大学物理学设计性实验讲义

本文部分内容来自网络整理，本司不为其真实性负责，如有异议或侵权请及时联系，本司将立即删除！== 本文为word格式，下载后可方便编辑和修改！ ==大学物理实验课程设计实验报告北方民族大学大学物理实验（设计性实验）实验报告指导老师：王建明姓名：张国生学号：XX0233学院：信息与计算科学学院班级：05信计2班重力加速度的测定一、实验任务精确测定银川地区的重力加速度二、实验要求测量结果的相对不确定度不超过5%三、物理模型的建立及比较初步确定有以下六种模型方案：方法一、用打点计时器测量所用仪器为：打点计时器、直尺、带钱夹的铁架台、纸带、夹子、重物、学生电源等.利用自由落体原理使重物做自由落体运动.选择理想纸带，找出起始点0，数出时间为t的p点，用米尺测出op的距离为h，其中t=0.02秒×两点间隔数.由公式h=gt2/2得g=2h/t2，将所测代入即可求得g.方法二、用滴水法测重力加速度调节水龙头阀门，使水滴按相等时间滴下，用秒表测出n个（n取50—100）水滴所用时间t，则每两水滴相隔时间为t′=t/n，用米尺测出水滴下落距离h，由公式h=gt′2/2可得g=2hn2/t2.方法三、取半径为r的玻璃杯，内装适当的液体，固定在旋转台上.旋转台绕其对称轴以角速度ω匀速旋转，这时液体相对于玻璃杯的形状为旋转抛物面重力加速度的计算公式推导如下：取液面上任一液元a，它距转轴为x，质量为m，受重力mg、弹力n.由动力学知：ncosα-mg=0 （1）nsinα＝mω2x （2）两式相比得tgα=ω2x/g，又tgα=dy/dx，∴dy=ω2xdx/g，∴y/x=ω2x/2g. ∴g=ω2x2/2y..将某点对于对称轴和垂直于对称轴最低点的直角坐标系的坐标x、y测出，将转台转速ω代入即可求得g.方法四、光电控制计时法调节水龙头阀门，使水滴按相等时间滴下，用秒表测出n个（n取50—100）水滴所用时间t，则每两水滴相隔时间为t′=t/n，用米尺测出水滴下落距离h，由公式h=gt′2/2可得g=2hn2/t2.方法五、用圆锥摆测量所用仪器为：米尺、秒表、单摆.使单摆的摆锤在水平面内作匀速圆周运动，用直尺测量出h（见图1），用秒表测出摆锥n转所用的时间t，则摆锥角速度ω=2πn/t摆锥作匀速圆周运动的向心力f=mgtgθ，而tgθ=r/h所以mgtgθ=mω2r由以上几式得：。

