增减砝码或移动游码，直至平衡。 注意事项： A 、常止动：为避免道口受冲击损坏，取放物体、砝码，调节平衡螺母以及不是
大学物理实验理论考试题目及答案
题库B-12 单项选择题（答案仅供参考） 1．两个直接测量值为0．5136mm 和10．0mm ，它们的商是（ C ） 0.1 :D 0.051:C 0.0514:B 05136.0:A 最少为三个有效数字 2．在热敏电阻特性测量实验中，QJ23型电桥“B ”和“G ”开关的使用规则是：（ A ） A ：测量时先按“B ”，后按“G ”，断开时先放“G ”后放“B ” B ：测量时先按“G ”，后按“B ”，断开时先放“B ”后放“G ” C ：测量时要同时按“G ”和“B ”，断开时也要同时放“B ”和“G ” D ：电桥操作与开关“G ”和“B ”的按放次序无关。 3．在观察李萨如图形时，使图形稳定的调节方法有：（ B ） A ：通过示波器同步调节，使图形稳定； B ：调节信号发生器的输出频率； C ：改变信号发生器输出幅度； D ：调节示波器时基微调旋扭，改变扫描速度，使图形稳定。 观察丽莎如图时没有用扫描电压，所以ACD 不适用，只能通过调节两个输入信号使之 匹配 4．QJ36型单双臂电桥设置粗调、细调按扭的主要作用是：（ A ） Ａ：保护电桥平衡指示仪（与检流计相当），便于把电桥调到平衡状态； Ｂ：保护电源，以避免电源短路而烧坏； Ｃ：保护标准电阻箱； Ｄ：保护被测的低电阻，以避免过度发热烧坏。 5．选出下列说法中的正确者：（ A ） Ａ：QJ36型双臂电桥的特点之一，是它可以大大降低连接导线电阻的影响。 B ：QJ36型双臂电桥连接低电阻的导线用铜片来代替，从而完全消除了导线引入的误差。 C ：QJ36型双臂电桥设置“粗”、“细”调按钮，是为了避免电源烧坏。 D ：双桥电路中的换向开关是为了保护被测的低电阻，以避免过度发热而烧坏。 6.某同学得计算得某一体积的最佳值为3 415678.3cm V =(通过某一关系式计算得到)，不 确定度为3064352.0cm V =?，则应将结果表述为：( D ) A ：V=3.415678±0.64352cm 3 B: V=3.415678±0.6cm 3 C: V=3.41568±0.64352cm 3 D: V=3.42±0.06cm 3 7．几位同学关于误差作了如下讨论： 甲：误差就是出了差错，只不过是误差可以计算，而差错是日常用语，两者没有质的区别。 乙：误差和差错是两个完全不同的概念，误差是无法避免的，而差错是可以避免的。 丙：误差只是在实验结束后，对实验结果进行估算时需要考虑。 丁：有测量就有误差，误差伴随实验过程始终，从方案设计、仪器选择到结果处理，均离不开误差分析。 正确的选择是：( B ) A ：甲乙丙丁都对； B ：乙和丁对，甲和丙错；
电子衍射现象的发现
电子衍射现象的发现 发现的背景 20世纪20年代中期是物理学发展的关键时期。波动力学已经由薛定谔在德布罗意的物质波假说的基础上建立了起来，和海森伯从不同途径创立的矩阵力学，共同形成微观体系的基本理论。这一巨大变革的实验基础自然成了人们关切的课题，这就激励了许多物理学家致力于证实粒子的波动性。 人物介绍 图10.1 戴维森 戴维森 Clinton Joseph Davisson G.P.汤姆生 Sir George Paget Thomson 1881-1958 1892-1975 美国贝尔电话实验室实验物理学家 英国阿伯登大学实验物理学家 电子衍射的发现者 电子衍射的发现者 1937年诺贝尔物理学奖 1937年诺贝尔物理学奖 -因用晶体对电子衍射所作出的实验发 -因用晶体对电子衍射所作出的实验发现 戴维森 1881年10月22日出生在美国伊利诺斯州的布鲁明顿（Bloomington ），早年在布鲁明顿公立学校读书。 l902年中学毕业后，由于他的数学和物理成绩优异而获得芝加哥大学的奖学金，于当年9月进入芝加哥大学，在那里受教于密立根，曾一度当过密立根的助手，后来戴维森到普林斯顿（Princeton ）大学工作，从事电子物理学的研究实习。 1917年转入西部电气公司的工程部（后来叫贝尔电话实验室）从事研究工作，成绩卓著。 1921年，他和助手康斯曼（C.H.Kunsman ）在用电子束轰击镍靶的实验中偶然发现，镍靶上发射的“二次电子”竟有少数具有与轰击镍靶的一次电子相同的能量，显然是在金属反射时发生了弹性碰撞，他们特别注意到“二次电子”的角度分布有两个极大值，不是平滑的曲线。戴维森抓住这一现象，持续研究了五六年。 图10.2 G.P.汤姆生
