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大学物理实验4-指导书

大学物理实验4-指导书
大学物理实验4-指导书

1.1 静电场

实验内容

图示静电场的基本性质: 同心球壳电场及电势分布图。

实验设置

有两个均匀带电的金属同心球壳配置如图。内球壳(厚度不计)半径为R 1=5.0 cm ,带电荷

q 1 = 0.6?10-8 C ;外球壳半径R 2 = 7.5 cm ,外半径R 3 = 9.0 cm ,所带总电荷q 2 = - 2.0?10-8 C 。 实验任务 画出该同心球壳的电场及电势分布。

实验步骤及方法 基本原理:根据高斯定理推导出电场及电势的

分布公式;利用数据分析软件,如Microsoft Excel 绘制电场及电势的分布图。

在如图所示的带电体中,因内球壳带电q 1,由于静电感应,外球壳的内表面上将均匀地分布电荷-q 1;根据电荷平衡原理,外球壳的外表面上所带电荷除了原来的q2外,还因为内表面感应了-q 1而生成+q 1,所以外球壳的外表面上将均匀分布电荷q 1+q 2。

在推导电场和电势分布公式时,须根据r 的变化范围分别讨论r < R 1、R 1 < r < R 2、R 2 < r < R 3、r > R 3几种情况。

场强分布: 当r < R 1时,

001=?=???E dS E S

当R 1 < r < R 2时,

?=

???0

1

εq dS E S

2

1

0241

r

q E επ=

当R 2 < r < R 3时,

00

3=?=???E dS E S

当r > R 3时,

1

2

210

40

2

141r q q E q q dS E S

+=

?

+=

???

επε

电势分布:

根据电势的定义,可以求得电势的分布。

当r < R 1时,

3

2

10210110143211414141

3

3

2

21

1R q q R q R q U dr

E dr E dr E dr E dr E U R R R R R R r

r

++

-=?+?+?+?=?=?????∞

επεπεπ

当R 1 < r < R 2时,

3

2

102101014321414141

3

3

2

2R q q R q r q U dr

E dr E dr E dr E U R R R R r

r

++

-=?+?+?=?=????∞

επεπεπ

当R 2 < r < R 3时,

3

2

10143141

3

3

R q q U dr

E dr E dr E U R R r

r

+=

?+?=?=???∞

επ

当r > R 3时,

r

q q U dr

E dr E U r

r

2

1014141

+=

?=?=??∞

∞επ

至此,可以用MS Excel 来绘制电场及电势分布图。方法如下: 打开Excel 后会有一个默认的表格出现(如下图)

在A1、A2、A3单元格内分别输入“R1=”、“R2=”、“R3=”;在B1、B2、B3单元格内分别输入R1、R2、R3的数值。

注意在输入文字符号时可以直接输入到单元格,但是输入数值或者公式时应先键入等号=,即键入“=0.05”、“=0.075”、“=0.09”;在适当的位置输入“q1=”、“q2=”,以及对应的数值。

此外,常数(1/4πε0)也可以预先输入到适当的单元格以方便计算。

以R1

一、r 值计算

将R1至R2间分作十个步长(如下图中“步长”单元列所示),在“r ”标志的单元列下第一个单元格内输入“=$B$1+($B$2-$B$1)/10*A18”,步骤为:

1、 键入 =;

2、 用鼠标点击0.05(B1)单元格;

3、 键入 +( ;

4、 点击0.075所在单元格;

5、 键入 - ;

6、 点击0.05所在单元格;

7、 键入 )/10* ;

8、 点击步长值为“1”所在单元格; 9、 按Enter 完成输入。

在刚完成输入的单元格内,实际的数值是各对应的单元格的相对地址。为了保证计算的正确性,常数所在单元格地址应为绝对地址,如应将相对地址B1转换成绝对地址$B$1,即分别在列地址“B ”和行地址“1”前加上符号“$”。可以用鼠标双击刚完成输入的单元格,然后在相应位置键入绝对地址符号“$”。

完成修改后复制本单元格,粘贴到该单元格以下对应不同步长的单元格内,即完成r 值的输入

二、电场强度计算

在与r 列相邻的列输入电场强度公式:

在R1和R2期间,电场强度为2

10241r q E επ=,其中常数0

41

επ已预先输入到某个指定的单元格。因此,计算电场强度的输入应为“=$G$1*$D$1/B18^2”。 输入步骤为:(在与r 值相邻且对应于同一步长的单元格内输入) 1、键入 = ;

2、点击常数0

41

επ所在单元格,键入*;

3、点击q1数值所在单元格;

4、键入 / ;

5、点击对应r 值所在单元格;

6、键入 ^2 ;

7、将常数单元格地址转换位单元格地址;

8、复制刚完成的单元格,粘贴到对应于不同步长的单元格内;

9、完成。

完成其余单元格的输入,如下图所示。

注意:不得在单元格内直接输入本例中的数值!