大学物理实验课程设计实验报告北方民族大学大学物理实验（设计性实验）实验报告指导老师：王建明姓名：张国生学号：XX0233学院：信息与计算科学学院班级：05信计2班重力加速度的测定一、实验任务精确测定银川地区的重力加速度二、实验要求测量结果的相对不确定度不超过5%三、物理模型的建立及比较初步确定有以下六种模型方案：方法一、用打点计时器测量所用仪器为：打点计时器、直尺、带钱夹的铁架台、纸带、夹子、重物、学生电源等.利用自由落体原理使重物做自由落体运动.选择理想纸带，找出起始点0，数出时间为t的p点，用米尺测出op的距离为h，其中t=0.02秒×两点间隔数.由公式h=gt2/2得g=2h/t2，将所测代入即可求得g.方法二、用滴水法测重力加速度调节水龙头阀门，使水滴按相等时间滴下，用秒表测出n个（n取50—100）水滴所用时间t，则每两水滴相隔时间为t′=t/n，用米尺测出水滴下落距离h，由公式h=gt′2/2可得g=2hn2/t2.方法三、取半径为r的玻璃杯，内装适当的液体，固定在旋转台上.旋转台绕其对称轴以角速度ω匀速旋转，这时液体相对于玻璃杯的形状为旋转抛物面重力加速度的计算公式推导如下：取液面上任一液元a，它距转轴为x，质量为m，受重力mg、弹力n.由动力学知：ncosα-mg=0（1）nsinα＝mω2x（2）两式相比得tgα=ω2x/g，又tgα=dy/dx，∴dy=ω2xdx/g，∴y/x=ω2x/2g.∴g=ω2x2/2y..将某点对于对称轴和垂直于对称轴最低点的直角坐标系的坐标x、y测出，将转台转速ω代入即可求得g.方法四、光电控制计时法调节水龙头阀门，使水滴按相等时间滴下，用秒表测出n个（n取50—100）水滴所用时间t，则每两水滴相隔时间为t′=t/n，用米尺测出水滴下落距离h，由公式h=gt′2/2可得g=2hn2/t2.方法五、用圆锥摆测量所用仪器为：米尺、秒表、单摆.使单摆的摆锤在水平面内作匀速圆周运动，用直尺测量出h（见图1），用秒表测出摆锥n转所用的时间t，则摆锥角速度ω=2πn/t摆锥作匀速圆周运动的向心力f=mgtgθ，而tgθ=r/h所以mgtgθ=mω2r由以上几式得：g=4π2n2h/t2.将所测的n、t、h代入即可求得g值.方法六、单摆法测量重力加速度在摆角很小时，摆动周期为：则通过对以上六种方法的比较，本想尝试利用光电控制计时法来测量，但因为实验室器材不全，故该方法无法进行；对其他几种方法反复比较，用单摆法测量重力加速度原理、方法都比较简单且最熟悉，仪器在实验室也很齐全，故利用该方法来测最为顺利，从而可以得到更为精确的值。

设计性物理实验(总21页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--设计性物理实验一. 物理实验的现状物理实验是理工科大学学生必修的一门重要基础实验课。

着名的物理学家麦克斯韦对物理实验的教育功能早有阐述，他说：“这门课程，除了在实践上保持在大学里长期培养的注意力和分析力外，也促进学生锤炼自己观察的敏锐和动手操作的能力。

”正是如此，各学校对物理实验都非常重视。

从八十年代开始，国内重点大学对物理实验独立设课（我校是1982年对物理实验独立设课的，学时数为54学时，3个学分）。

全国每年都有几次物理实验研讨会、学术交流会，西北地区有物理实验协作组、陕西各高校物理实验协作组都定期进行教学研讨。

尽管从事物理实验教学的教师作了巨大的努力，但由于历史的原因，物理实验和时代有所脱节，不能反映当前物理学的发展及科学技术发展的现状，具有明显的陈旧性、滞后性、非实用性。

传统的教学方式是：学生实验前先予习实验讲义，每个实验的目的、仪器、原理、实验内容、数据表格、数据处理都写得清清楚楚。

学生在做实验过程中，基本上是“按部就班”，“照葫芦画瓢”。

在实验中，学生没有充分锻炼自己动手能力和思维能力，而是把实验当做一种任务来完成，测量记录出所需数据就大功告成。

从某种意义上讲，实验只是学生对所学知识的验证，重复和再现。

而在知识的灵活运用上、与现代科学技术结合上、以及培养学生综合分析、解决问题的能力等方面，需要得到进一步的加强。

二. 开设设计性物理实验课的目的随着现代化科学技术的飞速发展，当今世界学科门类已愈数千，不仅物理学本身内容不断更新，而且出现了不少边缘学科。

就其测量技术而言，测量方法，测量手段，所用仪器仪表等也是日新月异。

教育要面向现代化，面向世界，面向未来，这是高校改革的根本目标。

进入21世纪的教育，必须适应现代社会需要，着重培养学生的综合分析问题和解决问题的能力、创造力和创造精神。

【⼤学物理实验】霍尔效应与应⽤讲义霍尔效应与应⽤1879年，年仅24岁的霍尔在导师罗兰教授的⽀持下，设计了⼀个根据运动载流⼦在外磁场中的偏转来确定在导体或半导体中占主导地位的载流⼦类型的实验，霍尔的发现在当时震动了科学界，这种效应被称为霍尔效应。

