《实验物理》课程教学大纲

《实验物理》课程实施大纲

目录

1.教学理念...................................................8

1.1关注学生的发展..........................................8

1.2关注教学的有效性........................................8

1.3关注教学的策略..........................................8

1.4关注教学价值观..........................................8

2.课程介绍....................................................8

2.1课程的性质..............................................8

2.2课程在学科专业结构中的地位、作用........................9

2.3课程的历史与文化传统....................................9

2.4课程的前沿及发展趋势....................................9

2.5课程与经济社会发展的关系...............................10

2.6课程内容可能涉及到的伦理与道德问题.....................10

2.7学习本课程的必要性.....................................10

3.教师简介..................................................10

3.1教师的职称、学历........................错误!未定义书签。

3.2教育背景................................错误!未定义书签。

3.3研究兴趣（方向）........................错误!未定义书签。

4.先修课程..................................................10

5.课程目标..................................................11

5.1知识与技能方面..........................................11

5.2过程与方法方面..........................................11

5.3情感、态度与价值观方面.................................11

6.课程内容..................................................12

6.1课程的内容概要.........................................12

6.2教学重点、难点.........................................13

6.3学时安排...............................................14

7.课程实施..................................................15

7.1教学单元一：绪论......................................15

7.1.1教学日期..........................................15

7.1.2教学目标..........................................15

7.1.3教学内容（含重点、难点）..........................15

7.1.4教学过程..........................................15

7.1.5教学方法..........................................17

7.1.6作业安排及课后反思................................18

7.1.7课前准备情况及其他相关特殊要求....................18

7.1.8参考资料（具体到哪一章节或页码）..................18

7.2教学单元二：等厚干涉牛顿环............................18

7.2.1教学日期..........................................18

7.2.2教学目标..........................................18

7.2.3教学内容（含重点、难点）..........................18

7.2.4教学过程..........................................18

7.2.5教学方法...........................................21

7.2.6作业安排及课后反思.................................21

7.2.7课前准备情况及其他相关特殊要求.....................22

7.2.8参考资料（具体到哪一章节或页码）...................22

7.3教学单元三：密度测定...................................22

7.3.1教学日期..........................................22

7.3.2教学目标..........................................22

7.3.3教学内容（含重点、难点）..........................22

7.3.4教学过程..........................................22

7.3.5教学方法..........................................24

7.3.6作业安排及课后反思................................24

7.3.7课前准备情况及其他相关特殊要求....................24

7.3.8参考资料..........................................24

7.4教学单元四：表面张力毛细管法............................24

7.4.1教学日期..........................................24

7.4.2教学目标..........................................24

7.4.3教学内容（含重点、难点）..........................24

7.4.4教学过程..........................................25

7.4.5教学方法..........................................27

7.4.6作业安排及课后反思................................27

7.4.7课前准备情况及其他相关特殊要求....................27

7.4.8参考资料（具体到哪一章节或页码）..................27

7.5教学单元五：分光计...................................27

7.5.1教学日期.........................................27

7.5.2教学目标..........................................27

7.5.3教学内容（含重点、难点）...........................27

7.5.4教学过程...........................................27

7.5.5教学方法..........................................40

7.5.6作业安排及课后反思................................40

7.5.7课前准备情况及其他相关特殊要求.....................40

7.5.8参考资料（具体到哪一章节或页码）...................40

7.6教学单元六：刚体转动惯量的测定..........................40

7.6.1教学日期..........................................40

7.6.2教学目标..........................................40

7.6.3教学内容（含重点、难点）...........................41

7.6.4教学过程..........................................41

7.6.5教学方法..........................................43

7.6.6作业安排及课后反思................................43

7.6.7课前准备情况及其他相关特殊要求.....................43

7.6.8参考资料（具体到哪一章节或页码）...................43

7.7教学单元七：电桥测电阻................................44

7.7.1教学日期..........................................44

7.7.2教学目标..........................................44

7.7.3教学内容（含重点、难点）...........................44

7.7.4教学过程..........................................49

7.7.5教学方法..........................................49

7.7.6作业安排及课后反思................................49

