大学物理实验教案
大学物理实验绪论课习题及其参考答案 WTD standardization office【WTD 5AB- WTDK 08- WTD 2C】
习 题 1、下列各量是几位有效数字？ （1）地球平均半径km R 22.6371= 6位 （2）s T 0010.2= 5位 （3）真空中的光速s m c /299792458= 9位 （4）cm l 00058.0= 2位 （5）地球到太阳的平均距离km s 810496.1?= 4位 （6）J 23109.2? 2位 2、按有效数字运算法则计算下列各式 （1）06546.06.547.255++ （2）218.311.855.90-- （3）0.145.12.91÷? ×102 （4）100)23.10025.100(÷- 2×10-3 （5）0.2001.22??π （6）) 001.000.1)(0.3103()3.1630.18(00.50+--? 3、按照误差理论和有效数字运算法则改正错误 （1）mm h 5.026.25±= mm h 5.03.25±=→ （2）015330'±'= θ 2.06.30±=→θ （3）nm 46.06.579±=λ nm 5.06.579±=→λ （4）2911/)1032.41067.1(m N Y ?±?=211/10)04.067.1(m N Y ?±=→ （5）m cm 5500= m cm 00.5500=→
（6）25.25.12= 2.25.12=→ （7）mA A I 10010000.0== mA A I 000.10010000.0==→ （8）06330.0是三位有效数字 位有效数字4→ 4、用一级千分尺测量一小球的直径，测得数据如下： 000.10:)(mm d i ，998.9，003.10，002.10，997.9，001.10，998.9，999.9，004.10，997.9。计算直径的算术平均值、标准误差、相对误差以及正确表达测量结果。 解：) (000.10)997.9004.10999.9998.9001.10997.9002.10003.10998.9000.10(10 110110 1 mm d d i i =+++++++++?=?=∑= 结果表示：)(004.0000.10mm d d d ±=±=σ 5、计算下列数据的算术平均值、绝对误差、相对误差以及正确表达测量结果。 356.2:)(m R i ，345.2，348.2，355.2，354.2，353.2。 解： )(352.2)353.2354.2355.2348.2345.2356.2(6 16161m R R i i =+++++?=?=∑= 结果表示：)(004.0352.2m R R R ±=?±= 6、一个圆柱体，测得其直径为mm d 006.0987.10±=，高度为 cm h 005.0526.4±=，质量为g m 006.0106.149±=，计算该圆柱体的密度、标准误差、相对误差以及正确表达测量结果。 解：)/(748.34432cm g h d m =??=πρ 7、计算下列各式的绝对误差、相对误差以及正确表达测量结果。
4 练 习 题 注意 解实验练习题本身并不是目的，真正的目的是要掌握进行科学实验方法中各主要环节．因此，在做每一道习题之前，必需先看清题意要求，再看一看教材中有关内容，然后，在有关原理、规则的指导下完成各习题．理解与习题有关的基本原理比得到一个正确的答案要重要得多． 1．测读实验数据． （1）指出下列各量为几位有效数字，再将各量改取成三位有效数字，并写成标准式． ① 1.0850 cm ； ② 2575.0 g ； ③ 3.141592654 s ； ④ 0.86249 m ； ⑤ 0.0301 kg ； ⑥ 979.436 cm s -2 （2）按照不确定度理论和有效数字运算规则，改正以下错误： ① 0.30 m 等于30 cm 等于300 mm ． ② 有人说0.1230是五位有效数字，有人却说是三位有效数字，请改正并说明原因． ③ 某组测量结果表示为： d 1 =（10.800±0.02）cm d 2 =（10.800±0.123）cm d 3 =（10.8±0.002）cm d 4 =（10.8±0.12）cm 试正确表示每次测量结果，计算各次测量值的相对不确定度． 2．有效数字的运算． （1）试下列完成测量值的有效数字运算： ① sin60o00′ ② lg7.48 ③e 3.687 （2）某间接测量的函数关系为y = x 1+x 2，x 1，x 2为实验值． 若 ① x 1 = 1.1±0.1 cm ，x 2 = 2.387±0.001 cm ； ② x 1 = 37.13±0.02 mm ，x 2 = 0.623±0.001 mm ； 试求算出y 的实验结果． （3）Z=α+β-γ；其中α = 1.218±0.002（Ω）；β = 2.1±0.2（Ω）； γ = 2.14±0.03（Ω）试计算出Z 的实验结果． （4）U = IR ，今测得 I = 1.00±0.05（A ），R = 1.00±0.03（Ω），试算出U 的实验结果． （5）试利用有效数字运算法则，计算下列各式的结果（应写出每一步简化的情况）： ① =?0.200.40000.76 ② =+??×) 001.000.1)(0.3103()3.1630.18(00.50