通过实验测量半导体材料的霍尔系数和电导率可以判断材料的导电类型、载流⼦浓度、载流⼦迁移率等主要参数。

通过测量霍尔系数和电导率随温度变化的关系，还可以求出半导体材科的杂质电离能和材料的禁带宽度。

如今常规霍尔效应不但是测定半导体材料电学参数的主要⼿段，利⽤该效应制成的霍尔器件已⼴泛⽤于⾮电量的电测量、⾃动控制和信息处理等各个研究领域。

该实验要求学⽣了解霍尔效应的基本原理、霍尔元件的基本结构，测试霍尔元件特性的⽅法，并对测量结果给出正确分析和结论。

⿎励学⽣运⽤霍尔效应的基本原理和霍尔元件的特性，设计⼀些测量磁场，或各种⾮磁性和⾮电性物理量的测量的实验⽅案，例如：磁场分布、位置、位移、⾓度、⾓速度等。

让学⽣更好的运⽤霍尔效应来解决⼀些实际问题。

⼀、预备问题1．霍尔效应在基础研究和应⽤研究⽅⾯有什么价值？2．如何利⽤实验室提供的仪器测量半导体材料的霍尔系数？3．怎样判断霍尔元件载流⼦的类型，计算载流⼦的浓度和迁移速率？4．伴随霍尔效应有那些副效应？如何消除？5．如何利⽤霍尔效应和元件测量磁场？6．如何利⽤霍尔元件进⾏⾮电磁的物理量的测量？7．若磁场的法线不恰好与霍尔元件⽚的法线⼀致，对测量结果会有何影响？如何⽤实验的⽅法判断B与元件法线是否⼀致？8．能否⽤霍尔元件⽚测量交变磁场？⼆、引⾔霍尔效应发现⼀百多年来，在基础和应⽤研究范围不断扩展壮⼤，反常霍尔效应、整数霍尔效应、分数霍尔效应、⾃旋霍尔效应和轨道霍尔效应等相继被发现，并构成了⼀个庞⼤的霍尔效应家族。

1985年克利青、多尔达和派波尔因发现整数量⼦霍尔效应，荣获诺贝尔奖；1998年诺贝尔物学理奖授予苏克林、施特默和崔琦，以表彰他们发现了分数量⼦霍尔效应。

直流非平衡电桥(实验讲义)2012 年 09 月 08 日直流电桥是一种精密的非电量测量仪器，有着广泛的应用。

它的基本原理是利用已知阻值的电阻，通过比例运算，求出一个或几个未知电阻的阻值。

直流电桥可分为平衡电桥和非平衡电桥。

平衡电桥需要通过调节电桥平衡求得待测电阻阻值，如惠斯登电桥、开尔文电桥均是平衡式电桥。

平衡电桥可用来测定未知电阻，由于需要调节平衡，因此平衡电桥只能用于测量具有相对稳定状态的物理量，比如固定电阻的阻值。

而对变化电阻的测量有一定的困难。

如果采用直流非平衡电桥，则能对变化的电阻进行动态测量，直流非平衡电桥输出的非平衡电压能反映电阻的变化，在实际应用中许多被测物理量都与电阻有关，如力敏电阻、热敏电阻、光敏电阻等，只要将这些特殊的电阻装在电桥的一个桥臂上，当某些被测量发生变化时，就引起电阻值的变化，从而输出对应的非平衡电压，就能间接测出被测量的变化。