大学物理实验期末考试
“物理实验III-1”期末考试试卷（C卷） 一、填空、选择、简答题（任选4题，若多答则按前4题记分）（在选择的题上画圈）（8分） 1 单双臂电桥测量电阻值的适用范围是：( ) （A）单双臂电桥都可以测量任何阻值的电阻； （B）单臂电桥适用于测量中值电阻，而双臂电桥适用于测量低值电阻； （C）双臂电桥只适用于测量低值电阻；而单臂电桥测量电阻的范围不受限制； （D）单臂电桥只适用于测量低值电阻；而双臂电桥测量电阻的范围不受限制； 2 误差按照性质可分为两种类型，即_________和系统_________。 3 进行十一线电位差计实验时，在工作电流标准化的过程中，检流计始终单方向偏转，不指零，其原因为： （A）标准电池接反（B）检流计灵敏度不高 （C）电阻丝不均匀（D）工作电源过高 4 在上图中画出x偏转板上的信号波形： 5 探测线圈处于什么条件下毫伏表的读数最大？毫伏表读数最小，又说明什么问题？ 答： 6 在进行n次测量的情况下，任一次测量的标准偏差为： (A) (B)(C)(D) 7 用螺旋测微计计量长度时，测量值=末读数—初读数，初读数是为了消除( ) (A)系统误差(B)偶然误差(C)过失误差(D)其他误差
8 分光计的刻度上有720个分格，每一格为30’，角游标的30个分格对应着刻度盘上的29个分格，该游标的分度值为____________。 二、有效数字及运算（6分） 1.计算下列函数有效数的结果： (1) x=9.80, lnx=________ (2) x=5.84, =________ (3) x=0.5275, =________ 2.把下列各数按数字修约规则取为四位有效数字 (1) 21.495 _______ (2) 43,465 _______ (3) 8.1308 _______ 三、推导不确定度传递公式（8分） (1) N=x+y+2z (2) f = (a ≠b) 四、（６分）在单摆测重力加速度实验中，用2 24l g T π=计算重力加速度。已获得摆长l 与周期T 的测量结果为： (100.0100.010)l cm =± (2.00210.0020)T =±秒 写出表示重力加速度g 的测量结果，即： 要求推导出不确定度的方差传递公式 ?g g ?= 计算出不确定度?g ?=最后写出测量结果g g g =±?。
复旦大学普通物理实验期末真题1006.
真题1006 一、随机误差正态分布 1、下列说法错误的是( A、测单摆周期应以最高点为起点 B、测单摆周期应以最低点为起点 C、 D、累计频率曲线允许两端误差较大 2、如何避免数据骑墙,错误的是:((多选 A、重新分组; B、 C、归于前一组,最后一组归于其自身; D、归于后一组,最后一组归于其自身; 二、碰撞打靶 1、求碰撞球高度h0的公式:( A、h0=(x2+y2/4y B、 C、h0=(x2+y/4y D、h0=(x2+4y/4y
2、操作没有错误,但是修正了4、5次都一直达不到十环(小于10环且靠近轴线,不可能的原因是( A、碰撞点高于被碰球中心 B、碰撞点低于被碰球中心 C、被碰球与支撑柱有摩擦 D、线没有拉直 三、液氮比汽化热 1、Q等于( A、水从t2升高到t3吸收的热 B、铜柱从t2降到液氮温度放出的热 C、铜柱从室温降到液氮温度放出的热 D、铜柱从t3上升到t1吸收的热 2、测得mN偏小的原因((多选 A、有水溅出 B、瓶口结冰 C、记录tb的时间晚了 D、铜柱在转移时吸热了 四、全息照相 1、实验装置的摆放顺序(
