大物實(shí)驗(yàn)

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大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)自組望遠(yuǎn)鏡實(shí)驗(yàn)報(bào)告

篇一：光學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)

光學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

班級(jí)：081XX學(xué)號(hào)：081XXX

姓名：XX

同組者姓名：X、

X

目錄

實(shí)驗(yàn)一自組望遠(yuǎn)鏡

----------------------------------------3實(shí)驗(yàn)二薄

透鏡焦距的測(cè)定--------------------------------5實(shí)

驗(yàn)三透鏡像差的觀測(cè)

----------------------------------12實(shí)驗(yàn)四實(shí)驗(yàn)五

實(shí)驗(yàn)六

偏振光光學(xué)實(shí)驗(yàn)

-----------------------------------------19測(cè)量光

柵常數(shù)

--------------------------------------------25雙

縫干涉實(shí)驗(yàn)

--------------------------------------------26

實(shí)驗(yàn)一自組望遠(yuǎn)鏡

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

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了解透鏡成像規(guī)律和望遠(yuǎn)鏡的基本原理及結(jié)構(gòu)，并掌握

其調(diào)節(jié)、使用和測(cè)量它的放大率的兩種方法。二、實(shí)驗(yàn)原

理

最簡(jiǎn)單的望遠(yuǎn)鏡是由一片長(zhǎng)焦距的凸透鏡作為物鏡，用

一短焦距的凸透鏡作為目鏡組合而成。遠(yuǎn)處的物經(jīng)過(guò)物鏡在

其后焦面附近成一縮小的倒立實(shí)像，物鏡的像方焦平面與目

鏡的物方焦平面重合。而目鏡起一放大鏡的作用，把這個(gè)倒

立的實(shí)像再放大成一個(gè)正立的像，如圖一所示。三、實(shí)驗(yàn)

儀器

光學(xué)平臺(tái)、帶調(diào)節(jié)架的底座、透鏡（焦距不等）、激光

光源、白屏、微尺、毫米尺、帶底座的米尺等。四、原理

光路圖

圖一

五、實(shí)驗(yàn)步驟

1、把全部器件按圖一的順序擺放在平臺(tái)上，通過(guò)激光

光源和透鏡成像規(guī)律

將所有元件調(diào)至共軸。

2、選取一個(gè)焦距大的為物鏡（本實(shí)驗(yàn)f=200mm），一個(gè)

焦距小的為目鏡

（f’=75mm），按光路圖組裝好，并調(diào)焦，看到清晰成

像。

3、將千分尺調(diào)節(jié)成d1=5mm，放在S1=1000mm處作為要

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觀察的成像物體。4、一只眼通過(guò)目鏡觀察千分尺成像，另

一只眼直接觀察千分尺，比較讀出

像的長(zhǎng)度d2。

5、求出望遠(yuǎn)鏡測(cè)量放大率M=d2/d1，并與理論值比較。

6、對(duì)結(jié)果進(jìn)行誤差分析。六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析

實(shí)驗(yàn)測(cè)量的d2=19mm，由望遠(yuǎn)鏡測(cè)量放大率：

M=d2/d1=3.8

與理論值比較M?

tg?tg?

'

?

S2(S1?S2?S3)

S1S3

=3.4

相對(duì)誤差

可見(jiàn)誤差還是比較大的，分析其中原因可能主要有：1、

望遠(yuǎn)鏡焦距f、f’與實(shí)際的S2、S3存在差距；2、由于讀

d2時(shí)主要由人眼辨別讀出可能存在較大誤差。

七、思考題

1、根據(jù)透鏡成像規(guī)律，怎樣用最簡(jiǎn)單的方法區(qū)別凸透

鏡和凹透鏡？

答：凸透鏡成像，物距由近及遠(yuǎn)依次為正立放大的虛

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像、不成像、倒立放大的實(shí)像、倒立等大的實(shí)像、倒立縮小

