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《大学物理演示实验》课程简介一、课程基本信息课程代码：0702111007课程名称：大学物理演示实验英文名称：College Physics Demonstration Experiments学分：1 总学时：28讲课学时：0 实验学时：12 上机学时：0 课外学时：16适用对象：四年制本科工科各类专业先修课程：大学物理开课单位：数理部二、课程内容与教学目标物理演示实验课程以对实验现象的观察、思考、定性或半定量分析为主，不深究严格的物理理论，不要求对实验结果做出准确的定量分析，以便充分展示演示实验的趣味性和在描述物理概念上的直观性、易接受性，使理工科的学生能够加深和巩固对已学物理概念的理解，对尚未学到的物理知识能建立一个直观的、定性的物理概念，以激发学生求知探索的欲望，提高实验动手能力和科技创新能力；对于文科的学生，通过观察神奇的物理演示现象，聆听老师对相应物理知识的介绍，能够使他们更容易地理解物理、了解自然科学，了解科技进步对人类文明的贡献，全面提高综合素质。
三、对教学方式、实践环节、学生自主学习的基本要求本课程采用启发式、开放式的教学方式，学生根据实验室提供的资料、仪器、设备，结合自己的兴趣和所具备的物理知识，选择要做的演示实验。
上课时，老师首先对相关的实验原理、实验现象和演示仪器作简单介绍和初步演示，然后让同学们自已操作演示仪器，包括设计新的实验方案和优化实验步骤，并写出实验报告。
课程自主前期学习阶段要求学生在线了解和学习各类演示实验基础知识，后期自主学习阶段要求学生积极探索并形成创新创意，完成一篇课程论文。
四、考核方式与学习成绩评定（请注明平时成绩、考试成绩、实验成绩等各部分占比）本课程为考试课程，期末考试采用闭卷笔试。
学生的课程总评成绩由平时成绩（占30%）和期末考试成绩两部分构成。
平时成绩由出勤、作业、课堂测验、学习主动性等构成。
论文成绩由课外论文成绩构成。
物理演示实验绪论一、关于物理学物理学是人类在探索大自然现象及其规律过程中形成、以实验为基础的一门科学。
物理学研究宇宙间一切物质的基本形式、性质和运动规律，研究物质之间的相互作用与转化、各种物质形态的内部结构等。
物理学的各分支学科是按物质的存在形式或运动规律而划分的。
物质的不同存在形式及不同运动规律之间存在着联系，各分支学科之间互相渗透。
物理学是各分支学科既相对独立又彼此密切联系的统一整体。
17世纪，人们已经了解宏观物质机械运动的基本规律。
19世纪末，物理学建立了包括力学、热学、电磁学和光学等学科在内的完整的基本理论体系，即经典物理学。
20世纪初，人们相继建立了相对论和量子力学，在此基础上发展起来的物理学通常称为近代物理学。
按照研究对象的不同尺度和结构层次，当今的物理学也划分为天体物理学、凝聚态物理学、原子分子物理学、核物理学和粒子物理学等。
许多重要的基本问题尚待解决，如强、弱、电磁、引力四种基本相互作用力的统一，暗物质和暗能量之谜等有可能对物理学产生革命性影响的问题，以及复杂体系和极端条件下物质的新效应。
当前物理学基础研究的三个重要方向是：物质深层次微观结构和运动的基本规律，宇宙大尺度结构及运动的基本规律，凝聚态物质和复杂系统的内部结构、内部运动的基本规律及宏观量子效应。
物理学的基本原理渗透在自然科学的各个领域，应用于技术科学的各个方面，是技术科学的基础和先导。