利用这种原理我们可制作电子天平、电子温度计、光通量计等。

因此直流非平衡电桥与平衡电桥相比，有着更为广泛的应用。

实验目的 （1） 了解非平衡电桥的组成和工作原理以及它在实际中的应用。

（2） 学会用外接电阻箱研究非平衡电桥的输出电压与应变电阻的关系，通过作图研究其线性规律。

（3） 了解桥臂电阻大小对待测电阻的灵敏度和线性范围的影响，学会根据不同的测量需求来选择合适的桥 臂电阻。

（4） 学会利用非平衡电桥测量 Cu 丝的电阻温度系数。

实验仪器图 1：非平衡电桥电路图稳压电源、电阻箱、万用表（用作毫伏表）、Keithy2000（用作微伏特表）、铜丝（漆包线）、加热台、温度计、导线等。

实验原理非平衡电桥原理如图 1 所示，当 R 3/R 2=R 4/R 1 时，电桥平衡，即：I g =0，U g =0；当用 R 4+ΔR 代替R 4 时，R 3/R 2 不等于R 4+ΔR/R 1，此时，I g 不等于 0，U g 不等于 0，为非平衡状态。

图 2—1 迈克耳逊干涉仪光路原理图
图 2—2 WSM—100 形迈氏干涉仪外形图
干涉系统由分光板 G1，补偿 G2，平面反射镜 M１和 M２组成。G1、G2 是两块材料相同、形状一样的平行平面玻璃板。在 G1 的后表面上镀有银或
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铝的半透半反射膜 A。从图 2—1 可以看出，不加 G2 时，光束 I 经过 G1 三 次，而光束Ⅱ只经过一次。这种不对称性，对单色光干涉并不重要，但在白 光干涉时，由于 G1 的色散会对不同波长的光波产生附加光程差，加入 G2 可以补偿这种附加光程差，以便得到清晰的白光干涉条纹。3、4 为平面反 射镜 M2 的微调旋钮，在 M1、M2 后还有三只可调螺旋 8，用以调节 M1、M2 间的相对倾角。安装时，要求 G1 平行于 G2。M1、M2 与 G1、G2 约成 45° 夹角。在图 2—1 中， M 2 是 M2 在半反射面 A 中的虚象，位于 M1 附近。 干涉条纹可认为是 M1、 M 2 的反射光在干涉场中迭加相干的结果。 观察测量系统由导轨 7，粗调手轮 1，微调手轮 2，读数窗 5，观察屏 6 组成。M1 由精密丝杆带动可在导轨 7 上平移，旋转手轮 1 或 2，可改变 M1 和 M 2 之间的距离 d。在本仪器中，M1 镜的移动范围约为 100mm，读数精 度为 10-4mm，可估读到 10-5mm。M1 的位置由三部分读数之和决定，这些读 数是导轨左侧的毫米标尺读数（mm） 、读数窗 5 显示的读数（10 2mm）与 微调手轮 2 的读数（10 4mm） 。在一次测量中，手轮 5 和 2 应单向旋转， 以 避免逆转空回引起测量误差。

la e l l'
（1—4）
若在迭加区内放置观察屏 E，就可接收到平行于脊棱的等距直线条纹。 当用白光照明时，可接收到彩色条纹。 利用图 1—2 可导出干涉孔径角

