东南大学物理实验理论讲解
东南大学物理实验报告-受迫振动
物理实验报告标题：受迫振动的研究实验摘要：振动是自然界中最常见的运动形式之一，由受迫振动引发的共振现象在日常生活和工程技术中极为普遍。
共振现象在许多领域有着广泛的应用，例如，众多电声器件需要利用共振原理设计制作。
它既有实用价值，也有破坏作用。
本实验采用玻耳共振仪定量测定了阻尼振动的振幅比值，绘制了受迫振动的幅频特性和相频特性曲线，并分析了阻尼对振动的影响以及受迫振动的幅频特性和相频特性。
另外，实验中利用了频闪法来测定动态的相位差。
目录1引言 (3)2.实验方法 (3)2.1实验原理 (3)2.1.1受迫振动 (3)2.1.2共振 (3)2.1.3阻尼系数的测量 (3)2.2实验仪器 (3)3实验容、结果与讨论 (3)3.1测定电磁阻尼为0情况下摆轮的振幅与振动周期的对应关系 (3)3.2研究摆轮的阻尼振动 (3)3.3测定摆轮受迫振动的幅频与相频特性曲线，并求阻尼系数 (3)3.4比较不同阻尼的幅频与相频特性曲线 (3)4.总结 (3)5.参考文献 (3)1引言振动是自然界中最常见的运动形式之一，由受迫振动引发的共振现象在日常生活和工程技术中极为普遍。
共振现象在许多领域有着广泛的应用，例如为研究物质的微观结构，常采用核共振方法。
但是共振现象也有极大的破坏性，减震和防震是工程技术和科学研究的一项重要任务。
表征受迫振动性质的是受迫振动的振幅—频率特性和相位—频率特性（简称幅频和相频特性）。
本实验采用玻耳共振仪定量测定了阻尼振动的振幅比值，绘制了受迫振动的幅频特性和相频特性曲线，并分析了阻尼对振动的影响以及受迫振动的幅频特性和相频特性。
2.实验方法2.1实验原理2.1.1受迫振动本实验中采用的是玻耳共振仪，其构造如图1所示：铜质圆形摆轮系统作受迫振动时它受到三种力的作用：蜗卷弹簧B提供的弹性力矩,轴承、空气和电磁阻尼力矩,电动机偏心系统经卷簧的外夹持端提供的驱动力矩。
根据转动定理，有式中，J为摆轮的转动惯量，为驱动力矩的幅值，_^//_/(则式（1）可写为图一式中__D为摆轮系统的固有频率。
物理实验论文单线圈产生的三维磁场的理论推导与测试
单线圈产生的三维磁场的理论推导与测试（东南大学南京 210000）摘要：本文旨在将大学物理实验的利用霍尔效应测量单个载流圆线圈轴线上磁感应强度一节从一维拓展到三维。
据此，本文先在球坐标系下利用磁感应强度的计算公式毕奥-萨伐尔定律以及单个载流圆线圈产生磁场的对称性推导出了全空间任意一点的磁感应强度，然后借助实验室DH4501N型三维亥姆霍兹线圈磁场实验仪对其进行了测试验证。
发现实验测定的结果和理论值二者吻合的相当好，验证了推导的正确性。
关键词：单个载流圆线圈；磁感应强度；三维Theoretical Analysis and Testing of Three - Dimensional Magnetic Field Generated by a SingleCoil(Southeast University Nan Jing 210000)Abstract:This article aimed to extend the college physics experiment which uses Hall effect to measure the magnetic induction on the axis of a single current-carrying round coil from a one-dimensional to three – dimensional, Accordingly , the first is taking advantage of magnetic induction strength formula Biot - Savart law and the symmetry of a magnetic field which is generated by a single current-carrying round coil to deduce the magnetic induction at any point of the whole space in a spherical coordinate system. Then, with the help of the DH4501N three-dimensional Helmholtz coil magnetic field experimental apparatus in the laboratory, the author carried out testing and validation. Finally, the author discoveries that the experimental measurement results and the theoretical value agree with each other quite well, which verifies that the derivation is correct.key words: a single current-carrying round coil; magnetic induction; three – dimensional大学物理实验在利用霍尔效应测量单个载流圆线圈的磁场时，只要求测量了圆线圈轴线上（即Z轴）的磁感应强度并进行绘图，只停留在一维角度。
东南大学物理化学内容及思考题
实验一恒容量热法——燃烧热的测定一、操作步骤1.样品压片截取 15 cm 无弯曲、无扭折的镍丝在电子天平上准确称至0.0001 g。