大学物理实验教案
大学物理实验教案 作者姓名王悦 学科(教研室) 大学物理教研室 所在院系电气工程系
第一讲：误差与数据处理 本节授课时数：2学时 一、教学内容及要求 1、测量与误差 1. 了解测量的含义，理解测量的分类和测量四要素并会判断； 2. 掌握误差的分类和误差的来源并会计算误差； 3. 熟练运用直接测量偶然误差的估计公式进行误差估计； 4. 了解系统误差的处理。 2、不确定度的概念 1. 了解不确定度的分类； 2. 熟练掌握直接测量不确定度和间接测量的不确定度的计算。 3、有效数字的处理 要求熟练掌握各种运算中的有效数字位数的取舍原则。 4、数据处理 1. 了解数据图表法的优点和缺点，会熟练作图和制表，给学生强调容易忽视 的细节：比如图名，物理量的表示和单位以及描点的要求。 2. 熟练掌握用作图法求直线的斜率和截距的方法。理解如何把曲线改直。 3. 熟练使用逐差法，了解其使用的前提和优点。 4. 了解最小二乘法的由来和优点，能够熟练使用公式了解相关系数的意义。 二、教学重点与难点 重点：
1.系统误差和偶然误差的特点； 2.不确定度和置信概率的定义和其中的物理意义； 3.不确定度的分类和具体计算，有效数字的运算法则； 4.数据处理中的逐差法和最小二乘法。 难点：不确定度的传递和有效数字的运算法则。 三、教学后记 通过绪论课，不少同学应该都建立这样的思想：实验不仅仅是动手的过程，而操作后的数据是一个比较复杂和相当重要的工作。对于现在和以后的实验，不确定度的分析是占有很重要的地位。 实践部分：11个实验不同专业学生做的略有不同
大学物理实验绪论课练习题参考答案 1、解： ① 08.1 ②862.0 ③1.27 ④61097.8-? ⑤15.3 ⑥6.52 ⑦8.10 ⑧464.0 2、解：①cm L )35.083.12(±= ②kg m 310)10.050.1(?±= ③mA I )024.0746.38(±= ④ m 50.0=cm 50=mm 2100.5? ⑤()2 cm /s 004.0125.980±=g ⑥m 10371.6km 63716?==R 8．解：①D C B A N 435--+= 001036.0456303754.2102.382?-?-?+= 004144.016818770.502.382--+=219= ④rad x 7836.0=，0001.0=?x ，设=y x sin ，x x y ??=?cos 00007.0=，则x sin 取到小数点后5位，即x sin 0.70583= ⑤00.210000.10)00.7800.79()412.46.5(0.100+?-+?000 .1000.10.100.100??=00.210+00.210100+=310= ⑥0.4720596403.4)08.12.142(-?+1244 03.43.143?=464.0= 12 ① )z (4)()()(222u y u x u f u ++= ②y x y x f +-= )()11()()11()() ln()ln(ln 2222y u y x y x x u y x y x f f u y x y x f ++-++--=+--= )()()(2)(22222y u x x u y y x f u ++= ⑦L r Mgl E 2π= )()1()()2()()1()()1()(ln ln 2ln ln ln ln 22222222L u L r u r l u l M u M E E u L r l M g E +++=--++=π
实验绪论课作业答案 1、(1) 44.02 m (2) 12.40±0.01 m (3) 13.59 kg (4) 0.289m (5) 5.27 m (6) 5.61×104 m 2 3、V = 4 πh ?d 2 = 1.963×10-4 m 3 方法一 ：?V = |h V ??|?h +|d V ??|?d = 4π(d 2 ??h + 2h ?d ??d) =0.01×10-4 m 3 方法二 ：V V ? = h h ? + d d ?2 = 0.005 ?V = 0.005 ? V= 0.01×10-4 m 3 V = ( 1.96 ± 0.01 )×10-4 m 3 B = V V ?= 0.5% P=99.7% 方法三 ：方和根传递法 ?V=()()2222d d V h h V ???? ????+???? ???? =4π()()()22242d hd h d ?+?=0.008×10-4 m 3 V = ( 1.963 ± 0.008) ×10-4 m 3 B = V V ?= 0.4% P=99.7% 4、 (1) ±0.5 mm (2) ±1℃ (3) ±0.01g (4) ±0.05 mm (6) ±1.5 mA (或 ±2 mA) 5、 L =1.449×10-2 m L σ=())110(102--∑i i L L = 0.004×10-2 m L=(1.449±0.004) ×10-2 m B = 0.3% P =68.3% L=(1.45±0.01) ×10-2 m B = 0.7% P =99.7% 6、 R x =2 1R R ?R O = 92.5Ω
