大学物理实验

College Physics Experiments

课程代码： 适用层次： 本科 （理工科）

总学时：56 学分：3.5

一、教学目的与要求

本课程学习物理实验的基本知识、基本原理、熟悉常用仪器的性能与使用方法，掌握基本的测量技术及实验方法。培养学生的科学实验能力：

（1）通过阅读教材和资料，做好实验前的准备——自学能力；

（2）借助实验教材或仪器使用说明书正确使用仪器——动手能力；

（3）能够运用物理学理论对实验现象进行初步分析判断——分析能力；

（4）学会正确纪录和处理实验数据，撰写合格的实验报告——表达能力；

（5）能够完成简单的具有设计性内容的实验——设计能力。

（6）培养与提高学生的科学素养——实事求是的科学作风、严肃认真的工作态度、主动研究的探索精神。

二、课程简介

物理实验是对学生进行科学实验基本训练的一门独立的必修课程。是培养和提高学生科学素质和能力的重要基础课。它是学生进入大学后，受到系统的实验技能训练的开端，是后继课程实验的基础。本课程选择、汇集了一批有一定物理深度、采用现代测试技术，能培养学生实验能力与素质的实验项目和一批自主、自选实验项目及一批综合性、设计性物理实验项目。为了启发学生对物理学科的爱好和对科学实验的兴趣，本课程鼓励学生把学习专业与兴趣结合，自主、自选一部分实验项目，进一步拓宽实验的范畴和加大实验的深度；参加综合性、设计性实验项目，在综合知识、自主设计实验平台、分析实验现象、分析数据、研究实际问题等各方面得到更大的锻炼。