的實(shí)像；而凹透鏡只能成正立縮小的虛像。另外凸透鏡對(duì)光

線(xiàn)有聚集的作用，把它放在陽(yáng)光或是燈光下調(diào)整會(huì)出現(xiàn)一個(gè)

明亮光斑；凹透鏡對(duì)光線(xiàn)有發(fā)散的作用，把它放在陽(yáng)光或是

燈光下調(diào)整不能得到一個(gè)明亮光斑。

實(shí)驗(yàn)二薄透鏡焦距的測(cè)定

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.學(xué)會(huì)測(cè)量透鏡焦距的幾種方法。

2.掌握簡(jiǎn)單光路的分析和光學(xué)元件等高共軸調(diào)節(jié)的方

法。3.進(jìn)一步熟悉數(shù)據(jù)記錄和處理方法。4.熟悉光學(xué)實(shí)驗(yàn)的

操作規(guī)則。二、實(shí)驗(yàn)原理

2.1凸透鏡焦距的測(cè)定1.粗略估測(cè)法：

以太陽(yáng)光或較遠(yuǎn)的燈光為光源，用凸透鏡將其發(fā)出的光

線(xiàn)聚成一光點(diǎn)(或像)，此時(shí)，

即該點(diǎn)(或像)可認(rèn)為是焦點(diǎn)，而光點(diǎn)到透鏡中心(光心)

的距離，

即為凸

透鏡的焦距，此法測(cè)量的誤差約在10％左右。由于這種

方法誤差較大，大都用在實(shí)驗(yàn)前作粗略估計(jì)，如挑選透鏡等。

圖1薄透鏡成像

2.利用物距像距法求焦距：

當(dāng)透鏡的厚度遠(yuǎn)比其焦距小的多時(shí)，這種透鏡稱(chēng)為薄透

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鏡。在近軸光線(xiàn)的條件下，薄透鏡成像的規(guī)律可表示為：

（1）

當(dāng)將薄透鏡置于空氣中時(shí)，則焦距

（2）

(2)式中,f’為像方焦距；f為物方焦距;s’為像距；

s為物距。

式中的各線(xiàn)距均從透鏡中心(光心)量起，與光線(xiàn)進(jìn)行方

向一致為正，反之為負(fù)，如圖1所示。若在實(shí)驗(yàn)中分別測(cè)出

物距和像距，即可用式(2)求出該透鏡的焦距。但應(yīng)注意:

測(cè)得量須添加符號(hào)，求得量則根據(jù)求得結(jié)果中的符號(hào)判斷其

物理意義。

3.自準(zhǔn)直法：

篇二：大物實(shí)驗(yàn)7.1自組顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡

實(shí)驗(yàn)7.1自組顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡

一．目的

1.測(cè)量實(shí)驗(yàn)室提供透鏡的焦距，選出適合組成顯微鏡

和望遠(yuǎn)鏡的透鏡組

2.設(shè)計(jì)出自組顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)，畫(huà)出光路圖。說(shuō)明

其結(jié)構(gòu)和簡(jiǎn)單原理。并用選擇的透鏡

組成顯微鏡

3.設(shè)計(jì)出自組望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)系統(tǒng)，畫(huà)出光路圖。說(shuō)明