物理学深刻影响人类的思维方式和对世界的基本认识，所体现的科学的世界观和方法论，形成人类文明的一个重要组成部分。
数学是物理学研究的基本工具之一。
物理学理论通常以数学形式表达，然而物理学定律的正确性只能由反复的严格的物理实验来检验。
物理学的发展也进一步推动了数学的发展。
长期以来，物理学的发展推动了化学、生命科学、地学、天文学等基础学科的发展。
例如，物理学对原子、分子的量子规律的揭示，为化学奠定了微观理论基础；物理学原理和技术的发展使化学和生命科学等学科的实验研究手段产生了根本的变化。
大学物理演示实验（一）引言：大学物理演示实验是物理学学习中的重要组成部分，通过实验可以加深学生对物理学原理的理解，并培养其实践能力和观察力。
本文将介绍一些大学物理演示实验的方法和技巧，以及实验过程中需要注意的细节。
正文：一、实验器材准备1. 确定实验目标：在开始实验之前，确定实验的目标和预期结果，以便选择合适的实验器材和测量方法。
2. 选择合适的器材：根据实验目标选择合适的器材，包括仪器设备、样品和探测器等。
3. 检查器材质量：在开始实验之前，要仔细检查实验器材的质量和状态，确保其正常运行和使用。
二、实验操作步骤1. 准备实验样品：根据实验需要，准备好实验样品，并保证其质量和状态符合实验要求。
2. 实验器材的调校：在实验开始之前，要进行器材的调校和适当的校准，以确保测量结果的准确性。
3. 实验参数设定：根据实验要求，设定实验参数，如实验温度、电流大小等。
4. 实验记录和数据处理：在实验过程中，要及时记录实验数据，并对数据进行适当的处理和分析，以得出结论。
5. 实验安全措施：在实验过程中，要严格遵守实验安全规定，保证实验的安全运行。
三、实验注意事项1. 注意实验环境：确保实验室环境安全和整洁，防止杂物干扰实验结果。
2. 注意实验时间安排：合理安排实验时间，确保实验能够顺利进行，并预留足够的时间进行数据处理和分析。
3. 注意实验技巧：掌握相关的实验操作技巧，以提高实验的效率和准确性。
4. 注意实验数据准确性：在记录实验数据时，要尽量保证数据的准确性，避免误差的发生。
5. 注意实验细节：在进行实验时，要注意实验细节和注意事项，如保持实验器材的干燥和清洁等。
四、实验结果和分析1. 数据处理和分析：根据实验数据，进行适当的数据处理和分析，例如计算平均值、标准差等统计量，并进行误差分析。
2. 结果展示：将实验结果以适当的图表形式展示出来，以便更好地理解和比较实验结果。
3. 结果解释和讨论：对实验结果进行解释和讨论，分析实验现象和原理之间的关系，并与理论结果进行比较和验证。
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。
大学物理演示实验（二）引言概述：大学物理演示实验（二）是大学物理实验课程中的一部分，旨在通过实验展示和验证物理理论，帮助学生巩固课堂知识，培养实验技能和科学观察能力。
本文档将介绍大学物理演示实验（二）的内容和目标。
