大学物理学习指南.docx

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大学物理学习指南

学习指南

1、物理实验课的教学目的

大学物理实验教学目的与中学阶段的物理实验教学有着本质的不同。

“大学物理实验”是一门独立的基础课程，它不是“大学物理学”的分支或组成部分。

虽然物理实验必须以物理学的理论为基础，运用物理学的原理进行实验或研究，但是“大学物理实验”又独立于“大学物理学”，它不是以验证物理定律、加强理解物理规律为主要目的的，分散的力、热、电、磁、光实验的堆切，而是以物理实验的基本技术或基本物理量的测量方法为主线，再贯穿以现代误差理论，现代物理实验仪器设备、器件的原理、使用方法，构建成一个完整的，但又不断发展的课程体系框架。

其教学目的如下：

（１）掌握基本物理量的各种测量方法，学会分析测量的误差，学会基本的实验数据处理方法，能正确的表达测量结果，并对测量结果进行正确的评价（测量不确定度）。

（２）掌握物理实验的基本知识、基本技能，常用实验仪器设备、器件的原理及使用方法，并能正确运用物理学理论指导实验。

（３）培养、提高基本实验能力，并进一步培养创新能力。

基本实验能力是指能顺利完成某种实验活动（科研实验或教学实验）的各种相关能力的总和，主要包括：

观察思维能力──在实验中通过观察分析实验现象，并得出正确规律的能力。

使用仪器能力──能借助教材或仪器使用说明书掌握仪器的调整和使用方法的能力。

故障分析能力──对实验中出现的异常现象能正确找出原因并排除故障的能力。

数据处理能力──能正确记录、处理实验数据，正确分析实验误差的能力。

报告写作能力──能撰写规范、合格的实验报告的能力。

初步实验设计能力──能根据课题要求，确定实验方案和条件，合理选择实验仪器的能力。

（４）培养从事科学实验的素质。

包括理论联系实际和实事求是的科学作风；严肃认真的工作态度；吃苦耐劳、勇于创新的精神；遵守操作规程，爱护公共财物的优良品德；以及团结协作、共同探索的精神。

2、大学物理实验课的基本程序

实验课与理论课不同，它的特点是同学们在教师的指导下自己动手，独立完成实验任务，通常每个实验的学习都要经历三个阶段。

（１）实验的准备

实验前必须认真阅读讲义，做好必要的预习，才能按质按量按时完成实验。

同时，预习也是培养阅读能力的学习环节。

预习时要写预习报告，预习报告包括以下内容：

a.实验目的：

说明本实验的目的。

b.原理摘要：

在理解的基础上，用简短的文字扼要地阐述实验原理，切忌整篇照抄。

力求做到图文并茂，图系指原理图、电路图或者光路图。

写出实验所用的主要公式，说明式中各物理量的意义和单位以及公式的适用条件（或实验的必要条件）。

c.列出原始数据表格，以便实验进行中记录数据使用。

d.写出实验注意事项。

（２）实验的进行

内容包括仪器的安装与调整，观察实验现象与选择测试条件，读数与数据记录，简单计算与分析实验结果，以及简单的误差估算等，这样有利于检验实验的成败。

进入实验室，要注意遵守《大学物理实验室学生守则》（见附录一）。

实验过程中，对观察到的现象和测得的数据要及时进行判断，判断它们是否正常与合理。

实验过程中可能会出现故障，要学会自己分析故障原因，学会排除故障的本领，万般无奈之下再求助于实验指导教师，实验完毕，先让老师检查实验数据，再将仪器设备整理清楚。

（３）书写实验报告

撰写实验报告是为了训练学生具有以书面形式汇报实验工作成果的能力。

具体要求参见《大学物理实验报告写作规范》（见附录二）。

实验报告要求同学努力做到书写清晰，字迹端正，文理通顺，内容简明扼要，数据记录整洁，图表合格，结果表达正确，并对实验结果做正确的分析与讨论。

实验报告一律用专用的物理实验报告纸书写，并要及时交实验报告。

