各大高校教育以提倡大学生素质教育为前提，不少院校针对理工科大学生相继开设了美术、声乐、大学语文等课程，从而加强了他们的人文知识教育。而对于文科大学生科学素质的教育工作起步较晚，进展也相对缓慢。因此，有必要培养文科学生的观察力、想象力、逻辑思维能力和实践创新能力，针对文科生开设大学物理演示实验教学有助于学生开拓思路、锻炼能力，促进各学科之间的渗透和互补，对提高文科生的科学文化素质具有重要意义。
北京工商大学于2009年春季首次向文科学生专门开设了“物理探索与实践”大学物理演示实验选修课，第一次开课限选人数为35人。为了提高教学效果，教师们从教学内容、教学方法、教学过程管理、实验仪器维护等方面进行了探讨，教学效果良好。在总结了第一次开课的教学经验后改进和完善了教学课件，于2011年春季再次开设了该选修课，选课人数达到80人，分两个小班授课。文科学生普遍反映本选修课使他们更好地理解了物理概念和规律，提高了实践动手能力，开阔了学习视野，培养了团队合作意识，激发了学生的学习热情。
对于向文科学生新开设的大学物理演示实验课程，教师们一致认为应以突出素质教育为指导思想，改变灌输式的教学方法，以学生独立操作实验为主、教师启发式指导为辅的方式，实行“观察实验—理论解释—动手实践—演讲总结”的分层次教学模式。第一，学生在演示实验室先观察实验现象。例如，在讲解“法拉弟笼”实验时，先让学生观察50～100kV高压电源向法拉第笼放电现象，因为笼体的屏蔽作用，笼内的同学安然无恙。学生对此惊讶不已，觉得不可思议，急切想知道其中缘由。第二，教师在课堂上用PPT课件详细解释了静电屏蔽的电学原理，并启发学生思考：在生活中是否存在类似现象？学生想到了高压线圈外的铁架，还有些同学想到如果将易发生雷电地区的房屋装上这些具有屏蔽作用的笼网，可以保护人身安全。这样的演示实验让学生感觉到物理现象就在我们身边，对所学知识印象深刻。第三，让文科生参与到普通大学物理实验中，讲述实验原理、实验操作方法和数据处理过程，提高了他们的动手能力和逻辑思维能力。第四，在每学期末，教师指导学生课后从网络收集课程相关信息，让学生制作感兴趣的实验项目专题PPT，通过学生PPT演讲的形式来讨论。这种教学方式培养了学生的自主学习能力、设计制作PPT能力和语言表达能力。
文科学生与理工科学生学习物理知识有着本质不同。首先，课时差距很大。该课程每学期共34学时，这要求教师要精选物理内容；其次，物理基础的不同使得任课教师在教学深度和难度上要把握得当；另外，学习目的不一致，文科生大学生物理演示实验课程旨在提高其综合素质，而不是像理工科那样与专业课程教学相结合。所以，教师可以从以下几个方面来准备教学。
1.介绍物理学史，培养科学精神
物理学史反映了人类对自然界各种物理现象的认识过程，研究物理学发生和发展的基本规律，研究物理学概念的思想发展和变革过程。科学精神是指由科学性质所决定并贯穿于科学活动之中的基本的精神状态和思维方式，是体现在科学知识中的思想或理念。教师在教学过程中应注重传递科学家所具有的探索精神、求真精神、创新精神和献身精神以及科学家们所表现出的谦虚、诚实、合作、淡泊名利的优秀品质。例如，演示实验室具有冰箱原理展示仪器，在讲述与之相关的卡诺循环物理原理时介绍了法国青年工程师卡诺如何在前人研究基础上找到了提高蒸汽机效率方法的研究过程，由此激励学生在学习中应像卡诺那样具备不断探索的精神。
2.渗透物理思维方法
培养学生科学的思维方法比单纯传授知识更重要。教学过程中应让学生掌握如何思考、如何分析问题和解决问题的方法。例如，在学生进行示波器实验中，有些学生调不出李萨茹图形，教师启发学生从X/Y轴信号是否输入正确、两轴信号频率比值是否合适、两轴信号在示波器上显示位置以及模式选择等方面来进行分析，大部分学生最终解决了该问题，并加深了学生对该实验物理原理的理解。虽然“物理探索与实践”选修课针对北京工商大学文科专业学生开设，但因高考时分文、理科生源，学生的实验动手能力水平参差不齐，如何调动不同层次学生的积极性和主动性，使每个学生都能最大限度地从课堂中获益，还有待进一步探索教学方法。
1.陀螺仪在高速转动时可以保持其自转轴的方向基本不变；因此可以用来作为飞机、舰船、导弹等上的导航和稳定器件
2.当转动惯量减小时，会感觉转速增大{即角速度增大}。这是因为人坐在上面时外力矩为零，此时角动量守恒，根据角动量等于转动惯量与角速度的乘积，当转动惯量减少时，角速度增大
3.当车轮式回转仪的轮子绕自转轴以角速度W高速旋转时，其角动量L=JW。若支点不在系统重心，系统将受到重力矩M=r*mg的作用，由角动量定理M=Dl/Dt知，车轮自转轴将绕竖直轴发生进动，其进动角速度=mgr/j。方向由L,M的方向决定 。
4.冰上芭蕾演员表演时,先把两臂张开,并绕通过足尖的垂直转轴以角速度旋转,然后迅速把两臂和腿朝身边靠拢,这时由于转动量惯变小,根据角动量守恒定律,角速度必增大,因而旋转更快；
跳水运动员常在空中先把手臂和腿蜷缩起来,以减小转动惯量而增大转动角速度,在快到水面时,则又把手,腿伸直,以增大转动惯量而减小转动角速度,并以一定的方向落入水中.
