大学物理实验讲义

用RC 电路测电容【实验目的】1、观察电容充放电现象，了解电容特性；2、利用电容器的充、放电测定电容；3、根据电容容抗的频率特性测定电容。

【仪器仪器】两个电容（其中一个为电解电容，电容值470F μ；另一个电容值约为0.1F μ），电阻箱，直流电源，信号发生器，数字万用电表，示波器，导线．开关等。

【实验原理】1．电容器电容器是常用电子元件之一，其符号如图l 所示，用C 表示．常用电容器以两层金属箔（膜）为极板。

极板中间有一层绝缘材料作为介质。

极板上可积聚等量异号的电荷Q,两极板的电压为U ，两者成线性关系，其比值即为电容电容符号电容的基本单位是F ，这个单位太大，常用单位有F μ和pF ：薄膜介质电容、纸介质电容和电解电容器等，常用的电解电容器电容值较大，且有正负极性，使用时应注意将正极接高电位，负极接低电位；如果极性接反，会将电容器击穿损坏．电容的主要参数有：电容值和额定工作电压。

由于电容的充放电特性，以及电容具有隔直流和通交流的能力，在电子技术中使用十分普遍，常用于滤渡电路、定时电路、锯齿波发生器电路、微分积分等电路．2．RC 电路充放电特性将一个电容和一个电阻串联构成RC 电路，电路如图2所示当开关K 合到图2中的“1”时，直流电源通过电阻R 给电容充电，电容上的电压cu 逐渐增大，最终与电源电压E 相等；然后再将开关合向“2”，电容C 将通过电阻R 放电，c u 逐渐减小，直至为零。

在RC 电路充放电过程中c u 和R u 的变化遵循以下规律： （1）对于充电过程，有)1(/RC t C e E u --= （1）C图 1 电容符号 图 2 电容充放电原理图RC t eRE i /-=或RCt R Ee u /-= （2） （2）对于放电过程，有RCt C Ee u /-= （3）RC t eRE i /--=或RCt R Ee u /--= （4） 由上述公式可知，在充电过程中，c u 和)(R u i 均按指数规律变化，式(4)中电流的负号表示放电过程中电流的方向与充电过程相反。

电子与场带电粒子在电场和磁场中运动是在近代科学技术应用的许多领域中都经常遇到的一种物理现象。

在下面的实验中，主要研究电子在各种电场和磁场中的运动规律。

在这个实验中，把电子看作是遵从牛顿运动定律的经典粒子。

因为在下面实验中，电子的运动速度总是远小于光速（3.00×108 m/s），所以不必考虑相对论效应，而且由于实验中电子运动的空间范围远比原子的尺度要大，也可不必考虑量子效应。

【实验目的】1.了解示波管的构造和工作原理，研究静电场对电子的加速作用。

2.定量分析电子束在横向匀强电场作用下的偏转情况。

3.定量分析电子束在横向磁场作用下的偏转。

4.定量分析电子束在纵向磁场作用下螺旋运动，测定荷质比。

【实验仪器】DH4521电子束测试仪、电源线、10芯专用电缆、52尼康线。

【实验原理】1.小型电子示波管的构造阴极射线管中，电子示波管的构造如图1所示。

包括下面几个部分：图 1 示波管结构图F-灯丝K-阴极G1，G2- 控制栅极A1-第一阳极A2-第二阳极Y-竖直偏转板X-水平偏转板电子枪，它的作用是发射电子，把它加速到一定速度并聚成一细束；偏转系统，由两对平板电极构成。