综上所述，大学物理实验教学是系统性的“工程”，既需要教师的指导，又需要学生们的努力与勤奋，完全符合教育学中“以教师为主导，学生为主体”的教育思想。

3、物理实验中应注意的安全事项

实验过程中应时时注意人身与仪器的安全。

仪器的安装与使用必须符合技术规范。

在操作前，应该了解所用仪器各旋钮、按键的作用，按实验步骤进行操作，未弄懂时严禁胡扭乱动。

（1）实验常用到220V交流电，也用到几千伏的直流电（如激光电源），为了保证实验者的人身安全和仪器设备安全，以免触电、击穿、起爆、起火,实验者必须做到：

a.进入实验室后，在任课老师未同意之前，不准随意打开电源，触摸、调节实验仪器。

b.接、拆线路时，必须在断电状态下或消除静电后进行。

c.操作时，人体不能触摸高压带电部位。

（2）在改变电表量程或改接电路中任何一部分时，必须断开电源，以免发生危险或损坏仪器，改接电路完毕应再请教师检查。

（3）做完实验后，先断电后拆线，若电路中有多种电源，先断易损电源（如标准电池）、再断其他电源，将仪器按要求放置整齐，将导线捆束整齐。

（4）在需要加热的场合，防止明火、避免烫伤和被蒸汽灼伤,尤其是在热力学实验中。

（5）在使用强光或激光的场合，尤其注意眼睛的防护,不使其过分疲劳，特别是对激光光源，更应注意，绝对不允许用眼睛直接观看激光束，以免灼伤眼球。

[附录一]：

大学物理实验室学生守则

一、实验前，应认真预习实验内容，明确目的、要求和实验原理、步骤及操作规程，做好实验准备。

二、要保持实验室的安静、整齐、清洁。

不得穿背心、拖鞋进入实验室。

严禁在实验室抽烟、吃零食，也不能在实验期间谈论与实验学习无关的话题，或玩笑打闹。

三、进入实验室后先检查所分配的仪器、工具、材料等是否齐全，如有缺少或损坏的实验器材要及时报告实验指导教师。

对于不同种类实验有不同的操作要求与规范，学生进入实验室后要严格遵守各个实验室的实验要求与实验操作规范，未经实验指导教师许可，不得擅自动用实验器材。

四、实验时，要听从教师指导，注意安全，严格按规定的实验步骤和要求进行操作，遇到问题应及时请教。

五、要坚持实事求是的科学态度，如实记录实验资料，不准抄袭。

经教师认可后方可终止实验，并及时写出实验报告。

六、实验完毕，使用过的仪器、工具、材料等必须放回原处，打扫卫生、关好电源、水龙头和门窗，经教师检查允许后方可离开实验室。

[附录二]：

大学物理实验报告写作规范

为了使同学们能养成认真、严谨、求实的工作作风，特制定本规范，望学生严格按本规范要求撰写实验报告。

实验名称

一、实验目的

写明本实验的目的及要学习和掌握的内容。

二、实验仪器

列出本实验所用的仪器用具（应包含规格、数量、型号和编号）及消耗品、被测物。

三、实验原理

扼要说明本实验所依据的原理，该部分应包括：

本实验所依据的物理原理、公式、方法、图（电路、光路、原理图等）及主要仪器描述。

四、实验步骤

按实验过程的先后顺序列出主要步骤。

五、原始资料

以表格的方式列出所测的资料（即未经任何加工的“原始资料”），包括物理量的名称、单位及测量次数，记录时应注意有效资料的位数。

六、数据处理

包括从原理资料中推算出必要的有用资料及用数字处理或公式算出被测量。

所有的计算都必须按有效资料的运算规则进行，并报导最终结果。

七、误差分析

有根据地分析出本实验中所存在的主要误差，以及它们对测量结果的影响。

八、实验结论

写出本实验所得到的主要结果或结论。

九、问题讨论

根据实验过程中自己的体会进行有针对性的讨论，或提出改进意见。

十、思考练习

完成老师布置的思考练习题。

一份完整的实验报告至少应包括以上十项基本内容，报告应独立完成并在下一次实验时交给指导老师。

对实验资料的处理应实事求是，绝对不允许出现拼凑资料、抄袭等弄虚作假行为，否则将视情况作出严肃处理。

[附录3]：

大学物理实验A（下）实验要求

实验PASCO:

牛顿第二定律的验证

（参阅课本Ｐ184）

[实验目的]

1、掌握PASCO动力学系统验证牛顿第二定律的实验方法。

2、掌握PASCO动力学系统及“datastudio”数据处理软件的使用。

[实验仪器]

PASCO动力学系统、细线、电子天平。

[实验内容和数据处理要求]

1、轨道水平调节：

使用三角尺测量，调节导轨支脚螺钉使导轨的四个支脚等高，动力学小车在轨道上不会自行滑动。

2、校准力传感器：

把力传感器连接到PASCO750型接口平台上，打开datastudio软件点击传感器校准，校准两个点：

0N（未挂砝码）与1.96N（挂上200克砝码）。

注意：

校准前应按下力传感器上的复位按钮。

3、使用PASCO750型接口平台及datastudio软件测量小车运动的v-t、s-t、F-t、a-t曲线。

4、对s-t曲线作曲线拟合（二次方拟合），拟合后斜率A的二倍即为加速度a。

对v-t曲线作直线拟合拟合后的斜率A即为加速度a。

5、求出F-t、a-t曲线中F、a的算术平均值。

6、测出小车质量、力传感器、质量块的总质量m。

求出a的理论值。

7、比较F、a的实验值与理论值，并进行分析。

气垫实验：

碰撞中的动量和动能

（参阅课本Ｐ196）

[实验目的]

1、验证动量守恒定律；

2、了解完全弹性碰撞和完全非弹性碰撞的特性。

[实验仪器]

气垫导轨、数字毫秒计。

[实验内容及要求]

一．实验前的准备：

导轨通气后，用酒精棉擦拭导轨和滑块，检查光电计时系统，使之能正常工作，然后调节导轨水平。

二．非完全弹性碰撞

1．在导轨的安装滑轮端装上弹射架,两光电门分别置于导轨上；

两个滑块上分别安装上1cm的挡光片，在滑块m1两端各安装弹射器。

用天平分别称出两个滑块的质量m1和m2；

2．计时器功能选择在“col”档。

如图5－2－2将两个滑块放在导轨两端处附近作为运动起始点。

用手同时推动两个滑块使其相向运动，让它们分别通过两个光电门后发生碰撞，继而各自朝相反的方向运动，再次分别通过两个光电门，此时按停止键依次显示出4个时间t1、t1′、t2、t2′；再次按停止键依次显示出4个速度

、

、

、

。

（详见附录：

J0201-CC或CHJ数字计时器“col”档使用方法）。

将上述测定的速度和滑块的质量代入（5－2－1）式计算，在误差范围内，若有m1

+m2

=m1

+m2

式成立，即验证了动量守恒定律。

4．计算恢复系数e和碰撞前后动能的比值

，研究非完全弹性碰撞过程中的能量损失。

三．完全非弹性碰撞

1．如图5－2－3将光电门G1和G2分别置于导轨上，两个滑行器上都安装上1cm的挡光片并给接触端装上搭扣。

用天平分别称出两个滑行器的质量m1和m2。

2．将计时器功能选择在“S2”档，滑块m2静止放在两光电门中间,另一滑块m1放在导轨的进气口端。

用手推动滑块m1向滑块m2方向运动。

通过其一光电门后，自动测出时间

。

与滑块m2发生完全非弹性碰撞后，两个滑块粘在一起向同一方向继续运动通过另一光电门后，自动测出时间

（立即用手轻轻制止滑块运动）。

3．计时器按停止键显示出

、

，再按停止键显示出相应的

和

，若在误差范围内有

=（

+

）

成立，即验证了动量守恒定律。

4．计算恢复系数e和碰撞前后动能的比值

，研究完全非弹性碰撞过程中的能量损失。

实验重点：

速度的选择，通过大量实验确定初速度。

附录：

J0201-CC或CHJ数字计时器“col”档使用方法

“Col”挡适用于两物体分别通过两个光电门相向碰撞，且碰撞后分别反向通过两个光电门的弹性碰撞实验，配合J2125型系列气垫导轨作弹性碰撞实验，使用两个挡光框和两个光电门作实验。

