大学物理实验讲义汇总
大学教案老师讲义
课程名称：大学物理实验授课班级：XX级物理班授课时间：2023年X月X日授课教师：XXX教学目标：1. 理解光电效应的基本原理和实验方法。
2. 掌握光电效应实验的操作步骤和数据处理方法。
3. 培养学生独立操作、观察实验现象、分析实验数据的能力。
4. 增强学生对物理实验的兴趣，提高学生的科学素养。
教学重点：1. 光电效应的基本原理。
2. 光电效应实验的操作步骤。
3. 数据处理和分析方法。
教学难点：1. 光电效应实验现象的观察和记录。
2. 数据处理和分析过程中的误差分析。
教学内容：一、光电效应的基本原理1. 光电效应的定义和现象。
2. 光电效应的实验验证。
3. 光电效应方程及其推导。
二、光电效应实验1. 实验原理和目的。
2. 实验仪器和设备。
3. 实验步骤：a. 连接电路，检查仪器设备。
b. 调节光源，调整实验装置。
c. 进行实验，观察光电效应现象。
d. 记录实验数据。
4. 数据处理和分析。
三、数据处理和分析方法1. 光电效应方程的应用。
2. 数据处理的方法和技巧。
3. 误差分析和结果讨论。
教学过程：一、导入1. 介绍光电效应的发现和重要性。
2. 引导学生思考光电效应的基本原理。
二、讲授新课1. 讲解光电效应的基本原理和实验方法。
2. 详细介绍光电效应实验的操作步骤和数据处理方法。
三、实验演示1. 演示光电效应实验的操作过程。
2. 引导学生观察实验现象，记录实验数据。
四、课堂练习1. 学生分组进行实验操作，观察并记录实验数据。
2. 教师巡回指导，解答学生疑问。
五、数据处理与分析1. 学生分组进行数据处理，分析实验结果。
2. 教师引导学生进行误差分析和结果讨论。
六、总结与反思1. 总结本次实验的重点和难点。
2. 引导学生反思实验过程中的不足和改进之处。
教学评价：1. 学生对光电效应基本原理的掌握程度。
2. 学生实验操作和数据处理的能力。
3. 学生对实验结果的分析和讨论。
教学资源：1. 光电效应实验教材。
大学物理实验(一)绪论讲义
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• 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）。
24
• 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
大学物理实验系列——绪论课讲义
期末考试 8 .重修
总评成绩不合格者 有旷课现象，不按老师要求补做实验者 缺两次或以上实验报告者，不得参加期末考试
30%
A 班教学
具有丰富教学经验和高级职称的老师教 学。 双向选择机制：学生自愿报名，任课老 师推荐。 报名时间：7，8两周。 入选名单公布：10周。 11周，A班师生见面。
学生须知
0.今年的教学评估
大家都明白！ 评估专家的检查！ 该会的必须要会！
1.各班按自己的实验顺序表上课。请务必记住自 己的实验顺序号，按上课内容做好预习。
2 实验课前必须预习，写出预习报告，预习报告 就写在空白报告上。记录数据不得用铅笔写，原 始数据必须有教师签字。
3. 提前5分钟进入实验室若因病（要有医生证 明）、因事（要有系教务部门证明）而缺课，应 提前请假，并在规定时间补做实验，值班老师凭 证明在补做报告上签字。课上未完成实验需要补 做的，应由任课教师在报告上签字注明，值班教 师根据任课教师的签字，在补做数据上签字。
2 x a 1 f x exp 2 2 2
x1 , x2 ,
, xn .