7.7.7课前准备情况及其他相关特殊要求.....................49

7.7.8参考资料（具体到哪一章节或页码）...................49

7.8教学单元八：电位差计...................................50

7.8.1教学日期..........................................50

7.8.2教学目标..........................................50

7.8.3教学内容（含重点、难点）...........................50

7.8.4教学过程..........................................50

7.8.5教学方法..........................................54

7.8.6作业安排及课后反思.................................54

7.8.7课前准备情况及其他相关特殊要求.....................54

7.8.8参考资料（具体到哪一章节或页码）...................54

7.9教学单元九：电表改装....................................54

7.9.1教学日期..........................................54

7.9.2教学目标..........................................54

7.9.3教学内容（含重点、难点）...........................55

7.9.4教学过程..........................................55

7.9.5教学方法..........................................55

7.9.6作业安排及课后反思.................................55

7.9.7课前准备情况及其他相关特殊要求.....................56

7.9.8参考资料（具体到哪一章节或页码）...................56

7.10教学单元十：示波器....................................56

7.10.1教学日期.........................................56

7.10.2教学目标.........................................56

7.10.3教学内容（含重点、难点）.........................57

7.10.4教学过程.........................................57

7.10.5教学方法.........................................60

7.10.6作业安排及课后反思...............................60

7.10.7课前准备情况及其他相关特殊要求...................60

7.10.8参考资料（具体到哪一章节或页码）.................60

8.课程要求..................................................60

8.1学生自学要求...........................................60

8.2课外阅读要求...........................................60

8.3课堂讨论要求...........................................61

8.4课程实践要求...........................................61

9.课程考核..................................................61

9.1出勤（迟到、早退等）、作业、报告等的要求................61

9.2成绩的构成与评分规则说明...............................61

9.3考试形式及说明.........................................61

10.学术诚信.................................................61

10.1考试违规与作弊处理....................................61

10.2杜撰数据、信息处理等...................................61

11.课堂规范..................................................62

11.1课堂纪律..............................................62

11.2课堂礼仪..............................................62

12.课程资源..................................................63

12.1教材与参考书..........................................63

12.2专业刊物..............................................63

12.3网络课程资源..........................................63

13.教学合约..................................................63

13.1教师作出师德师风承诺..................................63

13.2同意遵守课程实施大纲中阐述的标准和期望.................64

1.教学理念

1.1关注学生的发展

培养学生的基本科学实验技能，提高学生的科学实验基本素质，使学生初步掌握实

验科学的思想和方法；培养学生的科学思维和创新意识，使学生掌握实验研究的基本方

法，提高学生的分析能力和创新能力；提高学生的科学素养，培养学生理论联系实际和

事实求是的能力。

1.2关注教学的有效性

通过实验原理讲解，实验操作演示使学生懂得实验原理和操作方法。

1.3关注教学的策略

通过督促学生预习、清晰的讲解、提问与学生互动、操作演示和随时答疑指导等策

略方法使学生牢固掌握课程要点和内容。

1.4关注教学价值观

培养学生理论联系实际和事实求是的科学作风，认真严谨的科学态度，积极主动的

探索精神，遵守纪律，团结协作，爱护公共财产的优良品德

2.课程介绍

2.1课程的性质

物理实验课是对高等理工科院校学生进行科学实验基本训练的一门独立的必修基础

课程，是学生进入大学后接受系统实验方法和实验技能训练的开端，是理工类各专业学

生进行科学实验训练的重要基础。本课程按照循序渐进的原则，通过物理实验知识、方

法和技能的训练，使学生了解科学实验的主要过程与基本方法，为以后的学习和工作奠

定良好的实验基础。

2.2课程在学科专业结构中的地位、作用

实验是物理教学的重要组成部分，通过对于实验的操作和对物理实验现象的观察，

能够使学生能主动地获取物理知识，掌握实验的基础知识和科学的实验方法。实验是物

理教学的必要手段，物理知识容易给人一种枯燥难懂的错觉，那么通过实验就能将物理

理论知识直观具体、形象生动的展示出来，能够激发学生学习物理知识的兴趣，调动积

极性，形成一个良好的循环。实践证明，在教学中运用实验手段，能取得好的教学效果。

实验是物理教学中必不可少的重要手段。

2.3课程的历史与文化传统

在远古，人类为了生活和生产的需要就要观察天象。从日月星辰运行的规律，辨认

方位，确定历法，了解季节变化……，这就是最古老的科学一天文学。物理知识的产生

离不开物理实验，历史上很多经典的理论都离不开实验的验证，比如伽利略自由落体实

验、牛顿棱镜分解太阳光实验、伽利略的加速度实验等等，为物理学知识的丰富做出了

巨大贡献。

2.4课程的前沿及发展趋势

两千多年来人们关于物质是由原子构成的思想，由哲学的推理,变成了科学的现实,

而且在这个阶段终了时,形成了现代的基本粒子的思想。

1897年,汤姆逊在实验中发现了电子，1911年卢瑟福由a粒子大角度弹性散射实验,

又证实了带正电的原子核的存在.这样，就从实验上证明了原子的存在，以及原子是由电

子和原子核构成的理论。

目前,粒子物理已经深入到比强子更深一层次的物质的性质的研究.更高能量加速器

的建造,无疑将为粒子物理实验研究提供更有力的手段,有利于产生更多的新粒子，以弄

清夸克的种类和轻子的种类，它们的性质，以及它们的可能的内部结构。弱电相互作用统

一理论日前取得的成功，特别是弱规范粒子的发现，加强了人们对定域规范场理论作为

相互作用的基本理论的信念,也为今后以高能轻子作为探针探讨强子的内部结构、夸克

及胶子的性质以及强作用的性质提供了可靠的分析手段.在今后一个时期，强相互作用

将是粒子物理研究的一个重点。很重要的是,物理学是一门以实验为基础的科学,粒子物

理学也不例外.因此,新的粒子加速原理和新的探测手段的出观,将是意义深远的。

2.5课程与经济社会发展的关系

经济现象是无法在人的意识支配下重复出现的，这与大气活动、天体进化和球演化

有着类似，20世纪90年代后物理学家借用物理学的分析方法和手段，从大量经济数据

中探寻各种经济现象背后的规律，催化了经济物理学的诞生。越来越多的物理学家也热

衷于经济和金融问题的研究，他们引进了经济学家从未应用过的概念和方法，如：关联

与自关联、标度律、自组织临界性、相变、自适应性、混沌、分形、渗流、神经网络、

重整化群、自旋玻璃模型、量子场论方法等等。这些新概念和新方法给经济和金融这一

类复杂系统的研究带来了新的生机。

2.6课程内容可能涉及到的伦理与道德问题

实验物理课程不涉及伦理道德问题。

2.7学习本课程的必要性

物理实验课是高等理工院校对学生进行科学实验基本训练的必修基础课程，是本科

生接受系统实验方法和实验技能训练的开端。

物理实验课覆盖面广，具有丰富的实验思想、方法、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、提高科学素质的重要基础。它在培养

