大学物理实验讲义
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）。
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
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• 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。
大学物理实验教案课件
大学物理实验教案课件第一章：绪论1.1 课程介绍介绍大学物理实验课程的目的和重要性概述实验课程的结构和要求1.2 实验器材与实验室规则介绍实验器材的种类和用途讲解实验室的安全规则和操作注意事项第二章：力学实验2.1 实验一：验证牛顿第二定律介绍实验目的和原理讲解实验步骤和操作方法分析实验结果和误差来源2.2 实验二：测定弹簧常数介绍实验目的和原理讲解实验步骤和操作方法分析实验结果和误差来源第三章：热学实验3.1 实验三：测定水的比热容介绍实验目的和原理讲解实验步骤和操作方法分析实验结果和误差来源3.2 实验四：测定气体的物理常数介绍实验目的和原理讲解实验步骤和操作方法分析实验结果和误差来源第四章：电磁学实验4.1 实验五：测定电阻的温度系数介绍实验目的和原理讲解实验步骤和操作方法分析实验结果和误差来源4.2 实验六：测定电容的特性介绍实验目的和原理讲解实验步骤和操作方法分析实验结果和误差来源第五章：光学实验5.1 实验七：测定光的折射率介绍实验目的和原理讲解实验步骤和操作方法分析实验结果和误差来源5.2 实验八：测定光的波动性介绍实验目的和原理讲解实验步骤和操作方法分析实验结果和误差来源第六章：波动与光学实验6.1 实验九：声波的传播速度介绍实验目的和原理讲解实验步骤和操作方法分析实验结果和误差来源6.2 实验十：双缝干涉实验介绍实验目的和原理讲解实验步骤和操作方法分析实验结果和误差来源第七章：现代物理实验7.1 实验十一：电子伏特计实验介绍实验目的和原理讲解实验步骤和操作方法分析实验结果和误差来源7.2 实验十二：核磁共振实验介绍实验目的和原理讲解实验步骤和操作方法分析实验结果和误差来源第八章：实验数据处理与误差分析8.1 数据处理基础介绍实验数据处理的基本方法讲解最小二乘法、误差传播等计算方法分析实验数据处理在物理实验中的应用8.2 误差分析与减小方法介绍误差的定义和分类讲解误差来源和减小方法分析实验中如何有效减小误差9.2 实验报告交流与评价介绍实验报告的交流方式和评价标准讲解实验报告评价中的重要指标分析如何提高实验报告的质量第十章：综合与应用10.1 综合实验项目介绍综合实验的目的和要求讲解综合实验项目的选题和设计方法10.2 实验应用案例分析介绍实验成果在实际应用中的案例讲解实验应用的意义和价值分析实验应用对物理发展的贡献重点和难点解析1. 实验原理的讲解：在介绍每个实验的章节中，对实验原理的讲解是理解实验的关键。
大学物理实验讲义
大学物理实验讲义（非物理专业使用）物理与电子科学系普通物理教研室2006年9月前言物理学是一门以实验为基础的科学，物理学的基本定律，如牛顿运动定律、动量守恒定律、库仑定律、法拉第电磁感应定律等，都是在大量实验的基础上总结出来的，因此，实验是研究和学习物理的重要方法。
一、物理实验课的目的通过观察物理现象、模拟物理过程、测量物理量、探讨物理技术。
使学习者：1、了解科学实验的基本组成和实验程序，掌握物理实验的基础知识。
2、通过实验全过程（预习、操作、写实验报告）的训练，培养实验设计的基本能力、提出问题、分析和解决问题的能力、知识的应用能力、报告的撰写能力。
3、养成严肃认真的实验作风（遵守纪律、实事求是、一丝不苟、科学分析、认真细致）。