a
x
x d ( x)
x
正态分布的特点： ① 单峰性： ② 对称性：
③ 有界性：误差出现在区间 , 的概率为68.3%出 现在区间 3 , 3 的概率为99.7%。3 称为极限误差。 ④ 抵偿性：
间接测量 (例: 单摆周期
l T 2 ) g
误差: 测量值与真值之间的差别
真值：被测量真实值的大小
真值无法得到；误差存在于一切测量值中，并贯 穿测量的始终。
N （误差） N （测量值） N 0 （真值）
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(部分).doc
大学物理实验讲义(太阳能科学与工程系光伏工程教研室2010年3月)目录写在前面 (2)一、物理实验的地位和作用 (2)二、物理实验课的教学目的 (2)三、物理实验课的基本程序 (3)实验一扭摆法测定刚体转动惯量 (5)【实验目的】 (5)【实验原理】 (5)实验二悬丝耦合弯曲共振法测定金属材料杨氏模量 (11)【实验目的】 (11)【实验原理】 (11)实验三电表改装与校准 (19)【实验目的】 (19)【实验原理】 (19)实验四示波器原理及使用 (26)【实验目的】 (26)【实验原理】 (26)实验五霍尔效应实验组合仪的使用 (30)【实验目的】 (30)【实验原理】 (30)实验六迈克尔逊干涉实验仪的使用 (38)【实验目的】 (38)【实验原理】 (38)写在前面一、物理实验的地位和作用科学的理论来源于科学的实验,并受到科学实验的检验,物理学的理论,就是通过观察、实验、抽象、假说等研究方法，并通过实验的检验而建立起来的。
观察和实验是物理学中的重要研究方法。
观察就是对自然界中发生的某种现象，在不改变自然条件的情况下，按照原来的样子加以观察研究。
而实验则是人们按照一定的研究目的，借助按规定的仪器设备，人为地控制或模拟自然现象，使自然现象以比较纯粹或典型的形式表现出来，进而对其进行反复地观察和测试，探索其内部规律的一种方法。
物理学从本质上说是一门实验科学，无论是物理规律的发现，还是物理理论的验证，都有待迂实验。
物理实验不仅在物理学的发展中占有重要的地位，而且在推动其它自然科学、工程技术的发展中也起着重要作用。
特别在不少交叉学科中，物理试验的构思、方法和技术与化学、生物学、天文学等学科的相互结合已取得丰硕的成果。
此外，物理实验还是众多高技术发展的源泉、原子能、半导体、激光、超导和空间技术等最新科技成果，都是与物理实验密切相关的。
二、物理实验课的教学目的根据《高等学校工程专科物理实验课程教学的基本要求》，结合我校的实际，对各专业不同的需要选取一定数量和实用内容的实验项目。
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
据的集中或分散程度，反映了测量数据偶然误差的大小。 2、测量列的平均偏差 x
x
n
i
，置信概率 p x 0.575 。
（四）坏值的剔除（异常数据的判断） 1、测量列的极限偏差 xlin 3Sx ，置信概率 p3 S x 0.997 。 2、坏值的剔除：如果某测量值 x i 的偏差 xi 超过极限偏差 ，即 xi > 3 S x 。则该测量 值 x i 为坏值（或称为异常数据） ，应该从数据中剔除。 （五）算术平均值（测量结果）偶然误差的描述 1、测量结果的标准偏差 S x
第四节
一、多次直接测量列的分析 设测量列为
直接测量结果的偶然误差讨论
x1
， x 2， · · · · · · ， xn
（一）测量结果的大小（算术平均值） x
xi n 1 n
n
它是真值的最佳近似值。
（二）每个测量值
xi 的偏差 x
i
xi x
（三）整个测量列数据的集中或分散程度的描述
5
x － x 0。误差有大小、
x =
x － x 0 表示形式为误差的绝对表示形式，误差的相对表示形式为
（误差的大小无法得到， 所以在实际测量中定义偏差 x i x i x ， E x (x / x0 )100% 。 用偏差对测量数据进行分析。 ） 测量误差是普遍存在的， 测量误差理论建立在概率论、 数理论统计理论和丰富的实验经 验的基础上，它对实验方案的设计、实验仪器的选择、实验的正确操作、实验数据的分析和
4
(a)
（a）精密度高正确度低 b) 精密度低正确度高 c准确度高
(b)
(c)
第三节
仪器的准确度、仪器误差、仪器读数
《大学物理》实验讲义(普通物理)
物理实验可是高等理工科院校对学生进行科学实验基本训练的必修基础课，是本科生接收系统实验方法和实验技能训练的开端。物理实验的知识、方法和技能是学生进行后继实践训练的基础，也是毕业后从事各项科学实践和工程实践的基础。物理实验课覆盖广，具有丰富的实验思想、方法和手段，同时能提供综合性很强的基本实验技能训练，是培养学生科学实验能力、提高科学素养的重要基础课程。它在培养学生严谨的治学态度、活跃的创新意识、理论联系实际和适应科技发展的综合应用能力等方面具有其他实践类课程不可替代的作用。
