大学物理实验(电子)ⅰ-ⅱ 12页

河西学院电子信息科学与技术专业课程教学大纲大学物理实验Ⅰ-Ⅱ一、说明（一）课程性质和制定本大纲的依据物理学是一门重要的基础科学，是整个自然科学的基础。物理学的发展不仅推动了整个自然科学，而且对人类的物质观、时空观、宇宙观，对整个人类文化都产生了极为深刻的影响。物理学又是当代技术发展的最主要的源泉。物理学是实验的科学，物理实验的方法、思想、仪器和技术已经被普遍地应用在各个自然科学领域和技术部门以及其他学科领域。物理实验的实验方法和思想、实验条件的保证、实验仪器装置、实验技术、实验的数据处理及误差分析等方面都有自身的理论基础和教学内容。本课程是为高校理科非物理专业开设的一门基础实验课，是培养适应现代化建设人才的重要的基础课教学环节，着重给学生以严格的实验基础训练。本大纲在上述思想指导下，总结执行国家教委高教司天文与物理教学指导委员会《关于高校理科基础物理实验教学改革的建议》和《高校理科非物理专业基础物理实验教学基本要求》的基础上制定的。（二）教学目的本课程的主要目的是：使学生在物理实验的基本知识、基本方法、基本技能等方面受到一定的训练，培养学生初步的实验能力，良好的实验习惯以及严谨求实的科学作风，使学生具有良好的实验素质，并为有关学科的后继实验课程和今后用物理方法解决本学科问题打好基础。（三）教学时数30+30学时（两学期）（四）教学方式教师讲授实验的要点，重点,单独辅导学生完成实验。（五）考核要求基本内容包括：实验预习、实验操作、实验记录、实验报告,由此得出考核成绩。成绩按百分记。二、正文（一）基本要求：通过本课程的学习，使学生完成20个包括力学、热学、电磁学、光学或其他方面的实验，应达到如下基本要求：1．使学生独立完成实验预习、学习实验目的和实验原理，了解实验过程的物理思想，初步掌握实验过程的物理规律和物理方法。2．学习物理量的一般测量方法，如：长度、时间、温度、速度、功率、热量、电流、电压、电阻、磁场强度、折射率、焦距、波长等。3．培养学生正确处理实验数据、正确表达和评价实验结果的初步能力。能根据实验数据设计数表并作图，写出正规的实验报告。4．培养学生的实验能力，尤其是进行实验时的动手能力。注意使学生初步养成良好的实验习惯和工作作风。12\n（二）教学内容1．绪论，有效数字，误差分析、不确定度评定2．项目总表序号实验项目名称学时数项目类别项目类型力学热学实验1长度测量3基础必做2单摆测重力加速度3基础必做3固体密度的测量3基础必做4牛顿第二定律的验证3基础必做5测金属丝的杨氏弹性模量3基础选做6复摆的研究3基础选做7超声波法测定声速3基础选做8测定冰的溶解热3基础选做9精密称衡3基础选做10弦振动的研究3基础选做11液体粘滞系数的测定3基础选做12电热法测热功当量3基础选做13混合法测固体的比热容3基础选做14水的汽化热的测定3基础选做15光杠杆测定金属的线胀系数3基础选做16测定空气的比热容比3基础选做17导热系数的测定3基础选做电磁学实验1实验一制流电路与分压电路3基础性必做2实验二伏安法测二极管的特性3基础性必做3实验三静电场的描绘3基础性选做4实验四伏安法测电阻3设计性选做5实验五用惠斯通电桥测电阻3基础性必做6实验六用电势差计测量电池的电动势和内阻3基础性必做7实验七　电表的改装与校正3设计性必做8实验八灵敏电流计特性研究3基础性必做9实验九低电阻的测量3基础性选做10实验十　