其結(jié)構(gòu)和簡(jiǎn)單原理。并用選擇的透鏡

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組成望遠(yuǎn)鏡

4.測(cè)量自組顯微鏡的視覺(jué)放大率，畫(huà)出其測(cè)量光路。

5.估測(cè)出自組望遠(yuǎn)鏡的視覺(jué)放大率。

二．儀器

GsZ-Ⅱ光學(xué)平臺(tái)、帶有毛玻璃的白熾燈光源、薄透鏡、

分束鏡（1：1）、可調(diào)支架、分劃板（0.1mm、0.2mm和1mm）、

白色像屏等。

三．原理

1．測(cè)量薄透鏡焦距的方法

自準(zhǔn)法：自準(zhǔn)法是自準(zhǔn)直技術(shù)的簡(jiǎn)稱(chēng)。無(wú)限遠(yuǎn)的物

經(jīng)透鏡成象，象處在透鏡的焦平面上。自準(zhǔn)直技術(shù)在光

學(xué)實(shí)驗(yàn)中通常是指產(chǎn)生平行光束或獲得處于無(wú)限遠(yuǎn)的

物的方法。自準(zhǔn)法測(cè)量透鏡焦距就是首先利用待測(cè)透鏡自身

產(chǎn)生一個(gè)位于無(wú)限遠(yuǎn)的物，再用待測(cè)透鏡對(duì)它成象，通過(guò)測(cè)

量象與透鏡之間的距離來(lái)確定透鏡的焦距。自準(zhǔn)

直法測(cè)量透鏡焦距的原理如圖1所示。當(dāng)物y位于透鏡

的焦平面上時(shí)，經(jīng)透鏡L和平面反射鏡所組成的光學(xué)系

統(tǒng)后，如果在焦平面上成一與物等大的倒立實(shí)象，物到

透鏡中心的距離就是透鏡的焦距。

最簡(jiǎn)單的顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡都由兩個(gè)正焦透鏡組成（物鏡，

目鏡）像于目鏡物方焦點(diǎn)以?xún)?nèi)，并且靠近物方焦點(diǎn)或位于物

方焦點(diǎn)處；目鏡起放大鏡作用。

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2．自組顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及簡(jiǎn)單原理

顯微鏡是一種助視光學(xué)儀器。顯微鏡是用來(lái)觀察和測(cè)量

有限遠(yuǎn)微小目標(biāo)的工具。選擇兩塊合適的透鏡作顯微鏡的物

鏡和目鏡，調(diào)整使光學(xué)系統(tǒng)共軸（等高共軸）。固定兩透鏡

之間的距離L為18cm。

被觀察的物y1

處在物鏡前面一倍焦距和二倍焦距之間，它經(jīng)物鏡在目

鏡的焦平面上成

一放大的倒立實(shí)象y2，通過(guò)目鏡后成一倒立的虛象y3

于無(wú)限遠(yuǎn)處。顯微鏡的視角放大率為：Γ=－?·250f0·fe

由上式可知，顯微鏡的視角放大率等于它的物鏡的垂軸

放大率和目鏡的視角放大率的乘積

3．自組望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及簡(jiǎn)單原理

望遠(yuǎn)鏡用于觀察遠(yuǎn)處大物體的細(xì)節(jié)。望遠(yuǎn)鏡的物鏡焦距

比較長(zhǎng)，它的作用是使遠(yuǎn)處的物體y1在像方一邊成一個(gè)實(shí)

像y2，然后再通過(guò)物鏡將此實(shí)像放大，使之成像在明視距到

無(wú)限遠(yuǎn)處的任意位置上。

在許多情況下，用望遠(yuǎn)鏡所觀察的物體并非處于無(wú)線(xiàn)遠(yuǎn)，

這時(shí)通過(guò)改變物鏡和目鏡之間的距離進(jìn)行調(diào)焦，使物體通過(guò)