一对上下放置的Y轴偏转板(或称垂直偏转板)，一对左右放置的X轴偏转板(或称水平偏转板)；荧光屏，用以显示电子束打在示波管端面的位置。

以上这几部分都密封在一只玻璃壳之中。

玻璃壳内抽成高真空，以免电子穿越整个管长时与气体分子发生碰撞，故管内的残余气压不超过610-大气压。

电子枪的内部构造如图2所示。

电子源是阴极，图中用字母K 表示。

它是一只金属圆柱筒，里面装有加热用的灯丝，两者之间用陶瓷套管绝缘。

当灯丝通电时可把阴极加热到很高温度。

在圆柱筒端部涂有钡和锶氧化物，此材料中的电子在加热时较容易逸出表面，并能在阴极周围空间自由运动，这种过程叫热电子发射。

与阴极共轴布置着的还有四个圆筒状电极，电极1G 离阴极最近，称为控制栅，正常工作时加有相对于阴极K 大约-5～-20伏的负电压，它产生的电场是要把阴极发射出来的电子推回到阴极去。

大一物理实验讲义知识点实验一：测量物体质量和密度1. 实验目的：通过测量物体质量和尺寸，计算物体的密度。

2. 实验原理：- 质量的测量：使用天平测量物体的质量，保证天平的零位和精确读数。

- 密度的计算：物体的密度可以通过质量与体积之间的关系计算得到，公式为密度=质量/体积。

3. 实验步骤：1) 清洁天平，使其保持干净并调整到零位。

2) 使用天平测量物体的质量，记录下数值。

3) 测量物体的尺寸（如长、宽、高），计算出物体的体积。

4) 根据质量和体积的测量结果，计算物体的密度。

4. 实验注意事项：- 天平要保持干净、水平放置，并调整到零位。

- 测量物体尺寸时，要使用合适的测量工具，并保证测量的准确性。

- 计算密度时，注意单位的转换和小数点的精确性。

实验二：测量光的折射角1. 实验目的：通过测量光的入射角和折射角，验证光的折射定律。

2. 实验原理：- 光的入射角和折射角：当光从一个介质射入另一个介质时，入射角和折射角之间满足折射定律，即入射角的正弦与折射角的正弦之比等于两介质的折射率之比。

- 折射率：介质的折射率定义为光速在真空中的速度与光速在该介质中的速度之比。

3. 实验步骤：1) 准备一个光学平台，并安装一个光源和一个半圆柱形容器。

2) 使用一个测量尺测量半圆柱形容器的半径，并记录下数值。

3) 调整光源和半圆柱形容器的位置，使光线通过容器，并测量入射角和折射角。

4) 根据测量结果，计算光在该介质中的折射率，并与理论值进行比较。

4. 实验注意事项：- 在测量光线入射角和折射角时，要保证准确的读数和测量。

- 使用合适的测量工具，如测量尺和角度测量器。

- 调整光源和容器位置时，要小心操作，避免光线的偏移或干扰。

实验三：测量力的大小和方向1. 实验目的：通过测量物体受力的大小和方向，了解力的性质和作用。

2. 实验原理：- 力的大小：力是物体之间相互作用的结果，可以通过测力计或弹簧秤等工具来测量力的大小。

- 力的方向：力的方向可以通过测量物体所受力的方向来确定，力是矢量量值。

大学物理学实验(讲稿)（力、热、光、电）**: ***授课时间:所在院系: 物理与电子信息学院预备知识：不确定度的概念：不确定度是由于测量误差的存在而造成对被测量值不能确定的程度。

因此，我们应将测量中的不可靠量值叫误差，导致测量结果的不可靠量值叫不确定度。

一、 直接测量量的不确定度计算：A 类不确定度：（随机误差）)1()(2--=∑N N x xu iA （通用式）B 类不确定度：（未定系统误差）3仪∆=B u （p=0.683） （通用式）总不确定度：22B A u u u +=（通用式）仪∆获得的三个途径：（1）由仪器或说明书给出（指以前称为仪器误差）。

（2）由仪器的准确度等级给出：100量程）（等级仪⨯=∆（3）估计连续读数的仪器：分度值仪21=∆；非连续读数的仪器：分度值仪=∆； 数子式仪器：仪∆取末位数字的21±±或。

