大学物理实验讲义(第1个实验至第5个实验)
大学物理实验-电子与场-讲义
电子与场带电粒子在电场和磁场中运动是在近代科学技术应用的许多领域中都经常遇到的一种物理现象。
在下面的实验中，主要研究电子在各种电场和磁场中的运动规律。
在这个实验中，把电子看作是遵从牛顿运动定律的经典粒子。
因为在下面实验中，电子的运动速度总是远小于光速（3.00×108 m/s），所以不必考虑相对论效应，而且由于实验中电子运动的空间范围远比原子的尺度要大，也可不必考虑量子效应。
【实验目的】1.了解示波管的构造和工作原理，研究静电场对电子的加速作用。
2.定量分析电子束在横向匀强电场作用下的偏转情况。
3.定量分析电子束在横向磁场作用下的偏转。
4.定量分析电子束在纵向磁场作用下螺旋运动，测定荷质比。
【实验仪器】DH4521电子束测试仪、电源线、10芯专用电缆、52尼康线。
【实验原理】1.小型电子示波管的构造阴极射线管中，电子示波管的构造如图1所示。
包括下面几个部分：图 1 示波管结构图F-灯丝K-阴极G1，G2- 控制栅极A1-第一阳极A2-第二阳极Y-竖直偏转板X-水平偏转板电子枪，它的作用是发射电子，把它加速到一定速度并聚成一细束；偏转系统，由两对平板电极构成。
一对上下放置的Y轴偏转板(或称垂直偏转板)，一对左右放置的X轴偏转板(或称水平偏转板)；荧光屏，用以显示电子束打在示波管端面的位置。
以上这几部分都密封在一只玻璃壳之中。
玻璃壳内抽成高真空，以免电子穿越整个管长时与气体分子发生碰撞，故管内的残余气压不超过610-大气压。
电子枪的内部构造如图2所示。
电子源是阴极，图中用字母K 表示。
它是一只金属圆柱筒，里面装有加热用的灯丝，两者之间用陶瓷套管绝缘。
当灯丝通电时可把阴极加热到很高温度。
在圆柱筒端部涂有钡和锶氧化物，此材料中的电子在加热时较容易逸出表面，并能在阴极周围空间自由运动，这种过程叫热电子发射。
与阴极共轴布置着的还有四个圆筒状电极，电极1G 离阴极最近，称为控制栅，正常工作时加有相对于阴极K 大约-5～-20伏的负电压，它产生的电场是要把阴极发射出来的电子推回到阴极去。
大学物理实验(一)绪论讲义
28
• 难点：现象是分立的不同颜色的单 色线（每根线一个波长）图2P255。 保证入射角为0度，一要光栅垂直平 行光管（现象图4P256）、二要光栅 狭缝线平行分光计转轴（现象图 5P257），注意光栅放法图3P256。
• 记录和处理：衍射角为+1级读数-(-1) 级读数/2，实际要/4（用了两个游 标读数消偏心差）。
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• 难点：固定、调节螺钉多(图1P218)， 固定13/14/20(重点)、2、8，调节 11/21(重点)、12/19(微调)。望远镜 光管水平难调(用反射规律，管外找 像)。
• 记录：读数时一定固定一个(盘)，转 动一个(盘)；两个读数游标1、2相像， 不能弄混，不能刻、写标记。
• 习题P226：1、2题
22
• 难点(操作)：透镜、物(十字)和光具 座共轴P208;判断实像(十字像)的清晰 (可看十字边缘)。
• 记录：表格化(数据多)；物距的正负 号(透镜左边正号，右边负号)，本次 像距均为正。
• 习题1、2P210
23
• 实验4-3分光计(4-3-2内容不做)P217226，重点：六图、三公式。图1(仪 器)、4 (读数)、6和7(原理兼光路)、 3(现象)、9(操作)，公式1(偏心差)、 2(自准直)和3(反射)/原理，全部运用 平行光反射原理，入、反射光与反 射面和法线夹角相等或反射光原路 返回(垂直入射)；
第一组 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 第二组 2 1 4 3 6 5 8 7 10 9 12 11 第三组 3 4 1 2 7 8 5 6 11 12 9 10 第四组 4 3 2 1 8 7 6 5 12 11 10 9 第五组 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 第六组 6 5 8 7 10 9 12 11 2 1 4 3 第七组 7 8 5 6 11 12 9 10 3 4 1 2 第八组 8 7 6 5 12 11 10 9 4 3 2 1 第九组 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 第十组 10 9 12 11 2 1 4 3 6 5 8 7 第十一 11 12 9 10 3 4 1 2 7 8 5 6
大学物理实验讲义-2
实验一基本测量实验目的1. 掌握游标卡尺及螺旋测微器的原理，学会正确使用游标卡尺、螺旋测微器及读数显微镜。
