实验1 《135照相胶片密度的测定》实验提要
实验课题及任务
《135照相胶片密度的测定》实验课题任务是，给定一张135照相胶片(如条状约150.0×35.00×0.125
、质量
约 
左右)样品，测量出该胶片的密度。
学生根据自己所学知识，设计出《135照相胶片密度的测定》的整体方案，内容包括：(写出实验原理和理论计算公式；选择测量仪器；写出实验内容和步骤。)然后根据自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果，写出完整的实验报告，也可按书写科学论文的格式书写实验报告。
设计要求
⑴ 写出该实验的实验原理，推导出密度与各测量物理量的计算公式。
⑵ 选择实验测量仪器要符合精度要求，测量值相对误差在1%之内，并说明选择仪器的理由，确定相应物理量的测量仪器。
⑶ 设计的实验步骤要具有可操作性。
⑷ 测量时那些物理量可以测量一次，那些物理量必须得多次测量，说明原理。
⑸ 测量胶片长度和宽度时应该注意的事项及实际测量的方法。
⑹ 测量135胶片圆角矩形齿孔时，如果计算的是矩形面积，要注意圆角的修正。
⑺ 收实验结果用标准形式表达，即用不确定度来表征测量结果的可信赖程度。
测量仪器和被测物体及提示
⑴ 钢尺：20cm/0.1cm或30cm/0.05cm任选，但必须大于胶片的长度和满足测量值相对误差的要求。
⑵ 游标卡尺：125mm/0.02mm。实验前应检查游标卡尺的零点，允许误差在0.1mm以内。
⑶ 千分尺：25mm/0.01mm。
⑷ 读数显微镜：50mm/0.01mm。
⑸ 光源：钠灯、汞灯或一般的白炽灯任选。
⑹ 物理天平：600g/0.05g或分析天平：200g/0.001g任选；(因胶片质量约1g，因此量程无需太大。)
⑺ 照相胶片：一般的曝光废胶卷即可。(将胶卷裁切成5～10张长度相同的胶片，长度在15～20cm之间，以保证读数的有效数字为4位。可选单张或多张进行测量，由学生自己选择。裁切时注意不要破坏齿孔的完整。使用前先将胶片压平整，注意不要有折痕)。
实验所用公式及物理量符号提示
⑴ 密度
，为单张胶片的质量，
为单张胶片的体积。
⑵ 体积
，
为胶片的长度，
为胶片的宽度，
为单张胶片上齿孔的数目，
为齿孔的面积，
为单张胶片的厚度。
⑶ 
，
为齿孔的长度，
为齿孔的宽度，修正量为：
。
有关测量提示
⑴ 在进行长度测量时：使用钢尺，为了测量准确，通常不用钢尺的端边作为起点；使用千分尺，读数必须要扣除零读数。
⑵ 用读数显微镜测量长度：先调节目镜和十字准线的间距，使十字准线像最清楚；然后再调节目镜镜筒与待测物体的距离，使十字准线像和待测物体的像都清楚。
⑶ 使用分析天平时：要调底盘水平和横梁平衡，注意游码的使用方法，不要用手直接拿砝码，注意防风。
提交整体设计方案时间
学生自选题后2~3周内完成实验整体设计方案并提交。提交整体设计方案，要求用纸质版供教师修改。
注：该实验不需高深理论和烦琐的运算，也不需要特殊的方式方法和自己设计实验装置，该实验是基本知识、基础理论、基本测量仪器的综合性应用。
实验2 《碰撞打靶》实验提要
物体间的碰撞是自然界中普遍存在的现象，从宏观物体的天体碰撞到微观物体的粒子碰撞都是物理学中极其重要的研究课题。
本实验通过两个球体的碰撞、碰撞前的单摆运动以及碰撞后的平抛运动，应用已学到的力学定律去解决打靶的实际问题，从而更深入地了解力学原理，并提高分析问题、解决问题的能力。
实验沿革
本实验的思路是根据美国哈佛大学的“单摆打靶”实验改进而成的。哈佛的实验是这样的：在单摆的摆球与摆线间用一小段胶带纸粘合，当摆到最低点时，让电热丝烧断胶带纸，使摆球作平抛运动；教师临时放置一张靶纸，要求学生据此算出单摆的高度，使摆球击中靶心，然后实验验证之，比赛谁的得分最高(靶心为10分)。他们认为这是一个学生最感兴趣的实验。我们认为这实验构思很好，但对于中国学生，内容还嫌太简单。复旦大学因此把它做了改进：不是让单摆的摆球在最低点时自己作平抛运动去打靶，而是让摆球在最低点去碰撞另一个小球，由被撞球作平抛运动去打靶。这被撞球的质量、大小可与摆球相同，也可以不同，变化很多，内容也丰富多了。根据这一构思，设计了如图2-1所示实验装置，“碰撞打靶实验仪”。我们根据这一实验的构思和复旦大学设计的实验装置，利用我们现有的单摆实验箱，自行组装来完成这一实验，从某种角度来说我们是站在美国哈佛大学和上海复旦大学的肩膀上来做这个实验的，然而难度又增加了几分。
实验课题及任务
《碰撞打靶》实验是通过两个球的碰撞以及碰撞后的平抛运动，研究物体间能量的转换以及运动的变化，了解能量与动量的守恒等力学规律。
学生根据自己所学动力学和运动学的知识和以上的提示，设计出《碰撞打靶》的整体方案，内容包括：(写出实验原理和理论计算公式；选择和制作实验仪器配件，自组实验仪器；研究实验方法；写出实验内容和步骤)，然后根据自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果。按书写科学论文的要求写出完整的实验报告。
设计要求及提示
⑴ 用单摆实验箱，搭建如上图相似的实验装置(可以改进使之更加合理)，反复实验，找出规律，根据能量守恒定律和动量守恒定律及平抛运动规律，通过理论公式，导出碰撞后小球运动的水平距离x与单摆球的起始高度h和、下落高度y、两球的质量m1、m2的理论关系(导出计算公式)，再通过实验验证，看是否相符，如果有差别，找出原因加以修正，最好能总结出该实验的经验公式(选作)。写出该实验的实验原理。(注：这一步是本实验的关键所在，得先到实验室进行实验，通过实验研究，分析论证，找出规律，才能写出实验原理。)
⑵ 该实验有多种方法，可以根据上面的提示来设计，也可以根据自己的设想和方法来设计。
⑶ 选择实验测量仪器，钢尺(300mm/0.5mm、200mm/0.5mm、1m/0.001m)、天平(600g/0.05g)、游标卡尺(150mm/0.02mm)。
⑷ 实验组件：碰撞小球、支架、线绳、靶纸和复写纸(自备)、支撑柱等。
⑸ 设计出实验方法和实验步骤，要具有可操作性。
⑹ 如何由给定y值求出x和h的关系？
，其中m1为撞击球的质量，m2为被撞球的质量。当m1=m2时，有
。
⑺ 实验结果分析(分析实验值和理论值的误差，并找出原因)。
实验前的准备
⑴ 根据实验要求组建一个碰撞打靶试验仪，(各零件包括撞击球、被撞球、细绳、小磁铁等自己考虑可以取舍)。
⑵ 检查天平、钢尺和游标卡尺等是否正常。
⑶ 备好一张靶纸及复写纸。
⑷ 备好相应的附件：一个铜球、一个铝球、一个大铁球、两个相同的金属球。
⑸ 简单的工具：尖头钳一把(临时仪器维修用)。
设计实验内容提示
参考上图的实验装置自组实验装置。
先做几次实验，熟悉仪器使用方法；然后放上靶纸，在靶纸上写自己的专业、班级、姓名，根据靶纸的位置和小平台的高度算出h值；做几次打靶实验，根据球的实际落点修正计算值，直到有把握击中靶心。
当确认能击中靶心时，将复写纸覆盖在靶纸上，打靶三次，根据击中环数的平均值计算学生的打靶成绩。取回靶纸。
实验中常见的问题及其解决方法
实验x值通常小于计算值。这是因为平台的摩擦、空气阻力等原因造成；但若差距太大，要检查是否计算有误或实验方法有误。
要求两球正碰撞，使被撞球的平抛轨迹始终在竖尺和升降台组成的平面上。要从正面和侧面观察两球的位置：正面两球水平，侧面两球重合。
直径不同的球在计算高度时要考虑球的半径。
提交整体设计方案时间
学生自选题后2~3周内完成实验整体设计方案并提交。提交整体设计方案，要求用纸质版供教师修改。
参考文献
《基础物理实验》 沈元华 陆申龙 主编 高等教育出版社 实验3-2《碰撞打靶》。
实验3 《物体在液体中的运动研究》实验提要
实验课题及任务
《物体在液体中的运动研究》实验课题任务是：研究各种质量相同、形状不同的物体在水中下落时的速度将多不相同，这是由于粘滞阻力对这些物体的影响不同所致，用实验的方法研究它们之间的关系，并由此总结出规律。
学生根据自己所学的知识，并在图书馆或互联网上查找资料，设计出《物体在液体中的运动研究》的整体方案，内容包括：写出实验原理和理论计算公式，研究测量方法，写出实验内容和步骤，然后根据自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果，写出完整的实验报告，也可按书写科学论文的格式书写实验报告。
设计要求
⑴ 通过查找资料，并到实验室了解所用仪器的实物以及阅读仪器使用说明书，了解仪器的使用方法，找出所要测量的物理量，并推导出计算公式，在此基础上写出该实验的实验原理。
⑵ 选择实验的测量仪器，设计出实验方法和实验步骤，要具有可操作性。
⑶ 在坐标纸上作
图，由图总结出物体的形状与速度、粘滞阻力与速度的关系。
⑷ 计算小球的加速度与速度之间的关系。
⑸ 分析讨论实验结果。
