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大学物理实验
q（2）用各个所得的电荷去除标准电子电荷e0并取整，n=q，然后计算ei= ,最后求出ne0e??1?e，并求出相对误差E=|e?e0|×100%。 kki?1ie03??2２．平衡测量法参考公式：
??18???l根据公式 ?dq? b??U2?g????t1??g??? p???????式中油滴的半径 ??9?l2?gtg
油的密度 ??981kg?m?3 重力加速度 g?9.80m?sec?2
空气粘滞系数 ??1.83?10?5kg?m?1?sec?1 油滴匀速下降距离 l?2.00?10?3m 修正常数
b?6.17?10?6m?cm(Hg)
大气压强 P=76.0cm（Hg） 平行极板间距离 d?5.00?10?3m 将以上数据代入公式得： 油滴带电量 q?1.43?10?14?t(1?0.02gtg)12?321 库仑 U油滴半径 ??4.15?10?6?t(1?0.02t?gg 米
4油滴质量 m ? ?? 3 ? ? 4 .09 ? 10 3 ? ? 3 千克
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【注意事项】
1．实验中注意事项：
（1）实验前应检查油滴仪是否水平，如果不水平可能造成落油孔被堵。 （2）在实验中，要注意跟踪、控制油滴，以免丢失。
（3）合理选择油滴的大小，适当调节CCD摄像头与观察孔的距离。 （4）为使平衡电压测值准确，应适当延长观察平衡状态时间。
（5）不断校准工作电压，若发现平衡电压有明显改变，则应放弃，重新选择油滴。 （6）若落油孔已被堵塞，将上极板取下，用纸和气球将落油孔内油擦、吹去多的油即可。 （7）水平仪是用来调整油滴盒电极板水平的，水平仪在出厂前已经作过调整，因此切勿将其取下兼作它用。也勿任意旋动，否则油滴盒电极板不能调到水平，油滴就会产生漂移，甚至移出视场。 2． 安全注意事项：
油滴仪在通上电或者做实验的情况下，切记不要将防风罩取下，此时，上、下电极板之间有DC0～750V的高压。不小心，则会发生触电的危险。
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【思考题】
1．长时间地监测一颗油滴，由于挥发使油滴质量不断减少，它将影响哪些量的测量？是否会影响实验？
2．为什么在实验过程中会出现油滴漂移现象？
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实验二 A型超声波诊断仪的基本原理及其应用
【实验目的】
1．熟悉A型超声波诊断仪的基本原理。 2．掌握A型超声波诊断仪的测距原理。
3．学会用A型超声波诊断仪测量介质的声阻抗 4．加深理解超声波和超声波传播的特性。
【实验器材】
A型超声波诊断仪、有机玻璃水槽、有机玻璃挡板、有机玻璃测试块、米尺、游标卡尺、耦合剂、墨水。
【实验原理】
超声波是频率在20KHZ以上的机械波，具有频率高、波长短，能量集中、方向性强、贯穿本领大、对人体无伤害等特点。它可以在不同媒质介面上产生反射和折射（超声波诊断仪就是根据这一原理制成的）。强度为Ｉi的超声波入射至声阻抗不同的界面时，有一部分被反射，有一部分被透射。反射波的强度Ｉr与入射波的强度Ｉi 之比称为反射系数rI。当声波垂直入射时
Ir(Z2?Z1)2 (1) rI??Ii(Z2?Z1)2Z1、Z2分别为入射媒质和反射媒质的声阻抗，两媒质的声阻抗差越大，反射越强。反之，反射越弱。
