大学物理实验讲义
大学物理实验讲义(RC电路)word精品文档5页
用RC 电路测电容【实验目的】1、观察电容充放电现象，了解电容特性；2、利用电容器的充、放电测定电容；3、根据电容容抗的频率特性测定电容。
【仪器仪器】两个电容（其中一个为电解电容，电容值470F μ；另一个电容值约为0.1F μ），电阻箱，直流电源，信号发生器，数字万用电表，示波器，导线．开关等。
【实验原理】1．电容器电容器是常用电子元件之一，其符号如图l 所示，用C 表示．常用电容器以两层金属箔（膜）为极板。
极板中间有一层绝缘材料作为介质。
极板上可积聚等量异号的电荷Q,两极板的电压为U ，两者成线性关系，其比值即为电容电容符号电容的基本单位是F ，这个单位太大，常用单位有F μ和pF ：薄膜介质电容、纸介质电容和电解电容器等，常用的电解电容器电容值较大，且有正负极性，使用时应注意将正极接高电位，负极接低电位；如果极性接反，会将电容器击穿损坏．电容的主要参数有：电容值和额定工作电压。
由于电容的充放电特性，以及电容具有隔直流和通交流的能力，在电子技术中使用十分普遍，常用于滤渡电路、定时电路、锯齿波发生器电路、微分积分等电路．2．RC 电路充放电特性将一个电容和一个电阻串联构成RC 电路，电路如图2所示当开关K 合到图2中的“1”时，直流电源通过电阻R 给电容充电，电容上的电压cu 逐渐增大，最终与电源电压E 相等；然后再将开关合向“2”，电容C 将通过电阻R 放电，c u 逐渐减小，直至为零。
在RC 电路充放电过程中c u 和R u 的变化遵循以下规律： （1）对于充电过程，有)1(/RC t C e E u --= （1）C图 1 电容符号 图 2 电容充放电原理图RC t eRE i /-=或RCt R Ee u /-= （2） （2）对于放电过程，有RCt C Ee u /-= （3）RC t eRE i /--=或RCt R Ee u /--= （4） 由上述公式可知，在充电过程中，c u 和)(R u i 均按指数规律变化，式(4)中电流的负号表示放电过程中电流的方向与充电过程相反。
大学物理实验讲义
实验课程的建设是一项集体事业，需要从事实验工作的全体人员长期不懈的 努力，日积月累、不断改革。多年来，所有在物理实验教学中工作过的人员对本 课程的建设都作出了贡献，因此本讲义可以说是这个集体智慧的结晶。
A.2 常用物理数据表.................................................................... 46
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。
2.4 用分光计测量光栅常数及角色散率 ............................................ 29
2.5 用双棱镜干涉测光波波长 ........................................................ 30
2.6 示波器的原理和使用 .............................................................. 31
iv
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
28
• 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）。
24
• 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
22
• 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
23
• 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
大一物理实验讲义知识点
大一物理实验讲义知识点实验一：测量物体质量和密度1. 实验目的：通过测量物体质量和尺寸，计算物体的密度。
2. 实验原理：- 质量的测量：使用天平测量物体的质量，保证天平的零位和精确读数。