大学物理实验教案 实验题目 霍耳效应法测量磁场 实验性质 基本实验 实验学时 3 教师 冷雪松 教学目的 1、熟悉和掌握霍尔磁场测试仪器和霍尔效应装置的使用方法 2、了解霍尔效应产生的原理 3、学习和掌握了用霍尔效应的方法测量磁场 4、学习霍尔效应研究半导体材料的性能的方法以及消除副效应影响的方法重点 消除副效应对测量结果的影响 难点 霍尔效应的产生机理 怎样消除影响测量准确性的附加效应 教 学 过 程
设 计 课前的准备： 仪器设备的检查，注意要校准砝码。 实验的预做（采集三组以上数据进行处理）。 作出数据表格设计的参考。 课上教学的设计： 一、课上的常规检查（预习报告、数据表格的设计等）。(5 分钟) 二、讲解的设计(30分钟) 1、引言 德国物理学家霍尔（E.H.Hall）1879年研究载流导体在磁场中受力的性质时发现，任何导体通以电流时，若存在垂直于电流方向的磁场，则导体内部产生与电流和磁场方向都垂直的电场，这一现象称为霍尔效应，它是一种磁电效应(磁能转换为电能)。二十世纪五十年代以来，由于半导体工艺的发展，先后制成了多种有显著霍尔效应的材料，这一效应的应用研究也随之发展起来。现在，霍尔效应已在测量技术、自动化技术、计算机和信息技术等领域得到了广泛的应用。在测量技术中，典型的应用是测量磁场。 测量磁场方法不少，但其中以霍尔效应为机理的测磁方法因结构简单、体积小、测量速度快等优点而有着广泛的应用，本实验就是采用这种方法。通过本实验了解霍尔效应的物理原理，掌握用磁电传感器——霍尔元件测量磁场的基本方法，学习用异号法消除不等位电压产生的系统误差。 2、提出本实验的目的与任务，讲授为完成本实验设计思想和设计 原则 实验原理 霍尔效应实质上是运动电荷在磁场中受到洛仑磁力的作用后发生偏转而产生的，当霍尔电场力与洛仑磁力平衡时，霍尔片中载流子不在迁移，这样就在霍尔片的上下两个平面间形成了恒定的电位差——霍尔电位差UH，实验测定 系数RH=1/ne称为霍尔系数，是反映材料霍尔效应强弱的重要参数，载流子浓度n越小,则RH越大，UH也越大，所以只有当半导体(n比金属的小得多)出现以后，霍尔效应的应用才得以发展。对于特定的霍尔元件，其厚度d确定，定义霍尔灵敏度KH=RH /d，KH与霍尔片的材料性质、几何尺寸有关，对于一定的霍尔片，其为常数。这样 上式是霍尔效应测磁场的基本理论依据，只要已知KH，用仪器测出I及UH，则可求出磁感应强度B。 3、实验的拓展：(由本实验的完成深化和延伸所学的知识，启发学 生利用现有的设备拓展出新的实验内容,培养学生的创新思维和创新能力。) 1）、测量霍尔元件的不等位电势差 2）、测量霍尔片的特性曲线 4.数据的测量与处理要求用做图法处理数据. 5．介绍主要仪器设备与使用 6．强调实验中要注意的问题 1）、霍尔片又薄又脆，切勿用手摸。
班级 姓名 学号 成绩 （请各班学习委员将作业按学号从大到小排列后交回） 1、评述下列各误差的定义。 1）含有误差的值与其真值之差为误差； 2）某一量值与其算术平均值之差为误差； 3）加工实际值与其标称值之差为误差； 4）测量值与其真值之差为误差； 5）错误值与其真值之差为误差。 2、方差是什么？标准差是什么？为什么可以用它们能描述测量的重复性或测量的稳定性？σ与n /σ的区别是什么？ 3、计算y x 3=?的值及其标准偏差。已知：x=2,01.0=x σ,y=3,02.0=y σ。 4、按关系A=uIt 求焦耳值时，测得t u u t u u ±=±=±=2.6037.120u 10.330I i ，，。且已知u i =0.015A ，u u =0.3V ，u t =0.2s ，都为均匀分布。
5、某胶体浓度与密度的关系可以看为直线，试做直线拟合计算。数据如下： 浓度：4.04,3.64,3.23,2.83,2.42,2.02,1.62,1.21,0.81,0.40,0.00 密度：1.0005,1.0002,0.9998,0.9994,0.9911，0.9988,0.9984,0.9981, 0.9977,0.9973,0.9970 6、将下列物理量进行单位换算,并用科学记数法正确表达其换算结果。 m = (312.670±0.002)kg 换算成g 和mg 。 7、有甲、乙、丙三人共同用千分尺测量一圆球的直径。在算出直径的最佳值和不确定度后,各人所表达的测量结果分别是：甲：(1.2802±0.002)cm ；乙：(1.280±0.002)cm ；丙：(1.28±0.002)cm 。问哪一个人表示得正确？另两人错在什么地方？ 8、按照误差理论和有效数字运算规则改正以下错误： ⑴ q = (1.61243±0.28765)×10－19C ⑵ 有人说0.2870有五位有效数字,有人说只有三位,请纠正并说明理由。 ⑶ 有人说0.0008g 比8.0g 测得准确,试纠正并说明理由。 ⑷ 28cm = 280mm ⑸ 0.0221×0.0221 = 0.00048841 ⑹ 6.1160.121500400-?= 600000