二、作好实验的三个步骤及要求1、预习：上课操作实验之前要明确实验目的，清楚实验内容、实验原理、仪器的工作原理和仪器的正确使用方法，并准备好实验所需测量数据原始记录表格２、实验操作：在充分掌握仪器正确使用的前提下，利用仪器观察物理现象和测量实验数据，同时分析实验数据是否正确。
实验中要做到动手和动脑同时进行，及时发现问题并分析解决。
（1）按上课时间提前5—10分钟进入实验室，进实验室时要交上次实验的实验报告，将本次实验的预习报告和数据记录表格交老师检查。
操作时要带教材和辅导资料。
（2）进入实验室按指定位置坐好，检查仪器情况并记录仪器编号。
整个实验过程中不能动用或调换非本组的仪器，不能随意走动，不能讲话影响他人，每组单独完成实验操作，并且每人都能够单独完成实验。
（3）操作要认真仔细，特别要注意仪器的正确使用和使用中的注意事项，若操作不当损坏器材和仪器严重磨损要按规定赔偿。
（4）认真记录好原始数据，并对测量的数据认真分析，操作结束后将用钢笔整理好的数据交给教师签字。
同时抽查操作过程。
（5）整理好仪器、搞好本组卫生、经教师检查允许后方可离开实验室。
3、实验报告实验报告要写在专用的物理实验报告册上，其中利用数据的作图要作在坐标纸上。
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》课件
拓展实验内容
在现有基础上，可以进一步拓展 实验内容，增加更多的物理量和 测量方法，以丰富学生的实践经 验。同时，可以引入现代科技手 段，如虚拟仿真技术等，提高实 验的趣味性和互动性。
加强实验教学管理
加强实验教学管理是提高教学质 量的重要保障。可以进一步完善 实验教学制度、加强实验教学评 估和反馈机制等措施，以提高实 验教学水平和管理效率。
实验操作步骤
正确安装和调整实验器材，确保 其处于良好的工作状态。
对于实验中出现的异常情况应及 时处理和记录。
根据实验步骤逐步进行操作，并 注意观察和记录数据。
在操作过程中注意安全，遵守实 验规则和仪器使用规范。
实验后数据处理
对实验数据进行整理和分 1
析，确保其准确性和可靠 性。
4
根据实验结果撰写实验报 告，并总结实验的经验和 教训。
析实验数据，培养了他们的科学素养和实践能力。
03
团队协作精神增强
在实验过程中，学生们需要相互协作、共同完成实验任务。这种团队协
作的精神不仅有助于提高实验效率，还能够增强学生们的沟通和合作能
力。
实验改进与展望
优化实验方案
针对本实验的不足之处，可以进 一步优化实验方案，提高实验的 精度和可靠性。例如，改进实验 器材、优化测量方法等措施可以 提高数据的准确性和可靠性。
实验操作流程回顾
实验的操作流程包括实验前的准备、实验操作、数据记录与处理以及实验报告的撰写。学生们在实验过程中表现出了 良好的实验素养，能够按照规定的步骤进行操作，并准确记录数据。
实验数据与结论分析
通过对实验数据的分析，学生们能够得出符合预期的结论，验证了实验原理和公式的正确性。同时，学 生们还能够根据实验结果进行误差分析和讨论，提高了对实验结果的认识和理解。
大学物理杨氏双缝干涉实验劳埃德镜课件讲义
例2 以单色光照射到相距为0.2 mm的双缝 上，双缝与屏幕的垂直距离为1 m.
(1)从第一级明纹到同侧的第四级明纹间的 距离为7.5 mm，求单色光的波长；
(2)若入射光的波长为600 nm,中央明纹中 心距离最邻近的暗纹中心的距离是多少
第 十一章 光学
9
物理学
第五版
11-2 杨氏双缝干涉实验 劳埃德镜
7
物理学
第五版
11-2 杨氏双缝干涉实验 劳埃德镜
已知 =589.3 nm d’=800 nm
求 (1) d=1 mm时 x? (2) d=10 mm时 x?