将镍丝的中部在细金属棒上绕上4 ~ 5圈，抽出金属棒，将镍丝的两端合并穿入模子的底板，将模子放在底板上，然后置于压片机的托板上。
在台秤上秤取0.8g已干燥的苯甲酸（不超过１g）,倒入模子，向下转动压片机旋柄，将样品压片，压好后，向上转动旋柄，抽出托板，底板脱落，在压模下置一张洁净的纸片，再向下转动旋柄，将压片压出，放在已称重的燃烧皿中，再次准确称量至0.1mg。
2.装弹将燃烧皿置于氧弹支架上，将镍丝两头分别紧绕在电极的下端，将弹帽放在弹体上，旋紧弹帽，用万用电表检查两电极是否通路；绑镍丝前应不通，绑镍丝后应为通路，否则重新压片。
通路时两极间电阻值一般应不大于20 。
3. 充氧气将氧弹进气口和充氧器的出气口接通，按下充氧器的手柄，此时表压指针指向0.5MPa，松开充氧器的手柄，氧气已充入氧弹中。
用特制顶针顶开氧弹出气孔，放出氧弹内的空气，再将氧弹进气口和充氧器的出气口接通，按下充氧器的手柄，此时表压指针指向1.5 MPa，1 min 后松开充氧器的手柄，氧气已充入氧弹中。
将充好氧气的氧弹再用万用表检查两极是否通路；若通路，则将氧弹放入量热计的内筒中。
4调节水温将温差测量仪探头放入水夹套，测量并记录夹套内水温，用容量瓶取2000ml已调温的水注入内筒中(控制内筒水温比夹套水温低1℃左右)，5. 燃烧和测量温度装上搅拌马达，将氧弹两极用电线连接在点火变压器上，温差测量仪探头插入内筒水中，然后盖上盖子。
打开总电源开关，打开搅拌开关，接通精密温度温差测量仪，选择温差档，可精确至0.001℃，按下时间键，计时的时间间隔将在1 min 和0.5 min 之间转换选择；打开量热计控制器的电源，按下搅拌键，预热10 min 后，开始实验计时，此时每隔1 min 读一次数据；10 min 后，按下点火键，同时计时的时间间隔改为0.5 min；直到每次读数时温度上升小于0.1℃再改为1 min 读一次，继续10 min，结束实验。
东南大学物理实验理论
M UM ( 10-3kg ) 50.550.05
UMr 0.10%
2、间接测量结果的不确定度的估计
若w = f ( x , y , z , )，其中x , y , z , 是彼此独立的直接 测量量，则 对和差形式的函数，先求总不确定度：
UW
f 2 Ux x
1.算术平均值
是测量结果的最佳估计值，常代替真值来估计误差。 随着测量次数的增加，测量列的算术平均值越来越趋近于真值。
2. 标准偏差：
S
( X X)
i 1 i
n
2
(n 1)
X
i 1
n
2 i
(n 1)
(贝塞尔公式)
S反映出测量列的离散程度。S大，测量值分散； 反之则密集。
一、基础物理实验的教学要求
课前预习（课前抽查、提问）
“做什么，怎样做，为什么这样做？”
课堂实验（操作的规范性和水平）
细心观察，实验课≠数据测量课 正确记录，记录在实验报告上，不用铅笔记录
客观真实，不准凑、造，抄数据，教师签字
总结报告（正确处理数据、深入分析讨论）
规范处理，1周内提交
相关考核（基础理论考试）
测量误差的分类小结
分类 特点 系 统 确定性 误差 来源 方法 仪器 人员 环境 处理方法 已定系统误差：校准、改进 方法、控制环境、修正等 未定系统误差：估计 多次测量、统计方法进行 估计、但不可修正
不可估 随 机 随机性（服从统 计的因 误差 计分布） 素 粗 大 失控、过失、错误 误差
剔除
（四）、测量结果的表达形式及不确定度
4、参与运算的准确数或常数，其有效数字位数有无限 多位，可根据运算需要合理取值。
东南大学物理实验 静态拉伸法测弹性模量的误差分析
2011大学生物理实验研究论文静态拉伸法测弹性模量的误差分析（东南大学 自动化学院，南京 211100 ）摘 要： 用Mathematica 处理数据，得到一条拟合线。
对实验过程中存在的系统误差，提出改进方法，减少实验误差。
关键词： 数据处理；系统误差；改进方法Analysis on the Result Error s of Measuring ElasticModulus by Static Stretching Method(College of Automation, nanjing 211100)Abstract: Through using computer software Mathematica to process experimental data, we can get fitting curve.Discusseing thefactors which may influence measurement results in the experiment and raises some improvements in order to obtain a more accurate measurement result.key words: Data processing; System error;Improvement弹性模量是工程材料重要的性能参数，从宏观角度来说，弹性模量是衡量物体抵抗弹性变形能力大小的尺度，从微观角度来说，则是原子、离子或分子之间键合强度的反映。
静态拉伸法测弹性模量是一种传统的测量方法，但是实验过程中，存在金属丝拉伸不均匀的现象，而且由于金属丝拉伸过程变化较小，对于画图存在一定的误差，我考虑用Matlab 画出图像，进行分析。
1 实验原理胡克定律指出，对于有拉伸压缩形变的弹性形作者简介：王丽，女，1993，自动化，yx-wangli@.体，在弹性范围内，应力与应变成正比，即F式中比例系数E 称为材料的弹性模量，它是描写材料自身弹性的物理量．改写上式则有、(1)① 可见，只要测量外力F 、材料（本实验用金属丝）的长度L 和截面积S ，以及金属丝的长度变化弹性 量，就可以计算出弹性模量E 。
大学物理东南大学PPT课件