1 力、热学
1.1 力学
1.1.1 向心力
1.1.2 弹性碰撞
1.1.3 圆锥爬坡
1.1.4 科里奥利力
1.1.5 傅科摆
1.1.6 质心运动
1.1.7 转动定律
1.1.8 角速度合成
1.1.9 直升飞机的角动量守恒
1.1.10 角动量守恒转台
1.1.11 常平架回转仪
1.1.12 进动演示仪
1.1.13 混沌摆
1.2 空气动力学
1.2.1 气体流速与压强演示仪
1.2.2 飞机升力
1.2.3 伯努利悬浮球
1.2.4 气体涡旋演示仪
1.3 振动与波
1.3.1 旋转乔量演示仪
1.3.2 简谐振动合成仪
1.3.3 机械共振
1.3.4 音叉
1.4.5 拍频摆
1.4.6 驻波共振
1.4.7 纵驻波
1.4.8 昆特管
1.4.9 鱼洗
1.4.10 水波干涉
1.4.11 傅立叶振动合成仪
1.4.12 声波波形演示仪
1.4.13 声聚焦
1.4.14 超声雾化
1.4 热学
1.4.1 分子运动
1.4.2 伽尔顿板
1.4.3 模拟电冰箱实验装置
1.4.4 投影式相临界点状态演示仪
2 光学
2.1 几何光学
2.1.1 分光计
2.1.2 三棱镜
2.1.3 尼克尔棱镜模型
2.1.4 方解石与双折射
2.1.5 窥视无穷
2.1.6 人造火焰
2.1.7 光栅变换图
2.1.8 激光反射运动合成仪
2.1.9 反射式运动合成仪
2.1.10 海市蜃景演示仪
2.1.11 光学幻影演示仪
2.1.12 光学分形演示仪
2.1.13 普氏摆
2.1.14 光瞳实验演示仪
2.2 波动光学
2.2.1 动态多缝衍射强度实时显示仪
2.2.2 旋转式小孔衍射仪
2.2.3 散射光干涉演示仪
2.2.4 激光光纤干涉演示仪
2.2.5 台式皂膜
2.2.6 帘式皂膜
2.2.7 光栅视镜系统
2.2.8 光学仪器分辨率
2.2.9 反射白光全息图
2.2.10 透射白光全患合成图
2.3 偏振光学
2.3.1 自然光、偏振光模型
2.3.2 偏振光状态演示仪
2.3.3 旋光色散演示仪
2.3.4 偏振光干涉、应力演示仪
2.4 光学综合
2.4.1 热辐射机
2.4.2 氦氖激光器
2.4.3 看得见的激光
2.4.4 绿激光器
2.4.5 激光光学演示仪
2.4.6 红外接收演示仪
2.4.7 梦幻时钟
2.4.8 梦幻球
2.4.9 激光多普勒试验仪
2.4.10 超声光栅演示仪
2.4.11 电光调制演示仪
2.4.12 法拉第磁旋光演示仪
2.4.13 光纤和互感通讯演示仪
2.4.14 3D立体影像演示仪
2.4.15 光纤陀螺演示仪
2.4.16 夫兰克一赫兹演示仪
3 电学
3.1 静电学
3.1.1 维氏起电机
3.1.2 高压电源
3.1.3 指针验电器
3.1.4 静电摆球
3.1.5 静电除尘
3.1.6 静电跳球
3.1.7 静电植绒
3.1.8 雅格布天梯
3.1.9 低气压下辉光放电
3.1.10 辉光球、辉光盘
3.1.11 电子束偏转
3.1.12 库仑扭秤
3.2 导体与电介质
3.2.1 静电感应盘
3.2.2 卡文迪许球
3.2.3 导体静电荷接曲率分布
3.2.4 尖端放电
3.2.5 电风轮、电风转筒
3.2.6 避雷针
3.2.7 静电屏蔽
3.2.8 高压带电作业
3.2.9 电介质极化
3.2.10 电介质对电容影响
3.2.11 PGM数字小电容测试仪
3.2.12 绝缘体转换为导体
3.3 电学综合
3.3.1 手触式电池
3.3.2 压电效应
3.3.3 基尔霍夫定律
