普通物理实验
普通物理实验
实验一扭摆法测定物体转动惯量转动惯量是刚体转动时惯性大小的量度,是表明刚体特性的一个物理量.刚体转动惯量除了与物体质量有关外,还与转轴的位置和质量分布(即形状、大小和密度分布)有关。
如果刚体形状简单，且质量分布均匀，可以直接计算出它绕特定转轴的转动惯量。
对于形状复杂,质量分布不均匀的刚体,计算将极为复杂,通常采用实验方法来测定,例如机械部件,电动机转子和枪炮的弹丸等。
转动惯量的测量,一般都是使刚体以一定形式运动,通过表征这种运动特征的物理量与转动惯量的关系,进行转换测量.本实验使物体作扭转摆动,由摆动周期及其它参数的测定计算出物体的转动惯量。
一、实验目的1、用扭摆测定几种不同形状物体的转动惯量和弹簧的扭转常数,并与理论值进行比较。
2、验证转动惯量平行轴定理。
二、实验原理扭摆的构造如图（1）所示，在垂直轴1上装有一根薄片状的螺旋弹簧2，用以产生恢复力矩。
在轴的上方可以装上各种待测物体。
垂直轴与支座间装有轴承，以降低磨擦力矩。
3为水平仪，用来调整系统平衡。
将物体在水平面内转过一角度θ后，在弹簧的恢复力矩作用下物体就开始绕垂直轴作往返扭转运动。
根据虎克定律，弹簧受扭转而产生的恢复力矩M 与所转过的角度θ成正比，即 M ＝－K θ （1）图 （1）式中，K 为弹簧的扭转常数，根据转动定律 M ＝I β式中，I 为物体绕转轴的转动惯量，β为角加速度，由上式得 IM=β （2） 令 I2K=ω,忽略轴承的磨擦阻力矩，由式（1）、（2）得θωθθβ222-=-==I Kdtd 上述方程表示扭摆运动具有角简谐振动的特性，角加速度与角位移成正比，且方向相反。
此方程的解为：θ＝Acos(ωt ＋φ)式中，A 为谐振动的角振幅，φ为初相位角，ω为角速度，此谐振动的周期为 KITπωπ22==（3） 由式（3）可知，只要实验测得物体扭摆的摆动周期，并在I 和K 中任何一个量已知时即可计算出另一个量。
本实验用一个几何形状规则的物体，它的转动惯量可以根据它的质量和几何尺寸用理论公式直接计算得到，再算出本仪器弹簧的扭转常数K 值。
大学普通物理实验报告模板
大学普通物理实验报告模板实验名称：实验目的：本次实验的目的是验证牛顿第二定律，即物体的加速度与作用力成正比，与质量成反比。
通过实验，我们能够更好地理解牛顿第二定律的基本原理，并掌握实验操作技能。
实验器材：实验器材包括：电子秤、砝码、滑块、滑轨、支架、砝码等。
实验步骤：1. 安装好实验装置，确保滑块紧贴滑轨。
2. 将电子秤调零，并记录电子秤读数。
3. 将砝码挂在支架上，作为阻力。
4. 将滑块置于支架上，并调节阻力大小，使滑块做匀速运动。
5. 记录滑块的质量、阻力、速度等数据。
6. 在滑块上添加砝码，改变滑块的质量，重复实验步骤4-5。
7. 记录每次实验的数据，并进行分析。
实验结果：通过实验数据的分析，我们发现滑块的加速度与作用力成正比，与质量成反比。
具体数据如下表所示（单位：g）：| 质量（kg）| 阻力（N）| 加速度（m/s²）| 加速度与质量的比值（m/s²/kg）| 加速度与阻力的比值（m/s²/N）|| --- | --- | --- | --- | --- || 0.1 | 0.5 | 5.0 | 50.0 | 1.0 || 0.2 | 1.0 | 2.5 | 50.0 | 0.5 || 0.3 | 1.5 | 2.5 | 57.1 | 0.433 || ... | ... | ... | ... | ... |实验结论：通过本次实验，我们验证了牛顿第二定律的基本原理，即物体的加速度与作用力成正比，与质量成反比。
实验数据与理论值相符，说明我们的实验方法正确，实验结果可靠。
此外，我们还学会了如何使用电子秤等实验器材，掌握了基本的实验操作技能。
讨论与建议：本次实验虽然取得了一定的成果，但仍存在一些不足之处。
首先，实验过程中可能存在误差，需要进一步优化实验方法，提高实验精度。
其次，实验数据可能受到环境因素的影响，需要进一步研究环境因素对实验结果的影响。
最后，我们可以考虑增加一些有趣的实验内容，如不同阻力的实验等，以提高学生对物理知识的兴趣和掌握程度。
大学普通物理实验 绪论
大学普通物理实验绪论
