普通物理实验（一）

教学大纲

课程编码：0622024

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：无

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（一）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

学习实验误差、有效数字及数据处理的基本知识，主要任务学习长度、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基本的训练，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。

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：

长度和体积的测定

实验目的：

1、学习游标和测微螺旋的原理；

2、掌握游标尺、千分尺及读数显微镜的使用方法；

3、学习多次测量误差的估算。

实验内容：

1、用游标卡尺测量空心圆柱体体积；

2、用螺旋测微计测定钢球体积；

3、用读数显微镜测量钢板尺刻度或刻线的宽度。

主要仪器：

游标尺、千分尺、读数显微镜。

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2：

固体和液体密度的测定

实验目的：

1、了解物理天平的构造原理，掌握它的使用方法；

2、学会用流体静力称衡法测定固体或液体的密度；

3、了解用比重瓶测定小颗粒固体或液体密度的原理和方法；

4、学习如何从仪器上正确的读取数据、记录数据以及处理数据，并熟练掌握直接测量和间接测量物理量的不确定度计算。

实验内容：

1、 首先了解熟悉物理天平的构造，按操作步骤调节好天平，根据物理天平的正确使用方法称出物体的质量。

2、 用流体静力称衡法测量铜块、石蜡、酒精（或盐水）的密度

3、 用比重瓶法测量盐水（或酒精）、不规则小金属粒的密度

主要仪器：

物理天平、温度计、待测固体和液体、玻璃烧杯、细线、比重瓶等。

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3：

   空气密度的测定

实验目的：

1、学习测定空气密度的比重瓶法；

2、学习用分析天平、电子天平进行较为精细的质量称衡；

3、学习掌握气压计、干湿球温度计的使用方法。

实验内容：

1、将空气比重瓶抽成真空；

2、测定真空比重瓶质量和放入空气后的瓶气总质量；

3、测实验时的室温，大气压及相对湿度。

主要仪器：

真空系统，定容瓶，物理天平，电子分析天平，福廷式气压计，干湿球湿度计等。

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4：

用单摆测重力加速度以及单摆周期与摆角的关系

实验目的：

1、了解测重力加速度的原理，利用单摆测重力加速度；

2、掌握周期的测定方法，验证单摆的摆长与周期的关系；

3、练习坐标作图处理数据。

实验内容：

1、测量摆长

2、测量摆动周期

3、计算重力加速度

4、作T²－L关系曲线图，由作图求解g

5、作T－θ_m关系曲线

主要仪器：

单摆实验装置一套、米尺、游标卡尺、电子秒表等。

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

速度和加速度测量

实验目的

1、掌握气垫导轨和电脑通用计数器的使用方法。

2、学会在气垫导轨上测量速度与加速度。

实验内容

1、打开气源检查导轨是否水平。

2、测滑块运动的速度。让滑块分别以较小的速度、中等的速度、较大的速度通过二光电门，并记录对应的通过时间，测6组时间值。

３、测滑块运动的加速度。

（1）用游标卡尺测垫块的高度，利用导轨上的米尺测导轨两支脚间的距离，各测1组

值。

（2）利用式测值，重复测5组。

（3）利用式和测值,各侧六组。

主要仪器

气垫导轨、MUJ-6B型电脑通用计数器、滑块、游标卡尺等。

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气垫导轨实验的特点及电脑通用计数器的使用方法。

预习要求

要求在实验前先熟悉教材有关电脑通用计数器的内容，了解速度和加速度的测量方法，按格式写出预习报告。

碰撞的研究

实验目的

1、熟悉碰撞过程，验证动量守恒定律。

2、了解完全弹性碰撞和完全非弹性碰撞的特点。

实验内容

1、调节气轨水平。

2、观察并测量完全弹性碰撞。一共测量5组。

3、观察并测量完全非弹性碰撞。一共测量5组。

主要仪器

气垫导轨、MUJ-6B电脑通用计数器、两个滑块及碰撞弹簧、尼龙搭钩等。

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，着重让学生研究并分析在气垫导轨上进行碰撞实验的条件、特点及操作方法。