265 1. 测读实验数据。 1) 指出下列各量为几位有效数字，再将各量改取为三位有效数字，并写成标准式。 ① 1.0850 ㎝ ５位 1.08 ㎝ ② 2575.0g ５位 2.58 103 g ③ 3.1415926s ８位 3.14s ④ 0.86429m ５位 0.864m ⑤ 0.0301 ㎏ ３位 0.0301 kg ⑥ 979.436 cm s 2 ６位 2 979cm s 2 (2) 按照不确定度理论和有效数字运算规则，改正以下错误： ① 0.30m 等于 30cm 等于 300mm 。 改正 : 0.30m 等于 30cm 等于 3.0 102 mm . ② 有人说 0.1230 是五位有效数字， 有人说是三位有效数字， 请改正并说明原因。 改正 : 0.1230 是四位有效数字 原因: 以第一个不为零的数字为起点 , 从左往右数 ,有几个数字就是几位有效数 字. ③ 某组测量结果表示为： d 1=( 10.800 0.02 )cm d 2 =( 10.800 0.123)cm d 3=(10.8 0.002 )cm d 4 =( 10.8 0.12 )cm 试正确表示每次测量结果，计算各次测量值的相对不确定度。 改正 : d 1=( 10.80 0.02 )cm d 2 =(10.8 0.2)cm d 3 =(10.8 0.1)cm d 4 =(10.8 0.2)cm 2. 有效数字的运算 ( 1) 试完成下列测量值的有效数字运算： ① sin20 ° 6′ sin20° 5′ =0.34338 sin20 °7′ =0.34393 所以 sin20°6′ =0.343659694=0.3437 ② lg480.3 lg480.2=2.68142 习题答案 E r (d 1) 0.02 100% 0.2% r 1 10.80 0.2 E r (d 2) 0.2 100% 2% r 2 10.8 E r (d 3) 0.1 100% 1% r 3 10.8 0.2 E r (d 4) 0.2 100% 2% 10.8 lg480.4=2.68160
大学物理实验绪论答案附解析 1. 下面哪种说法正确？D A. 间接测量结果有效数字位数的多少由测量仪器的精度决定。 B. 间接测量结果有效数字位数的多少由计算器数码显示位数的多少决定。 C. 间接测量结果有效数字位数的多少由所用的单位决定。 D. 间接测量结果有效数字位数的多少由其不确定度决定。 2. 某物理量的测量结果为n=1.6532（0.0007），下面对该结果的解释哪种是正确的？C A. 表明该物理量的数值有两种可能，即n=1.6525 或n=1.6539 。 B. 表明该物理量的数值是（1.6525，1.6539）区间内的任何值。 C. 表明该物理量的真值有较大的概率位于（1.6525，1.6539）区间内。 D. 表明该物理量的真值不在（1.6525，1.6539）区间内。 3. 在相同的测量条件下，对同一物理量进行多次重复测量，并以各次测量值的算数平均值作为该物理 量的测量结果，以下哪种说法是正确的？B A. 这样做可以减小系统误差。 B. 这样做可以减小随机误差。 C. 这样做可以得到该物理量的真值。
D. 这只是处理测量数据的一种方法，不能减小误差，与真值也没关系。 4. 以下关于系统误差的说法哪个是正确的？D A. 系统误差是没有规律的误差。 B. 系统误差就是指来源于测量仪器的误差。 C. 系统误差是正性误差。 D. 系统误差是可正可负的。 5. 用最小分度为0.2s 的计时器测量时间，一次测量的结果是 56.4s，正确的表达式是哪一个？C A. 56.4(0.1)s C. 56.40（0.06）s B. 56.40(0.10)s D. 56.4（0.2）s 6. 已知 D H M 2 4 π ρ= ，其中M = 276.180（0.020）g ，D = 3.662（0.005）cm，H = 12.180（0.010） cm，M、D、H 这三个测量量中哪一个量的测量对ρ的不确定度影响最大？A A. M 的测量对ρ的不确定度影响最大。
大学物理实验绪论答案 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
实验绪论课作业答案 1、(1) 44.02 m (2) 12.40±0.01 m (3) 13.59 kg (4) 0.289m (5) 5.27 m (6) 5.61×104 m 2 3、V = 4πh ?d 2 = 1.963×10-4 m 3 方法一 ：?V = |h V ??|?h +|d V ??|?d = 4π(d 2 ??h + 2h ?d ??d) =0.01×10-4 m 3 方法二 ：V V ? = h h ? + d d ?2 = 0.005 ?V = 0.005 ? V= 0.01×10-4 m 3 V = ( 1.96 ± 0.01 )×10-4 m 3 B = V V ?= 0.5% P=99.7% 方法三 ：方和根传递法 ?V=()()2222d d V h h V ???? ????+???? ???? =4π()()()22242d hd h d ?+?=0.008×10-4 m 3 V = ( 1.963 ± 0.008) ×10-4 m 3 B = V V ?= 0.4% P=99.7% 4、 (1) ±0.5 mm (2) ±1℃ (3) ±0.01g (4) ±0.05 mm (6) ±1.5 mA (或 ±2 mA) 5、 L =1.449×10-2 m L σ=())110(102--∑i i L L = 0.004×10-2 m L=(1.449±0.004) ×10-2 m B = 0.3% P =68.3% L=(1.45±0.01) ×10-2 m B = 0.7% P =99.7% 6、 R x =2 1R R ?R O = 92.5Ω
