大学物理实验指导

大 学 物 理 实 验

规 范 化 教 学 指 导 书

应用物理系物理实验室

2003年1月

目 录

实验一 测量误差与数据处理 实验二 力学及本测量 实验三 电学基本仪器与测量 实验四 光学基本知识与测量 实验五 不规则物体密度的测定 实验六 实验七 实验八 实验九 实验十 实验十一 实验十二 实验十三 实验十四 实验十五 实验十六 实验十七 实验十八 实验十九 实验二十 实验二十一实验二十二实验二十三实验二十四实验二十五实验二十六实验二十七实验二十八实验二十九实验三十 实验三十一实验三十二实验三十三实验三十四

刚体的转动惯量的测量

用拉伸法测金属丝的杨氏弹性模量 弹簧振子的简谐振动 测定液体的粘滞系数

用电热法测量热功当量

电阻的测量（设计性实验）

线性电阻和非线性电阻的伏安物性曲线 惠斯登电桥的应用及铜电阻温度系数的测定 万用表的组装与校准（设计性实验） 灵敏电流计的研究

电位差计的原理和使用 电子束的加速和电偏转

电子示波器的使用 霍尔效应及磁场的测定 非均匀磁场的测定 等厚干涉 分光计的调整 光栅的衍射

三棱镜折射率的测定 照相技术 全息照相

用光电效应测定普朗克常数 迈克尔逊干涉仪 夫兰克——赫兹实验 密立根油滴实验 光谱定性分析

氢原子光谱（设计性实验）

声速的测量

用落针法研究液体的粘滞系数与温度的关系

实验一 测量误差与数据处理

一、 实验目的：

1．了解关于测量误差的基本理论。

2．掌握不确定度的概念及其评定方法。 3．掌握有效位数的概念及修约规则。 4．了解数据处理的基本方法。 二、 实验内容及要求：

1．讲解测量误差的定义、分类及其处理方法，并且举例说明。

2．重点讲解不确定度的概念，要讲清楚为什么引入不确定度评定测量结果，不确定度与算术平均误差的区别。重点讲解直接测量量的不确定度的评定方法和间接测量量的不确定度的评定方法，每种方法都要举例说明。强调要求学生掌握不确定度的概念及其评定方法。

3．重点讲解实验数据的有效位数的定义和修约规则，并举例说明实验数据的有效位数的修约规则。要强调要求学生掌握原始数据的读取方法、最终实验结果的有效位数的胡定及表示方法。讲解运算过程中的数及中间结果的有效位数的确定方法。

4．举一定综合例题，包括直接测量量的不确定度的评定方法、间接测量量的不确定度的评定方法、实验数据的有效位数的修约规则和实验最后结果的表示。时间允许的话，先让学生自己练习，教师辅导，然后教师针对辅导中发现的问题讲解。

5．简述实验数据的处理方法，包括作图法、列表法、逐差法、最小二乘法和加权平均法。 三、 实验重点和难点： 1．重点：（1）不确定度的概念及不确定度的评定方法。

（2）实验数据的有效位数及修约规则。

2．难点：实验数据的处理方法。 四、 时间安排：

第一节课：误差的定义、分类及处理方法，不确定度的概念，直接测量量的不确定度的评定方法。 第二节课：间接测量量的不确定度的评定方法。实验数据的有效位数的概念和修约规则。原始数据的读取方法、最终实验结果的有效位数的确定及表示方法。

第三节课：综合例题和实验数据的处理方法。 五、 作业：

练习题 第一、二、三、五（1）（2）（3）、六（2）、七（1）（2）、八（1）（2）、九（1）（2）（3）、十。

实验二 力学基本测量

一、 实验目的：

1．进一步掌握不确定度、有效位数的基本概念和运算方法；

2．了解游标卡尽、螺旋测微计和物理天平的主要构造原理，掌握其使用方法。 二、 实验内容及要求：

1．用游标卡尽测出待测物的高H、深h、外径D、内径d，要求掌握它的使用方法，并正确读数。

2．用天平称出质量M，要求掌握天平的调节及使用方法。

3．用螺旋测微计测出小钢球的直径d，要求掌握它的使用方法并能正确读数。

4．根据讲义要求进行数据处理。 三、 实验重点和难点

1．实验重点是基本仪器的使用

2．难点是测量结果的不确定度的计算和有效位数的确定。 四、 时间安排

1．讲课50分钟，教师先讲实验一的作业错误；再让学生自己推导出圆简体积的不确定度公式，然后教师根据学生的推导情况作出总结。 3．实验操作100分钟。 五、 课上辅导：