预习要求

要求在实验前先熟悉教材有关完全弹性碰撞和完全非弹性碰撞的内容，了解碰撞的测量方法，按格式写出预习报告。

实验项目6

惯性秤

实验目的

利用惯性秤测量物体惯性质量。

实验内容

1. 观察秤台上放有不同质量的物体时，惯性秤的运动及周期大小的变化,并作惯性秤的

定标曲线。

2. 测定待测物的惯性质量

3. 讨论惯性秤的灵敏度

4. 试研究（定性讨论）重力对惯性秤的影响。

主要仪器

惯性秤：主要由秤台（用来放置砝码和待测物）、秤臂、秤座及水平调节器（可使惯性秤水平安置）组成，外附一套槽码及夹持丝杆；物理天平等。

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，着重让学生研究利用惯性秤测量物体惯性质量的方法。

预习要求

要求在实验前先熟悉教材有关惯性秤测量物体惯性质量的内容，了解测量方法，按格式写出预习报告。

实验项目7：

扭摆法测量刚体的转动惯量

实验目的：

1、熟悉扭摆的构造及使用方法，测定扭摆的设备常数（弹簧的扭转系数）K；

2、用扭摆测量几种不同形状刚体的转动惯量，并与理论值进行比较；

3、验证转动惯量的平行轴定理。

实验内容：

1、熟悉扭摆的结构及数字式计时仪的使用方法，调整扭摆基座底部螺钉，使水准泡中的气泡居中；

2、用数字式电子天平测量所有待测的质量；

3、用游标卡尺及钢尺分别测量各待测物体的几何尺寸；

4、装上金属载物盘，测量其10次摆动所用时间，测3次；

5、将塑料圆柱、金属圆筒分别同轴地垂直放于载物盘上，测量其10次摆动所用地时间，测3次；

6、取下载物盘，分别装上实心球及金属细杆，测量其10次摆动所用时间，测3次；

7、将两滑块对称地放置在细杆两边地凹槽内，质心离轴的距离分别为5.00 cm、10.00 cm、15.00 cm、20.00 cm、25.00 cm，分别测量细杆5次摆动所用时间，验证平行轴定理。

主要仪器：

扭摆装置及其附件（塑料圆柱体等）、数字式计时仪、数字式电子天平、钢直尺、游标卡尺。

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8

   金属线胀系数的测定

实验目的：

1、测定固体样品的线胀系数，了解线胀系数的概念并进行实际测量；

2、了解温度传感器的特性，对温度传感器温度、输出特性进行具体的测量；

3、了解掌握测微小位移的一种方法——数字千分表测量方法。

实验内容：

测量铜、铝、铁管的线胀系数——a值

主要仪器：

SDT—2000金属线膨胀系数测定仪。

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：

规则物体密度测定实验设计

实验目的：

1、对学生进行基本测量仪器和实验方法的综合训练；

2、通过自拟实验方案，对学生进行误差理论基本知识（误差传递公式在误差分配和实验设计中的应用）的加深巩固和提高。

实验内容：

1、槽码密度的测定；

2、细金属线密度的测定。

主要仪器：

游标尺、千分尺、读数显微镜，物理天平，电子天平。

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10

简谐振动的研究

实验目的

1、在气轨上观察简谐振动现象并测定其周期。

２、掌握电脑计数器周期的测量方法，学习测量弹簧的劲度系数和等效质量。

３、验证弹性系统中能量的转换关系。

实验内容

1、改变振幅测滑块在不同振幅下的周期，观察周期是否与振幅的改变有关。

2、改变滑块质量m的大小（等间隔变化），测对应的周期Ｔ，一共六组；用逐差法或作Ｔ２－m图用图解法求弹簧的劲度系数ｋ和等效质量m０。

3、简谐振动的特征是位移随时间作正弦或余弦变化，那么，测定不同的ｘ点（振幅不变，移动光电门位置来改变ｘ）对应的时间ｔ，作ｘ－ｔ曲线；分析曲线的形状及规律。

4、保持振幅不变，测量滑块在不同ｘ处的速度ｖ，计算对应的动能和势能，考察并验证机械能守恒定律；并计算能量的百分差。

主要仪器

气垫导轨、MUJ-6B电脑通用计数器、弹簧

教学方式

采取以学生双人一组、互相配合作实验为主，教师课堂讲授为辅的教学方式，着重让学生了解并掌握简谐振动的特点及运动规律，熟悉周期、劲度系数ｋ和等效质量m０等物理量的测量。

预习要求

要求在实验前先熟悉教材的有关内容，重点了解简谐振动的相关知识，回顾电脑通用计数器的操作方法，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