頭發(fā)絲直徑的實驗報告
篇一：設(shè)計性實驗方案--測量頭發(fā)絲的直徑
在日常生活中，人們會經(jīng)常使用測量工具來測量物體的長度，從而對物體產(chǎn)生具體客觀的認(rèn)識。眾所周知，在生活中的諸多物體，人們不用多加思索就可以容易測量得知它們的具體長度參數(shù)。身體發(fā)膚受之父母，可對頭發(fā)自己有了解幾何呢？直接測量微小物體的長度參數(shù)以肉眼比較難得出較精確的數(shù)據(jù)，一般情況，微小長度的測量通常用將其放大的方式來進(jìn)行測量。而微小長度在科學(xué)研究、精密儀器等方面更是有著不可或缺的地位。
在實驗儀器不是很充裕的初級中學(xué)任物理教師，該怎樣以更經(jīng)濟(jì)、更簡單、更可行的方式來讓學(xué)生了解微小物體長度的測量方法，以與自己切身相關(guān)的頭發(fā)為楔子，從而引導(dǎo)、激發(fā)其他們的探索未知得欲望呢？好奇是一種動力，是一種向知識攀登、向未知探索的動力。為人師表，我們有責(zé)任和義務(wù)去培養(yǎng)學(xué)生，使學(xué)生具有這種動力！
一、實驗原理
用一根長長的頭發(fā)，緊密纏繞一個小的圓柱體n圈（n=30）.用測量工具測出n圈頭發(fā)的直徑D，則由d= D/n，可求得頭發(fā)d的直徑大小。
二、實驗方法選擇
方法1：用千分尺（螺旋測微器）來進(jìn)行測量
定義：利用螺旋副原理對弧形尺架上兩測量面間分隔的距離，進(jìn)行讀數(shù)的通用長度測量工具。外徑千分尺常簡稱為千分尺，它是比游標(biāo)卡尺更精密的長度測量儀器，它的量程是0－25,25-50,50-75...毫米，分度值是0．01毫米。工作原理：根據(jù)螺旋運(yùn)動原理，當(dāng)微分筒（又稱可動刻度筒）旋轉(zhuǎn)一周時，測微螺桿前進(jìn)或后退一個螺距──0．5毫米。這樣，當(dāng)微分筒旋轉(zhuǎn)一個分度后，它轉(zhuǎn)過了1／50周，這時螺桿沿軸線移動了1／50×0．5毫米＝0．01毫米，因此，使用千分尺可以準(zhǔn)確讀出0．01毫米的數(shù)值。
將頭發(fā)緊密纏繞在小圓柱后，用螺旋測微器來測量，依據(jù)千分尺的讀數(shù)原理可以得到n圈頭發(fā)的長度D，由d=D/n可得頭發(fā)的直徑d。
方法2：用游標(biāo)卡尺來進(jìn)行測量
精度是1mm除以游標(biāo)上的格數(shù) 則可知10格就是精確到0.1mm 、20格就是精確到0.05mm 、50格就是精確到0.02mm將頭發(fā)緊密纏繞在小圓柱后，用游標(biāo)卡尺測量物體外徑的卡口來測量，依據(jù)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)原理可以得到n圈頭發(fā)的長度D，由d=D/n可得頭發(fā)的直徑d。
方法3：劈尖干涉測頭發(fā)絲的直徑（利用等厚干涉原理）
當(dāng)兩片很平的玻璃疊合在一起，并在其一端墊入細(xì)絲時，兩玻璃片之間就形成一空氣薄層（空氣劈）。在單色光束垂直照射下，經(jīng)劈上、下表面反射后兩束反射光是相干的，干涉條紋將是間隔相等且平行于二玻璃交線的明暗交替的條紋。
顯然，劈尖薄膜上下兩表面反射的兩束光發(fā)生干涉的光程差為干涉條紋為暗紋與 k 級暗條紋對應(yīng)的薄膜厚度為：
兩相鄰暗條紋所對應(yīng)的空氣膜厚度差為：
