大学物理实验 Ⅰ 第二讲

1. 大学物理实验Ⅰ第二讲 主讲教师：XXX

2. 本次课内容 1. 第一阶段实验总结 2. 第二阶段实验介绍 3. 下阶段选课安排和考核说明 4. 物理实验竞赛介绍

3. 1. 第一阶段实验总结 • 实验回顾 • 基本实验方法 • 基本调整技术 • 有关有效数字 • 第一阶段实验中遇到的问题

4. 第一阶段实验总结——实验回顾 一、力学实验 1、 杨氏模量的静态法测量 2、 刚体转动惯量的测量 二、电学实验 1、滑线变阻器特性研究及测量二极管伏安特性 2、示波器的使用 三、光学实验 1、等厚干涉测量与读数显微镜使用 2、分光计的调整与使用

5. 一、力学实验 1、学习基本物理量——长度（包括微小长度）、 质量、时间的测量。 2、学习数据处理的基本方法——列表法、图解法。 3、学习误差处理方法——直接测量、间接测量、测量结果的不确定度估算；有效数字及其运算。 4、学会使用基本测量仪器——用钢卷尺、游标卡尺、千分尺测量长度；用秒表（机械表、数字表、电子毫秒计）测量时间；用物理天平测量质量。

6. 二、电学实验 1、电学基本仪器的使用 电流表、电压表、电阻箱、滑线变阻器、直流稳压电源、示波器、信号发生器。 • 指针式电表的仪器误差 • m＝电表量程×电表准确度等级％

7. 电阻箱四个接头的使用。 • 示波器 观察、测量电学量（电压）及非电学量（如交流电压的频率）。 • 信号发生器 产生不同频率、波形、幅度的电信号。 • 滑线变阻器 调节电压、电流。

8. 三、光学实验 等厚干涉测量与读数显微镜使用 1、观察光波的干涉现象，学习利用光的干涉进行几何量测量的方法。 2、掌握读数显微镜的正确使用。 3、掌握测定透镜曲率半径的一种方法。 4、学习不确定度的计算。

9. 分光计－－麻雀虽小，五脏俱全 1、了解分光计的结构，明确分光计的调整要求。 2、掌握阿贝自准直式望远镜的结构特点，学会根据自准直原理调整光路。 3、学习平行光的产生原理，检验平行光的方法。 4、了解读数系统的结构，学会读数。 5、应用：自准直法测量三棱镜的顶角和最小偏角。

10. 第一阶段实验总结——基本实验方法 1、比较测量法 直接比较法：米尺、卡尺等测量长度、天平测质量间接比较法：指针式电表测量电压、电流；频率的 测量

11. 2、放大测量法 力学放大法：千分尺、读数显微镜、迈克尔逊干涉仪的读数系统——提高了仪器的分辨率。 电学放大法：电子放大电路的应用——示波器中小信号的放大。 光学放大法：望远镜（分光计，杨氏模量）、光杠杆、显微镜等。 ★ 延展法：单摆、简谐振动的周期测量，减小误差，连续测量50个周期的时间t，再计算1个周期T。

12. 3、平衡测量法 力学平衡法：天平原理 电学平衡法：通过电流、电压等电学量之间的平衡进行测量。如单臂、双臂电桥测电阻。 稳态测量法：当系统达到并保持稳定状态时，进行物理量的测量。如不良导体导热率的测量。

13. 4、补偿测量法： 系统受某种作业产生两种效应。如果B效应的存在使A效应显示不出来，就称B对A进行了补偿。利用这一原理进行物理测量就是补偿测量法。 电流补偿：测量短路电流。 电压补偿：测量未知电势差 温度补偿：箱式电势差计 光路补偿：迈克尔逊干涉仪

14. 5、模拟测量法： 把不能或不易测量的物理量用与之类似的模拟量进行替代测量。 几何模拟法：按比例制成模型 物理模拟法：模型和原型变化服从同一物理规律 数学模拟法：模型和原型变化服从同一数学规律

15. 6、转换测量法： 利用变换原理将不能或不易测量的物理量转换成能测或易测的物理量，实际上是间接测量法的具体应用。 参数转换：间接比较法。 能量转换：声速测量－压电效应；磁场测量－霍耳效应：光强测量－光电效应。——非电量的电测法。