1．巡视游标卡尽和螺旋测微计的操作情况，抽查学生操作，检查学生读数是否正确；检查天平的调节及使用方法是否正确。

2．巡视学生不确定度的计算方法是否正确，并对不正确的进行辅导。 3．最后教师检查学生的测量数据是否正确，检查实验仪器是否按要求放置，并给学生的实验记录数据签字。 六、 作业： 思考题1、2

实验三 电学基本仪器与测量

一、 实验目的

1．掌握电学基本仪器如是电流表、电压表等的主要构造原理，掌握它们的使用方法；

2．掌握电学实验操作规程；

3．掌握分压电路的接法和调节特性； 4．掌握电路的基本接法——回路法；

5．了解电表量的选择方法及数字万用表的使用方法；

6．掌握电流表内接法和外接法的电阻的不确定度的计算。 二、 实验内容及要求

1．计算电阻器件的额定电流值及实验中所用电压值，要求连接电路前，每个同学都要计算出实验中所用的全部电阻的额定电流值，教师检查，最后由教师总结出正确结果，向全组公布，学会电表量程的选择方法。

2．按图九用回路法连接分压电路，调节滑动变阻器的滑动端，观察分压电路的调节特性，要求同学学会回路法接线；

3．比较电流表的内接法和外接法两种电路的电阻不确定度，确定伏安法

简化测量电阻时所应选择的电路。

4．学习万用表的使用方法，要求教师讲解万用表的使用方法，强调同学调节量程开关时注意不要选错测量项目，选好后再检查一遍，误操作会烧坏万用表等，要求学生学回使用万用表测量直流电压和电阻。 三、实验重点和难点

1．实验重点是基本电学仪器的构造原理和使用方法，电路的连接方法和电学实验操作规程。

2．实验难点是教师如何引导学生掌握电路的正确接线方法及操作规程。 3．实验注意事项。 因中学时条件所限，许多学生做实验很少，他们对基本电学实验操作规程都茫然无知，很可能烧表，烧电阻，故须教师先讲清操作规程，并要求每个同学实验前必须计算出电阻器件的额定电流和所用电源电压。 四、时间安排

讲解50分钟，包括让学生计算电阻器件的额定电流及电源电压，操作规程100分钟。 五、课上辅导

1．检查电阻器件的额定电流和所选电压值的计算情况，并做出总结。 2．巡视接线和仪表摆放情况，有的同学将水平放置的表竖立放置。 3．看有些同学接好电路后，就及时提醒学生正式实验前要用0.5---1.0v的电压做瞬态实验不可一开设就加较大的电压。 4．签字时询问2—6表中各项的物理意义，并让学生抄下所用电表的内阻及整理好仪器。 七、 作业：作业题1、2、3、4。

实验四 光学基本知识与测量

一、实验目的

1．了解实验是常用光学元件（如透镜、棱镜、光栅等）的正确使用方法，以及维护和保养常识。

2．了解并掌握在光学实验中经常遇到的“消视差”法和“同轴等高”的调节技巧。

3．了解和掌握望远镜、显微镜的基本构造、原理正确使用方法。 4．学习几种测量透镜（凸透镜和凹透镜）焦距的测量方法。 二、实验内容与要求

1．实验内容 （1） 用共轭法测凸透镜的焦距（必做）。

（2）用物距像距法测量凹透镜焦距（必做）。

用平面镜法测量凹透镜的焦距（选做）。 （3） 用读数显微镜检测量细丝（头发丝）的直径（必做）。 2．实验要求

（1）了解实验室中常用的几种光学元件的正确使用方法及维护保养常

弯表针；

4．半偏法应在电压不变的条件下电流减半，容易出现的错误操作是：只是电流减半而不扣持电压不变，正确的简单操作是：首先将电阻箱阻值调至一千欧姆，再调节滑线变阻器使电压不变，最后调节电阻箱使电流减半；