y N o
mg
y
由 Fyt mv y mv 0 y Py P0 y
(N mg )t 0 (m 2 gh )
N
N mg m 2gh
t
o mg
t 1s时, N 600 600 1200 N 2mg
t 0.1s时, N 600 6000 6600 N 11mg
可以看出当物体状态变化相同量，力
§1.质点和质点系的动量定理 / 一、Newton第二定律的原始形式
二、冲量
力对时间的累积效应。 例如：撑杆跳运动员 从横杆跃过,
落在海棉垫子上不 会摔伤，
如果不是海棉垫子， 而是大理石板，又 会如何呢？
§1.质点和质点系的动量定理 / 二、冲量
又如汽车从静止开始运动，加速到 20m/s如果牵引力大，所用时间短，如果 牵引力小所用的时间就长。
§1.质点和质点系的动量定理 / 四、质点的动量定理
②. 平均冲力的计算由：
F
t
t0
Fdt
t t0
I t t0
P P0 t t0
③.F 为合外力，不是某一个外力。
④.动量定理的分量式：
Ix
t
t0
Fxdt Fx t mv x mv 0x Px P0x
Iy
t
t0
Fydt Fyt mv y mv 0 y Py P0 y
m1v1
m1v10
f12
t
t0
(
F2
f21 )dt
m 2v2
m 2v20
f21
考虑质点组成的系统 两式求和：
m2
v20 v2
F2
§1.质点和质点系的动量定理 / 五、质点系的动量定理
t
东南大学物理学院-LED热学特性研究实验讲义
大功率LED热学特性研究（课题实验）发光二极管（Light Emitting Diode, LED）在过去十几年里有了飞速的发展，逐渐突破了仅能作为低功率指示灯光源的限制，被广泛应用于日常照明和显示等领域[1-2]。
LED是通过外电流注入的电子和空穴在耗尽层中复合，以辐射复合产生光子而发光，同时也会有部分复合能量传递给晶格原子或离子，发生非辐射跃迁，这部分能量转换成热能损耗在PN结内。
对于小功率LED来说这部分热量很小可以不作考虑。
然而，对于大功率照明用LED而言，其发热量大幅提高，直接影响到了LED的发光效率和器件的使用寿命，以及引起波长的漂移，造成颜色不纯等一系列问题。
因此，研究功率型LED的热学与发光特性不仅涉及半导体物理的基础问题，也是目前光电工程领域的开发热点[3-4]。
一、实验原理简介1. 脉冲法测量结温准确测量LED的结温是研究LED热学特性的基础。
LED灯的基本结构如图1所示，其芯片的核心结构是一个半导体的PN结，所谓LED的结温指的就是PN结的温度。
由于PN 结的尺寸很小，又被荧光材料和树脂胶包裹，无法直接测量其温度，因此常用间接法来测量结温。
本实验仪器采用一种较为新颖的脉冲法测量结温，该方法于2008年由美国NIST实验室提出[7]。
其核心思想是通过脉冲电流来限制结温TJ的上升，使之与器件表面可测量温度TB接近一致。
当给待测LED灯通入一个幅值为额定值的脉冲电流时，芯片在脉冲内正常发光并升温，但由于电流占空比很小，芯片温度会在一个较长的电流截止状态下降低到和表面温度一致。
从整体效果来看，只要脉冲占空比足够小，LED的芯片温度能维持和表面温度一致，如图2所示。
这样，只要借助温控仪就能在脉冲电流下定标出芯片两端的电压‒温度曲线。
由于在电流一定时，特定PN结的压降仅和结温有关，所以在有了LED的电压‒温度曲线后，只需测量正常工作时LED两端的电压就可以得到其实际的结温。
图1 功率型LED 基本结构示意图图2 （a ）LED 在不同占空比的脉冲电流下结温随时间的变化示意图；（b ）待测LED 灯珠在脉冲电流和稳流状态下点亮时，器件表面温度随时间的变化曲线。
东南大学大学物理课件5-1
例6 . 一半径为 R 的均匀带电半球面。其面电荷密度 为 ，求该半球面球心处的电场强度大小。 解：今取一半径为 r ，宽度为 Rd 的带电细圆环 hdq dE h R cos 3 4 0R
r
h d o
dq 2 r ( Rd ) 2 ( R sin )( Rd )
e12
r12
§5–3 电场强度
一 电场 库仑定律给出了两个点电荷相互作用的定量关系 问题：相互作用是如何传递的？超距作用？近距？ 电场： 一种特殊物质。 静电场： 静止电荷所产生的电场。 电场的两个重要性质： 力学性质：电荷在电场中要受到电场力的作用。 — 引出电场强度 能量性质：电场力对电荷有作功的本领。 —引出电势
一 库仑定律的表述： (1785 法国 库仑) 真空中两个静止点电荷相互作用力F的大小与 这两个点电荷所带电量q1和q2的乘积成正比，与它 们之间的距离r的平方成反比。作用力F的方向沿 它们的连线方向，同号相斥，异号相吸。 F21 q2 二 库仑定律的矢量表达式
1 q1q2 r q1 q2 12 F21 e e12 12 2 r12 r 4 r 12 o 12 q1 e12 F21 1 k k≈ 9.0×109 N· m2 · C-2 F12 F21 4 o -12 （ N-1 · -2· 2 或 F. m -1) =8.85 10 m C 为真空电容率 o o
q
x
∵
y﹥﹥ro
∴
qr 0 EB 3 4 oy
p EB 3 4 oy
例2.电荷q均匀地分布在一半径为R的圆环上。计算 在圆环的轴线上任一给定点P的场强。
解： d E 1 dq e r 2 4 0 r q dq dl dl 2 R
东南大学物理课件第3章
v1,v2为相对于地面参考系速度,设都沿x轴正方向
解
v1 v2 v'
(m1 m2 )v m1v1 m2 v2
m1 v2 v v' 2.17103 m s 1 m1 m2
v1 3. 1710 m s
3 1
动量守恒定理中各 物体的动量必须都 相应于同一惯性参 考系而言
38.
