大学物理实验教学大纲

1《大学物理实验》教学大纲课程编号:72201008/72201009课程名称：大学物理实验英文名称：CollegePhysicsExperiments课程性质：学科基础课总学时：72学时学分：2分适用专业：测控技术与仪器专业先修课程：大学物理一、实验目的与任务物理实验课是对学生进行实验教育的入门课程，其教学目的在于使学生学习物理实验基础知识的同时,受到严格训练,掌握初步的实验能力,养成良好的实验习惯和严谨的科学作风。二、教学基本要求通过实验教学，加深对基础理论知识的理解，培养学生实验动手能力,并掌握一些基本仪器的使用方法。三、实验项目与类型力学部分序号实验项目学时实验类型备注验证设计综合必做选做1长度的综合测量2√√2单摆2√√3测重力加速度2√√√4密度的测定2√√5拉伸法测杨氏弹性模量2√√6牛顿第二定律的验证2√√7动量守恒定律的验证2√√8刚体转动惯量的测定2√√9惯性秤√√10倾斜气垫导轨上滑块运动的研究√11弹簧振子的研究√12声速的测定√13弦振动研究2√√√14液体粘滞系数的测定2√√2热学部分序号实验项目学时实验类型备注验证设计综合必做选做1液体表面张力系数测定2√√2空气比热比的测定2√√3金属线胀系数的测定2√√4热功当量的测定2√√5固体比热容的测定2√√6冰的溶解热的测定2√√7水的汽化热的测定2√√电磁学学部分序号实验项目学时实验类型备注验证设计综合必做选做1制流电路与分压电路√√2伏安法测电阻2√√3电表的扩程与校准2√√4万用电表的原理及使用2√√5电子示波器的原理及使用2√√6开尔文电桥测低电阻2√√7电位差计测电池的电动势和内阻2√√8二极管伏安特性的研究2√√9惠斯通电桥测电阻2√√10灵敏电流计的特性研究2√√11电流表的校正2√√12磁场的描绘2√√13霍尔效应2√√14RLC谐振电路的研究2√√3光学部分序号实验项目学时实验类型备注验证设计综合必做选做1薄透镜焦距的测定√√2望远镜和显微镜2√√3分光计的调节与使用2√√4用牛顿环测曲率半径√√5测量单缝衍射测光强分布2√√6用双棱镜测定光波波长√√7用透射光栅测光波波长2√√8迈克耳孙干涉仪的使用√√9偏振光的观测与研究2√√10平行光管的调整和使用2√√四、实验教学内容及学时分配基础知识测量与误差，主要讲述误差理论及数据处理力学部分实验一长度的综合测量1．目的要求练习使用测长度的几种常用仪器，练习做好记录和计算不确定度。2．方法原理用米尺、游标卡尺、螺旋测微仪测滚珠的直径和圆柱管的内外半径和高度。3．主要实验仪器及材料米尺、游标卡尺、螺旋测微仪、滚珠、圆柱管。4．掌握要点米尺、游标卡尺、螺旋测微仪的使用方法及不确定度的计算方法。5．实验项目：（1）用游标卡尺测圆柱管的内外半径及高度，并计算其体积。（2）用螺旋测微仪测滚珠的直径。（3）不确定度的计算。实验二单摆1．目的要求用停表和米尺，测单摆的周期和摆长，并求出当地的重力加速度值。2．方法原理4glT2222)(ttulluggu。3．主要实验仪器及材料单摆、停表、钢尺。4．掌握要点测量单摆周期的注意事项、重力加速度的不确定度的计算。5．实验项目：（1）用游标卡尺测小球的直径。（2）用钢尺测悬线的长度。（3）用停表测单摆的周期（不改变摆长，测5次，每次30个周期的时间）（4）计算重力加速度和它的不确定度。（4）改变摆长，测单摆的周期，用作图法算出重力加速度。实验三测重力加速度1．目的要求掌握几种测重力加速度的方法。2．方法原理自己3．主要实验仪器及材料自由落体装置、数字毫秒计、光电计时装置，单摆气垫导轨。4．掌握要点掌握测量重力加速度的方法。5．实验项目：（1）根据原理设计实验方案。（2）记录实验数据（3）数据处理及不确定度的计算。实验四密度的测定1．目的要求熟练掌握物理天平的调节和使用方法，掌握静力称衡法和比重瓶法。2．