R1=0.05q1=0.0000000061/(4 π ε)=8991804694 R2=0.075q2=-0.00000002

R3=0.09

场强分布电势分布

三、绘图

用鼠标键盘选取r、E两列作为绘图基础数据。在菜单栏点击插入/图表…,选取xy散点图下的“无数据点平滑线散点图”,然后根据屏幕提示完成作图过程。

用同样的方法完成电势分布图的作图。

根据需要修改图形的布局、题目、坐标轴标号、数据点颜色等等。得到如下图所示电场强度、电势分布图。

完成本次实验。

)=8991804694factor=100

(q1+q2)/R3

大学物理学实验指导书_4

大学物理学实验指导书 大学物理实验 力学部分 实验一长度与体积的测量 实验类型:验证 实验类别:专业主干课 实验学时:2 所属课程:大学物理

所涉及的课程和知识点:误差原理有效数字 一、实验目的 通过本实验的学习,使学生掌握测长度的几种常用仪器的使用,并会正确读数。练习作好记录和误差计算。 二、实验要求 (1)分别用游标卡尺、螺旋测微计测金属圆筒、小钢球的内外径及高度,并求体积。(2)练习多次等精度测量误差的处理方法。 三、实验仪器设备及材料 游标卡尺,螺旋测微计,金属圆柱体,小钢球,铜丝 四、实验方案 1、用游标卡尺测量并计算所给样品的体积。 2、分别用千分尺和读数显微镜测量所给金属丝的直径。 数据处理 注意:有效数字的读取和运用,自拟表格,按有关规则进行数据处理。 描述实验过程(步骤)以及安全注意事项等,设计性实验由学生自行设计实验方案。 五、考核形式 实际操作过程实验报告 六、实验报告 实验原理,实验步骤,实验数据处理,误差分析和处理。 对实验中的特殊现象、实验操作的成败、实验的关键点等内容进行整理、解释、分析总结,回答思考题,提出实验结论或提出自己的看法等。 七、思考题 1、游标卡尺测量长度时如何读数 游标本身有没有估读数 2、千分尺以毫米为单位可估读到哪一位初读数的正负如何判断 待测长度如何确定 实验二单摆 实验类型:设计 实验类别:专业主干课 实验学时:2 所属课程:大学物理 所涉及的课程和知识点:力学单摆周期公式 一、实验目的 通过本实验的学习,使学生掌握使用停表和米尺,测准单摆的周期和摆长。利用单摆周期公式求当地的重力加速度

二、实验要求 (1)测摆长为1m时的周期求g值。 (2)改变摆长,每次减少10cm,测相应周期T,作T—L图,验证单摆周期公式。 三、实验仪器设备及材料 单摆、米尺、游标卡尺、停表。 四、实验方案 利用试验台上所给的设备及材料,自己制作一个单摆,然后设计实验步骤测出单摆的周期,再根据单摆的周期公式计算当地的重力加速速。 改变摆长,讨论对实验结果的影响并分析误差产生的原因 五、考核形式 实际操作过程实验报告 六、实验报告 实验原理,实验步骤,实验数据处理,误差分析和处理。 对实验中的特殊现象、实验操作的成败、实验的关键点等内容进行整理、解释、分析总结,回答思考题,提出实验结论或提出自己的看法等。 七、思考题 1、为什么测量周期不宜直接测量摆球往返一次摆动的周期试从误差分析来说明。 2、在室内天棚上挂一单摆,摆长很长,你设法用简单的工具测出摆长不许直接测量摆长。 实验三牛顿第二定律的验证 实验类型:验证 实验类别:专业主干课 实验学时:2 所属课程:大学物理 所涉及的课程和知识点:力学牛顿第二定律摩擦 一、实验目的 通过本实验的学习,使学生掌握气垫导轨的使用,使学生通过在气垫导轨上验证牛顿第二定律,更深刻的理解牛顿第二定律的物理本质。 二、实验要求 验证当m一定时,a∝F,当F一定时,a∝1/m。 三、实验仪器设备及材料 气垫导轨,数字毫秒计,光电门,气源 四、实验方案 1、调整气垫导轨水平。 在导轨的端部小心安装好滑轮,使其转动自如,细心调整好导轨的水平。

浅谈大学物理实验教学设计

浅谈大学物理实验教学设计 【摘要】大学物理实验是高等院校理工科学生必修的一门重要基础课。在提高学生的科学素质、培养学生的创新精神和实践能力中具有特殊的作用。实施新型实验教学方式已成为大学物理实验教学改革和实践的热点。本文对大学物理实验教学模式进行研究对该实验教学模式中的“完善实验教学设计”进行了详细分析。 【关键词】大学物理实验;创新能力;教学模式 物理学是一门实验科学,是物理学的基础。凡是物理学的概念、规律及公式都是以客观实验为基础的,即物理理论绝不能脱离物理实验的验证。大学物理实验作为大学生进校后的第一门科学实验课程,不仅应让学生受到严格的、系统的实验技能训练掌握科学实验的基本原理、方法和技巧,更主要的是要培养学生严谨的科学思维能力和创新精神,培养学生理论联系实际、分析和解决实际问题的能力,特别是与科学技术发展相适应的综合能力。因而实验教学应该面对时代的发展、科技进步的新趋势和新挑战不断有所改变和创新。只有这样才能适应社会对人才知识和科学素质越来越高的要求[1]。为了搞好大学物理实验教学,教师必须重视和研究实验教学。首先,要进行完善的实验教学设计,确定明确的实验目标;其次,要提供开放的实验环境和及时的辅导,让学生不断自主地进行实验探索并获得成就感;再次,要充分利用现代教育媒体和信息技术手段,提高实验教学效率加强教师与学生的互动,激发学生对实验的探索兴趣和重视[2-3]。本文对如何完善实验教学设计结合我院大学物理实验的教学模式进行研究和探讨。 大学物理实验教学是消化理论知识验证知识的过程它有助于锻炼和提高学生的实验方法和技能。随着科学技术的不断进步和发展物理实验将在学生的知识、能力和素质的培养方面发挥越来越重要的作用。 1 以素质教育为目的,建立物理实验课程新体系 课程体系重新设置的重点是:加强基础,重视应用,培养能力,提高素质,把“知识、能力、素质”三要素贯穿整个实验教学改革过程。实验课程体系的设计必须让学生系统掌握物理实验的基本知识、基本方法和基本技能,打好基础;同时还必须与现代科学技术接轨,现代科技成果与经典课程内容相互渗透,是在对实验课程体系改革时应充分给以关注的问题。 2 授课对象起点分析 《大学物理实验》课程是针对全体工科专业开设,开设时间在大学第二、三学期。学生为地方高考青年学生,已经具备了比较扎实的科学文化基础。经过大学第一学期物理课程的学习,学生掌握了大学物理的一般规律和一般物理实验的基本原理,对常见物理现象具有感性认识和一般的理性理解。本科学生总体知识水平较好,但动手能力一般,实操经验不强,对《大学物理实验》课程的学习大

大学物理实验教学大纲.doc

《大学物理实验》教学大纲 课程编号: 72201008/72201009 课程名称:大学物理实验 英文名称: College Physics Experiments 课程性质:学科基础课 总学时: 72学时 学分: 2分 适用专业:测控技术与仪器专业 先修课程:大学物理 一、实验目的与任务 物理实验课是对学生进行实验教育的入门课程,其教学目的在于使学生学习物理实验基础知识 的同时,受到严格训练,掌握初步的实验能力,养成良好的实验习惯和严谨的科学作风。 二、教学基本要求 通过实验教学,加深对基础理论知识的理解,培养学生实验动手能力,并掌握一些基本仪器的使 用方法。 三、实验项目与类型 力学部分

