物理实验组图及视频精选Top20

本来想发到水版去的，结果发现水版河蟹中，那就发到这里来吧~
各位专业人士非喜勿喷。。。

福建省第19届中学生物理夏令营，由福建省物理学会主办，地点在福州师范大学。作为一名暑假结束就高三的理科生，同时也是高中物理竞赛班的成员，这个暑假和同学们到福师大培训了一下全国物理竞赛所要求的实验考试项目，全国物理竞赛所考查的实验不是中学实验，而是大学实验，不过实验要求没有大学生那么严格。本次培训涵盖了力学、热学、光学、电磁学各种实验。
      培训时间共七天时间，总共23个实验。分配下来每天实验也就3、4个，不要看每天实验就这么点，其实实验用时很长。有5天实际是每天早上8：:30到实验室，中午12:30前到食堂吃饭，吃晚饭又马不停蹄赶回实验室，此时差不多中午1:00（路程比较长），中午不睡觉，直到下午6:00才算正式离开实验室，然后去吃晚餐。整天宅在实验里的男生不是普通的宅男，而是技术宅！

       所谓“计划内的实验”就是指这次夏令营安排培训的实验内容（全国有一本统一的物理竞赛实验指导书）。实验室在第8天早上额外开放了半天，自然诞生了“计划外的实验”，就是尝试做一些带有创新性的、书上没有或老师没有教过的实验，这个下面会提到。
        这次的实验之旅给我一个很深刻的启示：以前做的实验根本不叫实验，真正的实验应该是带有探索性的，很多东西需要你自己摸索，真正的实验也应该是带有乐趣的，做实验=玩才是真理！     
        以下是从这几天拍的照片视频中精选出来的Top20，大家将能看到许多让人“心潮澎湃”的仪器，采用倒数的方式，从第20一直讲到第1。

TOP20    电阻箱、灵敏电流计和电桥 电阻箱和灵敏电流计一般只在练习题和考卷上见过，那么它究竟长什么样呢？ 这整个装置就是惠斯通电桥。带旋钮的就是电阻箱，中间是灵敏电流计，这里叫做“检流计”。左上角显示数字的是直流稳压电，右边是超大的10千欧滑动变阻器，这货等会还会介绍。 TOP19    金属丝的杨氏模量测量装置 杨氏模量是一个有点像弹簧劲度系数的东西，这里就不详细讲了。 靠近我们的是一台望远镜、日光灯和钢尺，如下图。可以看到望远镜和日光灯之间是钢尺 望远镜前方两米开外的地方有个架子，上面放着一个小镜子。这镜子实际上叫做“光杠杆” 那么，望远镜和镜子是干什么用的呢？这套装置的巧妙之处就在于，通过望远镜，看镜子里钢尺的像！ 通过这个方法，将金属丝微小的伸长放大，并且使我们定量能够定量地测量。你还能想到什么实验也用到了类似的方法呢？ TOP18     测量元件的伏安特性曲线 测量伏安特性曲线？用一个指针式电压表？和一个指针式电流表？错了！我们有专门的仪器！电压表，电流表，电源，变阻器全部集成好了。 图为测量蓝色发光二极管的V-A曲线 蓝色LED发出清冷的蓝光 我们用这个仪器测了半导体二极管、稳压二极管和红、绿、蓝发光二级管的伏安曲线。 TOP17    氦氖激光器测玻璃折射率 原理和我们在学校做的插针法类似，只不过用了激光 光学实验要在黑暗的房间里进行，所以接下来有关光学实验的照片亮度都不是很高或者加了闪光灯。 这个激光器可不是平时玩的“红外线”，它又大又粗，还有个专用电源。右下方的黑管子就是氦氖激光器，它的右边就是电源。 照片所属相册：2012物理夏令营实验 TOP16    自组简单望远镜 根据望远镜成像原理，我们可以很快地在实验室组装出简易的望远镜，更不用说对于一个天文爱好者了 目镜处看到的物屏的倒立放大虚像  （物屏就是远处的那个发光的“1”，光源为台灯） TOP16    自组简单显微镜 根据显微镜成像原理，我们可以很快地在实验室组装出简易的显微镜 图为我组装的显微镜和同学的手 目镜处看到的物屏的倒立放大虚像  （手机的原因拍得不清楚，光源为台灯） TOP14    钠灯    在这里一般除了对光源要求不高的实验（像显微镜望远镜这些只要成虚像的）用台灯，其余都有专用光源。