《大学物理实验A》教学大纲

《大学物理实验A》教学大纲实验名称：大学物理实验A学时：60学时（含绪论课4学时）学分：4适用专业：理、工类各专业执笔人：王阳恩审订人：田永红一、实验目的与任务《大学物理实验A》是理工科大学生入校之后开设的第一门基础实验课程，是理工类各专业的一门学科基础课，是对学生进行科学实验方法和实验技能的基本训练、培养和提高学生科学实验素养以及分析和解决实际问题的能力的实践性课程。本课程的具体任务是：通过对实验现象的观察、分析和对物理量的测量，使学生学习物理实验知识和基本实验方法，并加深对物理原理的理解；培养与提高学生的科学实验能力，包括自学能力、动手能力、分析能力、表达能力、初步设计能力；培养与提高学生的科学实验素养。二、教学基本要求1、通过《大学物理实验》课程的教学，使学生掌握物理实验基本知识、基本方法（实验设计方法：如比较法、放大法、补偿法、模拟法、干涉法、转换测量法等；数据处理方法：如列表法、逐差法、作图法、最小二乘法等），掌握基本仪器的使用，加深对物理现象及基础理论知识的理解，培养学生实验动手能力及创新能力。2、通过实验绪论课（4学时）的教学，使学生掌握实验误差理论（如测量及其误差，标准偏差，仪器误差等）、有效数字及其运算、测量不确定度及其估算、减小系统误差常用方法等。3、应用物理学专业必做实验为1、2、3、4、8、15、21、22、23、24、26、28，共12项，计37学时，还需选19学时，选做实验不得选光学、光电子方面的实验；其它理工类专业（地球物理各专业除外）必做实验12项，计38学时，还需选做18学时的实验。三、实验项目与类型序号实验项目学时实验类型备注验证综合设计必做选做1不规则固体及液体密度的测量3√√2三线摆测刚体转动惯量3√√3液体粘滞系数的测定3√√4杨氏模量的测量3√√5复摆的振动研究3√√6惯性秤3√√7弦振动研究3√√8超声声速的测量3√√9刚体转动的研究3√√10动量守恒定律的验证3√√11冰的熔化热的测量3√√12水的汽化热的测量3√√13表面张力系数的测量3√√14良导体导热系数的测量3√√15金属线胀系数的测量4√√16热功当量的测量3√√17空气比热容比的测量3√√18液体比热容的测量3√√19不良导体导热系数的测量3√√20空气相对压力系数的测定3√√21惠斯通电桥测电阻3√√22静电场模拟3√√23电位差计测电池的电动势和内阻3√√24示波器的原理和使用3√√25万用电表的设计与定标4√√26霍耳效应测磁场3√√27非平衡电桥原理及应用3√√28磁滞回线的研究3√√29温差电动势的测量3√√30周期信号的傅里叶分解与合成研究3√√31电子比荷的测量3√√32RLC电路的稳态特性研究3√√33RLC电路的暂态过程研究3√√34用非线性电路研究混沌现象3√√35光电管特性的研究3√√36薄透镜焦距的测量3√√37分光计的调整和棱镜折射率的测定5√√38迈克耳逊干涉仪的调节及使用3√√39旋光现象的研究2√√40用衍射光栅测定光波波长3√√41牛顿环3√√42衍射光强的分布研究3√√43用双棱镜干涉测钠光波长4√√44偏振光实验3√√45透镜组基点的测定3√√46用阿贝折射仪测透明介质的折射率2√√47自组望远镜和显微镜4√√48平行光管的调整和使用3√√49自组投影仪4√√50光具组节点和光具组焦距的测定4√√51全息照相3√√52夫兰克—赫兹实验3√√53氢氘原子光谱4√√54塞曼效应4√√55白光光学/数字图象信息处理实验4√√56核磁共振实验4√√57光泵磁共振4√√58普朗克常数的测定3√√59密立根油滴实验3√√60黑体辐射实验3√√61傅立叶变换光谱实验4√√62光拍法测量光的速度4√√63电光调制实验3√√64声光调制实验3√√65法拉第效应实验3√√四、实验教学内容及学时分配实验一不规则固体及液体密度的测定（3学时）1、目的要求熟练掌握分析天平的调节和使用方法，掌握静力称衡法。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分析天平、小烧杯、酒精、不规则铜块、π型架。4、掌握要点分析天平的调节和方法、测量密度的方法：静力称衡法。5、实验内容：（1）学习调整和使用分析天平。（2）用流体静力称衡法测固体的密度。实验二三线摆测物体转动惯量（3学时）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三线摆，秒表，游标卡尺，直尺。4、掌握要点三线摆的调节与使用。5、实验内容：（1）测量出三线摆转动的周期、各部分的尺寸，。（2）改变重物的位置，考查质量分布对转动的影响。实验三液体粘滞系数的测定（3学时）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、实验内容：（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。