物理 II

来源：Yong P. Chen，博士，物理系 & 天文学，普渡大学理学院，西拉法叶，印第安纳州 带电物体（称为源电荷）会在其周围空间产生电场，电场表示对另一个带电物体（称为试探电荷）施加电力的能力。空间中任意一点的电场可用一个矢量表示，其定义为在该点处单位试探电荷所受的电场力（任意电荷所受的力等于该电荷量与电场的乘积）。电场是电学及电荷效应的基本概念，也与其他重要物理量（如电压）密切相关。

来源：陈永平博士，物理系 & 天文学，普渡大学理学院，西拉法叶，印第安纳州 电势，也称为"电压"，用于衡量单位电荷所具有的电势能。电场是标量量，是许多电学效应的基础。与势能类似，具有物理意义的是电势之间的差值。例如，空间中电势的变化与电场相关，而电场会产生作用于电荷上的电力。电阻中两点之间的电势差驱动了电流的流动。

来源：Yong P. Chen，博士，物理系 & 天文学，普渡大学理学院，西拉法叶，印第安纳州 磁场可以由运动电荷产生，例如电流。电流所产生的磁场可以通过麦克斯韦方程组进行计算。此外，磁体等磁性物体由于其内部电荷的微观运动，也能产生磁场。磁场会对其他运动电荷或磁性物体施加磁力，该力的大小与磁场强度成正比。磁场是电磁学的基本组成部分，广泛应用于从指南针到磁共振成像等多种实际技术中。

来源：Andrew Duffy，博士，波士顿大学物理系，马萨诸塞州波士顿 该实验重现了J.J.汤姆孙在19世纪末进行的著名实验th 世纪，他测量了电子的荷质比。结合几年后罗伯特·A·密立根（Robert A. Millikan）的油滴实验所得出的电子电荷值，这些实验使科学家首次得以确定电子的质量和电荷，这两个参数是描述电子的关键物理量。

来源：Andrew Duffy，博士，波士顿大学物理系，马萨诸塞州波士顿 本实验研究欧姆定律，该定律描述了电流、电压和电阻之间的关系。 本实验的一个目标是熟悉电路图以及基本电路中涉及的术语，例如电阻器、电阻、电流、电压和电源。通过完成本实验，将掌握如何连接电路，以及如何测量流经电路元件的电流和其两端的电势差（即电压）。 在电路中，电池或电源提供以伏特（V）为单位测量的电压，从而驱动电荷流动。电路中的其他元件，例如灯泡或电阻器（通常只是绕成线圈的细长导线），会限制电荷流动的速率。电荷流动的速率称为电流，以安培（A）为单位，简称安；电阻器和灯泡灯丝对电流的阻碍程度称为电阻，以欧姆（Ω）为单位。本实验涉及对欧姆定律的探究，该定律描述了电压、电流和电阻之间的关系。

来源：陈永平博士，物理系 & 天文学，普渡大学理学院，西拉法叶，印第安纳州 本实验演示了电流在串联或并联电阻中的分布方式，从而说明如何计算总"等效"电阻。根据欧姆定律，若已知电阻值，即可在电阻两端的电压与通过的电流之间进行换算。 对于串联连接（即两个电阻依次连接）的两个电阻，流经它们的电流相同。电压相加等于一个"总电压"，因此总"等效电阻"等于两个电阻之和。这种电路有时被称为"分压器"，因为总电压按两个电阻各自的阻值比例分配到它们两端。 对于并联的两个电阻（即它们都连接在两个共用的端点之间），电流在两者之间分流，而它们两端的电压相同。在这种情况下，总等效电阻的倒数等于两个电阻各自倒数之和。

来源：陈永平博士，物理系 & 天文学，普渡大学理学院，西拉法叶，印第安纳州 本实验将使用商用电容器和平行板电容器来演示电容的概念。电容器在两个导体（例如两个相对的金属板）上储存等量异号电荷，从而在两个导体之间产生电势差（电压降）。每个导体上的电荷量与该电压降成正比，比例系数即为电容。如果电压随时间变化，则流入电容器的电流将与该变化速率成正比，此时电容仍为比例系数。 平行板电容器的电容等于介电常数乘以极板间距再除以极板面积。本实验将首先在电容器上沉积一定电荷，然后通过高阻抗电压表（静电计）监测极板间距离增大时的电压变化，以此验证电容与距离之间的反比关系。此外，还将通过在金属极板之间插入塑料板等电介质材料，监测电压的变化情况。