2. 掌握等精度测量中不确定度的估算方法和有效数字的基本运算。
实验仪器游标卡尺，螺旋测微器，读数显微镜和待测量的小工件。
实验原理测量长度的基本工具是米尺，它可以准确到毫米。
但是在实际测量中常常需要准确到1/10乃至1/100毫米，这就需要更加精密的测量仪器。
一、游标卡尺(Vermier calliper)1. 原理游标卡尺简称卡尺，其整体结构如图1—1所示。
主尺的主体是一条毫米直尺，其左端固定有一内量爪和一外量爪。
在主尺上套着可滑动的游标尺，其左端固定有与主尺相同的一内量爪和一外量爪，有的卡尺右端固定有尾尺。
内量爪用于测内径，外量爪用于测外径，尾尺用于测深度。
卡尺在零示值时，游标上的活动量爪靠拢主尺上的量爪，游标上的零刻线与主尺的零刻线对齐。
在测量时，被测长度将量爪分开，以游标零线为准线，在主尺上指示出被测长度的整毫米示值，不足毫米的部分，由游标上的刻线读出，主尺和游标上两部分数值相加，即为待测物体的长度。
内侧量爪紧固螺栓主刻度尺深度尺外侧量爪游标刻度尺图1—1 游标卡尺结构2. 读数方法:常用的游标卡尺有10分度、20分度和50分度（即卡尺的分度值为1/10 mm、1/20 mm、1/50 mm）等。
现以10分度的游标卡尺为例说明其原理和读数方法，其余类推。
如图1—2所示，设主尺的分度值为a ，一般1mm a = ，则游标的总长L 为a 9，并将其等分为10份。
记 10=n ，设游标上刻线的间距为b ，则19mm ()L nb n a ==-=所以09mm .L ab a n n==-= 设主尺与游标刻线的间距差为i ,则01mm .ai a b n=-==i 是游标卡尺读数的最小单位，称为卡尺的分度值，或者说它是卡尺能准确量度的最小单位。
根据游标刻度的设计方法可知，游标的刻线间距比主尺的最小分度短0.1mm ，如果游标的零刻线和第10刻线与主尺的某些刻线对齐，而游标的第1，第2，…，第k ，…，第9刻线与主尺的相对刻线都不对齐，其差值分别为0.1mm ，20.1mm ⨯，…，0.1mm k ⨯，…，90.1mm ⨯。
大学物理实验讲义实验液晶电光效应实验
实验14 液晶电光效应实验液晶是介于液体与晶体之间的一种物质状态。
一般的液体内部分子排列是无序的，而液晶既具有液体的流动性，其分子又按一定规律有序排列，使它呈现晶体的特性。
当光通过液晶时，会产生偏振面旋转，双折射等效应。
液晶分子是含有极性基团的极性分子，在电场作用下，偶极子会按电场方向取向，导致分子原有的排列方式发生变化，从而液晶的光学性质也随之发生改变，这种因外电场引起的液晶光学性质的改变称为液晶的电光效应。
1888年，奥地利植物学家Reinitzer在做有机物溶解实验时，在一定的温度范围内观察到液晶。
1961年美国RCA公司的Heimeier发现了液晶的一系列电光效应，并制成了显示器件。
从70年代开始，日本公司将液晶与集成电路技术结合，制成了一系列的液晶显示器件，至今在这一领域保持领先地位。
液晶显示器件由于具有驱动电压低（一般为几伏），功耗极小，体积小，寿命长，无辐射等优点，在当今各种显示器件的竞争中有独领风骚之势。
【实验目的】1．在学习液晶光开关的基本原理，测量液晶光开关的电光特性曲线，并由电光特性曲线得到液晶的阈值电压和关断电压。
2．测量驱动电压周期变化时，液晶光开关的时间响应曲线，并由时间响应曲线得到液晶的上升时间和下降时间。
3．测量液晶光开关的视角特性。
4．了解液晶光开关构成矩阵式图像显示的原理。
【仪器用具】ZKY-LCDEO型液晶光开关电光特性综合实验仪、数字示波器【实验原理】1．液晶光开关的工作原理液晶的种类很多，仅以常用的扭曲向列型液晶为例，说明其工作原理。
光开关的结构如图1所示。
在两块玻璃板之间夹有液晶，液晶分子的形状如同火柴一样，为棍状。
棍的长度在十几埃，直径为4～6埃，液晶层厚度一般为5-8微米。
玻璃板的内表面涂有透明电极，电极的表面预先作了定向处理（可用软绒布朝一个方向摩擦），这样，液晶分子在透明电极表面就会躺倒在摩擦所形成的微沟槽里；电极表面的液晶分子按一定方向排列，且上下电极上的定向方向相互垂直。
大学物理实验介电常数的测量的讲义
固体与液体介电常数的测量一、实验目的:运用比较法粗测固体电介质的介电常数，运用比较法法测量固体的介电常数,谐振法测量固体与液体的介电常数(以及液体的磁导率)，学习其测量方法及其物理意义，练习示波器的使用。
二、实验原理：介质材料的介电常数一般采用相对介电常数εr 来表示，通常采用测量样品的电容量，经过计算求出εr ，它们满足如下关系：SCdr 00εεεε==式中ε为绝对介电常数，ε0为真空介电常数，m F /1085.8120-⨯=ε，S 为样品的有效面积，d 为样品的厚度，C 为被测样品的电容量，通常取频率为1kHz 时的电容量C 。
