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普通物理实验(一)

 

课程编码:0622008

学时:48

学分:1

课程属性:独立设课

开课单位:物理学院  物理基础实验教学中心

先修课程:无

 

一、实验性质

物理学是一门实验学科,是理科各专业的奠基学科。物理实验课是培养学生实践能力和创新能力的主要途径,是理工科各专业特别是物理专业学生的一门主干必修基础课。普通物理实验教学与普通物理理论课课堂教学相配合,使学生理论学习与实践相结合,逐步培养学生用实验方法观察研究物理现象和规律的能力。作为实验物理基础的普通物理实验课是师范院校物理专业独立设置的一门重要基础课。

普通物理实验(一)课程是后续普通物理实验课、近代物理实验课及其他专业实验课的基础。课程选取物理思想清晰、设计思想精巧、实验方法典型的一组实验,着重使学生掌握实验的基础知识、基本方法和基本技能,通过对物理量的测量和物理规律的研究,使学生理解和掌握基本物理实验的设计思想、基本的实验方法,掌握基本仪器原理及构造,并会正确使用,正确地选择仪器和应用有效数字进行数据处理和误差分析。

二、实验教学目的和要求

学习实验误差、有效数字及数据处理的基本知识,主要任务学习长度、时间、质量、温度及电流等基本物理量的测量方法和相应的基本测量仪器及助视光学仪器的操作使用。使学生接受初步的系统训练,尤其是基本操作与实验素养的训练,为以后学习打下一个良好的基础。其目的要求有:

1.使学生在物理实验的基本知识、基本方法和基本技能方面受到基本的训练,使学生具有初步的科学实验能力。

2.通过对实验现象的观察分析,从理论与实践的结合上加深对物理基本概念和规律的认识。

3.培养学生严肃认真,实事求是的科学态度和作风。

三、实验误差和数据处理的相关理论

主要介绍误差和数据处理的基本知识,可在两年内分段学习,第一阶段主要掌握实验和理论之间的关系,物理实验的地位和作用,开设实验课的目的和基本任务,实验室的基本要求和做实验的基本程序。主要学习测量和误差、偏差、标准偏差、不确定度、有效数字等基本概念和相关知识,掌握减小系统误差、剔除粗大误差、估算随机误差的方法,学会直接测量结果和间接测量结果随机误差、标准偏差和不确定度的计算、传递、合成方法以及应用。利用不确定度和有效数字的知识,掌握测量结果最终的科学、规范的表达方式。学习列表法、图示法等科学的数据记录和表达方式,掌握图解法和逐差法等处理数据的方法。第二阶段主要介绍数据处理的回归分析法。第三阶段,在前期实验基本技能训练的基础上,可综合系统地应用前面学习的知识,介绍一些基本的提高实验基本的设计思路和方法。

绪论学习时间为3—4个单元,学习内容有:

   1  绪言

  1.1 物理实验的地位和作用

  1.2 普通物理实验课的目的和任务

  1.3 基础物理实验课的基本程序和要求

   2  测量误差的基本知识

  2.1 测量及误差

  2.2 直接测量结果偶然误差的估算(多次等精度和单次测量)

  2.3 间接测量结果偶然误差的估算

  2.4 误差传递公式在误差分析和实验设计中的应用

  2.5 粗大误差中坏值的剔除

  2.6 测量不确定度和测量结果的表示

   3 有效数字及运算规则

   4 实验数据处理基本方法

   4.1 列表法

   4.2 图示法

   4.3 图解法

   4.5 平均法

   4.6 遂差法

   5 回归分析法(最小二乘法)

   5.1 最小二乘法的历史、地位和作用

   5.2 一元线性回归及最小二乘法的原理

   5.3 一元线性回归方程的精密度和相关系数

   5.4 回归分析法的运算步骤和实例分析

   5.5 二元线性回归和非线性回归

四、实验项目名称和学时分配

实验项目编号

实验项目名称

学时

分配

实验类型

每组

人数

必开/选开

0622008001

长度和体积的测定

3

技能训练性

1

必开

 

0622008002

固体和液体密度的测量

3

技能训练性

1

必开

 

0622008003

空气密度的测定

3

技能训练性

1

必开

 

0622008004

规则物体密度测定实验设计

3

技能训练性

1

必开

 

0622008005

单摆运动规律的研究

3

技能训练性

1

必开

 

0622008006

速度和加速度测量

3

技能训练性

1

必开

 

0622008007

碰撞规律的研究

3

技能训练性

1

必开

 

0622008008

扭摆法测量刚体的转动惯量

3

技能训练性

1

必开

 

0622008009

金属线胀系数的测定

3

综合性

1

必开

 

0622008010

物体惯性质量测量的实验研究与设计

3

设计性

1

必开

 

0622008011

混合物成分测定

3

综合性

1

必开

 

0622008012

金属材料杨氏模量测定

3

综合性

1

必开

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

注:1.实验类型指技能训练性、演示性、验证性、综合性、设计性等实验;

2.实验项目编号规则:共10位,第1-7位为课程编码,第8910位为流水号

 