3.3.4 RLC电路串并联谐振
……
4 磁学
参考文献
这是以前我们写的 你看看可不可以
用透射光栅测定光波波长
08物理 杨贵宏
云南省红河学院物理系 云南 蒙自 661100
摘 要：这篇文章讲述了怎样利用透射光栅测量光波波长，以及测量时的细节，测量前的实验准备。
关键词：光栅，主极大，次极大，分光计，单色光，复色光
引言：
我们的生活离不开阳光，通常我们认为阳光是一种单色光[1]（单一波长的光）。其实，笼罩在我们周围的光线本身是复色光（由两种或两种以上的单色光组成的光线），他是由不同波长波线的单色光组成的。
广义的说，具有周期性的空间结构或光学性能（如透射率、折射率）的衍射屏，统称光栅。光栅的种类很多，有透射光栅和反射光栅，有平面光栅和凹面光栅，有黑白光栅和正弦光栅，有一维光栅，二维光栅和三维光栅，等等。此次实验所使用的光栅是利用全息照相技术拍摄的全息透射光栅光栅的表面若被污染后不易清洗，使用时应特别注意[2]。
分光计是一种能精确测量角度的光学仪器，常用来测量材料的折射率、色散率、光波波长和进行光谱观测等。由于该装置比较精密，控制部件较多而且复杂，所以使用时必须严格按照一定的规则和程序进行调整，以便测量出准确的结果。
分光计主要由五个部件组成：三角底座，平行光管、望远镜、刻度圆盘和载物台。图中各调节装置的名称及作用见表1。
分光计基本结构示意图
表1 分光计各调节装置的名称和作用
代号 名称 作用
1 狭缝宽度调节螺丝 调节狭缝宽度，改变入射光宽度
2 狭缝装置
3 狭缝装置锁紧螺丝 松开时，前后拉动狭缝装置，调节平行光。调好后锁紧，用来固定狭缝装置。
4 平行光管 产生平行光
5 载物台 放置光学元件。台面下方装有三个细牙螺丝7，用来调整台面的倾斜度。松开螺丝8可升降、转动载物台。
6 夹持待测物簧片 夹持载物台上的光学元件
7 载物台调节螺丝（3只） 调节载物台台面水平
8 载物台锁紧螺丝 松开时，载物台可单独转动和升降；锁紧后，可使载物台与读数游标盘同步转动
9 望远镜 观测经光学元件作用后的光线
10 目镜装置锁紧螺丝 松开时，目镜装置可伸缩和转动（望远镜调焦）；锁紧后，固定目镜装置
11 阿贝式自准目镜装置 可伸缩和转动（望远镜调焦）
12 目镜调焦手轮 调节目镜焦距，使分划板、叉丝清晰
13 望远镜光轴仰角调节螺丝 调节望远镜的俯仰角度
14 望远镜光轴水平调节螺丝 调节该螺丝，可使望远镜在水平面内转动
15 望远镜支架
16 游标盘 盘上对称设置两游标
17 游标 分成30小格，每一小格对应角度 1’
18 望远镜微调螺丝 该螺丝位于图14－1的反面。锁紧望远镜支架制动螺丝 21 后，调节螺丝18，使望远镜支架作小幅度转动
19 度盘 分为360°，最小刻度为半度（30′），小于半度则利用游标读数
20 目镜照明电源 打开该电源20，从目镜中可看到一绿斑及黑十字
21 望远镜支架制动螺丝 该螺丝位于图14－1的反面。锁紧后，只能用望远镜微调螺丝18使望远镜支架作小幅度转动
22 望远镜支架与刻度盘锁紧螺丝 锁紧后，望远镜与刻度盘同步转动
23 分光计电源插座
24 分光计三角底座 它是整个分光计的底座。底座中心有沿铅直方向的转轴套，望远镜部件整体、刻度圆盘和游标盘可分别独立绕该中心轴转动。平行光管固定在三角底座的一只脚上
25 平行光管支架
26 游标盘微调螺丝 锁紧游标盘制动螺丝27后，调节螺丝26可使游标盘作小幅度转动
27 游标盘制动螺丝 锁紧后，只能用游标盘微调螺丝26使游标盘作小幅度转动