热学部分 电磁学学部分

光学部分 四、实验教学内容及学时分配 基础知识 测量与误差,主要讲述误差理论及数据处理 力学部分 实验一长度的综合测量 1.目的要求 练习使用测长度的几种常用仪器,练习做好记录和计算不确定度。 2.方法原理 用米尺、游标卡尺、螺旋测微仪测滚珠的直径和圆柱管的内外半径和高度。 3.主要实验仪器及材料 米尺、游标卡尺、螺旋测微仪、滚珠、圆柱管。 4.掌握要点 米尺、游标卡尺、螺旋测微仪的使用方法及不确定度的计算方法。 5.实验项目: (1)用游标卡尺测圆柱管的内外半径及高度,并计算其体积。 (2)用螺旋测微仪测滚珠的直径。 (3)不确定度的计算。 实验二单摆 1.目的要求 用停表和米尺,测单摆的周期和摆长,并求出当地的重力加速度值。 2.方法原理

g l T π2= ()()2 22)(?? ? ??+??? ??=t t u l l u g g u 。 3.主要实验仪器及材料 单摆、停表、钢尺。 4.掌握要点 测量单摆周期的注意事项、重力加速度的不确定度的计算。 5.实验项目: (1)用游标卡尺测小球的直径。 (2)用钢尺测悬线的长度。 (3)用停表测单摆的周期(不改变摆长,测5次,每次30个周期的时间) (4)计算重力加速度和它的不确定度。 (4)改变摆长,测单摆的周期,用作图法算出重力加速度。 实验三 测重力加速度 1.目的要求 掌握几种测重力加速度的方法。 2.方法原理 自己 3.主要实验仪器及材料 自由落体装置、数字毫秒计、光电计时装置 ,单摆 气垫导轨。 4.掌握要点 掌握测量重力加速度的方法。 5.实验项目: (1)根据原理设计实验方案。 (2)记录实验数据 (3)数据处理及不确定度的计算。 实验四 密度的测定 1.目的要求 熟练掌握物理天平的调节和使用方法,掌握静力称衡法和比重瓶法。 2.方法原理 v m = ρ,质量用天平称量,体积用阿基米德定律求出。 3.主要实验仪器及材料 物理天平,游标卡尺、比重瓶,小烧杯、温度计、酒精、不规则玻璃块。 4.掌握要点 物理天平的调节和方法、测量密度的两种方法:静力称衡法和比重瓶法。 5.实验项目: (1)学习调整和使用物理天平。 (2)用流体静力称衡法测固体的密度。 (3)用比重瓶法测酒精的密度。 实验五 拉伸法测杨氏弹性模量 1.目的要求 用伸长法测定金属丝的杨氏模量,学习光杠杆原理并掌握使用方法。

大学物理实验复习资料

大学物理实验复习资料 复习要求 1.第一章实验基本知识; 2.所做的十二个实验原理、所用的仪器(准确的名称、使用方法、分度值、准确度)、实验操作步骤及其目的、思考题。 第一章练习题(答案) 1.指出下列情况导致的误差属于偶然误差还是系统误差⑴读数时视线与刻度尺面不垂直。——————————该误差属于偶然误差。 ⑵将待测物体放在米尺的不同位置测得的长度稍有不同。——该误差属于系统误差。 ⑶天平平衡时指针的停点重复几次都不同。——————该误差属于偶然误差。 ⑷水银温度计毛细管不均匀。——————该误差属于系统误差。 ⑸伏安法测电阻实验中,根据欧姆定律R x=U/I,电流表内接或外接法所测得电阻的阻值与实际值不相等。———————————————该误差属于系统误差。 2.指出下列各量为几位有效数字,再将各量改取成三位有效数字,并写成标准式。 测量值的尾数舍入规则:四舍六入、五之后非零则入、五之后为零则凑偶 ⑴cm ——四位有效数字,×10cm 。 ⑵cm ——五位有效数字,, ⑶kg ——四位有效数字,×10-2kg , ⑷——五位有效数字,×10-1m , ⑸kg ——五位有效数字,, ⑹g ——五位有效数字,×103g , ⑺s;——四位有效数字,×102s , ⑻s ——四位有效数字,×10-1s , ⑼ ×10-3 m. ——四位有效数字,×10-3m ⑽℃——四位有效数字,×10℃ 3.实验结果表示 ⑴精密天平称一物体质量,共称五次,测量数据分别为:,,,,,试求 ① 计算其算术平均值、算术平均误差和相对误差并写出测量结果。 ② 计算其测量列的标准误差、平均值标准误差和相对误差并写出测量结果。解:算术平均值 = m3 612 3 5 15 1 . ≈ ∑ =i i m (g) 算术平均误差m ? = - =∑ = 5 1 5 1 i i m m = 00003(g) 相对误差m m E m ? = ==≈ 用算术平均误差表示测量结果:m = ±(g) 测量列的标准误差 ()()()( 1 5 3 2 6123 3 6121 3 2 6123 3 6122 3 2 6123 3 6127 3 - + - + - + - =. . . . . . =(g) 经检查,各次测量的偏差约小于3σ,故各测量值均有 效。 平均值的标准误差 5 0003 0. = = n m σ σ ≈(g) 相对误差 % . % . . 0004 100 6123 3 00014 ≈ ? = = m E m m σ 用标准误差表示的测量结果= m±(g) ⑵有甲、乙、丙、丁四人,用螺旋测微器测量一铜球的 直径,各人所得的结果是: 甲:±cm;乙:±cm 丙:±cm;丁:±cm 问哪个表示得正确其他人的结果表达式错在哪里 参考答案:甲:±cm 测量结果的最后一 位要与误差所在位对齐。 其他三个的错误是测量结果的最后一位没有与误差所在 位对齐。 ⑶用级别为、量程为10mA的电流表对某电路的电流作 10次等精度测量,测量数据如下表所示。试计算测量结 果及标准误差,并以测量结果形式表示。 解:算术平均值 ≈ =∑ = 10 1 10 1 i i I I (mA)