单次测量的不确定度计算：由于00)(==-A i u x x 故，3仪∆==B u u二、 间接测量量的不确定度计算：设：...),,(z y x f N = 传递公式：...)()()(222222+∂∂+∂∂+∂∂=z y x N u zf u y f u x f u 例如：园柱体的密度公式为h d m v m 24πρ==则222)()2()()(hu d u m u u h d m ++=ρρ ρρρρ⨯=)()(u u （单位）式中：—待测物体的直径。

—d —待测物体的高度。

—h —待测物体的质量。

—m三、 测量结果表示：3)18.091.8()(cm g u ±=±=ρρρ （第一位为1时可多取1位）3)05.080.7()(cm gu ±=±=ρρρ （测量值不足两位补零与不确定度位数对齐）实验一 单摆一、实验目的1、用单摆测定本地的重力加速度；2、掌握用作图法验证理论公式；3、了解测量中主要误差来源及处理方法。

大学物理实验教案课件第一章：绪论1.1 课程介绍介绍大学物理实验课程的目的和重要性概述实验课程的结构和要求1.2 实验器材与实验室规则介绍实验器材的种类和用途讲解实验室的安全规则和操作注意事项第二章：力学实验2.1 实验一：验证牛顿第二定律介绍实验目的和原理讲解实验步骤和操作方法分析实验结果和误差来源2.2 实验二：测定弹簧常数介绍实验目的和原理讲解实验步骤和操作方法分析实验结果和误差来源第三章：热学实验3.1 实验三：测定水的比热容介绍实验目的和原理讲解实验步骤和操作方法分析实验结果和误差来源3.2 实验四：测定气体的物理常数介绍实验目的和原理讲解实验步骤和操作方法分析实验结果和误差来源第四章：电磁学实验4.1 实验五：测定电阻的温度系数介绍实验目的和原理讲解实验步骤和操作方法分析实验结果和误差来源4.2 实验六：测定电容的特性介绍实验目的和原理讲解实验步骤和操作方法分析实验结果和误差来源第五章：光学实验5.1 实验七：测定光的折射率介绍实验目的和原理讲解实验步骤和操作方法分析实验结果和误差来源5.2 实验八：测定光的波动性介绍实验目的和原理讲解实验步骤和操作方法分析实验结果和误差来源第六章：波动与光学实验6.1 实验九：声波的传播速度介绍实验目的和原理讲解实验步骤和操作方法分析实验结果和误差来源6.2 实验十：双缝干涉实验介绍实验目的和原理讲解实验步骤和操作方法分析实验结果和误差来源第七章：现代物理实验7.1 实验十一：电子伏特计实验介绍实验目的和原理讲解实验步骤和操作方法分析实验结果和误差来源7.2 实验十二：核磁共振实验介绍实验目的和原理讲解实验步骤和操作方法分析实验结果和误差来源第八章：实验数据处理与误差分析8.1 数据处理基础介绍实验数据处理的基本方法讲解最小二乘法、误差传播等计算方法分析实验数据处理在物理实验中的应用8.2 误差分析与减小方法介绍误差的定义和分类讲解误差来源和减小方法分析实验中如何有效减小误差9.2 实验报告交流与评价介绍实验报告的交流方式和评价标准讲解实验报告评价中的重要指标分析如何提高实验报告的质量第十章：综合与应用10.1 综合实验项目介绍综合实验的目的和要求讲解综合实验项目的选题和设计方法10.2 实验应用案例分析介绍实验成果在实际应用中的案例讲解实验应用的意义和价值分析实验应用对物理发展的贡献重点和难点解析1. 实验原理的讲解：在介绍每个实验的章节中，对实验原理的讲解是理解实验的关键。

大学物理实验讲义（非物理专业使用）物理与电子科学系普通物理教研室2006年9月前言物理学是一门以实验为基础的科学，物理学的基本定律，如牛顿运动定律、动量守恒定律、库仑定律、法拉第电磁感应定律等，都是在大量实验的基础上总结出来的，因此，实验是研究和学习物理的重要方法。

