《大学物理实验A》教学大纲
实验名称：大学物理实验A
学 时：60学时（含绪论课4学时）
学 分：4
适用专业：理、工类各专业
执 笔 人：王阳恩
审 订 人：田永红
一、实验目的与任务
《大学物理实验A》是理工科大学生入校之后开设的第一门基础实验课程，是理工类各专业的一门学科基础课，是对学生进行科学实验方法和实验技能的基本训练、培养和提高学生科学实验素养以及分析和解决实际问题的能力的实践性课程。本课程的具体任务是：通过对实验现象的观察、分析和对物理量的测量，使学生学习物理实验知识和基本实验方法，并加深对物理原理的理解；培养与提高学生的科学实验能力，包括自学能力、动手能力、分析能力、表达能力、初步设计能力；培养与提高学生的科学实验素养。
二、教学基本要求
1、通过《大学物理实验》课程的教学，使学生掌握物理实验基本知识、基本方法（实验设计方法：如比较法、放大法、补偿法、模拟法、干涉法、转换测量法等；数据处理方法：如列表法、逐差法、作图法、最小二乘法等），掌握基本仪器的使用，加深对物理现象及基础理论知识的理解，培养学生实验动手能力及创新能力。
2、通过实验绪论课（4学时）的教学，使学生掌握实验误差理论（如测量及其误差，标准偏差，仪器误差等）、有效数字及其运算、测量不确定度及其估算、减小系统误差常用方法等。
3、应用物理学专业必做实验为1、2、3、4、8、15、21、22、23、24、26、28，共12项，计37学时，还需选19学时，选做实验不得选光学、光电子方面的实验；其它理工类专业（地球物理各专业除外）必做实验12项，计38学时，还需选做18学时的实验。
三、实验项目与类型
四、实验教学内容及学时分配
实验一 不规则固体及液体密度的测定 （3学时）
1、目的要求
熟练掌握分析天平的调节和使用方法，掌握静力称衡法。
2、方法原理
，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
分析天平、小烧杯、酒精、不规则铜块、π型架。
4、掌握要点
分析天平的调节和方法、测量密度的方法：静力称衡法。
5、实验内容：
（1）学习调整和使用分析天平。
（2）用流体静力称衡法测固体的密度。
实验二 三线摆测物体转动惯量 （3学时）
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：
， 平行轴定律：
3、主要实验仪器及材料
三线摆，秒表，游标卡尺，直尺。
4、掌握要点
三线摆的调节与使用。
5、实验内容：
（1）测量出三线摆转动的周期、各部分的尺寸，。
（2）改变重物的位置，考查质量分布对转动的影响。
实验三 液体粘滞系数的测定 （3学时）
1、目的要求
熟练使用基本仪器测量长度、时间和温度，观察液体内摩擦现象，学会用落球法测量液体的粘滞系数。
2、方法原理
根据斯托克斯定律
．考虑到各种修正
3、主要实验仪器及材料
落球粘度仪、读数显微镜、游标卡尺、米尺、秒表、温度计、比重计、小球、蓖麻油。
4、掌握要点
用粘度仪测粘度的方法。
5、实验内容：
（1）调节粘度仪底板上的调螺钉，使玻璃筒轴线沿铅直方向。
（2）用游标卡尺测量玻璃筒仪内径Ｄ，用米尺测筒上两横线间的距离Ｌ。
（3）用读数显微镜测量小球的直径，测５次求平均值。
（4）测小球匀速下落通过距离Ｌ的时间。
（5）计算
及不确定度，误差。
实验四 杨氏模量的测量 （3学时）
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
横截面积为
的钢丝，在外力
作用下伸长了
，则
，此式中比例系数
称为杨氏模量，单位为
．设钢丝的直径为
，则
，代入上式并整理得出：
。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、实验内容：
（1）测量金属丝的长度和直径，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
。
（3）测量光杠杆前后足尖的垂直距离
