大学物理学实验指导书

1、大学物理学实验指导书大学物理学实验指导书 1 / 27 大学物理实验 力学部分 实验一长度与体积的测量 实验类型：验证 实验类别：专业主干课 实验学时：2 所属课程：大学物理 所涉及的课程和知识点：误差原理 有效数字 一、实验目的一、实验目的 通过本实验的学习，使学生掌握测长度的几种常用仪器的使用，并会正确读数。练习作好记录 和误差计算。 二、实验要求二、实验要求 （1）分别用游标卡尺、螺旋测微计测金属圆筒、小钢球的内外径及高度，并求体积。（2） 练习多次等精度测量误差的处理方法。 三、实验仪器设备及材料三、实验仪器设备及材料 游标卡尺，螺旋测微计，金属圆柱体，小钢球，铜丝 四、实验方案四、实

2、验方案 1、用游标卡尺测量并计算所给样品的体积。 2 / 27 2、分别用千分尺和读数显微镜测量所给金属丝的直径。 数据处理 注意：有效数字的读取和运用，自拟表格，按有关规则进行数据处理。 描述实验过程（步骤）以及安全注意事项等,设计性实验由学生自行设计实验方案。 五、考核形式五、考核形式 实际操作过程 实验报告 六、实验报告六、实验报告 实验原理，实验步骤，实验数据处理，误差分析和处理。 对实验中的特殊现象、实验操作的成败、实验的关键点等内容进行整理、解释、分析总结，回答思 考题，提出实验结论或提出自己的看法等。 七、思考题七、思考题 1、游标卡尺测量长度时如何读数？ 游标本身有没有估读数？

3、 2、千分尺以毫米为单位可估读到哪一位？初读数的正负如何判断？ 待测长度如何确定？ 实验二单摆 实验类型：设计 实验类别：专业主干课 实验学时：2 所属课程：大学物理 所涉及的课程和知识点：力学 单摆周期公式 一、实验目的一、实验目的 通过本实验的学习，使学生掌握使用停表和米尺，测准单摆的周期和摆长。利用单摆周期公式求 3 / 27 当地的重力加速度 二、实验要求二、实验要求 （1）测摆长为 1m 时的周期求 g 值。 （2）改变摆长，每次减少 10，测相应周期 T，作 TL 图，验证单摆周期公式。 三、实验仪器设备及材料三、实验仪器设备及材料 单摆、米尺、游标卡尺、停表。 四、实验方案四、实

4、验方案 利用试验台上所给的设备及材料，自己制作一个单摆，然后设计实验步骤测出单摆的周期，再根据 单摆的周期公式计算当地的重力加速速。 改变摆长，讨论对实验结果的影响并分析误差产生的原因 五、考核形式五、考核形式 实际操作过程 实验报告 六、实验报告六、实验报告 实验原理，实验步骤，实验数据处理，误差分析和处理。 对实验中的特殊现象、实验操作的成败、实验的关键点等内容进行整理、解释、分析总结，回答思 考题，提出实验结论或提出自己的看法等。 七、思考题七、思考题 1、为什么测量周期不宜直接测量摆球往返一次摆动的周期？试从误差分析来说明。 2、在室内天棚上挂一单摆，摆长很长，你设法用简单的工具测出摆

5、长？不许直接测量摆长。 实验三牛顿第二定律的验证 实验类型：验证 4 / 27 实验类别：专业主干课 实验学时：2 所属课程：大学物理 所涉及的课程和知识点：力学 牛顿第二定律 摩擦 一、实验目的一、实验目的 通过本实验的学习，使学生掌握气垫导轨的使用，使学生通过在气垫导轨上验证牛顿第二定律，更 深刻的理解牛顿第二定律的物理本质。 二、实验要求二、实验要求 验证当 m 一定时，aF,当 F 一定时，a1m。 三、实验仪器设备及材料三、实验仪器设备及材料 气垫导轨，数字毫秒计，光电门，气源 四、实验方案四、实验方案 1、调整气垫导轨水平。 在导轨的端部小心安装好滑轮，使其转动自如，细心调整好导轨