解 (1) d=1 mm时
xd0.4m 7 m
d (2) d=10 mm时
xd0.04m7m
d
第 十一章 光学
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物理学
第五版
11-2 杨氏双缝干涉实验 劳埃德镜
k 0 ,1 ,2 ,
白光照射时，出现彩色条纹
讨论
条纹间距 x d ' (k1)
d
第 十一章 光学
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物理学
第五版
11-2 杨氏双缝干涉实验 劳埃德镜
(1) d 、d ' 一定时，若 变化, 则 x将怎样变化
第 十一章 光学
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物理学
第五版
11-2 杨氏双缝干涉实验 劳埃德镜
(2) 、d'一定时,条纹间距 d与 x的关系如何？
13
物理学
第五版
11-2 杨氏双缝干涉实验 劳埃德镜
2 1
BC
2
A
解 计算波程差
rA C BC 2
AC (1co2s)
2
AC hsi n rshin(1co2s)2 极大时 rk
《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
大学普通物理实验讲义
普通物理实验讲义3目录实验一惠斯通电桥测电阻 (1)实验二电表的改装 (2)实验三用板式电位差计测干电池电动势和内阻 (5)实验四用电位差计校正电表 (7)实验五交流电桥 (9)实验六双棱镜测光波波长 (12)实验七液体折射率的测定 (14)实验八电子束实验 (17)实验九开尔文双电桥测算低电阻 (20)实验十用电流场模拟静电场 (23)实验十一磁场描绘 (25)实验十二分光计的调节和使用 (28)实验十三迈克尔逊干涉仪的调整与使用 (34)实验十四用迈克尔逊干涉仪测波长差 (36)2009年9月实验一 惠斯通电桥测电阻【实验目的】1．掌握惠斯通电桥的结构特点和测量原理2．了解电桥灵敏度以及提高灵敏度的几种方法3．学会正确使用惠斯通电桥【实验仪器】万用电表、滑线变阻器、电阻箱（三个）、检流计、 直流电源、待测电阻、箱式惠斯通电桥、开关、导线等。
【实验原理】1．惠斯通电桥的结构和测量原理图33-1所示是惠斯通电桥的电路图，惠斯通电桥是直流平衡电桥。
4个电阻R 1、R 2、R 0和R x 联成一个四边形，每一个边称为电桥的一个臂。
对角d 和b 加上电源E ，对角a 和c 之间连接检流计G ，所谓桥就是指ac 这条对角线而言，它的作用是将“桥”两边的电势直接进行比较。
当a 、c两点的电势相等时，检流计中无电流通过，电桥达到了平衡。
此时：U da =U dc U ba =U bc即：I 1R 1 = I x R x I 2R 2 = I 0R 0因为G 中无电流 所以：I 1=I 2 I x =I 0上列两式相除得：21R R R R x = （33-1） 021R R R R x =（33-2） （33-1）式即为电桥的平衡条件，实验中，R 1、R 2和R 0由电阻箱给出。
若R 1、R 2为已知，只要改变R 0值，使G 中无电流，记下R 0，即可算出R x 。
2．电桥灵敏度（33-2）式是在电桥平衡的条件下推导出来的，而电桥是否平衡，实验上是看检流计有无偏转来判断。
《物理实验讲义》PPT课件
二、实验原理
叠加原理指出：在有几个独立源共同作用 下的线性电路中，通过每一个元件的电流 或其两端的电压，可以看成是由每一个独 立源单独作用时在该元件上所产生的电流 或电压的代数和。
线性电路的齐次性是指当激励信号增加或 减小K倍时，电路的响应也将增加或减小 K倍。
三、实验设
备：
序号
名称
1 直流稳压电源
七、实验报告
1、根据实验数据验证线性电路的叠 加性与齐次性。 2、各电阻器所消耗的功率能否用叠 加原理计算得出？试用上述实验数 据进行计算并作结论。 3、通过实验步骤6及分析表格中数 据你能得出什么样的结论？ 4、 心得体会及其他
实验三、电压源与电流源的 等效变换
一、实验目的
1. 掌握电源外特性的测试方法
对电路中的任一个闭合回路而言，应有
u 0
三、实验设备
序号 1 2 3 4 5 6
名称 直流稳压电源 直流可调稳压电源 万用表 直流数字电压表 指针毫安表 电流、电压测定实验电 路板