，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
前后的读数
和
。
（5）数据处理，算出金属丝的杨氏模量
实验五 复摆的振动研究 （3学时）
1、目的要求
测量复摆振动的周期，掌握复摆振动的规律。
2、方法原理
当物体围绕定轴作小角度的摆动时，其运动规律为简谐振动。
3、主要实验仪器及材料
复摆实验组合仪
4、掌握要点
复摆周期的测量。
5、实验内容：
复摆运动规律的研究，复摆周期的测量。
实验六 惯性秤 （3学时）
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
4、掌握要点
惯性秤称衡质量的原理。
5、实验内容：
（1）惯性秤的定标，并作出拟合曲线。
（2）测量待测物的周期，并用拟合公式求出其质量。
实验七 弦振动研究 （3学时）
1、目的要求
学会测量弦线上横波传播速度的方法，用作图法验证弦振动基频与张力的关系。
2、方法原理
弦线上横波传播的速度为：
，由力学知识可知
。这两个速度相等。
3、主要实验仪器及材料
低压电源、电动音叉、弦线、分析天平、滑轮、砝码、米尺
4、掌握要点
弦振动基频与张力的关系。
5、实验内容：
（1）保持砝码的质量不变，改变弦长，使驻波数分别为１、２、３、４、５，验证基频和弦长的关系
（2）保持弦长不变，改变砝码的质量，使驻波数分别为１、２、３、４、５，验证基频和张力的关系。
（3）计算，比较两种方法测得的速度．
实验八 超声声速的测定 （3学时）
1、目的要求
用驻波法、相位法测定超声波在空气中传播速度。
2、方法原理
当超声波沿空气传播至不同介质反射时，由于介质的声阻抗大于空气的声阻抗，所以超声波在介质反射时有半波损失，即分界面就是波节，当两超声换能器的距离为
时，在空气中形成驻波；当超声波经过不同路径传播时，其相位变化也不相同，因为其频率相同，两路超声波可在示波器上形成李萨如图形。
3、主要实验仪器及材料
超声声速测量仪、示波器、信号源。
4、掌握要点
用超声声速测量仪测超声声速的方法。
5、实验内容：
（1）线路的连接、仪器的调试。
（2）用超声声速测量仪测超声声速。
实验九 刚体转动的研究 （3学时）
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：
， 平行轴定律：
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、实验内容：
（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。
实验十 动量守恒定律的验证 （3学时）
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、实验内容：
（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。
实十一 冰的溶解热的测定 （3学时）
1、目的要求
掌握用基本的量热方法－混合法。
2、方法原理
，其中
为水的比热容，
为水的质量，
为量热器的水当量，
为冰块的质量，
为初温，
为末温。
3、主要实验仪器及材料
量热器、冰块、温水、天平、温度计、小量筒、吸水纸
4、掌握要点
掌握用混合法测量比热的方法。
5、实验内容：
（1）称量量热器各部位的质量，以及筒内水的质量。
（2）从冰水混合物中取出冰块，用吸水纸吸干，放入量热器中，搅拌，达到平衡。
（3）再次称量量热器的质理，从而求出放入其中冰块的质量。
（4）利用公式求出冰的融解热，并估算误差。
实验十二 水的汽化热的测定 （3学时）
1、目的要求
掌握一种测定汽化热的方法，并测出水的汽化热。
2、方法原理
水蒸气放出的热量完全被水和量热器所吸收，根据这个等式算出水的汽化热。
3、主要实验仪器及材料
量热器、蒸汽发生器、蒸汽过滤器、天平、温度计、小量筒
4、掌握要点
掌握用混合法测量比热的方法。
5、实验内容：
（1）称量量热器各部位的质量，以及筒内水的质量。