例3 设有一 质量为2m的弹丸, 从地面斜抛出去, 2m 它飞行在最高点 m m 处爆炸成质量相 x O xC C 等的两个碎片， 其中一个竖直自由下落，另一个水平抛出， 它们同时落地．问第二个碎片落地点在何处?
dv dm F m u dt dt
dm dm dt dt
dv dm' F m u dt dt
设火箭高空飞行时
dv dm m u dt dt
F 0 则
v
m dm v0 dv u m0 m
火箭的推力
m 选取 v 的方向为正向 v v0 u ln m0 m0 v v0 u ln m 为起始时刻 t 0 火箭的质量 m0 m 为时刻 t 火箭的质量 m0 N 称为质量比 式中 m
y
s v
z'
s ' v ' v
y'
2
m2
m1
z
o
o'
v1
x x'
[例2] 一长为l 均匀柔软绳子，其单位长度的质 量为 ，将其卷堆成一堆放在地面上，若手握绳 一端，以匀速 v 将其上提，当绳一端被提到离地 面高度为 y 时，求手的提力。
F
v
y
东南大学物理课件第1章
dr dr dt dt
例1(书)
设质点的运动方程为
r(t) x(t)i y(t) j ,
其中
x(t ) 1.0t 2.0，
y(t ) 0.25t 2.0，
2
式中x，y的单位为m(米)， t 的单位为s(秒)，
（1）求 t 3 s 时的速度． （2）作出质点的运动轨迹图．
求导 积分
v(t )
求导 积分
a (t )
[例3](书)有一个球体在某液体中竖直下落, 其初速 度 v0 10 j ，它在液体中的加速度为 a 1.0vj 问： (1)经过多少时间后可以认为小球已停止运动；(2) 此球体在停止运动前经历的路程有多长？
分析：
a. 本题属第二类问题，已知a 和初始条件求其他 b. 积分中“技术”问题
y/m
t 4s
t 2 s 4
t0
2 4
t 2s
x/m
6
[例2 ] 如图A、B 两物体由一长为 l 的刚性 细杆相连，A、B 两物体可在光滑轨道上滑行, 如物体 A以恒定的速率 v 向左滑行, 当 60 时, 物体B的速率为多少？
分析：
a. 建立恰当坐标系 dx dy b. 速度定义 vx , v y dt dt c. 找出 x、y 间满足的函数关系式。 即 x 2+y 2=l 2=常数
已知：x(t ) 1.0t 2.0，y(t ) 0.25t 2 2.0， 解 (1) 由题意可得
t 3 s 时速度为 v 1.0i 1.5 j
1
dx dy vx 1.0， vy 0.5t dt dt
速度 v的值 v 1.8m s ，它与 x轴之间的夹角
东南大学物理课件第4章
dM ydF M dM
11.
令大气压为 p0 ，则 p p0 g (h y)
dF PdA [ p0 g (h y)]Ldy
F [ p0 g (h y)]Ldy 0 y 1 2 p0 Lh gLh 2
代入数据，得
h y
10
h
ω
M J
J （类比 F ma )
刚体定轴转动的角加速度与它所受的合 外力矩成正比，比例系数称转动惯量.
12.
三. 转动惯量
1. 概念 —— 转动惯性的量度 相关因素： 质量、质量分布（几何形状）、转轴
J 的意义：描述转动中惯性大小的物理量 .
同样的力矩作用于两个绕定轴转动的不同刚体, J大的刚体获得的小,即角速度改变得慢, 也就是保持原有转动状态的惯性大.
dA
dy
F 5.9110 N
O
x
L
dF [ p0 g (h y)]Ldy dF 对通过点Q的轴的力矩 dM ydF
M y[ p0 g p0 Lh gLh 2 6
h
dF
h
dy
y O Q
代入数据，得：
质点运动
刚体的一般运动可看作： 随质心的平动
+
绕质心的转动
的合成
二. 研究方法 ( 定轴转动 )
(1) 每一质点均作圆周运动，圆面为转动平面；
(2) 任一质点运动 , , 均相同，但 v, a 不同；
(3) 运动描述仅需一个角坐标． z
1. 只研究一个平面 ( 参考平面 ) 2. 只以角量( 如 M ,θ,ω,α… )
1 2 2
1 2 2
5.
