《大学物理实验B》教学大纲.docx
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《大学物理实验B》教学大纲
《大学物理实验B》教学大纲
实验名称：
大学物理实验B
学时：
40学时（含绪论课4学时）
学分：
2.5
适用专业：
农、医各专业
执笔人：
王阳恩
审订人：
杨长铭
一、实验目的与任务
《大学物理实验B》是农、医科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B》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，为学生。
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、医学类、农学类专业必做实验项目7项，计23学时，可根据专业特点选做13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
√
√
32
RLC电路的稳态特性研究
3
√
√
33
RLC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
，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：
，平行轴定律：
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
．考虑到各种修正
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
横截面积为
的钢丝，在外力
作用下伸长了
，则
，此式中比例系数
称为杨氏模量，单位为
．设钢丝的直径为
，则
，代入上式并整理得出：
。
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
和直径
，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
。
（3）测量光杠杆前后足尖的垂直距离
，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
前后的读数
和
。
（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：
，由力学知识可知
。
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
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：
，平行轴定律：
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
，其中
为水的比热容，
为水的质量，
为量热器的水当量，
为冰块的质量，
为初温，
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
，则
称为液体表面张力系数。
实验中
，其中
为弹力，
为重力与浮力之差，
为细丝直径，
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
值。
（3）测水膜被拉断的高度
。
（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
热源在待测样品内部形成一稳定的温度后，导体的传热速率与导热系数成正比。
3、主要实验仪器及材料
导热系数测定仪，游标卡尺。
4、掌握要点
稳态法测导热系数的原理。
5、实验内容：
（1）用游标卡尺测样品的尺寸。
（2）测量温差电动势，求出导热系数。
实验十五金属线胀系数的测定 （4学时）
1、目的要求
学习用百分表测量长度的微小变化，测量金属棒的线胀系数。
2、方法原理
固体长度一般随温度的升高而增加，设
为物体在零度时的长度，则物体在
度时的长度为
，
称为线胀系数。
3、主要实验仪器及材料
线胀系数测定仪、百分表、磁力座表、电炉、蒸汽发生器、温度计、钢卷尺
4、掌握要点
用线胀系数测定仪测线胀系数的方法及注意事项。
5、实验内容：
（1）用米尺记下金属棒的长度，插入线胀系数测定仪中加热。
（2）记录百分表的初值和金属棒的初温，加热后再记下百分表的数值和金属棒的温度。
（3）计算出金属棒的线胀系数，并与附录中给出的标准值比较，计算实验结果误差。
实验十六热功当量的测定 （3学时）
1、目的要求
用电热法测定热功当量，学习一种散热修正的方法。
2、方法原理
在一定时间内电流做功为
单位为焦耳，放出的热量全部被被水和量热器吸收
单位为卡，令
，则
为热功当量。
3、主要实验仪器及材料
量热器、电阻丝、物理天平、秒表、电流表、电压表、变阻器、电源、温度计
4、掌握要点
散热修正的方法。
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）测量系统温度，再通电后不断搅拌，每隔30秒测量并记录一次系统温度，第隔一分钟记录一次电流与电压，当水温升高20度左右断开电源。
（3）继续搅拌，仍每隔30秒测量记录一次温度。
（4）测量温度计浸入水中部分的体积，测定环境温度。
（5）求热功当量，并估算误差。
实验十七空气比热比的测定 （3学时）
1、目的要求
用绝热法测定空气的比热容比值，观察热力学过程中系统状态的变化。
2、方法原理
，其中
为开始时的压强，
为放气后又达到平衡后的压强。
3、主要实验仪器及材料
空气比热比测定仪
4、掌握要点
掌握在测量过程中四个过程，绝热压缩，等容放热，绝热膨胀，等容吸热。
5、实验内容：
（1）测出经过压缩后瓶内空气的压强。