5．测量微安表内阻注意微安表不过载。 四、时间安排

先讲解15分钟，再让同学到黑板上出电路图，然后讲解图中错误及操作注意事项，其余时间操作。 五、课上辅导

1．检查线路是否正确，发现问题启发学生自己找处接错的原因。 2．边检查边打操作分。

3．实验完毕进行数据检查及签字。

实验十二 线形电阻和非线形电阻的伏安特性曲

线

一、实验目的：

1．测绘电阻的伏安特性曲线，学会用曲线表示结果： 2．了解晶体二极管的单向导电特性。 二、实验内容及要求：

1．测绘碳膜电阻的伏安特性曲线。 2．测绘晶体二极管的伏安特性曲线。 三、实验原理、仪器，操作的重点与难点：

1．从伏安特性图上看到晶体二极管共电压和电流不是线性关系，称为非线性电阻：而碳膜电阻电压和电流是线性关系，称为线性电阻。

2．测晶体二极管正向伏安特性时，毫安表读数不得超过二极管允许通过的最大正向电流值。测晶体二极管反向伏安特性时，加在晶体管上的电压不得超过管子允许通过的最大反向电压值，否则会损坏二极管。 四、课堂辅导：

五、课堂时间安排：

讲解30分钟左右 操作100-120分钟。

实验十三 惠斯登电桥的应用及铜电阻

温度系数的测定

一、实验目的

1．了解惠斯登电桥测量电阻的原理。

2．会用滑线式惠斯登电桥测量未知电阻。 3．掌握用箱式惠斯登电桥测量电阻的方法，并测量铜电阻的温度系数。

二、实验内容与要求

1．内容

（1）滑线式惠斯登电桥测量未知电阻。 了解惠斯登电桥测量电阻的原理，会自己连接线路，并用它测量未知电阻。

2．箱式惠斯登电桥测量未知电阻。铜电阻温度系数的测定。 能熟练运用箱式惠斯登电桥测量未知电阻：通过测量铜电阻阻值的随温度的变化规律，用最小二乘法拟合直线，得出铜电阻的温度系数。

3．要求

（1）惠斯登电桥是测量电阻准确度很高的仪器，一定要按操作规程调节和测量。

（2）掌握箱式惠斯登电桥测量未知电阻的方法和技巧。 三、实验原理、仪器操作的重点和难点

1．重点

箱式惠斯登电桥测量未知电阻的方法。 2．难点

滑线式惠斯登电桥的线路连接；最小二乘法拟和铜电阻阻值随温度变化的直线。

3．仪器操作的注意事项 （1）惠斯登电桥的通电时间不能太长。滑线式电桥的滑动触头要跃按，箱式电桥的B，G不能长时间按下。

（2）调节箱式电桥时应由大值逐渐向小值调节。

（3）测量铜电阻的温度系数时，要不停地搅拌，以保证R-t的正确对应关系。

四、课上辅导

1．检查学生滑线式惠斯登电桥的线路连接是否正确。

2．观察学生是否掌握滑线式与箱式惠斯登电桥的测量方式。 3．检查数据，签字。 五、课堂时间安排

讲解30—40分钟 学生操作2小时

实验室十四 万用表的组装与校准（设计性实验）

一、实验目的

1．掌握将微安表改装成万用表的原理和方法 2．学会校准万用表的方法。 二、实验内容与要求

1．a)已知微安表的内阻Rg=1400欧母，Ig=100微安，要求改装成量程为I1=5mA,I2=10mA,同时要求自己算出Rs1和Rs2的值。b)对电流表进行校准，