五、实验项目具体内容

实验项目1

长度和体积的测定

实验目的:

1、掌握游标卡尺、螺旋测微器(千分尺)和读数显微镜的原理和使用方法。

2、学习用上述三种仪器分别测量空心圆柱体、钢球和钢板尺上一条刻线的宽度。

3、学习间接测定量不确定度的估算和测量结果的科学规范表示。

主要仪器:

游标尺、千分尺、读数显微镜、空心圆柱体、钢球、钢板尺。

实验内容:

1、用游标卡尺测量空心圆柱体体积。

2、用螺旋测微器测定钢球体积。

3、用读数显微镜测量钢板尺刻度或刻线的宽度。

教学方式:

预习、讲授与学生操作相结合。

预习要求:

阅读教材,明确实验目的,搞清实验原理和测量方法,初步了解所用量具、仪器、装置的主要结构、性能、读数原理及使用方法,写出简明扼要的预习报告。

 

实验项目2

固体和液体密度的测量

实验目的:

1、了解物理天平的构造原理,掌握它的使用方法。

2、学会用流体静力称衡法测定固体或液体的密度。

3、了解用比重瓶测定小颗粒固体或液体密度的原理和方法。

4、学习如何从仪器上正确的读取数据、记录数据以及处理数据,并熟练掌握直接测量和间接测量物理量的不确定度计算。

主要仪器:

物理天平、温度计、待测固体和液体、玻璃烧杯、细线、比重瓶等。

实验内容:

1、  首先了解熟悉物理天平的构造,按操作步骤调节好天平,根据物理天平的正确使用方法称出物体的质量。

2、  用流体静力称衡法测量铜块、石蜡、酒精(或盐水)的密度。

3、  用比重瓶法测量盐水(或酒精)、不规则小金属粒的密度。

教学方式:

以学生自主操作(提前预习、现场演练)与教师临阵指导相结合。

预习要求:

阅读教材,明确实验目的,搞清实验原理和测量方法,初步了解所用量具、仪器、装置的主要性能及使用方法。写出简明扼要的预习报告。

 

实验项目3

    空气密度的测定

实验目的:

1、学习测定空气密度的比重瓶法。

2、学习用分析天平、电子天平进行较为精细的质量称衡。

3、学习掌握气压计、干湿球温度计的使用方法。

主要仪器:

真空系统,定容瓶,物理天平,电子分析天平,福廷式气压计,干湿球湿度计等。

实验内容:

1、将空气比重瓶抽成真空。

2、测定真空比重瓶质量和放入空气后的瓶气总质量。

3、测实验时的室温、大气压及相对湿度。

教学方式:

预习、讲授与学生操作相结合。

预习要求:

阅读教材,明确实验目的,搞清实验原理和测量方法,初步了解所用量具、仪器、装置的主要性能及使用方法。写出简明扼要的预习报告。

 

实验项目4

规则物体密度测定实验设计

实验目的:

1、对学生进行基本测量仪器和实验方法的综合训练。

2、通过自拟实验方案,对学生进行误差理论基本知识(误差传递公式在误差分配和实验设计中的应用)的加深巩固和提高。

主要仪器:

游标尺、千分尺、读数显微镜,物理天平,电子天平。

实验内容:

1、槽码密度的测定。

2、细金属线密度的测定。

教学方式:

预习、讲授与学生操作相结合。

预习要求:

阅读教材,明确实验目的,搞清实验原理和测量方法,初步了解所用量具、仪器、装置的主要性能及使用方法,写出简明扼要的预习报告。

 

实验项目5

用单摆测重力加速度以及单摆周期与摆角的关系

实验目的:

1、了解测重力加速度的原理,利用单摆测重力加速度。

2、掌握周期的测定方法,验证单摆的摆长与周期的关系。

3、练习坐标作图处理数据。

主要仪器:

单摆实验装置一套、米尺、游标卡尺、电子秒表等。

实验内容:

1、测量摆长。

2、测量摆动周期。

3、计算重力加速度。

4、作T2L关系曲线图,由作图求解g

5、作Tθm关系曲线。

教学方式:

以学生自主操作(提前预习、现场演练)与教师临阵指导相结合。

预习要求:

阅读教材,明确实验目的,搞清实验原理和测量方法,初步了解所用量具、仪器、装置的主要性能及使用方法。写出简明扼要的预习报告。

 

实验项目6

速度和加速度测量

实验目的:

1、掌握气垫导轨和电脑通用计数器的使用方法。

2、学会在气垫导轨上测量速度与加速度。

主要仪器:

气垫导轨、MUJ-6B型电脑通用计数器、滑块、游标卡尺、挡光片、电子天平等。

实验内容:

1、打开气源检查导轨是否水平。

2、测滑块运动的速度。让装有条形和U形挡光片的滑块分别以较小的速度、中等的速度、较大的速度通过二光电门,并记录对应的通过时间,测6组时间值。分析两种方法记录速度的区别,与通用计数器上读出的速度值进行比较,进而熟练掌握通用计数器的计时测速原理。