来源：Yong P. Chen，博士，物理系 & 天文学，普渡大学理学院，西拉法叶，印第安纳州

来源：Yong P. Chen，博士，物理系 & 天文学，普渡大学理学院，西拉法叶，印第安纳州

来源： Derek Wilson Asantha Cooray，博士，物理系 & 天文学，加州大学欧文分校物理科学学院，加利福尼亚州欧文市 半导体是一类导电能力强烈依赖于温度和杂质含量的材料。最常见的半导体材料是晶体硅。大多数纯净的半导体并不是优良的导体；为了提高其导电性，通常会将纯半导体与杂质结合，即进行"掺杂"。这些杂质要么是施主型杂质（如磷和砷），向硅中提供电子；要么是受主型杂质（如硼和铝），从硅中夺取电子。当受主杂质从硅中夺取电子时，会留下带正电的区域，称为"空穴"，其行为相当于带正电荷的电子。

来源：陈永平博士，物理系 && 天文学，普渡大学理学院，西拉法叶，印第安纳州 光电效应是指当光照射在金属上时，金属发射出电子的现象。为了使电子从金属中逸出，光的频率必须足够高，以确保光中的光子具有足够的能量。这种能量与光的频率成正比。光电效应为被称为光子的光量子提供了实验证据。 本实验将通过使用带电的锌金属，分别暴露于普通灯光或频率更高、光子能量更高的紫外光（UV）下，来演示光电效应。锌板将连接到一个验电器上，该仪器可以检测电荷的存在及其相对数量。实验将证明，紫外光能够通过发射多余电子使带负电的锌放电，而普通灯光则不能。然而，无论哪种光源都无法使带正电的锌放电，这与光电效应中发射的是电子这一事实一致。

来源： Derek Wilson Asantha Cooray，博士，物理系 & 天文学，加州大学尔湾分校物理科学学院，加利福尼亚州尔湾 光在不同材料中传播时速度不同。当光从一种材料进入另一种材料时，其传播速度会减慢或加快。为了保持能量和动量守恒，光必须改变其传播方向。这种光的偏折现象称为折射。同时，在两种材料的界面处，一部分光也会被反射。在某些特殊情况下，光束在界面处的折射会非常剧烈，以至于光完全被反射回其原始介质中。 透镜利用了光的折射原理。透镜根据曲率不同分为两种类型：凸透镜和凹透镜。凸透镜常用于聚焦光线，也可用于产生物体的放大像。当凸透镜使来自物体的光线发散时，人眼会判断光线似乎来自实际光源后方的某一点。此时物体的像会被放大，这种像称为虚像。凹透镜同样可使光线发散并形成虚像，但其像会被缩小。 本实验将演示折射的基本定律，并探讨透镜成像的原理。

来源：Yong P. Chen，博士，物理系 & 天文学，普渡大学理学院，西拉法叶，印第安纳州 干涉和衍射是波的特征现象，存在于从水波到光等电磁波的各种波动中。干涉是指当两列同类型的波相互叠加时，产生空间上交替变化的强弱波幅的现象。衍射是指当波通过一个孔径或绕过物体传播时，波的不同部分之间发生干涉，从而也产生波幅在空间上交替强弱的现象。

来源： Arianna Brown, Asantha Cooray，博士 物理系 & 天文学，加州大学欧文分校物理科学学院，加利福尼亚州欧文市 驻波，又称定波，是由两列频率相同、振幅相等但传播方向相反的波相互干涉而形成的一种看似不传播的波。这类波表现为仅在原位置上下振动，无明显的线性移动，最常见于有限介质的振动中，例如拨动的吉他琴弦、湖中的水体或房间中的空气。例如，当一根弦线两端固定，且有两列完全相同的波从两端相向传播时 沿着长度方向传播时，第一个波将撞击末端屏障并以相反方向反射回来，两个波叠加后形成驻波。这种运动具有周期性，其频率由介质的长度决定，是简谐运动的一个直观示例。简谐运动是指具有振荡性或周期性的运动，其中恢复力与位移成正比，即物体被推离平衡位置越远，其回弹的力就越大。

来源： Arianna Brown, Asantha Cooray，博士，物理系 & 天文学，加州大学物理科学学院，加利福尼亚州尔湾市 波是通过物质介质或真空传播的扰动。光波可以在真空中以及某些形式的物质中传播，其本质为横波，即振荡方向与传播方向垂直。然而，声波是通过空气等弹性介质传播的压力波，其本质为纵波，即振荡方向与传播方向平行。当振动的物体（如人的声带或钢琴中的琴弦）向介质中引入声波时，空气中的粒子会随着振动物体的前后运动而产生相应的前后移动。这导致空气中出现一些区域，其中空气粒子被挤压在一起，称为密部；而另一些区域中粒子彼此分散，称为疏部。声波所产生的能量在密部所形成的势能与介质粒子微小运动和速度所产生的动能之间交替转换。