(整理)大学物理实验教案

大学物理实验教案

作者姓名王悦

学科(教研室) 大学物理教研室

所在院系电气工程系

第一讲：误差与数据处理

本节授课时数：2学时

一、教学内容及要求

1、测量与误差

1. 了解测量的含义，理解测量的分类和测量四要素并会判断；

2. 掌握误差的分类和误差的来源并会计算误差；

3. 熟练运用直接测量偶然误差的估计公式进行误差估计；

4. 了解系统误差的处理。

2、不确定度的概念

1. 了解不确定度的分类；

2. 熟练掌握直接测量不确定度和间接测量的不确定度的计算。

3、有效数字的处理

要求熟练掌握各种运算中的有效数字位数的取舍原则。

4、数据处理

1. 了解数据图表法的优点和缺点，会熟练作图和制表，给学生强调容易忽视

的细节：比如图名，物理量的表示和单位以及描点的要求。

2. 熟练掌握用作图法求直线的斜率和截距的方法。理解如何把曲线改直。

3. 熟练使用逐差法，了解其使用的前提和优点。

4. 了解最小二乘法的由来和优点，能够熟练使用公式了解相关系数的意义。

二、教学重点与难点

重点：

1.系统误差和偶然误差的特点；

2.不确定度和置信概率的定义和其中的物理意义；

3.不确定度的分类和具体计算，有效数字的运算法则；

4.数据处理中的逐差法和最小二乘法。

难点：不确定度的传递和有效数字的运算法则。

三、教学后记

通过绪论课，不少同学应该都建立这样的思想：实验不仅仅是动手的过程，而操作后的数据是一个比较复杂和相当重要的工作。对于现在和以后的实验，不确定度的分析是占有很重要的地位。

实践部分：11个实验不同专业学生做的略有不同

实验01：基本长度的测量

本节授课时数：3学时

一、教学内容及要求

1．学习游标卡尺、螺旋测微器、读数显微镜的测量原理和使用方法。

2．掌握误差及有效数字的概念；学习直接测量量的数据处理方法。

二、教学设计

1、游标卡尺构造及读数原理

2、螺旋测微器(千分尺)

3、读数显微镜

1．首先检查螺旋测微计的零点读数，并记录下来。然后用螺旋测微器测量小钢珠直径，不同位置测量6-8次，计算体积和不确定度，并写出测量结果。

2．用游标卡尺测量空心圆柱体不同部分的外径、内径、高度，各测量6-8次。计算空心圆柱体的体积及不确定度，并写出测量结果。

3．首先将读数显微镜的叉丝调节清楚。将头发丝理直，放到读数显微镜的载物台上，使头发丝与镜筒平移方向垂直，再将发丝调节清楚。转动鼓轮，平移镜筒，测量发丝的直径，在三个不同的部位测量6次，取平均值。

三、教学重点与难点

1．掌握三种长度测量工具的正确读数方法

2．误差分析方法

四、教学后记

学生在讲解后能比较顺利进行各种测量，但是往往忘记记录零点误差。

实验02：静力称衡法测不规则固体的密度

本节授课时数：3学时

一、教学内容及要求

1. 学会物理天平的正确使用。

2. 掌握用流体静力秤法测定不规则固体的密度。

二、教学设计

静力称衡法测不规则固体的密度

方法介绍：这一方法的基本原理是阿基来德原理。物体在液体中所受的浮力等于它所排开液体的重量。

按密度定义：

m V

ρ= (1) 在不考虑空气浮力的条件下，物体在空气中重为

mg W =，它浸没在液体中的视重g m W 11=。那么，物

体受到的浮力为：

m 和1m 是该物体在空气中及完全浸没液体称量时相应的重量。又物体所受浮力等于所排液体重量，即：

式中0ρ是液体的密度，V 是排开液体的体积，亦为物体的体积。g 为重力加速度。由式(1)，(2)，(3)可得待测固体的密度：

用这种方法测密度，避开了不易测量的不规则体积V ，转换成只须测量较易测量的重量。一般实验时，液体常用水，0ρ为水的密度。

101

(4)m m m =-ρρ11() (2)

F W W m m g =-=-0 (3)F Vg ρ

=

实验步骤：

1.按天平的调节要求，调好天平。

(1)底板的水平调节。

(2)横梁的水平调节。

。

2.测量不规则金属物体的密度

1

(1)将细绳拴好金属块放在天平左盘上，称出此时质量m。

(2)把盛有大半杯水的烧杯放在天平左边的托架上，将拴好金属块的细绳挂在天平左盘的吊钩上，调整烧杯位置，使金属块浸没在水中，称出此时质量

m（不要让所称物体接触烧杯）。

1

(3)按照（4）式计算出金属密度。

三、教学重点与难点

1．掌握什么是流体静力秤法

2．熟悉物理天平的正确使用

四、注意事项

1．物理天平在使用中应注意：

(1)启动、止动天平时动作要轻。

(2)要“常止动”．即取放物体、加减砝码、拨动游码、调节平衡螺母前及使用完毕后，必须转动制动旋钮，止动天平，使横梁静放在制动架上，这样可避免刀口受冲击而损坏，还可防止刀口离开刀口垫使横梁掉下，只有在判断天平是否平衡时才启动天平。天平启动或止动时，旋转制动旋钮动作要轻。

(3)加减砝码必须使用镊子，严禁用手，从秤盘中取下砝码后，应立即放入砝码盒，以免丢失或弄脏。

(4)每台天平的左右秤盘、秤盘挂钩等部件，不能左右调换，更不能与其他天平上的部件互换。

2．用流体静力称衡法测物体块密度时应注意：

(1)在空气中称量物体块质量时，要使物体块保持洁净、干燥。

(2)用细绳拴住物体块时，最好为活套，这样可方便调整物体块与重物的间距，以利于后面的称衡。