《大学物理实验》教学大纲
课程编号: 72201008/72201009
课程名称：大学物理实验
英文名称： College Physics Experiments
课程性质：学科基础课
总学时： 72学时
学分： 2分
适用专业：测控技术与仪器专业
先修课程：大学物理
一、实验目的与任务
物理实验课是对学生进行实验教育的入门课程，其教学目的在于使学生学习物理实验基础知识
的同时,受到严格训练,掌握初步的实验能力,养成良好的实验习惯和严谨的科学作风。

二、教学基本要求
通过实验教学，加深对基础理论知识的理解，培养学生实验动手能力,并掌握一些基本仪器的使
用方法。

三、实验项目与类型
力学部分
热学部分
电磁学学部分
光学部分
四、实验教学内容及学时分配
基础知识
测量与误差，主要讲述误差理论及数据处理
力学部分
实验一长度的综合测量
1．目的要求
练习使用测长度的几种常用仪器，练习做好记录和计算不确定度。

2．方法原理
用米尺、游标卡尺、螺旋测微仪测滚珠的直径和圆柱管的内外半径和高度。

3．主要实验仪器及材料
米尺、游标卡尺、螺旋测微仪、滚珠、圆柱管。

4．掌握要点
米尺、游标卡尺、螺旋测微仪的使用方法及不确定度的计算方法。

5．实验项目：
（1）用游标卡尺测圆柱管的内外半径及高度，并计算其体积。

（2）用螺旋测微仪测滚珠的直径。

（3）不确定度的计算。

实验二单摆
1．目的要求
用停表和米尺，测单摆的周期和摆长，并求出当地的重力加速度值。

2．方法原理
g l T π2= ()()2
22)(⎪⎭
⎫
⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛=t t u l l u g g u 。

3．主要实验仪器及材料
单摆、停表、钢尺。

4．掌握要点
测量单摆周期的注意事项、重力加速度的不确定度的计算。

5．实验项目：
（1）用游标卡尺测小球的直径。

（2）用钢尺测悬线的长度。

（3）用停表测单摆的周期（不改变摆长，测5次，每次30个周期的时间） （4）计算重力加速度和它的不确定度。

（4）改变摆长，测单摆的周期，用作图法算出重力加速度。

实验三 测重力加速度
1．目的要求
掌握几种测重力加速度的方法。

2．方法原理 自己
3．主要实验仪器及材料
自由落体装置、数字毫秒计、光电计时装置 ，单摆 气垫导轨。

4．掌握要点
掌握测量重力加速度的方法。

5．实验项目：
（1）根据原理设计实验方案。

（2）记录实验数据
（3）数据处理及不确定度的计算。

实验四 密度的测定
1．目的要求
熟练掌握物理天平的调节和使用方法，掌握静力称衡法和比重瓶法。

2．方法原理
v
m
=
ρ，质量用天平称量，体积用阿基米德定律求出。

3．主要实验仪器及材料
物理天平，游标卡尺、比重瓶，小烧杯、温度计、酒精、不规则玻璃块。

4．掌握要点
物理天平的调节和方法、测量密度的两种方法：静力称衡法和比重瓶法。

5．实验项目：
（1）学习调整和使用物理天平。

（2）用流体静力称衡法测固体的密度。

（3）用比重瓶法测酒精的密度。

实验五 拉伸法测杨氏弹性模量
1．目的要求
用伸长法测定金属丝的杨氏模量，学习光杠杆原理并掌握使用方法。

2．方法原理
胡克定律指出，在弹性限度内，弹性体的应力和应娈成正比，设有一根长为l 横截面积为s 的钢丝，在外力F 作用下伸长了δ，则l
E s
F δ
=，此式中比例系数E 称为杨氏模量，单位为2-⋅m N ．设钢丝的直径为d ，则4
2
d s π=
，代入上式并整理得出：δ
π24d Fl
E =。