学生严禁的治学态度、活跃的创新意识、理论联系实际以及适应科学发展的综合能力等

方面具有其他实践类课程不可替代的作用。

3.教师简介

4.先修课程

高等数学，大学物理

5.课程目标

5.1知识与技能方面

物理实验课的作用，一方面是高等理工院校对学生进行科学实验基本训练的必修基

础课程，是本科生接受系统实验方法和实验技能训练的开端。另一方面使学生初步学习

科学思想方法和研究问题方法。这些都起着开阔思路、激发探索和创新精神、增强适应

能力，提高人才素质的重要作用。学好本课程，不仅对学生在校的学习十分重要，而且

对学生毕业后的工作和进一步学习新理论、新知识、新技术，不断更新知识，都将发生

深远的影响。

5.2过程与方法方面

本课程是在大学一、二年级开设的，在使学生树立正确的学习态度、掌握科学的学

习方法，培养独立获取知识的能力，以尽快适应大学阶段的学习规律，为培养具有较强

工程实践能力和工程创新意识的应用型高级工程技术人才服务等方面所起的作用也是

十分重要的。

5.3情感、态度与价值观方面

1.在教学内容上强化情感、态度价值观的教育功能

要发展学生对科学的好奇心和求知欲。发展学生对物理学的兴趣，首先就要增强学

生学好大学物理课的自信。和高中相比，高中物理课无论在知识深度上还是学习方法上,

都有很大的不同，应该让学生有一个逐步适应和领悟的过程，不要把过高过难的物理问

题“一次到位”地摆在学生的面前，挫伤学生的积极性。

2.在教学过程中强化情感、态度、价值观的教育功能

教师应该为学生营造一种宽松、积极的学习环境，把物理学习看成是学生进行自我

塑造的过程，而不是物理竞技场上的比赛。教师应该帮助学生使其在获取物理知识、解

决物理问题、探究物理规律、归纳物理方法等方面获得具体的成果，让学生得到成功的

体验，享受成功的愉悦。

3.在教学内容上使物理贴近学生生活、联系社会实际

把物理教学的内容和学生的生活实际联系起来，有利于激发学生的学习热情，强化

学生的实践意识，提高学生分析问题和解决问题的能力；把物理知识与应用技术、人文

学科相结合，能使学生获得一个更为宽广的视野，有助于学生形成科学的价值观，增强

社会责任感。

6.课程内容

6.1课程的内容概要

绪论：

1、测量与误差：

2、有效数字及其运算：

3、实验数据的处理方法：

4、用米尺测量线段长度；

5、用游标卡尺测量空心圆柱体的体积；

6、用螺旋测微计测量玻璃小球的体积。

实验一：等厚干涉牛顿环

1、根据牛顿环测量透镜的曲率半径；

2、用劈尖干涉测量微小厚度。

实验二：密度测定

1、学习TG-71型工业天平的结构原理；

2、学会正确使用TG-71型工业天平；

3、学习测定固体密度的一种方法。

实验三：表面张力毛细管法

1、学习用毛细管升高法测液体表面张力系数的原理和方法。

2、掌握用读数显微镜测量微小长度。

实验四：分光计

1、了解分光计的结构和工作原理，学会调整分光计。

2、利用分光计测量三棱镜的顶角。

实验五：刚体转动惯量的测定

1、通过简谐振动的周期来间接测定形状复杂的刚体的转动惯量。

2、验证平行轴定理。

实验六：电桥测电阻

1、用惠斯通桥（平衡单桥）测量中等值电阻；

实验七：电位差计

1、测量温差电系数；

2、电位差计校准毫伏表。

实验八：电表改装

1、将微安表改装成较大量程的电流表和电压表；

2、校准改装的电流表和电压表，得出改装表的级别。

3、做出校准曲线。

实验九：示波器

1、示波器预备调节；

2、观察方波图形；

3、观察正弦波，测量其峰一一峰值和频率；

4、观察李萨如图并测量未知频率。

6.2教学重点、难点

绪论：

重点：测量误差的来源分类及相应的数据处理方法。

难点：测量结果的评定和不确定度的估算。

实验一：等厚干涉牛顿环

重点：调整实验装置，观察干涉条纹的分布特征

难点：测量平凸透镜的曲率半径

实验二：密度测定

重点：掌握如何使用流体静力称衡法测定密度，如何称量固体密度。

难点：如何称量小于水的密度的固体，如何调整天平，如何使用天平。