物理学本质上是一门实验科学。物理实验体现了多数科学实验的共性，在实验思想、实验方法以及实验手段等方面是各学科科学实验的基础。
物理实验课是高等院校对学生进行科学实验基本训练的必修基础课程，它的教学内容、教学方法和教学模式具有鲜明的时代性和社会性。
近十多年来，各高校以培养适应社会发展需要的高素质人才为核心，在物理实验课的课程体系、教学内容、教学方法等方面进行了卓有成效的教学研究和教学改革，一批教育理念、教学思想先进，教学内容、教学方法新颖，反映科研新成果的优秀教材脱颖而出。本实验讲义是在我院多年大学物理实验教学的基础上，结合各学科特点综合精选编写而成的。
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。
仪器：写出主要仪器的名称、规格及编号。
大学物理实验讲义
大学物理实验讲义
【实验目的】(1)掌握游标卡尺的读数原理和使用方法，学会测量不同物体的长度。
(2)掌握千分尺(螺旋测微器)和物理天平的使用方法。
(3)测量规则固体密度。
(4)用流体静力称衡法测量液体的密度。
(5)学会正确记录和处理实验数据，掌握有效数字记录、运算和不确定度估算。
记下游标卡尺的量程和最小分(刻)度值，卡尺零点校正：松开游标紧固螺钉。
合拢刀口，记下零点偏差值）（初L 用游标卡尺)02.0(mm 铜套的高H 、外径D 、内径d ，各测六次取其平均值，如果存在初读值需校正。
该情况下总的不确定度可取U B =0.02mm ，各直接测量的结果表达式X=X ±U B (X)计算体积V 和估算不确定度体积：V=H )d D (422⋅- 不确定度：22222)]()(4[))( 2())( 2()(H U d D d U d H D U D H V U -++=πππ 测量结果表达为：V=V ±U(V)()()()232122221321223221)()()()()()()(m U m m m U m m m U m m m m -+-+-⋅-=水()[]()()()221312221321m m m m m m m m m m --ρ=∂ρ∂-+-ρ=∂ρ∂水水图1-5中的游标卡尺读数为多少？我们知道当主、附尺的零刻度线重合时，被测物长度为零，由此推断被测物的长度应等于主、附尺零刻度线之间的距离(即图中L)。
故用游标卡尺测取读数时首先应读取游标零刻度线在主尺上所截取的读数值，图中游标零刻度线在主尺上所截取的读数值L 0=15.0mm,但还有从15.0mm 刻度线到游标零刻度线之间的小段距离ΔL 读不出来。
为此，可利用线段相减的原理求ΔL ，第二步从主、附尺上找出主、附尺的重合线，读出附尺的格数m ，由图知m=5格，于是按线段相减原理：图1-7 螺旋测微器mm nmb a m mb ma L 5.01.05)(=⨯==-=-=∆ 最后，得到被测物体的长度即读数值L 为：mm namL L L L 5.155.00.1500=+=+=∆+= (1-4) 我们称(1-4)式为游标卡尺的读数原理，它对角度游标也。
春季大学物理实验讲义
目录实验1研究弦线上波的传播规律 (1)实验2薄透镜焦距的测定 (7)实验3电子示波器的使用 (14)实验4金属材料弹性研究 (27)实验5RLC电路特性的研究（1、2） (31)实验6偏振现象的观测与分析（1、2） (40)实验7电路元件伏安特性研究 (43)实验8迈克尔逊干涉仪的调整和使用 (46)实验9验证转动定律 (54)实验10液体表面张力系数测定（拉脱法） (57)实验11磁场描绘 (61)实验12分光仪的调整及棱镜折射率的测定 (69)附录物理实验基础知识 (77)实验1 研究弦线上波的传播规律实验介绍：波动的研究几乎出现在物理学的每一领域中。
如果在空间某处发生的扰动，以一定的速度由近及远向四处传播，则这种传播着的扰动称为波。
机械扰动在介质内的传播形成机械波，电磁扰动在真空或介质内的传播形成电磁波。
不同性质的扰动的传播机制虽然不相同，但由此形成的波却具有共同的规律性。
本试验利用弦线上驻波实验仪，通过弦线上驻波的观察与测量，研究弦线上横波的传播规律。
各种乐器，包括弦乐器、管乐器和打击乐器等，都是由于产生驻波而发声的。
为得到最强的驻波，弦或管内空气柱的长度必须等于半波长的整数倍。
实验目的：1、观察弦振动及驻波的形成；2、在振动源频率不变时，用实验确定驻波波长与张力的关系；3、在弦线张力不变时，用实验确定驻波波长与振动频率的关系；4、定量测定某一恒定波源的振动频率；5、学习用对数作图法处理数据。
实验仪器：弦线上驻波实验仪（FD-FEW-II型）及其附件，包括：可调频率的数显机械振动源、平台、固定滑轮、可动刀口、可动卡口、米尺、弦线、砝码等；分析天平，卷尺。