A、电子快门—反光镜—扩束镜—小孔 B、电子快门—反光镜—小孔—扩束镜 C、反光镜—电子快门—小孔—扩束镜 D、反光镜—电子快门—扩束镜—小孔 2、下列说法正确的是((多选 A、有胶剂的一面对光,看到实像 B、有胶剂的一面对光,看到虚像 C、有胶剂的一面背光,看到实像 D、有胶剂的一面背光,看到虚像 五、示波器 1、给你一幅图,问fx/fy=((就是考和切点的关系 2、衰减20db,测得x轴5.00,档位2ms/div;y轴4.00,档位0.1v/div,求频率(和电压( 六、二极管 1、正向导通时是(,反向导通时((填内接或外接 2、已知电压表内阻Rv,电流表内阻RA,测量值R,则内接时真实值是(,外接时真实值是(。 七、RLC电路 1、给你一幅图(两条谐振曲线,一条较高较窄的标有Ra,另一条Rb,问Ra、Rb 的大小关系,问Qa、Qb 的大小关系;
电子衍射实验
电子衍射实验 电子衍射实验是物理教学中的一个重要实验，通过观察电子衍射现象，加深对微观粒子波粒二象性的认识；掌握电子衍射的基本理论，验证德布罗意假设。本文尝试在实际实验的基础上，通过对实验结果和相关物理参数的处理，利用计算机技术和网络技术，虚拟电子衍射实验现象，并利用于实际教学。 1.电子衍射实验 1)德布罗意假设及电子波长公式及电子波长公式： 德布罗意认为，对于一个质量为m 的，运动速度为v 的实物粒子，从粒子性方面来看，它具有能量E 和动量P ，而从波动性方面来看，它又具有波长λ和频率h ，这些量之间应满足下列关系： 2/E mc hv P mv h λ ==== 式中h 为普朗克常数，c 为真空中的光速，λ为德布罗意波长，自上式可以得到： h h P mv λ== 这就是德布罗意公式。 根据狭义相对论理论，电子的质量为：h m mv = = o m 为电子的静止质量，则电子的德布罗意波长可表示为： h m mv = = 若电子在加速电压为V 的电场作用下由阴极向阳极运动，则电子的动能增加 等于电场对电子所做的功 21)k o E m c eV == 由式(5-2-6)可得： V =将式(5-2-7)代入式(5-2-5) 得到： λ= 当加速电压V 很小，即 2 01e m c 时，可得经典近似公式：
v h λ?'=?? '=??将346.62610h -=??焦秒，319.11010m -=?千克,191.60210e -=?库仑, 82.99810/c =?米秒，代入(5-2-8), (5-2-9),得到 80.48910)V λ-= =-? (5-2-10) λ'= 加速电压的单位为伏特，电子波长λ的单位为0 A ，即0.1um 。根据式(5-2-10可算出不同加速电压下电子波长的值。 2)布拉格方程(定律) 根据晶体学知识，晶体中的粒子是呈规则排列的，具有点阵结构，可以把晶体看作三维衍射光栅，这种光栅的光栅常数要比普通人工刻制的光栅小好几个数量级(810cm -有序结构)。当高速电子穿过晶体薄膜时所发生的衍射现象，与X 射线穿过多晶体所发生的衍射现象相类似。它们衍射线的方向，以单晶体为例: 当反射线满足2sin d n θλ= (Bragg 公式) n = 0,1,2,... 则加强,其它方向抵消。方程中的几何因子可用仪器的尺寸确定, 方程变为 λ= 222()m h k l =++， 其中 h 、k 、l 为晶面指数，晶格常数 0 4.0786A a = 3)多晶衍射花样
大学物理实验期末复习材料
大学物理实验期末复习 材料 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