6、的水平。 调整气垫导轨水平是实验前的重要准备工作，要细致耐心地反复调整，可按下列两种方法中的任一 种方法调整： （1）静态调平法：导轨接通气源，滑行器置在导轨某处，用手轻轻地把滑行器压在导轨上，再轻 轻地放开，观察滑行器的运动状态，连续做几次。如果滑行器在导轨上静止不动，或稍有左右移动， 则导轨是水平的；如滑行器都向同一方向运动，表明导轨不平。仔细、认真调节水平螺钉，直到滑 行器在导轨任意位置上基本保持静止不动，或稍有左右移动。一般要在导轨上选取几个位置做这样 的调节。 （2）动态调平法：将气轨与记时器配合进行调平，仪器接通电源，仪器功能选择在“ S2”挡上， 两个光电门间距不小于 30 卡装

7、在导轨上， 导轨两端装上弹射器， 滑行器装上挡光片 （如 1cm 一种） ， 给气轨通气让滑行器以一定的速度从导轨的左端向右端滑行，先后通过两个光电门 G1 和 G2，记时 5 / 27 器就分别记下挡光片通过两个光电门的时间t 1 和t 2 。若t 1 t 2 ，滑行器通过 G2 的光电门时间 短，表明滑行器运动速度加快，导轨左高右低；若t 1 4f， 固定 “1” 字屏与像屏的位置。 反复多次判断成放大像和缩小像时透镜的位置 （光 具凳红线指示为准，读到 0.1） ，记下“1”字屏、凸透镜、像屏的位置，将数据填表。 次 数 1 2 3 4 5 “1” 字与像放大像时透缩小像时透 屏间距 L

8、镜位置 X1镜位置 X2 d f f 3、测量凹透镜的焦距 先用凸透镜成缩小像，记下像的位置。然后放上凹透镜，注意透镜的光轴要共轴。移动凹透 镜和像屏，反复多次判断成像的位置，记录数据并填表。 20 / 27 次 数 1 2 3 4 凸透镜成凹 透 镜最后成像位S 像位置位置置 S f f 5 五、实验报告要求 1、实验报告要规范整洁，数据记录真实，数据处理按实验误差理论进行。 测量误差计算公式为： N ( f i1 n i f )2 （n 为测量次数） n(n 1) 测量结果表示为：f f N 六、思考题 共轴调节的目的是实现哪些要求，不满足这些要求对测量会有什么影响？ 实验二等厚干涉法测球

9、面的曲率半径 实验类型：验证 实验类别：专业基础课 实验学时： 3 21 / 27 所属课程：光学 牛顿环装置是由一块曲率半径较大的平凸玻璃透镜，以其凸面放在一块光学玻璃平板（平晶）上构 成的，如图 1 所示。平凸透镜的凸面与玻璃平板之间的空气层厚度从中心到边缘逐渐增加，若以平 行单色光垂直照射到牛顿环上，则经空气层上、下表面反射的二光束存在光程差，它们在平凸透镜 的凸面相遇后，将发生干涉。从透镜上看到的干涉花样是以玻璃接触点为中心的一系列明暗相间的 圆环，称为牛顿环。由于同一干涉环上各处的空气层厚度是相同的，因此它属于等厚干涉。 图 1 装置图 图 2 牛顿环 由图可见，如设透镜的曲率半径为

10、，与接触点相距为处空气层的厚度为，其几何关系式 为： R2 R d r2 2 R2 2Rd d2 r2 22 / 27 由于，可以略去 d2得 r2 (1)d 2R 光线应是垂直入射的，计算光程差时还要考虑光波在平玻璃板上反射会有半波损失，从而带 来 /2 的附加程差，所以总程差为 2d 产生暗环的条件是： 2 (2) 2k 1 2 (3) 其中0，1，2，3，.为干涉暗条纹的级数。综合上述式子可得第级暗环的半径为： r k 2 kR(4) 由(4)式可知，如果单色光源的波长已知，测出第级的暗环半径 m，即可得出平凸透镜的 曲率半径；反之，如果已知，测出 m 后，就可计算出入射单色光波的波长。