实验仪器
气垫导轨及附件、数字计时器、橡皮泥、细绳、水、大量筒、天平与游标尺。
实验提示
将一定质量的橡皮泥分别捏成球形、圆锥形、圆盘形、流线型等，质量约为10
左右，物体线度
约为2.5cm。将橡皮泥系在线的一端在水中落下，线的另—端则通过所垫滑轮与滑块相连。测出其落入水中后，通过不同位置时的速度
。
实验时不考虑气轨与滑块的阻力。不计细线与滑轮的摩擦，不计细线的伸长及粘湿的情况。
提交整体设计方案时间
学生自选题后2~3周内完成实验整体设计方案并提交。提交整体设计方案，要求用纸质版供教师修改。
实验4 《弦线振动法测定液体密度实验》实验提要
实验课题及任务
《弦线振动法测定液体密度实验》实验课题任务是：研究弦线振动时波长
的大小与弦线受到的张力
有关，在其它条件不变的情况，改变弦线受到的张力即可改变波长，通过比较同一砝码在空气中与在待测液体中时分别产生的张力不同，而产生不同的波长，进一步求出待测液体的密度。
学生根据自己所学的知识，并在图书馆或互联网上查找资料，设计出《物体在液体中的运动研究》的整体方案，内容包括：写出实验原理和理论计算公式，研究测量方法，写出实验内容和步骤，然后根据自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果，写出完整的实验报告，也可按书写科学论文的格式书写实验报告。
设计要求
⑴ 通过查找资料，并到实验室了解所用仪器的实物以及阅读仪器使用说明书，了解仪器的使用方法，找出所要测量的物理量，并推导出计算公式，在此基础上写出该实验的实验原理。
⑵ 选择实验的测量仪器，画出实验装置原理图，设计出实验方法和实验步骤，要具有可操作性。
⑶ 写出浸入待测液体中的物体体积的测量可行方法；
⑷ 写出浸入待测液体的密度公式，并计算出待测液体的密度
。
⑸ 分析讨论实验结果。
实验仪器
弦振动实验仪一套、水、待测液体、烧杯等。
实验提示
物体浸没在液体中受到的浮力大小为：
弦线在振动时频率
、波长、张力及弦线的线密度
有如下关系：
当频率与线密度一定时，上式左右两边同时取对数，得到下式后还可以进一步简化。
提交整体设计方案时间
学生自选题后2~3周内完成实验整体设计方案并提交。提交整体设计方案，要求用纸质版供教师修改。
参考书籍
《大学物理实验》陆廷济 胡德敬 陈铭南 主编
实验5 《用焦利氏秤测量弹簧的有效质量》实验提要
实验课题及任务
《用焦利氏秤测量弹簧的有效质量》实验课题任务是：自然界存在着多种振动现象，其中最简单的振动是简谐振动。一切复杂的振动都可以看成是由多个简谐振动合成的。本实验是研究焦利氏秤下面的弹簧的简谐振动，测量弹簧的有效质量，验证振动周期与质量的关系。
学生根据自己所学的知识，并在图书馆或互联网上查找资料，设计出《用焦利氏秤测量弹簧的有效质量》的整体方案，内容包括：写出实验原理和理论计算公式，研究测量方法，写出实验内容和步骤，然后根据自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果，写出完整的实验报告，也可按书写科学论文的格式书写实验报告。
设计要求
⑴ 通过查找资料，并到实验室了解所用仪器的实物以及阅读仪器使用说明书，了解仪器的使用方法，找出所要测量的物理量，并推导出计算公式，在此基础上设计出测定简谐振动周期与弹簧的倔强系数，弹簧振子的有效质量数值关系的方法，写出实验原理。
⑵ 选择实验的测量仪器，设计出实验方法和实验步骤，要具有可操作性。
⑶ 拟出实验步骤，列出数据表格，建议多次测量减小误差。
⑷ 用最小二乘法处理实验数据。
⑸ 分析讨论实验结果。
实验仪器
焦利氏秤及附件、天平、秒表或数字毫秒计。
实验提示
在一上端固定的弹簧下悬一重量为的物体，弹簧的倔强系数为
。在弹簧的弹性回复力的作用下，如果略去阻力，则物体作简谐振动。不考虑弹簧自身的质量时，列出振动周期与质量，倔强系数的关系式。
由于焦利氏秤的弹簧值很小，弹簧自身的有效质量
与弹簧下所加的物体系（包括小镜子、砝码托盘和砝码）的质量相比不能略去，在研究弹簧作用简谐振动时，需考虑其有效质量。若考虑弹簧的有效质量时，、、、等关系又如何？
提交整体设计方案时间
学生自选题后2~3周内完成实验整体设计方案并提交。提交整体设计方案，要求用纸质版供教师修改。
实验6 《用热敏电阻改装温度计》实验提要
实验课题及任务
热敏电阻是阻值对温度变化非常敏感的一种半导体。不同于导体的阻值——温度特性（温度升高，阻值增大），半导体热敏电阻的阻值——温度特性是当温度升高，阻值降低。产生这种现象的原因是由于半导体中的载流子数目随着温度升高而按数激烈地增加，载流子的数目越多，导电能力越强，电阻率就越小。热敏电阻温度计是利用半导体的电阻值随温度急剧变化的特性而制作的，以半导体热敏电阻为传感器，通过测量其电阻值来确定温度的仪器。可以利用这种“非平衡电桥”的电路原理来实现对温度的测量。用半导体热敏电阻作为传感器，设计制作一台测温范围为40℃~80℃的半导体温度计。
《用热敏电阻改装温度计》实验课题任务是：根据所学的知识，设计实验把所给的热敏电阻改装成热敏温度计。
学生根据自己所学的知识，并在图书馆或互联网上查找资料，设计出《用热敏电阻改装温度计》的整体方案，内容包括：(写出实验原理和理论计算公式，研究测量方法，写出实验内容和步骤。)，然后根据自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果，写出完整的实验报告，也可按书写科学论文的格式书写实验报告。
设计要求
⑴ 通过查找资料，并到实验室了解所用仪器的实物以及阅读仪器使用说明书，了解仪器的使用方法，找出所要测量的物理量，并推导出计算公式，了解非平衡电桥的工作原理，在此基础上写出该实验的实验原理。
⑵ 选择实验的测量仪器，设计出实验方法和实验步骤，要具有可操作性。
⑶ 温度计的测量范围在40℃～80℃，根据实验情况确定测量温度间隔（最大不能超过5℃）。
⑷ 定标时要求测量升温和降温中同一温度下热敏温度计的指示值（自己确定测量间隔，要达到一定的测量精度）。定标后的刻度要求为：一大格表示5℃，一小格表示1℃。
⑸ 要求测量R～t曲线，标出改装后的的温度计的刻度，然后再进行校正，校正时的温度点不要和定标时的温度点相同。
实验仪器
惠斯通电桥，电阻箱，表头，热敏电阻，水银温度计，量热器等
提交整体设计方案时间
学生自选题后2~3周内完成实验整体设计方案并提交。提交整体设计方案，要求用纸质版供教师修改。
思考题
如何才能提高改装热敏温度计的精确度？
实验7 《测量小灯泡伏安特性曲线》实验提要
实验课题及任务
《测量小灯泡伏安特性曲线》实验课题任务是：电学知识告诉我们当电压一定时，电流
与电阻
成反比，但小灯炮的电阻会随温度的改变而变化，小灯泡(6.3、0.15
)在一定电流范围内其电压与电流的关系为
，和是与灯泡有关的系数。
学生根据自己所学的知识，并在图书馆或互联网上查找资料，设计出《测量小灯泡伏安特性曲线》的整体方案，内容包括：写出实验原理和理论计算公式，研究测量方法，写出实验内容和步骤，然后根据自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果，写出完整的实验报告，也可按书写科学论文的格式书写实验报告。
设计要求
⑴ 通过查找资料，并到实验室了解所用仪器的实物以及阅读仪器使用说明书，了解仪器的使用方法，找出所要测量的物理量，并推导出计算公式，在此基础上写出该实验的实验原理。
⑵ 选择实验的测量仪器，设计出测小灯泡伏安曲线的电路和实验步骤，要具有可操作性。
⑶ 验证公式；
⑷ 求系数和；
⑸ 求出室温下灯丝电阻，分析讨论实验结果。
实验仪器
小灯泡、电流表、电压表、变阻器、直流电源、开关、导线。
实验提示
小灯泡通电后，灯丝的电阻受灯丝的影响。低温时灯丝的电阻的变化与温度升到较高时电阻变化是不一样的。
提交整体设计方案时间
学生自选题后2~3周内完成实验整体设计方案并提交。提交整体设计方案，要求用纸质版供教师修改。
实验8《利用刚体转动惯量实验仪验证转动定律》
实验提要
实验课题及任务
物理实验室有多套刚体转动惯量实验仪，该实验设计有缺陷，实验误差较大，闲置多年不用。在大学物理实验里，没有关于刚体定轴转动定律方面的实验。为了使闲置仪器再次利用，同时填补刚体定轴转动定律方面的实验空白，要求学生设计一个“利用刚体转动惯量实验仪验证转动定律”的设计性实验。本实验要求学生了解“刚体转动惯量实验仪实验”[参考附录1]，利用实验室现有的气垫导轨实验用的
型数字毫秒计及光电门，对刚体转动惯量实验仪进行改装，验证刚体定轴转动定律。[提示：计算出合外力矩
与
，当合外力矩与成正比时，刚体定轴转动定律
成立。]