1．A超的基本原理 超声诊断仪是利用脉冲回波原理制成的一种超声探测仪，目前主要用于颅脑的占位性病变的诊断。A超显示是超声诊断最基本的显示方式，它属于幅度调制式（Amplitude Modulation,）显示方法是在荧光屏上出现脉冲波型，脉冲的幅度与反射波幅度成正比，脉冲之间的距离与反射面之间的距离成正比。A型超声波诊断仪由高频振荡器、同步信号发生器、探头（换能器）、放大器、示波管(显示器)等组成。图1是其工作原理方框图：
图1 A型超声波诊断仪的工作原理图
高频振荡器 放大器 探头 同步信号发生扫描电路 示波管
由高频振荡器发出的高频电脉冲输入探头，激励探头中的压电晶体产生逆压电效应，探头发射超声波（超声波探头同时有接收和发射超声波的功能）。在探头发射超声波的同时，高频电脉冲加到放大器的输入端，在示波管荧光屏上显示始波脉冲。超声波入射到被测物体的表面被反射，探头接收到反射回波时，由于正压电效应，
使反射回波转变成微弱的电振荡，放大后送至示波管的垂直偏转板上，在荧光屏上显示
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回波脉冲。同步信号发生器调节扫描电路和高频振荡器的频率，使其步调一致。同时还触发扫描电路和高频脉冲，使扫描电压加在示波管的水平偏转板上，为高频脉冲提供一时间轴，称为扫描基线。
2．A超测距的基本原理 超声波在探头与媒质的不同界面之间可能会经过多次反射，因此在荧光屏上显示出的反射回波常常是很多的，这是因为超声波脉冲不仅可在不同界面上被反射，而且反射回来的回波又被探头反射到被测物体的不同界面上，再一次产生回波信号，这样经过多次反射，在荧光屏上就可以看到第一次回波、第二次回波等相似的波形。一般只利用各界面的一次回波，实验时要善于区别一次回波与各次回波。设c为超声波在媒质中的声速，t为超声波从两界面往返的时间间隔，Ｌ为两界面的实际距离，则有
tL?c （2）
2t/2为超声波从界面１传播到界面２所需时间。
为了使用方便，仪器设有专门标距电路，并产生周期为13.3μs的标距脉冲，直接从荧光屏上显示一系列时标，相当于水中距离1cm（大时标周期为66.5μs,相当于水中距离5cm），这样就可通过测量屏上回波与始波的时标数来得到所测量水的深度。超声波在水中的传播速度为1450m.s-1（人体软组织的中的传播速度为1480m.s-1，与水接近）。如用A超测量含水丰富的人体软组织，也可以直接以时标数求得探测深度。如果时标数为n，则有下式： L?1n(cm) (3a) 或 L?5n(cm) (3b) （3a）式用小时标，（3b）式用大时标。
如果被测物不是水或人体软组织,由于其声速与水不同，此时声波在水中所产生的回波间隔与在被测物中产生的两回波间隔相同时，由（2）式可知，两界面的距离分别
tt为：L , L2?c2，二式相比有： 1?c122 c2L?L 2 1 c1 （4） 式中c1和c2分别为在水中及被测物中的声速。
根据超声波传播和反射的原理，从被测物的超声回波图，可以分辨出被测物是实质性、囊性和气体这三种基本形式。与时标相结合，则同时可以确定被测物的位置、大小和深度。
3．声阻抗的测量
用超声波垂直入射条件下的声压反射系数，可计算出介质的声阻抗。如图2所示，先利用已知声阻抗Z0的液体介质（如水），测得水与空气交界面反射幅度。由于空气和水的特征阻抗相差很多，所以产生全反射，令声压为Pr0 。如果忽略超声在水中传播时的损耗，则Pr0和入射波声压幅度P0应基本相同。将被测介质代替空气，测出反射幅度Prx，由平面波在垂直入射时的声压反射系数rp的计算式
rp?PrxZx?Z0? （5） Pr0Zx?Z0则 (1 ? rp ) （6）
Zx?Z0
利用这种方法，可以很方便地测出某介质的声阻抗。但其测量的精度，受测量时的条件影响很大，如探头使声束垂直入射的条件满足程度、超声是否是平面波，介质本身是否满足
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(1?rp)