杨式模量表达了材料抵抗外力产
生拉伸（压缩）形变的能力。

3．主要实验仪器及材料
杨氏模量测定仪、光杠杆、尺读望远镜、螺旋测微仪、游标卡尺、砝码、米尺、金属丝
4．掌握要点 学习光杠杆原理。

5．实验项目：
（1）测量金属丝的长度l 和直径d ，金属丝直径要在金属丝下端测量。

（2）测量光杠杆镜面到直尺的距离2d 。

（3）测量光杠杆前后足尖的垂直距离1d ，可将光杠杆轻轻在纸上压下三个足痕，用游标卡尺去测量。

（4）测量加砝码m 前后的读数0A 和m A 。

（5）数据处理，算出金属丝的杨氏模量
实验六 牛顿第二定律的验证
1．目的要求 学习在气垫导轨上验证牛顿第二定律。

2．方法原理
设导轨倾斜角为θ，滑块质量为m ，则有θsin mg ma =，当θ很小时，可以近似的看成
l h tg =
=θθsin ，我们认为l
gh g a ==θsin 理论，对于实际测量的a 值，在无外力作用下a 恒定不变，在光电门１的位置的瞬时速度为1v ，在光电门２的位置的瞬时速度为2v ，两光电门的距离为s ，则
有as v v 221
2
2
=-，推出s
v v a 22
1
22-=。

面通过光电门在数字毫秒计是有两个时间1t ∆和2t ∆，分别为滑
块通过两光电门所用的时间，那么有1
1t v ∆∆=，22t v ∆∆
=，这里cm 1=∆，是滑块上挡光片第一前沿
到第二前沿的距离。

3．主要实验仪器及材料
气垫导轨、滑块、光电门、数字毫秒计、垫块 4．掌握要点
气垫导轨调水平的方法。

5．实验项目：
（1）通电，打开数字毫秒计，调节气垫导轨水平。

（2）加入cm 1的垫块，计下1t ∆和2t ∆，测三次求平均值。

（3）加入cm 5.1的垫块，计下1t ∆和2t ∆，测三次求平均值。

（4）加入cm 5.2的垫块，计下1t ∆和2t ∆，测三次求平均值。

（5）导轨两支点的距离l 是不变的，作h a ∝图象。

实验七 动量守恒定律的验证
1．目的要求 验证动量守恒定律，深入了解完全弹性碰撞与完全非弹性碰撞的特点。

2．方法原理
一力学系统所受外力的矢量和为零，则系统的总动量保持不变，若系统上某一方向上所受合外力为零，则系统在该方向上的总动量保持不变。

完全弹性碰撞：碰撞前后不仅系统的动量守恒，而且机械能也守恒。

完全非弹性碰撞：两物体碰撞后粘在一起，以同一速度运动，动量守恒，机械能不守恒。

3．主要实验仪器及材料
气垫导轨、滑块、光电门、数字毫秒计
4．掌握要点
气垫导轨调水平的方法，完全弹性碰撞与完全非弹性碰撞的区别。

5．实验项目：
（1）通电，打开数字毫秒计，调节气垫导轨水平。

（2）验证完全弹性碰撞的动量和动能守恒。

（3）验证完全非弹性碰撞的动量守恒。

实验八 刚体转动惯量的测定
1．目的要求
研究刚体转动时合外力矩与刚体转动角加速度的关系，考查刚体的质量分布改变时，对转动惯量的影响。

2．方法原理
刚体转动定律：βI M = ， 平行轴定律：20mx I I +=
3．主要实验仪器及材料
刚体转动实验仪，秒表，游标卡尺，定滑轮，砝码 4．掌握要点
刚体转动实验仪的调节与使作。

5．实验项目：
（1）测量出塔托的半径、重物的质量与角加速度，考查张力矩与角加速度的关系。

（2）改变重物的位置，测出角加速度，考查质量分布对转动的影响。

实验九 惯性秤
1．目的要求
掌握惯性秤测定物体质量的原理和方法。

2．方法原理
惯性秤称衡质量，是基于牛顿第二定律，在失重状态下可照常使用。

3．主要实验仪器及材料
惯性秤、秒表定标用标准质量块、待测圆柱体。