大学物理实验教学大纲

《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： College Physics Experiments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热学部分电磁学学部分光学部分四、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g l T π2= ()()222)(⎪⎭⎫⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛=t t u l l u g g u 。

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=ρ，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。

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δ，则lE sF δ=，此式中比例系数E 称为杨氏模量，单位为2-⋅m N ．设钢丝的直径为d ，则42d s π=，代入上式并整理得出：δπ24d FlE =。

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m A 。

（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θ，滑块质量为m ，则有θsin mg ma =，当θ很小时，可以近似的看成lh tg ==θθsin ，我们认为l gh g a ==θsin 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as v v 22122=-，推出sv v a 22122-=。

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11t v ∆∆=，22t v ∆∆=，这里cm 1=∆，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cm 1的垫块，计下1t ∆和2t ∆，测三次求平均值。

（3）加入cm 5.1的垫块，计下1t ∆和2t ∆，测三次求平均值。

（4）加入cm 5.2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h a ∝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：βI M = ， 平行轴定律：20mx I I +=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4．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θ，物体在其上运动的加速度与重力加速度g 的关系 a=gsin θ （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=b v 其中比例系数 b 粘性阻尼常数，考虑阻力后（1）式改为 v b mg ma -=θsin θsin m vb a g +=（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 π2= (1) 通过实验证明振动周期与弹簧本身的质量有关kcm m T 02+=π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(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λ412-=n L 时，在共鸣管内形成共鸣()f L L v 13-=。

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：λ⋅=f v ，由力学知识可知ρTv =。

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滞系数。

2．方法原理根据斯托克斯定律rv f πη6=．考虑到各种修正()⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=h r R r L tgr 3.314.219220ρρη3．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。