图1 弦线上驻波实验仪示意图1、可调频率数显机械振动源；2、振动簧片；3、金属丝弦线；4、可动刀口支架；5、可动卡口支架；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、实验桌实验原理：1、弦线上横波传播规律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：22y T yt x∂∂=∂∂ ⑴ 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。
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
3
（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
1
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
大学物理实验讲义
11机本大学物理实验（上）讲义收获在于努力！目录第一章测量误差及数据处理-------------------------------------------------------------------------------------------------- 3§1-1 测量与误差 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 31.1.1 测量--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 31.1.2 测量结果--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 31.1.3 测量值——算术平均值 -------------------------------------------------------------------------------------------------- 41.1.4 误差--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 51.1.5 误差处理方法 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 61.1.6 不确定度的简化估算方法 ----------------------------------------------------------------------------------------------- 61.1.6 仪器量程精密度准确度 ----------------------------------------------------------------------------------------------- 9§1-2有效数字及运算规则 ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 101.2.1 有效数字的基本概念 ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 101.2.2直接测量的读数原则 ----------------------------------------------------------------------------------------------------- 101.2.3 有效数字运算规则 ------------------------------------------------------------------------------------------------------- 111.2.4 测量结果数字取舍规则 ------------------------------------------------------------------------------------------------- 12§1-3实验数据处理基本方法 ------------------------------------------------------------------------------------------------- 121.3.1 列表法----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 121.3.2 图解法----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 121.3.3 逐差法----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 141.3.4 