3、测滑块运动的加速度。

(1) 用游标卡尺测垫块的高度,利用导轨上的米尺测导轨两支脚间的距离,各测1组值。

(2) 利用式值,重复测6组。

(3) 利用式值,各测6组。实验时保证滑块从导轨同一高度处下滑,初速度保证为同一常数,对上述两公式的测量结果分别用逐差法进行加速度的计算。

教学方式:

采取以学生双人一组、互相配合实验为主,教师课堂讲授为辅的教学方式,着重让学生了解并掌握气垫导轨实验的特点及电脑通用计数器的使用方法。

预习要求:

要求在实验前先熟悉教材有关电脑通用计数器的内容,了解速度和加速度的测量方法,按格式写出预习报告。

 

实验项目7

碰撞规律的研究

实验目的:

1、熟悉碰撞过程,验证动量守恒定律和机械能守恒定律。

2、了解完全弹性碰撞和完全非弹性碰撞的特点。

3、进一步熟练掌握气垫导轨和通用计数器的使用方法。

主要仪器:

气垫导轨、MUJ-6B电脑通用计数器、两个滑块及碰撞弹簧、尼龙搭钩等。

实验内容:

1、调节气轨水平。

2、观察并测量完全弹性碰撞。一共测量6组。

3、观察并测量完全非弹性碰撞。一共测量6组。

教学方式:

采取教师先进行课堂讲授和实验演示,学生随后操作实验并体会实验过程的教学方式,着重让学生研究并分析在气垫导轨上进行碰撞实验的条件、特点及操作方法。

预习要求:

要求在实验前先熟悉教材有关完全弹性碰撞和完全非弹性碰撞的内容,了解碰撞的测量方法,按格式写出预习报告。

 

实验项目8

扭摆法测量刚体的转动惯量

实验目的:

1、熟悉扭摆的构造及使用方法,测定扭摆的设备常数(弹簧的扭转系数)K

2、用扭摆测量几种不同形状刚体的转动惯量,并与理论值进行比较。

3、验证转动惯量的平行轴定理。

主要仪器:

扭摆装置及其附件(塑料圆柱体等)、数字式计时仪、数字式电子天平、钢直尺、游标卡尺。

实验内容:

1、熟悉扭摆的结构及数字式计时仪的使用方法,调整扭摆基座底部螺钉,使水准泡中的气泡居中。

2、用数字式电子天平测量所有待测的质量。

3、用游标卡尺及钢尺分别测量各待测物体的几何尺寸。

4、装上金属载物盘,测量其10次摆动所用时间,测6次。

5、将塑料圆柱、金属圆筒分别同轴地垂直放于载物盘上,测量其10次摆动所用的时间,测6次。

6、取下载物盘,分别装上实心球及金属细杆,测量其10次摆动所用时间,测6次。

7、将两滑块对称地放置在细杆两边地凹槽内,质心离轴的距离分别为5.00cm10.00cm15.00cm20.00cm25.00cm,分别测量细杆6次摆动所用时间,验证平行轴定理。

教学方式:

以学生自主操作(提前预习、现场演练)与教师临阵指导相结合。

预习要求:

阅读教材,明确实验目的,搞清实验原理和测量方法,初步了解所用量具、仪器、装置的主要性能及使用方法。写出简明扼要的预习报告。

 

实验项目9

    金属线胀系数的测定

实验目的:

1、测定固体样品的线胀系数,了解线胀系数的概念并进行实际测量。

2、了解温度传感器的特性,对温度传感器温度、输出特性进行具体的测量。

3、了解掌握测微小位移的一种方法——数字千分表测量方法。

主要仪器:

SDT—2000金属线膨胀系数测定仪。

实验内容:

测量铜、铝、铁管的线胀系数a值。

教学方式:

预习、讲授与学生操作相结合。

预习要求:

阅读教材,明确实验目的,搞清实验原理和测量方法,初步了解所用量具、仪器、装置的主要性能及使用方法。写出简明扼要的预习报告。

        

实验项目10

物体惯性质量测量的实验研究与设计

实验目的:

1、掌握用惯性秤测定物体惯性质量的原理和方法。

2、学习惯性秤的定标和使用方法。

3、研究物体的惯性质量与引力质量之间的关系。

4、讨论惯性秤的灵敏度。

5、研究重力对振动周期的影响。

主要仪器:

惯性秤、周期测定仪、定标用标准质量块(10)、待测圆柱体(2)、细线1根。

实验内容:

1、调节惯性秤平台水平,用水平仪调节秤台水平。

2、对惯性秤定标,做出定标曲线。用周期测定仪先测量空载()时的振动周期,将具有相同惯性质量的片状砝码依次增加放在秤台上,测出相应的周期(或)曲线,此即为定标曲线。横坐标取为砝码的个数,纵坐标取测量的周期。

3、测某待测物体惯性质量时,只要测定了其放在空秤上振动时的周期,即可从定标曲线上找出与之对应的惯性质量值取下10个砝码,分别将大圆柱体、小圆柱体放入秤台圆孔中,分别测定惯性秤周期,记录数据,并将它们的引力质量也记入表中。