两个挡光框完成弹性碰撞实验之后自动进入循环显示4个时间数据和4个速度数据分别为：

t1:

碰撞前挡光框通过1号光电门的时间；

t2:

碰撞后挡光框通过1号光电门的时间；

t3:

碰撞前挡光框通过2号光电门的时间；

t4:

碰撞后挡光框通过2号光电门的时间；

1.0:

碰撞前挡光框通过1号光电门的速度；

1.1:

碰撞后挡光框通过1号光电门的速度；

2.0:

碰撞前挡光框通过2号光电门的速度；

2.1:

碰撞后挡光框通过2号光电门的速度；

并如此反复循环。

实验空气中声速测量

一、实验目的：

１．掌握用位相比较法测量空气中声速的原理和方法；

２．通过实验加深对波的位相、波的干涉及振动合成等理论的理解。

二、实验仪器：

超声测速仪示波器信号发生器

三、实验内容及要求：

用位相比较法测量超声波在空气中的传播速度。

要求：

1．调节信号发生器频率与超声换能器固有频率一致，在示波器上观察实验现象。

2．改变超声换能器间距，连续每隔一个λ或1/2λ记录相应的位置。

3．用逐差法处理数据，并与空气中声速的理论值比较。

实验PN结正向压降温度特性研究

一、实验目的

1．了解

结正向压降随温度变化的基本关系式。

2．在恒定正向电流条件下，测绘PN结正向压降随温度变化曲线，并由此确定其灵敏度。

3．学习用

结测温的方法。

二、实验仪器

PN结正向压降温度特性实验仪

三、实验内容

1．测定

曲线

2．求被测

结正向压降随温度变化的灵敏度S

四、注意事项

1．仪器连接线的芯线较细，所以要注意使用，不可用力过猛。

2．除加热线没有极性区别，其余连接线都有极性区别，连接时注意不要接反。

3．加热装置温升不应超过120oC,长期过热使用，将造成接线老化，甚至脱焊，造成一起故障。

、

实验霍尔效应及磁场的测量

一、实验目的：

1．了解霍尔效应的基本原理，掌握用霍尔效应测量磁场的方法；

2．学习用对称测量法消除霍尔元件的副效应。

3．学会根据霍尔电压的正负及霍尔控制电流IH的方向判定磁场的方向.

二、实验仪器：

霍尔效应实验装置

三、实验内容和要求：

1．测量磁场与霍尔电压的B—VH关系曲线。

要求：

型号：

SH500

型号：

SH500A

a调节霍尔控制电流IH=9.00mA;

b励磁电流IM在1—200mA，800mA-1000mA范围内每隔50mA测一点，200mA-800mA每隔200mA测一点；

C每个点都应用对称测量法消除霍尔元件的副效应。

a调节霍尔控制电流IH=2.00mA;