正文：1. 实验一：光的折射- 介绍折射现象和斯涅尔定律- 测量光线由空气进入玻璃的折射角- 实验中的注意事项和误差分析- 实验结果的分析和讨论- 总结实验对折射现象的认识和物理原理的应用2. 实验二：牛顿环实验- 介绍牛顿环实验和干涉现象- 利用透明球与平板玻璃之间的干涉环展示干涉现象- 实验中的观察与记录- 计算干涉环的半径和观察现象的解释- 总结实验对干涉现象的认识和光的波动性质的验证3. 实验三：弹性碰撞- 介绍弹性碰撞的基本概念和守恒定律- 利用弹性碰撞实验装置进行实验- 测量碰撞前后小球的速度和动量- 实验中的注意事项和误差分析- 实验结果的分析和讨论- 总结实验对弹性碰撞的认识和动量守恒定律的应用4. 实验四：平衡与力的测量- 介绍物体平衡和力的概念- 利用测力计测量物体的重力和不同角度下的拉力- 实验中的观察与记录- 绘制力的示意图和分析力的关系- 总结实验对平衡和力的认识和测力学的应用5. 实验五：磁感线实验- 介绍磁感线和磁力线的概念- 利用磁铁和铁屑展示磁感线的分布- 实验中的观察与记录- 分析磁感线和磁铁性质的关系- 总结实验对磁感线和磁铁性质的认识总结：大学物理演示实验（二）通过五个实验点的探究，帮助学生深入理解物理理论和原理。
通过折射、干涉、碰撞、平衡和磁感线五个实验的展示和验证，学生不仅巩固了课堂知识，还培养了实验技能和科学观察能力。
这些实验的结果对物理现象的认识和理论的应用具有重要意义，为学生日后的学习和研究打下了坚实的基础。
大学物理演示实验1. 引言大学物理演示实验是物理学教学中不可或缺的一环。
通过实际操作和观察，学生可以更深入地理解物理概念和原理，提高对物理学的兴趣。
本文将介绍几个常见的大学物理演示实验。
2. 实验一：牛顿摆2.1 实验目的通过观察和分析牛顿摆的运动规律，理解简谐运动和力的平衡。
2.2 实验原理牛顿摆由一个质量为m的小球挂在一根长为L的轻细绳上，绳的一端固定在支架上，另一端自由下垂。
当小球摆动时，它的运动符合简谐运动的规律。
2.3 实验步骤1.将牛顿摆固定在支架上。
2.给小球一个初动能，使其摆动起来。
3.观察摆动的规律，并记录摆动的周期T和摆动的振幅A。
2.4 结果分析根据实验数据可以绘制出摆动的周期-摆长图像，验证牛顿摆的运动与摆长的关系。
同时，可以计算出摆动的周期和振幅之间的关系，验证简谐运动的规律。
3. 实验二：光的折射3.1 实验目的通过观察和研究光的折射现象，理解光的传播和折射定律。
3.2 实验原理当光从一种介质传播到另一种介质中时，会发生折射现象。
根据折射定律，入射角、折射角和两种介质的折射率之间存在一定的关系。
3.3 实验步骤1.准备一个透明的玻璃板和一束光源。
2.在玻璃板上放置一个直尺，使其与光源成一定的夹角。
3.调整光源的位置和入射角度，观察光在玻璃板中的传播和折射现象。
3.4 结果分析通过实验观察，可以测量出入射角、折射角和两种介质的折射率，并验证折射定律。
同时，可以讨论光的传播和折射与介质的性质（如密度、折射率）之间的关系。
4. 实验三：电场与电势4.1 实验目的通过实验研究电荷之间的相互作用，理解电场和电势的概念。
4.2 实验原理电场描述了电荷之间的相互作用力，电势则描述了电场中的电荷所受的电势能。
4.3 实验步骤1.准备一个带电体和一个靠近带电体的无电荷体。
2.在无电荷体上放置一枚小球，用静电力使其受到作用。
3.观察小球的运动，并记录下作用力的大小和方向。
4.4 结果分析通过实验数据的分析，可以计算出带电体对无电荷体产生的电场强度和电势能的大小。
大学物理演示实验讲义何豪、侯晓强2010.8实验室功能介绍本实验室将全面支持同学们的大学物理课学习；本实验室为同学们提供了数十个定性或半定量实验。
本实验室还为同学们提供了大量的趣味物理展品。