（2）将一定量的蒸汽通入量热器中，搅拌，达到平衡，记下平衡温度。
（3）再次称量量热器的质理，从而求出通入其中蒸汽的质量。
（4）利用公式求出冰的融解热，并估算误差。
实验十三 表面张力系数的测量 （3学时）
1、目的要求
掌握用焦利氏秤测量微小力的原理，测定液体的表面张力系数。
2、方法原理
，则
称为液体表面张力系数。实验中
，其中为弹力，为重力与浮力之差，为细丝直径，
为水膜拉断高度。
3、主要实验仪器及材料
焦利氏秤、金属框、砝码、玻璃皿、蒸馏水、温度计、游标卡尺、螺旋测微仪。
4、掌握要点
焦利氏秤称微小力的方法。
5、实验内容：
（1）测量弹簧的倔强系数。
（2）测
值。
（3）测水膜被拉断的高度。
（4）用游标卡尺测出金属丝的长度，用螺旋测微仪测出金属丝的直径。
（5）计算水的表面张力系数，并查出理论值，求误差。
实验十四 良导体导热系数的测定 （3学时）
1、目的要求
测量铜等良导体的导热系数。
2、方法原理
热源在待测样品内部形成一稳定的温度后，导体的传热速率与导热系数成正比。
3、主要实验仪器及材料
导热系数测定仪，游标卡尺。
4、掌握要点
稳态法测导热系数的原理。
5、实验内容：
（1）用游标卡尺测样品的尺寸。
（2）测量温差电动势，求出导热系数。
实验十五 金属线胀系数的测定 （4学时）
1、目的要求
学习用百分表测量长度的微小变化，测量金属棒的线胀系数。
2、方法原理
固体长度一般随温度的升高而增加，设
为物体在零度时的长度，则物体在
度时的长度为
，称为线胀系数。
3、主要实验仪器及材料
线胀系数测定仪、百分表、磁力座表、电炉、蒸汽发生器、温度计、钢卷尺
4、掌握要点
用线胀系数测定仪测线胀系数的方法及注意事项。
5、实验内容：
（1）用米尺记下金属棒的长度，插入线胀系数测定仪中加热。
（2）记录百分表的初值和金属棒的初温，加热后再记下百分表的数值和金属棒的温度。
（3）计算出金属棒的线胀系数，并与附录中给出的标准值比较，计算实验结果误差。
实验十六 热功当量的测定 （3学时）
1、目的要求
用电热法测定热功当量，学习一种散热修正的方法。
2、方法原理
在一定时间内电流做功为
单位为焦耳，放出的热量全部被被水和量热器吸收
单位为卡，令
，则
为热功当量。
3、主要实验仪器及材料
量热器、电阻丝、物理天平、秒表、电流表、电压表、变阻器、电源、温度计
4、掌握要点
散热修正的方法。
5、实验内容：
（1）称量量热器各部位的质量，以及筒内水的质量。
（2）测量系统温度，再通电后不断搅拌，每隔30秒测量并记录一次系统温度，第隔一分钟记录一次电流与电压，当水温升高20度左右断开电源。
（3）继续搅拌，仍每隔30秒测量记录一次温度。
（4）测量温度计浸入水中部分的体积，测定环境温度。
（5）求热功当量，并估算误差。
实验十七 空气比热比的测定 （3学时）
1、目的要求
用绝热法测定空气的比热容比值，观察热力学过程中系统状态的变化。
2、方法原理
，其中
为开始时的压强，
为放气后又达到平衡后的压强。
3、主要实验仪器及材料
空气比热比测定仪
4、掌握要点
掌握在测量过程中四个过程，绝热压缩，等容放热，绝热膨胀，等容吸热。
5、实验内容：
（1）测出经过压缩后瓶内空气的压强。
（2）经绝热膨胀后又达到热平衡，测出此时的压强。
（3）根据公式计算出空气比热容比。
实验十八 液体比热容的测定 （3学时）
1、目的要求
掌握物理天平、温度计、量热器和稳压电源的使用方法,学习用电流量热器法测定液体的比热容。
2、方法原理
将待测液体与已知比热容的纯水在完全相同的实验条件下进行比较，找出它们比热容之间的关系。
3、主要实验仪器及材料
量热器、温度计、稳压稳流电源、物理天平、单刀开关、量简、搪瓷杯。
4、掌握要点
用电流量热器法测液体比热容。
5、实验内容：
（1）用物理天平称出液体的质量。
（2）用电流法加热水及待测液体，记录它们的温度。
（3）将水与待测液体交换量热器，再一次用电流法加温及记录液体温度。
（4）计算出待测液体的比热容。