b励磁电流IM在1—200mA，800mA-1000mA范围内每隔50mA测一点，200mA-800mA每隔200mA测一点；

C每个点都应用对称测量法消除霍尔元件的副效应。

2．测量电磁铁间隙磁场沿水平方向的分布，画出分布曲线（B-X）

四、注意事项：

1．注意不同仪器型号，电流IM、IH的参数不同；

2．励磁电流IM与霍尔控制电流IH的输入端不可接错；

3．霍尔控制电流IH不得大于10mA，以免烧坏霍尔元件。

实验磁电阻效应实验

一、实验目的

1．了解磁阻效应的基本原理及测量磁阻效应的方法

2．测量锑化铟传感器的电阻与磁感应强度的关系。

二、实验仪器

DH4510磁阻效应实验仪。

三、实验内容

1．在锑化铟磁阻传感器工作电流保持不变的条件下，测量锑化铟磁阻传感器的电阻与磁感应强度的关系。

作ΔR/R（0）与B的关系曲线，并进行曲线拟合。

（实验步骤由学生自己拟定，实验时注意GaAs和InSb传感器工作电流应调至1mA）。

2．用磁阻传感器测量一个未知的磁场强度，与毫特计测得的磁场强度相比较，估算测量误差。

四、数据处理

自行设计实验数据表格

实验分光计的调整与使用

一实验目的

1．了解分光计的结构并掌握调节和使用方法。

2．掌握测定棱镜角的调整技巧与方法。

二实验仪器

三棱镜钠灯

分光计（附变压器、平面镜、手持照明放大镜）

三实验内容

1．分光计调整：

（1）调节望远镜（调目镜、调焦）；

（2）调望远镜的光轴与旋转主轴垂直；

（3）调平行光管，并使其光轴垂直于旋转主轴。

2．用自准直法测等边三棱镜的顶角1—3次。

四实验思考

1．能否用三棱镜代替平面镜进行分光计的调节？

为什么？

能否调节到棱镜的三个折射面均垂直于望远镜光轴？

2．用自准原理调节望远镜时，如何判断叉丝及其反射象与物镜的焦平面是否严格地共面？

如何判断叉丝是位于物镜焦平面的外侧还是内侧？

3．弄清分光计要设置两个圆游标读数的原由。

实验棱镜折射率的测量

一实验目的

掌握用最小偏向角法测棱镜折射率的方法。

二实验仪器

分光计（附：

变压器、平面镜、手持照明放大镜）

三棱镜1块钠灯（附毛玻璃片）

三实验内容

1．进一步熟悉分光计的调整方法。

2．用最小偏向角法测出等边三棱镜的折射率（最小偏向角测3—5次）。

四实验思考

1．本实验所用光源有什么要求？

为什么？

2．计算折射率误差，并说明减少误差的可能途径。

实验应用拉伸法测量杨氏模量

[实验目的]

1.应用拉伸法测量金属丝的杨氏弹性模量E；2.培养应用‘光杠杆—尺读望远镜’装置（望远镜尺组）的实验操作技能；3.分别用逐差法和最小二乘法处理数据。

[实验仪器]

杨氏弹性模量测定仪、光杠杆-尺读望远镜、台灯、游标卡尺、螺旋测微计、钢卷尺等各1个,钩码（0.5kg、1kg各若干个）

[实验内容]

1.调整杨氏弹性模量仪的支架底角螺旋，使支架铅直，然后加重一个钩码（不记入作用力F内）将钢丝拉直，测量钢丝长度L。

2.在不同位置对钢丝直径d测10次，并测量标尺到镜面的距离D及光杠杆后支点到前两个支点的垂直距离b

3.调节光杠杆装置。

（1）粗调：

将镜面中心、标尺零点、望远镜调节等高，望远镜上的缺口、准星对准平面镜中心，并能在望远镜外看到尺子的像；

（2）细调：

调节物镜焦距能看到尺子清晰的像，调节目镜焦距能清晰的看到叉丝。

3.开始时望远镜中标尺的读数

，记下每增加500g砝码记录一次标尺读数，则标尺读数依次为

、

～

，直到增加了8个钩码为止。

4.依次减少钩码，每次减500g，分别记录各次所对应的标尺读数

、

～

。

[数据处理］ 

本实验采取二种方法进行数据处理

1．用逐差法处理实验数据，求出杨氏模量值,估算测量的不确定度，正确表示结果。

2．用最小二乘法和作图法求杨氏模量值。

[作业］ 

1.本实验需测量的物理量较多，哪几个量应先测，哪些量应后测？

各个物理量如何才能准确测量？

2.材料相同、粗细不同或长度不同的两根钢丝，其杨氏弹性模量值是否一样？

3.在使用光杠杆系统进行测量时，通过望远镜可以看到清晰的光杠杆，但是却看不到竖尺像，如何解决？

实验3#204弦音计实验研究

一、实验目的

1．了解固定均匀弦振动的传输规律，加深对振动、波与干涉概念的理解；

2．观察固定均匀弦振动传播形成的驻波的波形，加深对干涉的特殊形式－驻波的认识；

3．测量均匀弦线上横波的传输速度及均匀弦线的线密度；

二、实验仪器

ZXCS-A型吉他型弦音实验仪

三、实验内容

1．分析本实验的可能主要误差,确定实验操作步骤及减少误差的措施;