- 密度的计算：物体的密度可以通过质量与体积之间的关系计算得到，公式为密度=质量/体积。
3. 实验步骤：1) 清洁天平，使其保持干净并调整到零位。
2) 使用天平测量物体的质量，记录下数值。
3) 测量物体的尺寸（如长、宽、高），计算出物体的体积。
4) 根据质量和体积的测量结果，计算物体的密度。
4. 实验注意事项：- 天平要保持干净、水平放置，并调整到零位。
- 测量物体尺寸时，要使用合适的测量工具，并保证测量的准确性。
- 计算密度时，注意单位的转换和小数点的精确性。
实验二：测量光的折射角1. 实验目的：通过测量光的入射角和折射角，验证光的折射定律。
2. 实验原理：- 光的入射角和折射角：当光从一个介质射入另一个介质时，入射角和折射角之间满足折射定律，即入射角的正弦与折射角的正弦之比等于两介质的折射率之比。
- 折射率：介质的折射率定义为光速在真空中的速度与光速在该介质中的速度之比。
3. 实验步骤：1) 准备一个光学平台，并安装一个光源和一个半圆柱形容器。
2) 使用一个测量尺测量半圆柱形容器的半径，并记录下数值。
3) 调整光源和半圆柱形容器的位置，使光线通过容器，并测量入射角和折射角。
4) 根据测量结果，计算光在该介质中的折射率，并与理论值进行比较。
4. 实验注意事项：- 在测量光线入射角和折射角时，要保证准确的读数和测量。
- 使用合适的测量工具，如测量尺和角度测量器。
- 调整光源和容器位置时，要小心操作，避免光线的偏移或干扰。
实验三：测量力的大小和方向1. 实验目的：通过测量物体受力的大小和方向，了解力的性质和作用。
2. 实验原理：- 力的大小：力是物体之间相互作用的结果，可以通过测力计或弹簧秤等工具来测量力的大小。
- 力的方向：力的方向可以通过测量物体所受力的方向来确定，力是矢量量值。
大学物理学实验讲义
大学物理学实验(讲稿)（力、热、光、电）**: ***授课时间:所在院系: 物理与电子信息学院预备知识：不确定度的概念：不确定度是由于测量误差的存在而造成对被测量值不能确定的程度。
因此，我们应将测量中的不可靠量值叫误差，导致测量结果的不可靠量值叫不确定度。
一、 直接测量量的不确定度计算：A 类不确定度：（随机误差）)1()(2--=∑N N x xu iA （通用式）B 类不确定度：（未定系统误差）3仪∆=B u （p=0.683） （通用式）总不确定度：22B A u u u +=（通用式）仪∆获得的三个途径：（1）由仪器或说明书给出（指以前称为仪器误差）。
（2）由仪器的准确度等级给出：100量程）（等级仪⨯=∆（3）估计连续读数的仪器：分度值仪21=∆；非连续读数的仪器：分度值仪=∆； 数子式仪器：仪∆取末位数字的21±±或。
单次测量的不确定度计算：由于00)(==-A i u x x 故，3仪∆==B u u二、 间接测量量的不确定度计算：设：...),,(z y x f N = 传递公式：...)()()(222222+∂∂+∂∂+∂∂=z y x N u zf u y f u x f u 例如：园柱体的密度公式为h d m v m 24πρ==则222)()2()()(hu d u m u u h d m ++=ρρ ρρρρ⨯=)()(u u （单位）式中：—待测物体的直径。
—d —待测物体的高度。
—h —待测物体的质量。
—m三、 测量结果表示：3)18.091.8()(cm g u ±=±=ρρρ （第一位为1时可多取1位）3)05.080.7()(cm gu ±=±=ρρρ （测量值不足两位补零与不确定度位数对齐）实验一 单摆一、实验目的1、用单摆测定本地的重力加速度；2、掌握用作图法验证理论公式；3、了解测量中主要误差来源及处理方法。
大学物理实验教案课件