最小二乘法----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 14第二章实验课题---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 15§实验1学习使用万用表------------------------------------------------------------------------------------------------------- 15§实验2学习使用电子示波器------------------------------------------------------------------------------------------------- 23§实验3弦线上驻波实验------------------------------------------------------------------------------------------------------- 31§实验4拉伸法测细丝的杨氏模量 ------------------------------------------------------------------------------------------ 35§实验5用扭摆法测定物体转动惯量---------------------------------------------------------------------------------------- 38§实验6霍尔效应---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 44第一章 测量误差及数据处理本章介绍测量误差估计、实验数据处理和实验结果的表示等初步知识。
大学物理实验讲义(密度测定)
大学物理实验讲义(密度测定)密度是物质的一种常用的物理量，是物质质量与体积之比。
在实验中，可以通过测定物质的重量和体积来求出其密度。
本实验利用吊秤法和水位计法分别测定不同物质的密度。
一、吊秤法测定密度实验器材：电子称、吊秤装置、砝码、试样（铁块、铜块、铝块、锌块等）。
实验原理：将试样通过挂钩架悬挂于天平下方，测得其重量；然后将试样完全浸入量满水的容器中，测出水位上升高度，根据密度的定义可以求得物质的密度。
实验步骤：1. 确定天平的零点，将待测试样挂于吊秤上，并测出其质量（m）。
2. 将已盛满水的容器放在桌面上，用木棍调整水平度并记录水位读数（h_1）。
3. 将试样放入容器中，让其完全浸入水中，此时水位上升高度为h_2。
4. 用吊秤将试样取出，记录重量（m_1）。
5. 计算物质密度ρ：ρ = m / (V_s - V_w )其中V_s为试样的体积，V_w为水的体积。
实验注意事项：1. 确保吊秤的准确性，及时校准天平的零点。
2. 确保试样完全浸入水中，避免空气被浸入水中影响实验结果。
3. 确保容器平衡稳定，避免水的波动和震动影响实验结果。
实验器材：水位计、烧杯、试样（木块、塑料块、泥土等）。
1. 用水注满烧杯，记录水面高度为h_1。
2. 将待测试样放置于水中，记录水位的高度为h_2。
1. 测量时注意正确读取水位计的读数，避免读错或者漏读。
本实验通过吊秤法和水位计法分别测定了不同物质的密度，验证了密度的定义。
实验中要注意保证实验器材的精度和稳定性，并严格按照实验步骤操作，避免误差的发生，从而取得高精度的实验结果。
大学物理实验讲义全
实验1 冷却法测量金属的比热容根据牛顿冷却定律用冷却法测定金属或液体的比热容是量热学中常用的方法之一。
若已知标准样品在不同温度的比热容，通过作冷却曲线可测得各种金属在不同温度时的比热容。
本实验以铜样品为标准样品，而测定铁、铝样品在100℃时的比热容。
通过实验了解金属的冷却速率和它与环境之间温差的关系，以及进行测量的实验条件。
热电偶数字显示测温技术是当前生产实际中常用的测试方法，它比一般的温度计测温方法有着测量范围广，计值精度高，可以自动补偿热电偶的非线性因素等优点；其次，它的电量数字化还可以对工业生产自动化中的温度量直接起着监控作用。
【实验目的】1、用冷却法测定金属的比热容；2、学习用热电偶测量温度的原理及方法。
【实验仪器】冷却法金属比热容测量仪，铜—康铜热电偶，停表，冰块等。
【实验原理】单位质量的物质，其温度升高1K(或1℃)所需的热量称为该物质的比热容，其值随温度而变化。
将质量为M 1的金属样品加热后，放到较低温度的介质（例如室温的空气）中，样品将会逐渐冷却。
其单位时间的热量损失（/Q t ∆∆）与温度下降的速率成正比，于是得到下述关系式：111Qc M t tθ∆∆=∆∆ (2.1-1)(2.1-1)式中1c 为该金属样品在温度1θ时的比热容，1/t θ∆∆ 为金属样品在1θ的温度下降速率，根据冷却定律有：m S tQ)(0111θθα-=∆∆ (2.1-2) (2.1-2)式中1α为热交换系数，S 1为该样品外表面的面积，m 为常数，1θ为金属样品的温度，0θ为周围介质的温度。
