大学物理实验讲义(第1个实验至第5个实验)
大学物理实验-电子与场-讲义
电子与场带电粒子在电场和磁场中运动是在近代科学技术应用的许多领域中都经常遇到的一种物理现象。
在下面的实验中，主要研究电子在各种电场和磁场中的运动规律。
在这个实验中，把电子看作是遵从牛顿运动定律的经典粒子。
因为在下面实验中，电子的运动速度总是远小于光速（3.00×108 m/s），所以不必考虑相对论效应，而且由于实验中电子运动的空间范围远比原子的尺度要大，也可不必考虑量子效应。
【实验目的】1.了解示波管的构造和工作原理，研究静电场对电子的加速作用。
2.定量分析电子束在横向匀强电场作用下的偏转情况。
3.定量分析电子束在横向磁场作用下的偏转。
4.定量分析电子束在纵向磁场作用下螺旋运动，测定荷质比。
【实验仪器】DH4521电子束测试仪、电源线、10芯专用电缆、52尼康线。
【实验原理】1.小型电子示波管的构造阴极射线管中，电子示波管的构造如图1所示。
包括下面几个部分：图 1 示波管结构图F-灯丝K-阴极G1，G2- 控制栅极A1-第一阳极A2-第二阳极Y-竖直偏转板X-水平偏转板电子枪，它的作用是发射电子，把它加速到一定速度并聚成一细束；偏转系统，由两对平板电极构成。
一对上下放置的Y轴偏转板(或称垂直偏转板)，一对左右放置的X轴偏转板(或称水平偏转板)；荧光屏，用以显示电子束打在示波管端面的位置。
以上这几部分都密封在一只玻璃壳之中。
玻璃壳内抽成高真空，以免电子穿越整个管长时与气体分子发生碰撞，故管内的残余气压不超过610-大气压。
电子枪的内部构造如图2所示。
电子源是阴极，图中用字母K 表示。
它是一只金属圆柱筒，里面装有加热用的灯丝，两者之间用陶瓷套管绝缘。
当灯丝通电时可把阴极加热到很高温度。
在圆柱筒端部涂有钡和锶氧化物，此材料中的电子在加热时较容易逸出表面，并能在阴极周围空间自由运动，这种过程叫热电子发射。
与阴极共轴布置着的还有四个圆筒状电极，电极1G 离阴极最近，称为控制栅，正常工作时加有相对于阴极K 大约-5～-20伏的负电压，它产生的电场是要把阴极发射出来的电子推回到阴极去。
大学物理实验(一)绪论讲义
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• 难点：现象是分立的不同颜色的单 色线（每根线一个波长）图2P255。 保证入射角为0度，一要光栅垂直平 行光管（现象图4P256）、二要光栅 狭缝线平行分光计转轴（现象图 5P257），注意光栅放法图3P256。
• 记录和处理：衍射角为+1级读数-(-1) 级读数/2，实际要/4（用了两个游 标读数消偏心差）。
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• 难点：固定、调节螺钉多(图1P218)， 固定13/14/20(重点)、2、8，调节 11/21(重点)、12/19(微调)。望远镜 光管水平难调(用反射规律，管外找 像)。
• 记录：读数时一定固定一个(盘)，转 动一个(盘)；两个读数游标1、2相像， 不能弄混，不能刻、写标记。
• 习题P226：1、2题
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• 难点(操作)：透镜、物(十字)和光具 座共轴P208;判断实像(十字像)的清晰 (可看十字边缘)。
• 记录：表格化(数据多)；物距的正负 号(透镜左边正号，右边负号)，本次 像距均为正。
• 习题1、2P210
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• 实验4-3分光计(4-3-2内容不做)P217226，重点：六图、三公式。图1(仪 器)、4 (读数)、6和7(原理兼光路)、 3(现象)、9(操作)，公式1(偏心差)、 2(自准直)和3(反射)/原理，全部运用 平行光反射原理，入、反射光与反 射面和法线夹角相等或反射光原路 返回(垂直入射)；