实验十九 不良导体导热系数的测定 （3学时）
1、目的要求
测量橡胶等不良导体的导热系数。
2、方法原理
热源在待测样品内部形成一稳定的温度后，导体的传热速率与导热系数成正比。
3、主要实验仪器及材料
导热系数测定仪，游标卡尺。
4、掌握要点
稳态法测导热系数的原理。
5、实验内容：
（1）用游标卡尺测样品的尺寸。
（2）测量温差电动势，求出导热系数。
实验二十 空气相对压力系数的测定 （3学时）
1、目的要求
加深对理想气体状态方程和查理定律的理解，了解差压传感器的工作原理，并掌握其使用方，学习用最小二乘法对数据作一元线性拟合处理。
2、方法原理
利用压阻式差压传感器的压阻效应测量空气相对压力系数。
3、主要实验仪器及材料
气体相对压力系数仪，差压传感器装置，数显恒温水浴锅，真空泵与电磁阀。
4、掌握要点
气体相对压力系数仪的测试。
5、实验内容：
（1）差压传感器定标。
（2）空气压力系数αP的测定。
实验二十一 惠斯通电桥测电阻 （3学时）
1、目的要求
掌握惠斯通电桥的原理和特点，掌握使用自组电桥和成品电桥测中值电阻的方法，了解电桥灵敏度的意义和提高灵敏度的几种途径。
2、方法原理
当电桥两臂电阻
时,检流计中无电流通过。
3、主要实验仪器及材料
直流稳压电源、三个电阻箱、检流计、三个待测电阻、滑线变阻器、成品电桥
4、掌握要点
惠斯通电桥的原理和特点以及用它测量电阻的方法。
5、实验内容：
（1）用电阻箱自组电桥测电阻。
（2）电桥灵敏度的测定。
（3）用成品电桥重新测量前述三个电阻。
实验二十二 静电场模拟 （3学时）
1、目的要求
了解静电场的性质，学习用电流场模拟静电场的基本方法。
2、方法原理
利用静电场与电流场变化规律相同的特点，用电流场模拟静电场，进行静电场的模拟。
3、主要实验仪器及材料
静电场模拟仪、滑线变阻器、单刀开关、电源、毫伏表。
4、掌握要点
静电场的性质。
5、实验内容：
（1）线路的连接、毫伏表的调零。
（2）利用静电场模拟仪模拟静电场。
实验二十三 电位差计测电池的电动势和内阻 （3学时）
1、目的要求
掌握用补偿法测电动势的原理，了解电位差计的结构。
2、方法原理
接好线路，当待测电池的电动势和已知可调电动势相等，此时，检流计上无电流通过，从而测出待测电池的电动势，电池内阻，将电池与已知电阻串联，
，算出内阻。
3、主要实验仪器及材料
箱式电位差计、板式电位差计、直流电源、标准电池、检流计、电阻箱、滑线电阻、开关、干电池。
4、掌握要点
补偿法测电动势和内阻的方法和原理。
5、实验内容：
（1）正确的用导线接实验仪器。
（2）用板式电差计测量干电池电动势。
（3）测量干池的内阻。
实验二十四 示波器的原理及使用 （3学时）
1、目的要求
了解通用示波器的结构和工作原理，掌握各个旋钮的作用和使用方法，学会用示波器观察波形，测量电压，频率和相位差。
2、方法原理
测量电压
，
，测量周期
。
3、主要实验仪器及材料
通用示波器、标准信号发生器、函数发生器
4、掌握要点
示波器原理和使用方法以及用示波器测量电压和周期的方法。
5、实验内容：
（1）观察波形（正弦波）。
（2）测量交流电压。
（3）测量周期、频率。
（4）观察李萨如图形，测量信号的频率。
实验二十五 万用电表的设计与定标 （4学时）
1、目的要求
掌握万用电表的基本原理和设计方法,学会万用电表的制作与定标。
2、方法原理
万用电表主要由三部分组成:一个磁电式微安表头,测量电路和转换开关,测量电路分别为制流电路与分压电路。
3、主要实验仪器及材料
磁电系表头、电流表、电压表、导线、滑线式变阻器、电阻箱、直流稳压电源、交流电稳压电源、各种电阻、电路插件板
4、掌握要点
万用电表的基本原理和设计方法。
5、实验内容：
（1）将一微安表头(量程由实验室给出)改装成如下规格的万用表:直流电流－
、
；直流电压－
、
；交流电流－
、；欧姆－
、
。
（2）选择符合上述计算值的电阻。
（3）将元件插在插件板上连好电路。
（4）万用表的检验，以电流表、电压表为标准。
实验二十六 霍尔效应测磁场 （3学时）