由式(2.1-1)和(2.1-2)，可得m S tM c )(0111111θθαθ-=∆∆ (2.1-3) 同理，对质量为M 2，比热容为2c 的另一种金属样品，可有同样的表达式：m S tM c )(0122122θθαθ-=∆∆ (2.1-4) 由式(2.1-3)和(2.1-4)，可得：22222201111011()()mmc M S t S c M tθαθθθαθθ∆-∆=∆-∆所以11222021211102()()m m M S t c c S M tθαθθθαθθ∆-∆=∆-∆假设两样品的形状尺寸都相同(例如细小的圆柱体)，即S 1=S 2；两样品的表面状况也相同(如涂层、色泽等)，而周围介质(空气)的性质当然也不变，则有21αα=。
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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。
实验目的1、利用复摆装置测出本地重力加速度。
2、研究复摆振动周期的变化与振动支点到重心距离的关系。
3、用图解法求出刚体的回转半径。
4、利用复摆装置测出本地重力加速度。
实验原理如图所示，复摆的摆杆由一个质量为m 的长方形金属棒制成，棒的上面开有摆动用的孔，通过圆孔将金属棒悬挂在三角形刀口上。
从摆动杆的重心G 到振动支点间的距离为h ，当摆动角度比较小时，这种摆动近似于一种谐振动，因此复摆的振动周期为mghI T π2 其中I 为刚体的转动惯量。
图如果复摆刚体的回转轴通过重心且垂直于振动平面的回转半径为R 时，则22mh mR I +=代入上式得ghh R T 22π2+= （） 当我们改变摆动杆的振动支点时，则h 值也同时变化，振动周期性也随之改变。
当h 趋向于0时, T 趋向于∞；当h 趋向于∞时，T 趋向于∞。
h 在0和∞之间，T 存在极小值，其极值条件为0/=dh dT由此可得h = R 时则振动周期的最小值为.2π2min gRT = 图 所示T -h 曲线为复摆的振动周期T 与振动支点到复摆刚体重心间距离h 间的关系。
图对比单摆简谐振动时的周期计算公式gl T π2= T m T可知R hh R mh I l 222=+== l 称为复摆的等效摆长，即在重心G 两边总存在两点O 1和O 2，以O 1为振动支点时复摆的振动周期T 1 与以O 2为振动支点时复摆的振动周期T 2相等，O 1O 2就是复摆的等效摆长l 。
对应于周期T 的h 值有h 1和h 2，且,22221212h h R h h R +=+ 由此可得212h h R =当振动周期最小时，21h h = 则 h R =。
根据测量数据画出h T -曲线，由图中即可找出周期最小值T min 和相对应的h 值，也即摆动杆刚体的回转半径R ，因此并可得当地重力加速度min228T Rg π= –5)实验仪器复摆装置一套、秒表一只 实验内容1、将摆动杆上的孔放入三角刀口上，使摆动杆的振幅小于︒5，取刚体振动支点到重心的距离h 值分别从8、9、10……26，用秒表测量其连续20个振动周期的总时间，每个h 值测3次，3个数据相差不得超过。
2、以h 为横坐标，T 为纵坐标，在直角坐标系中描绘T -h 曲线。
5、在图中标出最小周期T min 和相对的h 值也即刚体的回转半径R 。
6、计算重力加速度g （南京地区s 2）。
思考题1、摆动杆在什么位置开始计时，测得的振动周期T 最准确为什么2、实验中产生误差的主要原因是什么如何消除3、计算刚体的回转半径，如不考虑圆孔的影响，与实验值相比，相对误差是多少4、在描图中，常会产生误差，有哪些方法可减少误差附注：复摆简介J—LD23型复摆实验仪，主要由复摆底座和摆动杆（金属棒）构成，将复摆底座放置于实验桌的边沿，将刚体上的每一个孔依次悬挂在三角刀刃上，作小幅度摆动，同时用秒表测量下每一个孔的数个连续振动周期。
如果金属棒在摆动过程中发生扭动，可调节三足底座上水平螺丝，使刀刃与圆孔的上沿相互平行，即可消除扭动。
(高榕编)预习报告1、什么叫单摆，什么叫复摆2、复摆测重力加速度的公式是3、在测重力加速度的实验中，需要实际测量哪些量实验2 弦振动的研究学习和理解波动理论最佳入门是观察弦线上的一维波动，在弦线上观察波动最为直观，因为弦线上质点振动的方向和波在弦线上传播的方向相互垂直，可以通过简单的实验观察弦线上的行波和驻波。
相对而言，建立弦线上的小振幅波动方程最为直观、简单、方便，有利于从理论上理解掌握其它类型的波动过程。
在一维弦线上可以模拟光波的线偏振和椭圆偏振现象，因为两者都是横波。