实验和资料将帮助你理解物理概念,帮助你体会实验构思的巧妙,帮助你把理论与实践更好地结合起来,帮助你开阔知识视野。
总之是为了帮助你早日成才！本实验室采取互动方式教学，除了观察教师为你做的演示实验以外，你还可以选择自己最感兴趣的项目亲自动手做实验；你可以利用导学系统去学习,去思考,去探索；你还可以在课外参加创新实践活动,参加实验室建设,发展自己的个性与特长。
兴趣是最好的老师，在这个实验室的经历将会使你终生难忘!锥体上滚【实验目的】：1．通过观察与思考双锥体沿斜面轨道上滚的现象，使学生加深了解在重力场中物体总是以降低重心，趋于稳定的运动规律。
2．说明物体具有从势能高的位置向势能低的位置运动的趋势，同时说明物体势能和动能的相互转换。
【实验仪器】：锥体上滚演示仪图1，锥体上滚演示仪【实验原理】：能量最低原理指出：物体或系统的能量总是自然趋向最低状态。
本实验中在低端的两根导轨间距小，锥体停在此处重心被抬高了；相反，在高端两根导轨较为分开，锥体在此处下陷，重心实际上降低了。
实验现象仍然符合能量最低原理。
【实验步骤】：1．将双锥体置于导轨的高端，双锥体并不下滚；2．将双锥体置于导轨的低端，松手后双锥体向高端滚去；3．重复第2步操作，仔细观察双锥体上滚的情况。
【注意事项】：1．移动锥体时要轻拿轻放，切勿将锥体掉落在地上。
2．锥体启动时位置要正，防止它滚动时摔下来造成变形或损坏。
陀螺进动【实验目的】：演示旋转刚体（车轮）在外力矩作用下的进动。
【实验仪器】：陀螺进动仪图2陀螺进动仪【实验原理】：陀螺转动起来具有角动量L,当其倾斜时受到一个垂直纸面向里的重力矩(r ×mg)作用,根据角动量原理, 其方向也垂直纸面向里。
下一时刻的角动量L+△L向斜后方,陀螺将不会倒下,而是作进动。
【实验步骤】：用力使陀螺快速转动，将其倾斜放在支架上，放手后陀螺不仅绕其自转轴转动，而且自转轴还会绕支架旋转。
这就是进动现象。
【注意事项】：注意保护陀螺，快要停止转动时用手接住,以免掉到地上摔坏。
弹性碰撞仪【实验目的】：1. 演示等质量球的弹性碰撞过程，加深对动量原理的理解。
2. 演示弹性碰撞时能量的最大传递。
3. 使学生对弹性碰撞过程中的动量、能量变化过程有更清晰的理解。
【实验仪器】：弹性碰撞仪图3，弹性碰撞仪【实验原理】：由动量守恒和能量守恒原理可知：在理想情况下，完全弹性碰撞的物理过程满足动量守恒和能量守恒。
当两个等质量刚性球弹性正碰时，它们将交换速度。
多个小球碰撞时可以进行类似的分析。
事实上，由于小球间的碰撞并非理想的弹性碰撞，还是有能量损失的，故最后小球还是要静止下来。
【实验步骤】：1．调整固定摆球的螺丝，尽量使摆球的中心处于同一直线上；2．拉起最左边的一个摆球，释放，让其撞击其它的摆球，可以观察到最右侧的一个球立即摆起，其振幅几乎等于左边小球的摆幅；3．同时拉起左侧的两个、三个或四个摆球，释放，让其撞击剩余的摆球，可观察到另一侧相同数目的摆球立即摆起，其摆幅几乎等于被拉起摆球的摆幅。
【注意事项】：1．随时注意保持7个摆球的球心处于同一直线上；2．球的摆幅不要太大，否则效果反而不好；3. 不要用力拉球，以免悬线断开。
伯努利悬浮球【实验目的】：了解伯努利原理及实验现象【实验仪器】：伯努利悬浮球图4伯努利悬浮球【实验原理】：据伯努利原理，单位质量的流体的动能（流速头）、势能（位置头）和压力能（压力头）的和在同一流线上为一定值。
流体的流速大处，其压强小，流速小时，其压强大。