型号与规格 +12V 0~12V
0~20 mA 0 ~1 mA
数量 1 1 1 1 1 1
备注
DICE-DG
四、实验内容
RL（Ω ） ∞ U（V） I（mA）
2000
1500
1000
800
500
300
200
+-
+-
mA
mA
+ ES -
6V
+ V_
200Ω R1
10KΩ R2
51Ω R0
+ ES 6V
+ V
-
200Ω R1
10KΩ R2
（a）
大学物理实验教案课件
大学物理实验教案课件第一章：绪论1.1 课程介绍物理实验在物理学发展中的重要性大学物理实验课程的目标和意义1.2 实验基本原则与要求实验安全与注意事项第二章：力学实验2.1 基本力学实验重力加速度的测定弹簧常数的测定2.2 动力学实验动量守恒定律的验证牛顿第二定律的验证第三章：热学实验3.1 基本热学实验比热容的测定热膨胀系数的测定3.2 热能转换实验热机效率的测定热电偶的制作与性能测试第四章：电磁学实验电阻、电容、电感的测量交流电路的测量4.2 电磁感应实验法拉第电磁感应定律的验证楞次定律的验证第五章：光学实验5.1 基本光学实验光的折射定律的验证光的干涉与衍射现象的观察5.2 现代光学实验激光的传播与聚焦特性光纤通信的基本原理演示大学物理实验教案课件第六章：现代物理实验6.1 基本现代物理实验氢原子的光谱线宽度测定光电效应的实验研究6.2 原子核物理实验放射性元素的半衰期测定原子核的衰变实验第七章：量子物理实验单缝衍射与双缝干涉现象的观察光的偏振现象研究7.2 量子力学实验量子纠缠现象的实验演示量子态的超定性实验第八章：电磁学高级实验8.1 微波实验微波的传播特性研究微波谐振腔的实验研究8.2 电磁波的发射与接收实验无线电波的发射与接收卫星通信的基本原理实验第九章：光学高级实验9.1 非线性光学实验二次谐波产生的实验研究光学超分辨成像实验9.2 量子光学实验量子干涉实验量子隐形传态实验第十章：综合创新实验10.1 实验设计原则与方法实验目的与设计思路实验方案的制定与优化10.2 实验案例分析光电子学实验案例生物物理实验案例大学物理实验教案课件第十一章：实验数据处理与分析11.1 实验数据的采集与处理实验数据的采集方法实验数据的处理技巧11.2 误差分析与不确定度评估误差的来源与分类不确定度的评估方法第十二章：实验技能训练12.1 实验操作技巧与规范实验仪器的使用与维护实验操作的安全注意事项实验报告的结构与内容实验结果的展示与讨论第十三章：物理实验项目管理与评价13.1 实验项目的组织与管理实验项目的规划与安排实验资源的配置与管理13.2 实验评价与反馈实验过程的评价指标实验结果的反馈与改进第十四章：物理实验技术进展14.1 实验技术的创新与发展新型实验仪器的研发与应用实验技术的改进与优化14.2 实验技术的应用案例物理实验技术在科研中的应用物理实验技术在产业中的应用第十五章：实验拓展与研究项目15.1 实验拓展项目的设计与实施实验拓展项目的目标与要求实验拓展项目的实施步骤15.2 研究项目的开展与成果展示研究项目的选题与规划研究项目的成果展示与评价重点和难点解析本文档涵盖了大学物理实验教案课件的十五个章节，内容全面，从实验的基本原则和要求到各个领域的具体实验项目，再到实验数据处理、技能训练、项目管理与评价、技术进展以及拓展研究项目，每个部分都有其重点和难点。
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。
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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G．检流计灵敏度较低。
4、用滑线式电桥测量电阻，它平衡的条件是什么？滑动触头在什么位置时，测量的精度最高？为什么？
5、改变电源极性对测量结果有什么影响？
实验三 单摆的设计与研究
实验简介
单摆实验是个经典实验，许多著名的物理学家都对单摆实验进行过细致的研究。本实验的目的是学习进行简单设计性实验的基本方法，根据已知条件和测量精度的要求，学会应用误差均分原则选用适当的仪器和测量方法，学习累积放大法的原理和应用，分析基本误差的来源及进行修正的方法。