钠被电离、激发后会发射出589nm的黄色光线，这就是它的光谱。因为这一性质，它可以用作波动光学的许多定量实验。 刚打开钠灯时它会发出蓝色的光，预热一小会儿后就变成黄光，看下面三个图就明白了。            钠灯的两极并没有直接用导体相连，从上面可以看出光柱逐渐变粗，它依靠的是电离气体发光。 上面三图只是钠灯的灯管，钠灯的外面是什么样，等会就能看到。 TOP13  核辐射？ 额好吧这个有炒作的嫌疑。我们并没有做核物理实验，这只是一个经透镜所成的实像。这个实验是用多种不同方法测透镜焦距。 实验装置图： 这张桌子不是普通的桌子，而是“光学实验平台”。平台上的仪器用特殊的底座固定： 每个底座上都有个开关，把它打开，底座就能牢牢吸在实验平台上。 注意到实验装置图左下方没有？这里再介绍一种光源：溴钨灯。 它的亮度高，光线集中，十分便于光学实验。 TOP12     分光计 分光计可以用来测定玻璃砖折射率 左边那两个架子上的柱体就是钠灯（一个亮着一个没亮），亮着的钠灯前面是凸透镜，再前面——有个圆盘的东西就是分光计了。 透镜架很炫吧？ 这个实验重点在于通过目镜观察到明暗分界线，看到的时候非常有成就感！ TOP11     超大型滑动变阻器 在中学见到的滑动变阻器有多大？这里桌上摆的滑动变阻器吓了我一小跳，这个10KΩ的东西要用手提！做实验就用它！ TOP10     大家一起来玩冰 是的，你没看错，这是在力热实验室，时不时能听到一声声巨响，大家把一块一块的冰砖砸碎。这是在干嘛呢？ 当天下午有两个实验，一是测量热敏电阻的温度特性，需要冰块来制造所需温度： 二是测量冰的熔化热，当然需要冰啦： TOP9   数字测时器 测单摆周期用秒表？那你就out了！这里用的是数字测时器配合光电门！它能测量到0.000001秒！老师说，因为它太精确了，所以你们处理数据的时候就把它的误差当作零！ 当天运气太好了！居然有一个单摆数据最后四位全是8！8.888毫秒！这个单位可是毫秒啊！这是概率极小的啊！我当天真该去买彩票！ 单摆和光电门： TOP8     气垫导轨      气垫导轨真是相当好玩，它上面的小孔能喷气，使滑块悬浮在导轨上，在上面运动的阻力很小。 这么小的阻力使得看滑块在导轨两端弹来弹去也是一种享受！ 喷气孔： 后面是数字毫秒计，和前面的数字测时器类似，它和光电门配合来研究物体在气垫导轨上的运动 光电门： TOP7   功率函数信号发生器 函数信号发生器可以输出不同频率的正弦波、三角波、方波，主要配合示波器使用，等会我们还会再看到它的详细用途。 TOP6      光的双棱镜干涉 这里光源是钠灯（左） 干涉条纹： TOP5      光的夫琅禾费衍射 实验采用钠光灯作为光源 实验装置图： 衍射条纹： 上面两个实验说明了光具有波动性，也正是因为这一性质，才使得光学望远镜、光学显微镜这一类器材不能无限放大。 介绍了这么多光学实验，我们看到光源大都采用钠光灯、偶尔用溴钨灯和台灯。那么你猜光学实验室最多的光源是哪一种呢？ 钠光灯！                     猜错了！！ 是台灯！ 光学实验室每桌都有一两个台灯，台灯主要不是用做实验光源，而是用来照明 。因为光学实验室不仅要不透光的窗帘，而且连门都要关着以免影响实验（还好所有实验室都有空调）。黑暗的实验室里需要看实验步骤怎么办？看仪器标识怎么办？用台灯，因为台灯有灯罩，不会影响别人的实验，当然自己做实验的时候还是要把台灯关掉的。 TOP4       示波器概览 终于到示波器了！而且我可以告诉大家，接下来的top321都与示波器有关！示波器究竟有怎样神奇的魅力呢？top4就先来个概览吧！ 这是我这次拍的第一张实验的照片 操作区： 这时候函数信号发生器派上用场了 正弦波： （上面的亮斑是天花板的的灯） 方波： RC电路（电阻和电容串联）电容快速充电曲线（接方波信号）： RC电路（电阻和电容串联）电容临界充电曲线（接方波信号）： RC电路（电阻和电容串联）电容慢充电曲线（接方波信号）： 信不信由你，测量声速也要用到示波器： 做完“计划内的实验”还有剩时间，我就开始做“计划外的实验”。 