16. 每个实验实际都是各种实验 方法的综合应用，如在“杨氏模量 静态法测量”的实验中应用了比较 法、转换法、放大法。

17. 第一阶段实验总结——基本调整技术 1、零位调整：千分尺、电表零点调整：千分尺、 游标卡尺零点修正 2、水平、铅直调整：天平；力学实用的实验架 （杨氏模量测定仪） 3、消除视差的调整：指针式仪表读数；显微镜、 望远镜 （分划板）。

18. 4、等高共轴调整： 用光学仪器测量待测物理量，要保证近轴成像，因此要求仪器装置中各个光学元件光轴重合 —等高共轴调整 分光计中望远镜与平行光管的调整； 双棱镜干涉实验中光具座上各光学元件的调整。 5、逐次逼进法：快捷有效，特别是应用零视法的 实验或零视仪器。 天平调整；分光计的调整。

19. 第一阶段实验总结——数据处理方法 1、列表法： 在预习实验的基础上，进行分析 、根据实验中的直接测量量列出数据记录表格，要求简单、明了，数据间关系明确。 金属杯体积测量数据(单位：mm)

20. 2、作图（图解）法： • 直观，明确表示了数据之间的关系及变化规律 • 滑线变阻器特性研究、二极管伏安特性曲线。 图解得出待求物理量（间接测量量）－刚体转动惯量 杨氏模量的静态法测量。用坐标纸作图或计算机作图。 3、最小二乘法——一元线性拟合： 适用条件：自变量没有误差，或与因变量相比误差很小； 自变量与因变量为线性关系。

21. 第一阶段实验总结——有效数字 从仪器上直接读取数据时，数字的最后1位为可疑数位： 1、 游标类（卡尺，分光计等）——仪器的读数值位； 2、刻度类（米尺，千分尺、指针式仪表，示波器荧屏） ——估计到分度值的1/2、1/4、1/5、1/10等。 注意：有效数字的估计位只取1位； 数值恰在刻线处应补“0”。 计算：按运算法则及舍入规则确定 误差：绝对误差取1位；相对误差可以取2位。

22. 3、 数字类（数字电表，数字毫秒计，信号发生器）——记录到最后1个单位； 计算：直接测量量（如计算平均值）、间接测量量的 运算按运算法则及舍入规则确定。误差：不确定度（绝对误差）取1位； 相对不确定度（相对误差）可以取2位。

23. 第一阶段实验总结——第一阶段实验中的问题 滑线变阻器与二极管伏安特性 1：滑动端回调，电流变小。原因：滑线变阻器的电阻变化了。操作注意：碳刷不要用力下压，不能快速滑动，要逐渐缓慢滑动。 缓慢滑动 接线柱 接线柱 碳刷 接线柱

24. 2：测量过程中，电流不变或过小。原因：如果线路没问题，就是碰到其他的键。2：测量过程中，电流不变或过小。原因：如果线路没问题，就是碰到其他的键。 检查：是否为Auto DC 按Auto/man键修正 检查:是否为A 按DCA键修正

25. 3：限流，分压测试过程中，外接电阻箱的电阻值随时3：限流，分压测试过程中，外接电阻箱的电阻值随时 调节。 原因：未理解原理。 正确理解：同一比值下， RL保持不变。例，如果滑线变阻器的额定电阻R=400, 取RL/R=5，在此比例下的测试过程中，RL=2000 保持不变。

26. 表

27. W W W 99999 . 9 9 . 9 0 . 9 5 4 4 4 5 5 6 6 6 0 3 3 3 7 2 7 2 7 2 1 8 1 8 1 8 0 0 9 9 0 9 4 4 5 5 100 10000 1000 6 6 3 3 4 5 6 3 7 2 7 2 7 2 1 8 1 8 1 8 10 1 0.1 0 0 9 9 0 9 4：电阻箱的使用不当，电流过大或过小。 原因：换电阻时，如果瞬间全部是零电阻， 电流过大，危险！有些同学将电阻放在9万欧姆，忘记调回，会出现电流过小的现象。 接线柱 接线柱