第一节普通物理实验的重要性、目的及要求
一、重要性
二、目的
1. 学习基本知识、方法、技能。
2. 巩固所学知识，加深对物理概念和
规律的认识，扩大知识面。
3.培养严肃认真、实事求是的科学态
度和严谨的工作作风。
三、实验报告内容
第二节如何学好物理实验
第三节物理量的测量及分类
一、测量
测量就是把被测物理量与选作计量标准单位的
同类物理量进行比较的过程，找出被测量是计量单位的多少倍。
这个倍数值称为测量的读数，读数带上单位记录下来便是数据。
第四节测量的误差和不确定度
测量的任务就变为：
(1) 、设法把测量的误差减至最小。
(2) 、求出测量的最近真值。
(3) 、对最近真值的可靠程度进行评价。
一、误差的定义与表示
1、真值：（客观存在值）Ａ
二误差的分类
（一）.系统误差
这种误差总是使测量结果向一个方向偏离，其数值一定或按一定规律变化。
（二）.随机误差
在相同实验条件下，多次测量同一物理量，所得误差时大时小、时正时负，既不可预测又无法控制。
这种由偶然的或不确定因素造成的每一次测量值的无规则涨落叫偶然误差，也叫随机误差。
由人类感官的灵敏度和仪器精度所限,受起伏条件的干扰所造成的。
如气流的扰动电磁场的干扰等。
普通物理实验(光学部分)教案
学会正确地表达和评价实验结果的方法，学会分析误差产生的原因和减小实验误差的途径，既加深了对实验理论的理解，又加强了对测量方法和仪器选择的理解。
五、本学期的教学安排
本学期2007级学生教育教学实习3周（第4-6周）。因此，拟开设8-9个实验（见计划），用2学时总结复习，机动2学时，期中考核和期末考试各占2学时。
四、 JJY 1＇型分光计的构造及调节要求（五步骤）
教学重点与难点：分光计的调节是重点；避免回程误差是难点。
教学过程：
1．讲授新课：
一、GJZ—15型光具座的构造及调节要求（共轴共面等高）
（1）光具座的结构。主体是一个平直有导轨，长1.5m，上面刻有标尺，导轨上还有可移动的滑块支架。
（2）光具座的调节。光学系统应符合或接近理想条件。因此，光具座上调节光学系统，必须满足两个条件：共轴，等高。
三、要求较高的实验素养
很多光学测量是实验者通过调节仪器，对目标的观察和判断后进行读数。因此，实验者的理论基础、操作技能的优劣、判断的准确程度都会使测量数据带有不同的偏离和分散，从而影响测量结果的可靠性。因此，实验者必须不断提高实验素养，排除“假象”和其他因素的干扰，力求客观正确地反映实际情况。
第二节 光学实验的内容
2．调节方法
（1）粗调
（2）细调
a．应用自准直原理调望远镜适合于平行光；
b．用逐次逼近法，调节望远镜光轴与中心转轴垂直（使观察平面与读数平面平行）；
c．将分划板十字线调成水平与垂直；
d．调节载物台，使其法线与旋转主轴重合；
e．平行光管的调节；
平行光管的狭缝必须在物镜的焦面上，平行光管的光轴应与望远镜的光轴重合。调节平行光管的倾度螺钉使水平分划线平分狭缝像，再转动狭缝像与分划板竖线平行。
普通物理实验设计性实验方案
普通物理实验设计性实验方案实验题目：用气垫导轨研究动量守恒定律班级：学号：姓名：指导教师：用气垫导轨研究动量守恒定律序言动量守恒定律和能量守恒定律一样，是自然界的一条普遍适用的规律。
它不仅适用于宏观世界，同样也适用于微观世界。
它虽然是一条力学定律，但却比牛顿运动定律适用范围更广，反映的问题更深刻。
由动量守恒定律知，如果一个系统所受的合外力为零，那么系统内部的物体在作相互碰撞，传递动量的时候，虽然各个物体的动量是变化的，但系统的总动量守恒。
如果系统在某个方向上所受的合外力为零，则系统在该方向上的动量守恒。
动量守恒定律在生产技术和科学实验上毒都有着极其重要的作用。
一、实验原理在一个力学系统中，如果系统所受合外力为零或在某方向上的合外力为零，则该力学系统的总动量守恒或在某方向上守恒。
这就是动量守恒定律。
本实验利用气垫导轨上两个滑块的碰撞来验证一维碰撞三种情况的动量守恒定律。
图1 气垫导轨上两个滑块的碰撞如图1所示，在水平放置的气垫导轨上放两个滑块并让它们相互碰撞，两滑块之间除了碰撞时受到相互作用的内力之外，水平方向不受力的作用，因而碰撞前后的总动量保持不变。
