教 師 : 戴明鳳 ( 物理館 101 室 )

E-mail: mftai@tmue.edu.tw

Tel. # : 0920-964-622/ 03-5742523

助 教 : 動機系清班 (01): 林冠廷 g9522546@oz.nthu.edu.tw

動機系華班 (02): 洪若慈 g9522556@oz.nthu.edu.tw

技術員 : 陳明壽、張益順 講解及實驗時間 : 星期一 下午 1:10-5:00 (4 小時 )

講解室 : 綜三館 130 室實驗室 : 綜三館普物實驗室 ( 助教負責 )

實驗課本 : 清華大學 [ 普通物理實驗課本 ] + 講解講義

PHYS1020-普通物理實驗( 二 )

(3/2007)

一、實驗前1. 簽到 2. 繳交本次實驗預習報告 (<2 頁 / 實驗準備 ) 及上次實驗報告3. 檢查儀器 ( 有問題立即通知助教或技術員 )

二、實驗中1. 注意安全2. 保護儀器3. 遵照助教及課本規定進行實驗三、實驗後1. 整理儀器 2. 實驗數據助教簽名四、 [成績計算 ]1. 出席 ( 含預習報告 ):14% (2% x 7 個實驗 , 未請假缺席一次扣

10%)2. 實驗報告 : 56% (8% x 7 個實驗 , 實驗報告撰寫 : 見課本 )3. 期末測驗 : 30% ( 實驗操作 )

[ 實驗室規則 ]

實驗進度 (1) [ 配合全校實驗安排 ]

2/26 講解實驗需知 ( 綜三 130 室 )

3/05 講解實驗 1: 電場 ( 課本實驗 14)

講解實驗 2: 電子受靜電力及磁力作用的偏折 ( 課本實驗15/16)

3/12 實驗 1( 清班 / 綜三 128 室 )/ 實驗 2( 華班 / 綜三 202 室 )

3/19 實驗 2( 清班 / 綜三 202 室 )/ 實驗 1( 華班 / 綜三 128 室 )

3/26 講解實驗 3: 示波器操作 ( 課本實驗 17)( 綜三 130 室 )

4/02 講解實驗 4: 電流天平 ( 課本實驗 18)

4/09 實驗 4( 清班 / 綜三 128 室 )/ 實驗 3( 華華 / 綜三 201 室 )

4/16 實驗 3( 華華綜三 201 室 )/ 實驗 4( 華班 / 綜三 128 室 )

實驗進度 (2)[ 配合全校實驗安

排 ]4/23 ( 綜三 130 室 )

4/30 講解實驗 5: 安培計 , 伏特計和歐姆計 ( 課本實驗 19)

講解實驗 6: RC 和 RLC 電路 ( 課本實驗 21)

5/07 實驗 5( 清班 / 綜三 202 室 )/ 實驗 6( 華班 / 綜三 201 室 )

5/14 實驗 6( 清班 / 綜三 201 室 )/ 實驗 5( 華班 / 綜三 202 室 )

5/21 講解實驗 7: 氫原子光譜量度與浦郎克常數 ( 課本實驗24)

5/28 實驗 7( 清班 / 綜三 128 室 )/ 講解 ( 華班 / 綜三 130 室 )

6/04 講解 ( 華班 / 綜三 130 室 ) / 實驗 7( 清班 / 綜三 128 室 )

6/11 or 6/18 期末考 / 操作考 ( 綜三 130 室 )

實 驗 1 : 電 場( 課本實驗 14)

目的：測量等位面以求電荷之電場分佈原理：庫倫靜電定律 (Coulomb electrostatic law)

一試驗點電荷 Q 與一靜止點電荷 q 相距 r ，則所受之靜電力為

電充常數、介電常數 (permittivity constant)

0 1/c2m0 = 1/[(3.00 x 108)2x4x10-7]

= 8.85 x 10-12 C2/(N·m2) (SI units)

ko = 1/4o = 8.99 x N·m2/C2

N) :unit (SI ˆ4

1ˆ

22r

r

qQr

r

qQkF

ror

oe

The dielectric constant is function of temperature, frequency, pressure.. etc.