弦线上横波传播的速度和弦线张力的平方根成正比。
弦线上也可以产生纵波，但纵波的传播速度和弦线杨氏模量的平方根成正比，同时弦线上需要有一定的张力才能维持纵波的传播。
实验目的1. 观察弦线振动形成的驻波。
2. 验证弦线的波长和张力的关系。
3. 间接测量弦线的线密度。
实验原理弦线上小振幅横波的波动方程、行波解、驻波解、波速和波数分别是,2222tyx y T ∂∂=∂∂ρ ,e e )(i )(i x k t x k t y +---+=ωωB A,e sin i t kx y ω-=A,ρT c =.c k ω=式中T 是弦线的张力，单位牛顿，是弦线的线密度，单位每米千克。
当正向行波和反向行波相互叠加时形成驻波，如果正反向行波的振幅相等，我们就看不到波的传播，只看到稳定的振动，如图–1所示。
驻波振幅最大的位置叫做波腹，驻波振幅最小的地方叫做波节，很明显，相邻两个波腹之间的距离是半个波长，相邻两个波节之间的距离也是半个波长。
图–1图–2是研究弦线振动的实验装置，弦线的一端固定在电动音叉上，弦线振动部分的长度由约束刀口限定，弦线的另一端经过定滑轮悬挂砝码后形成弦线的张力。
图–2给电动音叉中间的电磁铁接上50Hz 工频电源，电动音叉就产生100Hz 受迫振动，音叉端点带动弦线振动，有横波从音叉端点沿弦线向前传播，在约束刀口处反射回来形成反射波，在一定的条件下这两列反向传播的横波在弦线上叠加成明显的驻波。
如果约束刀口的坐标 0=x ，则入射波为).cos(kx t A y i -+=ω为了满足约束刀口处弦线位移值为零的边界条件，反射波必须是).cos(kx t A y r +-=ω入射波和反射波叠加成为驻波.π2sinsin 2λωxt A y =驻波现象看起来是一个振幅随位置变化的振动，看不出波向某个方向传播。
驻波振幅随着位置变化而周期性地变化，空间变化周期是一个波长。
当振动频率较高时，我们的眼睛不能看清楚振动的方向细节，只能看出振幅的大小，所以我们实际上看到弦线上的一节驻波的长度是半个波长，相邻两节驻波振幅的绝对值相等，但振动的方向相反。
如果弦线上一节驻波的长度为a ，则弦线上的波长a 2=λ如果弦线的有效长度为L ，弦上有n 半波长，则弦线上的波长nL2=λ 根据波长和频率可以得到弦线上波的传播速度f c λ=还可以根据波长、频率和弦线上的张力计算得到弦线的线密度.22fmgλρ=式中m 是砝码和钩码的总质量。
实验仪器低压交流电源，电动音叉，弦线，约束刀口，定滑轮，砝码，钩码，卷尺。
实验内容1. 接线安装根据图1的方式完成后将约束刀口至电动音叉端点之间的弦线长度调整到米左右。
2.接通电源，使电动音叉按100Hz振动。
3.调整砝码，即调节弦线的张力，使弦线上分别出现1、2、3、4和5 段稳定的驻波，得到5 组张力和波长的数据。
4.以张力为横坐标、波长为纵坐标在双对数坐标纸上描出5个点，画一根比较逼近这些点的直线，量出这根直线的斜率，如果波长和张力的乘幂成正比，这个斜率的数值就是乘幂次数。
在双对数坐标上直接标出数值，相当于在直角坐标上以张力的对数为横坐标，以波长的对数为纵坐标，省略了取对数的运算。
5.计算弦线的线密度，从5个测量数据组得到5个线密度的值5个线密度的值，计算平均值和标准偏差。
思考题1.驻波具有什么特点怎样利用驻波现象测量弦线上的波长2.根据5组数据计算出来的弦线密度的值各有不同，试说明误差的原因是什么（陈继康编）预习报告1、什么叫横波什么叫纵波2、什么叫驻波形成的条件是什么3、有哪些条件影响形成的驻波实验3 速度和加速度的测量速度和加速度是运动学中重要的物理量。
运动规律的研究、运动公式的验证都离不开速度和加速度的测量。
所以速度和加速度的测量是力学实验中的重要问题。
十七世纪初，伽俐略设计了著名的斜面实验。
实验中他通过对路程、速度等运动学量的测量和计算，证明自己关于匀加速运动规律的假定和推论是符合实际的，同时发现匀加速运动的运动学公式。
今天，随着气垫技术的迅速发展，气垫导轨已经成为力学实验的基本设备。
利用它，我们可以精确测量物体的瞬时速度、加速度、平均速度。
一端垫高而倾斜的气垫导轨为我们提供了一个几乎没有摩擦力的斜面,通过物体沿斜面自由下滑运动，我们可以方便地重复加伽俐略当年的工作，研究匀变速运动的规律并测量当地的重力加速度。
实验目的1、掌握气垫导轨的调节和使用方法。
2、学会在气垫导轨上测量速度、加速度和平均速度。
3、测量当地重力加速度。
实验原理作直线运动的物体的平均速度为tsv ∆∆=当0→∆t 时，平均速度趋近于一个极限，即物体在该点的瞬时速度ts v t ∆∆=→∆0lim实验中将挡光片安装在滑块上，使其随着滑块在气垫导轨上运动，当其穿过光电门时，电子计时器将会记录并显示通过距离Δs （也称挡光片宽度）所用的时间，就能算出滑块的平均速度。
如果挡光片宽度较小，可将其看作瞬时速度。