实验三：表面张力毛细管法

重点：毛细管升高法测水的表面张力系数的原理和方法

难点：利用显微镜去进行测量读数。

实验四：分光计

重点：分光计测三棱镜顶角的原理。

难点：分光计的调节；偏心误差和双游标读数。

实验五：刚体转动惯量的测定

重点：说明简谐振动的周期和物体的惯性有关。

难点：明白简谐振动的周期和物体的惯性有关，和摆动幅度无关，明白平行轴

定理。

实验六：电桥测电阻

重点:理解电桥“平衡”的意义，掌握调节平衡的方法。

难点：电桥倍率的正确选择，从高档到低档的渐进式调节原则。

实验七：电位差计

重点：用电位差计校正电流表

难点：用电位差计测电流表的内阻

实验八：电表改装

重点：电表的改装原理

难点：改装规律的总结

实验九：示波器

重点：学会使用示波器和信号发生器。

难点：调节信号发生器；用示波器测量电压。

6.3学时安排

绪论：5学时

实验一：3学时

实验二：3学时

实验三：3学时

实验四：3学时

实验五：3学时

实验六：3学时

实验七：3学时

实验八：3学时

实验九：3学时

7.课程实施

7.1教学单元一：绪论

7.1.1教学日期

2-3周，周一，周二，周四

7.1.2教学目标

通过对实验现象的观察、分析和对物理量的测量，学习物理实验知识和设计思想，

进一步加深对理论课程的理解，培养学生从事科学实验的初步能力，培养学生勇于探

索和钻研精神，通过数据处理的学习，能熟练灵活的处理好实验数据。

7.1.3教学内容（含重点、难点）

实验物理的重点就是测量误差与数据处理，本章的难点就是测量结果的评定和不

确定度。

7.1.4教学过程

1.向同学们强调实验物理的重要性和培养学生的勇于探索的能力，并灌输实验物

理这门课程的目的。

2.开始教学，实验报告的书写，首先是预习报告，应该预习哪些内容，包括实验

名称、目的、主要仪器；原理简述（主要公式、原理图）；列出记录数据表格。实验

操作的要求：遵守实验室规则；了解实验仪器的使用及注意事项；仔细观察和认真分

析实验现象；如实记录实验数据和现象；用钢笔或圆珠笔记录数据，原始数据不得改

动，不能使用涂改液.整理仪器，清扫实验室，经指导教师同意，方可离开实验室。

养成良好实验习惯，做一个有素养的人。实验报告的要求：写实验报告是对实验全过

程进行总结和深入理解的一个重要步骤，必须认真完成报告上的每一项要求，特别是

数据处理和实验总结、建议等部分内容。书写实验报告时，要求努力做到字迹端正，

文句通顺，数据记录整洁，图表正确，内容简明扼要。实验报告应在课堂实验后独立

完成，并在下次实验时由班长统一收齐交该实验的指导老师批阅；书写实验报告的内

容：（1）实验名称；（2）实验目的；（3）主要实验仪器设备（4）实验原理（简明

自叙，并附有必要的公式及原理图）；（5）实验步骤（按实际操作过程简明叙述）；

（6）数据记录与处理（实验数据表格、数据处理主要过程、作图及实验结果）；（7）

实验分析总结和建议；

3.实验物理的重点就是测量误差与数据处理。

测量、测量值、真值与误差

系统误差，由测量系统本身的缺陷产生，特点：在相同测量条件下保持确定性。

处理方法：改进测量系统或者修正测量结果。

随机误差，由测量中的随机因素产生；特点：在相同测量条件下保持随机性，服

从高斯正态分布律。处理方法：在相同测量条件下多次测量，用高斯正态分布律计算

测量值的最佳值和测量误差。

按误差表达形式分类：绝对误差和相对误差。

4.有效数字及其运算

有效数字：可靠数字与末尾保留的一个欠准数字

有效数字的位数：保证记录数据为符合有效数字概念前提下,从左边第一位不为

零的数字起,到末位的数字个数。例：2.36（三位）；0.024（二位）;0.208（三

位）;0,260（三位）。

测量值的有效数字不同于数学上的数。数学上,3.200=3.2，物理上,3.200

#3.2科学计数法中，数字部分是测量结果的有效数字，单位用10的不同幕次表

示。有效数字的修约规则：四舍六入五看右左。例：3.14459=3.14（三位），