习 题 1、下列各量是几位有效数字？ （1）地球平均半径km R 22.6371= 6位 （2）s T 0010.2= 5位 （3）真空中的光速s m c /299792458= 9位 （4）cm l 00058.0= 2位 （5）地球到太阳的平均距离km s 8 10496.1?= 4位 （6）J 23109.2? 2位 2、按有效数字运算法则计算下列各式 （1）06546.06.547.255++ 261.1 （2）218.311.855.90-- 51.2 （3）0.145.12.91÷? 1.3×102 （4）100)23.10025.100(÷- 2×10-3 （5）0.2001.22??π 25.2 （6）)001.000.1)(0.3103()3.1630.18(00.50+--? 1.00 3、按照误差理论和有效数字运算法则改正错误 （1）mm h 5.026.25±= mm h 5.03.25±=→ （2）015330'±'= θ 2.06.30±=→θ （3）nm 46.06.579±=λ nm 5.06.579±=→λ （4）2911/)1032.41067.1(m N Y ?±?=2 11/10)04.067.1(m N Y ?±=→ （5）m cm 5500= m cm 00.5500=→ （6）25.25.12= 2.25.12=→ （7）mA A I 10010000.0== mA A I 000.10010000.0==→ （8）06330.0是三位有效数字 位有效数字4→
4、用一级千分尺测量一小球的直径，测得数据如下： 000.10:)(mm d i ，998.9， 003.10，002.10，997.9，001.10，998.9，999.9，004.10，997.9。计算直径的算术平均值、标准误差、相对误差以及正确表达测量结果。 解：) (000.10)997.9004.10999.9998.9001.10997.9002.10003.10998.9000.10(10 110110 1 mm d d i i =+++++++++?=?=∑= )(003.0)(911012mm d d S i i d =-=∑= 3 004.03mm S ins ins =?= )(004.022mm S S ins d d =+=σ %040.0%100=?=d E d d σ 结果表示：)(004.0000.10mm d d d ±=±=σ 5、计算下列数据的算术平均值、绝对误差、相对误差以及正确表达测量结果。 356.2:)(m R i ，345.2，348.2，355.2，354.2，353.2。 解： )(352.2)353.2354.2355.2348.2345.2356.2(6 16161m R R i i =+++++?=?=∑= )(004.0616 1 m R R R i i =-?=?∑= %16.0%100=??=R R E R 结果表示：)(004.0352.2m R R R ±=?±= 6、一个圆柱体，测得其直径为mm d 006.0987.10±=，高度为 cm h 005.0526.4±=，质量为g m 006.0106.149±=，计算该圆柱体的密度、标准误差、相对误差以及正确表达测量结果。 解：)/(748.34432cm g m =??=πρ %16.00016.0)()2()( 222==+?+=h d m E h d m σσσρ
实验 22 衍射光栅 一、实验目的： 1.观察光栅的衍射光谱，理解光栅衍射基本规律。 2.进一步熟悉分光计的调节和使用。 3. 测定光栅常数和汞原子光谱部分特征波长。 二、实验仪器： 分光计、光栅、汞灯。 三、实验原理及过程简述： 1.衍射光栅、光栅常数光栅是由大量相互平行、等宽、等距的狭缝（或刻痕）构成。其示意图如图 1 所示。 图1图2 光栅上若刻痕宽度为 a，刻痕间距为 b，则 d＝a 十 b 称为光栅常数，它是光栅基本参数之一。 2.光栅方程、光栅光谱 根据夫琅和费光栅衍射理论，当一束平行单色光垂直入射到光栅平面上时，光波将发生衍射，凡衍射角满足光栅方程： ， k 0 ，± 1 ，± 2... （1）时，光会加强。式中λ为单色光波长， k 是明条纹级数。衍射后的光波经透镜会聚后，在焦平面上将形成分隔得较远的一系列对称分布的明条纹，如图 2 所示。如果人射光波中包含有几种不同波长的复色光，则经光栅衍射后，不同波长光的同一级（ k ）明条纹将按一定次序排列，形成彩色谱线，称为该入射光源的衍射光谱。图 3 是普 0通低压汞灯的第一级衍射光谱。它每一级光谱中有四条特征谱线：紫色λ14358 A ；绿色λ 0 0 025461 A ；黄色两条λ3＝5770 A 和λ45791 A 。