4、讨论惯性秤的灵敏度

定义为惯性秤的灵敏度,它表示惯性秤分辨质量微小变化的能力。由定标曲线()上的某一点求惯性秤的灵敏度,和灵敏度关系式结合起来分析提高惯性秤灵敏度的方法。

5、研究重力对惯性秤测量精度的影响

    (1)水平放置惯性秤,待测物(大圆柱体)通过长约50cm的细线铅直悬挂在秤台的圆孔中(注意应使圆柱体悬空,又尽量使圆柱体重心与秤台中心重合),此时圆柱体的重量由吊线承担,当秤台振动时,带动圆柱体一起振动,测定其振动周期。

(2)垂直放置惯性秤,使秤在铅直面内左右振动,依次插入砝码,测定相应质量所对应的周期

教学方式:

采取以学生实验为主,教师课堂讲授为辅的教学方式,着重让学生了解并掌握惯性质量和引力质量的区别以及测量方式的差异。学会用惯性秤测量物体的惯性质量,并学会定性讨论重力对惯性秤的影响。

预习要求:

要求在实验前先熟悉教材的有关内容,重点了解惯性质量的相关知识,按格式写出预习报告。

 

实验项目11

     混合物成分测定

实验目的:

学习了解和掌握鉴定物质纯度,分析材料成份的方法。

主要仪器:物理天平、比重瓶、烧杯、铜铝(铜蜡、铅蜡、铅铅)混合物等。

实验内容:

1、铜铝混合物成份(质量比、体积比)的测定。

2、铜蜡混合物成份(质量比、体积比)的测定。

3、铅蜡混合物成份(质量比、体积比)的测定。

4、铝铅混合物成份(质量比、体积比)的测定。

教学方式:以学生综合设计实验,独立完成实验为主,教师指导检查实验进展为辅的方式。

预习要求:要求学生提前设计好实验方案,熟悉仪器,写出预习报告。

 

实验项目12

     用静态拉伸法测金属丝的杨氏模量

实验目的:

1、  学会用光杠杆放大法测量长度的微小变化量,学会使用望远镜。

2、  掌握用伸长法测定金属丝的杨氏模量。

3、  学习用逐差法处理数据。

主要仪器:

    杨氏模量测定仪、望远镜尺组、千分尺、钢卷尺、钢板尺等。

实验内容:

1、安装并调节仪器,使底座水平;反射镜的镜面与金属丝平行;调节镜面使望远镜中能清晰看到直尺刻线。

2、记录此时直尺上的刻线读数n

3、逐次增加砝码,并记下相应的直尺读数(6-8次),然后再将砝码逐个取下,记录相应的读数,求出对应数据的平均值

4、测量光杠杆镜面到标尺的距离D、光杠杆常数b、金属丝的直径d和长度L,每个物理量测量6次,求其平均值。

5、用逐差法求杨氏模量E的值,并计算合成不确定度,正确表达结果。

教学方式:

采取教师课堂讲授、学生自行调节望远镜尺组成像和测量相结合的教学方式,着重让学生了解光杠杆微小物体放大的原理,学会调节望远镜成像并进行测量,在实验过程中,由于光杠杆镜面到标尺的距离较远,需要两个同学相互配合测量D和加、减砝码,在整个过程中,独立操作实验和相互合作完成实验的能力同时进行了培养。

预习要求:

要求在实验前先熟悉教材的有关内容,重点了解惯性质量的相关知识,按格式写出预习报告。

六、实验课考核方式

1、实验报告

实验报告是实验完成后的书面总结,是把感性认识转化为理性认识的过程,是培养表达能力的主要环节。认真书写实验报告,不仅可以为撰写科研报告和科学论文打基础,而且可以提高组织材料和写作能力,这是其他理论课程无法替代的。

物理实验报告一般包括以下几项内容:

实验名称

实验目的(或要求)

实验仪器用具

实验原理  简要叙述实验的物理思想和依据的物理规律,主要计算公式,电学和光学实验应画出相应的电路图和光路图。

数据表格及数据处理  把教师签字的原始数据如实地撰写在报告的正文中,写出计算结果的主要过程及误差或不确定度估算过程。进行数值计算时,要先写出公式,再代入数据,最后得出结果。若用作图法处理数据,应严格按作图要求,画出符合规定的图线。

误差分析或仪器改进  对实验可能引起的误差进行原因分析及定量计算,或对已有实验方法的改进、实验思路的延伸和仪器的拓展进行综合讨论。

实验总结或心得体会  讨论分析实验中的遇到的问题,写出自己的见解、体会和收获,提出对实验的改进意见等。讨论分析是培养分析能力的重要途径。

回答课后思考题  回答指定的问题。

附上实验时教师签字的原始实验数据

2、实验基本知识和数据处理的闭卷考试(满分100分)。

3、实验课的考核方式和成绩评定办法。

1)实验预习情况考核;

2)出勤和实验操作完成情况考核;

3)实验报告质量考核;