2
其中， J 0 为承物台和塔轮的转动惯量； J c 为两小钢柱对过其质心且平行于 OO′ 轴的转动惯 量； m钢柱 为一个钢柱的质量； d 为两平行轴间的距离。 如测量结果 J 对称 − J 不对称 = 2m钢柱 d 成立，即验证了平行轴定理。
2
三、实验仪器
实验仪器包括：刚体转动惯量仪、通用电脑毫秒计、水准仪、游标尺、砝码等。 3.1、刚体转动惯量仪 刚体转动惯量仪结构见图 7-2。 使用方法:接通转动惯量仪的光电门,随着转动体系的转动,遮光细棒将通过光电门不断 的遮光。光电门将光信号转变成电信号，送到毫秒计的计时器的输入端，进行计时，达到预 置的角度 θ 时，即停止计时。
四、实验内容
按以下要求调节好实验装置：承物台转轴垂直于底座，选择合适的塔轮绕绳。调整塔轮 和定滑轮之间的拉线使之呈水平状态， 并保持定滑轮的滑槽与所选用的塔轮半径垂直。 圆盘 质量和砝码质量由实验室提供。
4.1、单角度设置法（ ω0 = 0 ）
（1）用单角度设置法测出承物台空载和载荷两种情况下的转动时间 t ； （2）画出两种情况下的 m − 1 t 直线，并在图中读出 C0、k 0、C、k ；并代入公式计算
5 4 3 2 1 O 1′ 2′ 3′ 4′ 5′
r
O′
M
图 7-2 验证平行轴定理装置图
3.2、通用电脑毫秒计 (1)通用电脑毫秒计面板图如图 7-3 所示。
4
通用电脑式毫秒计
TH-2
1 4 7 #
2 5 8 0
3 6 9
B
A
复位 输入Ⅰ 输入Ⅱ
*
C
E
0
D
图 7-3 通用电脑式毫秒计面板图 A.6 位计时数码块 B.2 位脉冲个数数码块 C.复位键 D.信号输入端 E.按键数码盘

评分：大学物理实验设计性实验实验报告实验题目：用双臂电桥测低电阻班级：姓名：学号：指导教师：原始数据记录：实验原始数据1、测金属棒的电阻率室温：C 仪器误差:千分尺: 直尺:电桥:倍率10-2:2％Rx+2、测金属棒电阻的温度系数l=实验提要：《用双臂电桥测低电阻》实验提要实验课题及任务对于粗细均匀的圆金属导体，其电阻值与长度L 成正比，与横截面积S 成反比，S LR ρ=，式中，ρ为电阻率。

通常电阻的阻值会随温度的改变而发生改变，对于金属导体，转变关系可用下式表示：)1(20⋅⋅⋅+++=T t R R t βα，要求不高时，可近似以为：)1(0t R R t α+=，其中α为温度系数。

要想测量金属电阻的电阻率和温度系数，因为其电阻很小，所以需要用双臂电桥来测量。

《用双臂电桥测低电阻》实验课题任务是：按照所学的知识，设计测量金属棒的电阻率ρ和电阻温度系数α。

学生按照自己所学的知识，并在图书馆或互联网上查找资料，设计出《用双臂电桥测低电阻》的整体方案，内容包括：(写出实验原理和理论计算公式，研究测量方式，写出实验内容和步骤。

)，然后按照自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处置，得出实验结果，按书写科学论文的要求写出完整的实验报告。

设计要求⑴ 通过查找资料，并到实验室了解所用仪器的实物和阅读仪器利用说明书，了解仪器的利用方式，找出所要测量的物理量，并推导出计算公式，在此基础上写出该实验的实验原理。

⑵ 选择实验的测量仪器，设计出实验方式和实验步骤，要具有可操作性。

⑶ 按如实验情形自己肯定所需的测量次数。

⑷ 应该计算法和图解法处置数据。

实验仪器直流双臂电桥，金属棒制作成的四端电阻，直尺，游标卡尺，热水槽，热水等，实验所用公式及物理量符号提示⑴ 电阻率公式：SLR ρ= 其中ρ为电阻率。

若已知导体的直径d ，则： Ld R42πρ=⑵ 金属导体电阻跟测试的关系式：)1(20⋅⋅⋅+++=T t R R t βα要求不高时，可近似以为：)1(0t R R t α+=评分参考(10分)⑴ 正确写出实验原理和计算公式，2分。