绪论-《测量的不确定度与数据处理》 1、有效数字、有效数字的单位换算 有效数字：测量结果中所有可靠数字和一个欠准数统称为有效数字。 有效数字的单位换算：在单位换锁或变换小数点位置时，不能改变有效数字位数，而是应运用科学计数法，把不同单位用10的不同次幂表示。 2、测量不确定度：测量不确定度是与测量结果相关联的参数，表征测量值的分散性、准确性和可靠程度，或者说它是被测量值在某一范围内的一个评定。 测量结果的最佳估计值 11n i i x x n ==∑ A 类不确定度 A x U σ= B 类不确定度 B U = 仪 合成不确定度 U =测量结果的表示 x x U =± 3、数据处理方法：作图法、逐差法 作图法：1）：图示法：选取合适的坐标纸，把两组互相关联的物理量的每一对测量值标记成坐标纸上的一个点，用符号“+”表示，叫做数据点，然后根据实验的性质，把这些点连成折线，或拟合成直线或曲线，这就是图示法。 2）：图解法解实验方程：线性方程，Y=mx+b 其参数的误差与所有测量数据的误差都有关，也与坐标纸的种类、大小以及作图者自身的因素有关。 3):曲线的改直 逐差法：自变量等间隔变化，而两物理量之间又呈现线性关系时，我们除了采用图解法，最小二乘法以外，还可采用逐差法。
逐差法要求自变量等间隔变化而函数关系为线性。 实验一长度和固体密度的测量 1、物理天平的调节过程及注意事项 调平：1）转动调平螺丝，使水准的水泡剧中。 2）调零：天平空载，游码置于横梁上的零位置，指针应在标尺中央或在中央附近对称摆动。 3）称横：观察天平是否平衡，若不平衡，适当增减砝码或移动游码，直至平衡。 注意事项： A、常止动：为避免道口受冲击损坏，取放物体、砝码，调节平衡螺母以及 不是用天平时，都必须放下横梁，止动天平。只有在判别天平是否平衡时才启动天平。 B、轻操作：启动、止动天平时，动作务须轻且慢，以使天平刀口不受撞击。 最好在天平指针摆到刻度尺中央时止动天平。 C、必须用镊子搬动砝码和拨动游码，不许用手直接抓取或拨动。称横完毕， 砝码必须放回盒中原位，不许放在秤盘及砝码盒以外的其他地方。 D、天平的负载不得超过其最大称量，以防损坏刀口或压弯横梁。也不应将 高温物体、酸、碱等腐蚀性物品直接放在秤盘中称横，以防被腐蚀。 2、螺旋测微器的读数 答案一：读数=固定刻度+可动刻度+估读值 (1) 读数时，要注意固定刻度尺上表示半毫米刻线是否已经露出。 (2)读数时，千分位有一位估读数字，即使固定刻度的零点正好与可动刻度的某一刻度线对齐，千分位上也应读为“0”。
大学物理实验习题和答案
第一部分：基本实验基础 1．（直、圆）游标尺、千分尺的读数方法。 答：P46 2．物理天平 1．感量与天平灵敏度关系。天平感量或灵敏度与负载的关系。 答：感量的倒数称为天平的灵敏度。负载越大，灵敏度越低。 2．物理天平在称衡中，为什么要把横梁放下后才可以增减砝码或移动游码。 答：保护天平的刀口。 3．检流计 1．哪些用途？使用时的注意点？如何使检流计很快停止振荡？ 答：用途：用于判别电路中两点是否相等或检查电路中有无微弱电流通过。 注意事项：要加限流保护电阻要保护检流计，随时准备松开按键。 很快停止振荡：短路检流计。 4．电表 量程如何选取？量程与内阻大小关系？ 答：先估计待测量的大小，选稍大量程试测，再选用合适的量程。 电流表：量程越大，内阻越小。 电压表：内阻=量程×每伏欧姆数 5．万用表 不同欧姆档测同一只二极管正向电阻时，读测值差异的原因？ 答：不同欧姆档，内阻不同，输出电压随负载不同而不同。 二极管是非线性器件，不同欧姆档测，加在二极管上电压不同，读测值有很大差异。 6．信号发生器 功率输出与电压输出的区别？ 答：功率输出：能带负载，比如可以给扬声器加信号而发声音。 电压输出：实现电压输出，接上的负载电阻一般要大于50Ω。 比如不可以从此输出口给扬声器加信号，即带不动负载。 7．光学元件 光学表面有灰尘，可否用手帕擦试？ 答：不可以 8．箱式电桥 倍率的选择方法。 答：尽量使读数的有效数字位数最大的原则选择合适的倍率。 9．逐差法 什么是逐差法，其优点？ 答：把测量数据分成两组，每组相应的数据分别相减，然后取差值的平均值。 优点：每个数据都起作用，体现多次测量的优点。 10．杨氏模量实验 1．为何各长度量用不同的量具测？
《普通物理实验》实验教学大纲