学生根据自己所学的知识，并在图书馆或互联网上查找资料，设计出《利用刚体转动惯量实验仪验证转动定律》的整体方案，内容包括：(写出实验原理和理论计算公式，研究测量方法，写出实验内容和步骤。)，然后根据自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果，按要求写出完整的实验报告。
设计要求
本实验要求学生自主完成四部分内容：一是完成刚体转动惯量实验仪的改装，二是自主设计实验原理及内容，三是估测阻力矩，四是验证刚体定轴转动定律。
实验仪器
刚体转动惯量实验仪，型数字毫秒计，光电门
学时分配
实验验收，3学时，在实验室内完成；教师指导(开放实验室)和开题报告2学时。
思考题
如何才能提高实验的精确度？
提交整体设计方案时间
学生自选题后2~3周内完成实验整体设计方案并提交。提交整体设计方案，要求手写设计方案，字迹清晰，作图准确。
附录1
刚体转动实验仪
实验目的
1 学会应用功能原理测量物体的转动惯量。
2 通过实验加深认识影响转动惯量的因素，学会用作图法处理资料；
3 学习一种消除系统误差的方法。
实验仪器
刚体转动实验仪，秒表，砝码，米尺。
仪器介绍
刚体转动实验仪如图8-1所示。A是一个具有不同半径r的塔轮，其中心轴支
承在支臂I和底座J之间，两根具有等分刻度的均匀细杆B和B′对称地装在塔轮的中心套两侧，圆柱形重物m0可沿B和B′移动，它们一起组成了一个可以绕定轴00′转动的刚体系。若在塔轮上绕一层细线，其另一端通过支承在实验台上的滑轮C与砝码M相连，当砝码下落时，细线对刚体系施加外力矩，使刚体转动，滑轮C的支架可通过滑轮台架E上的固定螺钉D而升降，以保证细线绕不同半径的塔轮时可保持与转轴垂直。H是滑轮台架固定板手，F是作为砝码下落是起始位置的标记。
图8-1 刚体转动实验仪
4．实验原理
根据转动定律，刚体绕固定轴转动时,刚体的角加速度β与所受的合外力矩M成正比，与转动惯量J成反比，即
M=βJ
如图8-1所示，刚体系(塔轮A、横柱B、B′和两个质量为m0的重物)所受外力矩是绳的张力及轴上的摩擦力矩。根据转动定律，有
Tr－Mr=βJ
式中T为绳中张力；r为轮的半径；Mr为轴上的摩擦力矩。
以砝码m为研究对象，根据牛顿第二定律，有
mg－T′=ma
推导整理可得：
在实验过程中，如果满足g>>a，上式中a可忽略，则有
(8-10)
又如
<<
，略去，则有
下面分两种情况进行讨论：
⒈若保持r、h及的位置不变，改变砝码的质量m，则相应的下落时间t也变化。令
得：
上式表明，在保持r、h及的位置不变时，m与
成反比。在直角坐标纸上作
图，如果得到一条直线，则由实验结果验证刚体的转动定律是成立的。
从图中求出斜率k和截距b，可分别求出刚体系的转动惯量J和摩擦力矩。
2.若保持h、m及的位置不变，改变r,则相应的下落时间t也变化。可得：
式中
上式表明，在保持h、m及m0的位置不变时，r与t成反比。在直角坐标纸上
作
图，如果得到一直线，说明刚体的转动定律成立。
从图中求出斜
，则亦可求出刚体系的转动惯时J。
实验步骤
⒈调节实验装置。松开支臂I上方的固定螺钉G，取下塔轮，换上铅垂准钉,调节仪器底脚螺旋
，使铅直准钉尖对准下轴承中心，这时，OO’轴线已处于垂直方向。装上塔轮调节器节支臂I上方螺钉G，使塔轮沿其轴向有一定量的空隙，以减小摩擦，让塔轮转动灵活，调好后用固紧螺母K固紧，并在实验过程中维持摩擦力矩不变。
⒉选取绕线轮的半径r＝3.00cm,将重物放置位置(5,5')，将砝码m从一固定高度h由静止开始下落。改变m，每次增加5.00g，直到m＝35.00g为止。用秒表测出时间t, 测量三次填表8-1中。
⒊将放置位置(5,5')，维持m＝20.00g，改变r(取1.00、1.50、2.00、2.50、3.00cm)，测出时间t三次，填入表8-2中。
数据处理要求
1.在直角坐标纸上作出图，图，得出必要的结论， 并求出刚体的转动惯量J。
2. 对计算结果进行误差分析。
3. 数据记录表格如下：
表8-1 测量刚体转动惯量 r＝3.00cm h＝ cm
J＝ Kg·m2
表8-2 测量刚体转动惯量 m＝20.00g h＝ cm
J＝ Kg·m2
7．注意事项
⒈实验中不可旋动螺丝G，以保证摩擦力矩不变。
⒉机械秒表使用完毕，应让其继续走动，使发条放松。
实验9《刚体转动惯量实验仪的改装》
实验提要
实验课题及任务
物理实验室有多套刚体转动惯量实验仪，该仪器及实验设计有缺陷，实验误差较大，效果不明显，闲置多年不用。本实验要求学生分析原“刚体转动惯量实验仪实验”的缺陷[参考实验8附录1]，利用实验室现有的气垫导轨实验用的型数字毫秒计及光电门，对刚体转动惯量实验仪进行改装，根据给出的提示公式
、
及，提出新的实验原理，对转动惯量进行测量。
学生根据自己所学的知识，并在图书馆或互联网上查找资料，设计出《刚体转动惯量实验仪的改装》的整体方案，内容包括：(写出实验原理和理论计算公式，研究测量方法，写出实验内容和步骤。)，然后根据自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果，按要求写出完整的实验报告。
设计要求
本实验要求学生自主完成四部分内容：一是要求学生分析原“刚体转动惯量实验仪实验”的缺陷，二是完成刚体转动惯量实验仪的改装，三是设计出新的实验原理，四是测量刚体的转动惯量。
实验仪器
刚体转动惯量实验仪，型数字毫秒计，光电门
学时分配
实验验收，3学时，在实验室内完成；教师指导(开放实验室)和开题报告2学时。
提交整体设计方案时间
学生自选题后2~3周内完成实验整体设计方案并提交。提交整体设计方案，要求手写设计方案，字迹清晰，作图准确。
思考题
如何才能提高刚体的转动惯量的精确度？
提交整体设计方案时间
学生自选题后2~3周内完成实验整体设计方案并提交。提交整体设计方案，要求用纸质版供教师修改。
实验10 《将微安表改装成多量程电流表并进行初校》
实验提要
实验课题及任务
《将表头改装成多量程电流表》实验课题任务是：利用所给的仪器，结合所学的知识，把表头改装成
、
双量程电流表，完成电表改装电路所需仪器与校正电路。
学生根据自己所学的知识，并在图书馆或互联网上查找资料，设计出《将表头改装成多量程电流表》的整体方案，内容包括：写出实验原理和理论计算公式，研究测量方法，写出实验内容和步骤，然后根据自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果，，写出完整的实验报告，也可按书写科学论文的格式书写实验报告。
实验仪器
量程
的微安表一块，电阻箱(0.1级)三个，惠斯登电桥、数字电压表[精度(0.08%U+0.1)
]、3V直流稳压电源、开关各一个、滑线变阻器两个（高值、低值各一个）。
实验所用公式及物理量符号提示
⑴ 测微安表内阻时，电桥用外接电源并须降压使用，以免测量时微安表过载。
⑵ 将标称量程为、级别为
级的微安表，改装成、双量程电流表。参考电路如图11-1所示。
⑶ 先测量微安表的内阻
和满刻度的电流实际值
。用实际测出的和算出
和
的数值。实验中、用电阻箱。课前推导出计算、的公式，画好测、的电路图。
⑷ 以数字万用表的电压档作为标准表，两个滑线变阻器串联起来接入电路中，自己拟定校表电路，初校改装好的电表。对改装表的要求是：两个量程中各点的误码率均不超过
(每个量程校10 个点)。课前拟好数据表据。
提交整体设计方案时间
学生自选题后2~3周内完成实验整体设计方案并提交。提交整体设计方案，要求用纸质版供教师修改。
参考书籍
《大学物理实验》陆廷济 胡德敬 陈铭南 主编
实验11 《金属电阻及电阻率的研究》实验提要
实验课题及任务
学生根据给出直流双臂电桥，金属铜漆包线制作成的四端电阻，螺旋测微器，烧杯，热水，温度计等仪器，设计出《金属电阻及电阻率的研究》的整体方案，内容包括：利用经典金属电子论解释金属电阻及电阻率的微观本质，提出测量金属电阻率及电阻率温度系数的方法，分析了产生误差的主要原因，提出减小误差的方法。（写出实验原理和理论计算公式，研究测量方法，写出实验内容和步骤。），然后根据自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果，按书写科学论文的要求写出完整的实验报告。
实验设计提示
实验表明，导体的电阻与其材料、形状、长短、粗细及温度有关。一段柱形的均匀导体的电阻由下式决定：
（1）
其中
是导体的长度，是导体的横截面积， 是与导体的材料及温度有关的量，叫导体的电阻率。
通常电阻的阻值会随温度的改变而发生改变，对于金属导体，变化关系可用下式表示：
，要求不高时，可近似认为：
，其中
为温度系数。要想测量金属电阻的电阻率和温度系数，因为其电阻很小，所以需要用双臂电桥来测量。
金属导电的欧姆定律和电阻可以用经典金属电子论解释，该理论可到图书馆查阅下列资料：
徐游.电磁学[M].北京：科学出版社，2004. 147, 152-153.