28. － 直流 ～ 交流 交直流两用 5：指针式电流表的使用。合理选用接线端子，注意换量程。 放置方式： ∏ 水平 ⊥ 垂直 等级

29. 交直流两用电流表 交直流两用表，前面分度不均匀部分，要估计读数。 6：二极管电流过小。原因：极性接反，或接 线柱虚接。

30. 较好的报告 物理量 描点 有效数字 分度 原点 物理量 少曲线名称

31. VAC/V 不好的报告之一 描点符号不对 少坐标分度值 和曲线名称 RAC/R 缺少分析部分 描点符号不对 少坐标分度值 和曲线名称

32. IAC R = L + I R R 0 L AC 不好的报告之二 没有会聚到一点 IAC/I 时， 少坐标分度值和曲线名称 RAC/R

33. 示波器的使用 （1）仪器的初始状态，不一定是测量需要的状态。 （2）实验中分观察阶段和测量阶段。在测量阶段必须把各测量微调档位放在校准“CAL”位置。 （3）利用李萨茹图形测量频率时，一定是图形相对稳定时，信号发生器的读数与“切点数比”计算出来的结果。 （4）在电压和时间读数时档位不需要估读，波形格数需要根据最小刻度进行估读。 （5）触发源、触发模式和触发电平的选择对波形的调节很重要，要在预习时多做了解。

34. 分光计的调整和使用 1.预习不好，只是机械的抄书， 2. 对于分光计的调整过程，即使看过视频，老师又讲过，但还有部分同学不清楚，说明有的同学没有仔细预习实验。 3.做实验时有的同学调不出来图样，不是自己动脑筋想办法，而是让同学帮助调，或是抱怨仪器不好用。 4.有的同学调节时，不注意保护前一步的调整结果；有的同学调整次序颠倒。

35. 双面镜 a

36. 杨氏模量静态法测量 1：读数时，标尺的 位置si 或si不变。原因：是光杠杆后足位置不对。 后足应放在可自由移动的圆柱平台上。

37. 2: 注意有效数字的读取。钢卷尺估读到1mm下一位；游标卡尺不估读；千分尺需要估读到0.01mm的下一位，注意多数千分尺需要进行修正零点。 改掉数格数乘以最小分度值的读数习惯。 3：加减砝码动作要轻，更不能晃动桌面，否则 影响数据读取。

38. 杨氏模量的静态法测量实验数据处理要求 方法一：完成下面表格，用最小二乘法处理数据。 计算斜率 ，求杨氏模量

39. 方法二：直接用不确定度理论处理数据。 1：计算 ，si=（ si+ si ）/2，s=(s7-s0)/7 2：将所得结果和砝码的质量M=400g， L、d1、 d2带入下面的公式 3： 计算不确定度u(d1), u(d2), u(L), u( ), u(s)。 其中： 计算杨氏模量E。 思考：是否有A类不确定度？

40. 结合不确定度理论考虑 为什么如此取值？ 其中 4：计算合成不确定度 并给出E的结果。 最后比较两种方法得到的杨氏模量E。

41. 数据处理方法一 较好的报告

42. 较好的报告 数据处理方法二

43. 不好的报告 问题点： 1：缺少表格。 2：无最小二乘法处理数据过程。 3：无直接计算及不确定度理论及处理数据过程。

44. 2. 第二阶段实验介绍

45. 提 示 ！ 自第9周至第13周为第二阶段基本实验，实验室开出12个实验，每个实验计划为3学时，每位学生选作4个实验。 同学们在写预习报告时，应按要求画出相应的原理图、写出原理公式，准备原始数据记录表格（画好表格），按要求的实验内容做实验。没有预习报告不能做实验。

46. 下阶段开出的12个实验

47. 1 实验4.7.2 F-H实验 1914年，弗兰克（J.Franck）和赫兹（G.Hertz）用慢电子与稀薄气体原子碰撞的方法，观察测量到了汞的激发电位和电离电位，从而证明了原子能级的存在，为玻尔的原子结构理论假说提供了直接的而且是独立于光谱研究方法的实验证据。 预习提示：自行设计原始数据记录表格。

48. 2 实验4.4.2 用冲击电流计测螺线管内磁场 实验简介： 预习提示： 理论公式： 自行设计原始数据记录表格

49. 3 实验4.4.1 软磁材料磁滞回线和基本磁化曲线 实验简介： 铁磁性材料分为永磁材料和软磁材料。磁滞回线和基本磁化曲线是反映软磁材料磁性的重要特征曲线。矫顽力和饱和磁感应强度Bs、剩磁Br、初始磁导率μe、最大磁导率μm、磁滞损耗P等参数是磁性材料研制、生产、应用时的重要依据。 本实验：基本磁化曲线及其特征点的测量

50. 预习提示：复习示波器的使用方法。 本实验使用的是数字示波器（可在实验导学系统上查阅仪器介绍），准备课上画图用的坐标纸。自行设计原始数据记录表格。