《普通物理实验》实验教学大纲 一、教学目的 1、通过一定数量的普物实验，使学生在物理实验的基本知识、基本方法和基本技能方面受到较系统的训练，掌握基本物理量的测量原理和方法，能根据误差要求合理选择与正确使用基本仪器，能进行有效数字的运算和数据的处理；对实验结果能做正确的分析和判断，使学生具有中学物理实验教学的能力。 2、通过对实验现象的观察和判断，对实验结果的分析和总结，使学生加深对物理基本概念和规律的认识。 3、它侧重培养学生科学实验能力、实验技能的基本训练和良好的科学实验规范，同时培养大学生学习能力、实践能力和创新能力。 4、培养学生辨证唯物主义世界观，严肃认真，实事求是的科学态度，严谨的工作作风和良好的实验习惯。 二、教学基本要求 1、掌握物理实验的基本知识、基本方法和基本技能； 2、掌握基本物理量的测量原理和方法，能根据误差要求合理选择与正确使用基本仪器，能进行有效数字的运算和数据的处理； 3、准确观察和判断实验现象，分析和总结实验结果的初步能力。 4、初步形成良好的工作作风，基本的科学实验能力和创新意识。 三、教材及参考书 1、《普通物理实验》（一、力学、热学部分），杨述武主编马葭生、张景泉、贾玉民编，高等教育出版社, 2000年，第三版 2、《普通物理实验》（二、电磁学部分），杨述武主编杨介信，陈国英编，高等教育出版社, 2000年，第三版； 3、《普通物理实验》（三、光学部分），杨述武主编王定兴编，高等教育出版社, 2000年，第三版 4、《普通物理实验》（四、综合及设计部分），杨述武主编，马葭生、张景泉、贾玉民编，高等教育出版社,，2000年，第一版 四、其它说明 1、本课程采用理论教学和学生分组实验相结合，分组集中讲解与个别指导相结合的教学方法。即教师先讲解绪论部分；在分组实验时，教师先分大组对学生讲解实验的原理和实验方法，然后在分组实验过程中对学生进行个别辅导。学生轮流循环做所有实验。 2、考核内容 预习报告、操作技能、实验现象解释提问、实验态度、实验室制度的遵守情况、实验报告六个方面。 3、考核方法 笔试、口试、实际操作。 4、成绩评定
实验三 电子衍射实验
实验三 电子衍射实验 1924年法国物理学家德布罗意在爱因斯坦光子理论的启示下，提出了一切微观实物粒子都具有波粒二象性的假设。1927年戴维逊与革末用镍晶体反射电子，成功地完成了电子衍射实验，验证了电子的波动性，并测得了电子的波长。两个月后，英国的汤姆逊和雷德用高速电子穿透金属薄膜的办法直接获得了电子衍射花纹，进一步证明了德布罗意波的存在。1928年以后的实验还证实，不仅电子具有波动性，一切实物粒子，如质子、中子、α粒子、原子、分子等都具有波动性。 一、实验目的 1、通过拍摄电子穿透晶体薄膜时的衍射图象，验证德布罗意公式，加深对电子的波粒二象性的认识。 2、了解电子衍射仪的结构，掌握其使用方法。 二、实验仪器 WDY-V 型电子衍射仪。 三、实验原理 1、 德布罗意假设和电子波的波长 1924年德布罗意提出物质波或称德布罗意波的假说，即一切微观粒子，也象光子一样, 具有波粒二象性，并把微观实物粒子的动量P 与物质波波长λ之间的关系表示为： mv h P h = = λ (1) 式中h 为普朗克常数，m 、v 分别为粒子的质量和速度，这就是德布罗意公式。 对于一个静止质量为m 0的电子，当加速电压在30kV 时，电子的运动速度很大，已接近光速。由于电子速度的加大而引起的电子质量的变化就不可忽略。根据狭义相对论的理论，电子的质量为： c v m m 2 2 10 -= （2） 式中c 是真空中的光速，将（2）式代入（1）式，即可得到电子波的波长： 22 01c v v m h mv h -==λ （3） 在实验中，只要电子的能量由加速电压所决定，则电子能量的增加就等于电场对电子 所作的功，并利用相对论的动能表达式： )111( 222 02 02 --=-=c v c m c m mc eU （4） 从（4）式得到
(完整版)《大学物理》下期末考试有答案