（2）经绝热膨胀后又达到热平衡，测出此时的压强。
（3）根据公式计算出空气比热容比。
实验十八液体比热容的测定 （3学时）
1、目的要求
掌握物理天平、温度计、量热器和稳压电源的使用方法,学习用电流量热器法测定液体的比热容。
2、方法原理
将待测液体与已知比热容的纯水在完全相同的实验条件下进行比较，找出它们比热容之间的关系。
3、主要实验仪器及材料
量热器、温度计、稳压稳流电源、物理天平、单刀开关、量简、搪瓷杯。
4、掌握要点
用电流量热器法测液体比热容。
5、实验内容：
（1）用物理天平称出液体的质量。
（2）用电流法加热水及待测液体，记录它们的温度。
（3）将水与待测液体交换量热器，再一次用电流法加温及记录液体温度。
（4）计算出待测液体的比热容。
实验十九不良导体导热系数的测定（3学时）
1、目的要求
测量橡胶等不良导体的导热系数。
2、方法原理
热源在待测样品内部形成一稳定的温度后，导体的传热速率与导热系数成正比。
3、主要实验仪器及材料
导热系数测定仪，游标卡尺。
4、掌握要点
稳态法测导热系数的原理。
5、实验内容：
（1）用游标卡尺测样品的尺寸。
（2）测量温差电动势，求出导热系数。
实验二十空气相对压力系数的测定 （3学时）
1、目的要求
加深对理想气体状态方程和查理定律的理解，了解差压传感器的工作原理，并掌握其使用方，学习用最小二乘法对数据作一元线性拟合处理。
2、方法原理
利用压阻式差压传感器的压阻效应测量空气相对压力系数。
3、主要实验仪器及材料
气体相对压力系数仪，差压传感器装置，数显恒温水浴锅，真空泵与电磁阀。
4、掌握要点
气体相对压力系数仪的测试。
5、实验内容：
（1）差压传感器定标。
（2）空气压力系数αP的测定。
实验二十一惠斯通电桥测电阻 （3学时）
1、目的要求
掌握惠斯通电桥的原理和特点，掌握使用自组电桥和成品电桥测中值电阻的方法，了解电桥灵敏度的意义和提高灵敏度的几种途径。
2、方法原理
当电桥两臂电阻
时,检流计中无电流通过。
3、主要实验仪器及材料
直流稳压电源、三个电阻箱、检流计、三个待测电阻、滑线变阻器、成品电桥
4、掌握要点
惠斯通电桥的原理和特点以及用它测量电阻的方法。
5、实验内容：
（1）用电阻箱自组电桥测电阻。
（2）电桥灵敏度的测定。
（3）用成品电桥重新测量前述三个电阻。
实验二十二静电场模拟 （3学时）
1、目的要求
了解静电场的性质，学习用电流场模拟静电场的基本方法。
2、方法原理
利用静电场与电流场变化规律相同的特点，用电流场模拟静电场，进行静电场的模拟。
3、主要实验仪器及材料
静电场模拟仪、滑线变阻器、单刀开关、电源、毫伏表。
4、掌握要点
静电场的性质。
5、实验内容：
（1）线路的连接、毫伏表的调零。
（2）利用静电场模拟仪模拟静电场。
实验二十三电位差计测电池的电动势和内阻 （3学时）
1、目的要求
掌握用补偿法测电动势的原理，了解电位差计的结构。
2、方法原理
接好线路，当待测电池的电动势和已知可调电动势相等，此时，检流计上无电流通过，从而测出待测电池的电动势，电池内阻，将电池与已知电阻串联，
，算出内阻。
3、主要实验仪器及材料
箱式电位差计、板式电位差计、直流电源、标准电池、检流计、电阻箱、滑线电阻、开关、干电池。
4、掌握要点
补偿法测电动势和内阻的方法和原理。
5、实验内容：
（1）正确的用导线接实验仪器。
（2）用板式电差计测量干电池电动势。
（3）测量干池的内阻。
实验二十四示波器的原理及使用 （3学时）
1、目的要求
了解通用示波器的结构和工作原理，掌握各个旋钮的作用和使用方法，学会用示波器观察波形，测量电压，频率和相位差。
2、方法原理
测量电压
，
，测量周期
。
3、主要实验仪器及材料
通用示波器、标准信号发生器、函数发生器
4、掌握要点
示波器原理和使用方法以及用示波器测量电压和周期的方法。
5、实验内容：
（1）观察波形（正弦波）。
（2）测量交流电压。
（3）测量周期、频率。
（4）观察李萨如图形，测量信号的频率。
实验二十五万用电表的设计与定标（4学时）
1、目的要求
掌握万用电表的基本原理和设计方法,学会万用电表的制作与定标。
2、方法原理
万用电表主要由三部分组成:
一个磁电式微安表头,测量电路和转换开关,测量电路分别为制流电路与分压电路。
3、主要实验仪器及材料
磁电系表头、电流表、电压表、导线、滑线式变阻器、电阻箱、直流稳压电源、交流电稳压电源、各种电阻、电路插件板
4、掌握要点
万用电表的基本原理和设计方法。
5、实验内容：
（1）将一微安表头（量程由实验室给出）改装成如下规格的万用表:
直流电流－
、
；直流电压－
、
；交流电流－
、
；欧姆－
、
。
（2）选择符合上述计算值的电阻。
（3）将元件插在插件板上连好电路。
（4）万用表的检验，以电流表、电压表为标准。
实验二十六霍尔效应测磁场 （3学时）
1、目的要求
了解霍尔元件和霍尔效应的基本原理，学会用霍尔效应测量磁场的基本方法，进一步熟悉箱式电位差计的使用。
2、方法原理
当电流沿垂直于外磁场方向通过导电体时，在垂直于电流和磁场方向上，该导电体两侧产生电位差，其大小正比于电流强度和磁感应强度。
3、主要实验仪器及材料
霍尔效应仪、待测磁场（螺线管）、低电势直流电位差计、标准电池、干电池、复射式电流计、直流安培表、直流毫安表、直流稳压电源、滑线变阻器、双刀双掷开关
4、掌握要点
霍尔效应产生的原理。
5、实验内容：
（1）霍尔系数，载流子浓度，霍尔灵敏度的测定。
（2）利用霍尔效应测长螺线管轴线上的磁场分布。
实验二十七非平衡电桥原理及应用 （3学时）
1、目的要求
掌握用非平衡电桥电压输出方法测量电阻的基本原理和操作方法；学习与掌握根据不同待测电阻值
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