物鏡所成的實(shí)像位于目鏡的物方焦平面以?xún)?nèi)，再經(jīng)目鏡在明

視距離外成一虛像。其光路如圖4所示。望遠(yuǎn)鏡在觀察有限

遠(yuǎn)物體時(shí)的視角放大率為

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tgω'S(S+S+S)Γ=tgωS1S3

4．測(cè)量自組顯微鏡視覺(jué)放大率的原理

測(cè)量顯微鏡放大率可用目測(cè)的方法。用0.1mm分劃板A1

作為物，另外在目鏡后面放置一塊與光軸成45°的半透半反

分束鏡，在與光軸垂直方向相距25cm（明視距離）處放置另

一分劃板A2，通過(guò)調(diào)節(jié)作為物的分劃板位置使人眼同時(shí)看清

兩塊分劃板，且兩者無(wú)視差，讀出未經(jīng)顯微鏡放大的分劃板

上的刻線(xiàn)格數(shù)N2，以及N2格所對(duì)應(yīng)于被顯微鏡放大的分劃

板上的格數(shù)N1，則顯微鏡的測(cè)量放大率

M=NN1

5．估測(cè)自組望遠(yuǎn)鏡視覺(jué)放大率的原理

估測(cè)自組望遠(yuǎn)鏡視覺(jué)放大率，在望遠(yuǎn)鏡光路上，以一分

劃板作為物，用一只眼睛通過(guò)目鏡和物鏡看清分劃板上的刻

線(xiàn)N1格，再用另一只眼睛直接觀察分劃板上的刻線(xiàn)，讀出

對(duì)應(yīng)通過(guò)望遠(yuǎn)鏡讀得N1格上的格數(shù)N2，則望遠(yuǎn)鏡估測(cè)放

大率

M=NN1

篇三：大學(xué)物理設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)《光強(qiáng)對(duì)普朗克常數(shù)測(cè)定影響的

研究》

光強(qiáng)對(duì)普朗克常數(shù)測(cè)定影響的研究

實(shí)驗(yàn)者姓名：班級(jí)：(本文來(lái)自：小草范文網(wǎng):大

學(xué)物理實(shí)驗(yàn)自組望遠(yuǎn)鏡實(shí)驗(yàn)報(bào)告)學(xué)號(hào)：聯(lián)系方式：

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指導(dǎo)老師：

摘要：本報(bào)告對(duì)光電效應(yīng)法測(cè)普朗克常數(shù)的實(shí)驗(yàn)原理、

步驟、儀器及一些注意事項(xiàng)進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹。分別運(yùn)用了圖

示法和線(xiàn)性回歸法處理數(shù)據(jù)算得普朗克常量，對(duì)比得出了更

加準(zhǔn)確的處理方法，并運(yùn)用office軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理，

有效地控制了直線(xiàn)擬合的人為誤差。對(duì)實(shí)驗(yàn)的誤差來(lái)源進(jìn)行

了探究，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析,最后得出結(jié)論：光強(qiáng)對(duì)

普朗克常數(shù)測(cè)定沒(méi)有影響。

關(guān)鍵詞：愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程，光強(qiáng)，光電流，截止

電壓，普朗克常數(shù)。

同組者姓名：班級(jí)：學(xué)號(hào)：聯(lián)系方式：

【引言】

光電效應(yīng)現(xiàn)象是1887年H.赫茲最早發(fā)現(xiàn)的，詳細(xì)的研

究一直到1914年，研究中發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng)的基本規(guī)律無(wú)法用

經(jīng)典電磁理論做出完滿(mǎn)的解釋。直到1905年，愛(ài)因斯坦應(yīng)

用了普朗克的“量子論”，提出了“光量子”概念，才圓滿(mǎn)

地解釋了光電效應(yīng)現(xiàn)象，并給出了光電效應(yīng)方程。密立根用

了10年的時(shí)間對(duì)光電效應(yīng)進(jìn)行定量的實(shí)驗(yàn)研究，證實(shí)了愛(ài)

因斯坦光電效應(yīng)方程的正確性，并精確測(cè)出了普朗克常數(shù)。

愛(ài)因斯坦和密立根均因光電效應(yīng)等方面的杰出貢獻(xiàn)，分別于

1921年和1923年獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)。

利用光電效應(yīng)現(xiàn)象已制成光電管，光電倍增管等光電器

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件，在科學(xué)技術(shù)中得到了廣泛應(yīng)用?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

1.掌握驗(yàn)證愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程及測(cè)定普朗克常數(shù)h

