《大学物理实验(专科)》教学大纲.doc
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1、大学物理实验(专科)教学大纲实验名称:大学物理实验(专科)学 时:36学时(含绪论课4学时)学 分:2适用专业:理工科专科各专业执 笔 人:王阳恩审 订 人:杨长铭一、实验目的与任务大学物理(专科)是理工科专科各专业的一门公共必修基础课,其中的实验部分是对学生进行科学实验方法和实验技能的基本训练、培养和提高学生科学实验素养以及分析和解决实际问题的能力的实践性课程。本课程的具体任务是:通过对实验现象的观察、分析和对物理量的测量,使学生学习物理实验知识和基本实验方法,并加深对物理原理的理解;培养与提高学生的科学实验能力,包括自学能力、动手能力、分析能力、表达能力;培养与提高学生的科学实验素养。二、
2、教学基本要求通过大学物理(专科)实验部分的教学,使学生掌握物理实验基本知识、基本方法(实验设计方法:如比较法、放大法、补偿法、模拟法、干涉法、转换测量法等;数据处理方法:如列表法、逐差法、作图法、最小二乘法等),掌握基本仪器的使用,加深对物理现象及基础理论知识的理解,培养学生实验动手能力及创新能力。理工科各专科专业必做实验项目7项,计23学时,可根据专业特点选做9学时实验。基础较差的同学可以先选做预备性实验,不占课内学时,实验项目中的前5项设定为预备性实验。三、实验项目与类型序号实验项目学时实验类型备注验证综合设计必做选做1长度的综合测量与规则固体的密度测量32用单摆测重力加速度23牛顿第二定
3、律的验证34常用元器件的识别与测量、万用电表的使用35非线性电阻的伏安特性26不规则固体及液体密度的测量37三线摆测刚体转动惯量38液体粘滞系数的测定39杨氏模量的测量310复摆的振动研究311惯性秤312弦振动研究313超声声速的测量314刚体转动的研究315动量守恒定律的验证316冰的熔化热的测量317水的汽化热的测量318表面张力系数的测量319良导体导热系数的测量320金属线胀系数的测量421热功当量的测量322空气比热容比的测量323液体比热容的测量324不良导体导热系数的测量325空气相对压力系数的测定326惠斯通电桥测电阻327静电场模拟328电位差计测电池的电动势和内阻329示
4、波器的原理和使用330万用电表的设计与定标431霍耳效应测磁场332非平衡电桥原理及应用333磁滞回线的研究334温差电动势的测量335周期信号的傅里叶分解与合成研究336电子比荷的测量337RLC电路的稳态特性研究338RLC电路的暂态过程研究339用非线性电路研究混沌现象340光电管特性的研究341薄透镜焦距的测量342分光计的调整和棱镜折射率的测定543迈克耳逊干涉仪的调节及使用344旋光现象的研究245用衍射光栅测定光波波长346牛顿环347衍射光强的分布研究348用双棱镜干涉测钠光波长449偏振光实验350用阿贝折射仪测透明介质的折射率251自组望远镜和显微镜452全息照相353夫兰
5、克赫兹实验354塞曼效应455白光光学/数字图象信息处理实验456普朗克常数的测定357密立根油滴实验3四、实验教学内容及学时分配实验一 长度的综合测量及规则固体密度的测定 (3学时)1、目的要求学会使用测量长度的几种常用仪器,学会物理天平的使用,学会做好记录和计算不确定度。2、方法原理物体的密度,将物体的质量m、体积V测出,即可得出物体的密度。3、主要实验仪器及材料物理天平,规则固体。4、掌握要点物理天平的调节与使用。5、实验内容:(1)长度的测量。(2)物体质量的测量。(3)物体体积的测量。实验二 用单摆法测重力加速度 (2学时)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
6、重力加速度值。2、方法原理 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、实验内容:(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 牛顿第二定律的验证 (3学时)1、目的要求 学习在气垫导轨上验证牛顿第二定律。2、方法原理设导轨倾斜角为,滑块质量为,则有,当很小时,可以近似的看成,我们认为,对于实际测量的值,在无外力作用下恒定不变,在光电门的位置的瞬时速度为,在