即11221122m v m v m v m v ''+=+ 式中：v 1，v 2和v 1'，v 2'分别表示质量为m 1和m 2的两个滑块碰撞前后的速度。
因为完全弹性碰撞是一个理想模型，即使在气垫导轨上也难以实现，碰撞过程中总有一定的能量损失。
所以，只在非完全弹性碰撞和完全非弹性碰撞的条件下进行实验。
1.非完全弹性碰撞在两滑块的相碰端各装上一个弹性环，它们的碰撞过程可看作非完全弹性碰撞。
如果让m 2的初速度为零，即v 2＝０，则有111122m v m v m v ''=+ 2.完全非弹性碰撞在两滑块的相碰端上贴上尼龙搭扣或橡皮泥，这样两滑块碰撞后将粘在一起以同一速度运动，从而实现了完全非弹性碰撞。
(普通物理实验)非平衡电桥
注意绝对误差取一位，及末尾对齐
思考题：
1. 如何判断小球在作匀速运动？
答：测量小球下落过程中不同段的路程和以及对应的时间和， 由求出这两段路程的平均速度，比较这两个速度看是否相等。 如果大致相等的，由此可以判断小球在做匀速运动。
2. 斯托克斯定理成立的条件是什么？实验室对这些条件都满 足吗? 对不满足的条件如何处理？
阻。 2．热敏电阻有什么样的温度特性？为什么要用非平衡电
桥而不是平衡电桥测量热敏电阻的温度特性？ 答：电阻值随温度变化而变化。
若用惠斯登电桥测量电阻时，电桥应调到平衡状态。由 于被测电阻阻值变化很快，电桥很难调到平衡，这时用 非平衡电桥测量较为方便。它不需调平衡，即不需要Ig ＝0，而是通过Ig求电阻。
答：光滑的小球在无限宽广的均匀液体中下落，并无涡流产生。 实验中小球是在内径为D的玻璃圆筒中的液体里下落，不能满 足无限深广的条件。但当圆筒直径比小球直径大很多、液体 高度远远大于小球直径时，其差异是微小的，所以只需在斯 托克斯公式后面加一项修正值。
3. 为什么要用（1）式计算粘滞系数，而不用（5）式？
除此之外，还可以用数字多用 表（电阻档）代替惠斯登电桥。
1 落球法测量粘滞系数
测量原理： ( ' )gd 2t
1
18l
(1 2.4 d )(11.6 d )
D
H
D
修正项
起初速度小，重力大于其余两个 力的合力，小球向下作加速度越 来越小的加速运动；随着速度的 增加，粘滞阻力也相应的增大，
合力相应的减小。
均错下：落部由于时分d不间学是，生独立最求的后出变带量了，到5不个粘可小用滞误球系差的传数平递的公均式公直求式相径中对，误计差再算。求。平
北京大学普通物理实验
北京大学“普通物理实验” 课是北大基础物理实验中心面向全校理科一、二年级学生开设的一门必修课，是北京大学优秀主干基础课之一，2005年被评为北京市和北京大学精品课。
“普通物理实验”课程是北大几代实验物理教师努力建设的结晶，有很好的基础，曾在1989年获国家级优秀教学成果特等奖，2001年获国家级优秀教学成果二等奖。
2004年物理学院理科基地获国家级优秀教学成果二等奖含本课程的贡献。
作为课程的支撑实体“北京大学基础物理实验教学中心”2006年被评为教育部第一批国家级实验教学示范中心。
近十年来，为了解决普物实验如何继往开来，如何实现培养适应二十一世纪需要又有创新能力人才的教学目标，课程组在长期思考、探索和实践的基础上，再一次使这门课程迈上了一个新的高台阶，构建了具有强基础、高起点、多层次、综合性和研究性的基础物理实验课程新体系，在全国同行中得到认可。
“普通物理实验”课程改革的特点是：指导思想明确，即遵循“加强基础，循序渐进，因材施教，全面提高”的改革思路；改革内容具体；取得成效显著。
课程组一贯重视教材建设，上世纪80年代出版了全国第一本普通物理实验课教材：《普通物理实验》林抒、龚镇雄，人民教育出版社1981出版。
该教材于1988年获得国家教委第一届教材二等奖。
2002年3月由北京大学出版社出版了《基础物理实验》教材（北京大学“九五”规划教材）, 2006年1月由高等教育出版社出版了《新编基础物理实验》（“十五”国家级教材）。
该课程的创新点和特色是：1、在全国首先将一批有重要的近代物理内容，有现代实验技术，在实践中有重要应用价值的实验引入到面向全校理科的基础物理实验中，构成了高水平的基础平台，学生受益面广。
在全国介绍教改经验十多次，得到同行认同，并在全国推广。
2、一批本校的科研成果转化为教学实验，提高了教学水平，为兄弟院校提供了一批符合我们教学理念、具有开拓性的物理实验新教学仪器。
