篇一：设计性实验方案--测量头发丝的直径
在日常生活中，人们会经常使用测量工具来测量物体的长度，从而对物体产生具体客观的认识。众所周知，在生活中的诸多物体，人们不用多加思索就可以容易测量得知它们的具体长度参数。身体发肤受之父母，可对头发自己有了解几何呢？直接测量微小物体的长度参数以肉眼比较难得出较精确的数据，一般情况，微小长度的测量通常用将其放大的方式来进行测量。而微小长度在科学研究、精密仪器等方面更是有着不可或缺的地位。
在实验仪器不是很充裕的初级中学任物理教师，该怎样以更经济、更简单、更可行的方式来让学生了解微小物体长度的测量方法，以与自己切身相关的头发为楔子，从而引导、激发其他们的探索未知得欲望呢？好奇是一种动力，是一种向知识攀登、向未知探索的动力。为人师表，我们有责任和义务去培养学生，使学生具有这种动力！
一、实验原理
用一根长长的头发，紧密缠绕一个小的圆柱体n圈（n=30）.用测量工具测出n圈头发的直径D，则由d= D/n，可求得头发d的直径大小。
二、实验方法选择
方法1：用千分尺（螺旋测微器）来进行测量
定义：利用螺旋副原理对弧形尺架上两测量面间分隔的距离，进行读数的通用长度测量工具。外径千分尺常简称为千分尺，它是比游标卡尺更精密的长度测量仪器，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：根据螺旋运动原理，当微分筒（又称可动刻度筒）旋转一周时，测微螺杆前进或后退一个螺距──0．5毫米。这样，当微分筒旋转一个分度后，它转过了1／50周，这时螺杆沿轴线移动了1／50×0．5毫米＝0．01毫米，因此，使用千分尺可以准确读出0．01毫米的数值。
将头发紧密缠绕在小圆柱后，用螺旋测微器来测量，依据千分尺的读数原理可以得到n圈头发的长度D，由d=D/n可得头发的直径d。
方法2：用游标卡尺来进行测量
精度是1mm除以游标上的格数 则可知10格就是精确到0.1mm 、20格就是精确到0.05mm 、50格就是精确到0.02mm将头发紧密缠绕在小圆柱后，用游标卡尺测量物体外径的卡口来测量，依据游标卡尺的读数原理可以得到n圈头发的长度D，由d=D/n可得头发的直径d。
方法3：劈尖干涉测头发丝的直径（利用等厚干涉原理）
当两片很平的玻璃叠合在一起，并在其一端垫入细丝时，两玻璃片之间就形成一空气薄层（空气劈）。在单色光束垂直照射下，经劈上、下表面反射后两束反射光是相干的，干涉条纹将是间隔相等且平行于二玻璃交线的明暗交替的条纹。
显然，劈尖薄膜上下两表面反射的两束光发生干涉的光程差为干涉条纹为暗纹与 k 级暗条纹对应的薄膜厚度为：
两相邻暗条纹所对应的空气膜厚度差为：
如果有两玻璃板交线处到细丝处的劈尖面上共有N调干涉条纹，则细丝的直径d为;由于N数目很大，实验测量不方便，可先测出单位长度的条纹数，再测出两玻璃交线处至细丝的距离L，则已知入射光波长λ，测出N0和L,就可计算出细丝（或薄片）的直径D。
方法4：用杨氏双缝干涉测头发丝的直径
利用传统双缝干涉：纳光灯+凸透镜+单缝+双缝 的原理，用激光器替代钠灯做光源，加一个小焦距透镜使其发散，再加一个大焦距透镜使其汇聚，得到一束大面积平行光，直接照射双缝，就可以得到清晰的干涉像。要测头发直径，就不放双缝，直接把头发放入光路，在后面得到头发的衍射像，包括中心的泊松亮斑，测出头发与屏的距离D，测出衍射像的两个一级明纹的距离L，头发直径d等于D乘以λ除以L，即d=Dλ/L。
方法5：用读数显微镜测头发丝的直径