1、目的要求
了解霍尔元件和霍尔效应的基本原理，学会用霍尔效应测量磁场的基本方法，进一步熟悉箱式电位差计的使用。
2、方法原理
当电流沿垂直于外磁场方向通过导电体时，在垂直于电流和磁场方向上，该导电体两侧产生电位差，其大小正比于电流强度和磁感应强度。
3、主要实验仪器及材料
霍尔效应仪、待测磁场（螺线管）、低电势直流电位差计、标准电池、干电池、复射式电流计、直流安培表、直流毫安表、直流稳压电源、滑线变阻器、双刀双掷开关
4、掌握要点
霍尔效应产生的原理。
5、实验内容：
（1）霍尔系数，载流子浓度，霍尔灵敏度的测定。
（2）利用霍尔效应测长螺线管轴线上的磁场分布。
实验二十七 非平衡电桥原理及应用 （3学时）
1、目的要求
掌握用非平衡电桥电压输出方法测量电阻的基本原理和操作方法；学习与掌握根据不同待测电阻值选择桥式电路和选择桥臂电阻的初步方法。
2、方法原理
通过非平衡电桥可将阻值转化为电压输出，从而达到观察、测量和控制环境变化的目的。
3、主要实验仪器及材料
FQG-1非平衡电桥实验仪
4、掌握要点
非平衡电桥的原理。
5、实验内容：
（1）研究非平衡电桥特性。
（2）测量铜电阻的电阻温度系数。
实验二十八 磁滞回线的研究 （3学时）
1、目的要求
认识铁磁物质的磁化规律，比较两种典型的铁磁物质的动态磁化特性；测定样品的基本磁化曲线，作μ－H曲线；测定样品的HC、Br、Bm和（Hm·Bm）等参数；测绘样品的磁滞回线，估算其磁滞损耗。
2、方法原理
在外磁场作用下铁磁物质能被强烈磁化，磁导率μ很高。当外磁化场作用停止后，铁磁质仍保留磁化状态。
3、主要实验仪器及材料
TH－MHC型智能磁滞回线测试仪
4、掌握要点
磁滞回线的理解。
5、实验内容：
（1）测绘μ－H曲线
（2）测量样品1的
和［BH］等参数。
实验二十九 温差电动势的测量 （3学时）
1、目的要求
了解温差电动势产生的原理，学会用箱式电位差计测量温差电动势的基本方法，进一步熟悉箱式电位差计的使用。
2、方法原理
当两种不同的金属材料构成一个闭合回路时，如果这两种材料的两个连接点的温度不相同，则在闭合回路中会产生电动势，其大小与金属材料、连接点的温差有关。
3、主要实验仪器及材料
低电势直流电位差计、标准电池、复射式电流计、直流稳压电源、滑线变阻器、单刀开关、热电偶。
4、掌握要点
温差电动势产生的原理。
5、实验内容：
（1）线路的连接、仪器的调试。
（2）利用箱式电位差计测温差电动势。
实验三十 周期信号的傅里叶分解与合成研究 （3学时）
1、目的要求
用RLC串联谐振方法将方波分解成基波和各次谐波，并测量它们的振幅与相位关系；将一组振幅与相位可调正弦波由加法器合成方波；了解傅立叶分析的物理含义和分析方法。
2、方法原理
任何一个周期性函数都可以用傅立叶级数来表示，同时利用傅立叶级数合成，可将一系列正弦波形合成所需的信号。
3、主要实验仪器及材料
FD-FLY-I傅立叶分解合成仪、DF4320示波器、标准电感、电容箱。
4、掌握要点
周期性函数的傅立叶分解与合成。
5、实验内容：
（1）方波的傅立叶分解。
（2）方波的傅立叶合成。
实验三十一 电子比荷的测定 （3学时）
1、目的要求
掌握磁聚焦法测量电比荷的方法，了解电子在磁场中的螺旋运动。
2、方法原理
当电子在磁场中运动时会受到磁场的作用力，如果电子的速度方向与磁场方向有一个夹角，则电子在磁场中作螺旋运动，其螺距大小只与电子在平行于磁场方向的速度分量有关。
3、主要实验仪器及材料
电子比荷测定仪
4、掌握要点
电子在磁场中的运动。
5、实验内容：
（1）对电子比荷仪进行电聚焦。
（2）用磁聚焦法测量电子聚焦时的励磁电流。
实验三十二 RLC电路的稳态特性研究 （3学时）
1、目的要求
研究RLC串、并联电路的幅频特性，掌握幅频特性的测量方法，进一步理解回路Ｑ值的物理意义。
2、方法原理
在有电感、电容的交流电路里，固有的频率是可调的，系统的驱动力是外来信号，共频率是给定的，调整固有频率与外来频率相同，此刻电路发生了谐振。
3、主要实验仪器及材料