大学物理实验

一、选择题(每小题3分,共30分) 1.以下说法正确的是() A.多次测量可以减小随机误差 B.多次测量可以消除随机误差 C.多次测量可以减小系统误差 D.多次测量可以消除系统误差 2.用分度值为0.05的游标尺测量一物体的长度,下面读数正确的是() A.12.63mm B.12.64mm C. 12.60mm C.12.635mm 3.牛顿环测曲率半径实验中,观测到的同心干涉圆环的疏密分布是什么() A.均匀分布 B. 从内到外逐渐变得稀疏 C.从内到外逐渐变得密集 D.无规律的 4.0.070的有效数字有() A.1位 B.2位 C.3 位 D.4位 5.某电流值的测量结果为I=(30.55±0.05)mA,则下面关于被测电流的真值I0的哪种理解是正确的( ) (A) I0=30.55mA (B) I0=30.50mA或I0=30.60mA (C) 30.50mA

大学物理实验课后答案教学内容

大学物理实验课后答 案

(1)利用f=(D+d)(D-d)/4D 测量凸透镜焦距有什么优点? 答这种方法可以避免透镜光心位置的不确定而带来的测量物距和像距的误差。 (2)为什么在本实验中利用1/u+1/v=1/f 测焦距时,测量u和v都用毫米刻度的米尺就可以满足要求?设透镜由于色差和非近轴光线引起的误差是 1%。 答设物距为20cm,毫米刻度尺带来的最大误差为0.5mm,其相对误差为 0.25%,故没必要用更高精度的仪器。 (3)如果测得多组u,v值,然后以u+v为纵轴,以uv为横轴,作出实验的曲线属于什么类型,如何利用曲线求出透镜的焦距f。 答直线;1/f为直线的斜率。 (4)试证:在位移法中,为什么物屏与像屏的间距D要略大于4f? 由f=(D+d)(D-d)/4D → D2-4Df=d2→ D(D-4f)=d2 因为d>0 and D>0 故D>4f 1.避免测量u、ν的值时,难于找准透镜光心位置所造成的误差。 2.因为实验中,侧的值u、ν、f都相对较大,为十几厘米到几十厘米左右,而误差为1%,即一毫米到几毫米之间,所以可以满足要求。 3.曲线为曲线型曲线。透镜的焦距为基斜率的倒数。 ①当缝宽增加一倍时,衍射光样的光强和条纹宽度将会怎样变化?如缝宽减半,又怎样改变?

答: a增大一倍时, 光强度↑;由a=Lλ/b ,b减小一半 a减小一半时, 光强度↓;由a=Lλ/b ,b增大一倍。 ②激光输出的光强如有变动,对单缝衍射图象和光强分布曲线有无影响?有何影响? 答:由b=Lλ/a.无论光强如何变化,只要缝宽不变,L不变,则衍射图象的光强分布曲线不变 (条纹间距b不变);整体光强度↑或者↓。 ③用实验中所应用的方法是否可测量细丝直径?其原理和方法如何? 答:可以,原理和方法与测单狭缝同。 ④本实验中,λ=632。8nm,缝宽约为5*10^-3㎝,屏距L为50㎝。试验证: 是否满足夫朗和费衍射条件? 答:依题意: Lλ=(50*10^-2)*(632.8*10^-9)=3.164*10^-7 a^2/8=(5*10^-5)^2/8=3.1*10^-10 所以Lλ<

大学物理实验课后答案

实验一霍尔效应及其应用 【预习思考题】 1.列出计算霍尔系数、载流子浓度n、电导率σ及迁移率μ的计算公式,并注明单位。 霍尔系数,载流子浓度,电导率,迁移率。 2.如已知霍尔样品的工作电流及磁感应强度B的方向,如何判断样品的导电类型? 以根据右手螺旋定则,从工作电流旋到磁感应强度B确定的方向为正向,若测得的霍尔电压为正,则样品为P型,反之则为N型。 3.本实验为什么要用3个换向开关? 为了在测量时消除一些霍尔效应的副效应的影响,需要在测量时改变工作电 流及磁感应强度B的方向,因此就需要2个换向开关;除了测量霍尔电压,还要测量A、C间的电位差,这是两个不同的测量位置,又需要1个换向开关。总之,一共需要3个换向开关。 【分析讨论题】 1.若磁感应强度B和霍尔器件平面不完全正交,按式(5.2-5)测出的霍尔系数比实际值大还是小?要准确测定值应怎样进行? 若磁感应强度B和霍尔器件平面不完全正交,则测出的霍尔系数比实际值偏小。要想准确测定,就需要保证磁感应强度B和霍尔器件平面完全正交,或者设法测量出磁感应强度B和霍尔器件平面的夹角。 2.若已知霍尔器件的性能参数,采用霍尔效应法测量一个未知磁场时,测量误差有哪些来源? 误差来源有:测量工作电流的电流表的测量误差,测量霍尔器件厚度d的长度测量仪器的测量误差,测量霍尔电压的电压表的测量误差,磁场方向与霍尔器件平面的夹角影响等。 实验二声速的测量 【预习思考题】 1. 如何调节和判断测量系统是否处于共振状态?为什么要在系统处于共振的条件下进行声速测定? 答:缓慢调节声速测试仪信号源面板上的“信号频率”旋钮,使交流毫伏表指针指示达到最大(或晶体管电压表的示值达到最大),此时系统处于共振状态,显示共振发生的信号指示灯亮,信号源面板上频率显示窗口显示共振频率。在进行声速测定时需要测定驻波波节的位置,当发射换能器S1处于共振状态时,发射的超声波能量最大。若在这样一个最佳状态移动S1至每一个波节处,媒质压缩形变最大,则产生的声压最大,接收换能器S2接收到的声压为最大,转变成电信号,晶体管电压表会显示出最大值。由数显表头读出每一个电压最大值时的位置,即对应的波节位置。因此在系统处于共振的条件下进行声速测定,可以容易和准确地测定波节的位置,提高测量的准确度。 2. 压电陶瓷超声换能器是怎样实现机械信号和电信号之间的相互转换的? 答:压电陶瓷超声换能器的重要组成部分是压电陶瓷环。压电陶瓷环由多晶结构的压电材料制成。这种材料在受到机械应力,发生机械形变时,会发生极化,同时在极化方向产生电场,这种特性称为压电效应。反之,如果在压电材料上加交