3.光栅常数与汞灯特征谱线波长的测量由方程（1）可知，若光垂直入射到光栅上，而第一级光谱中波长λ1 已知，则测出它相应的衍射角为 1 ，就可算出光栅常数 d；反之，若光栅常数已知，则可由式（1）测出光源发射的各特征谱线的波长 i 。角的测量可由分光计进行。 4．实验内容与步骤 a.分光计调整与汞灯衍射光谱观察 （1）调整好分光计。 （2）将光栅按图 4 所示位置放于载物台上。通过调平螺丝 a 1 或 a 3 使光栅平面与平行光管光轴垂直。然后放开望远镜制动螺丝，转动望远镜观察汞灯衍射光谱，中央（ K 0 ）零级为白色，望远镜转至左、右两边时，均可看到分立的四条彩色谱线。若发现左、右两边光谱线不在同一水平线上时，可通过调平螺丝a 2 ，使两边谱线处于同一水平线上。 （3）调节平行光管狭缝宽度。狭缝的宽度以能够分辨出两条紧靠的黄色谱线为准。 b.光栅常数与光谱波长的测量
大学物理实验教案实验项目用模拟法描绘静电场 教学目的1. 学习用模拟法描绘静电场的原理和方法。 2. 加深对电场强度和电场线、电位等概念的理解。 3. 描绘同轴圆柱形电缆横截面的电场分布情况。 实验原理 模拟法要求不同的两种场遵循的物理规律形式应是相似的。这样，利用其相似性，可以对容易测量的场进行研究代替对不易测量的场的研究。由于稳恒电流的电场与电介质(或真空)中的静电场之间具有相似性，因此，欲测绘静电场，只要测绘相应的稳恒电流的电场就行了。与电介质(或真空)相对应，稳恒电流电场中的导电物质应是不良导体。本实验通过用导电玻璃为导电质的稳恒电流场的研究来了解电介质中静电场的情况。 同轴电缆如图1所示，内筒外半径为a、外筒内半径为b，设外筒和内筒单位长度带电量为-τ和+τ，电位分别为V b和V a，则两筒之间r处的 电场强度为 2 E r τ πε =。 图1 两筒之间的电位差为 00 ln 22 b b a b a a b V V Edr dr r a ττ πεπε -=== ??。 若外筒接地，V b=0，则 ln 2 a b V a τ πε =(1) 两筒之间任一点离轴心为r处的电位V r为 ln 2 r a r a r V V Edr a τ πε -== ?(2) 即 000 ln(ln ln)ln 222 r a r b r b V V a a a r τττ πεπεπε =-=-=(3)
将(3)式除以(1)式得 ln ln r a b V r b V a = (4) (4)式为两筒间的电位分布。 若用导电玻璃和电极模拟同轴电缆横截面的电场，其电路如图2所示。 图2 ln ln (1)/ln ln r a a a r b V a r V V b b V a a =-= (5) (5)式和(4)式相同，这就说明了可以用直流电场来模拟静电场，其电位分布是相同的。同时由(5)式可以看出，由于V a 、a 、b 都是常数，所以V r 是r 的函数，即等电位线都是同心圆。 教学重点与难点 重点：用稳恒电流场模拟静电场的物理思想及其模拟条件。 难点：静电场的测绘方法。 实验内容提要 1. 准备一张白纸：折出八条对称辐射线； 2. 校正电源： 调节“电压-调节”旋钮到所需的工作电压10.00V ； 3. 在白纸上描出7.00V 、5.00V 、3.00V 和1.00V 的等位点，每 等位点不得少于8个点； 4. 据电力线与等位线相互垂直的特点，画出电力线。 测量与数据处理 要求 1. 每条等位线上的8个点，是否尽量均匀分布； 2. 不同的等位线，是否形成同心圆； 3. 电力线的始末端：是否从内电极指向外电极。
物理实验绪论课作业 一、选择题 1、下列说法中正确的是 A 、 随机误差的大小和正负无规律，所以它可以是任意值； B 、 只要观测的对象不变，同一个人用相同仪器测其随机误差是不变的； C 、 正态分布随机误差的抵偿性，是说随机误差的算术平均值随测量次数的增加而趋向于零； D 、 用算术平均误差估算随机误差最方便最合理。 2、下列测量方法中，消除系统误差的测量方法有： A 、 交换法 ； B 、 补偿法 ； C 、 模拟法 ； D 、 替代法 ； E 、 比较法 ； F 、 放大法 。 3、下列说法中正确的是。 A 、 误差是测量值与真值之差； B 、 偏差是测量值与算术平均值之差； C 、 通过一次测量即可求出标准偏差S x ，所以称之为单次测量的标准偏差； D 、 我们在实验中是用平均值的标准偏差来作为随机误差的估算值。 二、指出下列各数各是几位有效数字 0.0001 1.0001 2.7031025 486.135 0.0300 三、将前四个数取三位有效数字；后四个数取四为有效数字。 0.086294 27.053 8.971310-6 0.020000 3.1415 4.32749 4.32650 100.349 四、根据有效数字运算规则，计算下列各式。 