314250010=3.143（四位）,314250=3.142（四位）3.143501=3.144（四位）。

有效数字的近似运算法则：（1）四则运算中，只有可靠数字与可靠数字之间的运

算结果是可靠数字。（2）欠准数字与准确数字（或欠准数字）运算,其结果为欠准数字。

（3）最后运算结果只保留最高数位上的一个可疑数字，多余的可疑数字用“四舍六入

五看右左”法则去掉。一般来说，加减运算中，结果有效数字的可疑数字位，与参加

运算的有效数字中可疑数字位最高的那个相同。例如，13.2+5.155-3.31»

15.0,乘除运算中，结果有效数字的个数，与参加运算的有效数字中个数最少的那

个相同。例如，15.64X0.012+0.0375»5.0。多个有效数字参加运算时，中

间运算结果可多保留欠准数字，但最后运算结果只能保留一个欠准数字。当然，最后

结果用不确定度确定测量值有效数字的个数才是最科学的方法！

5.本章的难点就是测量结果的评定和不确定度。

概念：不确定度U是由于测量误差存在而对被测量值不能确定的程度。

意义：是一定置信概率下的误差限值，反映了可能存在的误差分布范围，即测量

结果代表被测量的程度，可以表示出测量结果的性质和测量的质量。

分类：A类不确定度，本课程对A类不确定度作简化处理为：

B类不确定度，不能用统计学方法估算；一般指系统误差。"=入代

合成不确定度：从系统误差和随机误差等方面综合考虑，u

U

27=^x100%

相对不确定度：x。

.=it孚）"4）2+（笺）2（%>+（筝）2（⑷2+…

1治》包间接测量的不确定度：设：待

测量与各直接测量之间有函数关系，如下：曾=?（%乂2,…），则：待测量的平均值:

…），待测量的不确定度：

6.注意，每次数据处理基本上都要用到

x=x±Z7（单位）

,:UX100%

测量结果表示：

7.有效数字字位的保留。

（1）约定不确定度值U只取一个不为零的数字。多余的数字采用进位的方法去

掉。例如，U=0.0031mm»0.004mm

（2）x=I士。中，3的数值中只保留一个受误差影响的数字，所在的数位与U

中不为零的数字所在的数位相同。多余的数字用“四舍六入五看右左”方法去掉。

（3）约定最终结果的相对不确定度一般小于1%,保留一个有效数字；大于等于

1%,保留2位有效数字，多余的数字采用进位的方法去掉。

7.1.5教学方法

采用理论教学模式，大概50-60个人为一个组合班，采用多媒体教学，会准备一

些必要的长度测量仪器，让同学们对后期的测量有一个大致的轮廓和了解。

7.1.6作业安排及课后反思

会安排一些例题，测量好数据，回去以后，按照课堂上的讲解，进行完整而正确

的数据处理。

7.1.7课前准备情况及其他相关特殊要求

需要对实验绪论部分做相应的预习，了解基本概念和大致的讲解思路。

7.1.8参考资料（具体到哪一章节或页码）

参考资料：《大学物理实验》，作者：向必纯；四川：西南交通大学出版社，2012

第1页到第29页

7.2教学单元二：等厚干涉牛顿环

7.2.1教学日期

4T3周，周一，周二，周四

7.2.2教学目标o

（1）观察干涉现象，并用以测定平凸透镜的曲率半径光T7\先

（2）熟悉读数显微镜的结构，掌握其使用方法

.......R-5\

7.2.3教学内容（含重点、难点）\

（1）调整实验装置—2T—\

（2）观察干涉条纹的分布特征I

（3）测量平凸透镜的曲率半径k-----

7.2.4教学过程

如图1所示，将一块曲率半径较大的平凸透镜的凸面放在一平的

面玻璃板上，就组成了一个牛顿环装置，在透镜的凸表面与平面玻

璃板的上表面之间，形成了一个空气薄层，在以接触点。为中心的

任一圆周上，空气层的厚度都相等.这样，如果有以波长为4的单色光垂直入射时，则

空气薄层的上边缘面所反射的光和下边缘面所反射的光之间就有了光程差，因此发生干

涉现象.光程差相等的地方就是以。点为中心的同心圆，因此干涉条纹也就是一组以〃

点为中心的同心圆，称为牛顿环.