替代法：替代法的电路图如下图所示。
此时电路测量精度与标准电容箱的精度密切相关。
实际测量时，取R=1000欧姆,我们用双踪示波器观察,调节电容箱和电阻箱的值,使两个信号相位相同, 电压相同，此时标准电容箱的容值即为待测电容的容值。
谐振法：1、交流谐振电路：在由电容和电感组成的LC 电路中，若给电容器充电，就可在电路中产生简谐形式的自由电振荡。
若电路中存在交变信号源，不断地给电路补充能量，使振荡得以持续进行，形成受迫振动，则回路中将出现一种新的现象——交流谐振现象。
RLC 串联谐振电路如下图所示:图一：RLC 串联谐振电路其中电源和电阻两端接双踪示波器。
电阻R 、电容C 和电感L 串联电路中的电流与电阻两端的电压是同相位的，但超前于电容C 两端的电压2π ，落后于电感两端的电压2π，如图二。
图二：电阻R 、电容C 和电感L 的电压矢量图电路总阻抗：Z ==L V →-RV →回路电流：V I Z==电流与信号源电压之间的位相差：1arctan i L C R ωωϕ⎛⎫- ⎪=-⎪ ⎪⎝⎭找到RLC 串联电路的谐振频率，如果已知L 的值，就可以得出C 的大小。
2、谐振法测量电容谐振法测量电容的原理图见上图一，由已知电感L ，电阻R 待测电容C x 组成振荡电路，改变信号源频率使RLC 回路谐振，使得双踪示波器两个频道的波形相位相同，电阻上电压最大,则电容可由下式求出：L f C X 2241π=式中f 为频率，L 为已知电感，C x 为待测电容。
大学物理实验讲义汇总
大学物理实验讲义（）目录实验1 复摆 (4)预习报告 (8)实验2 弦振动的研究 (9)预习报告 (13)实验3 速度和加速度的测量 (14)预习报告 (21)实验4 动量守恒定律的验证 (22)预习报告 (27)实验5 空气中声速的测量 (28)预习报告...................................................... 错误!未定义书签。
实验6 RLC电路的稳态特性 (24)预习报告...................................................... 错误!未定义书签。
实验报告.. (34)实验7 油滴法测定基元电荷 (46)预习报告 (53)实验8 用双臂电桥测量低值电阻 (54)预习报告...................................................... 错误!未定义书签。
实验9 牛顿环. (60)预习报告 (67)实验10 光电效应及普朗克常数的测定 (68)预习报告 (73)实验11 单缝衍射 (60)预习报告...................................................... 错误!未定义书签。
实验12 多缝的夫琅和费衍射. (79)预习报告...................................................... 错误!未定义书签。
实验报告——速度和加速度的测量 (83)实验报告——牛顿环 (88)实验1 复摆伽利略首先证明了，当空气的摩擦阻力可以忽略不计时，所有自由下落物体都将以同一加速度下落，这就是重力加速度。
重力加速度是一个重要的基本物理常数，测量重力加速度的实验很多，有自由落体测定和气垫导轨等，还有简单方便的单摆和复摆实验。
单摆是根据摆的长度和摆动的周期计算出重力加速度。
复摆是一个任意形状的刚体，受重力作用绕着固定转轴在竖直面内往复摆动，利用复摆的共轭性，通过作图法进行测算得到重力加速度。
大学物理实验讲义-弦振动与驻波研究
大学物理实验讲义-弦振动与驻波研究弦振动与驻波研究【实验目的】1．观察在弦上形成的驻波；2．确定弦线振动时驻波波长与张力的关系； 3．学习对数作图和最小二乘法进行数据处理。
【实验原理】在一根拉紧的弦线上，其中张力为T ，线密度为μ，则沿弦线传播的横波应满足下述运动方程：2222x yT t y ∂∂=∂∂μ(1)式中x 为波在传播方向（与弦线平行）的位置坐标，y 为振动位移。
将(1)式与典型的波动方程22222x y V t y ∂∂=∂∂相比较，即可得到波的传播速度: μTV =若波源的振动频率为f ，横波波长为λ，由于波速λf V =，故波长与张力及线密度之间的关系为：μλTf1=(2)为了用实验证明公式(2)成立，将该式两边取对数，得：11lg lg lg lg 22T f λμ=-- (3)固定频率f 及线密度μ，而改变张力T ，并测出各相应波长λ，作lg λ-lg T 图，若得一直线，计算其斜率值（如为21），则证明了λ∝21T的关系成立。
弦线上的波长可利用驻波原理测量。