并确定校准后的Rs1 的Rs2最终值。c）画出电流表的校准曲线，求出表的级别。

2．a)已知微安表的内阻Rg=1400欧母，Ig=100微安，要求改装成×1000档和×100档的电阻表，具体方法如下：

（1）据表头的内阻Rg选取Rs和R0。

（2）根据Rg.Rs.R0的值，算出Rd和R1的值。

（3）根据要求联接线路，先联接×1000档的电阻表及其校准线路，校准再改成×100档的线路

b)对电阻表进行校准，最终确定Rd和R1的实验值。 三、实验原理，仪器操作的重点和难点

1．重点是表的校准过程。

2．难点是校准的方法是不是正确，即使样准的方法完全正确也应反复多次，尽量使表达到最准确的程度，如果校准的方法有问题将会出现怎么也校不准的情形。要明确认识到表的精度是在反复校准的过程中逐步提高的，不可能一、两次就搞好，因此要求同学们本着精益求精的精神反复校准，每一遍校准都使表的精度有所提高，逐步达到最准确的程度。

3．实验仪器操作的注意事项：

（1）电流表的校准程序是先校准5mA的量程，记下Rs1+Rs2的值，再校准10mA的量程，在校准的过程中要保持Rs1+Rs2的值不变，校准后分别记录R1和R2的值。

（2）电阻表的校准程序是先校准×1000档，此时应调整Rd的值，再校准×100档，此时应调R1。

（3）特别应注意的是在电阻表的校准过程中，每调整一次调整Rd的值或R1的值后，都要回头重新调整零电阻。 四、课上辅导

1．按图接线，必须准确无误，如果做不出来，多数是线路接得不对，老师应指导学生检查线路。

2．电流表校准满度的方法是：当标准表指针指在该量程的位置时，反复调节分流电阻，使改装表的指针与标准表一致时，再增加电压调到满度，注意此时两表的指针是否一致，如不一致则应再调分流电阻和电压直到两表完全一致为止。

1）记录数据应该以改装表为准，读出相应标准表的读数 2）级别=最大误差×100/量程

3）电阻表的校准方法可参考上一节的有关内容。 五、课堂时间安排

讲解30—40分钟 操作1.5-2小钟。 六、作业布置：

要求学生写实验报告并答思考题，其中1、3必做，2选做。

实验十五 灵敏电流计的研究

一、实验目的：

1．定性了解灵敏电流计的构造及工作原理。 2．不会使用灵敏电流计。 二、实验内容：

1．测量电流计常数ki 2。测量电流计内阻

3．观察三种阻尼状态，测除外临界电阻RC

三、实验原理、仪器操作的重点和难点

1．实验测量电路的连接。 2．学会使用灵敏电流计。

3．三种阻尼状态的调整及判定。 处理方法：

结合电流计的工作原理M∝1/R+R/g讲清电流计三种阻尼状态的特性。 四、课堂辅导

1．结合电流计的构造介绍电流计的工作原理。 2．根据预习情况提问：

（1）电流计的构造和其他电表的构造有何区别？ （2）电流计为什么比其他电表的灵敏度高？ 3．检查线路。

4．注意观察学生的测量方法，提醒学生每测量一次调一次零点。 5．边观察边打操作分。

6．实验完毕进行检查及签字。 五、课堂时间安排

1．课堂讲解：40分钟左右 2．接线：20—30分钟。

实验十六 电位差计的原理和使用

一、实验目的：

1．了解补偿法测量原理：

2．了解电位差计的结构、原理及使用方法，正确使用电位差计； 3．培养看图接线能力。 二、实验内容及要求：

内容：

1．用滑线式电位计测干电池的电动势及内阻： 2．用箱式电位差计测定电阻端电压。

要求：

1．掌握电位差计的测量原理，正确连接线路，完成测量； 2．掌握箱式电位差计使用方法，正确读出结果。 三、实验重点和难点：

重点：通过滑线式电位差计的线路连接，加深对原理及应用方法的理解。 难点：正确合理使用保护电阻。 四、时间安排：

讲解：30分钟 操作：2小时 五、课上辅导：

1．检查线路连接及预习情况：

2．启发学生尽量自行解决操作过程中遇到的问题，查明原因，找出解决问题的方法。如：无论怎样调m、n均无法补偿，是何原因。 六、注意事项：

1．在测量过程中注意检流计指针偏转不要太大，否则指针很容易损坏； 2．标准电池绝对不能倒置，不能振动； 3．电池在使用中的电流绝对不超过10A； 4．绝对不允许用伏特计或万用表测量其电动势。 七、作业布置：