理工科大学物理实验课程教学基本要求

附件2: 理工科大学物理实验课程教学基本要求 物理学是研究物质的基本结构、基本运动形式、相互作用及其转化规律的自然科学。它的基本理论渗透在自然科学的各个领域,应用于生产技术的许多部门,是其他自然科学和工程技术的基础。 在人类追求真理、探索未知世界的过程中,物理学展现了一系列科学的世界观和方法论,深刻影响着人类对物质世界的基本认识、人类的思维方式和社会生活,是人类文明的基石,在人才的科学素质培养中具有重要的地位。 物理学本质上是一门实验科学。物理实验是科学实验的先驱,体现了大多数科学实验的共性,在实验思想、实验方法以及实验手段等方面是各学科科学实验的基础。 一.课程的地位、作用和任务 物理实验课是高等理工科院校对学生进行科学实验基本训练的必修基础课程,是本科生接受系统实验方法和实验技能训练的开端。 物理实验课覆盖面广,具有丰富的实验思想、方法、手段,同时能提供综合性很强的基本实验技能训练,是培养学生科学实验能力、提高科学素质的重要基础。它在培养学生严谨的治学态度、活跃的创新意识、理论联系实际和适应科技发展的综合应用能力等方面具有其他实践类课程不可替代的作用。 本课程的具体任务是: 1.培养学生的基本科学实验技能,提高学生的科学实验基本素质,使学生初步掌握实验科学的思想和方法。培养学 生的科学思维和创新意识,使学生掌握实验研究的基本方法,提高学生的分析能力和创新能力。 2.提高学生的科学素养,培养学生理论联系实际和实事求是的科学作风,认真严谨的科学态度,积极主动的探索精 神,遵守纪律,团结协作,爱护公共财产的优良品德。 二、教学内容基本要求 大学物理实验应包括普通物理实验(力学、热学、电磁学、光学实验)和近代物理实验,具体的教学内容基本要求如下: 1.掌握测量误差的基本知识,具有正确处理实验数据的基本能力。 (1)测量误差与不确定度的基本概念,能逐步学会用不确定度对直接测量和间接测量的结果进行评估。 (2)处理实验数据的一些常用方法,包括列表法、作图法和最小二乘法等。随着计算机及其应用技术的普及,应包括用计算机通用软件处理实验数据的基本方法。 2.掌握基本物理量的测量方法。 例如:长度、质量、时间、热量、温度、湿度、压强、压力、电流、电压、电阻、磁感应强度、光强度、折射率、电子电荷、普朗克常量、里德堡常量等常用物理量及物性参数的测量,注意加强数字化测量技术和计算技术在物理实验教学中的应用。 3.了解常用的物理实验方法,并逐步学会使用。 例如:比较法、转换法、放大法、模拟法、补偿法、平衡法和干涉、衍射法,以及在近代科学研究和工程技术中的广泛应用的其他方法。 4.掌握实验室常用仪器的性能,并能够正确使用。 例如:长度测量仪器、计时仪器、测温仪器、变阻器、电表、交/直流电桥、通用示波器、低频信号发生器、分光仪、光谱仪、常用电源和光源等常用仪器。 各校应根据条件,在物理实验课中逐步引进在当代科学研究与工程技术中广泛应用的现代物理技术,例如,激光技术、传感器技术、微弱信号检测技术、光电子技术、结构分析波谱技术等。 5.掌握常用的实验操作技术。

大学物理实验4-指导书

1.1 静电场 实验内容 图示静电场的基本性质: 同心球壳电场及电势分布图。 实验设置 有两个均匀带电的金属同心球壳配置如图。内球壳(厚度不计)半径为R 1=5.0 cm ,带电荷 q 1 = 0.6?10-8 C ;外球壳半径R 2 = 7.5 cm ,外半径R 3 = 9.0 cm ,所带总电荷q 2 = - 2.0?10-8 C 。 实验任务 画出该同心球壳的电场及电势分布。 实验步骤及方法 基本原理:根据高斯定理推导出电场及电势的 分布公式;利用数据分析软件,如Microsoft Excel 绘制电场及电势的分布图。 在如图所示的带电体中,因内球壳带电q 1,由于静电感应,外球壳的内表面上将均匀地分布电荷-q 1;根据电荷平衡原理,外球壳的外表面上所带电荷除了原来的q2外,还因为内表面感应了-q 1而生成+q 1,所以外球壳的外表面上将均匀分布电荷q 1+q 2。 在推导电场和电势分布公式时,须根据r 的变化范围分别讨论r < R 1、R 1 < r < R 2、R 2 < r < R 3、r > R 3几种情况。 场强分布: 当r < R 1时, 001=?=???E dS E S 当R 1 < r < R 2时, ?= ???0 1 εq dS E S 2 1 0241 r q E επ= 当R 2 < r < R 3时, 00 3=?=???E dS E S 当r > R 3时, 1

2 210 40 2 141r q q E q q dS E S += ? += ??? επε 电势分布: 根据电势的定义,可以求得电势的分布。 当r < R 1时, 3 2 10210110143211414141 3 3 2 21 1R q q R q R q U dr E dr E dr E dr E dr E U R R R R R R r r ++ -=?+?+?+?=?=?????∞ ∞ επεπεπ 当R 1 < r < R 2时, 3 2 102101014321414141 3 3 2 2R q q R q r q U dr E dr E dr E dr E U R R R R r r ++ -=?+?+?=?=????∞ ∞ επεπεπ 当R 2 < r < R 3时, 3 2 10143141 3 3 R q q U dr E dr E dr E U R R r r += ?+?=?=???∞ ∞ επ 当r > R 3时, r q q U dr E dr E U r r 2 1014141 += ?=?=??∞ ∞επ 至此,可以用MS Excel 来绘制电场及电势分布图。方法如下: 打开Excel 后会有一个默认的表格出现(如下图) 在A1、A2、A3单元格内分别输入“R1=”、“R2=”、“R3=”;在B1、B2、B3单元格内分别输入R1、R2、R3的数值。

大学物理实验-驻波实验(原始数据与分析)