方法原理vm，质量用天平称量，体积用阿基米德定律求出。3．主要实验仪器及材料物理天平，游标卡尺、比重瓶，小烧杯、温度计、酒精、不规则玻璃块。4．掌握要点物理天平的调节和方法、测量密度的两种方法：静力称衡法和比重瓶法。5．实验项目：（1）学习调整和使用物理天平。（2）用流体静力称衡法测固体的密度。（3）用比重瓶法测酒精的密度。实验五拉伸法测杨氏弹性模量1．目的要求用伸长法测定金属丝的杨氏模量，学习光杠杆原理并掌握使用方法。52．方法原理胡克定律指出，在弹性限度内，弹性体的应力和应娈成正比，设有一根长为l横截面积为s的钢丝，在外力F作用下伸长了，则lEsF，此式中比例系数E称为杨氏模量，单位为2mN．设钢丝的直径为d，则42ds，代入上式并整理得出：24dFlE。杨式模量表达了材料抵抗外力产生拉伸（压缩）形变的能力。3．主要实验仪器及材料杨氏模量测定仪、光杠杆、尺读望远镜、螺旋测微仪、游标卡尺、砝码、米尺、金属丝4．掌握要点学习光杠杆原理。5．实验项目：（1）测量金属丝的长度l和直径d，金属丝直径要在金属丝下端测量。（2）测量光杠杆镜面到直尺的距离2d。（3）测量光杠杆前后足尖的垂直距离1d，可将光杠杆轻轻在纸上压下三个足痕，用游标卡尺去测量。（4）测量加砝码m前后的读数0A和mA。（5）数据处理，算出金属丝的杨氏模量实验六牛顿第二定律的验证1．目的要求学习在气垫导轨上验证牛顿第二定律。2．方法原理设导轨倾斜角为，滑块质量为m，则有sinmgma，当很小时，可以近似的看成lhtgsin，我们认为lghgasin理论，对于实际测量的a值，在无外力作用下a恒定不变，在光电门１的位置的瞬时速度为1v，在光电门２的位置的瞬时速度为2v，两光电门的距离为s，则有asvv22122，推出svva22122。面通过光电门在数字毫秒计是有两个时间1t和2t，分别为滑块通过两光电门所用的时间，那么有11tv，22tv，这里cm1，是滑块上挡光片第一前沿到第二前沿的距离。3．主要实验仪器及材料气垫导轨、滑块、光电门、数字毫秒计、垫块4．掌握要点气垫导轨调水平的方法。5．实验项目：（1）通电，打开数字毫秒计，调节气垫导轨水平。（2）加入cm1的垫块，计下1t和2t，测三次求平均值。（3）加入cm5.1的垫块，计下1t和2t，测三次求平均值。6（4）加入cm5.2的垫块，计下1t和2t，测三次求平均值。（5）导轨两支点的距离l是不变的，作ha图象。实验七动量守恒定律的验证1．目的要求验证动量守恒定律，深入了解完全弹性碰撞与完全非弹性碰撞的特点。2．方法原理一力学系统所受外力的矢量和为零，则系统的总动量保持不变，若系统上某一方向上所受合外力为零，则系统在该方向上的总动量保持不变。完全弹性碰撞：碰撞前后不仅系统的动量守恒，而且机械能也守恒。完全非弹性碰撞：两物体碰撞后粘在一起，以同一速度运动，动量守恒，机械能不守恒。3．主要实验仪器及材料气垫导轨、滑块、光电门、数字毫秒计4．掌握要点气垫导轨调水平的方法，完全弹性碰撞与完全非弹性碰撞的区别。5．实验项目：（1）通电，打开数字毫秒计，调节气垫导轨水平。（2）验证完全弹性碰撞的动量和动能守恒。（3）验证完全非弹性碰撞的动量守恒。实验八刚体转动惯量的测定1．目的要求研究刚体转动时合外力矩与刚体转动角加速度的关系，考查刚体的质量分布改变时，对转动惯量的影响。2．方法原理刚体转动定律：IM，平行轴定律：20mxII3．主要实验仪器及材料刚体转动实验仪，秒表，游标卡尺，定滑轮，砝码4．掌握要点刚体转动实验仪的调节与使作。5．实验项目：（1）测量出塔托的半径、重物的质量与角加速度，考查张力矩与角加速度的关系。（2）改变重物的位置，测出角加速度，考查质量分布对转动的影响。实验九惯性秤1．目的要求掌握惯性秤测定物体质量的原理和方法。2．方法原理惯性秤称衡质量，是基于牛顿第二定律，在失重状态下可照常使用。3．