当两个振幅和频率相同的相干波在同一直线上相向传播时，其所叠加而成的波称为驻波，一维驻波是波干涉中的一种特殊情形。
在弦线上出现许多静止点，称为驻波的波节。
相邻两波节间的距离为半个波长。
【实验仪器】1、可调频率数显机械振动源；2、振动簧片；3、弦线（铜丝）；4、可动刀片支架；5、可动刀口支架；6、标尺；7、固定滑轮；8、砝码与砝码盘；9、变压器;10、实验平台；11、实验桌9123456781011图1 实验装置示意图图2 可调频率数显机械振动源面板图 （1、电源开关 2、频率调节 3、复位键 4、幅度调节 5、频率指示）实验装置如图1所示，金属弦线的一端系在能作水平方向振动的可调频率数显机械振动弦线上驻波实验仪电 源ON复位 幅度 调节上海复旦天欣科教仪器有限公司频率调节H Z1 2 3 45FD-SWE-II源的振簧片上，频率变化范围从0-200Hz 连续可调，频率最小变化量为0.01Hz ，弦线一端通过定滑轮⑦悬挂一砝码盘⑧；在振动装置(振动簧片)的附近有可动刀片支架④，在实验装置上还有一个可沿弦线方向左右移动并撑住弦线的可动刀口⑤。
大学物理实验绪论讲义绪论
图表制作
实验数据应制作成图表，以便更好地展示数据和趋势。
结论分析
实验结论应基于数据分析，指出误差来源并提出改进意见 。
02 实验数据处理与误差分析
测量与误差
测量
测量是获取实验数据的过程，包括对 物理量进行观察、记录和量化。
误差定义
误差是指测量值与真实值之间的差异， 可以分为系统误差和随机误差。
随机误差的处理
数学公式拟合
通过选择合适的数学公式对实验数据进行拟合，可以得到物理量之间的数学关系。
03 实验操作规范与安全
实验操作规程
实验前准备
在实验开始前，学生应认真阅读实验指 导书，了解实验目的、原理、步骤和注
意事项。
实验数据记录
学生应认真记录实验数据，确保数据 的准确性和完整性，并按照要求进行
Байду номын сангаас数据处理和分析。
Excel软件介绍
总结词
易用性强的数据处理软件
详细描述
Excel软件是一款易用性强的数据处理软件，广泛应用于办公和数据处理领域。它提供了数 据输入、数据筛选、图表绘制等功能，能够帮助用户快速整理和分析数据。虽然相比于其他 专业数据处理软件，Excel的功能相对较少，但其易用性和普及度较高，适合初学者使用。
05 实验案例分析
单摆实验案例分析
实验目的
实验原理
研究单摆的周期与摆长、重力加速度的关系。
单摆做简谐运动的周期T与摆长L和重力加速 度g有关，其关系为T=2π√(L/g)。
单摆实验案例分析
2. 将单摆挂上重锤，调整摆长。
1. 准备实验器材，包括单摆装置、 计时器等。
实验步骤
01
03 02
单摆实验案例分析
物理实验讲义
实验一 物质密度的测定密度是物质的基本属性之一，而密度又与物质的纯度有关。
在生产和科学实验中，常通过测定物体的密度来分析材料的成分，鉴定材料的纯度。
密度的测量归根结底为质量和体积的测量，而体积的测量会因为物体的种类和形状的不同采用不同的测量方法。
本实验只测量规则固体的密度。
【实验目的】1、掌握测量规则物体密度的一种方法；2、掌握游标卡尺、螺旋测微器、物理天平的使用方法；3、练习有效数字读、记、运算法则，学会计算和分析测量误差，并对误差的传递有一定的认识，正确表示测量结果。
【实验仪器】游标卡尺，螺旋测微器（千分尺），天平，待测固体（长方体、圆柱体、球体）等。
【实验原理】所谓密度就是物体单位体积所具有的质量。
如果测出物体的质量m 和体积V ，物体的密度为mVρ=。
对于形状规则的固体，可以用量具直接测量其尺寸，计算出体积，再用天平测出质量，直接代入公式计算。
例如测量长方体的密度，用量具测出其长、宽、高分别为a 、b 、c ，那么它的体积为V=abc ，再用天平测出其质量为m ，那么它的密度为abcm =ρ。
同理，当待测物体是一直径为d ，高度为h 的圆柱体时，它的密度就是hd m24πρ=.于是，只要测出圆柱体的质量m ，外径d 和高度h ，代入即可算出圆柱体的密度。
一般说来，待测物体各个断面的大小和形状都不尽相同，从不同的方位测量，数值会稍有差异。
例如圆柱体的直径和高度各处不完全一样，因此，要精确测定圆柱体的体积，必须在它的不同位置测量直径和高度数次，然后求出它们的算术平均值。
例如，测量圆柱体的直径时，可选圆柱体的上、中、下三个部位进行测量，每个部位至少要测量两次。
每测得一个数据后，应转动一下圆柱体再测下一个数据，最后利用测得的全部数据求直径的平均值。
同样，高度也应在不同位置进行多次测量。
【实验步骤】1、测量长方体、圆柱体的质量物理实验中，常用天平来称衡物体的质量。
天平是一种等臂杠杆装置，按其称衡的精确度不同又分为分析天平和物理天平，精确度高的称为分析天平，精确度低的称为物理天平，普通物理实验主要使用物理天平。