梁灿彬，秦光戎，梁竹健.电磁学[M].北京：高等教育出版社，1986. 189-191，195-197.
有关测量提示
⑴ 用双臂电桥测量电阻时，开关B只能在测量时按下，测好后应及时松开再读数。
⑵ 测量电阻温度系数时，温度读数应尽量做到同时进行。
⑶ 测量时应使热水的温度一边下降一边测量，自己确定测量的次数和测量温度间隔。
提交整体设计方案时间
学生自选题后2~3周内完成实验整体设计方案并提交。提交整体设计方案，要求用纸质版供教师修改。
思考题
⑴ 可以采取哪些措施来减少测量的误差？
⑵ 简述双臂电桥的使用步骤和应注意的事项。
实验12 《滑线变阻器的限流特性与分压特性的研究》
实验提要
实验课题及任务
《滑线变阻器的限流特性与分压特性的研究》实验课题任务是：在电学实验中经常用到滑线变阻做一分压控制电路和限流控制电路。如何根据实验要求正确选择滑线变阻器的参数(阻值和额定电流)，使得负载上的电流和电压能随变阻器触头位置的改变而均匀地变化，即所谓调节的线性较好。测定滑线电阻的限流特性曲线和分压特性曲线，便可得知滑线电阻与负载应怎样匹配。
学生根据自己所学的知识，并在图书馆或互联网上查找资料，设计出《滑线变阻器的限流特性与分压特性的研究》的整体方案，内容包括：写出实验原理和理论计算公式，研究测量方法，写出实验内容和步骤，然后根据自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果，写出完整的实验报告，也可按书写科学论文的格式书写实验报告。
设计要求
⑴ 通过查找资料，并到实验室了解所用仪器的实物以及阅读仪器使用说明书，了解仪器的使用方法，找出所要测量的物理量，并推导出计算公式，在此基础上写出该实验的实验原理。
⑵ 选择实验的测量仪器，制定实验方案，推导测量公式，设计测量电路，要具有可操作性；
⑶ 测绘限流特性与分压特性曲线；
⑷ 根据所绘特性曲线讨论负载与滑线变阻器的匹配问题，分析讨论实验结果。
实验仪器
直流稳压电源、滑线变阻器(多种规格)、电阻箱、电压表、电流表。
实验提示
1． 限流器的电路如图13—1所示
电流的最大值和最小值分别为
， 
这就是电流的调节范围。
愈大， 
愈小，调节范围愈大。我们还要考虑调节时对电流控制的线性程度。
负载
的电流为
引进参数。
，
，可得
请选择
为何值时，分别列表测出与，与
的数据，并用坐标纸作出
的关系曲线，讨论为何值时，电流调节范围较大，调节线性较好且细调程度高，从而选择合适的滑线变阻器与负载相匹配。
2．分压器的电路如图13-2所示。
同样引入参数，
。可得
同限流器方法进行实验，分析滑线变阻器作分压器时如何选取，才能与负载相匹配。
提交整体设计方案时间
学生自选题后2~3周内完成实验整体设计方案并提交。提交整体设计方案，要求用纸质版供教师修改。
实验13 表头参数的测定
实验课题及任务
《表头参数的测定》实验课题任务是：电流表、电压表和欧姆表等在电学测量中被广泛使用。它们都有一个共同部件“表头”，表头实际上就是“灵敏的直流电流表”。表头内阻
、量程
和等级
是描述表头的三个重要参数。学习表头参数测定对生产和应用都有重要的意义。用箱式电位差计测量表头的参数。
学生根据自己所学的知识，并在图书馆或互联网上查找资料，设计出《表头参数的测定》的整体方案，内容包括：写出实验原理和理论计算公式，研究测量方法，写出实验内容和步骤，然后根据自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果，写出完整的实验报告，也可按书写科学论文的格式书写实验报告。
设计要求
⑴ 通过查找资料，并到实验室了解所用仪器的实物以及阅读仪器使用说明书，了解仪器的使用方法，找出所要测量的物理量，并推导出计算公式，在此基础上写出该实验的实验原理。
⑵ 设计用箱式电位差计测量表头参数的附加电路，简述测量方法、原理及公式。
⑶ 拟定实验步骤及数据记录表格。
⑷ 测量有关数据，作出校准曲线，计算测量结果。
实验仪器
UJ36箱式电位差计、电阻箱、标准电阻、待测表头
实验提示
⑴ 用电位差计测电流表的内阻
设
是标准电阻，是待测电流表内阻，请自行设计一电路，用电位差计分别测出电压
与
，求出。
⑵ 用电位差计校准电流表
设为标准电阻，用电位差计可测出上的电压，则流过中电流的实际值为
再从电流表上读出电流指示值，与
进行比较，其差值
称为电流表指示值的误差。找出所测值中的最大误差
，按下式确定电流表级别。
为了使被校准的电流表在校准后有较高的准确度，电位差计与标准电阻的准确度等级，必须比较校准的电表的级别高。
⑶ 表头量程的测量
调节使得表头电流为最大(即所标电流)，用提示2方法多次测量上的电压值
可得。
⑷ 箱式电位差计的操作程序很严密，在实际操作时尽可能预置测量值，在拟定实验步骤或实验方法时应予考虑。
提交整体设计方案时间
学生自选题后2~3周内完成实验整体设计方案并提交。提交整体设计方案，要求用纸质版供教师修改。
附录2
UJ36型电位差计
如图10-1、10-2分别是UJ36型电位差计的电路原理示意图、电路图，其电路原理示意图，工作原理都是采取补偿原理。UJ36型电位差计可在实验室或工作现场测量电动势或直流电压，也常用来校正直流毫伏表及电子电位差计，如配合其它仪器还能对直流电阻、电流及温度等物理量进行测量
UJ36型电位差计，由步进读数盘和滑线读数盘以及晶体管放大检流计、电键开关、标准电池组成。工作回路电流分别为：×1时，5mA；×0.2时，1mA。步进读数盘由11只2Ω电阻组成，滑线盘电阻为2.2Ω。其板面图如11—附—4所示。图中“调零”为检流计的电气调零旋钮；倍率开关共有G1、x1、断、x0.2、G0.25档；步进数盘旋钮每档递增10mV、最高档为110mV，滑线读数盘自0至10.5mV连续可调。
使用说明
1.将被测未知的电压（或电动势）接在“未知”的二个接线柱上（注意极性）。
2.把倍率开关调到所需要的档上，同时接通电位差计工作电源和检流计放大器电源，3分钟以后，进行检流计指零调节。
3.将扳键开关扳向“标准”，调节多圈变阻器，使检流计指零。
4.再将扳键开关，扳向“未知”，调节步进读数盘和滑线读数盘使检流计再次指零，未知电压（或电动势）按下式表示：
Ux=（步进盘读数＋滑线盘读数）×倍率
5.倍率开关旋向“G1”时，电位差计处于×1位置，检流计短路。倍率开关旋向“G0.2”时，电位差计处于×0.2位置，检流计短路。在未知端可输出标准直流电动势（不可输出电流）。
6.在连续测量时，要求经常核对电位差计工作电流，防止工作电流变化。
实验14 《用钢板尺测量激光的波长》实验提要
课题的提出和依据
光是一种电磁波，光在真空中的波长不同，性质也不同．如波长小于390nm的光波叫紫外光，它有杀菌作用；波长大于770nm的光波叫红外光，它能传递热量．波长在390nm至770nm之间的光波是人眼可见的，叫可见光，不同波长有不同的颜色：如波长为390～446nm的光是紫色的，波长为620～770nm的光是红色的，橙、黄、绿、蓝各色依次排列其间，都由其波长决定，而与其强度、方向等因素无关．由此可见，光的波长是决定光波性质的最重要的参数之一．那么，怎样才能测出光的波长呢?可见光在真空中(或空气中)的波长只有万分之几毫米，这么短的长度又怎么用毫米刻度尺去测量呢?
