普通物理实验（二）

教学大纲

课程编码：0641126

学时：48

学分：1

课程属性：独立设课

开课单位：物理学院  竞彩平台

先修课程：普通物理实验（一）

一、实验性质

物理学是一门实验学科，是理科各专业的奠基学科。物理实验课是培养学生实践能力和创新能力的主要途径，是理工科各专业特别是物理专业学生的一门主干必修基础课。普通物理实验教学与普通物理理论课课堂教学相配合，使学生理论学习与实践相结合，逐步培养学生用实验方法观察研究物理现象和规律的能力。作为实验物理基础的普通物理实验课是师范院校物理专业独立设置的一门重要基础课。

普通物理实验（二）课程是后续普通物理实验课、近代物理实验课及其他专业实验课的基础。课程选取物理思想清晰、设计思想精巧、实验方法典型的一组实验，着重使学生掌握实验的基础知识、基本方法和基本技能，通过对物理量的测量和物理规律的研究，使学生理解和掌握基本物理实验的设计思想、基本的实验方法，掌握基本仪器原理及构造，并会正确使用，正确地选择仪器和应用有效数字进行数据处理和误差分析。

二、实验教学目的和要求

进一步系统学习实验误差、有效数字及数据处理的基本知识，通过学习长度、时间、质量、温度及电流等基本物理量的测量方法和相应的基本测量仪器及助视光学仪器的操作使用，使学生接受初步的系统训练，尤其是基本操作与实验素养的训练，为以后学习打下一个良好的基础。其目的要求有：

1．使学生在物理实验的基本知识、基本方法和基本技能方面受到系统的训练，使学生具有初步的科学实验能力。

2．通过对实验现象的观察分析，从理论与实践的结合上加深对物理基本概念和规律的认识。

3．培养学生严肃认真，实事求是的科学态度和作风。

4. 训练学生根据测量要求，选择仪器，设计实验方案完成实验的要求。

5. 训练学生在限定仪器和条件下，设计实验方案完成实验。

6. 训练学生根据实验的要求设计实验方案，组合实验装置，完成实验要求。

三、实验项目名称和学时分配

注：1.实验类型指技能训练性、演示性、验证性、综合性、设计性等实验；

2.实验项目编号规则：共10位，第1-7位为课程编码，第8、9、10位为流水号

四、实验项目具体内容

实验项目1：

容器排水规律的研究

实验目的：

1、学习由实验结果总结物理规律的基本方法

2、通过实验确定容器排水的经验公式

3、学会用最小二乘法处理数据

实验内容：

1、先保持所有容器水的高度H₀不变，测量不同孔径的容器排净水所需要的时间T；

2、先保持所有容器孔径D₀不变，测量相同孔径的容器，不同高度水排净所需要的时间T；

3、作H₀－T曲线图，用最小二乘法处理数据；

4、作D₀－T曲线图，用最小二乘法处理数据；

5、合并H₀－T和D₀－T的函数，最后得出容器排水的规律函数。

主要仪器：

六个直径相同、底部开有不同小孔的圆筒形容器、电子秒表、游标卡尺、直尺。

教学方式：

以学生自主操作（提前预习、现场演练）与教师临阵指导相结合。

预习要求：

阅读教材，明确实验目的，搞清实验原理和测量方法，初步了解所用量具、仪器、装置的主要性能及使用方法。写出简明扼要的预习报告。

实验项目2

弹簧振子运动规律的研究

实验目的：

1、学会使用焦利氏秤测弹性系数；

   2、掌握曲线改直（非线性变线性）方法；

   3、总结弹簧振子周期的经验公式。

实验内容：

1、观察T与m、T与K、T与A的关系；

2、在一定条件下，进行定量测量；

3、作图，确定待定常数；

    4、写出弹簧振子的周期式。

主要仪器：

弹簧振子（焦利氏秤  弹簧  砝码），表。

教学方式：

预习、讲授与学生操作相结合。

预习要求：

阅读教材，明确实验目的，搞清实验原理和测量方法，初步了解所用量具、仪器、装置的主要性能及使用方法，写出简明扼要的预习报告。

实验项目3

弦振动的研究

实验目的

    1、 观察固定均匀弦振动传播时形成驻波的波形。

    2、 了解固定均匀弦振动的传播规律。

    3、 测量在均匀弦线上横波的波长、波速及均匀弦线的线密度。

实验内容

１、根据均匀弦振动产生驻波的条件，调节劈尖A、B之间的距离，使弦线上依次出现单段、两段及三段驻波，测量对应的弦长，求弦线线密度的平均值。

２、保持频率f 不变，改变张力T 的大小，在各张力的作用下调节弦长L，使弦上出现n ＝1或n ＝2个驻波段，共测五组，根据相应的T 、n 、L值求波速。

３、保持张力T 不变，改变频率f 的大小，使f 从50HZ开始，取等间隔变化，也测五组。调节弦长L ，使弦上出现n ＝1或n ＝2个驻波段，记录相应的f 、n 、L值求波速。