大一物理实验讲义知识点
大一物理实验讲义知识点实验一：测量物体质量和密度1. 实验目的：通过测量物体质量和尺寸，计算物体的密度。
2. 实验原理：- 质量的测量：使用天平测量物体的质量，保证天平的零位和精确读数。
- 密度的计算：物体的密度可以通过质量与体积之间的关系计算得到，公式为密度=质量/体积。
3. 实验步骤：1) 清洁天平，使其保持干净并调整到零位。
2) 使用天平测量物体的质量，记录下数值。
3) 测量物体的尺寸（如长、宽、高），计算出物体的体积。
4) 根据质量和体积的测量结果，计算物体的密度。
4. 实验注意事项：- 天平要保持干净、水平放置，并调整到零位。
- 测量物体尺寸时，要使用合适的测量工具，并保证测量的准确性。
- 计算密度时，注意单位的转换和小数点的精确性。
实验二：测量光的折射角1. 实验目的：通过测量光的入射角和折射角，验证光的折射定律。
2. 实验原理：- 光的入射角和折射角：当光从一个介质射入另一个介质时，入射角和折射角之间满足折射定律，即入射角的正弦与折射角的正弦之比等于两介质的折射率之比。
- 折射率：介质的折射率定义为光速在真空中的速度与光速在该介质中的速度之比。
3. 实验步骤：1) 准备一个光学平台，并安装一个光源和一个半圆柱形容器。
2) 使用一个测量尺测量半圆柱形容器的半径，并记录下数值。
3) 调整光源和半圆柱形容器的位置，使光线通过容器，并测量入射角和折射角。
4) 根据测量结果，计算光在该介质中的折射率，并与理论值进行比较。
4. 实验注意事项：- 在测量光线入射角和折射角时，要保证准确的读数和测量。
- 使用合适的测量工具，如测量尺和角度测量器。
- 调整光源和容器位置时，要小心操作，避免光线的偏移或干扰。
实验三：测量力的大小和方向1. 实验目的：通过测量物体受力的大小和方向，了解力的性质和作用。
2. 实验原理：- 力的大小：力是物体之间相互作用的结果，可以通过测力计或弹簧秤等工具来测量力的大小。
- 力的方向：力的方向可以通过测量物体所受力的方向来确定，力是矢量量值。
大学物理学实验讲义
大学物理学实验(讲稿)（力、热、光、电）**: ***授课时间:所在院系: 物理与电子信息学院预备知识：不确定度的概念：不确定度是由于测量误差的存在而造成对被测量值不能确定的程度。
因此，我们应将测量中的不可靠量值叫误差，导致测量结果的不可靠量值叫不确定度。
一、 直接测量量的不确定度计算：A 类不确定度：（随机误差）)1()(2--=∑N N x xu iA （通用式）B 类不确定度：（未定系统误差）3仪∆=B u （p=0.683） （通用式）总不确定度：22B A u u u +=（通用式）仪∆获得的三个途径：（1）由仪器或说明书给出（指以前称为仪器误差）。
（2）由仪器的准确度等级给出：100量程）（等级仪⨯=∆（3）估计连续读数的仪器：分度值仪21=∆；非连续读数的仪器：分度值仪=∆； 数子式仪器：仪∆取末位数字的21±±或。
单次测量的不确定度计算：由于00)(==-A i u x x 故，3仪∆==B u u二、 间接测量量的不确定度计算：设：...),,(z y x f N = 传递公式：...)()()(222222+∂∂+∂∂+∂∂=z y x N u zf u y f u x f u 例如：园柱体的密度公式为h d m v m 24πρ==则222)()2()()(hu d u m u u h d m ++=ρρ ρρρρ⨯=)()(u u （单位）式中：—待测物体的直径。
—d —待测物体的高度。
—h —待测物体的质量。
—m三、 测量结果表示：3)18.091.8()(cm g u ±=±=ρρρ （第一位为1时可多取1位）3)05.080.7()(cm gu ±=±=ρρρ （测量值不足两位补零与不确定度位数对齐）实验一 单摆一、实验目的1、用单摆测定本地的重力加速度；2、掌握用作图法验证理论公式；3、了解测量中主要误差来源及处理方法。
大学普通物理实验讲解
相对误差E定义为绝对误差uc与被测量量真值X的比
值，即：
E
uc 最佳值
100
%
如果待测量有理论值或公认值，也可用百分误差来
表示测量的好坏。即:
百分误差
测量值 公认值
E0
公认值
100 %
直接测量结果的表示：
N N最佳值 uc (单位）
uc：一位有效数字（只 进不舍）
N最佳值：与uc对齐
正、可负也可能十分接近零；而不确定度总是不为 零的正值，是可以具体评定的。
不确定度与测量结果的 表示
测量不确定度 由于测量误差的存在，难以确定被测量的真值。
测量不确定度是表征测量真值在某一个量值范围内 不能肯定程度的一个评定。
测量不确定度包含A类标准不确定度和B类标 准不确定度。 1）不确定度的A类评定（A类分量）
