大学物理实验1（光电信息科学与工程专业本科生用）C山汕头大学物理系力热学实验室2017年1月编印
1 大学物理实验 1 （光电信息科学与工程专业本科生用） 汕头大学物理系力热学实验室 2017 年 1 月编印
目录绪论(1)误差理论·(3)实验一测量金属丝的杨氏模量.(18)(27)实验二固体密度的测量· (32)实验三落球法测量液体的粘滞数实验四温度传感器特性实验?(36)实验五( 44)空气比热容比的测定( 49)实验六测定冰的熔解热·实验七· ( 54)弦线上驻波实验·实验八测量物体的转动惯量·(58)(63)*实验九空气密度的测量·(71)*实验十受迫振动·(78)*实验十一准稳态法测导热系数和比热(87)*实验十二气垫导轨上物体的运动研究(92)*实验十三空气热机实验研究.(100)设计性实验一多普勒效应综合实验：(107)设计性实验二计算机实测物理实验·设计性实验三测量声波在不同介质中的传播速度（109）设计性实验四弦乐的频谱特性研究(112)注：打*号为综合性实验2
2 目录 绪论 .（1） 误差理论.（3） 实验一 测量金属丝的杨氏模量. ( 18 ) 实验二 固体密度的测量.( 27) 实验三 落球法测量液体的粘滞数.( 32) 实验四 温度传感器特性实验.( 36) 实验五 空气比热容比的测定 . ( 44) 实验六 测定冰的熔解热.( 49) 实验七 弦线上驻波实验.( 54) 实验八 测量物体的转动惯量.( 58) *实验九 空气密度的测量. (63) *实验十 受迫振动. (71) *实验十一准稳态法测导热系数和比热. (78) *实验十二气垫导轨上物体的运动研究. (87) *实验十三 空气热机实验研究. (92) 设计性实验一 多普勒效应综合实验.（100） 设计性实验二 计算机实测物理实验. （107） 设计性实验三 测量声波在不同介质中的传播速度.（109） 设计性实验四 弦乐的频谱特性研究.（112） 注：打*号为综合性实验
绪论科学实验是科学理论的源泉，是工程技术的基础。作为培养德、智、体、美全面发展的高级工程技术人才的高等工业学校，不仅要使学生具备比较深广的理论知识，而且要使学生具有从事科学实验的能力，以适应科学技术的不断进步和社会主义建设迅速发展的需要。物理学从本质上来说是一门实验科学。物理实验是物理学的基础，物理定律、物理学的理论等无一不是建立在实验基础上的。任何物理理论，都必须依靠实验提供精确的材料来验证，如果新的理论与实验事实不一致，则不论理论体系本身在数学上、逻辑上多么严密，都不得不进行修正，甚至于被否定，这已经被历史事实所证明。事实正是这样，在物理学史上许多关键问题的解释，最后都是诉诸于实验。例如，杨氏双缝光的干涉实验证实光的波动说，迈克尔逊一莫雷实验证实以态不存在，赫兹实验证实麦克斯韦的电磁理论等，实验都起了决定性的作用。近代物理学的例子就更多了。因此，物理实验教学与物理理论教学具有同等重要的地位，它们既有深刻的内在联系和配合，又有各自的任务和作用。随看科学技术的发展，用子物理实验的仪器越来越精细和广泛，用实验可以验证更深一层的理论，推动理论研究的发展，从而启示新的科学思想，提供新的实验方法。能用精确的数据阐明各类事物的细微差异，证明一定的假设，并使假设转化为理论，指出理论的适用范围。近代科学的历史表明，物理学领域内所有研究成果都是理论和实验密切结合的结晶。在学习物理学时，我们务必明了物理学具有上述特点，正确处理理论课与实验课的关系，不可偏废一方。物理实验课的地位、作用和任务：1中学物理实验的基础上，按照循序渐进的原则，学习并掌握进行物理实验的基础知识、基本方法和基本技能，了解科学实验的主要过程，培养学生初步具有科学实验的能力，为今后的学习和工作奠定良好的实验基础。2，通过对物理现象的观察和分析，对物理量的测量，加深对物理学某些概念、规律和原理的理解。3.培养学生严肃的工作作风，实事求是的科学态度和勇于探索、勇于克服困难、爱护财产、遵守纪律的优良品德。应当指出，对于一个工程技术人员来说，如果没有扎实的理论知识，没有足够的现代科学实验能力，不仅不能作出创造性的成果，也难于适应科学技术飞速发展的需要，难以担负起建设社会主义祖国的重任。3