东南大学大学物理课件4-3
设小虫爬到p点
r p
例2.质量为M，半径为R的转台，可绕中心轴转动。转 台与轴间摩擦不计，设质量为m的人站在台边缘。初 始时人、台都静止。若人相对台匀速率沿边缘行走一 周，问：相对地面，人和台各转过多少角度？ 解： J mR2 设对地的角速度 人： 台： 1 MR 2 设对地的角速度 J
光滑平面上一轻质弹簧劲度系数为k一端固定另一端系一质量为m?的滑块最初滑块静止时弹簧呈自然长度lo今一质量为m的子弹以速度vo沿水平方向并垂直于弹簧轴线射向滑块且留在其中滑块在水平面内滑动当弹簧被拉伸至长度l时求滑块速度的大小和方向
例1.质量很小,长度为 l 的细杆,可绕过中心O并与纸 面垂直的轴在竖直面内转动,杆静止于水平位置时,一 只小虫以速率v0垂直落在距O点 l 4处,并背离O向细杆 A段爬行,设小虫和杆质量均为m,欲使细杆以恒定角速 度转动,小虫应以多大速率向细杆端点爬行。 解： 重力冲量矩可忽略，碰撞前后角动量守恒 vO 12v0 A l 4 l 1 l 2 2 · m v0 m l m( ) 7l 4 12 4 O ·
M C J C
Fy maCy
可以证明，定轴转动定律在此仍适用
车轮的纯滚动
R A
B
RB
RA
RB
vC
A
RG
G
车轮中心前进的距离与绕质心转过的角度的关系 则
x R vc R
ac R
车轮上任意一点的速度
v vC r
vG vC r 0
2
§4-6 刚体进动（旋进）
高速旋转的物体，其自转轴绕另一个轴转动的现象。 设陀螺质量为m，以角速度自转
重力对固定点o的力矩：
物理实验报告-光电效应与普朗克常数
物理实验报告光电效应和普朗克常量的测定（岳晨涛，61313113，吴健雄学院，东南大学，南京，指导老师：李剑）摘要：光电效应是指一定频率的光照射在金属表面时会有电子从金属表面逸出的现象。
本实验利用高压汞灯及电源、滤光片、光阑、光电管和测试仪测量了相同孔径不同波长的入射光的截止电压，通过图像法测得普朗克常量。
另外，实验还研究了在特定波长下的光电管的伏安特性曲线；以及同一种入射光在距离 d 不同下的光电管的伏安特性曲线。
1.引言1887年物理学家赫兹用实验验证电磁波的存在时发现了这一现象，但是这一实验现象无法用当时人们所熟知的电磁波理论加以解释。
1905年，爱因斯坦大胆地把普朗克在进行黑体辐射研究过程中提出的辐射能量不连续观点应用于光辐射，提出“光量子”概念，从而成功地解释了光电效应现象。
1916年密立根通过光电效应对普朗克常数的精确测量，证实了爱因斯坦方程的正确性，并精确地测出了普朗克常数。
爱因斯坦与密立根都因光电效应等方面的杰出贡献，分别于1921年和1923年获得了诺贝尔奖。
光电效应实验对于认识光的本质及早期量子理论的发展，具有里程碑式的意义。
随着科学技术的发展，光电效应已广泛用于工农业生产、国防和许多科技领域。
利用光电效应制成的光电器件，如光电管、光电池、光电倍增管等，已成为生产和科研中不可缺少的器件。
2.实验原理光电效应是指一定频率的光照射在金属表面时会有电子从金属表面逸出的现象。
对光电效应的实验工作累积的基本实验事实有如下：(1)对一定的频率，有一电压U0,当U a≦U0时，电流为零，这个相对于阴极的负值的阳极电压U0，被称为截止电压。
(2)当U a≧U0后，I迅速增加，然后趋于饱和，饱和光电流I m的大小与入射光的强度P成正比。
(3)对于不同频率的光，其截止电压的值不同。
(4)当入射光频率低于某极限值v0（v0随不同金属而异）时，不论光的强度如何，照射时间多长，都没有光电流产生。
(5)光电效应是瞬时效应。
东南大学 光电子物理实验报告2
激光增益的测量一、实验目的1．掌握用腔内损耗法测量激光参数的原理和方法。
2．根据自动测试系统测得的曲线，取适当的数据，编写程序，利用计算机进行计算。
3．通过对激光器增益等参数的测量，对激光器的工作过程有进一步的了解。
二、实验原理?和最佳输出率T、腔内损耗等是决定在激光器中，小信号增益系数g、饱和光强I opts0激光器工作特性的重要参数，它们均可由实验测得，而这些参数的测量均与增益系数的测量I12ln?G有关。
由增益系数的定义：（1）Il1我们可以方便的利用一个激光器和一个与激光器充同样工作物质的放大管直接测出I、1I。
由放大管的长度计算出增益系数。
但对于本实验所要测量的He-Ne激光管的增益系数，2由于探测过程中，荧光光强的贡献不能忽略，造成很大的误差。
所以本试验采用的是腔内损耗法测量He-Ne激光器的增益。
因而可以消除这一误差因素，其测量装置的原理图如图1所示图1在两个全反射镜组成的外腔式He-Ne激光器内，置一透明的平行平板作为反射器，该反射器与腔轴相交成某一角度，在满足振荡条件的情况下，反射器两边有一定功率的激光输出。
?的函数，由菲涅尔公式得的光的反射率R是入射角反射器单个表面对0.6328μm2?1??/n[(sin?sintg)]?)(?R 2）（2?1??/n)]tg[(sin?sin其中n（本实验中所用平板玻璃对λ=0.6328μm光的折射率为1.515）。
为平行材料对激光波长的折射率。
理论推导证明：在不考虑反射器本身的吸收和散射时，反射器的输出率（即来回一次在反射器表面反射的光强于入射光强之比）表示为：?)(?R12?][T(1)??（3）?)R?(1若将反射器绕与激光束相垂直，同时也与放电管布氏窗的法线相垂直的轴线旋转，入射?将连续地变化，因此，该反射器将起一个反射率可变的平面耦合输出镜的作用。