28 平行光管光轴水平调节螺丝 调节该螺丝，可使平行光管在水平面内转动
29 平行光管光轴仰角调节螺丝 调节平行光管的俯仰角
实验原理：
图1中给出几条不同缝数缝间干涉因子的曲线.为了便于比较,纵坐标缩小了 它们有以下特点：
(1)主极强峰值的大小、位置和数目
当 （ ）时， ， ，但它们的比值 ，这些地方是缝间干涉因子的主极大（多缝衍射图样中出现一些新的强度极大和极小，其中那些较强的亮线叫主极大，较弱的亮线叫次极大）。 意味着衍射角满足下列条件：
（1）
（1）式说明，凡是在衍射角满足（1）式的方向上出现一个主极大，主极大的强度是单缝在该方向强度的 倍。主极强的位置与缝数N无关。主极强的最大级别|k|<d/λ。
(2)零点的位置、主极强的半角宽度和次极强的数目
当Nβ等于π的整数倍但β不是π整数倍时，sinNβ=0，sinβ≠0，这里是缝间干涉因子的零点。零点在下列位置：
sinθ=(k+m/N)λ/d （2） 其中k=0,±1,±2,…m=1,…,N-1.
所以每个主极强之间有N-1条暗线（零点），相邻暗线间有一个次极强，故共有N-2个次极强。
半角宽度公式为： △θ=λ/Nd•cosθk。 （3）
主极强的半角宽度△θ与Nd成反比，Nd越大，△θ越小，这意味着主极强的锐度越大。反映在幕上，就是主极强亮纹越细。
上面我们只分析了缝间干涉因子的特征,实际的强度分布还要乘上单缝衍射击因子.在图1中所示 缝间干涉因子上乘以图1所示的单缝衍射因子,就得到图2[(a),(b),(c)]中所示的强度分布.从这里可以看出,乘上单缝衍射因子后得到的实际强度分布中各级说极强的大小不同,特别是刚好遇到单缝衍射因子零点的那几级主极强消失了,这现象叫做缺级.
在给定了缝的间隔d之后,主极强的位置就定下来了,这时单缝衍射因子并不改变主极强的位置和半角宽度,只改变各级主极强的强度.或者说,单缝衍射因子手作用公在影响强度在各级主极强间的分配.
如图3所示，设S为位于透镜L1物方焦面上的细长狭缝光源，G为光栅，光栅上相邻狭缝两对应之间的距离d 称为光栅常量，自L1射出的平行光垂直地照射在光栅G上。透镜L2将与光栅法线成θ角的衍射光会聚于其像方焦面上的Pθ点,由（1）式的光栅分光原理得
（3）
上式称为光栅方程.式中θ是衍射角,λ是光波波长,k是光谱级数(k=0、±1、±2…)。衍射亮条纹实际上是光源加狭缝的衍射像，是一条锐细的亮线。当k=0时，在θ=0的方向上，各种波长的亮线重叠在一起，形成明亮的零级像。对于k的其它数值，不同波长的亮线出现在不同的方向上形成光谱，此时各波长的亮线称为光谱线。而与k 的正、负两组值相对应的两组光谱，则对称地分布在零级像的两侧。因此，若光栅常量d为已知。当测定出某谱线的衍射角θ和光谱级k，则可由(1)式求出该谱线的波长λ；反之，如果波长λ是已知的。则可求出光栅常量d 。
实验进行步骤:
1.实验时分光计调节，
（1）粗调。
A，旋转目镜手轮，尽量使叉丝和绿十字清晰。
B，调节载物台，使下方的三只螺钉的外伸部分等高，使载物台平面大致与主轴垂直（目测）。
C，调整望远镜光轴俯仰调节螺钉，使望远镜光轴尽量调成水平（目测）。
粗调应达到的要求：在载物台上放一个三棱镜。当三棱镜的一个光学面与望远镜光轴接近垂直时，应可以看到反射回来的十字像，十字像一般与分划板上的交点并不重合，至此粗调完成。
（2）细调。
A，使分光计望远镜适应平行光（对无穷远调焦），望远镜、准直管主轴均垂直于仪器主轴，准直管发出平行光。