1、调节震动频率测横波波速数据记录 线密度m kg /10322.03-?=ρ;砝码质量m=40g ;张力F=0.39N ;弦长l=0.6m 。 半波数n 1 2 3 4 5 6 平均值 频率/Hz 36 61 84 111 147 167 )./(21-=s m n l γ γ 43.2 36.6 33.6 33.3 35.28 33.4 36.4 2、调节弦长测横波波速数据记录 线密度m kg /10322.03-?=ρ;砝码质量m=40g ;张力F=0.39N ;频率γ=150Hz 。 半波数n 1 2 3 4 5 6 平均值 l/m 0.12 0.24 0.36 0.48 0.60 0.72 )./(21-=s m n l γ γ 36 36 36 36 36 36 36 3、弦线上横波波长与张力关系测量数据记录 线密度m kg /10322.03-?=ρ;频率γ=150Hz 。 砝码质量m/kg 310- 20 30 40 50 60 70 张力F/N 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 半波数n 3 4 4 4 4 4 弦长l/m 0.216 0.353 0.394 0.429 0.477 0.498 波长m /λ 0.144 0.1765 0.197 0.2145 0.2385 0.249 λln -1.9 -1.7 -1.6 -1.5 -1.4 -1.3 F ln -1.6 -1.2 -0.9 -0.7 -0.5 -0.4 思考题答案: 1、1 3 .8.3410 322.039.0--=?= = s m F v ρ 2、图略。由图得斜率53.07 .11 .10.2=-+-=a 截距b=-1.1 理论值a=0.5 b=-0.99 相对误差:%6%1005.05.053.01=?-= E %11%10099 .099 .01.12=?-+-=E 3、原因: ①存在空气阻力 ②弦长长度的精确度 ③拨弦的方式和计算机采样的步数 改进:①在真空环境下完成②多次取值减少误差

大学物理实验报告大全大学物理实验教学的认识与实践

大学物理实验报告大全大学物理实验教学的认识与实践摘要:大学物理实验课是理工科学生的一门基础课。对每一位教师而言, 激发学生实验兴趣,提高实验教学效果, 是每一位实验课教师探究的问题。笔者根据自己多年教学经验, 从实验内容和教学方法谈了自己几点体会。 关健词:物理实验教学;实验兴趣;教学效果;综合素质 一、引言 大学物理实验是学生接受大学教育最早接触到的一门系统而全面的理论与实践相结合的实验基础教育课程。大学物理实验的特点在于它具有普遍性(力、热、电、光) 、基本性(一切实验的基础) 、通用性(适用于一切领域),把高、精、尖的科研实验分解,绝大部分与常见、常做的普通物理实验有关,所以学好大学物理实验课就为学生今后从事任何科技工作打下坚实的基础[1]。同时, 大学物理实验课又是一系列后续专业实验课的重要基础。通过物理实验课,可以培养学生周密实验设计、精确科学测量、熟练操作仪器、准确数据计算和处

理能力。物理实验技能是学生今后进行其它实验和从事科技工作的基础。在教学过程中我们发现, 有部分学生对实验课不重视, 认为实验课枯燥、没有兴趣, 上课只是按照老师的要求和示范做实验。做实验过程中出现问题不去分析,等待老师解决。实验报告照抄实验讲义, 实验只是机械的操作实验仪器, 被动地接受知识, 没有发挥自己的 自主学习积极性。究竟是什么原因使学生对如此重要的环节不予重视? 我们分析,其主要的原因有以下几点:首先是随着 __的不断发展,社 会对同学们的计算机、英语水平的要求不断提高,同学们会自觉不自 觉地在它们上面花费大量的时间,另外随着就业形势的日益严峻,很 多同学选择考研,对于考研要考的科目如英语、数学等课程,不用老师督促他们也会加紧学,此外他们还要应付专业课等等。因此,大部分同学们自然而然地将物理实验放到了比较次要的位置。其次是有的同学就怕动手做实验,有的同学在高中基本没有做过实验,特别是有些女 学生畏电如虎,实验仪器根本就不敢摸。还有就是传统的实验课教学 方法上有问题,没能充分调动学生的积极性。因此,如何转变学生对实验课的态度,启发他们的兴趣,进而提高他们实验操作技能乃至创新 精神,是摆在全国各高校教学部门和物理实验室面前的现实问题。针 对这一问题,在物理实验教学过程中, 我们根据具体实验内容, 采取灵活多样的教学方法, 调动学生实验的积极性, 培养学生实验能力, 提高实验教学效果。

大学物理实验作业习题

作业习题 第一部分:力学部分 1、长度、密度测量 ⑴使用游标时,怎样识别它的精度? ⑵如何从卡尺和螺旋测微计上读出被测的毫米整数和小数? ⑶用静力秤衡法测固体密度,在秤浸入液体中的固体质量时,能否让固体接触烧杯 壁和底部,为什么? ⑷如要测定一块任意形状的固体的密度,试选择一种实验方法,写出测量的步骤。 2 、三线悬盘测刚体转动惯量 ⑴为什么实验时必须要求两盘水平,三根悬线长度相等? ⑵如何启动三线摆才能防止晃动? ⑶为什么三线摆的扭转角不能过大? ⑷仪器常数m0、m1、m2应选用什么仪器测量?a和b分别表示什么距离?为什么 周期T要通过测量50周的时间50T计算得到,直接测量行吗?为什么? 3、碰撞和动量守恒 ⑴分析实验过程中的守恒原理,动量和能量是否遵守同一守恒定律、你能给出什么 结论? ⑵比较以下实验结果: 把光电门放在远离及靠近碰撞位置; 碰撞速度大和小; 正碰与斜碰 导轨中气压大与小。 4 、拉伸法测杨氏模量 ⑴仪器调节的步骤很重要,为在望远镜中找到直尺的象,事先应作好哪些准备,试 说明操作程序。 ⑵如果在调节光杠杆和镜尺组时,竖尺有5度的倾斜,其它都按要求调节。问对结 果有无影响?影响多大?如果竖尺调好为竖直而小镜有5度的倾斜,对结果有无影响? ⑶本实验中各个长度量用不同的仪器(螺旋测微计、钢卷尺等)来测量是怎样考虑