角．?为激光腔除输出率以外的光学损耗（往返一次），成为内损耗，L定义为激活介质的长度，g为小信号增益系数，P为耦合输出功率，P为饱和功率，由于本实验管较长，使0sout0纵模间隔小于碰撞增宽的宽度，因而其增益饱和遵循均匀综型激光器规律，故：2gL0?1)P?PT((4)sout??T?P/?T?0，由T，这时相应的有最大输出功率，由此式可知，激光器有一最佳输出率opt1/2???)](2gLT?[得(5)0opt?+T）,使激光刚好熄灭，这时旋转反射器，增加输出率T,从而增加谐振腔的总损耗（2gL0?1)?0T?P(满足：sg??T g???T2gL为阈值输出率，从而得到：T (6) gg02)T?(T optg?L2g解(5)和(6)组成的方程组得：（7）0T?2T optg所以要测得最佳输出率T，再测得阈值输出率T由式可得到激光器的增益，再由（6）,gopt?。
东南大学大学物理课件第一章
r dr ds v v
当 t0时：
z 四 加速度 —反映速度的变化 v t 2 1 t 2 v1 v v2 2 平均加速度 a m s o t t y v1 方向：为速度增量的方向 x v 2 v dv d r 2 a m s 瞬时加速度： lim 2 v2 t dt dt t 0
• 提醒
– 培养良好学习习惯——及时复习、及时总结； – 抓住基本概念、内容和基本解题方法； – 课内与课外相结合、教材与参考书相结合； – 适合你的是最好的——量力而行，不要跟风； – 教与学要经常沟通，互相适应，教学相长；
教材和参考书目
• 教材： 《物理学》（笫五版）马文蔚 高等教育出版社 2006年 • 参考书：
• 5．学习物理学的困难 • 1）物理学内容广泛：涵盖力学、热学、光学、电磁 学等领域； • 2）时空跨度大：从经典到近代，从宏观到微观和宇 观； • 3）方法变化大：从中学的常量问题到应用矢量和微 积分处理复杂的变量问题。
• 注意中学物理与大学物理的区别
– 研究对象与数学工具的变更； – 理论体系更为系统； – 认知方法和授课方式的变更。
• 1. 大学物理学教程 吴锡珑 主编， 高等教 育出版社 • 2. 普通物理学（第五版），程守诛 江之泳 主编，高等教育出版社 • 3. 大学物理学（第二版） 张三慧 主编，清 华大学出版社
一、矢量代数的基本知识
标量：只有大小， 例如：质量、长度、时间、密度、能量、温度等。 矢量：既有大小又有方向，并有一定的运算规则， 例如：位移、速度、加速度、角速度、电场强度等。 1、矢量的几种表示方式： 几何表示 — — 有指向的线段。 解析表示（直角坐标系）
《大学物理实验》实验教学大纲(一)
《大学物理实验》实验教学大纲（一）一、课程简介《大学物理实验》是对大学生进行科学实验基础训练的一门独立的必修课。
它在培养大学生实践能力和知识方面有其它课程不可替代的作用。
将为学生终生学习和继续发展奠定必要基础。
该门课程是原国家教委设立的六门重点课程之一，它的主要目的是：使学生在中学物理实验的基础上，按照循序渐进的原则，学习物理实验知识和方法，得到实验技能的训练，从而初步了解学实验的主要过程与基本方法，为今后进一步学习奠定良好的基础。
二、教学目的与要求（一）、教学目的：1、通过观察物理实验现象，培养学生分析问题和解决问题的初步能力。
2、培养学生科学实验能力：（1）通过阅读实验教材和对照实物做实验前的准备。
（2）通过阅读仪器说明书，正确使用常用仪器。
（3）正确记录和处理实验数据，拟定合格的实验报告。
（4）通过拟定实验报告，培养学生科技写作能力和语言表达能力。
3、培养学生严谨的治学态度和实事求是的科学作风。
4、能完成简单的设计性实验，培养学生主动精神和创新意识。
（二）、教学要求：1.能够完成预习，进行实验和撰写报告等主要实验程序。
2．能够调整常用实验装置，并基本掌握常用的操作技术。
例如：零位调整；水平、铅直调整；光路的共轴调整；消视差调节；逐次逼近调节。
3.了解物理实验中常用的实验方法和测量方法。
例如：比较、放大、转换等方法。
4.能够进行常用物理量的一般测量。
5.了解常用仪器的性能，并学会使用方法。
6.能用计算机处理实验数据，学习计算机仿真实验。
7.了解测量误差的基本知识，具有正确处理数据的初步能力。
其中包括：测量误差的基本概念；直接测量量的误差计算；数据处理的一些基本方法。
三、实验项目绪论目的、任务：使学生了解实验的要求，掌握实验数据测量、处理的有关理论。
基本要求：了解物理实验的要求，学习误差理论及有效数字处理，对本学期的实验内容做初步的了解，重点难点：误差理论，数据处理的一般方法及过程。
实验报告的一般格式。
东南大学优秀物理实验论文2 (2)
EXPERIMENTAL RESEARCH ON AMPERE’S CIRCULATION THEOREM
WuPeng
(Department of Electronic Science and Engineering, Southeast University, Nanjing 210096)
Abstract:
式中N为线圈的匝数，I为线圈中通有的励 磁电流。如图1所示，在实验中通过测量轴线上的 磁感应强度分布并计算其与位移轴所围的面积， 便可得到(2)式中左边的积分值。 通过研究该值与 实验中所使用的励磁电流的定量关系，便可从实 验上验证安培环路定理。 本实验采用 DH4501N 三维亥姆霍兹线圈 磁场实验仪进行测量，仪器结构如图 2 所示。以 砷 化 镓 霍 尔 片 作 为 测 磁 元 件 ， 灵 敏 度>140mV/mA·T。 线圈等效半径 R=100mm， 两线 圈中心距离 50～200mm 连续可调， 单个线圈匝数 N=500，电阻约为 14Ω。
theorem is verified in an experiment way.