４、重复内容２，根据已知各参数，求弦振动的频率f 并与频率计显示的频率比较，计算百分误差。

主要仪器

XZDY－B型固定均匀弦振动仪，主要包括频率计、砝码及砝码盘、米尺、磁铁、劈尖和金属丝（弦线）。

教学方式

采取以学生单人单组、独立操作实验为主，教师课堂讲授为辅的教学方式，着重让学生观察并分析驻波在弦线上形成的条件、特点及测量方法。

预习要求

要求在实验前先熟悉教材的有关内容，翻阅相关资料了解驻波的形成及条件，按格式写出预习报告。

实验项目4：

良导体导热系数的测定

实验目的：

1、了解热传导现象的物理过程

2、学习用稳态平板法测量材料的导热系数

3、学习用作图法求冷却速率

4、掌握一种热电转换方式进行温度测量的方法

5、对铜－康铜热电偶定表

实验内容：

1、测量样品及下铜板的几何尺寸和质量，多次测量，然后取平均值；

2、按实验要求安装样品和下铜板；

3、当上下铜板的温度达到稳定状态时，记录稳态数据T₁、T₂并移去样品，继续对下铜板加热，当下铜板的温度比T₂高10 ^oC左右时，移去圆筒，让下铜板所有表面暴露在空气中，使其自然冷却，每隔30秒读一次温度值，直至温度下降到T₂以下一定值。作铜板的T－t冷却速率曲线；

4、根据公式计算样品的导热系数λ；

主要仪器：

YBF－2型导热系数测试仪、保温杯、测试样品（硬铝、橡皮）、塞尺。

教学方式：

以学生自主操作（提前预习、现场演练）与教师临阵指导相结合。

预习要求：

阅读教材，明确实验目的，搞清实验原理和测量方法，初步了解所用量具、仪器、装置的主要性能及使用方法。写出简明扼要的预习报告。

实验项目5

   电热当量的测定

实验目的：

   1、学习用电热法测电热当量；

   2、掌握散热补偿法；

   3、学习电表基本误差估算。

实验内容：

   1、测量系统热容；

   2、接电路，测电流、电压；

       3、测初温、终温及时间；

   4、修正温度计插入水中部分体积的影响。

主要仪器：

量热器，温度计，电流表，电压表，直流稳压电源，秒表，物理天平。

教学方式：

预习、讲授与学生操作相结合。

预习要求：

阅读教材，明确实验目的，搞清实验原理和测量方法，初步了解所用量具、仪器、装置的主要性能及使用方法，写出简明扼要的预习报告。

实验项目6：

用落球法测定液体的粘滞系数

实验目的：

1、观察液体的内摩擦现象，了解小球在液体中下落的运动规律；

2、用多管落球实验仪测定蓖麻油实时温度下的粘滞系数；

3、掌握用多管落球法测定液体的粘滞系数的原理和方法；

4、学习用外延扩张法后的理想检验的思想方法；

5、学习用作图法处理实验数据，掌握作图规则。

实验内容：

1、调节安装在圆筒底板下的螺钉，用气泡水准器观察，使底板水平，以保证圆管竞彩平台 轴线处于铅直状态；

2、将蓖麻油倒入各圆管中，使各圆管液面高出上刻线约2 cm;

3、用镊子夹起已知直径的小钢球，在所测液体中浸润一下，然后细心缓慢地放入最细圆管竞彩平台 处地液面之下，让它自由下落，观察小钢球地运动情况，务使小钢球沿圆管竞彩平台 轴线下落，观察到小球经过上线A开始计时，到达下线B时停表，记录小钢球通过上下线A、B所用的时间；

4、重复步骤3，从最细的开始，以测出小钢球通过各圆管中上下线A、B间距所用的时间，填入数据记录表格中；

5、观察比重计和温度计，记录待测液体的密度ρ和温度T;