的方法。

2.進(jìn)一步學(xué)習(xí)對(duì)光電管伏安特性曲線(xiàn)的處理方法，并用

以測(cè)定普朗克常數(shù)。3.研究改變光強(qiáng)對(duì)普朗克常數(shù)測(cè)定是

否有影響。【實(shí)驗(yàn)原理】

1、光電效應(yīng)與愛(ài)因斯坦方程

用合適頻率的光照射在某些金屬表面上時(shí)，會(huì)有電子從

金屬表面逸出，這種現(xiàn)象叫做光電效應(yīng)，從金屬表面逸出的

電子叫光電子。為了解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象，愛(ài)因斯坦提出了“光

量子”的概念，認(rèn)為對(duì)于頻率為

的光波，每個(gè)光子的能量為

式中，為普朗克常數(shù)，它的公認(rèn)值是

=6.626

。

按照愛(ài)因斯坦的理論，光電效應(yīng)的實(shí)質(zhì)是當(dāng)光子和電子

相碰撞時(shí)，光子把全部能量傳遞給電子，電子所獲得的能量，

一部分用來(lái)克服金屬表面對(duì)它的約束，其余的能量則成為該

光電子逸出金屬表面后的動(dòng)能。愛(ài)因斯坦提出了著名的光電

方程：

（1）

為被光線(xiàn)

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由（1）式可見(jiàn)，入射到金屬表面的光頻率越高，逸出

的電子動(dòng)能必然也越大，所以即使陰極不加電壓也會(huì)有光電

子落入陽(yáng)極而形成光電流，甚至陽(yáng)極電位比陰極電位低時(shí)也

會(huì)有光電子落到陽(yáng)極，直至陽(yáng)極電位低于某一數(shù)值時(shí)，所有

光電子都不能到達(dá)陽(yáng)極，光電流才為零。這個(gè)相對(duì)于陰極為

負(fù)

顯然，有

（2）

代入（1）式，即有

（3）

由上式可知，

則不能產(chǎn)生光電子。

量子的數(shù)量，所以光電流與入射光的強(qiáng)度成正比。又

因?yàn)橐粋€(gè)電子只能吸收一個(gè)光子的能量，所以

，將（3）式改寫(xiě)為

（4）

2

（5）

式（5

是電子的電量。

U0-v直線(xiàn)

2、光電效應(yīng)的伏安特性曲線(xiàn)

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下圖是利用光電管進(jìn)行光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)的原理圖。頻率

為、強(qiáng)度為

的光線(xiàn)照射到光電管陰極

上，即有光電子從陰極逸出。如在陰極K和陽(yáng)極A

它使K、A之間建立起的電

場(chǎng)對(duì)從光電管陰極逸出的光電子起加速作用，

到達(dá)陽(yáng)極的光電子將逐漸增多。

當(dāng)正向電壓

即稱(chēng)為飽和光電流。

光電效應(yīng)原理圖

由于光電子從陰極表面逸出時(shí)具有一定的初速度，所以

當(dāng)兩極間電位差為零時(shí)，仍有光電流I存在，若在兩極間施

加一反向電壓，光電流隨之減少；當(dāng)反向電壓達(dá)到截止電壓

時(shí)，光電流為零。

愛(ài)因斯坦方程是在同種金屬做陰極和陽(yáng)極，且陽(yáng)極很小

的理想狀態(tài)下導(dǎo)出的。實(shí)際上做陰極的金屬逸出功比作陽(yáng)極

的金屬逸出功小，所以實(shí)驗(yàn)中存在著如下問(wèn)題：（1）暗電

流和本底電流存在，可利用此，測(cè)出截止電壓（補(bǔ)償法）。

（2）陽(yáng)極電流。制作光電管陰極時(shí)，陽(yáng)極上也會(huì)被濺

射有陰極材料，所以光入射到陽(yáng)極上或由陰極反射到陽(yáng)極上，

陽(yáng)極上也有光電子發(fā)射，就形成陽(yáng)極電流。由于它們的存在，

使得I～U曲線(xiàn)較理論曲線(xiàn)下移，如下圖所示。

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伏安特性曲線(xiàn)