大学物理实验教案课件第一章：绪论1.1 课程介绍介绍大学物理实验课程的目的和重要性概述实验课程的结构和要求1.2 实验器材与实验室规则介绍实验器材的种类和用途讲解实验室的安全规则和操作注意事项第二章：力学实验2.1 实验一：验证牛顿第二定律介绍实验目的和原理讲解实验步骤和操作方法分析实验结果和误差来源2.2 实验二：测定弹簧常数介绍实验目的和原理讲解实验步骤和操作方法分析实验结果和误差来源第三章：热学实验3.1 实验三：测定水的比热容介绍实验目的和原理讲解实验步骤和操作方法分析实验结果和误差来源3.2 实验四：测定气体的物理常数介绍实验目的和原理讲解实验步骤和操作方法分析实验结果和误差来源第四章：电磁学实验4.1 实验五：测定电阻的温度系数介绍实验目的和原理讲解实验步骤和操作方法分析实验结果和误差来源4.2 实验六：测定电容的特性介绍实验目的和原理讲解实验步骤和操作方法分析实验结果和误差来源第五章：光学实验5.1 实验七：测定光的折射率介绍实验目的和原理讲解实验步骤和操作方法分析实验结果和误差来源5.2 实验八：测定光的波动性介绍实验目的和原理讲解实验步骤和操作方法分析实验结果和误差来源第六章：波动与光学实验6.1 实验九：声波的传播速度介绍实验目的和原理讲解实验步骤和操作方法分析实验结果和误差来源6.2 实验十：双缝干涉实验介绍实验目的和原理讲解实验步骤和操作方法分析实验结果和误差来源第七章：现代物理实验7.1 实验十一：电子伏特计实验介绍实验目的和原理讲解实验步骤和操作方法分析实验结果和误差来源7.2 实验十二：核磁共振实验介绍实验目的和原理讲解实验步骤和操作方法分析实验结果和误差来源第八章：实验数据处理与误差分析8.1 数据处理基础介绍实验数据处理的基本方法讲解最小二乘法、误差传播等计算方法分析实验数据处理在物理实验中的应用8.2 误差分析与减小方法介绍误差的定义和分类讲解误差来源和减小方法分析实验中如何有效减小误差9.2 实验报告交流与评价介绍实验报告的交流方式和评价标准讲解实验报告评价中的重要指标分析如何提高实验报告的质量第十章：综合与应用10.1 综合实验项目介绍综合实验的目的和要求讲解综合实验项目的选题和设计方法10.2 实验应用案例分析介绍实验成果在实际应用中的案例讲解实验应用的意义和价值分析实验应用对物理发展的贡献重点和难点解析1. 实验原理的讲解：在介绍每个实验的章节中，对实验原理的讲解是理解实验的关键。
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m1(g)
Δm1(g)
m２(g)
Δm2(g)
m3(g)
Δm3(g)
t℃
Δt℃
ρ水(kgm-3)
计算：ρ酒精=ρ水(m1－m3)/(m1－m２)
误差：
结果酒精的密度为：ρ酒精=
3、用比重瓶法测量液体的密度。
设空比重瓶的质量为m1，充满密度为ρ液待液体时的质量为m2，充满和该液体同温度的蒸馏水时的质量为m3，比重瓶在该温度下容积为V，则
实验原理
设物体的质量为m，体积为V，则其密度ρ为
ρ=m/V (2-1)
从上式看出，要测量物体的密度，就要称出其质量和确定其体积。物体的质量可用天平称衡，而对外形不规则的固体，其体积难以确定。下面介绍两种可以在不需要确定体积的情况下测出固体和液体的密度。
(1)流体静力称衡法
①固体密度的测定
对于外形不规则且不溶于水的固体，采用液体静力称衡法。设用物理天平称衡一外形不规则的固体，称得其质量为m，然后将此固体完全浸入水中称衡，如图2-1所示，称得其质量为m1，则固体在水中所受浮力F为
m２(g)
Δm2(g)
t℃
Δt℃
ρ水(kgm-3)
误差：
结果得铜的密度为：ρ=2来自用静力称衡法测液体密度待测物：酒精借用固体：铜圆柱
计算公式：ρ液=ρ水(m1－m3)/(m1－m２)
式中：m1—借用固体在空气中的质量
m2—借用固体在水中称衡的质量
m3—借用固体在液体中称衡的质量
ρ水—当时水温度下水的密度
物理天平的操作步骤如下：
1、调节底座螺丝，直到水平仪中的气泡位于水平仪中间，则说明天平座位水平了、支柱铅直和刀垫水平了。
2、调节零点，把称盘挂在横梁两侧的刀口上，并把游码放在零位，然后将止动旋钮(图中16)顺时针方向旋转支起横梁，用水平调节螺丝调好天平的平衡，调整后即把止动旋钮逆时针转动复位，放下横梁。
实验一用天平测量质量
本实验介绍测量固体和液体密度的两种方法，流体静力称衡法和比重瓶法，通过实验除了要掌握这两种方法外，还要熟练地掌握物理天平的调整和使用方法。
实验仪器
物理天平(附砝码)、烧杯、温度计、酒精、蒸馏水、待测物。
仪器介绍