第一组 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 第二组 2 1 4 3 6 5 8 7 10 9 12 11 第三组 3 4 1 2 7 8 5 6 11 12 9 10 第四组 4 3 2 1 8 7 6 5 12 11 10 9 第五组 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 第六组 6 5 8 7 10 9 12 11 2 1 4 3 第七组 7 8 5 6 11 12 9 10 3 4 1 2 第八组 8 7 6 5 12 11 10 9 4 3 2 1 第九组 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 第十组 10 9 12 11 2 1 4 3 6 5 8 7 第十一 11 12 9 10 3 4 1 2 7 8 5 6
大学物理实验讲义-2
实验一基本测量实验目的1. 掌握游标卡尺及螺旋测微器的原理，学会正确使用游标卡尺、螺旋测微器及读数显微镜。
2. 掌握等精度测量中不确定度的估算方法和有效数字的基本运算。
实验仪器游标卡尺，螺旋测微器，读数显微镜和待测量的小工件。
实验原理测量长度的基本工具是米尺，它可以准确到毫米。
但是在实际测量中常常需要准确到1/10乃至1/100毫米，这就需要更加精密的测量仪器。
一、游标卡尺(Vermier calliper)1. 原理游标卡尺简称卡尺，其整体结构如图1—1所示。
主尺的主体是一条毫米直尺，其左端固定有一内量爪和一外量爪。
在主尺上套着可滑动的游标尺，其左端固定有与主尺相同的一内量爪和一外量爪，有的卡尺右端固定有尾尺。
内量爪用于测内径，外量爪用于测外径，尾尺用于测深度。
卡尺在零示值时，游标上的活动量爪靠拢主尺上的量爪，游标上的零刻线与主尺的零刻线对齐。
在测量时，被测长度将量爪分开，以游标零线为准线，在主尺上指示出被测长度的整毫米示值，不足毫米的部分，由游标上的刻线读出，主尺和游标上两部分数值相加，即为待测物体的长度。
内侧量爪紧固螺栓主刻度尺深度尺外侧量爪游标刻度尺图1—1 游标卡尺结构2. 读数方法:常用的游标卡尺有10分度、20分度和50分度（即卡尺的分度值为1/10 mm、1/20 mm、1/50 mm）等。
现以10分度的游标卡尺为例说明其原理和读数方法，其余类推。
如图1—2所示，设主尺的分度值为a ，一般1mm a = ，则游标的总长L 为a 9，并将其等分为10份。
记 10=n ，设游标上刻线的间距为b ，则19mm ()L nb n a ==-=所以09mm .L ab a n n==-= 设主尺与游标刻线的间距差为i ,则01mm .ai a b n=-==i 是游标卡尺读数的最小单位，称为卡尺的分度值，或者说它是卡尺能准确量度的最小单位。
根据游标刻度的设计方法可知，游标的刻线间距比主尺的最小分度短0.1mm ，如果游标的零刻线和第10刻线与主尺的某些刻线对齐，而游标的第1，第2，…，第k ，…，第9刻线与主尺的相对刻线都不对齐，其差值分别为0.1mm ，20.1mm ⨯，…，0.1mm k ⨯，…，90.1mm ⨯。
大学物理实验讲义实验液晶电光效应实验
实验14 液晶电光效应实验液晶是介于液体与晶体之间的一种物质状态。
一般的液体内部分子排列是无序的，而液晶既具有液体的流动性，其分子又按一定规律有序排列，使它呈现晶体的特性。
当光通过液晶时，会产生偏振面旋转，双折射等效应。
液晶分子是含有极性基团的极性分子，在电场作用下，偶极子会按电场方向取向，导致分子原有的排列方式发生变化，从而液晶的光学性质也随之发生改变，这种因外电场引起的液晶光学性质的改变称为液晶的电光效应。
1888年，奥地利植物学家Reinitzer在做有机物溶解实验时，在一定的温度范围内观察到液晶。
1961年美国RCA公司的Heimeier发现了液晶的一系列电光效应，并制成了显示器件。
从70年代开始，日本公司将液晶与集成电路技术结合，制成了一系列的液晶显示器件，至今在这一领域保持领先地位。
液晶显示器件由于具有驱动电压低（一般为几伏），功耗极小，体积小，寿命长，无辐射等优点，在当今各种显示器件的竞争中有独领风骚之势。
【实验目的】1．在学习液晶光开关的基本原理，测量液晶光开关的电光特性曲线，并由电光特性曲线得到液晶的阈值电压和关断电压。
2．测量驱动电压周期变化时，液晶光开关的时间响应曲线，并由时间响应曲线得到液晶的上升时间和下降时间。
3．测量液晶光开关的视角特性。
4．了解液晶光开关构成矩阵式图像显示的原理。