万用表的制作与定标3设计性必做11实验十一　磁场的描绘3基础性必做12\n12实验十二　电子示波器的使用3基础性必做13实验十三　交流电桥3设计性必做14实验十四　LRC电路暂态过程的研究3基础性选做15实验十五　LRC电路谐振特性的研究3基础性选做16实验十六　冲击电流计特性的研究3基础性选做17实验十七　利用霍耳元件测磁场3基础性选做18实验十八　铁磁物质动态磁滞回线的测试3基础性选做19实验十九　半导体热敏电阻特性的研究3基础性选做光学实验1薄透镜焦距的测定3基础必做2分光计的调节及棱镜折射率的测定3基础必做3双棱镜测定钠光波长3基础必做4牛顿环测透镜曲率半径3基础必做5衍射光栅测定光波波长3基础必做6偏振现象的观察与分析3基础必做7显微镜放大率的测定3基础选做8测定透镜组的基点3基础选做9观察透镜成像时的像照度3基础选做10单缝衍射的光强分布3基础选做（三）实验内容力学热学实验：实验一：长度的测量实验目的练习使用测长度的几种仪器；练习做好记录和计算不确定度。实验内容阅读绪论的有关知识；测滚珠的直径；测圆管的体积。仪器和用具米尺，游标卡尺，螺旋测微器，移测显微器，被测物（滚珠、金属丝）实验二：单摆实验目的练习使用停表和米尺，测单摆的周期和摆长；求出当地重力加速度g的值；考查单摆的系统误差对测重力加速度的影响。实验内容测当地重力加速度g的值；考查摆线质量对测g的影响。仪器和用具单摆，停表，钢卷尺。实验三：精密称衡12\n实验目的练习使用分析天平进行精密称衡；熟悉精密称衡中的系统误差纠正。实验内容练习使用分析天平。仪器和用具阻尼式分析天平，被测物（质量50－100g间的铝块、玻璃块）。实验四：杨氏模量的测定（伸长法）实验目的用伸长法测金属丝的杨氏模量；学习光杠杆的原理并掌握使用方法。实验内容根据原理测量有关的量。仪器和用具杨氏模量测定仪，光杠杆，尺度望远镜，螺旋测微器，游标卡尺，法码，米尺，金属丝。实验五：偶然误差的统计规律实验目的从摆的周期测量值的变化,认识偶然误差的规律性。实验内容测量摆的周期；数据的统计；分析测量结果。仪器和用具摆（单摆或复摆），光电门，数字毫秒计，开关。实验六：自由落体运动实验目的学习在自由落体下的物体测当地重力加速度g；练习对组合测量进行数据处理。实验内容根据原理测量有关的量。仪器和用具自由落体装置；数字毫秒计（即ms计），光电门（两个），铁球。实验七：碰撞实验实验目的验证动量守恒定律；了解非完全弹性碰撞和完全非完全弹性碰撞的特点。实验内容根据原理测量有关的量。仪器和用具气垫导轨，滑块，光电门，数字毫秒计，游标卡尺，尼纶粘胶带或橡皮泥。实验八：倾斜气垫导轨上滑块运动的研究实验目的用倾斜气垫导轨测重力加速度；分析和校正实验中的系统误差。实验内容根据原理测量当地的重力加速度g及标准不确定度。仪器和用具气轨，滑块，光电门，数字毫秒计，游标卡尺，垫块。实验九：牛顿第二定律的研究实验目的学习在气垫导轨上验证牛顿第二定律。实验内容根据原理测量有关的量。12\n仪器和用具气轨，滑块，光电门，数字毫秒计，垫块。实验十：转动惯量的测定实验目的测量不同形状物体的转动惯量。实验内容根据原理测量有关的量。仪器和用具刚体转动实验仪，数字毫秒计，游标卡尺，天平，法码，开关，被测物（圆盘及圆环）。实验十一：刚体转动的研究实验目的研究刚体转动时合外力矩与刚体转动的关系；考查刚体的质量分布改变时对转动的影响。