B，使望远镜对准准直管，从望远镜中观察被照亮的准直管狭缝的像，使其和叉丝的竖直线重合，固定望远镜。参照图3放置光栅，点亮目镜叉丝照明灯（移开或关闭夹缝照明灯），左右转动载物平台，看到反射的“绿十字”，调节b2或b3使“绿十字”和目镜中的调整叉丝重合。这时光栅面已垂直于入射光。
用汞灯照亮准直管的狭缝，转动望远镜观察光谱，如果左右两侧的光谱线相对于目镜中叉丝的水平线高低不等时（如图3），说明光栅的衍射面和观察面不一致，这时可调节平台上的螺钉b1使它们一致。最终使 光栅面衍射面应调节到和观测面度盘平面一致。
2. 测光栅常量d:只要测出第k可级光谱中的波长λ已知的谱线的衍射角 ，就可以根据（3）式求出d值。
(1).调节分光计按(1)步骤
(2).调节光栅位置
(3).用汞灯照亮准直管，转动望远镜到光栅的一侧，使叉丝的竖直线对准已知波长的第k级谱线的中心，记录二游标值。
(4). 将望远镜转向光栅的另一侧，使叉丝的竖直线对准已知波长的第k级谱线的中心，记录二游标值。
(5).重复第4、5步两次，得到3组数据。
3.光谱级数k由自己确定，由于光栅常量d已测出，因此只要未知波长的第k级谱线的衍射角 ，就可以求出其波长值 。
以知波长可以用汞灯光谱中的绿线( nm),也可以用钠灯光谱中二黄线 )之一。
3. 测量未知波长
(1). 用汞灯照亮准直管，转动望远镜到光栅的一侧，使叉丝的竖直线对准已知波长的第k级谱线的中心，记录二游标值。
(2).转动望远镜到光栅的一侧,使叉丝的竖直线对准以知波长的第k级谱线的中心,记录两游标值；将望远镜转向光栅的另一侧，同上测量，同一游标的两次读熟之差是衍射角 的两倍。
(3).重复第1、2步两次，得到3组数据。
实验数据：见实验数据记录表
实验数据记录表
表二 测光栅常量d实验数据
测量次序（ ）
1
2
3
表三 测量未知波长实验数据
测量次序（ ）
1
2
3
实验结果：
1．测量光栅常量
根据 ，由表二得到 的平均值
= （1）
由光栅原理 ，
因此有
又因为在此实验中 ，绿光的波线 nm，衍射角的平均值 ，因此得d的平均值
（nm） （2）
2.测量蓝紫光的波长
根据 ，由表三得到 的平均值
= （3）
由于 ，得到
又因为在此实验中 ，光栅常量 nm，衍射角的平均值 ，因此得 的平均值
（nm） （4）
参考文献:
[1]，赵凯华.新概念物理教程——光学.高等教育出版社,2004
[2]，进清理, 黄晓虹主编. 基础物理实验.浙江大学出版社2006
[3]，杨述武主编,王定兴编. 普通物理实验(光学部分).高等教育出版社,1993
闪电魔幻球又名魔球,闪电球,电光球,Plasma light,Plasma ball.通电后，灯体内发散出许多细长的、弯曲的、不断扭动的、奇妙的光线，灯体内涂有各种荧光粉，扭动的光线触及的地方将发出各种颜色的光，这些正是电离子灯（魔灯）的魅力所在。
工作原理：
外观为高强度玻璃球壳，球内充有稀薄的惰性气体，玻璃球中央有一个黑色球状电极。球的底部有一块震荡电路板，通过电源变换器，将12V低压直流电转变为高压高频电压加在电极上。
通电后，震荡电路产生高频电压电场，由于球内稀薄气体受到高频电场的电离作用而光芒四射，产生神秘色彩。由于电极上电压很高，故所发生的光是一些辐射状的等离子体辉光，绚丽多彩，光芒四射，在黑暗中非常好看。
当用手（人与大地相连）触及球时，球周围的电场、电势分布不再均匀对称，因此光线在手指的周围处变得更为明亮，产生的弧线顺着手的触摸移动而游动扭曲，随手指移动起舞。
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