大學物理學實驗指導(dǎo)書4

1、大學物理學實驗指導(dǎo)書大學物理實驗力學部分實驗一 長度與體積的測量實驗類型：驗證實驗類別：專業(yè)主干課實驗學時：2所屬課程：大學物理所涉及的課程和知識點：誤差原理 有效數(shù)字一、實驗?zāi)康耐ㄟ^本實驗的學習，使學生掌握測長度的幾種常用儀器的使用，并會正確讀數(shù)。練習作好記錄和誤差計算。 二、實驗要求（1）分別用游標卡尺、螺旋測微計測金屬圓筒、小鋼球的內(nèi)外徑及高度，并求體積。 （2）練習多次等精度測量誤差的處理方法。三、實驗儀器設(shè)備及材料游標卡尺，螺旋測微計，金屬圓柱體，小鋼球，銅絲四、實驗方案1、用游標卡尺測量并計算所給樣品的體積。2、分別用千分尺和讀數(shù)顯微鏡測量所給金屬絲的直徑。數(shù)據(jù)處理注意：有效數(shù)字的

2、讀取和運用，自擬表格，按有關(guān)規(guī)則進行數(shù)據(jù)處理。描述實驗過程（步驟）以及安全注意事項等,設(shè)計性實驗由學生自行設(shè)計實驗方案。五、考核形式 實際操作過程 實驗報告六、實驗報告實驗原理，實驗步驟，實驗數(shù)據(jù)處理，誤差分析和處理。對實驗中的特殊現(xiàn)象、實驗操作的成敗、實驗的關(guān)鍵點等內(nèi)容進行整理、解釋、分析總結(jié)，回答思考題，提出實驗結(jié)論或提出自己的看法等。七、思考題 1、游標卡尺測量長度時如何讀數(shù)？游標本身有沒有估讀數(shù)？2、千分尺以毫米為單位可估讀到哪一位？初讀數(shù)的正負如何判斷？ 待測長度如何確定？實驗二 單擺實驗類型：設(shè)計實驗類別：專業(yè)主干課實驗學時：2所屬課程：大學物理所涉及的課程和知識點：力學 單擺周期

3、公式一、實驗?zāi)康耐ㄟ^本實驗的學習，使學生掌握使用停表和米尺，測準單擺的周期和擺長。 利用單擺周期公式求當?shù)氐闹亓铀俣榷?、實驗要求?）測擺長為1m時的周期求g值。（2）改變擺長，每次減少10cm，測相應(yīng)周期T，作TL圖，驗證單擺周期公式。三、實驗儀器設(shè)備及材料單擺、米尺、游標卡尺、停表。四、實驗方案利用試驗臺上所給的設(shè)備及材料，自己制作一個單擺，然后設(shè)計實驗步驟測出單擺的周期，再根據(jù)單擺的周期公式計算當?shù)氐闹亓铀偎?。改變擺長，討論對實驗結(jié)果的影響并分析誤差產(chǎn)生的原因五、考核形式 實際操作過程 實驗報告六、實驗報告實驗原理，實驗步驟，實驗數(shù)據(jù)處理，誤差分析和處理。對實驗中的特殊現(xiàn)象、實驗操作

4、的成敗、實驗的關(guān)鍵點等內(nèi)容進行整理、解釋、分析總結(jié)，回答思考題，提出實驗結(jié)論或提出自己的看法等。七、思考題 1、為什么測量周期不宜直接測量擺球往返一次擺動的周期？試從誤差分析來說明。2、在室內(nèi)天棚上掛一單擺，擺長很長，你設(shè)法用簡單的工具測出擺長？不許直接測量擺長。實驗三 牛頓第二定律的驗證實驗類型：驗證實驗類別：專業(yè)主干課實驗學時：2所屬課程：大學物理所涉及的課程和知識點：力學 牛頓第二定律 摩擦一、實驗?zāi)康耐ㄟ^本實驗的學習，使學生掌握氣墊導(dǎo)軌的使用，使學生通過在氣墊導(dǎo)軌上驗證牛頓第二定律，更深刻的理解牛頓第二定律的物理本質(zhì)。二、實驗要求驗證當m一定時，aF,當F一定時，a1m。三、實驗儀器設(shè)