设平凸透镜的曲率半径为此距接触点。半径为r的圆周上一点〃处的空气层厚度

为6,对应于〃点产生的干涉所形成的暗条纹的条件为

2<5+-=(2^+1)-

22,仁0、1、2…(1)

图1

由图1的几何关系可看出

炉=户+（五一磔？=户+炉一2氏3+相(2)

由于K>>3,上式中矛略去，故

(3)

将5值代入式（1）,化简

r1=kAR(4)

由式（4）可知，如果已知单色光的波长力，又能测出各暗条

纹的半径r,就可算出曲率半径A.反之，如果知道A,测

出r,亦可算出单色光的波长人

在实际测量时，由于牛顿环的级数4和中心不易确定，

可将式（4）变为如下形式

R_黑一氏

4搐4（5）

图2

式中，ZU和2分别为在切级和4级暗环的直径（如图2）,从式（5）可知，只要求出所

测各环的环数差饵而无须确定各环的级数，不必确定圆环的中心，避免了实验中圆心不

易确定的困难.

【实验内容】

1调整实验装置

（1）调节牛顿环仪上的三个螺钉，用眼睛直接观察，使干涉条纹成圆形并处在牛顿

环仪的中心.注意平凸透镜和玻璃板不能挤压过紧，以免损坏牛顿环仪.

⑵将牛顿环仪置于显微镜筒下方（如图3）,开启钠光灯源，调节显微镜座架的高度,

使套在显微镜镜头上45°的反射镜"与钠光灯等高.

⑶调节目镜，使十字叉丝清晰，调节反射镜也使显微镜下视场黄光均匀.

⑷调节调焦旋钮对牛顿环聚焦，使干涉条纹清晰.调节时，显微镜筒应自下而上

缓慢移动，直到在目镜中看清干涉条纹止（不要自上而下调，以免损坏仪器），并适当移

动牛顿环仪，使牛顿环圆心处在视场中央.

2观察干涉条纹的分布特征

观察牛顿环条纹的粗细和形状，间距是否相等，并从理论上做出解释，观察牛顿环

中心是亮斑还是暗斑.

■图3

ll1、目镜；2、镜筒；3、

调焦手轮；

4、柱；5、横杆；6、测微刻度轮;7、物镜;

3测量平凸透镜的曲率半径

⑴调节目镜镜筒，使一根十字

叉丝与显微镜移动方向垂直，保持这条叉

丝与干涉条纹相切，另一根水平叉丝则和

显微镜移动方向一致，以便观察和测量条纹的直径.

⑵旋转显微镜的鼓轮，使十字叉丝由牛顿环中央缓慢向左移动到32环，然后单方

向向右移动，测出显微镜的叉丝与各条纹相切的读数儿,感，……，小,d",的读数.然

后继续向右移动，经过环的中心，到另一边继续向右测出4'，儿'，……，各'，

则第〃级条纹的直径a=口"一引（〃'指环中心另一边的读数），测量时应注意回程差.

⑶用逐差法，将〃值分为两组，一组为k+m,另一组为左，将数据填入表1中

【数据记录与处理］

环级k+m30292827262524232221

环的位置左

（mm）右

直径(mm)

环级k20191817161514131211

环的位置左

(mm)右

直径4(mm)

22

DIs-&&(mm)

△(*&)

(mm')

表14=589.3加《

DL-D^=(mm2)

△(*比)=W)

4/2(mm)

诲=△(/畜—瓦)=

4M4(mm)

实验结果：

R=R+LR=±(mm)