11、但是用此测量关 系式往往误差很大，原因在于凸面和平面不可能是理想的点接触；接触压力会引起局部形变，使接 触处成为一个圆形平面，干涉环中心为一暗斑。或者空气间隙层中有了尘埃，附加了光程差，干涉 环中心为一亮（或暗）斑，均无法确定环的几何中心。实际测量时，我们可以通过测量距中心较远 的两个暗环的半径 m 和 n 的平方差来计算曲率半径。因为 m 2 n 2 两式相减可得 23 / 27 r m 2 r n 2 Rmn rr n所以R m (5) mn 22 由上式可知,只要测出 m 与 n（分别为第 m 与第 n 条暗环的直径）的值，就能算出或 。 这样就可避免实验中条纹级数难于确定的困难，利用后

12、一计算式还可克服确定条纹中心位置的困 难。 一、实验目的一、实验目的 1进一步熟悉移测显微镜使用，观察牛顿环的条纹特征。 2利用等厚干涉测量平凸透镜曲率半径。 3. 学习用逐差法处理实验数据的方法。 二、实验要求二、实验要求 1.课前必须认真阅读教材和有关资料，掌握等厚干涉的原理。并到实验室看一下实验设备，基本 了解有关的测量仪器的使用方法，明确哪些物理量是间接测量，哪些是直接测量，用什么方法 和测量仪器来测定等。 2.2. 写出预习报告。内容包括：实验的目的要求、实验内容和原理的或设计的知识点、实验条件、 实验方法、步骤、操作过程或实验设计方案、记录数据的表格。预习报告中最重要的是拟定出 主

13、要实验步骤和指明作好实验的关键，不可照抄教材，在预习中要对做好本次实验的几个关键 步骤作到心中有数，绝不可应付了事。 3. 写出实验方案。包括安排实验步骤、记录数据的表格、数据处理及问题分析 三、实验仪器设备及材料三、实验仪器设备及材料 24 / 27 牛顿环仪，移测显微镜，低压钠灯 四、实验方案四、实验方案 1. 调整显微镜的十字叉丝与牛顿环中心大致重合。 2. 转动测微鼓轮,使叉丝的交点移近某暗环,当竖直叉丝与条纹相切时（观察时要注意视差），从 测微鼓轮及主尺上读下其位置 x。为了熟练操作和正确读数，在正式读数前应反复练习几次， 直到同一个方向每次移到该环时的读数都很接近为止。 3. 在测

14、量各干涉环的直经时，只可沿同一个方向旋转鼓轮，不能进进退退，以避免测微螺距间隙 引起的回程误差。在测量某一条纹的直径时，如果在左侧测的是条纹的外侧位置，而在右侧测 的是条纹的内侧位置，此条纹的直径可认为就等于这两个位置之间的距离。因为实验时主要测 量间隔为个干涉环的两个暗环的直经平方差。为了减少读数误差，应将值取得大一些。如 取10，则干涉条纹的相对误差就可减小近10 倍。只要依次测出从322 的每一暗环的 直经，利用逐差法分组求取条纹的直经平方差，则可获得较好的的实验值。 4.数据处理 nr m r n根据计算式R ，对，rm、r n 分别测量 n 次，因而可得 n 个值，于是有R R i

15、，我们 mn i1 22 要得到的测量结果是R R R 。下面将简要介绍一下 R 的计算。 22D2 D m D n D2 D2 R 1 2 410D R R 数据记录表（说明为环直径） 分组I12345 级数2221201918 左 位置 右 直径 级数12111098 位置左 6 17 7 25 / 27 7 16 6 8 15 5 9 14 4 10 13 3 右 直径 2 直径平 方差 2 透镜曲R 率半径 5.注意事项： 牛顿环仪、透镜和显微镜的光学表面不清洁，要用专门的擦镜纸轻轻揩拭。 测量显微镜的测微鼓轮在每一次测量过程中只能向一个方向旋转，中途不能反转。 当用镜筒对待测物聚焦时，为防止损坏显微镜物镜，正确的调节方法是使镜筒移离待测 物（即提升镜筒）。 五、实验报告五、实验报告 1. 实验名称、实验者姓名、实验日期 2. 实验目的 3. 实验原理和方法。简要叙述，不要照抄教材。 4. 实验仪器（型号、编号、规格）及装置 5. 实验步骤 6. 实验数据和处理，这是报告的核心，要认真计算和处理。 7.7. 小结。对实验中感到最深刻、最有收获的地方，可以作一小结。包括回答思考题，提出实验 结论或提出自己的看法