大学物理实验讲义 - 图文

大学物理实验 李锦茴 编写 许兰 张云 改编 湖南第一师范学院

目 录

绪 论?????????????????????????1 测量误差与数据处理知识?????????????????4 实验一 大学物理仿真实验???????????????20 实验二 物质密度的测量????????????????21 实验三 气轨上的实验?????????????????24 实验四 杨氏模量的测量????????????????30 实验五 金属体膨胀系数的测量?????????????33 实验六 水的汽化热的测定???????????????36 实验七 液体表面张力系数的测量????????????38 实验八 电热法热功当量的测量?????????????41 实验九 声速测定???????????????????44 实验十 示波器的原理和使用??????????????50 实验十一 金属材料温差电势的研究????????????61 实验十二 模拟法描绘静电场???????????????64 实验十三 电学元件伏安特性的测量????????????66 实验十四 太阳能电池基本特性的研究???????????69 实验十五 霍尔效应的研究????????????????74 实验十六 迈克耳逊干涉仪的使用?????????????78 附 录?????????????????????????83

绪论

绪 论

§1 物理实验课的意义、任务及教学环节

物理学是一门实验科学。首先，物理学中已知的成熟的理论都有严格的实验基础，或者说都能用实验进行验证。另外，通过实验人们将不断发现新的问题，从而促进理论的进一步发展。当然，人们在物理理论的研究中也会作出一些新的假设，预言一些新的结果，这些假设和结果最终还是要在实验中进行验证以判断它们的正确性。由此可见物理实验是物理这门学科的基础和重要组成部分。回顾物理学发展史，不论是经典物理还是近代物理，都有许多由于对实验的研究而有力地推动了物理学发展的光辉事例。可以说物理学的每一次发展都与实验联系在一起。例如，由于法国物理学家库仑测量电荷之间作用力的扭秤实验而得出的库仑定律是整个电磁学的基础；英国的托马斯2杨和法国人菲涅耳的干涉实验及衍射实验为光的波动学说奠定了基础；由于对黑体辐射的实验事实的研究，法国物理学家普朗克给出了黑体辐射定律并提出了能量量子化的概念，从而也就诞生了量子力学；又如1919年英国的爱丁顿拍出日全蚀照片用来分析光线在太阳附近的弯曲情况从而证实了爱因斯坦在1915年提出的广义相对论；著名的美籍华裔科学家杨振宁、李政道提出了弱相互作用宇称不守恒；也是由于实验物理学家吴健雄用实验验证以后才获得1957年度的诺贝尔奖金；科学巨人牛顿、爱因斯坦等都具有十分高超的实验技术；可以说物理学的发展史也就是一部物理实验的发展史。在过去的年代中特别是近300年以来，物理学的前辈们为物理学的发展作出了巨大贡献，有的为此耗尽了毕生精力。例如英国的焦耳为了测定热功当量的值前后用了近40年的时间。有的甚至还献出了自己的生命，例如俄国的李赫曼在1753年进行大气电实验时触电身亡。我们学习大学物理实验这门课程时不仅可以学习前辈们创造的丰富巧妙的实验方法，接触各种各样的实验仪器，掌握一些基本的实验技能，还可以培养自己脚踏实地、实事求是的科学研究作风。不仅能使学生获得物理实验这门课程完整系统的知识，还可使他们为其它学科的学习打下良好的基础。

对于理工科院校学生，物理实验课的主要任务可以大致归纳如下：

1、通过对实验现象的观测和分析，学习物理实验知识，加深对物理理论的理解。 2、培养与提高学生独立思考和初步的科学研究能力。如：阅读实验教材或说明书、参考资料等；作好实验前的准备；能够借助教材和仪器说明书正确使用常用仪器；运用物理学理论对实验现象进行初步的判断与分析；正确记录和处理实验数据、绘制曲线、说明实验结果；撰写合格的实验报告、建立有效数字和误差处理的正确概念以及自行设计和完成某些不太复杂的实验任务等。

3、培养学生实事求是的科学态度、严谨踏实的工作作风、勇于探索的钻研精神以及养成在实验室工作的良好习惯。

4、通过实验课使学生具备一定的动手能力。例如：熟悉一些常用仪器的使用；掌握一些基本的实验技能，如水平、垂直的调节，光路的共轴、视差消除的调节，电路中的限压、

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分流方法的使用等；以及实验中遇到的一些问题和故障的处理和排除等。 为完成以上任务，学生应重视物理实验学习的三个重要环节：