【仪器用具】ZKY-LCDEO型液晶光开关电光特性综合实验仪、数字示波器【实验原理】1．液晶光开关的工作原理液晶的种类很多，仅以常用的扭曲向列型液晶为例，说明其工作原理。
光开关的结构如图1所示。
在两块玻璃板之间夹有液晶，液晶分子的形状如同火柴一样，为棍状。
棍的长度在十几埃，直径为4～6埃，液晶层厚度一般为5-8微米。
玻璃板的内表面涂有透明电极，电极的表面预先作了定向处理（可用软绒布朝一个方向摩擦），这样，液晶分子在透明电极表面就会躺倒在摩擦所形成的微沟槽里；电极表面的液晶分子按一定方向排列，且上下电极上的定向方向相互垂直。
大学物理实验介电常数的测量的讲义
固体与液体介电常数的测量一、实验目的:运用比较法粗测固体电介质的介电常数，运用比较法法测量固体的介电常数,谐振法测量固体与液体的介电常数(以及液体的磁导率)，学习其测量方法及其物理意义，练习示波器的使用。
二、实验原理：介质材料的介电常数一般采用相对介电常数εr 来表示，通常采用测量样品的电容量，经过计算求出εr ，它们满足如下关系：SCdr 00εεεε==式中ε为绝对介电常数，ε0为真空介电常数，m F /1085.8120-⨯=ε，S 为样品的有效面积，d 为样品的厚度，C 为被测样品的电容量，通常取频率为1kHz 时的电容量C 。
替代法：替代法的电路图如下图所示。
此时电路测量精度与标准电容箱的精度密切相关。
实际测量时，取R=1000欧姆,我们用双踪示波器观察,调节电容箱和电阻箱的值,使两个信号相位相同, 电压相同，此时标准电容箱的容值即为待测电容的容值。
谐振法：1、交流谐振电路：在由电容和电感组成的LC 电路中，若给电容器充电，就可在电路中产生简谐形式的自由电振荡。
若电路中存在交变信号源，不断地给电路补充能量，使振荡得以持续进行，形成受迫振动，则回路中将出现一种新的现象——交流谐振现象。
RLC 串联谐振电路如下图所示:图一：RLC 串联谐振电路其中电源和电阻两端接双踪示波器。
电阻R 、电容C 和电感L 串联电路中的电流与电阻两端的电压是同相位的，但超前于电容C 两端的电压2π ，落后于电感两端的电压2π，如图二。
图二：电阻R 、电容C 和电感L 的电压矢量图电路总阻抗：Z ==L V →-RV →回路电流：V I Z==电流与信号源电压之间的位相差：1arctan i L C R ωωϕ⎛⎫- ⎪=-⎪ ⎪⎝⎭找到RLC 串联电路的谐振频率，如果已知L 的值，就可以得出C 的大小。
2、谐振法测量电容谐振法测量电容的原理图见上图一，由已知电感L ，电阻R 待测电容C x 组成振荡电路，改变信号源频率使RLC 回路谐振，使得双踪示波器两个频道的波形相位相同，电阻上电压最大,则电容可由下式求出：L f C X 2241π=式中f 为频率，L 为已知电感，C x 为待测电容。
大学物理实验讲义汇总
大学物理实验讲义（）目录实验1 复摆 (4)预习报告 (8)实验2 弦振动的研究 (9)预习报告 (13)实验3 速度和加速度的测量 (14)预习报告 (21)实验4 动量守恒定律的验证 (22)预习报告 (27)实验5 空气中声速的测量 (28)预习报告...................................................... 错误!未定义书签。
实验6 RLC电路的稳态特性 (24)预习报告...................................................... 错误!未定义书签。
实验报告.. (34)实验7 油滴法测定基元电荷 (46)预习报告 (53)实验8 用双臂电桥测量低值电阻 (54)预习报告...................................................... 错误!未定义书签。
实验9 牛顿环. (60)预习报告 (67)实验10 光电效应及普朗克常数的测定 (68)预习报告 (73)实验11 单缝衍射 (60)预习报告...................................................... 错误!未定义书签。
实验12 多缝的夫琅和费衍射. (79)预习报告...................................................... 错误!未定义书签。