2．将弦线由上（频率显示）到下分别为a1,a2,b1,b2。

测量弦线线密度ｐ和弦线上横波的传播速度v。

3．数据记录及处理：

砝码钩的质量m=0.0035kg;重力加速度g=9.8m/s2;张力T;驻波个数n;弦线长度L.

a.频率f一定，测量弦线b1的线密度ｐ和弦线上横波传播速度v.

f=200HZ

T=9.8N

0.150+m

0.200+m

0.250+m

0.300+m

驻波个数n

2

3

2

3

2

3

2

3

弦线长度L（cm）

线密度（kg/m）

P=T（n/2Lf）2

平均线密度

传播速度v=2Lf/n

平均速度

（m/s）

（m/s）

实验重力加速度的测量（落球法）3#205室

一、实验目的

1．用光电计时法研究自由落体运动规律，并且测重力加速度g值。

2．学会使用数字测时计（电子毫秒计），掌握光电测时的方法。

二、实验仪器

自由落体运动实验仪（含光电门、重垂线、吸球、电磁铁及其电源），数字测时计等。

三、实验内容

1．自由落体运动实验仪的安装和调整，并正确联接光电门与数字测时计之间的电路。

2．按照[实验方式3]，选择表

（二）不同的

、

组合测量相应的

、

值，并求出重力加速度g与测量不确定度。

四、作业：

1．自由落体运动实验仪有一个附件，就是重垂线。

试问这个重垂线

2．在本实验中具有什么物理意义？

如何安装这一附件？

3．自由落体运动实验仪应如何调整，才能保证落球下落时都是从二个光电门的正中央通过？

五、重点要求（教师讲授、指导，学生必须掌握）

1.铅直的调节。

实验用单摆测定重力加速度

一、实验目的

1、掌握用单摆测量当地重力加速度的方法。

2、理解单摆摆长、摆角对测量单摆周期的影响。

3、了解实验的系统误差。

二、实验仪器：

单摆，卷尺，游标卡尺，毫秒计时器。

三、实验原理提示

单摆是一种理想的物理模型，它由理想化的摆球和摆线组成。

如图1所示，在细线的一端拴上一个金属小球，另一端固定在悬点上，如果线的伸缩和质量可以忽略不计，球的直径比线长短得多，这样的装置叫单摆。

在单摆摆动过程中，若忽略空气浮力、摩擦阻力以及线的伸长等因素，再假设摆角较小（不超过50），单摆的周期满足以下近似关系:

（1）

则有：

.

（2）

式中l为摆长（悬点到小球质心的距离），g为重力加速度，若测量得到l、T，利用上式就可以计算到重力加速度。

又可将式（12-2）改写成

（3）

这表示T2和l之间具有线性关系，

为其斜率，如果就各种摆长测出各对应周期，则也可从T2—l图线的斜率求出g值。

当摆角叫大时，单摆的周期公式

（1），写成：

四、实验内容

1．测量不同摆长单摆的周期，研究不同摆长对测量重力加速度的影响。

要求：

A、在摆角（不超过50）固定的情况下，摆长值分别取：

20cm、40cm、60cm、80cm、100、cm、120cm。

B、测量10个周期的时间。

C、数据处理：

作T2—l图线的斜率求出g值。

2.测量不同摆角单摆的周期，研究不同摆角对测量重力加速度的影响。

要求：

A、在摆长（100cm）固定的情况下，摆角值分别取20、40、50、60、80、100。

B、测量10个周期的时间。

C、数据处理：

计算重力加速度，与当地重力加速度的公认值比较百分误差。

五、注意事项

1．实验时，单摆的摆动尽量在同一平面，不要出现锥摆的情况。

2．测量单摆周期时，要等摆稳定时再测量，不要一开始就直接测量，否则误差较大。