大学物理实验讲义

基于以上考虑，本讲义分为三章。第一章阐述了测量误差的数据处理的基础 知识，所涉及到的内容以本课程必须掌握的基本要求为主。第二章为基础性实 验，属于较简单的力学、光学和电学实验。第三章为提高及综合性实验，主要包 括电学及近代物理内容。第四章为选择性实验，供多学时学生选做。
实验课程的建设是一项集体事业，需要从事实验工作的全体人员长期不懈的 努力，日积月累、不断改革。多年来，所有在物理实验教学中工作过的人员对本 课程的建设都作出了贡献，因此本讲义可以说是这个集体智慧的结晶。
A.2 常用物理数据表.................................................................... 46
绪论
物理学是研究物质的基本结构、相互作用和物质最基本、最普遍的运动形式 及其规律的学科。物理学按研究方法可分为理论物理和实验物理两大分支。理论 物理是从一系列基本原理出发，经过数学的推演得出结果，并将结果与观测和实 验相比较，从而达到理解现象、预测未知的目的。实验物理是以观测和实验为手 段来发现新的物理规律，验证理论结论，同时也为理论物理提供新的研究课题。 因此，物理实验是研究自然规律的最基本的手段，是物理理论的源泉。
2.4 用分光计测量光栅常数及角色散率 ............................................ 29
2.5 用双棱镜干涉测光波波长 ........................................................ 30
2.6 示波器的原理和使用 .............................................................. 31
iv
大学物理实验讲义
中的问题。不要期望实验工作会一帆风顺，在遇到问题时，应看作是学习的良 机，冷静地分析和处理它。仪器发生故障时，也要在教师的指导下学习排除故障 的方法。总之，要将着重点放在实验能力的培养上，而不是测出几个数据就以为 完成了任务。对实验数据要严肃对待，要用钢笔和圆珠笔记录原始数据。如确系 记错了，也不要涂改，应轻轻划上一道，在旁边写上正确值(错误多的，需重新记 录)，使正误数据都能清晰可辨，以供在分析测量结果和计算误差时参考。不要用 铅笔记录原始数据，自己留有涂抹的余地，也不要先草记在另外的纸上再誊写在 数据表格里，这样容易出错，况且，这已不是原始记录了。希望同学们注意纠正 自己的不良习惯，从一开始就不断培养良好的科学作风。实验结束时，将实验数 据交教师审阅签字，整理还原仪器后方可离开实验室。
3. 实验总结 实验后要对数据及时进行处理。如果原始记录删改较多的，应加以整理，对 重要的数据要重新列表。数据处理过程包括计算、作图、误差分析等。计算要有 计算式，代入的数据都要有根据，便于别人看懂，也便于自己检查。作图按作图 规则，图线要规矩、美观。数据处理后应给出实验结果。最后要撰写出一分简 洁、明了、工整有见解的实验报告。这是每一个大学生必须具备的报告工作成果 的能力。 实验报告内容包括： (1) 实验名称—实验项目或实验选题。 (2) 实验目的—实验所希望得到的结果和希望实现的目标。 (3) 实验原理—简要叙述有关物理内容(包括电路图、光路图或实验装置示意 图)及测量中依据的主要公式，式中各量的物理含义及单位，公式成立应满足的实 验条件等。 (4) 实验步骤—写下主要实验步骤。设计性实验的步骤应详细写明，还要注明 注意事项。 (5) 数据表格与数据处理—记录中要有仪器编号、规格及完整的实验数据。要 完成数据计算、曲线图绘制及误差分析。最后写明实验结果。 (6) 分析与讨论—对实验进行合理的评价。可以是实验中现象的分析，对实验 关键问题的研究体会，实验的收获和建议，也可解答思考题。 三. 实验室规则 1. 学生进入实验室需带上记录实验数据的表格，课前应完成指定的预习内 容，经教师检查同意方可进行实验。 2. 遵守课堂纪律，保持安静的实验环境。 3. 使用电源时，务必经过教师检查线路后才能接通电源。 4. 爱护仪器。进入实验室不能擅自搬弄仪器，实验中严格按仪器说明书操 作，如有损坏，照章赔偿。公用工具用完后应立即归还原处。 5. 做完实验后学生应将仪器整理还原，将桌面和凳子收拾整齐。经教师审查 测量数据和仪器还原情况并签字后，方可以离开实验室。 6. 实验报告应在实验后一周内交实验指导教师。
4.3 用电位差计校准电压表 ........................................................... 40
4.4 迈克尔逊干涉仪的使用 ........................................................... 41
4.7 氢原子光谱的研究 ................................................................. 44
附录A 常用单位和数据表