实验报告——速度和加速度的测量 (83)实验报告——牛顿环 (88)实验1 复摆伽利略首先证明了，当空气的摩擦阻力可以忽略不计时，所有自由下落物体都将以同一加速度下落，这就是重力加速度。
重力加速度是一个重要的基本物理常数，测量重力加速度的实验很多，有自由落体测定和气垫导轨等，还有简单方便的单摆和复摆实验。
单摆是根据摆的长度和摆动的周期计算出重力加速度。
复摆是一个任意形状的刚体，受重力作用绕着固定转轴在竖直面内往复摆动，利用复摆的共轭性，通过作图法进行测算得到重力加速度。
大学物理实验讲义-弦振动与驻波研究
大学物理实验讲义-弦振动与驻波研究弦振动与驻波研究【实验目的】1．观察在弦上形成的驻波；2．确定弦线振动时驻波波长与张力的关系； 3．学习对数作图和最小二乘法进行数据处理。
【实验原理】在一根拉紧的弦线上，其中张力为T ，线密度为μ，则沿弦线传播的横波应满足下述运动方程：2222x yT t y ∂∂=∂∂μ(1)式中x 为波在传播方向（与弦线平行）的位置坐标，y 为振动位移。
将(1)式与典型的波动方程22222x y V t y ∂∂=∂∂相比较，即可得到波的传播速度: μTV =若波源的振动频率为f ，横波波长为λ，由于波速λf V =，故波长与张力及线密度之间的关系为：μλTf1=(2)为了用实验证明公式(2)成立，将该式两边取对数，得：11lg lg lg lg 22T f λμ=-- (3)固定频率f 及线密度μ，而改变张力T ，并测出各相应波长λ，作lg λ-lg T 图，若得一直线，计算其斜率值（如为21），则证明了λ∝21T的关系成立。
弦线上的波长可利用驻波原理测量。
当两个振幅和频率相同的相干波在同一直线上相向传播时，其所叠加而成的波称为驻波，一维驻波是波干涉中的一种特殊情形。
在弦线上出现许多静止点，称为驻波的波节。
相邻两波节间的距离为半个波长。
【实验仪器】1、可调频率数显机械振动源；2、振动簧片；3、弦线（铜丝）；4、可动刀片支架；5、可动刀口支架；6、标尺；7、固定滑轮；8、砝码与砝码盘；9、变压器;10、实验平台；11、实验桌9123456781011图1 实验装置示意图图2 可调频率数显机械振动源面板图 （1、电源开关 2、频率调节 3、复位键 4、幅度调节 5、频率指示）实验装置如图1所示，金属弦线的一端系在能作水平方向振动的可调频率数显机械振动弦线上驻波实验仪电 源ON复位 幅度 调节上海复旦天欣科教仪器有限公司频率调节H Z1 2 3 45FD-SWE-II源的振簧片上，频率变化范围从0-200Hz 连续可调，频率最小变化量为0.01Hz ，弦线一端通过定滑轮⑦悬挂一砝码盘⑧；在振动装置(振动簧片)的附近有可动刀片支架④，在实验装置上还有一个可沿弦线方向左右移动并撑住弦线的可动刀口⑤。
大学物理实验绪论讲义绪论
图表制作
实验数据应制作成图表，以便更好地展示数据和趋势。
结论分析
实验结论应基于数据分析，指出误差来源并提出改进意见 。
02 实验数据处理与误差分析
测量与误差
测量
测量是获取实验数据的过程，包括对 物理量进行观察、记录和量化。
误差定义
误差是指测量值与真实值之间的差异， 可以分为系统误差和随机误差。
随机误差的处理
数学公式拟合
通过选择合适的数学公式对实验数据进行拟合，可以得到物理量之间的数学关系。
03 实验操作规范与安全
实验操作规程
实验前准备
在实验开始前，学生应认真阅读实验指 导书，了解实验目的、原理、步骤和注
意事项。
实验数据记录
学生应认真记录实验数据，确保数据 的准确性和完整性，并按照要求进行
Байду номын сангаас数据处理和分析。
Excel软件介绍
总结词
易用性强的数据处理软件
详细描述
Excel软件是一款易用性强的数据处理软件，广泛应用于办公和数据处理领域。它提供了数 据输入、数据筛选、图表绘制等功能，能够帮助用户快速整理和分析数据。虽然相比于其他 专业数据处理软件，Excel的功能相对较少，但其易用性和普及度较高，适合初学者使用。
05 实验案例分析
单摆实验案例分析
实验目的
实验原理
研究单摆的周期与摆长、重力加速度的关系。
单摆做简谐运动的周期T与摆长L和重力加速 度g有关，其关系为T=2π√(L/g)。
单摆实验案例分析
2. 将单摆挂上重锤，调整摆长。
1. 准备实验器材，包括单摆装置、 计时器等。
实验步骤
01
03 02
单摆实验案例分析