来调整零点的螺杆、螺母(图中9)，支柱后面装有水平仪，可通过调节底座上的调节螺丝(图中12)来调节天平底板水平、支柱铅直，天平的底座上，在左侧称盘的上方还有一个可以放置物品的托架(图中15)。
标志天平规格性能的除了“最大称量”以外，还有游标的分度值以及“感量”或“灵敏度”。“感量”是指，使指针在指针标尺上偏转一格时在称盘中所加的质量值，感量的倒数叫“灵敏度”，即称盘中每加1克(或0.1克)时，指针的偏转格数，利用灵敏度可以很快判断需要把游码移动几格就能使天平达到平衡，从而提高测量的效率。
只有在R2/(R1+R2)=R3/(R3+R0)(4.1)
的情况下，b,d两点的电位才相等，电桥达到平衡。如果其中R1=Rx是未知电阻，则利用分比定理简化后可得
R1=Rx=(R2/R3)·R0(4.2)
从上式可知，待测电阻Rx等于R2/R3与R0的乘积(或者R0/R3与R2的乘积)。也就是说在三个已知电阻中，实际上只要知道一电阻的数值
实验一用天平测量质量
本实验介绍测量固体和液体密度的两种方法，流体静力称衡法和比重瓶法，通过实验除了要掌握这两种方法外，还要熟练地掌握物理天平的调整和使用方法。
实验仪器
物理天平(附砝码)、烧杯、温度计、酒精、蒸馏水、待测物。
仪器介绍
物理天平的构造如实图2-2所示，在横梁的中央和两端各有一个刀口(图中2)，中间的刀口安放在支柱顶端的刀垫上，刀垫用玛瑙或硬质合金钢制造，两端的刀口用于悬挂称盘，横梁上装有可以移动的游码(图中5)，用于称量1克以下的质量，(游码从横梁的左端移到右端相当于在右盘中加了1克的砝码)，横梁等分为10大格，每大格又分为5小格，因此，游码每移动一小格相当于在右盘中加20毫克的砝码，即这种天平的分度值为20毫克。常见物理于平的最大称量为0.5千克(即500克)。横梁中部还装有竖直向下的指针(图中7)，与支柱上的指针标尺(图中8)相对应，用以指示天平的平稳位置及灵敏度，指针的中间有一重心螺丝，它的位置在出厂时已经调整好了，不得任意去旋动它；横梁两侧还有用
实验内容与步骤：
1、用滑线式惠斯登电桥测量电阻Rx
①按图3接好电路，找老师检查电路。
②把检流计G的指针调零(要求把指针、零刻度线、指针在镜子的像的三线重合)。
③读出待测电阻的标称值，填到记录表格左上角的格中，然后选取R0的大小与待测电阻的标称值成一定的比例(例如取1:1)。
④接通电源，将触头D由AC线的中点稍向右端(或左端)移动，并轻快地按一下D键(一触即离)，同时注意观察检流计指偏转方向，然后把触头D由AC中点稍向左端(或右端)移动，若按下触头D时，检流计指针偏转与上一不同，说明电路正常，可以进行实验。
(必须是Rx邻近的一个电阻)，而其它两个电阻只需知道它们的比值就能求得未知的电阻了。通常称R2、R3为比例臂，R0为比较臂(或R0、R3比例臂，相应的R2为比较臂)。所以，电桥由四臂(测量臂，比较臂和比例臂)及检流计，电源三部分组成。与检流计串联的限流电阻RG和开关KG的作用是在调节电桥平衡时保护检流计，不使其在长时间内有较大的电流流过而遭损。随着电桥的逐渐趋于平衡，RG的值可相应减小，直至为零，此时KG可较长时间接通。
空瓶质量m1(g)
Δm1(g)
充满液体时的质量为m2(g)
Δm2(g)
充满蒸馏水时的质量为m3(g)
Δm3(g)
计算：ρ液=ρ水(m2-m1)/(m3-m1)
误差：
结果为：ρ液=
实验二惠斯通电桥测电阻
实验目的
1、了解直流电桥测电阻的基本原理及使用方法；
2、学会组装电桥，并用之测量电阻。
3、学会使用箱式电桥测量电阻
平均值
Rx(Ω)
(Ω)
误差ΔRx(Ω)
(Ω)
计算公式：正反接换臂前Rx=(l1/l2)·R0正反接换臂后Rx=(l2/l1)·R0，根据误差公式(1-1)知ΔRx=Rx- ，根据误差公式(1-7)知： 为四个 的平均值。
结果表示为：Rx±ΔRx=
2、用箱式电桥测量8个电阻(先要看清仪器盒盖内外的说明再进行测量)记录好待测电阻标称值的大小
实验仪器
直线电桥、直流电源、检流计、电阻箱、QJ23a型直流单臂电桥、待测电阻、开关和导线等。
实验原理
电桥电路简称电桥，四个电阻R0、R1、R2、R3(称为桥臂)接成一个闭合导体系统(如图1)。这系统的两个对角互相连接，且在一对对角之间接入检流计G、限流电阻RG和开关KG，而在另一对角间接入电源、开关KE和限流电阻RE，就构成了所谓的“桥路”。如果各电阻任意选定的，那么桥路b,d两端的电压并不相等，检流计中就会有电流流过，显示桥路不平衡，
