大学物理实验指导书(电子版)海运学院2010.05目录绪论 3 实验数据的处理方法 7实验一.长度的测量 9实验二.测量钢丝氏模量 11实验三.扭摆法测定物体转动惯量 13实验四.空气比热容比测定实验 17实验五.线膨胀系数测定 18实验六.常用电学仪器的使用 - 19实验七.惠斯登电桥测电阻 22实验八.电位差计测电动势 24实验九.电表改装 26实验十.示波器的使用 28实验十一.等厚干预的应用 31实验十二.用光栅测定光波的波长33实验十三.旋转液体物体特性测量34实验十四.波尔共振36实验十五.用梁的弯曲测量材料的氏模量38实验十六.仿真实验偏振光的研究39实验十七.光纤传输技术42实验十八.激光全息照相44实验十九.迈克尔逊干预仪的应用46实验二十.光拍法测量光速49实验二十一.光电效应52实验二十二.霍尔效应与其应用55实验二十三.荷质比实验58实验二十四.金属电子逸出功实验62实验二十五.声速测量66实验二十六.夫兰克赫兹实验 69实验二十七.密立根油滴实验73实验二十八.多量程直流电表的设计77绪论早在五十年代，我国物学家钱三强就指出：今天的科学技术开展可以概括为“科学技术化和技术的科学化，也就是说：科学和技术关系越来越密切，科学与技术相互渗透。因此教育界普遍关心的问题，不仅是工艺和设计程序的传授而应把重点放在创造精神和研究能力的培养上。为此，必须注意和加强学生实验技能的培养和训练。加强实验技能的培养，不是一门普通物理实验课所能完成的，各种实验技术都是一门专门的学问，但是任何复杂的实验工作总离不开根本物理量的测量。一物理实验课的任务主要有下述三个方面：1. 对学生进展实验根本知识、方法、技能技巧方面的培养的训练。要求学生掌握一些常用物理量的测量方法，根本上具备观察现象测量数据。处理和分析结果到完整地写出实验报告的能力。2. 在实验过自己动手、观察、测量、分析、更深入理解物理理论。3. 培养严肃认真、实事的科学作风和爱护国家财产、遵守纪律的优良品德。二测量与误差1. 根本概念测量可分为直接测量与间接测量两种。直接测量就是用量具或电表直接与被测之量比拟所得的量。间接测量就是测出与待测量有一定关系的诸量，然后计算出该待测量。一个物理量在客观上有着确定的数值成为真值。测量值与真值之间的差异称为误差。误差按其产生原因与性质分为两类： 系统误差产生系统误差的主要原因：仪器、测量方法和计算方法的不完善。 偶然误差产生偶然误差的主要原因：人的感觉器官的限制与实验环境等干扰。偶然误差的出现服从统计规律，因此通过屡次测量求平均值的方法可以减小偶然误差。 粗大误差明显超出规定条件下预期的误差。实验中尽量防止。2不确定度测量不确定度是表征被测量量的真值以一定的概率落在某一个量值围的不肯定程度的一个估算。一般用表示。不确定度分类： A类不确定度：统计分析方法评定，记作； B类不确定度：非统计分析方法评定，记作； 合成不确定度：将A类不确定度和B类不确定度用一定规那么合成，常用公式。3直接测量结果的不确定度计算对某个物理量测量几次，每次测量结果分别为，求出算术平均值：求标准偏差 贝塞尔公式A类不确定度系数查书本第六页 表1 注：测量次数6到10次时B类不确定度查书本第七页表2合成不确定度结果表示不确定度与测量结果平均值之比称为相对不确定度。4 间接测量的不确定度计算设，那么不确定度传递公式： 结果表示：三有效数字与其运算1. 什么叫有效数字？在测量和计算时，正确而有效地表示测量和运算结果的数字，称为有效数字。它由假设干位可靠数加一位估计数构成。2. 处理有效数字时应注意几点： 凡数字后面的“0是有效数字； 在数字前面的“0不是有效数字； 有效数字与小数点位置无关。3. 运算规那么 加减法只保存一位可疑数字； 乘除法以最少有效数字位数为标准； 不确定度的有效数字只取一位。计算结果的表示要求：保存一位有效数字，和对齐四实验报告的要求实验报告两个局部来完成，在实验之前先作预习局部。预习前留一页空白页在实验完毕后再完成实验局部，数据数据写在预习前空白页，预习局部和实验局部的报告做在同一份实验报告纸上。实验报告包括：1. 实验名称。 2. 目的要求.。 3 .简单原理。4. 