三、实验内容及教学要求

绪论

1.了解本课程在工程教育中的地位、任务和作用。

2.了解本课程的基本要求、安排和实验室规则。

3.理解几种实验数据的处理方法，认识正确处理数据的重要性。

4.掌握不确定度的基础知识：（1）测量和误差；（2）不确定度的概念和计算；（3）测量值的有效数字和运算法则；（4）实验数据的处理方法。

实验一: 转动惯量的测定

实验目的

1．了解刚体的转动惯量随其质量，质量分布及转轴不同而改变的情况。

2．理解通用电脑计量器测量时间的方法。

3．掌握用恒力矩转动法测定刚体转动惯量的原理和方法。

实验内容

1.测量几种不同形状刚体的转动惯量。

2.验证平行轴定理。

实验二: 霍耳位置传感器的定标和杨氏模量的测定

实验目的

1．了解不同长度值的测量方法。

2．理解霍尔效应产生的机制。

3．掌握霍耳位置传感器的原理，学会新型传感器的定标。

实验内容

1.弯曲法测金属黄铜的杨氏模量。

2.在测黄铜杨氏模量同时对霍耳位置传感器定标，求得其灵敏度。

3.用霍耳位置传感器测铁的杨氏模量。

实验三: 示波器的原理及使用

实验目的

1．了解示波管的结构。

2．理解示波器的波形显示原理、时间和电压测量原理。

3．掌握示波器的扫描应用和 方式应用。

实验内容

1.示波器的调节，观察扫描及正弦波形。

2.观察利萨如图形并测频率。

实验四: 超声波传播速度的测量

实验目的

1．了解超声波在测距、定位、测液体流速、测材料弹性模量、测气体温度瞬间变化等方面的实际应用。

2．理解压电效应及其功能器件。

3．掌握驻波共振法和相位比较法测量超声波在空气中传播速度的原理和方法。

实验内容

1.用驻波共振法测量超声波在空气中的传播速度。

2.用相位比较法测量超声波在空气中的传播速度。

实验五: 等厚干涉

实验目的

1．了解测量显微镜的结构和使用。

2．理解等厚干涉理论及其应用。

3．掌握用牛顿环测量球面曲率半径的原理和方法。

实验内容

测定一块透镜的曲率半径。

实验六: 分光计的调节与使用

实验目的

1．了解分光计的结构。

2．理解光栅衍射理论。

3．掌握分光计的调节原理和方法。

实验内容

1.分光计的调节。

2.观察汞光的衍射光谱。

3.测量光栅常数。

实验七: 谐振电路

实验目的

1．了解RLC串联电路的稳态特性。

2．理解在交流电流中的电阻、电容、电感元件的电压和相位变化。

3．掌握电路谐振时电压、相位特点。

实验内容

1.测定串联谐振曲线。

2.测定串联电路的相频特性。

实验八: 金属线膨胀系数的测量

实验目的

1．了解测量金属线膨胀系数的一种方法。

2．理解物质“热胀冷缩”的特性在工程结构的设计中，在机械和仪器的制造中，在材料的加工（如焊接）中的重要影响。

3．掌握千分表的使用。

实验内容

1.测量铜管的线膨胀系数。

2.测量铝管的线膨胀系数。

实验九: 冷却法测量金属的比热容

实验目的

1．了解冷却法测定金属比热容的方法。

2．理解冷却曲线与冷却速率的关系。

3．掌握热电偶数字显示测温技术。

实验内容

1.测量铝的比热容。

实验十:弦振动共振波形及波的传播速度测量

实验目的

1．了解波在弦上的传播及驻波形成的条件。

2．理解驻波原理。

3．掌握弦振动时波的传播速度的测量方法。

实验内容

1.测量不同弦长和不同张力时的共振频率。

2.测量弦线的线密度。

3.测量弦振动时波的传播速度。

实验十一: 用拉脱法测定液体表面张力系数

实验目的

1．了解 型液体的表面张力系数测定仪的基本结构。

2．理解拉脱法测液体表面张力的物理过程和物理现象，并用物理学基本概念和定律进行分析和研究。

3．掌握用标准砝码对测量仪进行定标的方法。

实验内容

1.用标准砝码对测量仪进行定标。

2.测量水的表面张力系数。

实验十二: 非平衡直流电桥

实验目的

1．了解直流单臂电桥(惠斯登电桥)测量电阻的基本原理和操作方法。

2．理解恒温加热实验装置原理。

3．掌握非平衡直流电桥电压输出方法测量电阻的基本原理和操作方法。

实验内容

1.用惠斯登电桥测量电阻。

 2.配用FQJ非平衡电桥加热装置测量铜电阻。

实验十三: 铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线

实验目的

1．了解用示波法测绘基本磁化曲线和磁滞回线的原理方法。

2．理解铁磁材料的主要物理量：矫顽力、剩磁和磁导率。

3．掌握磁滞、磁滞回线和磁化曲线的概念。

实验内容

1.观察2种样品在 交流信号下的磁滞回线图形。。

2.测量2种样品磁化曲线和动态磁滞回线。

实验十四: 用霍耳效应测量磁场

实验目的

1．了解霍耳效应的机理。

2．理解附加电压产生的原因及其消除方法。

3．掌握霍耳效应测量磁场的原理。

实验内容

1.直流磁场情况下的霍耳效应与霍耳元件的灵敏度测量。

2.交流霍耳电流测磁场。

实验十五: 迈克尔逊干涉仪的调整和使用

实验目的

1．了解迈克尔逊干涉仪的原理。

2．理解定域干涉和非定域干涉。

3．掌握迈克尔逊干涉仪的调节方法。

实验内容

1.调节观察非定域干涉条纹。

2.测定He-Ne激光的波长。

3.调节观察定域干涉条纹

实验十六: 夫兰克-赫兹实验

实验目的

1．了解夫兰克-赫兹实验的设计思想。

2．理解波尔的原子能级结构理论。

3．掌握夫兰克-赫兹实验的基本实验方法。

实验内容

1.摸索实验条件，定性观察I_p- 变化情况。

2.测定氩原子的第一激发电位。

实验十七: 光偏振现象的观察和测量

实验目的

1．了解偏振光的产生方法和各种玻片的作用原理。

2．理解光的偏振基本规律。

3．掌握“起偏”和“检偏”方法。

实验内容

1.使用偏光议观察“起偏”和“检偏”。

2.验证马吕斯定律。

实验十八: 光电效应和普朗克常数的测定

实验目的

1．了解光电效应的规律。

2．理解光的量子性。

3．掌握ZKY-GD-4智能光电效应实验仪的使用方法。

实验内容

1.测光电管的伏安特性曲线。

2.测量红限频率和普朗克常数。

实验十九: 晶体的电光效应

实验目的

1．了解利用电光调制模拟音频光通信的一种实验方法。

2．理解电光调制的原理和实验方法。

3．掌握电光调制的调试技能。

实验内容

1.观察锥光干涉图样。

2.测量半波电压。

实验二十: 双光栅测量微弱振动位移量实验

实验目的

1．了解利用光的多普勒频移形成光拍的原理并用于测量光拍的拍频。

2．理解光的多普勒频移物理特性。

3．掌握精确测量微弱振动位移的一种方法。

实验内容

1.几何光路调整。

2.双光栅调整。

3.测出外力驱动音叉时的谐振曲线。

实验二十一: 电学设计实验

实验目的

1．了解测量线性和非线性电阻元件伏安特性的方法。

2．理解将表头（扩大量程）改装成电流表、电压表的原理和方法。

3．掌握基本电路设计方法。

实验内容

1.电路元件伏安特性的测绘。

2.电表的改装。

3.R、C元件参数的测定。

四、学时分配

以表格方式说明各实验项目的学时分配，表格如下：

序号	实验内容	学时
一	绪论	4
二	转动惯量的测定	4		选
三	霍耳位置传感器的定标和杨氏模量的测定	4		选
四	示波器的原理及使用	4
五	等厚干涉	4		选
六	分光计的调节与使用	4
七	谐振电路	4
八	金属线膨胀系数的测量	4		选
九	冷却法测量金属的比热容	4
十	弦振动共振波形及波的传播速度测量	4		选
十一	用拉脱法测定液体表面张力系数	4
十二	非平衡直流电桥	4
十三	铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线	4
十四	用霍耳效应测量磁场	4		选
十五	迈克尔逊干涉仪的调整和使用	4		选
十六	夫兰克-赫兹实验	4
十七	光偏振现象的观察和测量	4		选
十八	光电效应和普朗克常数的测定	4
十九	晶体的电光效应	4		选
二十	双光栅测量微弱振动位移量实验	4		选
二十一	电学设计实验	4		选
合计		56

五、执行大纲的几点说明

1、先修课程：高等数学、大学物理

2、后继课程：模拟电子技术、物理光学、应用光学、传感器技术

3、选用教材：《大学物理实验》熊永红等科学出版社

4、主要参考书目：

[1] 《物理实验》《近代物理实验》清华大学、北京大学、复旦大学、中科大、天津大学等

[2] 《物理实验教程》陆廷济等同济大学出版社

执笔人：许明耀 审稿人：孙运周