6、用游标卡尺分别测出各圆管直径D的数值，直尺测出AB间的距离s，抄录实验室给出的小钢球的密度ρ₀，当地重力加速度g和小钢球直径d的数值。

主要仪器：

多管落球实验仪、电子秒表、小钢球、游标卡尺、直尺、镊子、比重计、温度计。

教学方式：

以学生自主操作（提前预习、现场演练）与教师临阵指导相结合。

预习要求：

阅读教材，明确实验目的，搞清实验原理和测量方法，初步了解所用量具、仪器、装置的主要性能及使用方法。写出简明扼要的预习报告。

实验项目7:

测定空气的比热容比

实验目的

1、观察了解热力学过程中系统状态变化及其规律。

2、学习用传感器精确测量气体压强和温度的原理与方法。

3、测量空气的比热容比。

实验内容

1、连接一个简单电路，为电流型集成温度传感器提供稳流源，其测温灵敏度可达 ／℃。

2、将电子仪器部分预热20分钟后，打开活塞放气再关闭，同时用调零电位器调节零点，把三位半数字电压表示值调到0；此时容器内外压强一致。

3、打开活塞，轻轻按压气囊使空气徐徐进入储气瓶（等温进气升压），至数字电压表显示130mV左右停止。稳定后读。

4、迅速开闭活塞，使瓶内气体压强回到大气压（电压表示值为0），由于过程进行很快，可视为一绝热膨胀过程，压强减小。稳定后读。

5、以上过程重复三次，求。

主要仪器

硅压力传感器、电流型集成温度传感器（AD590）、数字电压表二只、储气瓶等

教学方式

采取以学生单人单组、独立实验为主，教师课堂讲授为辅的教学方式，着重让学生了解并掌握系统状态变化的特征和基本规律。

预习要求

要求在实验前先熟悉教材的有关内容，查阅资料了解热力学过程的相关知识及比热容比的概念，按格式写出预习报告。

实验项目8

   冰溶解热的测定

实验目的：

   1、学习用混合法测量冰的溶解热；

   2、学会用图解法作散热修正的方法。

实验内容：

1、用混合法测量冰的溶解热；

2、用图解法作散热修正的方法。

主要仪器：

量热器、水银温度计(0℃～50.00℃)、工业天平、冰、保温杯、电热杯、秒表等。

教学方式：

预习、讲授与学生操作相结合。

预习要求：

阅读教材，明确实验目的，搞清实验原理和测量方法，初步了解所用量具、仪器、装置的主要性能及使用方法，写出简明扼要的预习报告

实验项目9：

声波在不同介质中传播速度的测定

实验目的：

1、了解声波的产生、发射和接收方法；

2、用驻波法、行波法和时差法测量声速。

实验内容：

1、按照要求连接仪器；

2、选定信号源的输出频率f₀；

3、用共振干涉法测量波长和声速；

4、用相位比较法测量波长和声速；

5、用时差法测量声速。

主要仪器：

SV－DH系列声速测试仪、示波器、声速测试仪信号源。

教学方式：

以学生自主操作（提前预习、现场演练）与教师临阵指导相结合。

预习要求：

阅读教材，明确实验目的，搞清实验原理和测量方法，初步了解所用量具、仪器、装置的主要性能及使用方法。写出简明扼要的预习报告。

实验项目10

液体表面张力系数的测定

实验目的

1、了解液体的表面性质和毛细现象。

2、学习用毛细管法测量液体的表面张力系数。

实验内容

1、用读数显微镜测量两只内径不同的毛细管孔径，各测四组，取。

2、将两只毛细管先斜放在玻璃皿中的蒸馏水内，轻轻转动使其充分润湿；然后并列地悬挂起来，管底部位于水中，二液面将沿管子上升至一定高度。用读数显微镜测量两个毛细管内水凹面最低点的高度差，共测六组，取的平均值。