实验内容考查力矩M与角速度的关系；考查质量分布对转动的影响仪器和用具刚体转动实验仪，秒表，游标卡尺，天平，砝码，开关。实验十二：惯性称实验目的掌握惯性称测物体质量的原理和方法；了解仪器的定标和使用。实验内容惯性称的定标；测待测物体的质量；考查重力对惯性称的影响。仪器和用具惯性称，周期测定仪，定标用的标准质量块（共10块），待测圆柱体。实验十三：三线摆实验目的掌握三线摆法测转动惯量的原理和方法；验证平行轴定理。实验内容根据原理测量有关的量。仪器和用具三线摆，游标卡尺，天平，停表（或数字毫秒计），被测物（圆盘，外形尺寸及质量完全相同的两个圆柱体）。实验十四：弹簧振子的研究实验目的研究弹簧本身质量对振动的影响；研究不同形式的弹簧，其质量对振动的影响是否相同。实验内容根据原理测量有关的量。仪器和用具弹簧（锥形、柱形），停表或数字毫秒计，砝码或砝码托盘。实验十五：弦振动的研究实验目的观察弦振动时形成的驻波；用两种方法测量弦线上横波的传播，比较两种方法测得的结果；验证弦振动的波长与张力的关系。实验内容测量弦的线密度；观察弦振动时形成的驻波；弦振动的波长与张力的关系。仪器和用具电振音叉（频率约100HZ）；弦线，分析天平，滑轮，法码，低压电源，米尺。12\n实验十六：表面张力系数的测定实验目的利用毛细管中水柱的升高，测量水的表面张力。实验内容根据原理测量有关的量。仪器和用具测高仪，移侧显微镜，毛细管，烧杯，温度计。实验十七：水的汽化热的测定实验目的用量热器测定水在沸腾时的汽化热。实验内容根据原理测量有关的量。仪器和用具量热器，温度计（1／10），冷凝器，天平，蒸汽发生器，蒸汽过虑器，小量筒。实验十八：液体粘度的测量实验目的用毛细管法测定水的粘度。实验内容根据原理测量有关的量。仪器和用具毛细管（长约50cm，内径约0.1cm）及架，压强计，恒水位槽，物理天平，停表，烧杯，温度计，分析天平，移测显微镜，纯净水银。实验十九：固体比热容的测定实验目的掌握基本的量热法—混合法；测定金属的比热容。实验内容测定有关的数据并作出温度和时间的变化曲线。仪器和用具量热器，温度计（0.1分度），物理天平，停表，加热器，小量筒，待测物体（金属块）实验二十：冰的熔化热的测定实验目的用电热法测定冰的熔化热；学习消除测量系统热散失的影响。实验内容根据原理测量有关的量。仪器和用具保温瓶，冰槽，电加热器，橡胶塞，玻璃棒，直流电源，伏特计，安培表，停表。实验二十一：良导体导热系数的测定实验目的用稳态法测物体的导热系数；实验内容根据原理测量有关的量。仪器和用具DH－2型智能导热系数测定仪（一套）。实验二十二：金属线胀系数的测定实验目的学习利用光杠杆测量金属线胀系数。12\n实验内容根据原理测量有关的量。仪器和用具GXZ－1型金属线胀系数测定装置，光杠杆，望远镜及支架，标尺照明器，钢卷尺。实验二十三：电热法测热功当量的测定实验目的学习用电热法测热功当量实验内容根据原理测量有关的量。仪器和用具量热器，温度计（0—50度一支，0—100度一支），加热电阻丝，稳压电源，伏特计，安培表，物理天平，停表，变阻器。光学实验实验一：薄透镜焦距的测定实验内容、目的和要求（1）一次成像法，二次成像法，自准直法测凸透镜焦距，辅助透镜法测透镜焦距；（2）计算透镜焦距的平均误差及标准差。（3）学会调节光学系统共轴等高,并了解视差原理的实际应用；（4）掌握薄透镜焦距的常用测定方法。