3 绪 论 科学实验是科学理论的源泉，是工程技术的基础。作为培养德、智、体、美 全面发展的高级工程技术人才的高等工业学校，不仅要使学生具备比较深广的理 论知识，而且要使学生具有从事科学实验的能力，以适应科学技术的不断进步和 社会主义建设迅速发展的需要。 物理学从本质上来说是一门实验科学。物理实验是物理学的基础，物理定律、 物理学的理论等无一不是建立在实验基础上的。任何物理理论，都必须依靠实验 提供精确的材料来验证，如果新的理论与实验事实不一致，则不论理论体系本身 在数学上、逻辑上多么严密，都不得不进行修正，甚至于被否定，这已经被历史 事实所证明。 事实正是这样，在物理学史上许多关键问题的解释，最后都是诉诸于实验。 例如，杨氏双缝光的干涉实验证实光的波动说，迈克尔逊—莫雷实验证实以态不 存在，赫兹实验证实麦克斯韦的电磁理论等，实验都起了决定性的作用。近代物 理学的例子就更多了。因此，物理实验教学与物理理论教学具有同等重要的地位， 它们既有深刻的内在联系和配合，又有各自的任务和作用。 随着科学技术的发展，用于物理实验的仪器越来越精细和广泛，用实验可以 验证更深一层的理论，推动理论研究的发展，从而启示新的科学思想，提供新的 实验方法。能用精确的数据阐明各类事物的细微差异，证明一定的假设，并使假 设转化为理论，指出理论的适用范围。近代科学的历史表明，物理学领域内所有 研究成果都是理论和实验密切结合的结晶。 在学习物理学时，我们务必明了物理学具有上述特点，正确处理理论课与实 验课的关系，不可偏废一方。 物理实验课的地位、作用和任务： 1．中学物理实验的基础上，按照循序渐进的原则，学习并掌握进行物理实验 的基础知识、基本方法和基本技能，了解科学实验的主要过程，培养学生初步具 有科学实验的能力，为今后的学习和工作奠定良好的实验基础。 2．通过对物理现象的观察和分析，对物理量的测量，加深对物理学某些概念、 规律和原理的理解。 3．培养学生严肃的工作作风，实事求是的科学态度和勇于探索、勇于克服困 难、爱护财产、遵守纪律的优良品德。 应当指出，对于一个工程技术人员来说，如果没有扎实的理论知识，没有足 够的现代科学实验能力，不仅不能作出创造性的成果，也难于适应科学技术飞速 发展的需要，难以担负起建设社会主义祖国的重任
具体要求是：1．能够自行阅读实验教材或资料，作好实验前的准备；2.运用实验原理和方法去研究某些物理现象，并对其进行具体测量，从而得出结论；3．从实验要求或课题出发，根据实验原理，确定和选择适当的仪器设备，完成简单的设计性实验，并能获得正确的结果；4．熟悉常用仪器的基本原理，了解其结构和性能，并能正确使用它们，熟悉基本实验方法。在实验中，注意培养分析和排除故障的能力；5．正确记录和处理实验数据，绘制曲线，分析影响实验结果的原因，撰写合格的实验报告：只要你能抓住重点，认真刻苦的努力学习，严格按照本课程的要求，我们相信，你一定会获得成功
4 具体要求是： 1．能够自行阅读实验教材或资料，作好实验前的准备； 2．运用实验原理和方法去研究某些物理现象，并对其进行具体测量，从而 得出结论； 3．从实验要求或课题出发，根据实验原理，确定和选择适当的仪器设备， 完成简单的设计性实验，并能获得正确的结果； 4．熟悉常用仪器的基本原理，了解其结构和性能，并能正确使用它们，熟 悉基本实验方法。在实验中，注意培养分析和排除故障的能力； 5．正确记录和处理实验数据，绘制曲线，分析影响实验结果的原因，撰写 合格的实验报告； 只要你能抓住重点，认真刻苦的努力学习，严格按照本课程的要求，我们相 信，你一定会获得成功