1、实验预习环节。课前要仔细阅读实验讲义有关章节和其它参考资料，了解实验目的，弄清实验内容，要测试什么；弄懂原理，采用什么实验方法。对实验中使用的仪器或装置要阅读教材中有关仪器部分，了解使用方法和注意事项，并设计数据记录表格，在此基础上简单明了地写出预习报告。预习报告使用统一的预习报告纸书写。预习报告内容包括：实验名称、目的、原理、仪器、数据记录表格和拟定的实验步骤。预习思考题要做在预习报告上。不清楚的问题也可写在预习报告上。

实验能否进行，能否获得预期的结果，很大程度上取决于预习是否充分。因此，每次做实验前一定要预习。每次实验前，教师将检查预习报告，没有达到要求者，将不允许做实验。 2、实验的课堂环节。学生进入实验室后应遵守实验规则。大学物理实验是一门独立的课程，每次上课时教师都对本次实验的原理、内容、操作、数据处理、误差的分析比较等作一简短的讲述，学生应认真听讲，并应尽量将该注意的事项记下来。动手做实验时要按要求布置仪器，有些实验可能要经老师检查后才能继续进行。对于电磁学实验要注意连线正确，特别要注意电源正负极，电流表在电路中连接的正确性。要按规定步骤操作仪器、注意细心观察实验现象。遇到问题时先要判断、思考、找出解决问题的办法，或者报告教师而得到帮助。应小心爱护各种仪器，不得擅自处理仪器故障，记录数据时要求用钢笔或圆珠笔填在预习报告的表格中。不得随意涂改数据，对于错误的数据，应将其轻轻划上一道杠，将正确的写在旁边。不要将数据乱记后再誊写，因为这样就不是真正的原始数据了。实验完毕后，一定要先交教师检查签字后再整理仪器离开实验室。

3、写出合乎要求的实验报告。每个实验结束后，要及时写出实验报告，报告一律采用学校统一的实验报告纸书写。实验报告的格式要求见下节。报告应简明整洁，严禁抄袭他人的文字、数据及结果，报告中要对数据重新列表并将其誊写清楚。要将教师签字后的预习报告和实验报告一并交来。实验报告应在实验后一周内交任课教师。

§2 实验报告的格式要求 一、实验名称。

二、实验目的(注意不要将通过本实验应达到的实验要求作为实验目的。例如杨氏模量的测定这一实验的目的就是测量钢丝的杨氏模量)。

三、实验仪器、器材等(仪器应写明型号规格、计量用的仪器应标明精度等级)。 四、实验原理(用自己的语言简明扼要地叙述本实验的原理及依据，该作图时应作图)。 五、实验步骤及注意事项。

六、实验数据及处理(写数据时应列表，制表的原则是“成行成列，一目了然”。同一量的数据应成纵列以便于比较。处理数据时要求写出关键式，最后要以正确的方式写出实验结果)。

七、体会(讨论或答思考题)。

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§3 实验室规则

一、必须认真预习实验讲义。上课前应带好事先完成的预习报告，经教师检查后才可进行实验、检查不合要求者不得做实验。

二、按时进入实验室，按编定组次就位，将上次实验报告交给老师，按配物单检查实验设备，器具物品不符或短缺即请教师更换补齐。

三、爱护仪器，实验中严格按规定方法使用仪器，未经教师允许，不得挪用其他组器具，更不得携出室外，如有损坏照章赔偿。

四、使用电源时，须经教师检查线路后才能接通电源。 五、严肃认真，一丝不苟地完成每一实验。

六、实验完毕，经教师审查数据并签字后，整理好仪器，方可离开实验室。

七、实验室不许大声喧哗、闲谈、抽烟、随地吐痰。每次最后离开的两名学生应将室内卫生打扫干净。

§4 物理实验课成绩考核办法

一、《物理实验》是高校工科各专业学生必修的主要基础课之一。凡参加本课程学习的学生，必须通过严格的考核，考核成绩由实验室上报教务处。

二、本课程所有实验项目完成以后．进行抽考。每班抽5人左右，参加考试的同学最终成绩以考试成绩为准；未参加考试同学的最终成绩以平时单个实验的平均成绩计算(但其中有三个实验不及格或缺做一个实验者均不及格)，考核成绩均以优、良、中、及格与不及格等区分。

三、单个实验成绩的考核、按照预习情况(10%)、实验操作(35％)、实验结果(15％)、回答问题（10％)、实验报告(25％)、文明卫生纪律(5％)等， 分步逐项考核计分。其方式可灵活多样、但必须统一要求和标准。

四、抽考的内容分实验操作和有关实验的基本理论知识两部分。范围为已做过的实验项目和绪论课内容。抽考方法仍然是随机抽签。

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