仪器和用具光具座，凸透镜，凹透镜，白屏，光源，平面镜。实验二：分光计的调节及棱镜折射率的测定实验内容、目的和要求（1）了解分光计的结构，掌握调节和使用分光计的方法；（2）掌握测定棱镜角棱镜玻璃的折射率的方法。（3）掌握分光计的调节要求及调节方法；（4）用分光计反射法和自准直法测量棱镜顶角，最小偏向角法测棱镜折率。仪器和用具分光计，钠灯，三棱镜实验三：双棱镜测定钠光波长实验内容、目的和要求（1）观察双棱镜产生的双光束干涉现象，进一步理解产生干涉的条件；（2）学会用双棱镜测定光波波长。（3）用双棱镜测定钠光波长；（4）计算钠光波长的相对误差及标准偏差。仪器和用具双棱镜，可调狭缝，辅助透镜，光具座，钠光灯，白屏实验四：牛顿环测透镜曲率半径实验内容、目的和要求（1）掌握用牛顿环测定透镜曲率半径的方法；（2）通过实验加深对等厚干涉的理解（3）观察等厚干涉条纹的特征，区别等厚干涉条纹与等倾条纹；（4）熟练使用显微镜，用逐差法处理数据。仪器和用具牛顿环仪,钠灯,移测显微镜实验五：衍射光栅测定光波波长实验内容、目的和要求加深对光栅分光原理的理解，测定光栅常量，光波波长和光栅角色散。仪器和用具分光计，平面透射光栅，汞灯，钠灯，单缝实验六：偏振现象的观察与分析12\n实验内容、目的和要求（1）观察光的偏振现象，加深对偏振光的了解；（2）掌握产生和检验偏振光的原理和方法；（3）了解旋光计的构造原理，并应用旋光计测定糖溶液的浓度。（4）了解产生和检验偏振光的原理和方法及使用的元件（偏振片，半波片，1/4波片）；（5）观察旋光现象，测定糖溶液的浓度。仪器和用具He—Ne激光器，偏振片，半波片，1/4波片，玻璃片实验七：显微镜放大率的测定实验内容、目的和要求（1）了解显微镜的放大原理，放大率的意义；（2）学会测量显微镜放大率的方法；（3）测定显微镜的放大率；（4）测微小长度，玻璃的折射率。仪器和用具显微镜，半反镜，玻璃砖，测微仪实验八：测定透镜组的基点实验内容、目的和要求（1）加深对光具组基点的认识；（2）学习测定光具组基点和焦点的方法；（3）测定光具组基点和焦点。仪器和用具光具座，测节器，薄透镜，平面镜，白屏，准直透镜实验九：观察透镜成像时的像照度实验内容、目的和要求（1）考察屏幕上所成像的亮度和光学元件的关系；（2）学习照明系统布置原则；（3）使用照度计测量照度的方法（4）考察像的照度和放大倍数的关系；（5）考察像的照度和透镜的直径的关系；（6）安装一个投映系统；（7）测定硫酸铜溶液的浓度。仪器和用具照度计，透镜实验十：单缝衍射的光强分布实验内容、目的和要求（1）通过实验加深对夫琅和费衍射现象的理解，掌握其光强分布与衍射角，缝宽，观察屏与缝的距离等因素的关系；（2）通过实验理解怎样用光电二极管测量相对光强，根据测量数据在坐标纸作出相对电流与位置的曲线关系，即衍射光强分布图；（3）由于目前实验装置中存在一些问题，如光源不稳定，装置受振动等原因，在量的方面不能要求过高，因而只要求对峰值，条纹宽度较接近理论值即可（小10%）。仪器和用具WGZ2型光强分布测试仪，激光器，数字式检流计电磁学实验实验一：制流电路与分压电路实验目的了解基本仪器的性能和使用方法；掌握限流和分压两种电路的连接方法、性能和特点，学习检查电路故障的一般方法；熟悉电磁学实验操作规程和安全知识。实验内容熟悉电磁学实验操作规程；练习使用常用仪器、仪表；研究分压电路和限流电路的特性。