【實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)】

一．儀器用具

GD-3型光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀，光源為低壓汞燈(可用譜線(xiàn)為

365.0nm，404.7nm，435.8nm，491.6nm，546.1nm，577.0nm)，

GD-27型光電管，ZD-2型介質(zhì)膜干涉濾光片組(中心波長(zhǎng)為

365.0nm，404.7nm，435.8nm，491.6nm，546.1nm，577.0nm)。

二．試驗(yàn)方法步驟1.調(diào)整儀器

(1)連接儀器；接好電源，打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，充分預(yù)熱（不

少于20分鐘）。

(2)在測(cè)量電路連接完畢后，沒(méi)有給測(cè)量信號(hào)時(shí)，旋轉(zhuǎn)

“調(diào)零”旋鈕調(diào)零。每換一次量程，必須重新調(diào)零。

(3)取下暗盒光窗口遮光罩，換上365.0nm濾光片，取

下汞燈出光窗口的遮光罩，裝好遮光筒，調(diào)節(jié)好暗盒與汞燈

距離。2.測(cè)量光電管的伏安特性曲線(xiàn)

(1)調(diào)節(jié)“電壓調(diào)節(jié)”旋鈕，從-3.00V開(kāi)始，緩慢增加，

先粗測(cè)一遍，觀察不同濾光片下的電流變化情況，記下電流

明顯變化的電流值，以使下次進(jìn)行精確測(cè)量。

(2)在粗測(cè)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行精確測(cè)量，從短波長(zhǎng)起小心

地?fù)Q上濾光片，仔細(xì)讀出不同頻率射光照射下的光電流，記

錄在表格內(nèi)。在電流開(kāi)始變化的地方多讀幾個(gè)數(shù)據(jù)并記錄。

3.繪制伏安特性曲線(xiàn)

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做出不同濾光片的伏安特性曲線(xiàn)，找出不同頻率下的截

至電壓。4.繪制頻率-截止電壓曲線(xiàn)

做出頻率-截止電壓圖線(xiàn)，求出斜率，再根據(jù)公式，求

出普朗克常數(shù)。5.改變L(改變光強(qiáng))重做實(shí)驗(yàn)

改變光源與暗盒間的距離L（也就是改變光強(qiáng)），重做上

述實(shí)驗(yàn)。

【實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)】

數(shù)據(jù)處理方法：

（1）利用坐標(biāo)紙：

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上畫(huà)出每個(gè)頻率下的伏安特性

曲線(xiàn)，并找出相應(yīng)的截止電壓、作出截止電壓——頻率圖，

找出斜率K，再根據(jù)公式h=ek求出普朗克常數(shù)。

（2）利用電腦：

將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)輸入在Excel表格中，點(diǎn)擊“圖表向?qū)А弊?/p>

出每個(gè)頻率下的伏安特性曲線(xiàn)圖形，確定截止電壓；再利用

截止電壓——頻率數(shù)據(jù)作出截止電壓——頻率圖，鼠標(biāo)指向

圖線(xiàn)，按鼠標(biāo)“右鍵”，點(diǎn)擊“添加趨勢(shì)線(xiàn)”，在“類(lèi)型”中

選則“線(xiàn)性（L）”，在“選項(xiàng)”中選“顯示公式（E）”，在顯

示圖形上，可直接確定斜率的大小，根據(jù)公式h=eK求出普

朗克常數(shù)。

（3）不確定度的處理方法

在Excel中選：4個(gè)空格→fx→統(tǒng)計(jì)→Linest(雙擊)→

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分別在表格最上的1、2兩行中，填入原始數(shù)據(jù)（截止電壓、

頻率）；在3、4兩行中，分別填入true、true→

(Ctrl+Shift+Enter),則第一列第一行為斜率擬合值，第一

列第二行為斜率擬合不確定度.

1.第一組實(shí)驗(yàn)

不同頻率下的伏安特性曲線(xiàn)

-2-3

距離：L=16.00×10m；光闌孔直徑Φ=5.00×10m；

-5

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