7.2.5教学方法

讲授法，演示法与实验法

7.2.6作业安排及课后反思

(1)什么是光的干涉？产生光的干涉现象的条件是什么？

(2)观察牛顿环为什么选用钠光灯作光源？若用白光照射将如何？

(3)本实验处理数据时，为什么要用逐差法？用算术平均法行吗？为什么？

(4)使用读数显微镜进行测量时，手轮为什么必须向一个方向旋转，中途不可倒

退？

(5)使用读数显微镜进行测量时，为什么读数显微镜镜筒必须自下而上移动？

7.2.7课前准备情况及其他相关特殊要求

复习光学部分相关知识

7.2.8参考资料（具体到哪一章节或页码）

《大学物理实验》P224：第七章实验31

7.3教学单元三：密度测定

7.3.1教学日期

4T3周，周一，周二，周四

7.3.2教学目标

让学生们了解什么是物体的密度，特别强调如何测量固体的密度，包括大于水的

密度的和小于水的密度的固体，如何使用流体静力称衡法测定密度。掌握天平的使用。

7.3.3教学内容（含重点、难点）

重点：掌握如何使用流体静力称衡法测定密度，如何称量固体密度。

难点：如何称量小于水的密度的固体，如何调整天平，如何使用天平。

7.3.4教学过程

1.了解称量固体密度的方法。密度是物质的基本特性之一，表示单位体积中所含

物质的多少，它与物质的结构及纯度等有关。密度测定研究在工作及科研等领域有着

广泛的应用，如工业上常用来作原料成分的分析和纯度的鉴定。测量密度实验方法有

多种类型，如用流体静力称衡法、流体静力天平测量法、比重瓶法、浮计测定法等。

本实验是用流体静力称衡法测定密度。

2.实验目的：学习用流体静力称衡法测定不规则固体密度；掌握天平的使用方法

及操作规程；用不确定度方法分析测量结果。

3.实验仪器及实验原理：

实验仪器：物理天平、待测物、线绳、烧杯、水。

_m

实验原理：根据物质密度定义，确定质量和体积之间的关系为"一:，对于形状

规则及密度均匀的物体，只要测定质量和体积就可求得。但对于不规则形状物体，常

采用流体静力称衡法间接地测出物体，是比较方便的。

（1）固体物体密度大于水的密度

根据阿基米德原理，物体在液体中所受的浮力等于它所排开液体重量。将待测物

体分别放在空气和液体中称衡，分别得到物体在空气中的重量为%=ng,全部浸入

液体中的视重为%=%g,则物体所受的浮力为：式中％和%是待

测物体在空气中及全浸入水中称衡时相应的天平祛码质量。浸在液体中的物体要受到

向上的浮力，浮力的大小等于所排开液体的质量与重力加速度的乘积，即：尸=/迎，

P=———A

期中自为液体密度。并经整理得到：的一的，用静力称衡法测定物体的密度,

经上述分析，最终转化为质量的测量。

（2）固体物体密度小于水的密度：

如果待测物体的密度小于液体的密度，用上述方法待测物体无法浸入在水中，这

时可将另一重物用细绳悬挂在待测物体下面，先将重物浸没水中而使待测物体露在液

面之上，用天平称衡，相应的质量为强，再将待测物体连同重物全部浸没在水中用

天平称衡，相应的质量为强，则物体在液体中所受浮力为囚=（也一通鬼。

tfW

根据EM悬迎，可得A，此时物体的密度为方^一%，期中，冽

为待测物体在空气中的质量。

4.天平的维护及使用方法。

CD天平的负载量不得超过其最大称量值，以免损坏刀口或横梁；

（2）为了避免刀口受冲击而损坏，在取放物体、取放祛码、调节平衡螺母以及

不使用天平时，都必须使天平制动。只有在判断天平是否平衡时才将天平启动。天平

启动或制动时，旋转制动旋钮动作要轻；

（3）祛码不能用手直接取拿，只能用镜子间接挟取。从秤盘上取下后应立即放

入祛码盒中；

（4）天平的各部分以及祛码都要防锈、防腐蚀，高温物体以及有腐蚀性的化学

药品不得直接放在盘内称量；

（5）称量完毕将制动旋钮左旋转，放下横梁，保护刀口。

5.得到原始数据以后，回去根据绪论课所讲内容进行数据处理。

7.3.5教学方法

先通过理论讲解如何测量固体的密度，包括大于水的密度的固体和小于水的密度

的固体。然后，讲解天平的使用方法，最后，通过一台实验仪器的演示，让同学们更

直观的认识天平，更好的掌握测量固体密度的方法。

7.3.6作业安排及课后反思

作业安排：下课以后，请自行处理原始数据，进行不确定度的求解，每个人的数

据都不一样，请每位同学都按照绪论课的内容进行数据处理。并且思考，得到的数据

和真实数据之间的差距有多少，是什么造成这样的差距的，可以避免，还是不能避免,

写出理由。

7.3.7课前准备情况及其他相关特殊要求

课前请预习固体密度的测定，进入实验室以后，请不要随意的拆卸仪器和工具。

7.3.8参考资料

参考资料：《大学物理实验》，作者：向必纯；四川：西南交通大学出版社，2012

第78页到第83页