仪器和用具直流电源、毫安表、伏特表、万用表、滑线变阻器、电阻箱、开关及导线。实验二：伏安法测二极管的特性实验目的12\n掌握分压器和限流器的使用方法；熟悉测量伏安特性的方法；了解二极管的伏安特性。实验内容　　了解二极管的伏安特性，测绘二极管的伏安特性曲线仪器和用具直流电源、毫安表、微安表、伏特表、万用表、滑线变阻器、电阻箱、待测二极管、坐标纸、开关及导线。实验三：静电场的描绘实验目的学习用电流场模拟静电场和原理和方法；研究同轴电缆和平行长直导线间的电场分布；加深对电位和电场强度概念的理解。实验内容描绘环形同心电极间的电场；描绘两根无限长平行直导线周围等势线分布。仪器和用具静电场等位仪（或直流稳压电源、检流计、滑线变阻器、电极、探针）、导电纸。实验四：伏安法测电阻（设计性）实验目的学习由伏安法测电阻的方法及仪表的选用原则；学习减小伏安法中系统误差的方法。实验内容根据设计要求制定可行性方案，测量出给定电阻的阻值（要求系统误差尽可能小）。仪器和用具直流电源、毫安表、伏特表、万用表、滑线变阻器、电阻箱、待测电阻、坐标纸、开关及导线。实验五：用惠斯通电桥测电阻实验目的学习惠斯通电桥测电阻的原理；掌握自组直流电桥测中值电阻的方法；了解灵敏度的概念及提高灵敏度的途径。实验内容自组直流惠斯通电桥，并用它来测量两个未知电阻及它们的串联值、并联值；研究电桥的灵敏度。仪器和用具直流电源、滑线变阻器、电阻箱、待测电阻、检流计、万用表、开关及导线。实验六：用电势差计测量电池的电动势和内阻实验目的掌握电位差计的工作原理和结构特点；学习用电位差计测电源电动势及内阻。实验内容正确连接电路并校准电位差计；用电位差计测电源电动势及内阻。仪器和用具电位差计、直流稳压电源、检流计、电阻箱、滑线变阻器、标准电池、待测电池、开关及导线。实验七：电表的改装与校正（设计性）实验目的学习电表改装的原理及方法；掌握电表校准的方法。实验内容测量表头内阻；将表头改装为安培计并校准（绘出校准曲线）；将表头改装为伏特计并校准（绘出校准曲线）。仪器和用具微安表头、标准电流表、标准电压表、直流电源、滑线变阻器、电阻箱、开关及导线。实验八：灵敏电流计特性研究12\n实验目的了解灵敏电流计的结构、原理；了解灵敏电流计运动状态特点及临界电阻的测量；学习测量灵敏电流计内阻及电流常数的测量方法。实验内容观察电流计三种运动状态；测量灵敏电流计的内阻和电流计常数。仪器和用具灵敏电流计、直流稳压电源、电阻箱、滑线变阻器、电压表、双刀开关、单刀开关及导线。实验九：低电阻的测量实验目的掌握用伏安法测量低电阻的方法；学习用双电桥测量低电阻的原理和方法。实验内容分别用伏安法和自组双电桥测量同一给定铜丝的电阻；测量有关量，求出铜的电阻率；用伏安法测量导线与接线柱之间的接触电阻。仪器和用具直流电源、滑线变阻器、电阻箱、待测低电阻、安培表、毫伏表、检流计、螺旋测微计、万用表、开关及导线。。实验十：万用表的制作与定标（设计性）实验目的掌握万用表的基本原理和设计方法；学习万用表的组装与定标。实验内容将一微安表头改装成指定规格的万用表并予以校准。仪器和用具表头、直流电压表、直流电流表、电阻箱、直流电源、交流电源、交流电压表、插件板、各种电阻、万用表及导线等。实验十一：磁场的描绘实验目的掌握感应法测量磁场的原理；研究载流圆线圈轴向磁场的分布；描绘亥姆霍兹线圈的磁场均匀区。