由此可知：当球体靠近喷口时，由于喷流从球体上向下喷出，就造成球体上方的压力低于下方的大气压力，由于两者之间的压差大于球体的重量，球体就被压在（托举在）喷口下方不被吹离。
【实验步骤】：1．打开气泵，观察到气流从喇叭喷出；2．拉起气球至喇叭正下方，释放，可以看球体就悬浮喷口下方不被吹离【注意事项】：1．注意保护气球的完好；2. 不要用力拉球，以免悬线断开。
傅科摆【实验目的】：1. 认识非惯性平台的各个组成部分；2. 通过傅科摆演示，观察和理解地球的自传规律。
【实验仪器】：傅科摆图5，傅科摆【实验原理】：傅科摆是法国物理学家傅科（J.B.L.Foucault）于1851年首先在巴黎万神殿的圆拱屋顶下悬挂一个重28公斤的铅球，挂线长67米的大单摆。
发现在摆的过程中，摆动平面不断作顺时针方向的偏转，从而通过单摆摆动平面的旋转验证地球的自转运动。
我国北京自然博物馆门口就有一个傅科摆。
地球自西向东旋转，其角速度ϖ 的方向沿地轴指向北极（Z 轴）。
处于北半球某点的运动物体速度为υ ，那么该物体所受的科里奥利力的表达式为： ω ⨯=v m f c 2科里奥利力c f 的方向垂直于一个平面，这个平面是由υ 和ϖ 的方向所组成的平面，所以c f 垂直于υ ，使υ发生偏转。
傅科的演示直接证明了地球自西向东的自转。
在地球的两级，傅科摆的摆动平面24小时转一圈，而在赤道上，傅科摆没有方向旋转的现象；在两极与赤道之间的区域，傅科摆方向的旋转速度介于两者之间。
傅科摆在地球的不同地点旋转的速度不同，说明了地球表面不同地点的线速度不同，因此，傅科摆还可以用于确定摆所处的维度。
【实验步骤】：1．将单摆拉开一定角度（不要超过底盘限定的范围），使其在竖直平面内摆动；2．调节底盘上的定标尺，使其方向与单摆的摆动方向一致；3，经过一段时间（大约1-2小时），观察单摆的摆动面与定标尺方向的夹角（大约10——20度）。
【注意事项】：1．单摆初始角度不要超出底盘的限定范围；2. 应避免用力拉球，以免摆线断开。
声波可见【实验目的】：借助视觉暂留演示声波；【实验仪器】：声波可见演示仪图6 声波可见演示仪【实验原理】：不同长度，不同张力的弦振动后形成的驻波基频、协频各不相同，即合成波形各不相同。
本装置产生的是横波，可借助滚轮中黑白相间的条纹和人眼的视觉暂留作用将其显示出来。
【实验步骤】：1．将整个装置竖直放稳，用手转动滚轮；2．依次拨动四根琴弦，可观察到不同长度，不同张力的弦线上出现不同基频与协频的驻波；3．重复转动滚轮，拨动琴弦，观察弦上的波形。
【注意事项】：1．滚轮转速不必太高。
2．拨动琴弦切勿用力过猛。
环驻波演示实验【实验目的】：借助驻波演示仪观察驻波，加深对驻波形成条件的理解。
【实验仪器】：环驻波演示仪图7 环驻波演示仪【实验原理】：两列频率、振动方向及振幅都相同的简谐波，在同一直线上沿相反方向传播时叠加形成驻波。
驻波中既没有相位的空间移动，也没有能量的定向传播，各点均在自己的平衡位置附近作简谐振动。
振幅最大处为波腹，振幅为零处为波节。
本实验是利用振子端点反射的波与该点传出的入射波在环上叠加形成驻波。
只有满足圆弧的长度等于驻波半波长的整数倍时，才可在环上形成驻波。
通过改变入射波长（改变信号源的频率），可以形成不同波长的驻波。
【实验步骤】：1．首先将信号源控制振幅电压输出调至最低，打开电源。
2．适当增大电压值环平稳振动；然后调节频率旋钮，直到出现环驻波；3．缓慢改变信号源的频率，使环上出现不同个数的波腹与波节，并使之保持稳定；如果波腹的幅度小，可适当调高电压；4．重复步骤2、3，多次进行观察。