more detailed understanding of both hall element detecting magnetic field experiment and the Ampere 's circulation theorem. key words: Ampere 's circulation theorem; power coil; hall element
-3图6 亥姆霍兹线圈轴线磁场的 S-I 曲线
接着，我们又研究了励磁电流一定而两线圈 距离 d 不同时的情况。根据安培环路定理，只要 励磁电流不变，不管两线圈距离如何变化，式(2) 左边的积分 S 都应恒定。通过测量 d=0.5R， R， 1.5R，和 2R 时线圈轴线上的磁场分布(如图 7)， 我们得到了相应的 S 分别为 0.0622， 0.0629， 0.0619 和 0.0620T·cm，这些基本一致的 S 值也符合安 培环路定理的结论。最后我们考虑了两线圈通有 等值反向励磁电流的情况，其轴线上的磁场分布 如图 8 所示。从图中可以看到，正负相抵的 S 值
利用气垫导轨研究物体的运动
（3）“ O ”点选择挡光片前沿
（4）操作上尽量减小产生实验数据误差的可能性。 如验证牛顿第二运动定律时注意质量的称取正确
思考题
1. 如果导轨未调水平，这对本实验的结果会有什 么影响？
2. 用平均速度代替瞬时速度对本实验的结果影响 如何？
3. 怎样调节导轨水平？能否认为滑块经过两光电 门的时间相等，导轨才算调平，为什么？
光电门
气垫导轨
滑块
L
两点注意： 1.滑块由静止释放； 2. 滑块应放在导轨中部
细调 ：（动态验证） 轻推滑块，观察挡光片经过两个光电门
的时间t1和 t 2 ，如果 ⊿t1﹤⊿ t2，且两者差值 小于 5% ，则可认为此时导轨已处于水平状态， 可以开始实验。 （注意：取 5.00cm的挡光片）
3. 测定匀加速直线运动的速度和加速度
利用气垫导轨研究物体的运动
东南大学物理实验中心
气垫导轨是为研究无摩擦现象而设计的力学实验设备。 导轨腔内的压缩空气从导轨表面的小孔中喷出，在滑行器内 表面与导轨表面之间形成很薄的气垫层，使滑行器与导轨表 面脱离接触，因而能在轨面上做近似无阻力的直线运动。
俄罗斯 Zubr 级气垫登陆艇
实验目的
1. 熟悉气垫导轨的水平调节和操作 2. 测定滑块运动时的速度和加速度 3. 验证牛顿第二运动定律
（ 1）将已调好水平的导轨一端垫高 1.00cm。 （ 2）置两个光电门间距离为 50.00cm，使滑块上某点 P从导 轨上一定位置处静止开始下滑。测量滑块经过两个光电门时 的速度 v1， v2。（分别取 4种不同宽度的挡光片进行实验， 注意利用转换键进行设置 ） （ 3）理论推算 v1，v2的值，与实测数据进行对比分析 （ 4）置两个光电门间距离分别为 40.0cm ， 50.00cm ， 60.0cm，测量在各情况下滑块运动的加速度值，判断滑块是 否作匀变速运动？（思考选择什么宽度的挡光片较好？）
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R/Ω
3.5
3.0
金属丝电阻随温度的变化曲线
⊕＋
＋ A(165.0, 3.20)
＋
＋
2.5 2.0
0
＋
＋
⊕
＋
B(36.5,
2.20)
50
100
作者：钱 锋 1986年6月8日
t /℃
150
200
R/Ω 2.12 2.32 2.51 2.70 t /℃ 27.2 50.5 75.5 99.5
R*
*
3.0
（2）标注坐标分度
根据数据列的范围选择坐标标度的范围，坐标轴的起点 不一定从零开始。
包含所有的实验点，且作出的图线最好充满整个图纸而 不是偏于一边或一角。
坐标轴的分度应使每个实验点的坐标值都能正确、迅速、 方便地找到。常用一大格（10mm）代表1、2、5、10个 单位。
尽量不损失或增加实验数据的有效数字位数，图上的最 小格与实验数据的有效数字的最小准确数字位对应。
（4）连接实验图线：
用直尺、曲线板、尖的HB铅笔，根据实验点的分布趋 势作光滑连续的曲线或直线（除校准曲线外，一般都 不连成折线）。
因为实验值有误差，所以并不要求每个实验点都落在 曲线或直线上，而只要使得实验点都以最短的距离均 匀地分布在曲线或直线的两侧。
（5）图注与说明：
在图纸的明显位置上标明图线的名称、作者、作图 日期。
标曲线等。这类曲线一般是光滑连续的曲线或直线。 仪器仪表的校准曲线。这类图线的特点是两物理量之
间并无简明的函数关系，其图线是无规则的折线。 计算用图线。