5、備及材料氣墊導(dǎo)軌，數(shù)字毫秒計，光電門，氣源四、實驗方案1、調(diào)整氣墊導(dǎo)軌水平。在導(dǎo)軌的端部小心安裝好滑輪，使其轉(zhuǎn)動自如，細心調(diào)整好導(dǎo)軌的水平。調(diào)整氣墊導(dǎo)軌水平是實驗前的重要準備工作，要細致耐心地反復(fù)調(diào)整，可按下列兩種方法中的任一種方法調(diào)整：（1）靜態(tài)調(diào)平法：導(dǎo)軌接通氣源，滑行器置在導(dǎo)軌某處，用手輕輕地把滑行器壓在導(dǎo)軌上，再輕輕地放開，觀察滑行器的運動狀態(tài)，連續(xù)做幾次。如果滑行器在導(dǎo)軌上靜止不動，或稍有左右移動，則導(dǎo)軌是水平的；如滑行器都向同一方向運動，表明導(dǎo)軌不平。仔細、認真調(diào)節(jié)水平螺釘，直到滑行器在導(dǎo)軌任意位置上基本保持靜止不動，或稍有左右移動。一般要在導(dǎo)軌上選取幾個位置做這樣的調(diào)節(jié)。（2）動

6、態(tài)調(diào)平法：將氣軌與記時器配合進行調(diào)平，儀器接通電源，儀器功能選擇在“S2”擋上，兩個光電門間距不小于30cm卡裝在導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌兩端裝上彈射器，滑行器裝上擋光片（如1cm一種），給氣軌通氣讓滑行器以一定的速度從導(dǎo)軌的左端向右端滑行，先后通過兩個光電門G1和G2，記時器就分別記下?lián)豕馄ㄟ^兩個光電門的時間和。若 ，滑行器通過G2的光電門時間短，表明滑行器運動速度加快，導(dǎo)軌左高右低；若4f，固定“1”字屏與像屏的位置。反復(fù)多次判斷成放大像和縮小像時透鏡的位置（光具凳紅線指示為準，讀到0.1mm），記下“1”字屏、凸透鏡、像屏的位置，將數(shù)據(jù)填表。次數(shù)“1”字與像屏間距L放大像時透鏡位置X1縮小像時透鏡

7、位置X2d123453、 測量凹透鏡的焦距先用凸透鏡成縮小像，記下像的位置。然后放上凹透鏡，注意透鏡的光軸要共軸。移動凹透鏡和像屏，反復(fù)多次判斷成像的位置，記錄數(shù)據(jù)并填表。次數(shù)凸透鏡成像位置凹透鏡位置最后成像位置S12345五、 實驗報告要求1、 實驗報告要規(guī)范整潔，數(shù)據(jù)記錄真實，數(shù)據(jù)處理按實驗誤差理論進行。測量誤差計算公式為： （n為測量次數(shù)）測量結(jié)果表示為：六、 思考題共軸調(diào)節(jié)的目的是實現(xiàn)哪些要求，不滿足這些要求對測量會有什么影響？實驗二 等厚干涉法測球面的曲率半徑實驗類型：驗證實驗類別：專業(yè)基礎(chǔ)課實驗學時： 3所屬課程：光學牛頓環(huán)裝置是由一塊曲率半徑較大的平凸玻璃透鏡，以其凸面放在一塊光

8、學玻璃平板（平晶）上構(gòu)成的，如圖1所示。平凸透鏡的凸面與玻璃平板之間的空氣層厚度從中心到邊緣逐漸增加，若以平行單色光垂直照射到牛頓環(huán)上，則經(jīng)空氣層上、下表面反射的二光束存在光程差，它們在平凸透鏡的凸面相遇后，將發(fā)生干涉。從透鏡上看到的干涉花樣是以玻璃接觸點為中心的一系列明暗相間的圓環(huán)，稱為牛頓環(huán)。由于同一干涉環(huán)上各處的空氣層厚度是相同的，因此它屬于等厚干涉。 圖2牛頓環(huán)圖1裝置圖由圖可見，如設(shè)透鏡的曲率半徑為，與接觸點相距為處空氣層的厚度為，其幾何關(guān)系式為： 由于，可以略去d2得 (1) 光線應(yīng)是垂直入射的，計算光程差時還要考慮光波在平玻璃板上反射會有半波損失，從而帶來/2的附加程差，所以總程

9、差為 (2)產(chǎn)生暗環(huán)的條件是： (3)其中0，1，2，3，.為干涉暗條紋的級數(shù)。綜合上述式子可得第級暗環(huán)的半徑為： (4)由(4)式可知，如果單色光源的波長已知，測出第級的暗環(huán)半徑m，即可得出平凸透鏡的曲率半徑；反之，如果已知，測出m后，就可計算出入射單色光波的波長。但是用此測量關(guān)系式往往誤差很大，原因在于凸面和平面不可能是理想的點接觸；接觸壓力會引起局部形變，使接觸處成為一個圓形平面，干涉環(huán)中心為一暗斑?；蛘呖諝忾g隙層中有了塵埃，附加了光程差，干涉環(huán)中心為一亮（或暗）斑，均無法確定環(huán)的幾何中心。實際測量時，我們可以通過測量距中心較遠的兩個暗環(huán)的半徑m和n的平方差來計算曲率半徑。因為 m2 n