電 場 (Electric fields)

-- 向量 / 具加成性單點電荷之電場：靜止點電荷 q 產生之電場

多點電荷 qi 產生之總電場 :

V/m)N/C :unit (SI ˆ4

1lim

20

r

r

q

Q

FE

roQ

e

V/m)N/C :unit (SI ˆ4

12

i

ii

i

roe r

r

qE

電 場 (Electric

fields)

電場線 (electric line) 的特徵：向量物理量

1.起於正電荷，終於負電荷2.空間中任一點之電場線的切線

方向為該點的電場方向3. 電場強度與單位截面積之電場

線數成正比4. 導體內靜電場為零5. 無法經由實驗量得電場 但可經由測量空間電位的等位面，以推導電場的分佈情形

華華華華華華華華華華華華華

各種電荷分佈產生之總電場( 導體內靜電場為零 )

(a) 荷正電荷的點電源 (b) 荷負電荷的點電源 (c) 荷正負電荷的雙點電源

(d) 荷正電荷的雙點電源 (e) 帶均勻正電荷的電荷板

(f) 帶均勻正負電荷的無限大平行電荷

板

(g) 帶均勻正負電荷的有限平行電荷板

點電荷 q 產生之電位 ( 純量 ) ：

多點電荷 qi 之總電位： 具純量加成性絕對電位不重要，相對電位才有實質的

物理意義，通常華華華華華華華華華華華華電場中， a, b 二點間的電位差

積分與路徑無關等位面 (equipotential surface) ：相同電

位連接而成形成的面等位面與電力場線互相垂直

華華 Electric Potential)-A scale physical quantity

J/C) :unit (SI 4

1

r

qV

ro

i i

i

ro r

qV

4

1

華華華華華華華華華華華華華

b

aabab dlEVVV

Rules for Drawing Electric Field Lines-Proposed by M. Faraday

-A useful tool to describe the direction and intensity of the electric field and its description.

1. The lines must begin on a positive charge and terminate on a negative charge. In the case of an excess of one type of charge, some

lines will begin or end infinitely far away

2. The number of lines drawn leaving a positive charge or approaching a negative charge is proportional to the magnitude of the charge.

3. Field lines always cannot intersect.

The equipotential lines are the dashed blue lines The electric field lines are the brown lines The equipotential lines are everywhere perpendicular to the

field lines

E lines and V surface foran Infinite Sheet of Charge

E and V for a Dipole

E and V for a Point Charge

實 驗 流 程 :1. 將直流電源供應器 (dc power supply-1) 接於電板電容器 (plate capacitor-4) 的 XY 接頭兩端，以將華華華華華充電 (q, -q) 建立電場 E。

注意安全及保護儀器：接電路前，確定直流電源供應器開關為關 (off)

(1) 電源供應器(2) 電流檢測器 ( 檢流

計 )

(3) U- 型探針(4) 電位描繪記錄圖

華華華華華華華華華華華華華

2. 將 8 個具相同 R 值的電阻器串聯後，接於電板 (4) 的 XY接頭的兩端，即與直流電源供應器 (1) 並聯 ( 相同電位差，可用三用電表測量電阻器的電阻值，參考實驗 17 附錄 )

3. 檢流計 (ammeter)(2) 的正負檢測端分別接到電阻器端( 圖中 C 點 ), 和 U 型探頭 (3) 上。 U 型探頭於電板電場中移動。

4. 零點等電位線測量 (null measurement) ：在電板電場中移動 U 型探頭，找到兩端無電位差 (V = 0), 即檢流器無電流 (I = 0) 的位置。移動探頭 , 畫出一條零電位的等位線。

6. 華華華華華華華華華華連接電阻器之端點移接 A, B, C, …, H 等不同的六個點 , 可畫出不同電位值的等位線

7. 由等位線畫出垂直之電場線 (E)

8. 換導電板形狀 ( 不同形狀之電容器 ), 分別描繪其電場分佈

實驗流程 :

電力場線和等位線分佈根據導電板的形狀不同而異

(a) 點狀偶極電極(b) 平行電容板(c) 法拉地冰桶(d) 一端張開的平行

板(e) 點與直線