一、物理实验课的目的通过观察物理现象、模拟物理过程、测量物理量、探讨物理技术。

使学习者：1、了解科学实验的基本组成和实验程序，掌握物理实验的基础知识。

2、通过实验全过程（预习、操作、写实验报告）的训练，培养实验设计的基本能力、提出问题、分析和解决问题的能力、知识的应用能力、报告的撰写能力。

3、养成严肃认真的实验作风（遵守纪律、实事求是、一丝不苟、科学分析、认真细致）。

二、作好实验的三个步骤及要求1、预习：上课操作实验之前要明确实验目的，清楚实验内容、实验原理、仪器的工作原理和仪器的正确使用方法，并准备好实验所需测量数据原始记录表格２、实验操作：在充分掌握仪器正确使用的前提下，利用仪器观察物理现象和测量实验数据，同时分析实验数据是否正确。

实验中要做到动手和动脑同时进行，及时发现问题并分析解决。

（1）按上课时间提前5—10分钟进入实验室，进实验室时要交上次实验的实验报告，将本次实验的预习报告和数据记录表格交老师检查。

操作时要带教材和辅导资料。

（2）进入实验室按指定位置坐好，检查仪器情况并记录仪器编号。

整个实验过程中不能动用或调换非本组的仪器，不能随意走动，不能讲话影响他人，每组单独完成实验操作，并且每人都能够单独完成实验。

（3）操作要认真仔细，特别要注意仪器的正确使用和使用中的注意事项，若操作不当损坏器材和仪器严重磨损要按规定赔偿。

（4）认真记录好原始数据，并对测量的数据认真分析，操作结束后将用钢笔整理好的数据交给教师签字。

同时抽查操作过程。

（5）整理好仪器、搞好本组卫生、经教师检查允许后方可离开实验室。

3、实验报告实验报告要写在专用的物理实验报告册上，其中利用数据的作图要作在坐标纸上。

大学物理实验讲义(太阳能科学与工程系光伏工程教研室2010年3月)目录写在前面 (2)一、物理实验的地位和作用 (2)二、物理实验课的教学目的 (2)三、物理实验课的基本程序 (3)实验一扭摆法测定刚体转动惯量 (5)【实验目的】 (5)【实验原理】 (5)实验二悬丝耦合弯曲共振法测定金属材料杨氏模量 (11)【实验目的】 (11)【实验原理】 (11)实验三电表改装与校准 (19)【实验目的】 (19)【实验原理】 (19)实验四示波器原理及使用 (26)【实验目的】 (26)【实验原理】 (26)实验五霍尔效应实验组合仪的使用 (30)【实验目的】 (30)【实验原理】 (30)实验六迈克尔逊干涉实验仪的使用 (38)【实验目的】 (38)【实验原理】 (38)写在前面一、物理实验的地位和作用科学的理论来源于科学的实验,并受到科学实验的检验,物理学的理论,就是通过观察、实验、抽象、假说等研究方法，并通过实验的检验而建立起来的。

观察和实验是物理学中的重要研究方法。

观察就是对自然界中发生的某种现象，在不改变自然条件的情况下，按照原来的样子加以观察研究。

而实验则是人们按照一定的研究目的，借助按规定的仪器设备，人为地控制或模拟自然现象，使自然现象以比较纯粹或典型的形式表现出来，进而对其进行反复地观察和测试，探索其内部规律的一种方法。