如果有兩玻璃板交線處到細(xì)絲處的劈尖面上共有N調(diào)干涉條紋，則細(xì)絲的直徑d為;由于N數(shù)目很大，實驗測量不方便，可先測出單位長度的條紋數(shù)，再測出兩玻璃交線處至細(xì)絲的距離L，則已知入射光波長λ，測出N0和L,就可計算出細(xì)絲（或薄片）的直徑D。
方法4：用楊氏雙縫干涉測頭發(fā)絲的直徑
利用傳統(tǒng)雙縫干涉：納光燈+凸透鏡+單縫+雙縫 的原理，用激光器替代鈉燈做光源，加一個小焦距透鏡使其發(fā)散，再加一個大焦距透鏡使其匯聚，得到一束大面積平行光，直接照射雙縫，就可以得到清晰的干涉像。要測頭發(fā)直徑，就不放雙縫，直接把頭發(fā)放入光路，在后面得到頭發(fā)的衍射像，包括中心的泊松亮斑，測出頭發(fā)與屏的距離D，測出衍射像的兩個一級明紋的距離L，頭發(fā)直徑d等于D乘以λ除以L，即d=Dλ/L。
方法5：用讀數(shù)顯微鏡測頭發(fā)絲的直徑
讀數(shù)顯微鏡是光學(xué)精密機(jī)械儀器中的一種讀數(shù)裝置，測量范圍：0-6mm測量精度：0.01mm，儀器放大倍數(shù)是20，是用來測量微小距離或微小距離變化的，能將頭發(fā)絲進(jìn)行放大后再讀數(shù)。首先，將讀數(shù)顯微鏡適當(dāng)安裝，對準(zhǔn)頭發(fā)絲；調(diào)節(jié)顯微鏡的目鏡，以清楚地看到叉絲（或標(biāo)尺）；調(diào)節(jié)顯微鏡的聚集情況或移動整個儀器，使頭發(fā)絲成像清楚，并消除視差，即眼睛上下移動時，看到叉絲與頭發(fā)絲成的像之間無相對移動；先讓叉絲對準(zhǔn)頭發(fā)絲上一點（或一條線）A，記下讀數(shù)；轉(zhuǎn)動絲桿，對準(zhǔn)另一點B，再記下讀數(shù)，兩次讀數(shù)之差即AB之間的距離就是頭發(fā)絲的直徑。但在操作中要注意兩次讀數(shù)時絲桿必須只向一個方向移動，以避免螺距差。
三、測量方法選擇
經(jīng)濟(jì)較落后的中學(xué)，實驗室里的實驗儀器并不是很充足。比較以上5種方法，方法3和方法4都要用到光學(xué)平臺，而那時自己任教的中學(xué)，由于經(jīng)費(fèi)的緊張或不足，實驗里配不起這樣的儀器，從而不能完成實驗。方法5要用到讀數(shù)顯微鏡，雖然這個儀器沒有光學(xué)平臺貴重，能配備的數(shù)量非常有限，但是面對一個班級的學(xué)生，要進(jìn)行此實驗還是顯得不太切合實際。為了能讓每一個同學(xué)都能到實驗室里進(jìn)行實驗，只能選擇最經(jīng)濟(jì)、相對符合實驗要求的實驗儀器來進(jìn)行實驗，因此唯有選擇方法1或方法2。而頭發(fā)絲是很細(xì)小的物體，為了相對減少實驗測量的誤差，可采用放縮法。
四、儀器的選擇
由于頭發(fā)是非常細(xì)小的物體，一般的測量工具無法對其進(jìn)行測量或者會造成比較大的誤差，所以此試驗中只用普通物理實驗室測量精度最高的測量工具來進(jìn)行實驗。在方法1中的測量工具的精度（千分尺為0.01mm）比在方法2的（游標(biāo)卡尺為0.02mm）高，作出的實驗結(jié)果更接近實際，因此，選擇千分尺測量頭發(fā)的直徑d。
五、測量條件
1.頭發(fā)繞小圓柱體一定要緊密，且不可重疊；
2.繞的過程中不能使用很大的力，防止頭發(fā)變形；
3.小圓柱一定要保證是圓的。
六、實驗程序
1.選出千分尺和小圓柱體
2.取成年女性的長頭發(fā)（可提前自備）
3將頭發(fā)緊密繞小圓柱體n圈（n取30、50或100，具體視頭發(fā)長度而定）
4.用千分尺測量n圈頭發(fā)的長度D，重復(fù)10次
5.計算頭發(fā)的直徑d和偏差