由于偶然因素，在同一条件下对同一物理量X进行多次 重复测量的值，将是分散的，从分散的测量值出发用统计的 方法评定标准不确定度，就是标准不确定度的A类评定
不确定度的A类分量就取为算术平均值的标准偏差，
即
n
(xi x)2
Si Sx
i 1
n(n 1)
按误差理论的正态分布，如不存在其他影响，则测量 值范围 [x Sx , x Sx ] 中包含真值的概率为68.3%。
n1
3）算术平均值的标准误差
算术平均值 x 的标准误差为:
上式说明算术平均值的标准误差小于标误差 差，因为算术平均值是测量结果的最佳值，它比 任意一次测量值xi更接近真值，误差要小。
在多次测量的随机误差遵从正态分布的条件 下，真值处于该区间内的概率为68.3%。
仪器误差Δ仪
大学物理实验讲义
实验01 塞曼效应实验在物理学的发展过程中，人类为光本性的探讨经过了相当曲折的过程。
1845 年，法拉第发现光的振动面在磁场中发生旋转，揭示了光学现象与磁学现象之间存在联系，启发人类不能孤立地研究光，必须将光学现象和其它物理现象联系起来考虑。
1860 年，麦克斯韦的理论研究指出光的电磁本质，1892 年赫兹的实验证实了光是电磁波。
1896年塞曼（zeeman）在强磁场和精密的光谱仪器，使原子光谱分裂成数条完全偏振的光谱现象，此现象被称为塞曼效应，洛仑兹电子论对其的解释，使洛仑兹的“电子论取得了它最伟大的胜利”（劳厄）。
塞曼效应在对光本性认识中的作用被认为是继X光(1895)之后物理学最重要的发现之一。
1902 年塞曼因这一成就与洛仑兹共获诺贝尔物理奖。
塞曼效应是研究原子结构和能级参数的重要手段，也是激光技术、测量技术中的重要手段。
∆≤0.14cm-1），故采用法布里-玻罗标由于塞曼效应分裂谱线的间距极小（波数间距γ~∆值。
准具来分析谱线的精细结构，并用照相或摄谱装置记录测量塞曼分裂线的波数间距γ~【实验目的】1、观察汞546.1 nm 光谱线的塞曼效应；2、了解用法布里-波罗干涉仪测量波长差值的方法；3、测量汞546.1 nm 塞曼分裂光谱线的波长差，并且测定e /m的值。
【仪器用具】由笔形汞灯、汞灯支架、汞灯电源、可移动永久磁铁、聚光透镜、可切换滤光片盘、偏振片、FP标准具、成像透镜、观测目镜、测微千分表、CCD摄像头等部件组成三、实验原理1896年，塞曼（P. Zeeman）发现把光源放置于足够强的磁场中时，磁场作用于光体，使其光谱发生变化，可把每一条谱线分裂成几条偏振化的谱线，这种现象称为塞曼效应。
塞曼效应实验证实了原子具有磁矩和空间取向量子化，这一现象得到洛仑兹理论的解释。
1902年塞曼因这一发现与洛仑兹共享诺贝尔物理学奖。
1、原子的磁矩原子由原子核和电子组成，电子绕原子核具有轨道运动和自旋运动，相应的轨道角动量、轨道磁矩、自旋角动量及自旋磁矩可表示为：μL = eP L / 2m (1)P L = [ L (L+1)]1/2 h / 2π(2)μS = eP S / m (3)P S = [ S ( S +1)] h / 2π(4)式中L为轨道量子数，S 为自旋量子数，e为电子电荷，m为电子质量，h为普朗克常数。
《大学物理》实验讲义(普通物理)
9、实验完毕，应报请指导教师检查实验报告，认为达到要求后，方可切断电源。并整理好实验装置，经指导教师检查后才能离开实验室。
目 录
序
物理学是研究物质的基本结构、基本运动形式、相互作用及其转化规律的学科。它本身以及它与各个自然学科、工程技术部门的相互作用对人类文明和科学技术的发展起着引领和推动的作用。作为人类追求真理、探索未知世界的工具，物理学是一种哲学观和方法论，它深刻影响着人类对自然的基本认识、人类的思维方式和社会活动，在人的科学素质培养中具有重要的地位。
物理实验课的具体任务是：
1）培养学生的基本科学实验技能，提高学生的科学实验基本素质，使学生初步掌握实验科学的思想和方法。
2）培养学生的科学思维和创新意识，使学生掌握实验研究的基本方法，提高学生分析问题、解决问题的能力和创新的能力。
3）提高学生的科学素养，培养学生理论联系实际和实事求是的科学作风，认真严谨的科学态度，积极主动地探索精神，遵守纪律、团结协作和爱护公共财产的优良品德。
（1）对测量结果引入修正值
这通常包括两方面的内容，一是对仪器或仪表引入修正值，这可通过与准确级别高的仪器或仪表作比较而获得；二是根据理论分析，导出补正公式。例如，精密称衡的空气浮力补正，量热学实验中的热量补正等。
（2）选择适当的测量方法
选择适当测量方法的目的是使系统误差能够被抵消，从而不将其带入测量结果之中。常用的方法有：
姓名：学号：同组人姓名：
目的要求：
原理：用自己的语言，简明扼要地写出实验原理（实验的理论依据）和测量方法要点，说明实验中必须满足的条件，写出数据处理时必须要用的一些主要公式，表明公式中的物理量的意义（不要推导公式），画出必要的实验原理示意图、测量电路图或光路图，简明扼要地写出实验步骤。
