大学物理学实验指导书.doc

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1、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：大学物理所涉及课程和知识点：误差原理 有效数字一、实验目通过本实验学习，使学生掌握测长度几种常用仪器使用，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、小钢球内外径及高度，并求体积。 （2）练习多次等精度测量误差处理方法。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体积。2、分别用千分尺和读数显微镜测量所给金属丝直径。数据处理注意：有效数字读取和运用，自拟表格，

2、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。对实验中特殊现象、实验操作成败、实验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：大学物理所涉及课程和知识点：力学 单摆周期公式一、实验目通过本实验学习，使学

3、生掌握使用停表和米尺，测准单摆周期和摆长。 利用单摆周期公式求当地重力加速度二、实验要求（1）测摆长为1m时周期求g值。（2）改变摆长，每次减少10cm，测相应周期T，作TL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周期，再根据单摆周期公式计算当地重力加速速。改变摆长，讨论对实验结果影响并分析误差产生原因五、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。对实验中特殊现象、实验操作成败、实验关键点等内容进行整理、解释、分析总结，回答思考题

4、，提出实验结论或提出自己看法等。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，你设法用简单工具测出摆长？不许直接测量摆长。实验三 牛顿第二定律验证实验类型：验证实验类别：专业主干课实验学时：2所属课程：大学物理所涉及课程和知识点：力学 牛顿第二定律 摩擦一、实验目通过本实验学习，使学生掌握气垫导轨使用，使学生通过在气垫导轨上验证牛顿第二定律，更深刻理解牛顿第二定律物理本质。二、实验要求验证当m一定时，aF,当F一定时，a1m。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

5、端部小心安装好滑轮，使其转动自如，细心调整好导轨水平。调整气垫导轨水平是实验前重要准备工作，要细致耐心地反复调整，可按下列两种方法中任一种方法调整：（1）静态调平法：导轨接通气源，滑行器置在导轨某处，用手轻轻地把滑行器压在导轨上，再轻轻地放开，观察滑行器运动状态，连续做几次。如果滑行器在导轨上静止不动，或稍有左右移动，则导轨是水平；如滑行器都向同一方向运动，表明导轨不平。仔细、认真调节水平螺钉，直到滑行器在导轨任意位置上基本保持静止不动，或稍有左右移动。一般要在导轨上选取几个位置做这样调节。（2）动态调平法：将气轨与记时器配合进行调平，仪器接通电源，仪器功能选择在“S2”挡上，两个光电门间距不

6、小于30cm卡装在导轨上，导轨两端装上弹射器，滑行器装上挡光片（如1cm一种），给气轨通气让滑行器以一定速度从导轨左端向右端滑行，先后通过两个光电门G1和G2，记时器就分别记下挡光片通过两个光电门时间和。若 ，滑行器通过G2光电门时间短，表明滑行器运动速度加快，导轨左高右低；若4f，固定“1”字屏与像屏位置。反复多次判断成放大像和缩小像时透镜位置（光具凳红线指示为准，读到0.1mm），记下“1”字屏、凸透镜、像屏位置，将数据填表。次数“1”字与像屏间距L放大像时透镜位置X1缩小像时透镜位置X2d123453、 测量凹透镜焦距先用凸透镜成缩小像，记下像位置。然后放上凹透镜，注意透镜光轴要共轴。移

7、动凹透镜和像屏，反复多次判断成像位置，记录数据并填表。次数凸透镜成像位置凹透镜位置最后成像位置S12345五、 实验报告要求1、 实验报告要规范整洁，数据记录真实，数据处理按实验误差理论进行。测量误差计算公式为： （n为测量次数）测量结果表示为：六、 思考题共轴调节目是实现哪些要求，不满足这些要求对测量会有什么影响？实验二 等厚干涉法测球面曲率半径实验类型：验证实验类别：专业基础课实验学时： 3所属课程：光学牛顿环装置是由一块曲率半径较大平凸玻璃透镜，以其凸面放在一块光学玻璃平板（平晶）上构成，如图1所示。平凸透镜凸面与玻璃平板之间空气层厚度从中心到边缘逐渐增加，若以平行单色光垂直照射到牛顿环

8、上，则经空气层上、下表面反射二光束存在光程差，它们在平凸透镜凸面相遇后，将发生干涉。从透镜上看到干涉花样是以玻璃接触点为中心一系列明暗相间圆环，称为牛顿环。由于同一干涉环上各处空气层厚度是相同，因此它属于等厚干涉。 图2牛顿环图1装置图由图可见，如设透镜曲率半径为，与接触点相距为处空气层厚度为，其几何关系式为： 由于，可以略去d2得 (1) 光线应是垂直入射，计算光程差时还要考虑光波在平玻璃板上反射会有半波损失，从而带来/2附加程差，所以总程差为 (2)产生暗环条件是： (3)其中0，1，2，3，.为干涉暗条纹级数。综合上述式子可得第级暗环半径为： (4)由(4)式可知，如果单色光源波长已知，