大学物理自主设计性实验 （FB716-Ⅱ型物理设计性（传感器）实验装置）

实 验 指 导 书

杭州精科仪器有限公司目 录 第一、 产品简介„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„02 第二、 实验项目内容„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„04 实验一、应变片性能—单臂电桥„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„04 实验二、应变片：单臂、半桥、全桥比较„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„06 实验三、移相器实验„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„08 实验四、相敏检波器实验„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10 实验五、应变片—交流全桥实验„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12 实验六、交流全桥的应用—振幅测量„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14 实验七、交流全桥的应用—电子秤„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14 实验八、霍尔式传感 的直流激励静态位移特性„„„„„„„„„„„„„„„„„16 实验九、霍尔式传感的应用——电子秤„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„17 实验十、霍尔片传感的交流激励静态位移特性„„„„„„„„„„„„„„„„„„17 实验十一、霍尔式传感的应用研究—振幅测量„„„„„„„„„„„„„„„„„„18 实验十二、差动变压器（互感式）的性能„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„19 实验十三、差动变压器（互感式）零点残余电压的补偿„„„„„„„„„„„„„„20 实验十四、差动变压器（互感式）的标定„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„21 实验十五、差动变压器（互感式）的应用研究—振幅测量„„„„„„„„„„„„„22 实验十六、差动变压器（互感式）的应用—电子秤„„„„„„„„„„„„„„„„23 实验十七、差动螺管式（自感式）传感器的静态位移性能„„„„„„„„„„„„„24 实验十八、差动螺管式（自感式）传感器的动态位移性能„„„„„„„„„„„„„25 实验十九、磁电式传感器的性能„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„26 实验二十、压电传感器的动态响应实验„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„27 实验二十一、压电传感器引线电容对电压放大器、电荷放大器的影响„„„„„„„„28 实验二十二、差动面积式电容传感器的静态及动态特性„„„„„„„„„„„„„„29 实验二十三、扩散硅压阻式压力传感实验„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„30 实验二十四、气敏传感器（MQ3）实验„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„32 实验二十五、湿敏电阻（RH）实验„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„34 实验二十六、热释电人体接近实验„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„34 实验二十七、光电传感器测转速实验„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„36 第三、 结构安装图片和说明„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„37

结构化大学物理实验第二版教学设计1. 引言大学物理实验作为大学物理课程中必不可少的一部分，具有不可替代的重要性。

但是，由于传统实验教学模式的弊端，很多学生对实验课程缺乏兴趣和动力，影响了实验教学的效果。

为了改善这一情况，本文提出了一种新的结构化大学物理实验第二版教学设计。

2. 教学目标本教学设计的主要教学目标如下：1.提高学生对大学物理实验的兴趣和动力，提高实验教学效果；2.帮助学生有效地掌握实验操作技能和物理实验原理；3.培养学生实验设计和实验数据处理能力。

3. 教学内容和步骤3.1 教学内容本教学设计的具体教学内容如下：1.大学物理实验基础知识讲解；2.基本物理量的测量方法；3.实验仪器的使用和维护；4.实验的设计和实施；5.实验数据的获取和处理。

3.2 教学步骤1.教师介绍实验目的和实验步骤；2.学生通过实验前阅读、实验报告和实验操作演示来了解实验原理和基本操作方法；3.学生根据课程要求设计实验方案；4.在教师指导下进行实验操作；5.分析和处理实验数据；6.撰写实验报告；7.学生向教师展示实验结果和报告。

4. 教学方法4.1 学生中心教学方法学生中心教学方法是本教学设计的核心。

教师尽量减少对学生的干预，让学生自主完成实验方案的设计和实验操作。

此外，教师还可以采取课堂讨论、小组合作等方式，促进学生之间的交流和互动。

4.2 结合实际应用的教学方法物理实验是一门应用性很强的学科。

为了更好地培养学生的实验应用能力，教师可以结合实际应用情境来讲解物理实验的相关知识。

同时，教师也可以引导学生将所学知识应用到实际项目中。

5. 教学评价5.1 学生自我评价教师可以要求学生根据实验报告和实验操作评价表对自己的实验操作和报告进行评价。

这样不仅可以让学生更好地了解自己的实验水平，还可以促进学生自我反思、自我完善。

5.2 教师评价教师根据学生的实验报告和实验操作评价表对学生的实验操作和报告进行评价，同时对学生的实验设计和数据处理能力进行评价。