本实验用最小分度为0.5 mm的普通钢尺“量”出只有0.000 6 mm左右的波长，而且看到了反射角不等于入射角的“奇怪”现象．它说明，反射定律只是在一定条件下才成立的，如果反射面上刻有许多很细而且等间距的刻痕，就可使不同波长的光反射到不同的方向去，这就是现代高科技中常用的光学元件——“光栅”的雏形．光栅是一种比棱镜更好的分光器件。如果利用光栅的衍射原理就不难用普通的钢尺测量出激光的波长。
实验课题及任务
《用钢板尺测量激光的波长》实验课题任务是，利用光的波动性，用一把钢板尺，通过用激光照射钢板尺的带有刻度的一面而反射到光屏上的衍射花样，根据激光的相干性和反射光的干涉原理，经过分析，找出规律，测量出激光的波长。
学生根据自己所学知识，设计出《用钢板尺测量激光的波长》的整体方案，内容包括：(写出实验原理和理论计算公式；选择测量仪器；研究测量方法；写出实验内容和步骤。)然后根据自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果，写出完整的实验报告，也可按书写科学论文的格式书写实验报告。
实验原理提示
众所周知，用一把普通的钢尺，可以方便地测量出一本练习簿的长度和宽度，而要测量它的厚度就有些困难了，因为钢尺上两相邻刻线的间距是0.5 mm或l mm，而一般练习簿的厚度也不过l mm左右，所以很难测准．现在要用这把钢尺去测量只有万分之几毫米的光的波长，这看来似乎是不可能的。
如果实验利用光的波动性质，用一把普通的钢尺就能够巧妙地把这么短的波长测出来．它的测量原理如图16-1所示：
让一束激光照到钢尺的端部，其中一部分激光从钢尺上方直接照到观察屏上的－
点，其余激光从钢尺表面反射到屏上．在屏上除了与－对称的点有反射亮斑外，还可看到一系列亮斑、S1、S2、S3……Sn.。这是因为，尺上是有刻痕的(刻痕的间距是d=0.5 mm)，光在两刻痕间的许多光滑面上反射，这些反射光如果相位相同(即波峰与波峰相遇，波谷与波谷相遇)，则它们会相互叠加而加强，形成亮斑，否则会相互抵消而减弱．由图16-2可知，从光源某一点A发出而在相邻光滑面B、B’反射的光，到达屏上C点时所经过的路程差(称为光程差)为：
△=ABC－AB/C=BD/一DB/=d(cos
一cos
) (1)
若△恰好等于零或等于波长
的整数倍，则这些反射光的相位就相同，屏上C点就会出现亮斑．显然，在
处，△=0，这就是在S。处的亮斑．在S1、S2、S3、S4、……处，必有：
△=，△=2，△=3，△=4……．
因此，由(1)式可知：
d(cos一cos1 ) =
(2)
d(cos一cos2 ) =2 (3)
d(cos一cos3 )=3
(4)
d(cos一cos4 ) =4 (5)
其中d=0.5 mm是已知的，因此，只要测出和
、
、
、
……就可从以上各式算出波长的值．实验中，使尺与屏垂直，则：
(6)
其中，L是尺端到屏的距离，h是各亮斑到O点的距离，而O点位于S。点和一S。点的中心．量出各亮斑间的距离即可求得各值，而对应于亮斑S。的就是。
设计要求
⑴ 写出该实验的实验原理，推导出波长的计算公式。确定待测的物理量。
⑵ 选择实验测量仪器要符合精度要求，测量值相对误差在1%之内，并说明选择仪器的理由，确定相应物理量的测量仪器。
⑶ 写出实验内容及步骤。设计的实验步骤要具有可操作性(写出测量时实验装置的摆放及其位置角度、应该注意的事项及实际测量的方法等)。
⑷ 设计出实验测量原始数据的表格。
⑸ 实验结果用标准形式表达，即用不确定度来表征测量结果的可信赖程度。
测量仪器的选择及提示
小型半导体激光器一支，普通钢尺一把，卷尺一把，胶带纸若干，纸若干，垫高物等。
提交整体设计方案时间
学生自选题后2~3周内完成实验整体设计方案并提交。提交整体设计方案，要求用纸质版供教师修改。
参考文献
《基础物理实验》 沈元华 陆申龙 主编 高等教育出版社
实验15 《目测法测透射光栅常数》实验提要
实验课题及任务
《目测法测透射光栅常数》实验课题任务是，给定一个光栅和光源(如汞灯、钠灯或激光器等)，根据光源的已知光谱，在没有分光计和其它测量仪器的情况下，仅利用米尺和自制实验器材，结合直接目视法，测量透射光栅的光栅常数。该实验还可以已知光栅常数测量未知谱线的波长。
学生根据自己所学知识，设计出《目测法测透射光栅常数》的整体方案，内容包括：(写出实验原理和理论计算公式；选择测量仪器；研究测量方法；写出实验内容和步骤。)然后根据自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果，写出完整的实验报告，也可按书写科学论文的格式书写实验报告。
设计要求
⑴ 通过在实验室用目测的方式观察光栅的衍射现象，绘制出光路图，通过对光路图的分析，找出光栅方程与光路图中的那些物理量(即待测量的物理量)有关，根据光栅方程和待测物理量的关系推导出计算公式，写出该实验的实验原理。(注：这一步是本实验的关键所在，得先到实验室观察实验现象，通过实验现象的观察，绘制出光路图，分析论证，找出规律，才能写出实验原理。)
⑵ 选择实验测量仪器，仅限于光栅、米尺(10m/0.005m或3m/0.001m)、光源(汞灯、钠灯或激光器)的选择，可以自制辅助器件。
⑶ 设计出实验方法和实验步骤，要具有可操作性。
⑷ 测量时那些物理量可以测量一次，那些物理量必须得多次测量，说明原理。
⑸ 实验结果用标准形式表达，即用不确定度来表征测量结果的可信赖程度。
实验仪器的选择及提示
⑴ 光栅：实验室给定，光栅参数为：300/mm
⑵ 米尺：3m/0.001m或10m/0.005m任选，
⑶ 光源：钠灯、汞灯、激光器，任选。
⑷ 可以自制实验器材，如带刻度的条型光屏，也可以借助现有实验室的条件。
实验所用公式及物理量符号提示
⑴ 光栅方程: 
(k=0、
1、2、3、……)
式中
(其中
为光栅缝宽，
为相邻缝间不透明部分的宽度)为相邻狹缝之间的距离，称为光栅常数，为光波波长，为衍射光谱线的级次。
⑵ 用
表示谱线到0级谱线的距离，用
表示光栅到0级谱线的垂直距离。
提交整体设计方案时间
学生自选题后2~3周内完成实验整体设计方案并提交。提交整体设计方案，要求用纸质版供教师修改。
思考题
⑴ 光栅与光源之间的距离多远比较合适？
⑵ 眼睛与光栅的距离对测量有没有影响？
⑶ 光屏和光源是否一定要在一个平面内？
⑷ 光栅与光屏的距离测量，该实验应采用单次测量还是多次测量？单次测量能否满足测量精度的要求？
参考文献
参阅各实验书籍中的夫琅和菲衍射原理及光栅衍射原理。
几何光学，人眼睛的光学原理。
实验16 《CD-R光盘轨道密度的测定》实验提要
实验课题及任务
《CD-R光盘轨道密度的测定》实验课题任务是，测量一张CD-R光盘的轨道密度。
实验提示
⑴ 用一张废旧的CD-R光盘制作一个平面反射光栅，规格尺寸约为10×20mm2，固定在光栅座上，根据光栅衍射原理，利用分光仪和光源(如汞灯、钠灯或激光器任选)，参照《用透射光栅测定光波波长》实验，设计出实验方案。
⑵ 用一张废旧的CD-R光盘利用粘贴遮盖的方法制作一个平面反射光栅(制作时不用把光盘损坏，用黑纸把不需要的部分遮住即可)，根据光源的已知光谱(如激光器光源)，利用平面反射光栅反射光的衍射现象，在光屏上能得到衍射花样，分析衍射花样，找出规律，设计出实验方案。
学生根据自己所学知识，设计出《CD-R光盘轨道密度的测定》的整体方案，内容包括：(写出实验原理和理论计算公式；选择测量仪器；研究测量方法；写出实验内容和步骤。)然后根据自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果，写出完整的实验报告，也可按书写科学论文的格式书写实验报告。
设计要求
⑴ 通过在实验室用目测的方式观察平面反射光栅的衍射现象，绘制出光路图，通过对光路图的分析，找出光栅方程与光路图中的那些物理量(即待测量的物理量)有关，根据光栅方程和待测物理量的关系推导出计算公式，写出该实验的实验原理。(注：这一步是本实验的关键所在，得先到实验室观察实验现象，通过实验现象的观察，绘制出光路图，分析论证，找出规律，才能写出实验原理。)
⑵ 该实验有多种方法，可以根据上面的提示来设计，也可以根据自己的设想和方法来设计。
⑶ 选择实验仪器，CD-R光盘自备、米尺(10m/0.005m、3m/0.001m、30cm/0.1cm)、光源(汞灯、钠灯、激光器)、分光计、光屏自制、也可以自制辅助器件。