9、测出第级暗环半径m，即可得出平凸透镜曲率半径；反之，如果已知，测出m后，就可计算出入射单色光波波长。但是用此测量关系式往往误差很大，原因在于凸面和平面不可能是理想点接触；接触压力会引起局部形变，使接触处成为一个圆形平面，干涉环中心为一暗斑。或者空气间隙层中有了尘埃，附加了光程差，干涉环中心为一亮（或暗）斑，均无法确定环几何中心。实际测量时，我们可以通过测量距中心较远两个暗环半径m和n平方差来计算曲率半径。因为 m2 n2两式相减可得 所以 (5) 由上式可知,只要测出m与n（分别为第m与第n条暗环直径）值，就能算出或。这样就可避免实验中条纹级数难于确定困难，利用后一计算式还可克服确定条纹中心位

10、置困难。一、实验目1进一步熟悉移测显微镜使用，观察牛顿环条纹特征。2利用等厚干涉测量平凸透镜曲率半径。 3. 学习用逐差法处理实验数据方法。二、实验要求1. 课前必须认真阅读教材和有关资料，掌握等厚干涉原理。并到实验室看一下实验设备，基本了解有关测量仪器使用方法，明确哪些物理量是间接测量，哪些是直接测量，用什么方法和测量仪器来测定等。2. 写出预习报告。内容包括：实验目要求、实验内容和原理或设计知识点、实验条件、实验方法、步骤、操作过程或实验设计方案、记录数据表格。预习报告中最重要是拟定出主要实验步骤和指明作好实验关键，不可照抄教材，在预习中要对做好本次实验几个关键步骤作到心中有数，绝不可应付

11、了事。3. 写出实验方案。包括安排实验步骤、记录数据表格、数据处理及问题分析 三、实验仪器设备及材料牛顿环仪，移测显微镜，低压钠灯四、实验方案1. 调整显微镜十字叉丝与牛顿环中心大致重合。2. 转动测微鼓轮,使叉丝交点移近某暗环,当竖直叉丝与条纹相切时（观察时要注意视差），从测微鼓轮及主尺上读下其位置x。为了熟练操作和正确读数，在正式读数前应反复练习几次，直到同一个方向每次移到该环时读数都很接近为止。3. 在测量各干涉环直经时，只可沿同一个方向旋转鼓轮，不能进进退退，以避免测微螺距间隙引起回程误差。在测量某一条纹直径时，如果在左侧测是条纹外侧位置，而在右侧测是条纹内侧位置，此条纹直径可认为就等

12、于这两个位置之间距离。因为实验时主要测量间隔为个干涉环两个暗环直经平方差。为了减少读数误差，应将值取得大一些。如取10，则干涉条纹相对误差就可减小近10倍。只要依次测出从322每一暗环直经，利用逐差法分组求取条纹直经平方差，则可获得较好实验值。4. 数据处理根据计算式，对，、分别测量n次，因而可得n个Ri值，于是有，我们要得到测量结果是。下面将简要介绍一下计算。数据记录表 （说明Dm,Dn为环直径）分 组I12345678910级 数mi22212019181716151413位 置左右直 径Dmi级 数ni1211109876543位 置左右直 径Dn直径平方差Dm2-Dn2透镜曲率半径R5

13、.注意事项： 牛顿环仪、透镜和显微镜光学表面不清洁，要用专门擦镜纸轻轻揩拭。 测量显微镜测微鼓轮在每一次测量过程中只能向一个方向旋转，中途不能反转。 当用镜筒对待测物聚焦时，为防止损坏显微镜物镜，正确调节方法是使镜筒移离待测物（即提升镜筒）。五、实验报告1. 实验名称、实验者姓名、实验日期2. 实验目3. 实验原理和方法。简要叙述，不要照抄教材。4. 实验仪器（型号、编号、规格）及装置5. 实验步骤6. 实验数据和处理，这是报告核心，要认真计算和处理。7. 小结。对实验中感到最深刻、最有收获地方，可以作一小结。包括回答思考题，提出实验结论或提出自己看法等。小结全文不要超过200字。原始记录随同实验报告在实验完后第三天必须交上，由任课教师批改.六、思考题 牛顿环干涉条纹形成在哪一个面上？产生条件是什么？牛顿环干涉条纹中心在什么情况下是暗？什么情况下是亮分析牛顿环相邻暗（或亮）环之间距离（靠近中心与靠近边缘大小）。为什么说测量显微镜测量是牛顿环直经，而不是显微镜内被放大了直经？若改变显微镜放大倍率，是否影响测量结果。如何用等厚干涉原理检验光学平面表面质量？17 / 17