实验内容测量圆电流磁场沿轴线上的分布；描绘亥姆霍兹线圈的匀强区。仪器和用具亥姆霍兹线圈、低频信号发生器、晶体管毫伏表、探测线圈、坐标纸、导线等。实验十二：电子示波器的使用实验目的学习用示波器观察信号的波形并测量信号有关参数；利用李萨如图形测量频率。实验内容用示波器观察信号的波形并测量其幅值、周期及频率等有关参数；利用李萨如图形测量频率。仪器和用具　　示波器、信号发生器、电阻箱、电容箱、探头等实验十三：交流电桥（设计性）实验目的用交流电桥测量电感和电容及其损耗；了解电桥平衡的原理、掌握调节平衡的方法。实验内容连接交流电桥，测定待测量。仪器和用具信号发生器、电阻箱、交流电流表、可变电容箱、标准电感、待测电容和待测线圈12\n实验十四：LRC电路暂态过程的研究实验目的研究交流电路的暂态特性；加深对L、R、C等元件在电路中的作用的理解；进一步熟悉示波器的使用。实验内容观测RC电路的暂态过程；观测RL电路的暂态过程；观测RLC电路的暂态过程。仪器和用具示波器、方波发生器、万用表、电阻箱、电感线圈、标准电容箱。实验十五：LRC电路谐振特性的研究实验目的研究交流电路的谐振特性；学习交流电路频率特性的测量方法；理解电路Q值的物理意义。实验内容研究串联电路谐振特性并确定其Q值；研究并联电路的谐振特性并确定其Q值。仪器和用具信号发生器、交流电压表、电阻箱、电感线圈、标准电容箱。实验十六：冲击电流计特性的研究实验目的了解冲击电流计的工作原理；观察冲击电流计的三种运动状态；确定冲击电流计常量，初步掌握冲击电流计的使用方法。实验内容测定冲击电流计的自由振动周期；观察冲击电流计的三种运动状态；观察冲击电流计偏转值dm和脉冲电荷量Q的关系；作出曲线和曲线。仪器和用具墙式冲击电流计、标准互感器、直流安培表、变阻器、电阻箱、直流电源、开关及导线。实验十七：利用霍耳元件测磁场用实验目的了解霍耳效应的原理，学习用“对称测量法”消除不等势电压的影响；掌握利用霍耳元件测量磁场的方法。实验内容测量蹄形电磁铁气隙中一点的磁感应强度以及磁场分布；测量蹄形电磁铁在不同工作电流下霍耳电压UＨ，描绘UＨ-IＨ曲线。仪器和用具霍耳效应测磁场仪、直流电源、直流安培表、直流毫安表、滑线变阻器、数字电压表。实验十八：铁磁物质动态磁滞回线的测试实验目的了解用示波器法显示磁滞回线的基本原理；学会用示波器法测绘磁化曲线和磁滞回线。实验内容测绘基本磁化曲线；测绘磁滞回线。仪器和用具磁滞回线测试仪、交流毫伏表（高阻）、铁磁材料测试板、示波器、测试样品、米尺（透明）。实验十九：半导体热敏电阻特性的研究实验目的研究热敏电阻的温度特性；掌握非平衡电桥的原理；了解半导体温度计的结构及使用方法。实验内容研究热敏电阻的温度特性；学习使用热敏电阻温度计并测绘其定标曲线。12\n仪器和用具直流稳压电源、电阻箱、检流计、热敏电阻、温度计、滑线电阻、恒温器或杜瓦瓶、加热器、微安表（四）考核要求：实验课程的考核包括操作能力的考核和理论考核两部分。操作能力考核主要实验操作和实验报告为依据。理论考核通过笔试进行。三、参考书目1.杨述武主编，《普通物理实验》，高等教育出版社，2000年5月第3版。2.林抒、龚镇雄编，《普通物理实验》，人民教育出版社，1982。3.龚镇雄主编，《气轨上的物理实验》，北京大学出版社，1982。4.郑少山、刘振来编，《大学物理实验》，兰州大学出版社，2006。12