⑷ 设计出实验方法和实验步骤，要具有可操作性。
⑸ 测量时那些物理量可以测量一次，那些物理量必须得多次测量，说明原理。
⑹ 实验结果用标准形式表达，即用不确定度来表征测量结果的可信赖程度。
实验仪器的选择及提示
⑴ 光栅：平面反射光栅自制，选分光计作为测量仪器的实验，要制作一个规格尺寸约为10×20mm2的光栅，固定在光栅座上，以备使用。选用衍射光屏方法的实验，用一张废旧的CD-R光盘利用粘贴遮盖的方法制作一个平面反射光栅(制作时不用把光盘损坏，用黑纸把不需要的部分遮住即可)。
⑵ 米尺：10m/0.005m、3m/0.001m、30cm/0.1cm任选。
⑶ 光源：钠灯、汞灯、激光器，任选。
⑷ 分光计实验室提供。
⑸ 可以自制实验器材，如条型光屏，自带胶带和光屏用纸，也可以借助现有实验室的条件。
实验所用公式及物理量符号提示
⑴ 光栅方程: (k=0、1、2、3、……)
式中(其中为光栅缝宽，为相邻缝间不透明部分的宽度)为相邻狹缝之间的距离，称为光栅常数，为光波波长，为衍射光谱线的级次。
⑵ 用表示谱线到0级谱线的距离，用表示光栅到0级谱线的垂直距离。
提交整体设计方案时间
学生自选题后2~3周内完成实验整体设计方案并提交。提交整体设计方案，要求用纸质版供教师修改。
思考题
⑴ 光栅与光屏之间的距离多远比较合适？
⑵ 激光光源照射反射光栅的角度在什么范围内较合适？
⑶ 改变光源和光栅的距离是否对衍射花样有影响？
⑷ 如何确定0级谱线的位置？
⑸ 光栅与光屏的距离测量，该实验应采用单次测量还是多次测量？单次测量能否满足测量精度的要求？
参考文献
参阅各实验书籍中的夫琅和菲衍射原理及光栅衍射原理。
《创造性物理演示实验》 宣桂鑫 江兴方 编著 华东师范大学出版社 实验五十三 CD光栅 。
《基础物理实验》 沈元华 陆申龙 主编 高等教育出版社 实验3-14《利用钢尺测量激光的波长》。
实验17 《微小线径的测定》实验提要
课题的提出和依据
微小线径的测量在现代科学中有很多的测量方法，但都可以归结为，有直接测量和间接测量两类。在普通物理中，直接测量常用的仪器如：千分尺、读数显微镜等，间接测量常采用的方法如：干涉法、衍射法等。对于0.01mm以下的线径用千分尺和常用的读数显微镜来测量就显得无能为力了，通常采用间接测量的方法。头发对每一个人来说都不陌生，但有谁能说出自己的头发的直径是多少？本课题要求设计一种测量自己头发直径的方法，通过实验加以验证。
实验课题及任务
《微小线径的测定》实验课题的任务是，利用光的的干涉、衍射(波动性)现象及其理论，设计出一种实验方法，根据干涉、衍射的花样测量出自己头发的直径。
学生根据自己所学知识，设计出《微小线径的测定》的整体方案，内容包括：(写出实验原理和理论计算公式；选择测量仪器；研究测量方法；写出实验内容和步骤。)然后根据自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果，写出完整的实验报告，也可按书写科学论文的格式书写实验报告。
本实验题目要求开光学课程的各专业必选，可以有三至四组选，但是每组的方法或采取的手段应不同。建议电子专业的有四组选择该实验，给专业光学实验打基础。
实验原理提示
⑴ 衍射法 根据巴俾涅(Babinet)原理“两个互补屏所产生的衍射图形，其形状和光强完全相同，仅位相差为
”。可知细丝衍射图形和狭缝衍射图形是相同的，细丝衍射计算和狭缝衍射计算相同。
狭缝或细丝衍射的光强I的分布，由物理学知道：
式中：
；
为衍射角；d是狭缝宽度或细丝直径；是单色光源波长(激光光源波长)
是
时的光强，即光轴上的光强度。
当 
处将出现光强为零的条纹，即
的暗条纹。测量出暗条纹的位置以及对应的暗条纹的级数，就可以根据上面公式计算出细丝直径d。
衍射法可以用细丝衍射法(和狭缝衍射互补)，还可以用圆斑衍射法(和小孔衍射互补)。这两种衍射方法都需要制作衍射屏，但前者制作衍射屏比后者容易。
⑵ 干涉法 利用空气劈尖的形成干涉条纹，根据劈尖干涉的原理和计算公式，测量出条纹的距离等参数计算出细丝直径d。
设计要求
⑴ 通过在实验室观察干涉(“劈尖”等厚干涉)、衍射(细丝衍射)现象，选择其中一种方法，制定出实验方案。
⑵ 画出实验原理图，绘制出光路图，通过对光路图的分析，找出头发直径与光路图中的那些物理量(即待测量的物理量)有关，根据干涉、或衍射理论及相关公式推导出计算公式，写出该实验的实验原理。(注：这一步是本实验的关键所在，得先到实验室观察实验现象，通过实验现象的观察，绘制出光路图，分析论证，找出规律，才能写出实验原理。)
⑶ 根据实验原理写出实验内容，设计出实验步骤，要具有可操作性。
⑷ 实验结果用标准形式表达，即用不确定度来表征测量结果的可信赖程度。
实验仪器的选择及提示
⑴干涉法：读数显微镜；钠灯；平板玻璃两块；头发丝(自带)；也可以自制辅助器件。
⑵ 衍射法： 氦氖激光器； 自制衍射屏(头发丝固定在支架上)； 米尺(三米以上较好)； 光屏(可以自制，也可以利用实验室条件)； 也可以自制辅助器件。 可以用透镜，也可以不用，推荐不用透镜。
提交整体设计方案时间
学生自选题后2~3周内完成实验整体设计方案并提交。提交整体设计方案，要求用纸质版供教师修改。
思考题
⑴ 衍射物屏与光屏之间的距离多远比较合适？
⑵ 制作劈尖要注意什么？
参考文献
参阅各实验书籍中的干涉、衍射原理。
《物理学》下册 第四版 东南大学等七所工科院校编 马文蔚等改编 高等教育出版社出版 第十七章 17-4 17-6、7。
《近代光学测试技术》 杨国光 主编 浙江大学出版社 第五章 光的衍射技术。
实验18 《用双缝干涉法测量杨氏模量》
实验提要
实验课题及任务
《用双缝干涉法测量杨氏模量》实验课题任务是：根据双缝干涉现象，找出明暗条纹的宽度与狭缝之间距离的关系。本实验通过设计一个活动的双缝，其中一个缝固定在支架上，另一个是活动的，且与金属丝固定在一起，当给金属丝拉力时，金属丝伸长带动狭缝移动，狭缝之间距离就改变了，明暗条纹间的距离就改了。根据这些光学现象和给定的仪器，设计出实验方案，测定金属丝的杨氏模量。
学生根据自己所学的知识，并在图书馆或互联网上查找资料，设计出《用双缝干涉法测量杨氏模量》的整体方案，内容包括：写出实验原理和理论计算公式，研究测量方法，写出实验内容和步骤，然后根据自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果，写出完整的实验报告，也可按书写科学论文的格式书写实验报告。
设计要求
⑴ 通过查找资料，并到实验室了解所用仪器的实物以及阅读仪器使用说明书，了解仪器的使用方法，找出所要测量的物理量，并推导出计算公式，在此基础上写出该实验的实验原理。
⑵ 选择实验的测量仪器，设计出实验方法和实验步骤，要具有可操作性。
⑶ 测量5组数据，测量金属丝的长度
、直径D、双缝到测微目镜间的距离L。
⑷ 应该用什么方法处理数据，说明原因。
⑸ 实验结果用标准形式表达，即用不确定度来表征测量结果的可信赖程度。
实验仪器
杨氏模量实验仪、测微目镜、激光器、千分尺。
提交整体设计方案时间
学生自选题后2~3周内完成实验整体设计方案并提交。提交整体设计方案，要求用纸质版供教师修改。
实验19 《用迈克尔逊干涉仪测量液体的折射率》
实验提要
实验课题及任务
《用迈克尔逊干涉仪测量液体的折射率》实验课题任务是：根据液体的折射率比空气大，当一个光路中加有液体时，其光程差
会发生改变，根据这一的光学现象和给定的仪器，设计出实验方案，测定水的折射率。
学生根据自己所学的知识，并在图书馆或互联网上查找资料，设计出《用迈克尔逊干涉仪测量液体的折射率》的整体方案，内容包括：写出实验原理和理论计算公式，研究测量方法，写出实验内容和步骤，然后根据自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果，写出完整的实验报告，也可按书写科学论文的格式书写实验报告。
设计要求
⑴ 通过查找资料，并到实验室了解所用仪器的实物以及阅读仪器使用说明书，了解仪器的使用方法，找出所要测量的物理量，并推导出计算公式，在此基础上写出该实验的实验原理。
⑵ 根据实验用的测量仪器，设计出实验方法和实验步骤，要具有可操作性。
⑶ 用最小二乘法求出水的折射率
。