《大学物理》（下）期末统考试题（A 卷） 说明 1考试答案必须写在答题纸上，否则无效。请把答题纸撕下。 一、 选择题（30分，每题3分） 1．一质点作简谐振动，振动方程x=Acos(ωt+φ)，当时间t=T/4(T 为周期)时，质点的速度为： (A) -Aωsinφ； (B) Aωsinφ； (C) -Aωcosφ； (D) Aωcosφ 参考解：v =dx/dt = -Aωsin (ωt+φ) ,cos )sin(4 2 4/?ω?ωπA A v T T T t -=+?-== ∴选(C) 2．一弹簧振子作简谐振动，当其偏离平衡位置的位移的大小为振幅的1/4时，其动能为振动总能量的 (A) 7/6 (B) 9/16 (C) 11/16 （D ）13/16 (E) 15/16 参考解：,1615)(221242122122 1221=-=kA k kA kA mv A ∴选（E ） 3.一平面简谐波在弹性媒质中传播，在媒质质元从平衡位置运动到最大位移处的过程中： (A) 它的动能转换成势能． (B) 它的势能转换成动能． (C) 它从相邻的一段质元获得能量其能量逐渐增大． (D) 它把自己的能量传给相邻的一段质元，其能量逐渐减小． 参考解：这里的条件是“平面简谐波在弹性媒质中传播”。由于弹性媒质的质元在平衡位置时的形变最大，所以势能动能最大，这时动能也最大；由于弹性媒质的质元在最大位移处时形变最小，所以势能也最小，这时动能也最小。质元的机械能由最大变到最小的过程中，同时也把该机械能传给相邻的一段质元。∴选（D ）
4．如图所示，折射率为n 2、厚度为e 的透明介质薄膜 的上方和下方的透明介质的折射率分别为n 1和n 3，已知n 1 ＜n 2＜n 3．若用波长为λ的单色平行光垂直入射到该薄膜 上，则从薄膜上、下两表面反射的光束①与②的光程差是 (A) 2n 2 e ． (B) 2n 2 e －λ / 2 . (C) 2n 2 e －λ． (D) 2n 2 e －λ / (2n 2)． 参考解：半波损失现象发生在波由波疏媒质到波密媒质的界面的反射现象中。两束光分别经上下表面反射时，都是波疏媒质到波密媒质的界面的反射，同时存在着半波损失。所以，两束反射光的光程差是2n 2 e 。 ∴选（A ） 5．波长λ=5000?的单色光垂直照射到宽度a=0.25mm 的单缝上，单缝后面放置一凸透镜，在凸透镜的焦平面上放置一屏幕，用以观测衍射条纹，今测得屏幕上中央明条纹一侧第三个暗条纹和另一侧第三个暗条纹之间的距离d=12mm ，则凸透镜的焦距f 为： (A) 2m (B) 1m (C) 0.5m (D) 0.2m ； (E) 0.1m 参考解：由单缝衍射的暗纹公式, asin φ = 3λ， 和单缝衍射装置的几何关系 ftg φ = d/2， 另，当φ角很小时 sin φ = tg φ， 有 1103 310500061025.0101232==?=---?????λa d f (m ) , ∴选（B ） 6．测量单色光的波长时，下列方法中哪一种方法最为准确? (A) 双缝干涉 (B) 牛顿环 (C) 单缝衍射 (D) 光栅衍射 参考解：从我们做过的实验的经历和实验装置可知，最为准确的方法光栅衍射实验，其次是牛顿环实验。 ∴选（D ） 7．如果两个偏振片堆叠在一起，且偏振化方向之间夹角为60°，光强为I 0的自然光垂直入射在偏振片上，则出射光强为 (A) I 0 / 8． (B) I 0 / 4． (C) 3 I 0 / 8． (D) 3 I 0 / 4． 参考解：穿过第一个偏振片自然光的光强为I 0/2。随后，使用马吕斯定律，出射光强 8102021 60cos I I I == ∴ 选（A ） n 3
复旦大学物理系20062007学年第二学期期末考试试卷
复旦大学物理系 2006~2007学年第二学期期末考试试卷 B 卷课程名称：普通物理实验（平台）课程代码：PHYS120004.（01—11）开课院系： 物理系考试形式：闭卷姓名： 学号：专业：实验时间：周第、 节(要求完成你所做过的12个实验的考题，多做扣分) 一.第一循环（共16分） 实验4-15．液氮比汽化热（8分） 1．在测量液氮比汽化热实验中，下列各项测量中均会产生误差，其中哪项对最后结果影响最小B （4分）？ A ．称量量热器内桶与水的质量； B ．称量铜柱质量； C ．测量水的初温θ2； D ．测量水的末温θ3。 2．在测量液氮比汽化热实验中，铜柱与液氮发生热交换后，液氮的温度C （4分）。 A ．升高； B ．降低； C ．不变； D ．都有可能。 实验3-2．碰撞打靶（8分） 1．在碰撞打靶实验中下列说法不正确的是D （4分）。 A ．即使完全一样的两个铁球碰撞也有能量损失； B ．在该实验中，摩擦力不可能使铁球能量增加； C ．如果绳子不可伸长，则绳子的张力对铁球不做功； D ．如果不是正碰，其能量损失将会增加。 2．下面给出的是打靶实验中得到的三张靶纸，其中最能说明摆球两根悬线其支点前后不对称的是A （4分）。 实验4-11热敏电阻（8分） 1．画出本实验中测量电阻的电路图。题号一二 三四五六总分 得分