的,为什么? ⑷利用光杠杆把测微小长度△L变成测D等量,光杠杆放大率为2D/l,根据此式 能否以增加D减少1来提高放大率?这样做有无好处?有无限度?应怎样考虑这个问题? ⑸加砝码后立即读数和过一会读数,读数值有无区别,从而判断弹性滞后对测量有无 影响。由此可得出什么结论? 5、焦利氏秤测液体的表面张力系数 ⑴焦利氏秤的弹簧为什么要做成锥形? ⑵实验中应注意哪些方面因素才能减小误差? 6 、落球法测液体的粘滞系数 ⑴本实验中可能引起误差的因素有哪些? ⑵本实验所采用的测液体粘滞系数的方法是否对一切液体都适用? ⑶什么是雷诺系数?说明其物理意义,结合以上实验,分析其影响。 第二部分:电学部分 7、万用表及电路 ⑴为什么不宜用欧姆计测量表头的内阻? ⑵万用表使用完毕后,为什么不能让功能旋钮停在欧姆挡? ⑶选择两个电位器,组成一个可以进行粗调和细调的分压电路(画出电路图,标明 电位器的阻值)。 8 、电流计的研究 ⑴灵敏电流计之所以有较高的灵敏度是由于结构上做了哪些改进? 9、单臂电桥测电阻 (1)电桥采用什么方法测电阻? (2)单臂电桥适合测多大的电阻?能读几位有效数字? 10、双臂电桥测低电阻 ⑴如果将标准电阻和待测铜棒的电压接头与电流接头互相颠倒,等效电路是怎样的 这样做好不好? (2)双臂电桥是怎样消除导线电阻及接触电阻的影响的?

《大学物理实验》课程教学大纲.docx

《大学物理实验》课程教学大纲 1. 课程名称(中文):物理实验英文名称:Physics Experiments 2.课程编码: 01000102 3.课程类别:基础独立设课 4.课程要求:必修基础实验 5.课程属性:独立设课 6.课程总学时:总学分: 7.实验学时: 51 学时总学分: 1.5学分 8.应开实验学期:第 2 学期至第 3 学期 9.适用专业:土木工程、化学工程与工艺、应用化学、材料科学与工程、生物工程、信息 与计算科学。 10.先修课程:大学物理 11. 编写人:徐子湘俸永格编写日前:2005年9月1日 一、实验课程简介 物理学是实验科学,物理规律的研究都是以严格的实验为基础,实验与数学分析相结合是 物理学研究中的一个特点。物理实验是大学生进行科学实验训练的一门基础课程,在实验过程中,通过理论的运用与现象的观测分析,充分提高学生分析问题与解决问题的能力;充分提高学生综 合运用理论知识解决实际问题的动手能力。本实验课程需学生应达到下列要求: 1、进一步巩固和加深对大学物理理论知识的理解,提高学生的综合素质。 2、能根据需要选学参考书,查阅手册,通过独立思考,深入钻研有关问题,学会自己 独立分析问题、解决问题,具有一定的创新能力。 二、实验教学目标与基本要求 1、本课程的主要目的是: (1)学生通过实验学习物理实验的基本理论、典型的实验方法及其物理思想。 (2)获得必要的实验知识和操作技能训练,培养学生的动手能力、工作能力、创造能力,提高学生分析问题、归纳问题、解决问题的能力。 (3)树立实事求是、一丝不苟、严格认真的科学态度。 2、本实验课程应达到下列要求: (1)进一步巩固和加深对大学物理理论知识的理解,提高学生的综合素质。 (2)能根据需要选学参考书,查阅手册,通过独立思考,深入钻研有关问题,学会自己独立分析问题、解决问题,具有一定的创新能力。

磁性物理实验指导书

磁性物理实验 讲义 磁性物理课程组编写 电子科技大学微电子与固体电子学院 二O一二年九月

目录 一、起始磁导率温度特性测量和居里温度测试计算分析 (1) 二、电阻率测试及磁损耗响应特性分析 (3) 三、磁致伸缩系数测量与分析 (6) 四、磁化强度测量与分析 (9) 五、磁滞回线和饱和磁感应强度测量 (11) 六、磁畴结构分析表征 (12)

一、起始磁导率温度特性测量和居里温度测试计算分析 (一) 、实验目的: 了解磁性材料的起始磁导率的测量原理,学会测量材料的起始磁导率,并能够从自发磁化起源机制来分析温度和离子占位对材料起始磁导率和磁化强度的影响。 (二)、实验原理及方法: 一个被磁化的环型试样,当径向宽度比较大时,磁通将集中在内半径附近的区域分布较密,而在外半径附近处,磁通密度较小,因此,实际磁路的有效截面积要小于环型试样的实际截面。为了使环型试样的磁路计算更符合实际情况,引入有效尺寸参数。有效尺寸参数为:有效平均半径r e ,有效磁路长度l e ,有效横截面积A e ,有效体积V e 。矩形截面的环型试样及其有效尺寸参数计算公式如下。 ???? ??-=21 1 211ln r r r r r e (1) ???? ??-=21 12 11ln 2r r r r l e π (2) ???? ??-=2112 211ln r r r r h A e (3) e e e l A V = (4) 其中:r 1为环型磁芯的内半径,r 2为环型磁芯的外半径,h 为磁芯高度。 利用磁芯的有效尺寸可以提高测量的精确性,尤其是试样尺寸不能满足均匀磁化条件时,应用等效尺寸参数计算磁性参数更合乎实际结果。材料的起始磁导率(i μ)可通过对环型磁心施加线圈后测量其电感量(L )而计算得到。计算公式如式(5)所示。 2 0i e e A N L l μμ= (5)

大学物理实验教案4长度测量

大学物理实验教案

实验目的: 1.掌握游标卡尺、螺旋测微计和移测显微镜的测量原理和使用方法。 2.根据仪器的精度和有效数字的定义,正确记录原始数据。 3.掌握直接测量和间接测量的数据处理方法,并用不确定度报告测量结果。 实验仪器: 游标卡尺、螺旋测微计、移测显微镜、滚珠、圆管、毛细管、铝块。 实验原理: 1. 游标卡尺 普通测长度的尺子其准确度有一定的局限性,主要是由于其分度值(即仪器能准确鉴别的最小量值)较大。例如米尺的分度值为1mm 而不能更小,否则,刻度线太密将无法区分。为此,在主尺上装一个能够沿主尺滑动的带有刻度的副尺,称为游标,这样的装置称为游标卡尺。 游标卡尺的结构如图1 所示。主尺 D 是一根钢制的毫米分度尺,主尺头上附有钳口 A 和刀口A ′,游标E 上附有钳口 B 、刀口 B ′ 和尾尺 C ,可沿主尺滑动。螺丝F 可将游标固定在主尺上,当钳口AB 密接时,则刀口 A ′B ′对齐,尾尺C 和主尺尾部也对齐,主尺上的0线与游标上的0线重合。 图1 游标卡尺 钳口AB 用来测物体的长度及外径,刀口 A ′B ′用来测物体的内径,而尾尺C 则用来测物体的深度。它们的读数值,都是表示游标的0线与主尺的0线之间的距离。 游标卡尺的规格有多种,其精密程度各不相同,但不论哪一种,它的原理和读数方法都是一样的。常用游标尺的设计,在游标尺上刻有m 个分格,游标上m 个分格的总长,正好与主尺上(m –1)个分格的总长相等,如果用 y 表示主尺上最小分格的长度,x 表示游标上每一小格的长度,则 (m –1)y = mx 所以,主尺与游标上每个分格长度的差值是 m y x y = - 这个量就是游标卡尺的分度值。通常主尺最小分格y 都为1mm ,因此,游标的分格数越多,分度值就越小,卡尺的精密度就越高。 常用的游标卡尺的分度值有0.1mm 、0.05mm 、0.02mm 三种。 利用游标卡尺测物体的长度时,把物体放于钳口之间,游标右移。游标0线对准主尺上某一位置,毫米以上整数部分l 0可以从主尺上直接读出,毫米以下部分△l 从副尺上读出。