⑷ 实验结果用标准形式表达，即用不确定度来表征测量结果的可信赖程度。
实验仪器
改装过迈克尔逊干涉仪、专用水槽及配件、激光器。
提交整体设计方案时间
学生自选题后2~3周内完成实验整体设计方案并提交。提交整体设计方案，要求用纸质版供教师修改。
参考文献
彭剑辉 周烈生 迈克尔逊干涉仪测量液体的折射率及仪器调节方法 [J]《光学技术》1998.1
实验20 《用迈克尔逊干涉仪测量金属丝的杨氏模量》
实验提要
实验课题及任务
《用迈克尔逊干涉仪测量金属丝的杨氏模量》实验课题任务是：利用迈克尔逊干涉仪能精密测量微小变量的特点，测量出钢丝在拉力作用下的微小伸长量，用特制的测力计测量拉力大小。设计实验方案，测定钢丝的杨氏模量。
学生根据自己所学的知识，并在图书馆或互联网上查找资料，设计出《用迈克尔逊干涉仪测量金属丝的杨氏模量》的整体方案，内容包括：写出实验原理和理论计算公式，研究测量方法，写出实验内容和步骤，然后根据自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果，写出完整的实验报告，也可按书写科学论文的格式书写实验报告。
设计要求
⑴ 通过查找资料，并到实验室了解所用仪器的实物以及阅读仪器使用说明书，了解仪器的使用方法，找出所要测量的物理量，并推导出计算公式，在此基础上写出该实验的实验原理。
⑵ 根据实验用的测量仪器，设计出实验方法和实验步骤，要具有可操作性。
⑶ 用最小二乘法求出杨氏模量。
⑷ 实验结果用标准形式表达，即用不确定度来表征测量结果的可信赖程度。
实验仪器
迈克尔逊干涉仪、测力计、激光器。
教师指导(开放实验室)和开题报告1学时；实验验收，在4学时内完成实验；
提交整体设计方案时间
学生自选题后2~3周内完成实验整体设计方案并提交。提交整体设计方案，要求用纸质版供教师修改。
参考文献
⑴ 金正宇 一个经典力学实验测量方法的改进——霍尔传感器测杨氏模量 [J] 实验室研究与探索,2000
⑵ 张 帮 利用迈克耳孙干涉原理测杨氏模量 [J] 大学物理实验 2007
实验21 《用迈克尔逊干涉仪测玻璃片折射率》
实验提要
实验课题及任务
《用迈克尔逊干涉仪测玻璃片厚度》实验课题任务是：根据玻璃的折射率比空气大，当玻璃片加到一个光路中时，必产生一光程差
，这个光程差会造成中央条纹会发生位移的现象，根据这一特定的光学现象和给定的仪器，设计出实验方案，测定玻璃的折射率。
学生根据自己所学的知识，并在图书馆或互联网上查找资料，设计出《用迈克尔逊干涉仪测玻璃片厚度》的整体方案，内容包括：写出实验原理和理论计算公式，研究测量方法，写出实验内容和步骤，然后根据自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果，写出完整的实验报告，也可按书写科学论文的格式书写实验报告。
设计要求
⑴ 通过查找资料，并到实验室了解所用仪器的实物以及阅读仪器使用说明书，了解仪器的使用方法，找出所要测量的物理量，并推导出计算公式，在此基础上写出该实验的实验原理。
⑵ 选择实验的测量仪器，设计出实验方法和实验步骤，要具有可操作性。
⑶ 测量5组数据，测量玻璃的厚度。
⑷ 应该用什么方法处理数据，说明原因。
⑸ 实验结果用标准形式表达，即用不确定度来表征测量结果的可信赖程度。
实验仪器
迈克尔逊干涉仪、待测玻璃、钠光灯、汞光灯、千分尺。
有关提示
若用白光作光源，在一般情况下，不出现干涉条纹。进一步分析还可看出，在
、
两面相交时，交线上
，但是由于1、2两束光在半反射膜面上的反射情况不同，引起不同的附加光程差，故各种波长的光在交线附近可能有不同的光程差。因此，用白光作光源时，在、，两面的交线附近的中央条纹可能是白色明条纹，也可能是暗条纹。在它的两旁还大致对称的有几条彩色的直线条纹，稍远就看不到干涉条纹了。
调出白光干涉条纹，此时
镜位置读数为
将待测玻璃片插入有镜的臂中，再次调出白光干涉条纹，这时镜位置读数为，
若薄膜的折射率已知，则可测出膜厚
。
提交整体设计方案时间
学生自选题后2~3周内完成实验整体设计方案并提交。提交整体设计方案，要求用纸质版供教师修改。
实验22《棱镜偏向角特性和色光折射率的测量》
实验提要
实验课题及任务
《棱镜偏向角特性和色光折射率的测量》实验课题任务是：根据玻璃对不同波长的光有不同折射率的特性，设计出利用分光仪为主要仪器，测定玻璃对不同波长的折射率，并测绘出棱镜偏向角特性曲线。
学生根据自己所学的知识，并在图书馆或互联网上查找资料，设计出《棱镜偏向角特性和色光折射率的测量》的整体方案，内容包括：（写出实验原理和理论计算公式，研究测量方法，写出实验内容和步骤)，然后根据自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果，写出完整的实验报告，也可按书写科学论文的格式书写实验报告。
设计要求
⑴ 通过查找资料，并到实验室了解所用仪器的实物以及阅读仪器使用说明书，了解仪器的使用方法，找出所要测量的物理量，并推导出计算公式，在此基础上写出该实验的实验原理。
⑵ 选择实验的测量仪器，设计出实验方法和实验步骤，要具有可操作性。
⑶ 选三种波长的光测量，分别测量的次数要求为10组数据（最小偏角要测5次），求出折射率并描绘出特性曲线。
⑷ 应该用什么方法处理数据，说明原因。
⑸ 实验结果用标准形式表达，即用不确定度来表征测量结果的可信赖程度。
实验仪器
分光仪、汞光灯与三棱镜，
实验所用公式及物理量符号提示
折射率的计算公式：
式中：
为棱镜的顶角，
为最小偏向角。
实验提示
⑴ 设计如何测定入射角，描绘出光路图，供指导教师检查。
⑵ 最小偏向角的结果表示时不确定度
值用4倍标准差表达
提交整体设计方案时间
学生自选题后2~3周内完成实验整体设计方案并提交。提交整体设计方案，要求用纸质版供教师修改。
思考题
证明
（
为入射角，
为折射角）时的偏向角为最小偏向角。
实验23 《利用牛顿环干涉测量液体折射率》
实验提要
实验课题任务
《利用牛顿环干涉测量液体折射率》实验课题任务是：根据光的相干原理，利用牛顿环的实验装置，观察空气膜和液体膜条纹宽度的变化，分别测出在空气膜和液体膜干涉条纹的直径，即可求出液体的折射率。
学生根据自己所学的知识，并在图书馆或互联网上查找资料，设计出《利用牛顿环干涉测量液体折射率》的整体方案，内容包括：（写出实验原理和理论计算公式，研究测量方法，写出实验内容和步骤)，然后根据自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果，写出完整的实验报告，也可按书写科学论文的格式书写实验报告。
设计要求
⑴ 通过查找资料，并到实验室了解所用仪器的实物以及阅读仪器使用说明书，了解仪器的使用方法，找出所要测量的物理量，并推导出计算公式，在此基础上写出该实验的实验原理。
⑵ 选择实验的测量仪器，设计出实验方法和实验步骤，要具有可操作性。
⑶ 选择在水或乙醇中进行测量。
⑷ 应该用什么方法处理数据，说明原因。
⑸ 实验结果用标准形式表达，即用不确定度来表征测量结果的可信赖程度。
实验仪器
牛顿环、读数显微镜、纳灯
实验所用公式及物理量符号提示
折射率的计算公式：
式中：
和
分别是平凸透镜与平玻璃板之间为空气膜和液体膜时，第
环和第环的暗环直径，为液体折射率。
实验提示
⑴ 测出牛顿环空气膜形成的10组牛顿环直径。
⑵ 液体的选择：选择的液体折射率应介于空气和玻璃之间。
⑶ 测出牛顿环液体膜形成的10组牛顿环直径。
提交整体设计方案时间
学生自选题后2~3周内完成实验整体设计方案并提交。提交整体设计方案，要求用纸质版供教师修改。
实验24《色散对凹透镜焦距测定的影响》
实验提要
实验课题及任务
学生根据给出凹透镜、白光源、多种波长的光源等仪器，设计出《色散对凹透镜焦距测定的影响》的整体方案，内容包括：从理论分析色散对凹透镜焦距测定的影响，利用辅助透镜法测发散透镜的焦距，根据给出的白光源及多种波长的光源，分别测量不同波长的光波下的凹透镜焦距。（写出实验原理和理论计算公式，研究测量方法，写出实验内容和步骤），然后根据自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果，按书写科学论文的要求写出完整的实验报告。
实验仪器
凹透镜、白光源、多种波长的光源等仪器
学时分配