4)实验理论笔试考核或实验操作考核。

七、实验指导书以及主要参考书

[1] 吴俊林. 基础物理学实验. 西安:陕西师范大学出版社,2006.21

[2] 张进治. 大学物理学实验. 北京:电子工业出版社,2003.51

[3]   . 大学物理学实验. 合肥:中国电子科技大学出版社,2004.61

[4] 熊永红. 大学物理学实验. 武昌:华中科技大学出版社,2004.121


 

普通物理实验(二)

 

课程编码:0622009

学时:48

学分:1

课程属性:独立设课

开课单位:物理学院  物理基础实验教学中心

先修课程:普通物理实验(一)

 

一、实验性质

物理学是一门实验学科,是理科各专业的奠基学科。物理实验课是培养学生实践能力和创新能力的主要途径,是理工科各专业特别是物理专业学生的一门主干必修基础课。普通物理实验教学与普通物理理论课课堂教学相配合,使学生理论学习与实践相结合,逐步培养学生用实验方法观察研究物理现象和规律的能力。作为实验物理基础的普通物理实验课是师范院校物理专业独立设置的一门重要基础课。

普通物理实验(二)课程是后续普通物理实验课、近代物理实验课及其他专业实验课的基础。课程选取物理思想清晰、设计思想精巧、实验方法典型的一组实验,着重使学生掌握实验的基础知识、基本方法和基本技能,通过对物理量的测量和物理规律的研究,使学生理解和掌握基本物理实验的设计思想、基本的实验方法,掌握基本仪器原理及构造,并会正确使用,正确地选择仪器和应用有效数字进行数据处理和误差分析。

二、实验教学目的和要求

进一步系统学习实验误差、有效数字及数据处理的基本知识,通过学习长度、时间、质量、温度及电流等基本物理量的测量方法和相应的基本测量仪器及助视光学仪器的操作使用,使学生接受初步的系统训练,尤其是基本操作与实验素养的训练,为以后学习打下一个良好的基础。其目的要求有:

1.使学生在物理实验的基本知识、基本方法和基本技能方面受到系统的训练,使学生具有初步的科学实验能力。

2.通过对实验现象的观察分析,从理论与实践的结合上加深对物理基本概念和规律的认识。

3.培养学生严肃认真,实事求是的科学态度和作风。

4. 训练学生根据测量要求,选择仪器,设计实验方案完成实验的要求。

5. 训练学生在限定仪器和条件下,设计实验方案完成实验。

6. 训练学生根据实验的要求设计实验方案,组合实验装置,完成实验要求。

三、实验项目名称和学时分配

实验项目编号

实验项目名称

学时

分配

实验类型

每组

人数

必开/选开

0622009001

水从容器底部小孔排尽所需时间的研究

3

综合、设计性

1

必开

 

0622009002

弹簧振子周期经验公式的总结

3

综合、设计性

1

必开

 

0622009003

弦振动的研究

3

技能训练性

1

必开

 

0622009004

简谐振动的研究

3

验证、综合性

1

必开

 

0622009005

声波在空气中传播速度的测定

3

验证、综合性

1

必开

 

0622009006

电热当量和冰熔解热的测定

3

验证、综合性

1

必开

 

0622009007

量热学实验散热误差的研究分析

3

技能训练性

1

必开

 

0622009008

空气比热容比的测定

3

验证、综合性

1

必开

 

0622009009

用落球法测定液体的粘滞系数

3

验证、综合性

1

必开

 

0622009010

冷却法测金属比热容

3

验证、综合性

1

必开

 

0622009011

良导体导热系数的测定

3

技能训练性

1

必开

 

0622009012

毛细管法测定液体的表面张力系数

3

验证、综合性

1

必开

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

注:1.实验类型指技能训练性、演示性、验证性、综合性、设计性等实验;

2.实验项目编号规则:共10位,第1-7位为课程编码,第8910位为流水号

 

四、实验项目具体内容

实验项目1

容器排水规律的研究(水从容器底部小孔排尽所需时间的研究)

实验目的:

1、学习由实验结果总结物理规律的基本方法。

2、通过实验确定容器排水的经验公式。

3、学会用最小二乘法处理数据。

主要仪器:

六个直径相同、底部开有不同小孔的圆筒形容器、电子秒表、游标卡尺、直尺。

实验内容:

1、先保持所有容器水的高度H0不变,测量不同孔径的容器排净水所需要的时间T

2、先保持所有容器孔径D0不变,测量相同孔径的容器,不同高度水排净所需要的时间T

3、作H0T曲线图,用最小二乘法处理数据。

4、作D0T曲线图,用最小二乘法处理数据。

5、合并H0TD0T的函数,最后得出容器排水的规律函数。

教学方式:

以学生自主操作(提前预习、现场演练)与教师临阵指导相结合。

预习要求:

阅读教材,明确实验目的,搞清实验原理和测量方法,初步了解所用量具、仪器、装置的主要性能及使用方法。写出简明扼要的预习报告。

 

实验项目2

弹簧振子周期经验公式的总结

实验目的:

1、学会使用焦利氏秤测弹簧的弹性系数。

    2、掌握曲线改直(非线性变线性)方法。

    3、总结弹簧振子周期的经验公式。

主要仪器:

弹簧振子、焦利氏秤、弹簧、砝码、秒表。

实验内容:

1、观察周期T与弹簧振子质量m、周期T与弹簧劲度系数K、周期T与振幅A的关系。

2、在一定条件下,进行定量测量。

    3、作图,确定待定常数。

    4、写出弹簧振子的周期式。

教学方式:

预习、讲授与学生操作相结合。

预习要求:

阅读教材,明确实验目的,搞清实验原理和测量方法,初步了解所用量具、仪器、装置的主要性能及使用方法,写出简明扼要的预习报告。

实验项目3

弦振动的研究

实验目的:

1、  观察固定均匀弦振动传播时形成驻波的波形。

2、  了解固定均匀弦振动的传播规律。

3、  测量在均匀弦线上横波的波长、波速及均匀弦线的线密度。

主要仪器:

XZDYB型固定均匀弦振动仪,主要包括频率计、钩码、米尺、磁铁、劈尖和金属丝(弦线)。

实验内容:

1、根据均匀弦振动产生驻波的条件,调节劈尖AB之间的距离,使弦线上依次出现单段、两段及三段驻波,测量对应的弦长,求弦线线密度的平均值。

2、保持频率f 不变,改变张力T 的大小,在各张力的作用下调节弦长L,使弦上出现n 1n 2个驻波段,共测六组,根据相应的T n L值求波速。和理论计算的波速值进行比较,得出张力对波速变化的影响规律。

3、保持张力T 不变,改变频率f 的大小,使f 50HZ开始,取等间隔变化的六组频率,调节弦长L ,使弦上出现n 1n 2个驻波段,记录相应的f n L值求波速。和理论计算的波速值进行比较,得出频率对波速变化的影响规律。

4、重复内容2,根据已知各参数,求弦振动的频率f 并与频率计显示的频率比较,计算百分误差。

教学方式:

采取以学生单人单组、独立操作实验为主,教师课堂讲授为辅的教学方式,着重让学生观察并分析驻波在弦线上形成的条件、特点及测量方法。

预习要求:

要求在实验前先熟悉教材的有关内容,翻阅相关资料了解驻波的形成条件,按格式写出预习报告。

 

实验项目4

简谐振动的研究

实验目的:

1、在气垫导轨上观察简谐振动现象并测定其周期。

2、掌握通用计数器测量周期的方法,学习测量弹簧的劲度系数和等效质量。

3、验证弹性系统中能量的转换关系。

主要仪器:

气垫导轨、MUJ-6B电脑通用计数器、弹簧、滑块、条形挡光片。

实验内容:

1、改变振幅测滑块在不同振幅下的周期,观察周期是否与振幅的改变有关。

2、改变滑块质量m的大小(等间隔变化),测对应的周期,一共六组;用逐差法或作m图用图解法求弹簧的劲度系数和等效质量m

3、简谐振动的特征是位移随时间作正弦或余弦变化,那么,测定不同的点(振幅不变,移动光电门位置来改变)对应的时间,作曲线;分析曲线的形状及规律。

4、保持振幅不变,测量滑块在不同处的速度,计算对应的动能和势能,考察并验证机械能守恒定律;并计算能量的百分差。

教学方式:

采取以学生双人一组、互相配合作实验为主,教师课堂讲授为辅的教学方式,着重让学生了解并掌握简谐振动的特点及运动规律,熟悉周期、劲度系数和等效质量m等物理量的测量。

预习要求:

要求在实验前先熟悉教材的有关内容,重点了解简谐振动的相关知识,回顾电脑通用计数器的操作方法,按格式写出预习报告。

 

实验项目5

声波在空气中传播速度的测定

实验目的:

1、了解声波的产生、发射和接收方法。

2、用驻波法、行波法和时差法测量声速。

主要仪器:

SVDH系列声速测试仪、示波器、声速测试仪信号源。

实验内容:

1、按照要求连接仪器。

2、选定信号源的输出频率f0

3、用共振干涉法测量波长和声速。

4、用相位比较法测量波长和声速。

5、用时差法测量声速。

教学方式:

以学生自主操作(提前预习、现场演练)与教师临阵指导相结合。

预习要求:

阅读教材,明确实验目的,搞清实验原理和测量方法,初步了解所用量具、仪器、装置的主要性能及使用方法。写出简明扼要的预习报告。

 

 

 

实验项目6

电热当量和冰熔解热的测定

实验目的:

1、学习用电热法测电热当量和混合法测量冰的溶解热。

    2、掌握散热补偿法和用图解法进行散热修正。

    3、学习电表基本误差估算。

主要仪器:

量热器,水银温度计(050.00)、温度计、冰、保温杯、电热杯、电流-电压表、直流稳压电源、秒表和物理天平。

实验内容:

1、测量系统热容。

    2、接电路,测电流、电压。

    3、测初温、终温及时间。

    4、修正温度计插入水中部分体积的影响。

5、用混合法测量冰的溶解热。

    6、用图解法作散热修正的方法。

教学方式:

预习、讲授与学生操作相结合。

预习要求:

阅读教材,明确实验目的,搞清实验原理和测量方法,初步了解所用量具、仪器、装置的主要性能及使用方法,写出简明扼要的预习报告。

 

实验项目7

量热学实验散热误差的研究分析

实验目的:

1、通过观察、测量和数据处理分析,归纳总结自然对流条件下物体的冷却规律。

    2、研究和分析量热学实验中热交换过程的规律,估计其间所交换的热量从而改进实验方法,并对实验结果加以修正。

主要仪器:

     加热台、精细温度计、计时器等。

实验内容:

1、冷却规律的研究

1)实验时,从物体温度为T(约70)时开始,每隔0.5min测定并记录一次数值,直至T=时为止。

2)作T~t曲线,在该曲线上选取6个点(Titi),用曲线板作各点的切线,分别求出相应的斜率,

3)作图线,并通过求斜率、截距确定常数和散热系数K的值。

2、根据牛顿冷却规律对散热补偿法作半定量的讨论。

3、用面积法对散热的温差补偿法进行分析讨论。

教学方式:

预习、讲授与学生操作相结合。

预习要求:

阅读教材,明确实验目的,搞清实验原理和分析方法,写出简明扼要的预习报告。

 

实验项目8

空气比热容比的测定(空气热性能的研究)

实验目的:

1、观察了解热力学过程中系统状态变化及其规律。

2、学习用传感器精确测量气体压强和温度的原理与方法。

3、测量空气的比热容比。

主要仪器:

硅压力传感器、电流型集成温度传感器(AD590)、数字电压表、储气瓶、电阻、连接导线、稳压电源等。

实验内容:

1、连接一个简单的串并联电路,为电流型集成温度传感器提供稳流源,其测温灵敏度可达

2、将电子仪器部分预热20分钟后,打开活塞放气再关闭,同时用调零电位器调节零点,把三位半数字电压表示值调到0;此时容器内外压强一致。

3、打开活塞,轻轻按压气囊使空气徐徐进入储气瓶(等温进气升压),至数字电压表显示130mV左右停止。稳定后读

4、迅速开闭活塞,使瓶内气体压强回到大气压(电压表示值为0),由于过程进行很快,可视为一绝热膨胀过程,压强减小。稳定后读

5、以上过程重复三次,求

教学方式:

采取以学生单人单组、独立实验为主,教师课堂讲授为辅的教学方式,着重让学生了解并掌握系统状态变化的特征和基本规律。

预习要求:

要求在实验前先熟悉教材的有关内容,查阅资料了解热力学过程的相关知识及比热容比的概念,按格式写出预习报告。

 

 

实验项目9

用落球法测定液体的粘滞系数

实验目的:

1、观察液体的内摩擦现象,了解小球在液体中下落的运动规律。

2、用多管落球实验仪测定蓖麻油实时温度下的粘滞系数。

3、掌握用多管落球法测定液体的粘滞系数的原理和方法。

4、学习用外延扩张法后的理想检验的思想方法。

5、学习用作图法处理实验数据,掌握作图规则。

主要仪器:

多管落球实验仪、电子秒表、小钢球、游标卡尺、直尺、镊子、比重计、温度计。

实验内容:

1、调节安装在圆筒底板下的螺钉,用气泡水准器观察,使底板水平,以保证圆管中心轴线处于铅直状态。

2、将蓖麻油倒入各圆管中,使各圆管液面高出上刻线约2 cm

3、用镊子夹起已知直径的小钢球,在所测液体中浸润一下,然后细心缓慢地放入最细圆管中心处地液面之下,让它自由下落,观察小钢球地运动情况,务使小钢球沿圆管中心轴线下落,观察到小球经过上线A开始计时,到达下线B时停表,记录小钢球通过上下线AB所用的时间。

4、重复步骤3,从最细的开始,以测出小钢球通过各圆管中上下线AB间距所用的时间,填入数据记录表格中。

5、观察比重计和温度计,记录待测液体的密度ρ和温度T

6、用游标卡尺分别测出各圆管直径D的数值,直尺测出AB间的距离s,抄录实验室给出的小钢球的密度ρ0,当地重力加速度g和小钢球直径d的数值。

教学方式:

以学生自主操作(提前预习、现场演练)与教师临阵指导相结合。

预习要求:

阅读教材,明确实验目的,搞清实验原理和测量方法,初步了解所用量具、仪器、装置的主要性能及使用方法。写出简明扼要的预习报告。

 

实验项目10

冷却法测金属比热容

实验目的:

1、学会用冷却法测金属的比热容。

2、观察金属的冷却规律。

3、学习用标准误差处理实验数据。

主要仪器:

金属比热容测量仪(主机、升降台、热源、铜-康铜热电偶、金属样品铁、铜、铝、加盖防风筒),物理天平等。

实验内容:

1、用铜-康铜热电偶测量温度,而热电偶的热电势采用温漂极小的放大器和三位半数字电压表,经信号放大后输入数字电压表显示的满量程为20mV,读出的mV数查表即可换算成温度。