物理学从本质上说是一门实验科学，无论是物理规律的发现，还是物理理论的验证，都有待迂实验。

物理实验不仅在物理学的发展中占有重要的地位，而且在推动其它自然科学、工程技术的发展中也起着重要作用。

特别在不少交叉学科中，物理试验的构思、方法和技术与化学、生物学、天文学等学科的相互结合已取得丰硕的成果。

此外，物理实验还是众多高技术发展的源泉、原子能、半导体、激光、超导和空间技术等最新科技成果，都是与物理实验密切相关的。

二、物理实验课的教学目的根据《高等学校工程专科物理实验课程教学的基本要求》，结合我校的实际，对各专业不同的需要选取一定数量和实用内容的实验项目。

实验01 塞曼效应实验在物理学的发展过程中，人类为光本性的探讨经过了相当曲折的过程。

1845 年，法拉第发现光的振动面在磁场中发生旋转，揭示了光学现象与磁学现象之间存在联系，启发人类不能孤立地研究光，必须将光学现象和其它物理现象联系起来考虑。

1860 年，麦克斯韦的理论研究指出光的电磁本质，1892 年赫兹的实验证实了光是电磁波。

1896年塞曼（zeeman）在强磁场和精密的光谱仪器，使原子光谱分裂成数条完全偏振的光谱现象，此现象被称为塞曼效应，洛仑兹电子论对其的解释，使洛仑兹的“电子论取得了它最伟大的胜利”（劳厄）。

塞曼效应在对光本性认识中的作用被认为是继X光(1895)之后物理学最重要的发现之一。

1902 年塞曼因这一成就与洛仑兹共获诺贝尔物理奖。

塞曼效应是研究原子结构和能级参数的重要手段，也是激光技术、测量技术中的重要手段。

∆≤0.14cm-1），故采用法布里-玻罗标由于塞曼效应分裂谱线的间距极小（波数间距γ~∆值。

准具来分析谱线的精细结构，并用照相或摄谱装置记录测量塞曼分裂线的波数间距γ~【实验目的】1、观察汞546.1 nm 光谱线的塞曼效应；2、了解用法布里-波罗干涉仪测量波长差值的方法；3、测量汞546.1 nm 塞曼分裂光谱线的波长差，并且测定e /m的值。

【仪器用具】由笔形汞灯、汞灯支架、汞灯电源、可移动永久磁铁、聚光透镜、可切换滤光片盘、偏振片、FP标准具、成像透镜、观测目镜、测微千分表、CCD摄像头等部件组成三、实验原理1896年，塞曼（P. Zeeman）发现把光源放置于足够强的磁场中时，磁场作用于光体，使其光谱发生变化，可把每一条谱线分裂成几条偏振化的谱线，这种现象称为塞曼效应。

塞曼效应实验证实了原子具有磁矩和空间取向量子化，这一现象得到洛仑兹理论的解释。

1902年塞曼因这一发现与洛仑兹共享诺贝尔物理学奖。

1、原子的磁矩原子由原子核和电子组成，电子绕原子核具有轨道运动和自旋运动，相应的轨道角动量、轨道磁矩、自旋角动量及自旋磁矩可表示为：μL = eP L / 2m (1)P L = [ L (L+1)]1/2 h / 2π(2)μS = eP S / m (3)P S = [ S ( S +1)] h / 2π(4)式中L为轨道量子数，S 为自旋量子数，e为电子电荷，m为电子质量，h为普朗克常数。