2．热敏电阻的材料常数B ，下面最合适的说法是C （4分）。 A ．与材料性质和电阻形状有关； B ．只与材料性质有关； C ．与材料性质和温度有关； D ．与温度和电阻形状有关。二.第二循环（共16分） （周二、周四上午，周三3、4节在317室上课的同学补充实验四必做、补充实验二、三中任选一题，周三1、2节、5、6节，周四下午，周五下午在314室上课的同学实验4-10必做，实验4-5和补充实验二中任选一题） 实验4-10.落球法测量液体的粘滞系数（8分） 1．液体的粘滞系数随温度的升高而降低，若实验中小球的体积过大，则可能在下落的过程中出现湍流的情况。（每格2分） 2．若千分尺的零读数为-0.012mm ，但在测小球直径时，由于粗心并没有将千分尺的零读数计算进去，那么由此得出的液体粘滞系数偏小（偏大、偏小、不变）；若在计算液体粘滞系数时，忽略了液体本身的密度，则由此得出的液体粘滞系数偏大（偏大、偏小、不变）。（每格2分） 实验4-5．用扭摆法测定物体转动惯量（8分） 1．在用扭摆法测量物体的转动惯量的实验过程中，扭摆的摆动角度基本保持在__40到90度__的范围 内较好。（4分） 2．用扭摆测物体的转动惯量前，首先要测扭摆的仪器常数K （即弹簧的扭转系数）。测得载物盘摆动周期为T 0，塑料圆柱体垂直放置在载物盘上后的摆动周期为T 1；已知塑料圆柱体的转动惯量为I 1，则弹簧 的扭转系数K =，载物盘的转动惯量I 0=。（每格2分）2122104I T T π-2012210T I T T -补充实验二．弯曲法测杨氏模量（8分）1．某同学用弯曲法测某横梁的杨氏模量，在用千分尺测厚度时始终不使用棘轮，且加紧物体时读数，那么他测出的厚度值与使用棘轮测出的厚度相比偏小（填没什么差别，偏小，偏大），最后算出的横梁杨氏模量与使用棘轮时相比偏小（填没什么差别，偏小，偏大）。（每格2分） 2．已知，若用最小二乘法拟合处理数据得到，并且得到的不确定度为334d mg E a b Z =?/k Z m =??k ；则（已知、、的不确定度分别为()u k ()u E E a b d 、和()u a ()u b u 补充实验三．溶液旋光性及浓度的研究（8分）1．研究溶液旋光性时，入射光一定是偏振光，该种性质的光进入旋光溶液后，其光矢量的振动面将发生旋转。（每格2分） 2．现有浓度为C 的旋光溶液若干mL ，长度不相等的样品管若干支，若用偏振光旋光仪精确测量该旋光溶液的旋光率，需要依次测出：①每根样品管的长度L 1、L 2、……L n 、②盛有纯净水的各管的旋光度θ1’、θ2’……θn ’③盛有旋光溶液的各管的旋光度θ1、θ2……θn ；然后利用最小二乘法求出比例系数β，最后用表达式[α]=β/C 算出该旋光溶液的旋光率。（每格1分） 补充实验四．毛细管法测液体黏度（8分） 1．在《毛细管法测液体黏度》实验中，所使用的密度计的最小分度值是1 Kg/m 3；若进行单次测量 并且采用1/2分度估读的话,其测量不确定度为0.5Kg/m 3。（每格2分）2．在用毛细管黏度计测酒精黏度时，若算出的酒精黏度与参考值相比偏大，则实验中可能出现的错误操作是B （4分）。 A．在黏度计中注入酒精之前，没有用酒精清洗毛细管； B．注入的纯净水体积小于酒精的体积（注入酒精的体积为6ml）； C．用密度计测水的密度时眼睛平视液面； D．在黏度计倾斜的情况下测量纯净水流过毛细管的时间。
电子衍射实验讲义