实验四杨氏模量的测量（3学时）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。2、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、实验内容：（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五复摆的振动研究（3学时）1、目的要求测量复摆振动的周期，掌握复摆振动的规律。2、方法原理当物体围绕定轴作小角度的摆动时，其运动规律为简谐振动。3、主要实验仪器及材料复摆实验组合仪4、掌握要点复摆周期的测量。5、实验内容：复摆运动规律的研究，复摆周期的测量。实验六惯性秤（3学时）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4、掌握要点惯性秤称衡质量的原理。5、实验内容：（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。实验七弦振动研究（3学时）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、实验内容：（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．实验八超声声速的测定（3学时）1、目的要求用驻波法、相位法测定超声波在空气中传播速度。2、方法原理当超声波沿空气传播至不同介质反射时，由于介质的声阻抗大于空气的声阻抗，所以超声波在介质反射时有半波损失，即分界面就是波节，当两超声换能器的距离为412nL时，在空气中形成驻波；当超声波经过不同路径传播时，其相位变化也不相同，因为其频率相同，两路超声波可在示波器上形成李萨如图形。3、主要实验仪器及材料超声声速测量仪、示波器、信号源。4、掌握要点用超声声速测量仪测超声声速的方法。5、实验内容：（1）线路的连接、仪器的调试。（2）用超声声速测量仪测超声声速。实验九刚体转动的研究（3学时）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、实验内容：（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。实验十动量守恒定律的验证（3学时）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、实验内容：（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。实十一冰的溶解热的测定（3学时）1、目的要求掌握用基本的量热方法－混合法。2、方法原理21211tCmttWMC，其中1C为水的比热容，M为水的质量，W为量热器的水当量，m为冰块的质量，1t为初温，2t为末温。3、主要实验仪器及材料量热器、冰块、温水、天平、温度计、小量筒、吸水纸4、掌握要点掌握用混合法测量比热的方法。5、实验内容：（1）称量量热器各部位的质量，以及筒内水的质量。（2）从冰水混合物中取出冰块，用吸水纸吸干，放入量热器中，搅拌，达到平衡。（3）再次称量量热器的质理，从而求出放入其中冰块的质量。（4）利用公式求出冰的融解热，并估算误差。实验十二水的汽化热的测定（3学时）1、目的要求掌握一种测定汽化热的方法，并测出水的汽化热。2、方法原理水蒸气放出的热量完全被水和量热器所吸收，根据这个等式算出水的汽化热。3、主要实验仪器及材料量热器、蒸汽发生器、蒸汽过滤器、天平、温度计、小量筒4、掌握要点掌握用混合法测量比热的方法。5、实验内容：（1）称量量热器各部位的质量，以及筒内水的质量。（2）将一定量的蒸汽通入量热器中，搅拌，达到平衡，记下平衡温度。（3）再次称量量热器的质理，从而求出通入其中蒸汽的质量。（4）利用公式求出冰的融解热，并估算误差。实验十三表面张力系数的测量（3学时）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称为液体表面张力系数。实验中gldhlWF2，其中F为弹力，W为重力与浮力之差，d为细丝直径，h为水膜拉断高度。3、主要实验仪器及材料焦利氏秤、金属框、砝码、玻璃皿、蒸馏水、温度计、游标卡尺、螺旋测微仪。4、掌握要点焦利氏秤称微小力的方法。5、实验内容：（1）测量弹簧的倔强系数。（2）测WF值。（3）测水膜被拉断的高度h。（4）用游标卡尺测出金属丝的长度，用螺旋测微仪测出金属丝的直径。（5）计算水的表面张力系数，并查出理论值，求误差。实验十四良导体导热系数的测定（3学时）1、目的要求测量铜等良导体的导热系数。2、方法原理热源在待测样品