2、选取长度、直径、表面光洁度尽可能相同的三种金属样品(铜、铁、铝),用物理天平或电子天平秤出它们的质量M0。再根据这一特点,判断出样品类型。

3、使热电偶热端的铜导线与数字表的正端相连;冷端铜导线放在冰水混合物内,与数字表的负端相连。

4、将可移动的75w的模拟电炉慢慢地放入防风器内,并将被测样品全部套在模拟电炉内。关闭热源,调节数字电压表示数为“000”字样。

6、当数字电压表读数为某一定值即200时,切断电源移去电炉,样品继续安放在与外界基本隔绝的金属圆筒内自然冷却(筒口须盖上盖子)。当温度降到接近102 时开始记录,测量样品由102下降到98所需要时间。按铁、铜、铝的次序,分别测量其温度下降速度,每一样品得重复测量5次。

教学方式:

预习、讲授与学生操作相结合。

预习要求:

阅读教材,明确实验目的,搞清实验原理和测量方法,初步了解所用量具、仪器、装置的主要性能及使用方法,写出简明扼要的预习报告。

 

实验项目11

良导体导热系数的测定

实验目的:

1、了解热传导现象的物理过程。

2、学习用稳态平板法测量材料的导热系数。

3、学习用作图法求冷却速率。

4、掌握一种热电转换方式进行温度测量的方法。

主要仪器:

YBF2型导热系数测试仪、保温杯、测试样品(硬铝、橡皮)、塞尺。

实验内容:

1、测量样品及下铜板的几何尺寸和质量,多次测量,然后取平均值。

2、按实验要求安装样品和下铜板。

3、当上下铜板的温度达到稳定状态时,记录稳态数据T1T2并移去样品,继续对下铜板加热,当下铜板的温度比T210 oC左右时,移去圆筒,让下铜板所有表面暴露在空气中,使其自然冷却,每隔30秒读一次温度值,直至温度下降到T2以下一定值。作铜板的Tt冷却速率曲线。

4、根据公式计算样品的导热系数λ

教学方式:

以学生自主操作(提前预习、现场演练)与教师临阵指导相结合。

预习要求:

阅读教材,明确实验目的,搞清实验原理和测量方法,初步了解所用量具、仪器、装置的主要性能及使用方法。写出简明扼要的预习报告。

 

实验项目12

毛细管法测定液体的表面张力系数

实验目的:

1、了解液体的表面性质和毛细现象。

2、学习用毛细管法测量液体的表面张力系数。

主要仪器:

MS-2型毛细法表面张力系数测定仪、读数显微镜、毛细管2根(直径约1mm0.5mm)、蒸馏水。

实验内容:

1、用读数显微镜测量两只内径不同的毛细管孔径,各测四组,取

2、将两只毛细管先斜放在玻璃皿中的蒸馏水内,轻轻转动使其充分润湿;然后并列地悬挂起来,管底部位于水中,二液面将沿管子上升至一定高度。用读数显微镜测量两个毛细管内水凹面最低点的高度差,共测六组,取的平均值。

3、测量水温,求该实验温度下水的表面张力系数。

教学方式:

采取以学生单人单组、独立实验为主,教师课堂讲授为辅的教学方式,着重让学生了解液体的表面性质和毛细现象,掌握用毛细管法测量液体表面张力系数的方法。

预习要求:

要求在实验前先熟悉教材的有关内容,查阅资料了解液体的表面性质及附加压强的相关知识,进一步熟悉读数显微镜的使用方法。

 

五、实验课考核方式

1)实验报告

实验报告是实验完成后的书面总结,是把感性认识转化为理性认识的过程,是培养表达能力的主要环节。认真书写实验报告,不仅可以为撰写科研报告和科学论文打基础,而且可以提高组织材料和写作能力,这是其他理论课程无法替代的。

物理实验报告一般包括以下几项内容:

实验名称

实验目的(或要求)

实验仪器用具

实验原理  简要叙述实验的物理思想和依据的物理规律,主要计算公式,电学和光学实验应画出相应的电路图和光路图。

数据表格及数据处理  把教师签字的原始数据如实地撰写在报告的正文中,写出计算结果的主要过程及误差或不确定度估算过程。进行数值计算时,要先写出公式,再代入数据,最后得出结果。若用作图法处理数据,应严格按作图要求,画出符合规定的图线。

讨论分析小结  讨论分析实验中的遇到的问题,写出自己的见解、体会和收获,提出对实验的改进意见等。讨论分析是培养分析能力的重要途径。

回答问题  回答指定的问题。

2)实验课的考核方式和成绩评定办法。

1)实验预习情况考核;

2)出勤和实验操作完成情况考核;

3)实验报告质量考核;

4)实验理论笔试考核或实验操作考核。

六、实验指导书以及主要参考书

[1] 吴俊林. 基础物理学实验. 西安:陕西师范大学出版社,2006.21.

[2] 张进治. 大学物理学实验. 北京:电子工业出版社,2003.51.

[3]   . 大学物理学实验. 合肥:中国电子科技大学出版社,2004.61.

[4] 熊永红. 大学物理学实验. 武昌:华中科技大学出版社,2004.121.

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