《大学物理实验A》教学大纲

《大学物理实验》(A类)教学大纲 课程名称:大学大学物理实验课程编号:实验学时:实验学分: 面向专业:非物理学本科 一、本实验课的性质、任务与目的 (一)课程性质 大学物理实验课程是高等工科院校的一门必修课,是一门独立的、实践性很强的基础课,是学生进入大学后,受到系统实验方法和实验技能基本训练的开端,是理工科类专业对学生进行科学实验训练的重要基础。大学物理实验教学和物理理论教学具有同等重要的地位,它们既有深刻的内在联系,又有各自的任务和作用。 (二)课程的任务与目的 1、通过对实验现象的观察、分析和物理量的测量,学习物理实验知识,加强对相关物理学原理的理解。 2、培养与提高学生的科学实验能力: ①能自行阅读实验教材或资料,作好实验前的准备; ②借助教材或仪器说明书能正确使用仪器; ③能够运用物理理论对实验现象进行初步分析; ④能正确记录数据,掌握列表法、作图法和遂差法等数据处理方法,初步具备处理数据、分析 结果、用不确定度表示实验结果、撰写实验报告的能力,能撰写完整规范的实验报告;了解 并学会使用本课程的网上教学系统。 ⑤能够完成简单的设计性实验。 3、培养与提高学生的科学实验素质,要求学生具有理论联系实际和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和遵守纪律、爱护公共财产的优良品质。 4、掌握实验的基本知识、基本方法、基本技能,为后继的实验课程的学习打下必备的基础。二、本实验课的基本理论 大学物理实验课程是高等工科院校的一门必修课,是国家教育部规定的一门独立的实验课程,本实验课是基于大学物理理论的重于实验方法和实验技能训练的实验课程。 (一)误差基本理论(在绪论课中介绍,并在各实验的学习中逐步掌握): 1、测量与误差的基本知识 2、测量的不确定度和测量结果评定 3、有效数字 4、数据处理方法(列表法、作图法和逐差法) (二)各实验原理所依据的物理理论知识 1、力学、热学、电磁学、光学以及近代物理的基本知识 2、各实验的设计思想和基本原理 三、实验方式与基本要求 实行分层次教学:基础(必做)实验教学→开放(选做)实验教学 1、基础实验教学 为了培养学生的基本实验知识和基本实验操作能力,对于基础(必做)实验的教学要求: (1)由指导教师讲解实验的基本原理、基本要求、目的、操作规程及注意事项。 (2)分组实验,循环进行,基本实验每人一套设备,每位教师同时指导学生人数一般为20-25人,每个实验3学时,由教师指导、学生独立操作完成。 (3)要求学生课前预习,并撰写实验预习报告,遵守实验课守则,认真实验,按时完成实验报

大学物理 学习指南

学习指南 1、物理实验课的教学目的 大学物理实验教学目的与中学阶段的物理实验教学有着本质的不同。“大学物理实验”是一门独立的基础课程,它不是“大学物理学”的分支或组成部分。虽然物理实验必须以物理学的理论为基础,运用物理学的原理进行实验或研究,但是“大学物理实验”又独立于“大学物理学”,它不是以验证物理定律、加强理解物理规律为主要目的的,分散的力、热、电、磁、光实验的堆切,而是以物理实验的基本技术或基本物理量的测量方法为主线,再贯穿以现代误差理论,现代物理实验仪器设备、器件的原理、使用方法,构建成一个完整的,但又不断发展的课程体系框架。其教学目的如下: (1)掌握基本物理量的各种测量方法,学会分析测量的误差,学会基本的实验数据处理方法,能正确的表达测量结果,并对测量结果进行正确的评价(测量不确定度)。 (2)掌握物理实验的基本知识、基本技能,常用实验仪器设备、器件的原理及使用方法,并能正确运用物理学理论指导实验。 (3)培养、提高基本实验能力,并进一步培养创新能力。基本实验能力是指能顺利完成某种实验活动(科研实验或教学实验)的各种相关能力的总和,主要包括: 观察思维能力──在实验中通过观察分析实验现象,并得出正确规

律的能力。 使用仪器能力──能借助教材或仪器使用说明书掌握仪器的调整和使用方法的能力。 故障分析能力──对实验中出现的异常现象能正确找出原因并排除故障的能力。 数据处理能力──能正确记录、处理实验数据,正确分析实验误差的能力。 报告写作能力──能撰写规范、合格的实验报告的能力。 初步实验设计能力──能根据课题要求,确定实验方案和条件,合理选择实验仪器的能力。 (4)培养从事科学实验的素质。包括理论联系实际和实事求是的科学作风;严肃认真的工作态度;吃苦耐劳、勇于创新的精神;遵守操作规程,爱护公共财物的优良品德;以及团结协作、共同探索的精神。 2、大学物理实验课的基本程序 实验课与理论课不同,它的特点是同学们在教师的指导下自己动手,独立完成实验任务,通常每个实验的学习都要经历三个阶段。 (1)实验的准备 实验前必须认真阅读讲义,做好必要的预习,才能按质按量按时完成实验。同时,预习也是培养阅读能力的学习环节。预习时要写预习报告,预习报告包括以下内容:

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