思考题1。

实验十七 电子束的加速和偏转

一、实验目的

1．了解示波管的内容构造和各电极的作用，为后续实验作准备。 2．验证电子在电场中确受电场力的作用，观察在不同场力的作用下电子的加速和偏转。

3．加深对带电粒子在电场中运动规律的理解。 二、实验内容与要求

1．课前要求：要求学生课前预习，写出预习报告，报告内容包括实验目的，实验仪器，实验步骤，及数据处理表格，谭前对学生进行检查，此项要求合格者，记分时给2分。

2．实验内容：电子是带负电的粒子，在电场中将受到电场力的作用，电场力的方向和电场方向平行，当电子运动方向平行时，电子将在该方向上被加速或减速，当电子通过一与电子运动方向相垂直的横向电场时电子将在电场力的作用下发生横向偏转。当电子通过一横向偏转电极，电极两极板电压Vd两极间距为d,两极板长为1，极板距荧光屏距离为L，则产生的偏转量为：D=LVd1/(2V2d)；或中V2是加速电压。本实验要求学生在固定加速电压的情况下，测出的一组成值，从而通过表格和作图，验证D与Vd 、V2及

识。

2．拍摄紫铜、黄铜、纯铁的光谱，注意拍摄次序和碳棒的更换。 3．用元素铁谱图比较法分析黄铜光谱中的锌谱线。 三、重点、难点：

重点：1。元素掀起征谱线组；

2．元素铁谱图比较法；

难点：了解用元素的特征谱线组识别元素存在的条件，掌握识别方法。 四、课上辅导：

实验分为两部分，第一部分摄谱，第二部分识谱。

1．摄谱：光源的电压约三万伏，教师结合光谱仪给学生讲解操作过程及注意事项，学生操作时教师须密切注意，加强指导。每块干板可以供四人拍摄，安全起见，学生必须独立完成自己的拍摄过程，不允许合作。根据仪器上的刻度，确定板移的大小，一个学生摄谱时，干板绝对不许移动，利用光阑来改变不同元素的谱线在干板上的位置。为了避免有人摄谱，有人等待的现象，把一台摄谱仪装成看谱镜，让同学轮流观察汞元素的可见光谱。

2．识谱：全班摄谱及暗室处理完毕之后，使用两台光谱投影仪利用元素铁谱图比较法查找黄铜谱中锌元素的特征谱线组：3302.6?、3302.9 ?和 3345.0 ?、 3345.6 ?、 3345.9 ?。识谱时使用教师专为学生预先拍摄好的谱片。

五、时间安排：

讲解30分钟左右，摄谱约50分钟，冲洗约20分钟，识谱约30分钟。

实验三十四 用落针法研究液体的粘滞系数

与温度的关系

一、实验目的：

1．学习用落针法测定液体的粘滞系数。

2．了解液体的沾滞系数随温度变化的情况，并绘制η-t关系曲线。

二、实验内容与要求：

1．内容：

1） 测量室温下液体的粘滞系数。

2） 从室温开始升温，液体温度每升高2-5℃（视室温高低而定）读一

次数据。

2．要求：将测量数据填入表一，用坐标纸分别绘出η-t和P2-t的关系曲线，并对结果进行讨论。

三、实验原理、仪器操作的重点和难点：

1．重点：弄清原理式各量所代表的物理意义；掌握η随t的变化规律。 2．难点：仪器操作，应确保落针沿中轴线竖直下落。 3．注意事项：

1） 尽量使落针沿圆筒的中轴线竖直下落。

2） 操作时一定要轻，因是玻璃筒，防止将主体打翻或损坏。 四、课上辅导：

1．检查指导学生正确使用温控、计时系统。 2．指导检查学生正确记录数据。 五、课堂时间安排：

讲解：30分钟

学生操作：60分钟

注：本实验与实验9为一次课。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/3awf.html