2、提高惠斯通电桥灵敏度的方法主要是选用灵敏度高的检流计，其次是选择合适的比率，适当提高电压。
3、用惠斯通电桥测量中等阻值的电阻，当电桥平衡时，Rx=(R2/R3)R0，下列因素中影响R0测量误差的原因是：
A．电源电压有微小变化；B．R2、R3和R0的阻值不准确；
C．接触电阻及接线电阻过大；D．温度变化的影响；
实验原理
式中T为单摆的摆动周期，l为悬点到小球质心的距离，g为当地的重力加速度。
实验内容
1.用误差均分原理设计一单摆装置，测量重力加速度，测量精度要求 <1%
2.对重力加速度g的测量结果进行误差分析和数据处理，检验实验结果是否达到设计要求。
3.自拟实验步骤研究单摆周期与摆长、摆角、悬线和质量和弹性系、空气阻力等因素的关系，试分析各项误差的大小。
m1、m2可利用内容1的结果
m1(g)
Δm1(g)
m２(g)
Δm2(g)
m3(g)
Δm3(g)
t℃
Δt℃
ρ水(kgm-3)
计算：ρ酒精=ρ水(m1－m3)/(m1－m２)
误差：
结果酒精的密度为：ρ酒精=
3、用比重瓶法测量液体的密度。
设空比重瓶的质量为m1，充满密度为ρ液待液体时的质量为m2，充满和该液体同温度的蒸馏水时的质量为m3，比重瓶在该温度下容积为V，则
参照上述“1”去测g。
提示：用这样粗的摆线去测g，其影响也不严重，还要细心去测才能感受到粗线的影响。
3、考查空气浮力对测g影响
在单摆理论中未考虑空气浮力的影响。实际上单摆的锤是铁制的，它的密度远大于空气密度，因此在上述测量中显示不出浮力的效应。
实验内容与步骤：
(1)熟悉物理天平的结构原理及其使用方法和操作规程。调整天平的水平，并检测其零点和灵敏度C。记录天平的感量：
1、由静力称衡法求固体铜的密度
计算公式：ρ铜=ρ水m1/(m1－m２)
式中：m1—待测物在空气中的质量m２—待测物在水中称衡的质量ρ水—当时水温度下水的密度
测得：
m1(g)
Δm1(g)
物理天平的操作步骤如下：
1、调节底座螺丝，直到水平仪中的气泡位于水平仪中间，则说明天平座位水平了、支柱铅直和刀垫水平了。
2、调节零点，把称盘挂在横梁两侧的刀口上，并把游码放在零位，然后将止动旋钮(图中16)顺时针方向旋转支起横梁，用水平调节螺丝调好天平的平衡，调整后即把止动旋钮逆时针转动复位，放下横梁。
4.自拟实验步骤用单摆实验验证机械能守恒定律。
实验重点
根据测量精度的要求，用误差均分原则选用适当的仪器和测量方法。
参考实验步骤
1、重力加速度g
对摆长为 的单摆，测量在 的情况下，连续摆动n次的0.5%。
提示：
(1)摆长 应是摆线长加小球的半径(如右图)。l=(x2－x1)－(d/2)
(2)球的振幅小于摆长的 时， 。
设空比重瓶的质量为m1，充满密度为ρx3待液体时的质量为m2，充满和该液体同温度ρx3=(m2-m1)/V，V=(m3-m1)/ρ0
ρx3=ρ0(m2-m1)/(m3-m1)(2-6)
ρ0可根据实验时的水温从附表中查出，由上式即可求出待液体的密度ρx3。
(3)握停表的手和小球同步运动，测量误差可能小些。
(4)当摆锤过平衡位置 时，按表计时，测量误差可能小些。
(5)为了防止数错n值，应在计时开始时数“零”，以后每过一个周期，数1，2，…..，n。
2、考查摆线质量对测g的影响
按单摆理论，单摆摆线的质量应甚小，这是指摆线质量应远小于锤的质量。一般实验室的单摆摆线质量小于锤的质量的0.3%，这对测g的影响很小，在此实验的条件下是感受不到的。为了使摆线的影响能感受到，要用粗的摆线(如用保险丝类)，每米长摆线的质量达到锤的质量的1/30左右；
序数
1
2
3
4
5
6
7
8
平均值
平均值标准差
倍率示数
测量盘示数
待测电阻实测值
注意：测量盘示数必须有四位数，即大于1000Ω，因此测量前要根据待测电阻称值考虑好比例臂和倍率该选多大值，根据待测电阻标称值=测量盘示数×倍率，把测量盘示数和倍率预置好才开始测量。
思考题：
1、用惠斯通电桥测电阻时，选择恰当的比率K的原则是保证有4位有效数字。比如，用本实验QJ23型直流电桥测约1 102Ω的电阻，应该使比率K 0.1。
m２(g)
Δm2(g)
t℃
Δt℃
ρ水(kgm-3)
误差：
结果得铜的密度为：ρ=
2、用静力称衡法测液体密度