98.754+1.3 ； 107.50-2.5 ； 111130.100 ； 0.00345630.038 ； 237.5÷0.10 ； 15÷3.142 ； 76.00÷(40.00-2.0) ； 50.0003(18.30-16.3) ÷[(103-3.0)3(1.00+0.001)]； 1000.03(5.6+4.412) ÷[(78.00-77.0)310.000]； 100.00÷(25.00-5.0) 五、下列表达式有错误，请改正。 1、A=（17000±100）Km ； 正： 2、B=（1.001730±0.0005）s ； 正： 3、C=（10.8100±0.7）c ； 正： 4、D=(18.5476±0.2249)v 。 正： 六、单位换算，并用科学记数法表示。 M=(201.750±0.001)g= kg = mg 七、有等精度测量列X i ：29.18 、29.24 、29.27 、29.45 、29.26 ，求该测量列的算术平均值X 、标准偏差X S 及平均值的标准偏差X S
《大学物理实验》教案实验分光计的调节与使用
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实验28 分光计的调节与使用 【一】实验目的 1.了解分光计的构造，学会分光计的调节方法。 2.学会用分光计测量三棱镜的顶角。 【二】实验仪器 分光计；电源；平面反射镜；三棱镜 【三】实验原理及过程简述 1.分光计的结构 分光计主要由四部分组成：望远镜；载物台；平行光管；读数盘 2．自准望远镜 图1 当分化板处于目镜和物镜的焦平面上，且平面镜垂直于望远镜的轴线时，十字架的像与十字叉丝重合，如图2。 图2
3．分光计测量三菱镜顶角的原理 图3 分光计调节好后把三菱镜放到载物台上，当望远镜同三菱镜的一个光学面垂直时，十字架的像应该与视场中的十字叉丝重合。如图可测量出望远镜转过的角度，则三菱镜的顶角为： ()()[] ' ' A 1212021180θ-θ+θ-θ-= 4. 实验步骤 1）调节望远镜使其适合于观察平行光； 2）调节望远镜和载物台的倾斜角度使其与分光计的轴线垂直； 3）测量三菱镜的顶角。 【四】数据记录 1θ 1θ' 2θ 2θ' 1 422'ο 02183'ο 42122'ο 42303'ο 2 438'ο 03188'ο 03128'ο 02308'ο 3 249'ο 04189'ο 24129'ο 24309'ο 【五】 数据处理及误差计算 三菱镜顶角： )]()[(2 11801212θθθθ'-'+--=οA 2601'=οA 3602'=οA 1603'=οA
265 习题答案 1. 测读实验数据。 （1） 指出下列各量为几位有效数字，再将各量改取为三位有效数字，并写成标准式。 ① 1.0850㎝ ５位 1.08㎝ ② 2575.0g ５位 g 31058.2? ③ 3.1415926s ８位 3.14s ④ 0.86429m ５位 0.864m ⑤ 0.0301㎏ ３位 0.0301kg ⑥ 979.4362 -?s cm ６位 2 979-?s cm (2) 按照不确定度理论和有效数字运算规则，改正以下错误： ① 0.30m 等于30cm 等于300mm 。 改正: 0.30m 等于30cm 等于mm 2 100.3?. ② 有人说0.1230是五位有效数字，有人说是三位有效数字，请改正并说明原因。 改正: 0.1230是四位有效数字 原因: 以第一个不为零的数字为起点,从左往右数,有几个数字就是几位有效数字. ③ 某组测量结果表示为： d 1=(02.0800.10±)cm d 2=(123.0800.10±)cm d 3=(002.08.10±)cm d 4=(12.08.10±)cm 试正确表示每次测量结果，计算各次测量值的相对不确定度。 改正: d 1=(02.080.10±)cm %2.0%10080.1002 .0)(1=?=d E r d 2=(2.08.10±)cm %2%1008.102 .0)(2=?=d E r d 3=(1.08.10±)cm %1%1008.101 .0)(3=?=d E r d 4=(2.08.10±)cm %2%1008 .102 .0)(4=?=d E r 2. 有效数字的运算 （1） 试完成下列测量值的有效数字运算： ① sin20°6′ sin20°5′=0.34338 sin20°7′=0.34393 所以 sin20°6′=0.343659694=0.3437 ② lg480.3 lg480.2=2.68142 lg480.4=2.68160
习 题 1、下列各量是几位有效数字 （1）地球平均半径km R 22.6371= 6位 （2）s T 0010.2= 5位 （3）真空中的光速s m c /299792458= 9位 （4）cm l 00058.0= 2位 （5）地球到太阳的平均距离km s 8 10496.1?= 4位 （6）J 23109.2? 2位 2、按有效数字运算法则计算下列各式 （1）06546.06.547.255++ （2）218.311.855.90-- （3）0.145.12.91÷? ×102 （4）100)23.10025.100(÷- 2×10-3 （5）0.2001.22??π （6）)001.000.1)(0.3103()3.1630.18(00.50+--? 3、按照误差理论和有效数字运算法则改正错误 （1）mm h 5.026.25±= mm h 5.03.25±=→ （2）015330'±'=οθ οο2.06.30±=→θ （3）nm 46.06.579±=λ nm 5.06.579±=→λ （4）2911/)1032.41067.1(m N Y ?±?=211/10)04.067.1(m N Y ?±=→ （5）m cm 5500= m cm 00.5500=→ （6）25.25.12= 2.25.12 =→ （7）mA A I 10010000.0== mA A I 000.10010000.0==→ （8）06330.0是三位有效数字 位有效数字4→