6.重新繞頭發(fā)、或換一根頭發(fā)重復(fù)此實驗，得出繞的緊密度和不同人的頭發(fā)對d的影響。
參考文獻(xiàn)：
[1]楊述武等 主編：普通物理實驗1（第四版），高等教育出版社，2007 [2] 楊述武等 主編：普通物理實驗3（第四版），高等教育出版社，2007
[3] 姚啟鈞主編：光學(xué)教程（第四版），高等教育出版社，2008
篇二：劈尖法測頭發(fā)絲的直徑
等厚干涉是基礎(chǔ)光學(xué)的重要課程之一，為達(dá)到學(xué)以致用的學(xué)習(xí)目的設(shè)計該實驗，由于光自身的波粒二象性和其數(shù)量級小的特點可以將其運(yùn)用于現(xiàn)實生活中較于精確的測量。運(yùn)用光學(xué)的測量具有精度大，實驗誤差較小等有利于研究的特點。所以光學(xué)應(yīng)用于物體幾何尺度的測量大大地增加了其精度。
一、 實驗?zāi)康?/strong>
1.測量頭發(fā)絲直徑的大小。
2.掌握劈尖干涉測定細(xì)絲直徑（或薄片厚度）的方法。
3.通過實驗加深對等厚干涉原理的理解。
4.掌握牛頓環(huán)的使用原理。
二、 實驗原理
�、賹蓧K平板玻璃疊放在一起，一端用頭發(fā)絲將其隔開，則形成一辟尖形空氣薄層 見圖（1-1），若用單色平行光垂直入射，在空氣劈尖的上下表面發(fā)射的兩束光將發(fā)生干涉，其光程差 △=2l+λ/2 （l為空氣薄膜厚度）。因為空氣劈尖厚度相等之處是一系列平行于兩玻璃板接觸處（即棱邊）的平行直線，所以其干涉圖樣是與棱邊平行的一組明暗相間的等間距的直條紋，當(dāng)Δ=（2k+1）λ/2，（k=0，1，2，3……）時，為干涉暗條紋，與k級暗條紋對應(yīng)的薄膜厚度為：d=k×λ/2
由于k值一般較大，為了避免數(shù)錯，在實驗中可先測出某長度l內(nèi)的干涉暗條紋的間隔數(shù)n，則單位長度的干涉條紋數(shù) X=n/l，若棱邊與頭發(fā)絲的距離為L，則頭發(fā)絲出現(xiàn)的暗條紋的級數(shù)為k=X×L，可得頭發(fā)絲的直徑為：=X×L×λ/2= n/l×L×λ/2
�、谝部捎萌切蜗嗨圃� 如圖（3-17-3）
D／d=L／l
D=（ L／l）×d
d=n×λ/2
取n=10（即間隔10個暗條紋）d=10×λ/2=5λ 所以D=（ L／l）×5λ 3
三、實驗方法選擇
1、將頭發(fā)緊密地繞在細(xì)棒上，測出n 扎的長度，將其除以扎數(shù)便可得到頭發(fā)絲的直徑。
2、運(yùn)用邁克耳孫干涉儀測頭發(fā)絲的直徑
3、運(yùn)用劈尖等厚干涉測頭發(fā)絲的直徑
比較以上三種測量方法，第一種精度較小，第二種實驗原理及其方法過于復(fù)雜，不便于實驗，相比前第二種試驗方法，第三種方法實驗原理及其過程相對簡單，而且相對第一種實驗方法而言第三種實驗精度較高，所以實驗選取第三種試驗方法。
四、實驗步驟
1.打開電源和鈉燈光源并將電子顯微鏡的插頭插上
2.調(diào)節(jié)顯微鏡的視野至明亮清晰處
3.取一根頭發(fā)絲，將頭發(fā)絲夾入劈見內(nèi)（注意頭發(fā)絲要拉直不可彎曲），固定好。
4.將固定好頭發(fā)絲的劈見放入顯微鏡的`平臺內(nèi)，調(diào)節(jié)顯微鏡直到看見清楚的干涉條紋
5.測量L的長度，找到兩條最黑的暗條紋，記入數(shù)據(jù)L’、L’’ ；（ L= L’—L’’）
6. 取n=10（間隔10個暗條紋）即l的長度，記入數(shù)據(jù)l’、l’’; ( l=l’—l’’ )