读数显微镜是光学精密机械仪器中的一种读数装置，测量范围：0-6mm测量精度：0.01mm，仪器放大倍数是20，是用来测量微小距离或微小距离变化的，能将头发丝进行放大后再读数。首先，将读数显微镜适当安装，对准头发丝；调节显微镜的目镜，以清楚地看到叉丝（或标尺）；调节显微镜的聚集情况或移动整个仪器，使头发丝成像清楚，并消除视差，即眼睛上下移动时，看到叉丝与头发丝成的像之间无相对移动；先让叉丝对准头发丝上一点（或一条线）A，记下读数；转动丝杆，对准另一点B，再记下读数，两次读数之差即AB之间的距离就是头发丝的直径。但在操作中要注意两次读数时丝杆必须只向一个方向移动，以避免螺距差。
三、测量方法选择
经济较落后的中学，实验室里的实验仪器并不是很充足。比较以上5种方法，方法3和方法4都要用到光学平台，而那时自己任教的中学，由于经费的紧张或不足，实验里配不起这样的仪器，从而不能完成实验。方法5要用到读数显微镜，虽然这个仪器没有光学平台贵重，能配备的数量非常有限，但是面对一个班级的学生，要进行此实验还是显得不太切合实际。为了能让每一个同学都能到实验室里进行实验，只能选择最经济、相对符合实验要求的实验仪器来进行实验，因此唯有选择方法1或方法2。而头发丝是很细小的物体，为了相对减少实验测量的误差，可采用放缩法。
四、仪器的选择
由于头发是非常细小的物体，一般的测量工具无法对其进行测量或者会造成比较大的误差，所以此试验中只用普通物理实验室测量精度最高的测量工具来进行实验。在方法1中的测量工具的精度（千分尺为0.01mm）比在方法2的（游标卡尺为0.02mm）高，作出的实验结果更接近实际，因此，选择千分尺测量头发的直径d。
五、测量条件
1.头发绕小圆柱体一定要紧密，且不可重叠；
2.绕的过程中不能使用很大的力，防止头发变形；
3.小圆柱一定要保证是圆的。
六、实验程序
1.选出千分尺和小圆柱体
2.取成年女性的长头发（可提前自备）
3将头发紧密绕小圆柱体n圈（n取30、50或100，具体视头发长度而定）
4.用千分尺测量n圈头发的长度D，重复10次
5.计算头发的直径d和偏差
6.重新绕头发、或换一根头发重复此实验，得出绕的紧密度和不同人的头发对d的影响。
参考文献：
[1]杨述武等 主编：普通物理实验1（第四版），高等教育出版社，20xx [2] 杨述武等 主编：普通物理实验3（第四版），高等教育出版社，20xx
[3] 姚启钧主编：光学教程（第四版），高等教育出版社，20xx
篇二：劈尖法测头发丝的直径
等厚干涉是基础光学的重要课程之一，为达到学以致用的学习目的设计该实验，由于光自身的波粒二象性和其数量级小的特点可以将其运用于现实生活中较于精确的测量。运用光学的测量具有精度大，实验误差较小等有利于研究的特点。所以光学应用于物体几何尺度的测量大大地增加了其精度。
一、 实验目的
1.测量头发丝直径的大小。
2.掌握劈尖干涉测定细丝直径（或薄片厚度）的方法。
3.通过实验加深对等厚干涉原理的理解。
4.掌握牛顿环的使用原理。
二、 实验原理
①将两块平板玻璃叠放在一起，一端用头发丝将其隔开，则形成一辟尖形空气薄层 见图（1-1），若用单色平行光垂直入射，在空气劈尖的上下表面发射的两束光将发生干涉，其光程差 △=2l+λ/2 （l为空气薄膜厚度）。因为空气劈尖厚度相等之处是一系列平行于两玻璃板接触处（即棱边）的平行直线，所以其干涉图样是与棱边平行的一组明暗相间的等间距的直条纹，当Δ=（2k+1）λ/2，（k=0，1，2，3……）时，为干涉暗条纹，与k级暗条纹对应的薄膜厚度为：d=k×λ/2
由于k值一般较大，为了避免数错，在实验中可先测出某长度l内的干涉暗条纹的间隔数n，则单位长度的干涉条纹数 X=n/l，若棱边与头发丝的距离为L，则头发丝出现的暗条纹的级数为k=X×L，可得头发丝的直径为：=X×L×λ/2= n/l×L×λ/2
②也可用三角形相似原理 如图（3-17-3）
D／d=L／l
D=（ L／l）×d
d=n×λ/2
取n=10（即间隔10个暗条纹）d=10×λ/2=5λ 所以D=（ L／l）×5λ 3