10、2兩式相減可得 所以 (5) 由上式可知,只要測出m與n（分別為第m與第n條暗環(huán)的直徑）的值，就能算出或。這樣就可避免實驗中條紋級數(shù)難于確定的困難，利用后一計算式還可克服確定條紋中心位置的困難。一、實驗?zāi)康?進一步熟悉移測顯微鏡使用，觀察牛頓環(huán)的條紋特征。2利用等厚干涉測量平凸透鏡曲率半徑。 3. 學習用逐差法處理實驗數(shù)據(jù)的方法。二、實驗要求1. 課前必須認真閱讀教材和有關(guān)資料，掌握等厚干涉的原理。并到實驗室看一下實驗設(shè)備，基本了解有關(guān)的測量儀器的使用方法，明確哪些物理量是間接測量，哪些是直接測量，用什么方法和測量儀器來測定等。2. 寫出預(yù)習報告。內(nèi)容包括：實驗的目的要求、實驗內(nèi)容和原理的或設(shè)

11、計的知識點、實驗條件、實驗方法、步驟、操作過程或?qū)嶒炘O(shè)計方案、記錄數(shù)據(jù)的表格。預(yù)習報告中最重要的是擬定出主要實驗步驟和指明作好實驗的關(guān)鍵，不可照抄教材，在預(yù)習中要對做好本次實驗的幾個關(guān)鍵步驟作到心中有數(shù)，絕不可應(yīng)付了事。3. 寫出實驗方案。包括安排實驗步驟、記錄數(shù)據(jù)的表格、數(shù)據(jù)處理及問題分析 三、實驗儀器設(shè)備及材料牛頓環(huán)儀，移測顯微鏡，低壓鈉燈四、實驗方案1. 調(diào)整顯微鏡的十字叉絲與牛頓環(huán)中心大致重合。2. 轉(zhuǎn)動測微鼓輪,使叉絲的交點移近某暗環(huán),當豎直叉絲與條紋相切時（觀察時要注意視差），從測微鼓輪及主尺上讀下其位置x。為了熟練操作和正確讀數(shù)，在正式讀數(shù)前應(yīng)反復(fù)練習幾次，直到同一個方向每次移到

12、該環(huán)時的讀數(shù)都很接近為止。3. 在測量各干涉環(huán)的直經(jīng)時，只可沿同一個方向旋轉(zhuǎn)鼓輪，不能進進退退，以避免測微螺距間隙引起的回程誤差。在測量某一條紋的直徑時，如果在左側(cè)測的是條紋的外側(cè)位置，而在右側(cè)測的是條紋的內(nèi)側(cè)位置，此條紋的直徑可認為就等于這兩個位置之間的距離。因為實驗時主要測量間隔為個干涉環(huán)的兩個暗環(huán)的直經(jīng)平方差。為了減少讀數(shù)誤差，應(yīng)將值取得大一些。如取10，則干涉條紋的相對誤差就可減小近10倍。只要依次測出從322的每一暗環(huán)的直經(jīng)，利用逐差法分組求取條紋的直經(jīng)平方差，則可獲得較好的的實驗值。4. 數(shù)據(jù)處理根據(jù)計算式，對，、分別測量n次，因而可得n個Ri值，于是有，我們要得到的測量結(jié)果是。下

13、面將簡要介紹一下的計算。數(shù)據(jù)記錄表 （說明Dm,Dn為環(huán)直徑）分 組I12345678910級 數(shù)mi22212019181716151413位 置左右直 徑Dmi級 數(shù)ni1211109876543位 置左右直 徑Dn直徑平方差Dm2-Dn2透鏡曲率半徑R5.注意事項： 牛頓環(huán)儀、透鏡和顯微鏡的光學表面不清潔，要用專門的擦鏡紙輕輕揩拭。 測量顯微鏡的測微鼓輪在每一次測量過程中只能向一個方向旋轉(zhuǎn)，中途不能反轉(zhuǎn)。 當用鏡筒對待測物聚焦時，為防止損壞顯微鏡物鏡，正確的調(diào)節(jié)方法是使鏡筒移離待測物（即提升鏡筒）。五、實驗報告1. 實驗名稱、實驗者姓名、實驗日期2. 實驗?zāi)康?. 實驗原理和方法。簡要敘述，不要照抄教材。4. 實驗儀器（型號、編號、規(guī)格）及裝置5. 實驗步驟6. 實驗數(shù)據(jù)和處理，這是報告的核心，要認真計算和處理。7. 小結(jié)。對實驗中感到最深刻、最有收獲的地方，可以作一小結(jié)。包括回答思考題，提出實驗結(jié)論或提出自己的看法等。小結(jié)全文不