7.4教学单元四：表面张力毛细管法

7.4.1教学日期

4T3周，周一,周二，周四

7.4.2教学目标

学习用毛细管升高法测液体表面张力系数的原理和方法，并掌握用读数显微镜测

量微小长度。

7.4.3教学内容（含重点、难点）

毛细管升高法测水的表面张力系数的原理和方法，利用显微镜去进行测量读数。

7.4.4教学过程

液体的表面，由于表面层内分子的作用，存在一定的张力，正是这种表面张力的

存在，液体的表面就如紧张的弹性薄膜，有收缩的趋势。液体的许多现象与表面张力

有关，如毛细现象、浸润现象和泡沫的形成等。测液体表面张力系数方法有多种，本

实验采用的是毛细管升高法。

实验目的

学习用毛细管法测量液体表面张力系数；

掌握读数显微镜的使用方法。

实验仪器

读数显微镜，毛细管，烧杯，温度计

实验原理

当液体和固体接触时，若固体和液体分子之间的吸引力大于液体分子间的吸引力，

液体就会沿固体表面扩张，形成薄膜附着在固体上，这种现象称为浸润。反之，若固

体和液体分子间的吸引力小于液体分子间的吸引力，则液体不会在固体表面扩张，这

种现象称为不浸润。在液体和固体接触时，液体表面的切线与固体表面的切线在液体

内部所成的角度/称为接触角，如图15-1。*角为锐时，属于浸润情况；*=0时，称

为完全浸湿；a为钝角时，属于不浸润情况；〃时，称为完全不浸润。浸润与否取

决于液体、固体的性质。如纯水能完全浸润结晶的玻璃，但不能浸润石蜡。水银不能

浸润玻璃，但能浸润干净的铜、铁等。

者综合作用的结果，水面最后就平衡在一定位置，形成一个凹面，称弯月面。若完全

浸润，凹面上周沿恰与管壁相切，水面可近似地看成半径为r（即毛细管内半径）的半

球面，如图15-2。设平衡时水柱高度为3管内水柱在铅直方向受到四个外力的作用:

液柱上端的大气对它施加的向下的压力兀；液柱下端的液体对它施加的向上的压力

A；沿管壁的表面张力尸，方向向上；液柱自身的重力忆液柱下端与管外水面等高,

其压强也为大气压强，故，九二筛，可见管内水柱的平衡条件为斤=的；

i

2zrra=7xrpgh(15-1)

所以，水的表面张力系数图15-2

a=­pghr

(15-2)

式中"为水的密度，8为重力加速度。测量时是以管中凹面最低点（A点）到管外平

液面（如C点）的高度为3而在此高度以上凹面周围还有少量的水。因为可以将毛细

管中的凹面看成半球面，所以凹面周围的水的体积等于

7Tr2r-—•—TTr3=—7Tr3

233（15-3）

££

即，等于管中高为丁的水柱的体积。因此，上述讨论中的〃值，应增加丁的修正

值。于是式（15-2）成为

在此，我们假定毛细管外的水面是无限广延的。但实际上毛细管总在一个盛水的

器皿中，由于器皿中水的表面张力的影响，可等

效地认为下端面还受到一个方向向下而数值较小的附加力尸。

如外半径为『的毛细管插在一个内半径为R圆心器皿的中心轴处，则

v[(2R)；_(2r')']/4''—R-r

(15-5)

因而实测到的〃值就比理想的情况稍小一些，这样式（15-4）可修正为

221-r/(R-r)(15-6)

7.4.5教学方法

介绍仪器读数显微镜的原理、读数方法和使用注意事项，接下来是演示一遍操作

过程，最后就是学生自己动手操作，观察学生的动手操作能力。

7.4.6作业安排及课后反思

强调课下独立完成数据处理，分析误差产生的原因及如何尽量减小误差。

7.4.7课前准备情况及其他相关特殊要求

要求同学们课前必须根据教材进行预习，了解仪器的性能及使用注意事项，如果

某同学没有预习则不能进行本次实验。

7.4.8参考资料（具体到哪一章节或页码）

《大学物理实验》，作者：向必纯；四川：西南交通大学出版社，P101T03页。

7.5教学单元五：分光计

7.5.1教学日期

4T3周，周一，周二，周四

7.5.2教学目标

1、了解分光计的结构和工作原理，学会调整分光计。

2、利用分光计测量三棱镜的顶角。

7.5.3教学内容（含重点、难点）

重点：分光计测三棱镜顶角的原理。

难点：分光计的调节；偏心误差和双游标读数。

7.5.4教学过程

1、课前检查整理仪器

2、请学生签到并打预习分

3、给学生分组

4、实验原理讲解

图一所示的正三角形表示一正三棱镜的主截面（即垂直于两光学面的平面）。AB、

AC是三棱镜的两光学面，称为折射面，底面BC为毛玻璃面，角A是三棱镜顶角。一

束平行光由顶角方向射入，在两学光面上分成两束反射光，测出两束反射光之间的夹

角”，则可证明有如下结论成立

(1)

证明：在图二中，过A点的虚线为顶角A的平分线，由对称性可知

A=

2

Zl=-A

2

/5=?

vZl=Z2=Z4=Z3

KZ5=Z1+Z3

,-.Z5