7、光电门的位置的瞬时速度为,两光电门的距离为,则有,推出。面通过光电门在数字毫秒计是有两个时间和,分别为滑块通过两光电门所用的时间,那么有,这里,是滑块上挡光片第一前沿到第二前沿的距离。3、主要实验仪器及材料气垫导轨、滑块、光电门、数字毫秒计、垫块4、掌握要点气垫导轨调水平的方法。5、实验内容:(1)通电,打开数字毫秒计,调节气垫导轨水平。(2)加入的垫块,计下和,测三次求平均值。(3)加入的垫块,计下和,测三次求平均值。(4)加入的垫块,计下和,测三次求平均值。(5)导轨两支点的距离是不变的,作图象。实验五 非线性电阻的伏安特性 (2学时)1、目的要求掌握伏安法测量电阻的方法和电表接入误差的修
8、正,掌握实验数据的图示法,获取有关物理量的动态信息。2、方法原理测出晶体二极管在正接和反接时不同电压下的电流,用画图法绘图研究晶体二极管的伏安特性。3、主要实验仪器及材料直流稳压电源、万用表、直流电压表、电流表、滑线变阻器、晶体二极管。4、掌握要点用绘图法研究非线性电阻元件的伏安特性。5、实验内容:(1)将晶体二极管正接在电路中,按内接法测量,不断改电压值,测出电流值。(2)将晶体二极管反接在电路中,按外接法测量,不断改电压值,测出电流值。(3)在坐标纸上绘图作出二极管的伏安特性曲线。实验六 不规则固体及液体密度的测定 (3学时)1、目的要求 熟练掌握分析天平的调节和使用方法,掌握静力称衡法。
9、2、方法原理,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分析天平、小烧杯、酒精、不规则铜块、型架。4、掌握要点分析天平的调节和方法、测量密度的方法:静力称衡法。5、实验内容:(1)学习调整和使用分析天平。(2)用流体静力称衡法测固体的密度。实验七 三线摆测物体转动惯量 (3学时)1、 目的要求 研究刚体转动时合外力矩与刚体转动角加速度的关系,考查刚体的质量分布改变时,对转动惯量的影响。2、方法原理刚体转动定律: , 平行轴定律:3、主要实验仪器及材料三线摆,秒表,游标卡尺,直尺。4、掌握要点三线摆的调节与使用。5、实验内容:(1)测量出三线摆转动的周期、各部分的尺寸,。(2
10、)改变重物的位置,考查质量分布对转动的影响。实验八 液体粘滞系数的测定 (3学时)1、目的要求 熟练使用基本仪器测量长度、时间和温度,观察液体内摩擦现象,学会用落球法测量液体的粘滞系数。2、方法原理根据斯托克斯定律考虑到各种修正3、主要实验仪器及材料落球粘度仪、读数显微镜、游标卡尺、米尺、秒表、温度计、比重计、小球、蓖麻油。4、掌握要点用粘度仪测粘度的方法。5、实验内容:(1)调节粘度仪底板上的调螺钉,使玻璃筒轴线沿铅直方向。(2)用游标卡尺测量玻璃筒仪内径,用米尺测筒上两横线间的距离。(3)用读数显微镜测量小球的直径,测次求平均值。(4)测小球匀速下落通过距离的时间。(5)计算及不确定度,误
11、差。实验九 杨氏模量的测量 (3学时)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。2、方法原理胡克定律指出,在弹性限度内,弹性体的应力和应娈成正比,设有一根长为横截面积为的钢丝,在外力作用下伸长了,则,此式中比例系数称为杨氏模量,单位为设钢丝的直径为,则,代入上式并整理得出:。杨式模量表达了材料抵抗外力产生拉伸(压缩)形变的能力。3、主要实验仪器及材料杨氏模量测定仪、光杠杆、尺读望远镜、螺旋测微仪、游标卡尺、砝码、米尺、金属丝。4、掌握要点学习光杠杆原理。5、实验内容:(1)测量金属丝的长度和直径,金属丝直径要在金属丝下端测量。(2)测量光杠杆镜面到直尺的距离。(
12、3)测量光杠杆前后足尖的垂直距离,可将光杠杆轻轻在纸上压下三个足痕,用游标卡尺去测量。(4)测量加砝码前后的读数和。(5)数据处理,算出金属丝的杨氏模量实验十 复摆的振动研究 (3学时)1、目的要求测量复摆振动的周期,掌握复摆振动的规律。2、方法原理当物体围绕定轴作小角度的摆动时,其运动规律为简谐振动。3、主要实验仪器及材料复摆实验组合仪4、掌握要点复摆周期的测量。5、实验内容:复摆运动规律的研究,复摆周期的测量。 实验十一 惯性秤 (3学时)1、目的要求 掌握惯性秤测定物体质量的原理和方法。2、方法原理惯性秤称衡质量,是基于牛顿第二定律,在失重状态下可照常使用。3、主要实验仪器及材料惯性秤、