大学物理实验讲义实验05 分光计的调节三棱镜折射率测定
实验6 分光计的调节三棱镜折射率测定分光计是一种精确测量角度的光学仪器。
利用它不但能测出反射角、透明介质的折射角、光栅的衍射角、棱镜的顶角、劈尖的角度，从而确定与这些角度有关的物理量，如折射率、光波波长、色散率、光栅常数等，而且它的结构和调节方法与其它一些光学仪器（如摄谱仪、单色仪等）相类似。
因此，有必要掌握分光计的调整和使用方法。
当光从一种介质进入另一种介质时，光线将产生偏折，这就是光的折射。
当一束平行光通过棱镜玻璃时，光也发生折射。
对同一波长的光，不同的棱镜材料折射率不同，同一种棱镜材料，对于不同波长的入射光其折射率也不相同，如果入射光为多种波长的光组成的复合光，在棱镜后面的观察屏上将观察到折射光谱，即观察到色散现象。
本实验通过观察汞光谱线通过三棱镜后的折射光谱，了解光的色散现象，并用最小偏向角法测定三棱镜的折射率。
【实验目的】1.了解分光计的主要构造及各部分的作用。
2.掌握分光计的调节要求和使用方法。
3.观察光的色散现象。
4.学习三棱镜顶角的测量方法。
5. 学习用最小偏向角法测定棱镜材料的折射率。
【仪器用具】JJY 型分光计、汞灯及电源、三棱镜、平面反射镜【实验原理】1. 用最小偏向角法测三棱镜的折射率n如图10-1所示，有一折射率为n 的三棱镜，一束平行的单色光以入射角1i （入射光与AB 面法线的夹角）入射到三棱镜的AB 面上，经两次折射后由另一面AC 射出，出射角（出射光与AC 面法线的夹角）为2i ，入射光与出射光之间的夹角称为偏向角δ，理论上可以证明，当入射角1i 等于出射角2i 时，入射光和出射光之间的夹角最小，称为最小偏向角m in δ。
图6-1 三棱镜的折射由图6-1a 可知：（6-1）光线从空气入射到棱镜，又从棱镜出射到空气，由折射定律，有：（6-2）（6-3） 当12i i =时，由式（6-2）和式（6-3）得到12r r =，于是，式（6-1）可写成：（6-4） 又因为即（6-5） 由式（6-4）、式（6-5）有：将上式代入式（6-2）并考虑到式（6-5），得：（10-6） 从式（6-6）可知，只要测出三棱镜顶角A 和最小偏向角m in δ，就可以计算出棱镜玻璃对该波长的单色光的折射率n 。
大学物理实验讲义-弦振动与驻波研究
大学物理实验讲义-弦振动与驻波研究弦振动与驻波研究【实验目的】1．观察在弦上形成的驻波；2．确定弦线振动时驻波波长与张力的关系； 3．学习对数作图和最小二乘法进行数据处理。
【实验原理】在一根拉紧的弦线上，其中张力为T ，线密度为μ，则沿弦线传播的横波应满足下述运动方程：2222x yT t y ∂∂=∂∂μ(1)式中x 为波在传播方向（与弦线平行）的位置坐标，y 为振动位移。
将(1)式与典型的波动方程22222x y V t y ∂∂=∂∂相比较，即可得到波的传播速度: μTV =若波源的振动频率为f ，横波波长为λ，由于波速λf V =，故波长与张力及线密度之间的关系为：μλTf1=(2)为了用实验证明公式(2)成立，将该式两边取对数，得：11lg lg lg lg 22T f λμ=-- (3)固定频率f 及线密度μ，而改变张力T ，并测出各相应波长λ，作lg λ-lg T 图，若得一直线，计算其斜率值（如为21），则证明了λ∝21T的关系成立。
弦线上的波长可利用驻波原理测量。
当两个振幅和频率相同的相干波在同一直线上相向传播时，其所叠加而成的波称为驻波，一维驻波是波干涉中的一种特殊情形。
在弦线上出现许多静止点，称为驻波的波节。
相邻两波节间的距离为半个波长。
【实验仪器】1、可调频率数显机械振动源；2、振动簧片；3、弦线（铜丝）；4、可动刀片支架；5、可动刀口支架；6、标尺；7、固定滑轮；8、砝码与砝码盘；9、变压器;10、实验平台；11、实验桌9123456781011图1 实验装置示意图图2 可调频率数显机械振动源面板图 （1、电源开关 2、频率调节 3、复位键 4、幅度调节 5、频率指示）实验装置如图1所示，金属弦线的一端系在能作水平方向振动的可调频率数显机械振动弦线上驻波实验仪电 源ON复位 幅度 调节上海复旦天欣科教仪器有限公司频率调节H Z1 2 3 45FD-SWE-II源的振簧片上，频率变化范围从0-200Hz 连续可调，频率最小变化量为0.01Hz ，弦线一端通过定滑轮⑦悬挂一砝码盘⑧；在振动装置(振动簧片)的附近有可动刀片支架④，在实验装置上还有一个可沿弦线方向左右移动并撑住弦线的可动刀口⑤。
大学物理实验讲义笔记(教师版修改)