电子衍射实验讲义 一 实验目的 1 验证电子具有波动性的假设； 2 了解电子衍射和电子衍射实验对物理学发展的意义； 3 了解电子衍射在研究晶体结构中的应用； 二 实验仪器 电子衍射，真空机组，复合真空计，数码相机，微机 三 实验原理 （一）、电子的波粒二象性 波在传播过程中遇到障碍物时会绕过障碍物继续传播，在经典物理学中称为波的衍射，光在传播过程表现出波的衍射性，光还表现出干涉和偏振现象，表明光有波动性；光电效应揭示光与物质相互作用时表现出粒子性，其能量有一个不能连续分割的最小单元，即普朗克1900年首先作为一个基本假设提出来的普朗克关系 hv E = E 为光子的能量，v 为光的频率，h 为普朗克常数，光具有波粒二象性。电子在与电磁场相互作用时表现为粒子性，在另一些相互作用过程中是否会表现出波动性？德布罗意从光的波粒二象性得到启发，在1923－1924年间提出电子具有波粒二象性的假设， k p E r h r h ==, ω E 为电子的能量，p r 为电子的动量，v πω2=为平面波的圆频率，k r 为平面波的波矢量，π 2/h =h 为约化普朗克常数；波矢量的大小与波长λ的关系为λπ/2=k ，k p r h r =称为德布罗意关系。电子具有波 粒二象性的假设，拉开了量子力学革命的序幕。 电子具有波动性假设的实验验证是电子的晶体衍射实验。电子被电场加速后，电子的动能等于电子的电荷乘加速电压，即 eV E k = 考虑到高速运动的相对论效应，电子的动量 )2(1 2mc E E c p k += λ 由德布罗意关系得 ) 2/1(22 2 mc E E mc hc k k += λ 真空中的光速，电子的静止质量，普朗克常数 ，当电子所受的加速电压为V 伏特，则电子的动能 ，电子的德布罗意波长 s A c o /10 99793.218 ×=26/10511.0c eV m ×=eV A hc eVs h o 4 15 1023986.1,10 13571.4×=×=?VeV E k =o A V V )1089.41(1507 ?×?≈λ， （1）
大学物理实验理论考试题及答案
一、 选择题（每题4分，打“ * ”者为必做，再另选做4题，并标出选做记号“ * ”，多做不给分，共40分） 1* 某间接测量量的测量公式为4323y x N -=，直接测量量x 和y 的标准误差为x ?和y ?,则间接测 量量N 的标准误差为？B N ?= ； 4 322 (2) 3339N x x y x x x ??-= =?=??， 333 4 (3) 2248y N y y y y x ??= =-?=-??- ( ) ( ) []2 1 2 3 2 2 89y x N y x ? +?=? 2*。 用螺旋测微计测量长度时，测量值=末读数—初读数（零读数），初读数是为了消除 ( A ) （A ）系统误差 （B ）偶然误差 （C ）过失误差 （D ）其他误差 3* 在计算铜块的密度ρ和不确定度ρ?时，计算器上分别显示为“8.35256”和“ 0.06532” 则结果表示为：（ C ） (A) ρ=（8.35256 ± 0.0653） （gcm – 3 ）， (B) ρ=（8.352 ± 0.065） （gcm – 3 ）， (C) ρ=（8.35 ± 0.07） （gcm – 3 ）， (D) ρ=（8.35256 ± 0.06532） （gcm – 3 ） (E) ρ=（20.083510? ± 0.07） （gcm – 3 ）， (F) ρ=（8.35 ± 0.06） （gcm – 3 ）， 4* 以下哪一点不符合随机误差统计规律分布特点 （ C ） （A ） 单峰性 （B ） 对称性 （C ） 无界性有界性 （D ） 抵偿性 5* 某螺旋测微计的示值误差为mm 004.0±，选出下列测量结果中正确的答案：（ B ） A ． 用它进行多次测量，其偶然误差为mm 004.0； B ． 用它作单次测量，可用mm 004.0±估算其误差； B = ?==? C. 用它测量时的相对误差为mm 004.0±。 100%E X δ= ?相对误差：无单位；=x X δ-绝对误差：有单位。 6* 在计算数据时，当有效数字位数确定以后，应将多余的数字舍去。设计算结果的有效数字取4位，