主要实验仪器及材料惯性秤、秒表定标用标准质量块、待测圆柱体74．掌握要点惯性秤称衡质量的原理。5．实验项目：（１）惯性秤的定标，并作出拟合曲线。（２）测量待测物的周期，并用拟合公式求出其质量。实验十倾斜气垫导轨上滑块运动的研究1．目的要求用倾斜气垫导轨测定重力加速度，并分析和校正实验中的误差。2．方法原理设气垫导轨倾角为，物体在其上运动的加速度与重力加速度g的关系a=gsin（1）该式在忽略阻力的情况下才成立，实际上滑块在气垫导轨上运动虽然没有接触摩檫，但有空气层的内摩檫，其大小与平均速度成正比，即F阻=bv其中比例系数b粘性阻尼常数，考虑阻力后（1）式改为vbmgmasinsinmvbag（2）3．主要实验仪器及材料气垫导轨，滑块，电脑通用计数器，垫块，光电门4.掌握要点测量不同倾角时的加速度5．实验项目：(1)调平气垫导轨(2)测定粘性阻尼常数(3)测定不同倾角时滑块的加速度(4)计算g值及标准不确定度实验十一弹簧振子的研究1．目的要求研究弹簧的形状及本身质量对振动的影响2.方法原理设弹簧的劲度系数为K,悬挂负载质量为M,在忽略弹簧质量时,其振动周期的公式kmT2(1)通过实验证明振动周期与弹簧本身的质量有关kcmmT02式中C为未知系数,此实验就是研究C值.3．主要实验仪器及材料弹簧(锥形的、柱形的)，停表，砝码，砝码托盘4．掌握要点利用作图确定未知量的方法5．实验项目8(1)测量弹簧的质量(2)测量弹簧振子的振动周期(3)利用作图确定未C值实验十二声速的测定1．目的要求用驻波法测定声波在空气中传播速度，验证声速与声源的频率无关2．方法原理用橡皮鎚敲打音叉发出声音时，声波沿空气柱传播至水面反射，由于水的密度大于空气的密度，所以声波在水面反射时有半波损失，即水面就是波节，当共鸣管中空气柱长为412nL时，在共鸣管内形成共鸣fLLv13。3．主要实验仪器及材料共鸣实验装置（包括铁支架，玻璃共鸣管，蓄水筒及水管等）、音叉两支、橡皮鎚、温度计4．掌握要点用共鸣实验装置测声速的方法。5．实验项目：（１）装好实验装置，固定音叉，注水在共鸣管中。（２）手持蓄水筒，使筒内水平升高至管口，皮鎚敲打音叉，缓慢下降水位，找出共鸣位置，测量三次求平均值。（３）继续下降水位，找出第二次共鸣和第三次共鸣的位置。（４）根据音叉频率求出声速。（５）换一根音叉重复上面的实验，并比较两次测得的声速。实验十三弦振动研究1．目的要求学会测量弦线上横波传播速度的方法，用作图法验证弦振动基频与张力的关系。2．方法原理弦线上横波传播的速度为：fv，由力学知识可知Tv。这两个速度相等．3．主要实验仪器及材料低压电源、电动音叉、弦线、分析天平、滑轮、砝码、米尺4．掌握要点弦振动基频与张力的关系。5．实验项目：（１）保持砝码的质量不变，改变弦长，使驻波数分别为１、２、３、４、５，验证基频和弦长的关系（２）保持弦长不变，改变砝码的质量，使驻波数分别为１、２、３、４、５，验证基频和张力的关系。（３）计算，比较两种方法测得的速度．实验十四液体粘滞系数的测定1．目的要求熟练使用基本仪器测量长度、时间和温度，观察液体内摩擦现象，学会用落球法测量液体的粘9滞系数。2．方法原理根据斯托克斯定律rvf6．考虑到各种修正hrRrLtgr3.314.2192203．主要实验仪器及材料落球粘度仪、读数显微镜、游标卡尺、米尺、秒表、温度计、比重计、小球、蓖麻油4．掌握要点用粘度仪测粘度的方法。5．实验项目：（１）调节粘度仪底板上的调螺钉，使玻璃筒轴线沿铅直方向。（２）用游标卡尺测量玻璃筒仪内径Ｄ，用米尺测筒上两横线间的距离Ｌ。（３）用读数显微镜测量小球的直径，测５次求平均值。（４）测小球匀速下落通过距离Ｌ的时间。（５）计算及不确定度，误差。热学部分实验一液体表面张力系数测定1．目的要求掌握用焦利氏秤测量微小力的原理，测定液体的表面张力系数。2．方法原理lf，则称为液体表面张