书上只要求RC电路，而正好桌上有个0.1H的电感，我就做了一个RL电路（电阻和电感串联），下面是L两端电压随时间变化的曲线（接方波信号） TOP3    LRC电路 计划外的创新实验大多诞生在额外开放实验室的那半天，因为没有实验任务，我可以自由发挥，想想各种奇怪的花样。 先来个不奇怪的吧，我们计划内的实验只有RC电路，计划外的RL电路上面已经介绍过了，还差一个LRC电路，这个电路是最复杂的，当然也是最好玩的。既然所需器材实验室都有，那就弄一个玩玩。 电容两端电压随时间变化（接方波信号）： 电感两端电压随时间变化（接方波信号）： TOP2     利萨茹曲线 你以为自己已经看遍了示波器所有的用途？   大错特错！示波器的威力是无穷的！ 第一天我做完“计划内实验”时间还有剩，肿膜办？ 接下来是计划外重头戏！调出利萨茹曲线！ 利萨茹曲线是什么？两个互相垂直的简谐远动叠加所得的图形就是利萨茹图形。它没有一个固定的形状，它的形状与两个简谐振动的频率和相位差有关。 所以我就想，示波器的两个输入口CH1和CH2，理论上可以输入两个正弦信号然后按“X-Y”叠加就可以得到利萨茹图形啦！ 可是一台示波器只配一台函数发生器，一个函数发生器只有一个输出端，怎么办呢？还好线够长！先把自己的函数发生器接上示波器，再把隔壁桌的函数发生器输出端也接到我的示波器上就齐活啦！ 一台示波器接两台发生器，这样不容易得到稳定的利萨茹图形，也就是说图形会动，上面的两张图其实都会动。这样看起来很有立体感，好像图形在旋转一样。 所以我拍了视频： 那么怎样得到稳定的利萨茹图形呢？一位学长帮了我！他接了个电容进去，众所周知，纯电容电流超前电压π/2，这就制造了一个恒定的相位差（上次折腾线圈有稍微提到过相位差的概念），这样只用一台发生器就能调制出利萨茹曲线了！不过用这种方法得到的曲线比较简单，没有上面那样复杂的图形： 上面是接了个电容得到的利萨茹图形。你可能也猜到了，椭圆、圆、线段都是利萨茹图形。 我还接了一个正弦波和三角波垂直叠加的图形，这个就不是利萨茹图形了： 接下来揭晓TOP1 TOP1       用示波器显示二极管的伏安特性曲线！ 示波器的神奇永远有东西等待着你发掘。有人要问，研究二极管伏安特性曲线的实验不是已经在TOP18中专门研究伏安特性的实验仪测过了吗？是的，这个实验被安排在第7天，我也用这台V-A特性实验仪绘制出了二极管的伏安曲线。做完实验后，我就问当天主持电磁学实验的老师：“能否用示波器显示出二极管的伏安曲线？”  那位老师斩钉截铁地跟我说：“不能。”    然而我在从实验室走回宿舍的路上就想到了用示波器调制出伏安曲线的方法，电路非常简单。我觉得很有必要把这个方法放上来： 通过定值电阻R0将电流信号转变为电压信号，再像利萨茹图形一样将x-y叠加不就成了吗？ 理论上这个方法适用于任何电子元件，不限于二极管。 我从隔壁实验室“偷”了一个稳压二极管过来，最终得到了下面这个图形！ （注：这个图其实应该转过180°来看，不过无所谓） 这个图实际上只显示出了它的正向伏安曲线，因为如果要显示反相伏安曲线的话，正向就会烧坏。 我们来看一下叠加前的CH1和CH2通道的信号：（上为CH1，下为CH2） 刚调出伏安曲线时有些现象我还不是很明白，这时候上面提到的那位学长再次出现，虽然他也没试过用示波器调过伏安曲线，但他思考一番后解答了一些问题，非常感谢他！ 来看看示波器上纯电阻的伏安曲线： 是一条线性很强的直线！ 示波器上二极管的伏安特性曲线虽然没有利萨茹图形漂亮，也没有它那样千变万化。但是我却把它排到TOP1的位置，是因为它完全是创新思维的结晶！虽然它原理简单，但是过程不简单！这正是实验的魅力！它需要你自己动脑思考问题！自己动手把你的思考变成实践！ 限于知识水平，以上内容难免有错误，欢迎批评指正！