大学物理实验绪论课讲义（4课时）主讲教师：白光富一、绪论部分（阐明物理实验的地位和作用，引入测量与误差部分的内容）（10-15分钟）物理实验在物理学中的地位：人类认识自然界的三种基本方法：理论方法、实验方法、计算机模拟。
物理实验是联系现实世界与理论知识的桥梁。
大学物理实验在大学教育中的地位和任务：随着人类社会的进步，科学技术越来越发展，科学实验越来越重要，任何一种新技术，新材料，新工艺都必须通过实验才能获得，且对实验人员的素质要求越来越高，因此对大学生特别是理工科的大学生，需要在物理实验的基本理论、基本方法、基本手段上进行比较系统的训练。
具体来讲，学完该门课程后，同学们在以下方面应有提高：1）通过观察，测量的分析，加强对物理概念和理论的认识；2）学习物理实验的基本知识，基本方法和基本技能；3）培养严肃认真，实事求是的科学态度与工作作风。
物理实验课的过程：实验前（理论准备、仪器准备、观测的准备）实验中（核、调、测、记）实验后（数据的整理与分析）报告要做到简洁、规范。
特别是数据表达更需要规范，在中学物理实验中一般是将实验结果表达成xx，（先向学生提问，再写出）我们通过后面的介绍，大家将认识到这种表达=x∆±方法是不严格的，下面我们对误差处理的内容进行详细的讨论。
二、测量与误差（35-40分钟）测量：指的是借助一定的仪器、量具将待测的物理量，与选定的标准量进行比较的过程。
按测量次数分为单次、多次测量。
按是否能用测量仪器直接测得结果分直接、间接测量。
测量是人类主观认识客观的过程，必然与客观值之间有一定的偏差，这称为误差。
分析误差对于我们来说是很有意义的：1）认识与改造客观2）精确的组织实验3）评价与确保质量4）促进理论的发展（牛顿引力理论、雷诺惰性气体）按定义误差可分为以下几种：绝对误差：真值—给出值（真值又可以分为理论真值、计量真值、标准器真值等，给出值可分为测得值，实验值，标称值、示值等）；相对误差：误差的绝对值/真值。
大学物理下学期普通物理实验讲义
【实验步骤】
1．用游标卡尺测量金属管的内、外直径和高度、深度，各量在不同部位测 5 次，求平 均值，并用平均值算出该管的平均体积。 2．用螺旋测微计测量钢球以及钢丝的直径。各量在不同部位测 5 次，求平均值。
【数据处理】
1. 测量金属管体积
金属管编号： 次数 1 2 3 4 5 平均 平均体积 外径 D
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（1-3）
4．注意事项： （A）被测物长边必须与主尺平行； （B）推动游标刻度尺时，不要用力过猛，卡住被测物体时松紧应适当，更不能卡住 物体后再移动物体，以防卡口受损； （C）用完后两卡口要留有间隙，然后将游标卡尺放入包装盒内，不能随便放在桌上， 更不能放在潮湿的地方。 螺旋测微计 1．结构： 螺旋测微计（千分尺）是一种利用测微螺杆的角位移转变为直线位移来测 量微小长度的长度测量仪器，是比游标卡尺更精密的长度测量仪器。其构造如图 1-5 所示， 在一个固定套管上套有一个活动套筒，两者由高精度密纹紧密咬合。活动套筒与测微螺杆 相连，转动活动套筒可带动测微螺杆伸出与缩进。活动套筒转动一周（3600） ，测量轴伸进 或缩进 1 个螺距。因此，可根据活动套筒转动的角度求得测微螺杆移动的距离。在活动套
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线与主尺上第二条刻度线对齐，则物体的长度为 0.2mm，一般地，如果游标上第 n 条刻度 线与主尺上第 n 条刻度线对齐，则被测物的长度为 nΔx= n×0.1mm，见图 1-2（b） 、 （c） 、 （d ） 。由于十分之一毫米这位数是准确的，根据仪器读数的一般规则，对十分游标尺，读 数结果应在百分位上加“0” ，表示读数误差出现在这一位。例如图 1-2（e） 。 对于二十分游标尺，游标上刻有 20 个小格，其长度＝19mm。见图 1-3（a） ，每小格的 长度为 0.95mm，与主尺上 1 个小格之差＝0.05mm，即分度值为 0.05 mm。也可将主尺上 39 mm 等分为游标上 20 格，见图 1-3（b） ，每小格的长度为 1.95mm，与主尺上 2 个小格之 差＝0.05mm，分度值为 0.05 mm。为了方便直接读数，在游标的 5 格，10 格等处标上 25， 50 等数字分别表示 0.25（＝5×0.05）mm、0.5（＝10×0.05）mm 等。二十分游标的误差 限不大于 0.05 mm，固读数结果写到百分之一毫米这一位数。 对于五十分游标尺，游标上刻有 50 个小格，其长度＝49mm。见图 1-4，每小格的长度 为 0.98mm，与主尺上 1 小格之差＝0.02mm，即分度值为 0.02 mm。五十分游标的误差限不 大于 0.02 mm，固读数结果也写到百分之一毫米这一位数。 0 5 10 mm