三、实验方法选择
1、将头发紧密地绕在细棒上，测出n 扎的长度，将其除以扎数便可得到头发丝的直径。
2、运用迈克耳孙干涉仪测头发丝的直径
3、运用劈尖等厚干涉测头发丝的直径
比较以上三种测量方法，第一种精度较小，第二种实验原理及其方法过于复杂，不便于实验，相比前第二种试验方法，第三种方法实验原理及其过程相对简单，而且相对第一种实验方法而言第三种实验精度较高，所以实验选取第三种试验方法。
四、实验步骤
1.打开电源和钠灯光源并将电子显微镜的插头插上
2.调节显微镜的视野至明亮清晰处
3.取一根头发丝，将头发丝夹入劈见内（注意头发丝要拉直不可弯曲），固定好。
4.将固定好头发丝的劈见放入显微镜的平台内，调节显微镜直到看见清楚的干涉条纹
5.测量L的长度，找到两条最黑的暗条纹，记入数据L’、L’’ ；（ L= L’—L’’）
6. 取n=10（间隔10个暗条纹）即l的长度，记入数据l’、l’’; ( l=l’—l’’ )
7.重复上述过程，得到不同的几组数据
8.实验结束后，整理好实验器材
五、实验数据记录
六、实验结论
篇三：头发丝直径的测定
一、 实验目的
1.测量头发丝直径的大小。
2.掌握劈尖干涉测定细丝直径（或薄片厚度）的方法。
3.通过实验加深对等厚干涉原理的理解。
4.掌握牛顿环的使用原理。
二、 实验原理
①将两块平板玻璃叠放在一起，一端用头发丝将其隔开，则形成一辟尖形空气薄层 见图（1-1），若用单色平行光垂直入射，在空气劈尖的上下表面发射的两束光将发生干涉，其光程差 △=2l+λ/2 （l为空气薄膜厚度）。因为空气劈尖厚度相等之处是一系列平行于两玻璃板接触处（即棱边）的平行直线，所以其干涉图样是与棱边平行的一组明暗相间的等间距的直条纹，当Δ=（2k+1）λ/2，（k=0，1，2，3……）时， 为干涉暗条纹，与k级暗条纹对应的薄膜厚度为：
d=k×λ/2
由于k值一般较大，为了避免数错，在实验中可先测出某长度l内的干涉暗条纹的间隔数n，则单位长度的干涉条纹数 X=n/l，若棱边与头发丝的距离为L，则头发丝出现的暗条纹的级数为k=X×L，可得头发丝的直径为：
D=X×L×λ/2= n/l×L×λ/2
②也可用三角形相似原理 如图（3-17-3）
D／d=L／l D=（ L／l）×d d=n×λ/2
取n=10（即间隔10个暗条纹）d=10×λ/2=5λ 所以D=（ L／l）×5λ
三、实验器材电子显微镜，劈尖，头发丝,牛顿环
四、试验装置
五、实验步骤
1.打开电源和钠灯光源并将电子显微镜的插头插上 2.调节显微镜的视野至明亮清晰处
3.取一根头发丝，将头发丝夹入劈见内（注意头发丝要拉直不可弯曲），固定好。 4.将固定好头发丝的劈见放入显微镜的平台内，调节显微镜直到看见清楚的干涉条纹
5.测量L的长度，找到两条最黑的暗条纹，记入数据L’、L’’ ；（ L= L’—L’’） 6. 取n=10（间隔10个暗条纹）即l的长度，记入数据l’、l’’; ( l=l’—l’’ ) 7.重复上述过程，得到不同的几组数据 8.实验结束后，整理好实验器材
六、实验数据
D=（ L／l）×5λ钠灯波长 λ=589.3nm
发根部头发丝直径数据
发中部头发丝直径数据
七、实验结论
由以上数据得出，（本人）头发丝直径的长度在0.5~0.75mm之间 2.相比之下发根的头发丝直径比发梢的要粗些
3.测量时头发要尽量直，这样出来出来的数据才更加精确。
八、实验结论及数据分析
①可能是因为我经常使用吹风机吹头发，导致头发受损，而人的头发每一个月都至少会长1~2公分，发根的头发是新长出来的没有受损，所以会比发梢粗一些.
②实验中可能会存在误差，测量误差，读数误差。偶然误差等等.
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