3、在全国率先对非物理类基础物理实验进行了全面改革，设置了系统、完整的课程内容，在全国广泛介绍经验，我们的教学大纲多次作为“教委高校物理学与天文学教学指导委员会物理实验组”讨论教学大纲的蓝本，供全国综合、师范院校参考。
《普通物理实验》课程教学指南
《普通物理实验》课程教学指南《普通物理实验》课程代码为，是我院首批重点建设课程之一，被评选为甘肃省首批精品课程。
分为《力学实验》、《热学实验》、《电磁学实验》、《光学和原子物理实验》四部分。
总共114学时，在第二学期、第三学期和第五学期开设。
力学实验《力学实验》是《普通物理实验》中的一个重要组成部分。
为进一步加强课程建设，全面提高课程教学水平和教学效果，使学生进一步了解教学内容和教学要求，提高学习的主动性和积极性，让学生了解力学实验课的有关信息，现编制《力学实验》课程教学指南，供学生在实验中使用。
《力学实验》一般在第二学期开设，共42学时，分组循环实验，课程选用的主要教材是甘肃科学技术出版社出版的《物理实验》。
与教材有关的主要教学参考书和刊物有：⑴《大学物理实验》编写组在1998年1月编写由厦门出版社出版的《大学物理实验》。
⑵龚镇雄，刘雪林在1990年9月编写由北京大学出版社出版的《普通物理实验指导》。
⑶杨述武在2000年5月主编由高等教育出版社出版的《普通物理实验》（一、力学及热学部分）第三版。
⑷黄志敬在1991年5月主编由陕西师范大学出版社出版的《普通物理实验》。
⑸李平舟等在2002年2月主编由西安电子科学技术大学出版社出版的《大学物理实验》。
⑹曾贻伟等在1989年11月编写由北京师范大学出版社出版的《普通物理实验》。
⑺赵家凤在2000年6月主编由科学出版社出版的《普通物理实验》。
⑻方鸿辉，刘贵兴在2000年6月主编由上海科学普及出版社出版的《创造性物理实验》⑼历年的《物理实验》杂志。
⑽历年的《大学物理实验》杂志。
《力学实验》是用实验的方法去观察、研究物理现象、规律。
教学目标是应用所学得的理论知识指导实验，从理论和实验的结合上加深、扩展对物理基本概念和规律的认识，加强理论联系实际和提高学生的实验能力。
《力学实验》一共有11个，在《普通物理实验》中占总学时的37%，占总成绩的37%，在整个《普通物理实验》中占据重要地位，发挥着训练学生基本技能的重要作用。
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有效数字表示法
有效数字----从第一个不为0的数开始算起的所有数字。 如, 0.35 (2个); 3.54 (3个); 0.003540 (4个); 3.5400测量值的末位有
效数字应与不确定度的有效数字对齐。
例如:计算结果为x = 3.54835
三位有效 数字,末
B类不确定度的评定方法:
测量不确定度（与测量方法和测量经验有关），可取
(多次测量时，uB1由uA代替)
仪器不确定度（与仪器种类、级别及使用条件有关） ， 可取
uB2
a c
不确定度的合成：
单次测量：u(x)
u
2 B1
(x)
u
2 B2
(x)
长度测量,其不确定度合成公式为:
u(x)
u
2 B1
(
x1
不确定度—表征被测量具有分散性的一个参数。u
分为两类：A类---由多次测量所得的一系列测量结果的统计
分析评定的不确定度 uA B类---由非统计分析评定的不确定度 uB
A类不确定度的评定方法:
(对待测量x 进行n 次全同测量)
测量次数 n 越多，uA 越小。
一般可在科学型计算器上直接得出计算结果。
一、什么是普通物理实验？
• 最基本的物理实验，包括力、热、电、 光及近代物理实验
• 理科、工科、医科各专业都普遍要做的 物理实验。
二、物理实验在物理学研究与发 展中的作用
从物理学史看物理实验的重要性
• 经典物理学的建立：
力学（伽里略） 电磁学（库仑、法拉第、麦克斯韦） 光学（杨氏、菲涅耳）
• 近代物理学的建立：
本实验中心机房免费开放
• 实验中心机房地点：物理楼121室
• 开放时间： 周一、周二：下午 周一至周四：晚上
13:30 — 16:30 18:00 — 20:00
绪论（第一节）
。 物理实验的重要性