（摘自《基础物理实验》沈元华陆申龙主编）实验数据的处理物理实验的目的是探寻和验证物理规律，而许多物理规律是用物理量之间的定量关系来表达的。在物理实验中可以获得大量的测量数据，这些数据必须经过认真地、正确地，有效地处理，才能得出合理的结论，从而把感性认识上升为理性认识，形成或验证物理规律。所以，数据处理是物理实验中一项极其重要的工作，本章将介绍一些最基本的数据处理方法，包括误差分析，不确定度评定、有效数字及作图拟合法等。第一节实验误差的分析一个待测物理量的大小，在客观上应该有一个真实的数值，叫作“真值”。由于测量方法、测量仪器、测量条件及测量者的种种问题，实际测得的数值即测量值，只能是一个真值的近似值。测量值与真值之差称为误差。测量方法的考虑、测量仪器的选择、测量条件的确定、测量数据的处理等等都应在可能的范围内力求减少误差。所谓测量，就是由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。例如，为测量一个铁球的质量，可以用天平（测量仪器）把铁球（待测物）放在天平的一侧，把适量的码（其质量为标准量）放在另一侧，适当调节而使两侧平衡时（测量方法），即可得到待测物的质量，即待测量。由此可知，测量值并不等于真值，测量值存在误差的原因可能有以下三方面：测量仪器（及标准量）的问题、测量方法的问题、测量者的问题。现分述如下1.测量仪器及标准量的问题在许多情况下，测量仪器上的刻度（或数字显示）就代表了标准值，如米尺、温度计等。但是这种“标准量”也并非真正标准，它与真正的标准必有差距。例如，米尺端边会磨损、刻度有不均匀性或不够准确、在不同温度下米尺本身的长度的有变化等。2.测量方法的问题采用不同的测量方法可能会得到不同的测量结果，其影响是很明显的。例如，为了测量一块玻璃板的温度，用一般的温度计测量和用激光测量，其结果就往往不一样；为了测量重力加速度，用测单摆周期的方法或用自由落体的方法结果也5
5 (摘自《基础物理实验》沈元华 陆申龙主编) 实验数据的处理 物理实验的目的是探寻和验证物理规律，而许多物理规律是用物理量之间的定 量关系来表达的。在物理实验中可以获得大量的测量数据，这些数据必须经过认 真地、正确地，有效地处理，才能得出合理的结论，从而把感性认识上升为理性 认识，形成或验证物理规律。所以，数据处理是物理实验中一项极其重要的工作， 本章将介绍一些最基本的数据处理方法，包括误差分析，不确定度评定、有效数 字及作图拟合法等。 第一节 实验误差的分析 一个待测物理量的大小，在客观上应该有一个真实的数值，叫作“真值”。由 于测量方法、测量仪器、测量条件及测量者的种种问题，实际测得的数值即测量 值，只能是一个真值的近似值。测量值与真值之差称为误差。测量方法的考虑、 测量仪器的选择、测量条件的确定、测量数据的处理等等都应在可能的范围内力 求减少误差。 所谓测量，就是由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。例如，为测量一个铁球的质量，可以用天平（测量仪器）把铁球（待 测物）放在天平的一侧，把适量的砝码（其质量为标准量）放在另一侧，适当调 节而使两侧平衡时（测量方法），即可得到待测物的质量，即待测量。由此可知， 测量值并不等于真值，测量值存在误差的原因可能有以下三方面：测量仪器（及 标准量）的问题、测量方法的问题、测量者的问题。现分述如下: 1. 测量仪器及标准量的问题 在许多情况下，测量仪器上的刻度（或数字显示）就代表了标准值，如米尺、 温度计等。但是这种“标准量”也并非真正标准，它与真正的标准必有差距。例 如，米尺端边会磨损、刻度有不均匀性或不够准确、在不同温度下米尺本身的长 度的有变化等。 2. 测量方法的问题 采用不同的测量方法可能会得到不同的测量结果，其影响是很明显的。例如， 为了测量一块玻璃板的温度，用一般的温度计测量和用激光测量，其结果就往往 不一样；为了测量重力加速度，用测单摆周期的方法或用自由落体的方法结果也