【注意事项】：1．实验中输出电压不能太高，每次变化不能太大。
2．为达到最佳效果，频率与电压需交替配合调整，变化要缓慢。
激光李萨如图形演示仪【实验目的】：利用光杠杆的原理，深入理解简谐振动、受迫振动、共振以及二维同频振动合成。
【实验仪器】：激光李萨如图形演示仪仪器结构如下图：图8 激光李萨如图形演示仪【实验原理】：激光李萨如图形演示仪的激光束向左发射，面板下的机箱内装有低频电压信号发生源。
振动器1水平放置，代表X方向振动；振动器2垂直放置（部分振动条穿入机箱内），代表Y方向振动，两个振动器中的振动片分别由机箱内低频信号功率源驱动，做受迫振动。
当线圈通以交流电时，穿过线圈的振动片被磁化，极性不断变化，并于振动片两旁的磁体吸引、排斥，引起振动，在受迫振动中，通过改变低频率信号功率源的输出频率，实现振动频率的相互比率关系，反射激光束而形成李萨如图形。
即：1．当两个方向相互垂直、频率成整数比的简谐振动叠加时，在屏幕上就会显示李萨如图形。
2．利用光杠杆原理可以使微小的振动放大。
【实验步骤】：1．演示二维同频振动合成：激光李萨如图形演示仪平放在桌上，激光照射在远处屏上，“X:Y转换开关”选择在“1：1”上，打开X方向振动开关，演示X方向振动；关闭X方向振动开光，打开Y方向振动开关，演示Y方向振动，最后打开X、Y方向振动开关，演示两个相互垂直方向的简谐振动合成。
2．演示二维不同频，但两者的频率成证书比的振动合成，“X:Y转换开关”分别选择在“1：2”、“2:3”、“3：4”上，演示李萨如图形，如要是图形稳定（相位差趋向定值），可调节Y频率微调旋钮。
【注意事项】：在打开激光电源开关的情况下，不许用手直接接触激光管的电极接线，以免触电。
雅格布天梯演示实验【实验目的】：通过演示来了解气体弧光放电的原理。
【实验仪器】：雅格布天梯演示仪图9 雅格布天梯演示仪【实验原理】：无论是在稀薄气体、金属蒸汽或大气中，当回路中电流的功率较大时，能够提供足够大的电流，使气体击穿，伴随有强烈的光辉，这时所形成的自持放电的形式是弧光放电。
雅格布天梯是演示高压放电现象的一种装置。
给存在一定距离的两电极之间加上高压，若两电极间的电场达到空气的击穿电场时，两电极间的空气将被击穿，并产生大规模的放电，形成气体的弧光放电。
雅格布天梯中的两电极构成为一梯形，下端间距小，因而场强大。
其下端的空气最先被击穿，产生大量的正负离子，同时产生光和热，即电弧放电。
由于电弧加热（空气的温度升高，空气就越易被电离, 击穿场强就下降），使其上部的空气也被击穿，形成不断放电。
结果弧光区逐渐上移，犹如爬梯子一般的壮观。
当升至一定的高度时，由于两电极间距过大，使极间场强太小不足以击穿空气，电极提供的能量不足以补充声、光、热等能量损耗时弧光因而熄灭。
此时高压再次将电极底部的空气击穿，发生第二轮电弧放电，如此周而复始，形成实验中的现象。
【实验步骤】：打开电源开关，可看到高压弧光放电沿着“天梯”向上“爬”，同时听到放电声，直到上移的弧光消失，天梯底部将再次产生弧光放电。
【注意事项】：1．千万做好安全防护，将仪器封闭，不能让人触及仪器，尤其是在工作时；2．仪器工作时间不能过长，一般不超过3分钟，将自动断电进入保护状态, 稍等一段时间，仪器恢复后方可继续演示。
能量转换轮演示实验【实验目的】：验证能量转换与守恒定律。