45
A.1 中华人民共和国法定计量单位 .................................................. 45
4.5 非线性电路与混沌 ................................................................. 42
4.6 动力学法测金属的弹性模量 ..................................................... 43
物理学从本质上说是一门实验科学。历史表明，在物理学的建立和发展过程 中，物理实验一直起着重要的作用，并且在今后探索和开拓新的科技领域时，物 理实验仍然是强有力的工具。在高等理工院校，物理实验课是学生进入大学后受 到系统实验方法和实验技能训练的开端，是理工类专业对学生实验训练的重要基 础，是大学生学习或从事科学实验的起步。因此，国家教育部把物理实验列为理 工院校培养大学生进行科学实验基本训练的一门独立的、重要的必修课程。所 以，学好物理实验对于高等理工院校的学生来说是十分重要的。
1.3 数据处理的基本知识 .............................................................. 10
第二章 基础性实验
15
2.1 用拉伸法测金属丝的弹性模量 .................................................. 15
程衍富
2005年9月
目录
绪论
iii
第一章 测量误差和数据处理基本知识
1
1.1 测量与误差.......................................................................... 1
1.2 不确定度和测量结果的表示 ..................................................... 6
3.5 普朗克常数的测定 ................................................................. 36
3.6 用磁聚焦法测电子比荷 ........................................................... 37
大学物理实验讲义
程衍富 主编
物理教研室
2
大学物理实验讲义
前言
物理实验是理工科学生必修的一门重要基础实验课程。本讲义根据国家教育 部颁发的《高等工业学校物理实验课程教学基本要求》，以我校原“普通物理实 验讲义”为基础，吸取了目前高校物理实验的一些新实验、新思想，结合我校实 验教学改革的实际情况而编写的。
第四章 选择性实验
38
4.1 惠斯通电桥测电阻 ................................................................. 38
4.2 RLC串联电路的暂态过程 ........................................................ 39
物理实验作为科学实验的基础实验，其研究方法、观察和分析手段、各种仪 器设备已被广泛地应用在自然科学和工程技术的各个领域。因此作为基础实验 课，它既能让学生通过实验学习到科学实验的基础知识，又能使学生在实验方法 的考虑、测量仪器的选择、实验误差的分析中受到训练，并为学生进行后续实验 打下基础。
考虑到条件所限，学生很难按循序渐进的方式进行物理实验。结合大学物理 理论课的教学实际，本讲义按两个大循环对实验进行编排。第一循环为基础实 验，着重进行基本测量工具、基本测量方法和数据处理的训练；第二循环为综合 和提高性实验。在第一循环中，每个实验都有可能成为学生的第一次实验，所以 本讲义中实验原理的描述都十分完整，实验仪器的介绍也较清楚，实验步骤尽可 能详细，并给出了完整的数据记录表格、具体的数据处理及误差分析方法，以便 学生在数据处理时进行模仿。第二循环的编排则采取了较简略的方式，特别是部 分实验需学生自拟数据表格，对数据的处理和误差的分析要学生独立进行，以培 养学生的能力。每个实验前都有简单的前言，作为实验知识面的扩充。实验后都 留有思考题作为学生对实验内容作进一步的分析和讨论。
第三章 提高性实验
32
3.1 电表的改装和校准 ................................................................. 32
3.2 用示波器测动态磁滞回线 ........................................................ 33
参加本讲义编写的教师有程衍富、姚文俊和戴同庆。程衍富对内容进行了组编写过程中，实验中 心的领导和老师给编者提供了很大的便利，编者也参阅了兄弟院校的大学物理实 验教材，在此一并致谢。由于编者知识水平和教学经验所限，再加上编写时间仓 促，书中难免存在不妥之处，望使用者加以指正，以便进一步完善本讲义。