大学物理实验教案课件第一章：绪论1.1 课程介绍物理实验在物理学发展中的重要性大学物理实验课程的目标和意义1.2 实验基本原则与要求实验安全与注意事项第二章：力学实验2.1 基本力学实验重力加速度的测定弹簧常数的测定2.2 动力学实验动量守恒定律的验证牛顿第二定律的验证第三章：热学实验3.1 基本热学实验比热容的测定热膨胀系数的测定3.2 热能转换实验热机效率的测定热电偶的制作与性能测试第四章：电磁学实验电阻、电容、电感的测量交流电路的测量4.2 电磁感应实验法拉第电磁感应定律的验证楞次定律的验证第五章：光学实验5.1 基本光学实验光的折射定律的验证光的干涉与衍射现象的观察5.2 现代光学实验激光的传播与聚焦特性光纤通信的基本原理演示大学物理实验教案课件第六章：现代物理实验6.1 基本现代物理实验氢原子的光谱线宽度测定光电效应的实验研究6.2 原子核物理实验放射性元素的半衰期测定原子核的衰变实验第七章：量子物理实验单缝衍射与双缝干涉现象的观察光的偏振现象研究7.2 量子力学实验量子纠缠现象的实验演示量子态的超定性实验第八章：电磁学高级实验8.1 微波实验微波的传播特性研究微波谐振腔的实验研究8.2 电磁波的发射与接收实验无线电波的发射与接收卫星通信的基本原理实验第九章：光学高级实验9.1 非线性光学实验二次谐波产生的实验研究光学超分辨成像实验9.2 量子光学实验量子干涉实验量子隐形传态实验第十章：综合创新实验10.1 实验设计原则与方法实验目的与设计思路实验方案的制定与优化10.2 实验案例分析光电子学实验案例生物物理实验案例大学物理实验教案课件第十一章：实验数据处理与分析11.1 实验数据的采集与处理实验数据的采集方法实验数据的处理技巧11.2 误差分析与不确定度评估误差的来源与分类不确定度的评估方法第十二章：实验技能训练12.1 实验操作技巧与规范实验仪器的使用与维护实验操作的安全注意事项实验报告的结构与内容实验结果的展示与讨论第十三章：物理实验项目管理与评价13.1 实验项目的组织与管理实验项目的规划与安排实验资源的配置与管理13.2 实验评价与反馈实验过程的评价指标实验结果的反馈与改进第十四章：物理实验技术进展14.1 实验技术的创新与发展新型实验仪器的研发与应用实验技术的改进与优化14.2 实验技术的应用案例物理实验技术在科研中的应用物理实验技术在产业中的应用第十五章：实验拓展与研究项目15.1 实验拓展项目的设计与实施实验拓展项目的目标与要求实验拓展项目的实施步骤15.2 研究项目的开展与成果展示研究项目的选题与规划研究项目的成果展示与评价重点和难点解析本文档涵盖了大学物理实验教案课件的十五个章节，内容全面，从实验的基本原则和要求到各个领域的具体实验项目，再到实验数据处理、技能训练、项目管理与评价、技术进展以及拓展研究项目，每个部分都有其重点和难点。

【实验目的】(1)掌握游标卡尺的读数原理和使用方法，学会测量不同物体的长度。

(2)掌握千分尺(螺旋测微器)和物理天平的使用方法。

(3)测量规则固体密度。

(4)用流体静力称衡法测量液体的密度。

(5)学会正确记录和处理实验数据，掌握有效数字记录、运算和不确定度估算。

记下游标卡尺的量程和最小分(刻)度值，卡尺零点校正：松开游标紧固螺钉。

合拢刀口，记下零点偏差值）（初L 用游标卡尺)02.0(mm 铜套的高H 、外径D 、内径d ，各测六次取其平均值，如果存在初读值需校正。

该情况下总的不确定度可取U B =0.02mm ，各直接测量的结果表达式X=X ±U B (X)计算体积V 和估算不确定度体积：V=H )d D (422⋅- 不确定度：22222)]()(4[))( 2())( 2()(H U d D d U d H D U D H V U -++=πππ 测量结果表达为：V=V ±U(V)()()()232122221321223221)()()()()()()(m U m m m U m m m U m m m m -+-+-⋅-=水()[]()()()221312221321m m m m m m m m m m --ρ=∂ρ∂-+-ρ=∂ρ∂水水图1-5中的游标卡尺读数为多少？我们知道当主、附尺的零刻度线重合时，被测物长度为零，由此推断被测物的长度应等于主、附尺零刻度线之间的距离(即图中L)。

故用游标卡尺测取读数时首先应读取游标零刻度线在主尺上所截取的读数值，图中游标零刻度线在主尺上所截取的读数值L 0=15.0mm,但还有从15.0mm 刻度线到游标零刻度线之间的小段距离ΔL 读不出来。

为此，可利用线段相减的原理求ΔL ，第二步从主、附尺上找出主、附尺的重合线，读出附尺的格数m ，由图知m=5格，于是按线段相减原理：图1-7 螺旋测微器mm nmb a m mb ma L 5.01.05)(=⨯==-=-=∆ 最后，得到被测物体的长度即读数值L 为：mm namL L L L 5.155.00.1500=+=+=∆+= (1-4) 我们称(1-4)式为游标卡尺的读数原理，它对角度游标也。