大学物理实验教材
江苏科技大学张家港校区
前 言
《大学物理实验》是面向高等学校理工科学生的重要实践课程，对于培养学生的从事科学研究的基本素养、锻炼学生的动手能力、观测能力、数据处理与分析能力，培养学生的创新意识与科研开发能力，具有不可替代的重要作用。
物理实验作为科学实验的基础实验，其研究方法、观察和分析手段、各种仪器设备已被广泛地应用在自然科学和工程技术的各个领域。因此作为基础实验课，它既能让学生通过实验学习到科学实验的基础知识，又能使学生在实验方法的考虑、测量仪器的选择、实验误差的分析中受到训练，并为学生进行后续实验打下基础。
我们根据目前我国高等院校大学物理实验开设的情况，及我校的《大学物理实验》培养方案与目标，对照校区实验室的仪器设备配置，组织编写了这本实验讲义，可供校区所有理工科专业的学生使用。
本讲义的编写由肖沛主持，肖沛、林季资和徐胜共同完成。
本讲义在编写过程中,参考了许多其他高等师范院校的实验教材,得到了我校许多长期从事实验教学工作教师的大力支持，特别是参考了校本部物理实验室所用讲义以及学校尤建飞老师和李巧改老师编写的教材，以及，在此表示感谢！本讲义难免有不妥之处,恳请读者批评指正。
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目 录
绪 论 误差理论与数据处理-----------------------------------------3 实验一 霍尔位置传感器测杨氏模量-----------------------------------35 实验二 研究弦线上的驻波现象---------------------------------------41 实验三 利用霍尔效应测磁场-------------------------------------------------------------45 实验四 实验五 实验六 实验七 实验八 实验九 附 录 电位差计测电动势-------------------------------------------49 线性电阻和非线性电阻的伏电安特性曲线----------------------------------54 测量超声波在空气中的传播速度----------------------------------------------61 光电效应测普朗克常数----------------------------------------------------------66 夫兰克-赫兹实验------------------------------------------------------------------69 光的等厚干涉实验-------------------------------------------72 实验报告范例-----------------------------------------------76
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绪 论
物理学是研究物质的基本结构、相互作用和物质最基本、最普遍的运动形式及其规律的学科。物理学按研究方法可分为理论物理和实验物理两大分支。理论物理是从一系列基本原理出发，经过数学的推演得出结果，并将结果与观测和实验相比较，从而达到理解现象、预测未知的目的。实验物理是以观测和实验为手段来发现新的物理规律，验证理论结论，同时也为理论物理提供新的研究课题。因此，物理实验是研究自然规律的最基本的手段，是物理理论的源泉。
物理学从本质上说是一门实验科学。历史表明，在物理学的建立和发展过程中，物理实验一直起着重要的作用，并且在今后探索和开拓新的科技领域时，物理实验仍然是强有力的工具。在高等理工院校，物理实验课是学生进入大学后受到系统实验方法和实验技能训练的开端，是理工类专业对学生实验训练的重要基础，是大学生学习或从事科学实验的起步。因此，国家教育部把物理实验列为理工院校培养大学生进行科学实验基本训练的一门独立的、重要的必修课程。所以，学好物理实验对于高等理工院校的学生来说是十分重要的。
一、物理实验课的任务
根据国家教育部颁发的《高等工业学校物理实验课程教学基本要求》的规定，物理实验课的具体任务是：
1. 通过对物理实验现象的观察、分析及对物理量的测量，学习物理实验知识，加深对物理学原理的理解。
2. 培养与提高学生的科学实验能力，其中包括：
(1) 能够自行阅读实验教材和资料，作好实验前的准备； (2) 能够借助教材或仪器说明书正确使用常用仪器； (3) 能够运用物理学理论对实验现象进行初步分析判断；
(4) 能够正确记录和处理实验数据，绘制曲线，说明实验结果，撰写合格的实验报告； 3. 培养与提高学生的科学实验素养。要求学生具有理论联系实际和实事求是的科学作风，严肃认真的工作态度，主动研究的探索精神和遵守纪律、爱护公共财产的优良品德。
二. 物理实验课的主要教学环节
为达到物理实验课的目的，学生应重视物理实验教学的三个重要环节。 1. 实验预习
课前要仔细阅读实验教材或有关的资料，基本弄懂实验所用的原理和方法，并学会从中整理出主要实验条件、实验关键及实验注意事项，根据实验任务画好数据表格。有些实验还要求学生课前自拟实验方案，自己设计线路图或光路图，自拟数据表格等。因此课前预习的好坏是实验中能否取得主动的关键。
2. 实验操作
学生进入实验室后应遵守实验室规则，按照一个科学工作者那样要求自己。井井有条地布置仪器，安全操作，注意细心观察实验现象，认真钻研和探索实验中的问题。不要期望实验工作会一帆风顺，在遇到问题时，应看作是学习的良机，冷静地分析和处理它。仪器发生故障时，也要在教师的指导下学习排除故障的方法。总之，要将着重点放在实验能力的培养上，而不是测出几个数据就以为完成了任务。对实验数据要严肃对待，要用钢笔和圆珠笔记录原始数据。如确系记错了，也不要涂改，应轻轻划上一道，在旁边写上正确值(错误多的，
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需重新记录)，使正误数据都能清晰可辨，以供在分析测量结果和计算误差时参考。希望同学们注意纠正自己的不良习惯，从一开始就不断培养良好的科学作风。实验结束时，将实验数据交教师审阅签字，整理还原仪器后方可离开实验室。
3. 实验总结
实验后要对数据及时进行处理。如果原始记录删改较多的，应加以整理，对重要的数据要重新列表。数据处理过程包括计算、作图、误差分析等。计算要有计算式，代入的数据都要有根据，便于别人看懂，也便于自己检查。作图按作图规则，图线要规矩、美观。数据处理后应给出实验结果。最后要撰写出一分简洁、明了、工整有见解的实验报告。这是每一个大学生必须具备的报告工作成果的能力。 实验报告内容包括：
(1) 实验名称—实验项目或实验选题。
(2) 实验目的—实验所希望得到的结果和希望实现的目标。
(3) 实验原理—简要叙述有关物理内容(包括电路图、光路图或实验装置示意图)及测量中依据的主要公式，式中各量的物理含义及单位，公式成立应满足的实验条件等。 (4) 实验步骤—写下主要实验步骤。设计性实验的步骤应详细写明，还要注明注意事项。 (5) 数据表格与数据处理—记录中要有仪器编号、规格及完整的实验数据。要完成数据计算、曲线图绘制及误差分析。最后写明实验结果。
(6) 分析与讨论—对实验进行合理的评价。可以是实验中现象的分析，对实验关键问题的研究体会，实验的收获和建议，也可解答思考题。
三. 实验室规则
1. 学生进入实验室需带上记录实验数据的表格，课前应完成指定的预习内容，经教师检查同意方可进行实验。
2. 遵守课堂纪律，保持安静的实验环境。
3. 使用电源时，务必经过教师检查线路后才能接通电源。
4. 爱护仪器。进入实验室不能擅自搬弄仪器，实验中严格按仪器说明书操作，如有损坏，照章赔偿。公用工具用完后应立即归还原处。
5. 做完实验后学生应将仪器整理还原，将桌面和凳子收拾整齐。经教师审查测量数据和仪器还原情况并签字后，方可以离开实验室。
6. 实验报告应在实验后一周内交实验指导教师。
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