物理天平的构造如实图2-2所示，在横梁的中央和两端各有一个刀口(图中2)，中间的刀口安放在支柱顶端的刀垫上，刀垫用玛瑙或硬质合金钢制造，两端的刀口用于悬挂称盘，横梁上装有可以移动的游码(图中5)，用于称量1克以下的质量，(游码从横梁的左端移到右端相当于在右盘中加了1克的砝码)，横梁等分为10大格，每大格又分为5小格，因此，游码每移动一小格相当于在右盘中加20毫克的砝码，即这种天平的分度值为20毫克。常见物理于平的最大称量为0.5千克(即500克)。横梁中部还装有竖直向下的指针(图中7)，与支柱上的指针标尺(图中8)相对应，用以指示天平的平稳位置及灵敏度，指针的中间有一重心螺丝，它的位置在出厂时已经调整好了，不得任意去旋动它；横梁两侧还有用
实验内容与步骤：
(1)熟悉物理天平的结构原理及其使用方法和操作规程。调整天平的水平，并检测其零点和灵敏度C。记录天平的感量：
1、由静力称衡法求固体铜的密度
计算公式：ρ铜=ρ水m1/(m1－m２)
式中：m1—待测物在空气中的质量m２—待测物在水中称衡的质量ρ水—当时水温度下水的密度
测得：
m1(g)
Δm1(g)
F=(m-m1)g
式中g为重力加速度，m1g称为该固体浸入水中的视重。设固体的体积为V，水的密度为ρ0，根据阿基米德原理，固体在水中所受浮力等于它所排开水的重量，即F=ρ0Vg
因此有:V=(m-m1)/ρ0(2-2)
将(2-2)式代入(2-1)式，即得:
ρx1=mρ0/(m-m1)(2-3)
因水的密度与温度在关，故应根据实验时的水温，在附表中查出相应的ρ0值。
②液体密度的测定
根据(2-3)式，若将该物体再浸入待测液体中进行称衡，设称得其视重为m2g，则
(m-m2)g=ρx2Vg(4-4)
由(2-2)式和(2-4)式可得:ρx2=ρ0(m-m2)/(m-m1)(4-5)
因此只要再测出m2，根据(4-5)式，即可求得该液体的密度ρx2
(2)用比重瓶测液体的密度
实验仪器
直线电桥、直流电源、检流计、电阻箱、QJ23a型直流单臂电桥、待测电阻、开关和导线等。
实验原理
电桥电路简称电桥，四个电阻R0、R1、R2、R3(称为桥臂)接成一个闭合导体系统(如图1)。这系统的两个对角互相连接，且在一对对角之间接入检流计G、限流电阻RG和开关KG，而在另一对角间接入电源、开关KE和限流电阻RE，就构成了所谓的“桥路”。如果各电阻任意选定的，那么桥路b,d两端的电压并不相等，检流计中就会有电流流过，显示桥路不平衡，
3、称衡时，物体放在左盘，砝码放在右盘，进行称衡，注意，砝码应用镊子取放，不准用手拿取砝码！每次增加或减少砝码，均需先放下横梁，要判断天平是否平衡的时候，才支起横梁称衡，平时的大部分时间都要放下横梁！紧记！以保护好天平刀口不受磨损，
保证天平有足够的灵敏度。
4、完成全部称衡后，用止动旋钮放下横梁，并把称盘摘离刀口，游码复零，砝码归盒盖好。
空瓶质量m1(g)
Δm1(g)
充满液体时的质量为m2(g)
Δm2(g)
充满蒸馏水时的质量为m3(g)
Δm3(g)
计算：ρ液=ρ水(m2-m1)/(m3-m1)
误差：
结果为：ρ液=
实验二惠斯通电桥测电阻
实验目的
1、了解直流电桥测电阻的基本原理及使用方法；
2、学会组装电桥，并用之测量电阻。
3、学会使用箱式电桥测量电阻
来调整零点的螺杆、螺母(图中9)，支柱后面装有水平仪，可通过调节底座上的调节螺丝(图中12)来调节天平底板水平、支柱铅直，天平的底座上，在左侧称盘的上方还有一个可以放置物品的托架(图中15)。
标志天平规格性能的除了“最大称量”以外，还有游标的分度值以及“感量”或“灵敏度”。“感量”是指，使指针在指针标尺上偏转一格时在称盘中所加的质量值，感量的倒数叫“灵敏度”，即称盘中每加1克(或0.1克)时，指针的偏转格数，利用灵敏度可以很快判断需要把游码移动几格就能使天平达到平衡，从而提高测量的效率。
设空比重瓶的质量为m1，充满密度为ρx3待液体时的质量为m2，充满和该液体同温度的蒸馏水时的质量为m3，比重瓶在该温度下容积为V，则
ρx3=(m2-m1)/V，V=(m3-m1)/ρ0
ρx3=ρ0(m2-m1)/(m3-m1)(2-6)
ρ0可根据实验时的水温从附表中查出，由上式即可求出待液体的密度ρx3。