步骤。 5.使用器材。 6.记录和计算。7. 误差讨论和分析其中1，2，3，4为预习容五习题答案11公里公里公里2毫米=毫米米2127 27.0 33.284 5 61.0318.90.1 20.00850.0001 单位 3 45 64(1)(2) (3) (4)5(1)(2)(3) 678.x97531y46.6949636.1255625.50422715.4828245.304216实验数据的处理方法在物理实验中，选择好的数据处理方法十分重要。常用的有图示法，图解法，逐差法等。一、 图示法任意两个物理量之间的关系即可从用一个解析函数表示，这时图示法就成为一种主要的表示方法了，图示法的另一优点是物理量之间的关系，可用曲线表示，一目了然。在很多场合下应用图线来解决实际问题十分方便，因此图示法是实验技能中的一项根本功，应该很好地掌握它。具体作法如下：1. 作图必须用毫米方格纸。2. 确定坐标确定纵坐标和横坐标分别表示哪个物理量，通常以横坐标为自变量，纵坐标为因变量并划两条粗线表示纵轴和横轴。写上坐标名称、单位，并在两个坐标轴上每隔一定的距离写上标度。标度时应做到： 图上观测点的坐标读数的有效字位数要能表示出估读位。 标尺的选择应使图线显示其特点。标度应划分得当，以不用计算就能直接读出图线上每一点的坐标为宜。通常取1：1，1：2，1：5的比例。 使图线占据图纸的大局部，不要偏于一角或一边，可以采用横轴和纵轴的标度不同，或者两轴交点不从零开始标值，以便调整图线的大小和位置。3. 画实验点与描绘曲线画点将实验点用+、，等符号说明在图纸上，同一曲线上的坐标点要用统一符号。联线穿过所有实验点画出的代表曲线，画点联线应注意两点： 用削尖的硬铅笔 用透明的直尺或曲线板写图名在图纸上端空旷位置写出实验名称、图纸名称。二、 图解法由实验求得两物理量的关系曲线后，利用此曲线可以求得第三个物理量，这种方法称为图解法。物理实验中遇到的图线大多是直线，故可用直线方程式表示：求直线的斜率和截距的方法如下：在直线的两端任取a和b，用与实验点不同的符号将它们表示出来，并在旁边注明坐标读数。然后将该二点坐标值代入直线方程式解之，得直线的斜率如果x轴起点为零，那么可直接从图上读出截距，因x=0时，y=y0否那么在求出斜率m后，以直线上任一点的坐标x，y带入 中即可算出截距yo，于是得到和实验图线相适宜的经验公式了。举例：如根据欧姆定律：V=RI，根据二点公司求直线斜率的方法可得三、逐差法逐差法是物理实验中常用的数据处理方法之一。逐差法就是把实验测量数据逐项相减，或分成高、低两组对应项相减。例如测得八组数据。用逐差法可以得到这样处理了以充分利用数据，保持了屡次测量的优点。实验一 长度的测量一. 目的要求1. 学习误差与有效数字的根本知识2. 掌握游标原理，学会正确使用游标卡尺3. 学会正确使用螺旋测微仪，了解其结构和原理二. 原理物理实验中最常用的长度测量仪器是游标卡尺，螺旋测微器千分尺，通常用量程和分度值表示这些仪器的规格。量程是测量围；分度值是仪器所表示的最小分划单位。分度值的大小反映仪器的精细程度，洋来说，分度值越小，一起越精细，仪器本身的“允许误差响应也越小，学习使用这些仪器，要主义掌握它们的构造特点，规格性能，读数原理，使用方法与维护知识等。1. 游标卡尺结构游标卡尺又主尺和游标组成。包括卡尺的主尺，刀口，钳口，尾尺各个组成局部。原理 游标的个分度格长与主尺的个分度格长相等，设主尺的最小分度值通常为，游标的最小分度值为，那么 ，就称为游标的精度值，常用的有，两种。测量 用钳口或刀口卡住物体，进展读数。2.螺旋测微器千分尺螺旋测微器结构的主要局部是一个微动螺旋杆，螺距是0.5mm，因此，当螺旋杆旋转一周时，它轴线方向只前进0.5mm，螺旋杆和螺旋柄连着的，在柄上附有沿园周的刻度，共有50等分格，当螺旋杆沿轴线方向前进0.5/50mm，即0.01mm时，螺旋柄上的刻度转过一分格，这就是所谓机械放大原理。读数时，从固定标尺上读出鉴格数每格0.5mm，0.5mm以下的读数那么由螺旋柄园周上的刻度读出，估读到0.001MM这一位上。使用时先要记录初读数。三. 实验容：用游标卡尺测薄片尺寸图