4、用一级千分尺测量一小球的直径，测得数据如下： 000.10:)(mm d i ，998.9，003.10，002.10，997.9，001.10，998.9，999.9，004.10， 997.9。计算直径的算术平均值、标准误差、相对误差以及正确表达测量结果。 解：) (000.10)997.9004.10999.9998.9001.10997.9002.10003.10998.9000.10(10 110110 1 mm d d i i =+++++++++?=?=∑= )(003.0)(911012mm d d S i i d =-=∑= 3 004.03mm S ins ins =?= )(004.022mm S S ins d d =+=σ %040.0%100=?=d E d d σ 结果表示：)(004.0000.10mm d d d ±=±=σ 5、计算下列数据的算术平均值、绝对误差、相对误差以及正确表达测量结果。 356.2:)(m R i ，345.2，348.2，355.2，354.2，353.2。 解： )(352.2)353.2354.2355.2348.2345.2356.2(6 16161m R R i i =+++++?=?=∑= )(004.06161m R R R i i =-?=?∑= %16.0%100=??=R R E R 结果表示：)(004.0352.2m R R R ±=?±= 6、一个圆柱体，测得其直径为mm d 006.0987.10±=，高度为 cm h 005.0526.4±=，质量为g m 006.0106.149±=，计算该圆柱体的密度、标准误差、相对误差以及正确表达测量结果。 解：)/(748.34432cm g h d m =??=πρ %16.00016.0)()2()(222==+?+=h d m E h d m σσσρ
大学物理实验教案2-单摆大学物理实验教案
2 2 1 3 . 4 sin - 2 4 2 对于幅角不超过50时，周期的实测值和小振动近似的结果的偏差就不会大于千分之一。 实验名称：单摆的研究 实验目的： 1.掌握用单摆测定重力加速度的方法。 2?研究单摆振动的周期和摆长的关系。 3?掌握米尺、游标卡尺、秒表的正确使用方法。 4?掌握根据测量精度要求选择合适的测量仪器和测量方法。 实验仪器： 单摆 秒表 米尺 游标卡尺 实验原理： 用一根不能伸长的轻线悬挂一小球，作幅角 很小的摆动就是一个单摆。设小球的质 量为m ，其质心到摆的支点 0的距离为I （摆长）。作用在小球上的切向力的大小为 mg sin ，它总指向平衡点 0。当幅角 0很小时, 则sin ，切向力的大小为 mg ，按牛顿第二定 律，质点的运动方程为 ma 切 mg ml ￡ dt 2 mg dt 2 这是一简谐运动方程，该简谐振动角频率 的平方等 于g. I ，由此得出 丰...g 单摆的振动周期 B 之间存在下列关系 若按这误差要求用式T 测量重力加速度，必须把单摆的幅角控制在 、、g 5°之内。 2 _l_ T 和摆动的角度
n个周期的时间t，则实验时，测量一个周期的相对误差较大，一般是测量连续摆动 T t/n ,因此 式中和n不考虑误差，因此g的不确定度传递公式u（g）为 u(g) 从上式可以看出，在U丨、u t大体一定的情况下，增大I和t对测量g有利。 实验内容： （一）、测定重力加速度 1、单摆调整 （1）实验时，将仪器放置桌边； （2）调节摆角板高度（距上端50cm），并使摆角板平面、镜面、单摆底座的前表面及 桌子侧面平行； （3）调整立柱铅直。 2、测量摆长 选取摆长1m左右，用米尺测量摆线长I 6次，用游标卡尺测摆球直径 d 6次，计算摆长L=l+d/2. 3、测量周期 测出连续摆动50次的总时间t;共测6次。 4、计算重力加速度g及其不确定度。 提示：（1）摆长应是摆线加上小球的半径。 （2）球的振幅小于摆长的十二分之一角度小于十五度 （3）握秒表的手和小球同步运动，测量不确定度可能小一些。 （4）当摆锤过平衡位置时，按表计时，测量的不确定度可能小一些。 （5）为了防止数错n值，应在计时表开始按表时数零，以后每过一个周期，数1, 2, ??…n。 （二）、研究摆长与周期的关系 1、均匀地改变6次摆长L ,每次增加约10皿，测出相应的连续摆动50次的总时间t; 2 2、计算出摆长L、周期T和T ; 3、在直角坐标纸上绘制L图线，验证简谐振动的周期与摆长的关系。 实验数据处理 （一）、测定重力加速度