3、测量水温，求该实验温度下水的表面张力系数。

主要仪器

MS-2型毛细法表面张力系数测定仪、读数显微镜、毛细管

教学方式

采取以学生单人单组、独立实验为主，教师课堂讲授为辅的教学方式，着重让学生了解液体的表面性质和毛细现象，掌握用毛细管法测量液体表面张力系数的方法。

预习要求

要求在实验前先熟悉教材的有关内容，查阅资料了解液体的表面性质及附加压强的相关知识，进一步熟悉读数显微镜的使用方法。

实验项目11

金属铝粒比热容的测定

实验目的：

1、学习了解和掌握混合量热法，测定金属的比热容；

2、学习掌握散热修正法——散热补偿法、外推法。

实验内容：

1、测定量热器的水当量；

2、测量金属（铝粒）的比热容。

主要仪器：

量热器，水银温度计，物理天平，待测金属粒，停表，量筒，水杯及电加热器等。

教学方式：

预习、讲授与学生操作相结合。

预习要求：

阅读教材，明确实验目的，搞清实验原理和测量方法，初步了解所用量具、仪器、装置的主要性能及使用方法，写出简明扼要的预习报告。

实验项目12

杨氏模量

实验目的

1. 学习用静态拉伸法测定金属丝杨氏模量的方法；

2. 学习使用光杠杆测微小长度的变化量；

3. 学会使用逐差法处理数据。

实验内容

1. 杨氏模量仪的调整

2. 光杠杆及望远镜尺组的调节

3. 数据测量及数据处理

采用等增量测量法进行测量，用逐差法处理数据。

（1）用钢卷尺测量光杠杆镜面到标尺的距离D和金属丝的长度L

D=    ±u_D，  L=     ±u_L,   u_D、u_L取钢卷尺最小分度的二分之一

（2）用钢板尺测出光杠杆常数b (取下光杠杆，将三个支点记录在白纸上，作图后再进行测量)。

b=    ±u_b,   u_b取钢板尺最小分度的二分之一

（3）用螺旋测微器测量金属丝的直径d，选择金属丝的上、中、下三处来测量。每处都要在相互垂直的方向上各测一次，共6次，记入下表，求其平均值。

（4）记下望远镜中标尺上的初读数x₀及每增重一个砝码后的读数x_i，共7次。再将所加的7个砝码依次减去，并记下每次相应的标尺读数x_i'。注意加减砝码时，要轻取轻放，勿使砝码托震动或摆动，并将砝码缺口交叉放置，以免掉下。

主要仪器

杨氏模量测定仪，螺旋测微器，钢卷尺，钢板尺等。

教学方式

采取以学生双人一组、互相配合实验为主，教师课堂讲授为辅的教学方式，着重让学生了解并掌握光杠杆及望远镜尺组的调节、使用方法。

预习要求

要求在实验前先熟悉教材有关光杠杆的内容，了解微小长度的测量方法，按格式写出预习报告。

五、实验课考核方式

（1）实验报告

实验报告是实验完成后的书面总结，是把感性认识转化为理性认识的过程，是培养表达能力的主要环节。认真书写实验报告，不仅可以为撰写科研报告和科学论文打基础，而且可以提高组织材料和写作能力，这是其他理论课程无法替代的。

物理实验报告一般包括以下几项内容：

实验名称

实验目的（或要求）

实验仪器用具

实验原理  简要叙述实验的物理思想和依据的物理规律，主要计算公式，电学和光学实验应画出相应的电路图和光路图。

数据表格及数据处理  把教师签字的原始数据如实地撰写在报告的正文中，写出计算结果的主要过程及误差或不确定度估算过程。进行数值计算时，要先写出公式，再代入数据，最后得出结果。若用作图法处理数据，应严格按作图要求，画出符合规定的图线。

讨论分析小结  讨论分析实验中的遇到的问题，写出自己的见解、体会和收获，提出对实验的改进意见等。讨论分析是培养分析能力的重要途径。

回答问题  回答指定的问题。

（2）实验课的考核方式和成绩评定办法。

1）实验预习情况考核；

2）出勤和实验操作完成情况考核；

3）实验报告质量考核；

4）实验理论笔试考核或实验操作考核。

六、实验指导书以及主要参考书

[1] 刘志存等. 普通物理学实验. 西安：竞彩网站 出版总社，2020.8第1版

[2] 吴俊林等. 基础物理学实验. 北京：科学出版社，2010.8第1版

[3] 吴俊林等. 综合提高物理学实验. 北京：科学出版社，2010.8第1版

[4] 吴俊林 刘志存. 大学物理学实验. 西安：竞彩网站 出版社，2009.1第2版

[5] 吴俊林等. 基础物理学实验. 西安：竞彩网站 出版社，2006.2第1版

[6] 张进治. 大学物理学实验. 北京：电子工业出版社，2003.5第1版

[7] 肖  苏. 大学物理学实验. 合肥：中国电子科技大学出版社，2004.6第1版

[8] 熊永红. 大学物理学实验. 武昌：华中科技大学出版社，2004.12第1版