R/Ω 2.12 2.32 2.51 2.70 2.88 3.08 3.27 t /℃ 27.2 50.5 75.5 99.5 124.0 148.5 173.0
有A、B、C共三组测量数据，对坐标轴进行 如下分度对三组数据都适合吗？
末位损失 合适 增加了有效位
（3）正确标出测量标志点
使用削尖的HB铅笔
用标志符号“+”标出各测量数据点的坐标位置。
在一张图上同时要画出几条曲线时，各条曲线应采用 不同的标志符号表示，如“⊙”、“×”、“⊕”等。 一般不用“ · ”
（2）计算直线的斜率和截距：
若直线方程为：y = a + b x
则：斜率
y y b 2 1
x x
2
1
截距 a x2y1 x1y2 x2 x1
R/Ω 2.12 2.32 2.51 2.70 2.88 3.08 3.27 t /℃ 27.2 50.5 75.5 99.5 124.0 148.5 173.0
4
4.808
3.300
1.506
5
4.810
6
4.812
3.302
1.504
—3.3—81 3.301 1.505
实
测量次数
高H(cm) 外径D(cm) 内径d(cm)
验
1
4.813
3.301
1.501
报
2
4.811
3.299
1.503
告
3
的
4
4.806 4.808
3.297 3.300
1.505 1.506
四、实验数据的处理方法
列表法 图示图解法 最小二乘法
（一）、列表法表达实验数据和结果
写明数据表格的名称，必要时还应提供有关参数。 标题栏设计要合理、简单明了，便于记录数据、揭 示物理量间的关系，标题栏中标明物理量的名称、符号、 单位及数量级。 数据表格可分为原始数据记录表格和实验报告的数 据表格两种。 数据要正确反映测量结果的有效数字
（2）电容充放电方程q=Q e-t/RC，实验测出q及t一组 数据，求Q及RC。
解：两边取自然对数得：lnq=lnQ-t/RC 作lnq～t直线，斜率为1/RC，截距为lnQ
例9：实验测得与质量都为50克的弹簧振子弹性
系数K相应的周期T的一组数据如下表所示，已
知弹簧振子周期与其弹性系数之间的关系为：
＋
＋
＋
⊕
2.0
＋
*
B(50, 2.3)
*
找找毛病
2.88 3.08 3.27 124.0 148.5 173.0
⊕＋ A(148, 3.0) *
1.0 *
*
0
50
t*
100
150
200
3、曲线改直
（1）等温方程：PV=C, 实验测出P及V一组数据，求常 数C。
解：方程移项得：P=C/V 作P～1/V图线为直线，其斜率为C。Biblioteka 数54.810
3.302
1.504
据
6
4.812
3.301
1.505
表
平均值
4.810
3.300
1.504
格
标准偏差
SH=0.0026 SD=0.0018 Sd=0.0018
A类不确定度 UHA=0.0027 UDA=0.0019 UdA=0.0019
B类不确定度 UHB =0.002 UDB =0.002 UdB =0.002
R/Ω
3.5
金属丝电阻随温度的变化曲线
＋
＋
3.0
＋
＋
2.5 2.0
0
＋ ＋
50
＋
100
作者：钱 锋 1986年6月8日
t /℃
150
200
作图步骤与规则：
（1）选择坐标纸及坐标轴 常用直角坐标纸（毫米方格纸）。 以横坐标表示自变量，纵坐标表示因变量在坐标纸上
画出坐标轴，并用箭头表示出方向。 注明坐标轴所代表的物理量的名称（或符号）及单位。
T CK
求常数C和
弹簧序号 1
2
3
4
5
周期T(S) 0.594 0.625 0.715 0.781 0.808
例8：用分度值为0.002cm的游标尺测量一空心
园柱体，测得其内径d、外径D及高H的数值如下
表所示。试计算其体积。
原始数据记录表格：
测量次数 高H(cm) 外径D(cm) 内径d(cm)
1
4.813
3.301
1.501
2
—4.8—71 4.811 3.299
1.503
3
4.806
3.297
1.505
不确定度
UH=0.0033 UD=0.0028 Ud=0.0028
直接测量结果 H H UH D D UD d d Ud
4.810±0.003 3.300±0.003 1.504±0.003
（二）、图示和图解法
1、图示法表达实验的函数关系
图线分成三类： 物理量的关系曲线、元件的特性曲线、仪器仪表的定
必要的简短说明（如实验条件、数据来源、数据表 格、简单的计算等）。
2、图解法求实验的直线方程
( 1 ) 选取解析点
• 在直线上取两点（解析点）A、B，
不取原始实验数据。
• 注明其坐标值 A（x1 , y1）、B（x2 , y2）。
正确书写有效数字。 • A、B两点在实验范围内尽量远离，
减小计算的相对误差