7.重復(fù)上述過程，得到不同的幾組數(shù)據(jù)
8.實驗結(jié)束后，整理好實驗器材
五、實驗數(shù)據(jù)記錄
六、實驗結(jié)論
篇三：頭發(fā)絲直徑的測定
一、 實驗?zāi)康?/strong>
1.測量頭發(fā)絲直徑的大小。
2.掌握劈尖干涉測定細(xì)絲直徑（或薄片厚度）的方法。
3.通過實驗加深對等厚干涉原理的理解。
4.掌握牛頓環(huán)的使用原理。
二、 實驗原理
�、賹蓧K平板玻璃疊放在一起，一端用頭發(fā)絲將其隔開，則形成一辟尖形空氣薄層 見圖（1-1），若用單色平行光垂直入射，在空氣劈尖的上下表面發(fā)射的兩束光將發(fā)生干涉，其光程差 △=2l+λ/2 （l為空氣薄膜厚度）。因為空氣劈尖厚度相等之處是一系列平行于兩玻璃板接觸處（即棱邊）的平行直線，所以其干涉圖樣是與棱邊平行的一組明暗相間的等間距的直條紋，當(dāng)Δ=（2k+1）λ/2，（k=0，1，2，3……）時， 為干涉暗條紋，與k級暗條紋對應(yīng)的薄膜厚度為：
d=k×λ/2
由于k值一般較大，為了避免數(shù)錯，在實驗中可先測出某長度l內(nèi)的干涉暗條紋的間隔數(shù)n，則單位長度的干涉條紋數(shù) X=n/l，若棱邊與頭發(fā)絲的距離為L，則頭發(fā)絲出現(xiàn)的暗條紋的級數(shù)為k=X×L，可得頭發(fā)絲的直徑為：
D=X×L×λ/2= n/l×L×λ/2
�、谝部捎萌切蜗嗨圃� 如圖（3-17-3）
D／d=L／l D=（ L／l）×d d=n×λ/2
取n=10（即間隔10個暗條紋）d=10×λ/2=5λ 所以D=（ L／l）×5λ
三、實驗器材電子顯微鏡，劈尖，頭發(fā)絲,牛頓環(huán)
四、試驗裝置
五、實驗步驟
1.打開電源和鈉燈光源并將電子顯微鏡的插頭插上 2.調(diào)節(jié)顯微鏡的視野至明亮清晰處
3.取一根頭發(fā)絲，將頭發(fā)絲夾入劈見內(nèi)（注意頭發(fā)絲要拉直不可彎曲），固定好。 4.將固定好頭發(fā)絲的劈見放入顯微鏡的平臺內(nèi)，調(diào)節(jié)顯微鏡直到看見清楚的干涉條紋
5.測量L的長度，找到兩條最黑的暗條紋，記入數(shù)據(jù)L’、L’’ ；（ L= L’—L’’） 6. 取n=10（間隔10個暗條紋）即l的長度，記入數(shù)據(jù)l’、l’’; ( l=l’—l’’ ) 7.重復(fù)上述過程，得到不同的幾組數(shù)據(jù) 8.實驗結(jié)束后，整理好實驗器材
六、實驗數(shù)據(jù)
D=（ L／l）×5λ鈉燈波長 λ=589.3nm
發(fā)根部頭發(fā)絲直徑數(shù)據(jù)
發(fā)中部頭發(fā)絲直徑數(shù)據(jù)
七、實驗結(jié)論
由以上數(shù)據(jù)得出，（本人）頭發(fā)絲直徑的長度在0.5~0.75mm之間 2.相比之下發(fā)根的頭發(fā)絲直徑比發(fā)梢的要粗些
3.測量時頭發(fā)要盡量直，這樣出來出來的數(shù)據(jù)才更加精確。
八、實驗結(jié)論及數(shù)據(jù)分析
�、倏赡苁且驗槲医�(jīng)常使用吹風(fēng)機(jī)吹頭發(fā)，導(dǎo)致頭發(fā)受損，而人的頭發(fā)每一個月都至少會長1~2公分，發(fā)根的頭發(fā)是新長出來的沒有受損，所以會比發(fā)梢粗一些.
�、趯嶒炛锌赡軙嬖谡`差，測量誤差，讀數(shù)誤差。偶然誤差等等.
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