13、秒表定标用标准质量块、待测圆柱体4、掌握要点惯性秤称衡质量的原理。5、实验内容:(1)惯性秤的定标,并作出拟合曲线。(2)测量待测物的周期,并用拟合公式求出其质量。实验十二 弦振动研究 (3学时)1、目的要求 学会测量弦线上横波传播速度的方法,用作图法验证弦振动基频与张力的关系。2、方法原理弦线上横波传播的速度为:,由力学知识可知。这两个速度相等。3、主要实验仪器及材料低压电源、电动音叉、弦线、分析天平、滑轮、砝码、米尺4、掌握要点弦振动基频与张力的关系。5、实验内容:(1)保持砝码的质量不变,改变弦长,使驻波数分别为、,验证基频和弦长的关系(2)保持弦长不变,改变砝码的质量,使驻波数分别为、
14、,验证基频和张力的关系。(3)计算,比较两种方法测得的速度实验十三 超声声速的测定 (3学时)1、目的要求 用驻波法、相位法测定超声波在空气中传播速度。2、方法原理当超声波沿空气传播至不同介质反射时,由于介质的声阻抗大于空气的声阻抗,所以超声波在介质反射时有半波损失,即分界面就是波节,当两超声换能器的距离为时,在空气中形成驻波;当超声波经过不同路径传播时,其相位变化也不相同,因为其频率相同,两路超声波可在示波器上形成李萨如图形。3、主要实验仪器及材料超声声速测量仪、示波器、信号源。4、掌握要点用超声声速测量仪测超声声速的方法。5、实验内容:(1)线路的连接、仪器的调试。(2)用超声声速测量仪测
15、超声声速。实验十四 刚体转动的研究 (3学时)1、目的要求 研究刚体转动时合外力矩与刚体转动角加速度的关系,考查刚体的质量分布改变时,对转动惯量的影响。2、方法原理刚体转动定律: , 平行轴定律:3、主要实验仪器及材料刚体转动实验仪,秒表,游标卡尺,定滑轮,砝码4、掌握要点刚体转动实验仪的调节与使作。5、实验内容:(1)测量出塔托的半径、重物的质量与角加速度,考查张力矩与角加速度的关系。(2)改变重物的位置,测出角加速度,考查质量分布对转动的影响。实验十五 动量守恒定律的验证 (3学时)1、目的要求 验证动量守恒定律,深入了解完全弹性碰撞与完全非弹性碰撞的特点。2、方法原理一力学系统所受外力的
16、矢量和为零,则系统的总动量保持不变,若系统上某一方向上所受合外力为零,则系统在该方向上的总动量保持不变。完全弹性碰撞:碰撞前后不仅系统的动量守恒,而且机械能也守恒。完全非弹性碰撞:两物体碰撞后粘在一起,以同一速度运动,动量守恒,机械能不守恒。3、主要实验仪器及材料气垫导轨、滑块、光电门、数字毫秒计4、掌握要点气垫导轨调水平的方法,完全弹性碰撞与完全非弹性碰撞的区别。5、实验内容:(1)通电,打开数字毫秒计,调节气垫导轨水平。(2)验证完全弹性碰撞的动量和动能守恒。(3)验证完全非弹性碰撞的动量守恒。实十六 冰的溶解热的测定 (3学时)1、目的要求掌握用基本的量热方法混合法。2、方法原理,其中为
17、水的比热容,为水的质量,为量热器的水当量,为冰块的质量,为初温,为末温。3、主要实验仪器及材料量热器、冰块、温水、天平、温度计、小量筒、吸水纸4、掌握要点掌握用混合法测量比热的方法。5、实验内容:(1)称量量热器各部位的质量,以及筒内水的质量。(2)从冰水混合物中取出冰块,用吸水纸吸干,放入量热器中,搅拌,达到平衡。(3)再次称量量热器的质理,从而求出放入其中冰块的质量。(4)利用公式求出冰的融解热,并估算误差。实验十七 水的汽化热的测定 (3学时)1、目的要求掌握一种测定汽化热的方法,并测出水的汽化热。2、方法原理水蒸气放出的热量完全被水和量热器所吸收,根据这个等式算出水的汽化热。3、主要实
18、验仪器及材料量热器、蒸汽发生器、蒸汽过滤器、天平、温度计、小量筒4、掌握要点掌握用混合法测量比热的方法。5、实验内容:(1)称量量热器各部位的质量,以及筒内水的质量。(2)将一定量的蒸汽通入量热器中,搅拌,达到平衡,记下平衡温度。(3)再次称量量热器的质理,从而求出通入其中蒸汽的质量。(4)利用公式求出冰的融解热,并估算误差。实验十八 表面张力系数的测量 (3学时)1、目的要求 掌握用焦利氏秤测量微小力的原理,测定液体的表面张力系数。2、方法原理,则称为液体表面张力系数。实验中,其中为弹力,为重力与浮力之差,为细丝直径,为水膜拉断高度。3、主要实验仪器及材料焦利氏秤、金属框、砝码、玻璃皿、蒸馏
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