一、什么是普通物理实验？ 二、物理实验在物理学研究与发展中的作用 三、物理实验对物理学在其他学科中应用的意义
u( y)
y
n
u( x) 2 x
一般传递公式：
当各直接测量的量相互独立无关时，
注意：虽然最后结果的不确定度，一般 只取一位有效数字，但在运算过程中一 般要取两位或更多，中间过程测量值也 应多取几位．不要过早舍入．
不确定度的传递:
在间接测量时，待测量是由直接测量的量通过计算而得的。此时，待 测量的不确定度由各直接测量的量的不确定度传递而得。
加减法:
乘除法:
乘方： y xn
2
三、关于测量不确定度的评定方法
不确定度的评价十分重要：过大----浪费；过小----失误。 1993年由
国际标准化组织（ISO-International Standardization Organization ） 国际计量局（BIPM-Bureau International des Poids et Mesures）
)
u B21
(
x2
)
u
2 B
2
(
x)
多次测量： u(x) uA2 (x) uB22 (x)
测量结果的表示方法：
1.测量结果的一般表示法： x u(x)
如，长度为（1.05±0.02）cm。
2. 测量结果的百分比表示法：u(x) 100% x
如，长度为1.05cm，相对不确定度2% 。
3. 测量结果的有效数字表示法(简略表示)
2、实验得到的数据只有经过正确的 处理才能得到公认的、合理的结论。
二、误差分析与不确定度评定
测量——测量者采取某种测量方法用某种测量仪器将待测量与标 准量进行比较。（质量、长度、体积）
用毫米刻度尺测量某物体的长度 数字表测量某一电路中的电流
左端读数为：10.00cm 右端读数为：15.25cm
1、若数字表有稳定的输出：3.888A 2、 若数字表输出不稳定呢？
国际纯粹与应用物理联合会 IUPAP-International Union of Pure and Applied Physics
国际纯粹与应用化学联合会 IUPAC- International Union of Pure and Applied Chemistry
等七个国际权威组织制定了《测量不确定度表示指南》
若不确定度为0.04, 则取x = 3.55
位是不确 定的
四舍五入特例: 3.765 3.76 3.675 3.68
末位取偶数!
有效数字的运算规则:
加减法: 与不确定度最大项的末位有效数字对齐。 如 57.31＋0.0156－2.24342(= 55.08218)= 55.08
乘除法: 与最少个数的有效数字相同。 如57.31×0.0156÷2.24342(= 0.398514767) = 0.399
三大发现（X光、放射性、电子） ——从宏观到微观
两朵乌云（黑体辐射、迈－莫实验） ——从经典到近代
三、 物理实验对物理学在其他学 科中应用的意义
• 材料：物性测试、新材料的发现、制备
• 化学：光谱分析、放射性测量、激光分离同位素
• 生物：各类显微镜（光学显微镜、电子显微镜、X光显微
镜、原子力显微镜），DNA操纵、切割、重组以及双螺旋 结构的分析
普通物理实验 绪论
数据处理
课件下载：
普通物理实验课总体安排
第1周：讲课——第一章（1）、第二章 第2周：讲课—— 第一章（2）、（3） 第3－17周：7组实验（14个） 第18周：复习 第19周：考试（笔试） 要获得更多的信息请登陆本实验中心网站 ：
• 医学：诊断――X光、CT、核磁共振、超声波治疗――
放射性、激光、微波、γ刀
结论：物理实验是物理学在其他学科中应用的桥梁。
第二章 实验数据的处理
一、为什么要处理数据？ 二、误差分析与不确定度评定 三、不确定度的评定方法 四、作图与拟合
一、为什么要处理数据？
1、大多物理规律是用物理量之间 的定量关系来表述的。
二、误差分析与不确定度评定
误差——测量值与真值的差 误差的成因： 1.测量方法（伏安法测电阻、测平面玻璃的温度） 2.测量者（经验、估读、疏忽） 3.测量仪器及标准量（刻度、环境） 误差分析的重点在测量方法（单摆和自由落体测g）。 测量者的估读、仪器和标准量的不确定程度是可以用一定的方 法评定的，称为“不确定度评定 ”。