实验验收，3学时，在实验室内完成；教师指导（开放实验室）和开题报告2学时。
思考题
可以采取哪些措施来减少测量的误差？
提交整体设计方案时间
学生自选题后2~3周内完成实验整体设计方案并提交。提交整体设计方案，要求手写设计方案，字迹清晰，作图准确。
实验25 《光的色散研究》实验提要
实验课题及任务
《光的色散研究》实验课题任务是：当入射光不是单色光并且入射到三棱镜上时，虽然入射角对各种波长的光都相同，但出射角并不相同，表明折射率也不相同。对于一般的透明材料来说，折射率随波长的减小而增大。如紫光波长短，折射率大，光线偏折也大；红光波长长，折射率小，光线偏折小。折射率随波长又而变的现象称为色散。
学生根据自己所学的知识，并在图书馆或互联网上查找资料，设计出《光的色散研究》的整体方案，内容包括：写出实验原理和理论计算公式，研究测量方法，写出实验内容和步骤，然后根据自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果，写出完整的实验报告，也可按书写科学论文的格式书写实验报告。
设计要求
⑴ 通过查找资料，并到实验室了解所用仪器的实物以及阅读仪器使用说明书，了解仪器的使用方法，找出所要测量的物理量，并推导出计算公式，在此基础上写出该实验的实验原理。
⑵ 选择实验的测量仪器，设计出实验方法和实验步骤，要具有可操作性。
⑶ 掌握用分光计测定三棱镜顶角和最小偏向角的原理和方法，并求出物质的折射率。
⑷ 用分光计观察谱线，并测定玻璃材料的色散曲线
；
⑸ 应该用什么方法处理数据，说明原因。
⑹ 实验结果用标准形式表达，即用不确定度来表征测量结果的可信赖程度。
实验仪器
给定分光仪、平面镜、三棱镜、高压汞灯、钠光灯，
实验提示
最小偏向角
。与入射光的波长有关，折射率也随不同波长而变化。折射率与波长之间的关系曲线称为色散曲线。本实验以高压汞灯为光源，各谱线的波长见附录。用汞灯的光谱谱线的波长作为已知数据，测量其通过三棱镜后所对应的各最小偏向角，算出与对应的值，在直角坐标系中做出三棱镜的色散曲线。用同一个三棱镜测出钠光谱谱线的最小偏向角，计算相对应的折射率，用图解插值法即可在三棱镜的色散曲线上求出钠光谱谱线的波长。
教师指导(开放实验室)和开题报告1学时；实验验收，在4学时内完成实验；
提交整体设计方案时间
学生自选题后2~3周内完成实验整体设计方案并提交。提交整体设计方案，要求用纸质版供教师修改。
思考题
证明（为入射角，为折射角）时的偏向角为最小偏向角。
实验26 《分光计测反射光的偏振特性》实验提要
实验课题及任务
《分光计测反射光的偏振特性》实验课题任务是：光的偏振现象揭示了光波是横波的性质它使人们对光的传播(反射、折射、吸收和散射)的规律有了新的认识，并在光学计量、晶体性质和应力分析研究等方面有着广泛的应用。
学生根据自己所学的知识，并在图书馆或互联网上查找资料，设计出《分光计测反射光的偏振特性》的整体方案，内容包括：写出实验原理和理论计算公式，研究测量方法，写出实验内容和步骤，然后根据自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果，写出完整的实验报告，也可按书写科学论文的格式书写实验报告。
设计要求
⑴ 通过查找资料，并到实验室了解所用仪器的实物以及阅读仪器使用说明书，了解仪器的使用方法，找出所要测量的物理量，并推导出计算公式，在此基础上写出该实验的实验原理。
⑵ 选择实验的测量仪器，设计出实验方法和实验步骤，要具有可操作性。
⑶ 在分光计上观察反射光的偏振现象，测定起偏角。
⑷ 应该用什么方法处理数据，说明原因。
⑸ 实验结果用标准形式表达，即用不确定度来表征测量结果的可信赖程度。
实验仪器
分光仪、偏振片、钠光灯与待测玻璃片，
设计提示
当振动面与入射面一致的平面偏振光入射到媒质表面时，入射角越接近起偏角
，反射光越弱；入射角等于，则线偏振光全部进入媒质，不再有反射光。利用分光计可测定偏振光从空气射向玻璃的起偏角。
提交整体设计方案时间
学生自选题后2~3周内完成实验整体设计方案并提交。提交整体设计方案，要求用纸质版供教师修改。
实验27 《用小型棱镜摄谱仪测量激光的主谱线波长》
实验提要
实验课题及任务
《用小型棱镜摄谱仪测量激光的主谱线波长》实验课题任务是，用小型棱镜摄谱仪测量激光的波长。
实验提示
在实验室现有的条件下，用小型棱镜摄谱仪来测量激光光谱主谱线的波长，有两种方法。
⑴ 读谱法：参阅以开实验MP-2《光谱的拍摄与测量》，的读谱方法。
⑵ 摄谱法：参阅以开实验MP-2《光谱的拍摄与测量》，的摄谱方法。
学生根据自己所学知识，设计出《用小型棱镜摄谱仪测量激光的主谱线波长》的整体方案，内容包括：(写出实验原理和理论计算公式；选择测量仪器；研究测量方法；写出实验内容和步骤。)然后根据自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果，写出完整的实验报告，也可按书写科学论文的格式书写实验报告。
设计要求与提示
⑴ 采用读谱法测量激光波长，方法和《光谱的拍摄与测量》实验的读谱法基本上是相同的，不同的是如何将已知光源和待测光源的光，同时照射到摄谱仪的狭缝上(这是该实验的关键)，再通过读谱仪进行测量，测量方法和《光谱的拍摄与测量》相同。
⑵ 采用摄谱法测量激光波长，方法和《光谱的拍摄与测量》实验的摄谱法基本相同，但问题的是如何将已知光谱和待测光谱的光强调配好，因为激光的光强比汞灯和钠灯都强得多，拍摄时的曝光时间要掌握准确，否则排出的底片洗出冲洗后效果不好，甚至失败。这样就需要设计好各次曝光时间、显影时间、定影时间，显影、定影药液的选择与配置，测量谱线距离时要用读数显微镜测量等。
⑶ 该实验有多种方法，可以根据上面的提示来设计，也可以根据自己的设想和方法来设计。
⑷ 选择实验仪器，小型棱镜摄谱仪、光源(汞灯、钠灯、激光器)、读数显微镜、聚光镜、光谱干板及冲洗设备。
⑸ 设计出实验方法和实验步骤，要具有可操作性。
⑹ 实验结果用标准形式表达，即用不确定度来表征测量结果的可信赖程度。
实验所用公式及物理量符号提示
参阅《大学物理实验讲义》，实验MP-2《光谱的拍摄与测量》一文。
提交整体设计方案时间
学生自选题后2~3周内完成实验整体设计方案并提交。提交整体设计方案，要求用纸质版供教师修改。
思考题
⑴ 如何使用哈特曼光阑？
⑵ 狭缝调节在什么范围内较合适？
⑶ 装底片应该在什么条件下安装？
⑷ 如何降低激光的光强？
⑸ 测量光谱底片时要注意什么？
实验28 《夫兰克-赫兹实验条件的研究》实验提要
实验课题及任务
《夫兰克-赫兹实验条件的研究》实验课题任务是：运用所学的原子理论的知识，结合仪器的结构特点，设计出实验方案，找出最佳实验条件，测量出实验结果。
学生根据自己所学的知识，并在图书馆或互联网上查找资料，设计出《夫兰克-赫兹实验研究》的整体方案，内容包括：写出实验原理和理论计算公式，研究测量方法，写出实验内容和步骤，然后根据自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果，写出完整的实验报告，也可按书写科学论文的格式书写实验报告。
设计要求
⑴画出实验原理图，简要写出工作原理及原子的能级关系式；
⑵ 验证能级电流与灯丝电压的关系；
⑶ 验证能级电流与斥拒电压的关系；
⑷ 合理选择灯丝电压与斥拒电压，作一条
曲线，要求：加速电压≤85V，出现6 个峰值，最大峰值≤
，并计算出氩原子的第一激发电势 (五次为限) 。
⑸ 实验结果用标准形式表达，即用不确定度来表征测量结果的可信赖程度。
实验仪器
电脑一台、智能夫兰克-赫兹实验仪一台(氩管)、打印机一台等有关仪器。
必答问题
⒈ 设激发能～
及入射电子的能量分别为
及
，试计算电子与汞原子碰撞时有多少能量转移给汞原子？若汞原子又产生辐射，辐射光的波长大约是多少？
⒉ 设电子与汞原子发生弹性碰撞，试计算电子碰撞后损失能量的大小？
⒊ 根据自己测的 曲线，计算出第一激发电势是多少？并利用第一激发电势的值和第二峰的电压位置来推出第一峰的电压位置，读出第一峰的位置的电压值，此电压值是否刚好为第一激发电势的值，试分析产生此现象的原因？
⒋ 若加速电压足够大，曲线最后部分可能是什么样？
提交整体设计方案时间
学生自选题后2~3周内完成实验整体设计方案并提交。提交整体设计方案，要求用纸质版供教师修改。
参考书籍
《近代物理实验》