FB318 RLC电路实验仪、示波器。
4、掌握要点
RLC谐振电路的幅频特性。
5、实验内容：
（1）测量RLC串联电路的特性曲线。
（2）测量RLC并联电路的特性曲线。
实验三十三 RLC电路的暂态过程研究 （3学时）
1、目的要求
研究RC、RL、LC、RLC等电路的暂态过程；理解时间常数t的概念及其测量方法。
2、方法原理
R、L、C元件的不同组合，可以构成RC、RL、LC和RLC电路，这些不同的电路对阶跃电压的响应是不同的，从而有一个从一种平衡态转变到另一种平衡态的过程，这个转变过程即为暂态过程。
3、主要实验仪器及材料
FB318 RLC电路实验仪、示波器。
4、掌握要点
暂态过程及时间常数t的理解。
5、实验内容：
（1）RC电路的暂态过程。
（2）RL电路的暂态过程。
（3）RLC电路的暂态过程
实验三十四 用非线性电路研究混沌现象 （3学时）
1、目的要求
学习有源非线性电阻的伏安特性；通过研究一个简单的非线性电路，了解混沌现象和产生混沌的原因。
2、方法原理
混沌是非线性科学中的主要研究对象之一，是对经典决定论的否定，但本身有它特有的规律。
3、主要实验仪器及材料
THQH-1非线性电路混沌实验仪
4、掌握要点
混沌概念的理解。
5、实验内容：
（1）用示波器观察LC振荡器产生的波形周期分岔及混沌现象，分析混沌产生的原因。
（2）测量非线性电阻电路（元件）的伏安特性，测量RLC串联电路的特性曲线。
实验三十五 光电管特性的研究 （3学时）
1、目的要求
研究光电管的伏安特性及光电特性。
2、方法原理
当光照射到金属表面时，只要其频率达到一定值，在金属表面就会发射出光电子，光电子动能的大小与光的频率及金属材料有关。
3、主要实验仪器及材料
光电效应实验仪、暗箱、微安表、双刀开关。
4、掌握要点
光电效应伏安特性及光电特性的理解。
5、实验内容：
（1）线路的连接、仪器的调试。
（2）光电管伏安特性的测量。
（3）光电管光电特性的测量
实验三十六 薄透镜焦距的测定 （3学时）
1、目的要求
掌握测定薄透镜焦距的几种方法，学习光学系统共轴调节的方法。
2、方法原理
物距像距法、自准法、共轭法测凸透镜的焦距，物距像距法测凹透镜的焦距。
3、主要实验仪器及材料
光具座、会聚透镜、发散透镜、光源、物屏、像屏、平面反射镜等。
4、掌握要点
光具座的调节，测透镜焦距的方法。
5、实验内容：
（1）对光学系统共轴的调节。
（2）用物距像距法测凸透镜的焦距。
（3）用自准法测凸透镜的焦距。
（4）用共轭法测凸透镜的焦距。
（5）用物距像距法测凹透镜的焦距。
实验三十七 分光计的调整与棱镜折射率的测定 （5学时）
1、目的要求
了解分光计结构，掌握调节和使用分光计的方法，掌握测定三棱镜顶角的方法，用最小偏向角法测定三棱镜玻璃的折射率。
2、方法原理
三棱镜顶角的测量：自准法
,反射法
,折射率
3、主要实验仪器及材料
分光计、汞灯、三棱镜、照明小灯
4、掌握要点
分光计的调节和使用方法。
5、实验内容：
（1）分光计的调节。
（2）三棱镜顶角的测量(自准法和反射法)。
（3）测量三棱镜的最小偏向角。
（4）数据处理,计算三棱镜的折射率。
实验三十八 迈克耳逊干涉仪的调节及使用 （3学时）
1、目的要求
熟悉迈克乐逊干涉仪的调节及使用。
2、方法原理
等倾干涉光波波长
。等厚干涉
3、主要实验仪器及材料
迈克尔逊干涉仪、氦－氖激光器、钠光源、毛玻璃、透镜
4、掌握要点
等倾干涉和等厚干涉的特点。
5、实验内容：
（1）迈克尔逊干涉仪调节。
（2）等倾干涉现象的观察和氦－氖激光器光波波长的测定。
（3）观察等厚干涉现象。
实验三十九 旋光现象研究 （2学时）
1、目的要求
观察线偏振光通过旋光溶液后的旋光现象，了解旋光仪的原理和结构特点，掌握其使用方法偏振光研究—旋光仪的应用。
2、方法原理
一束线偏振光通过旋光物质后，其旋光度与旋光物质的浓度成正比。
3、主要实验仪器及材料
旋光仪，葡萄糖溶液烧杯、脱脂棉及擦镜纸。
4、掌握要点
旋光仪的使用。
5、实验内容：
（1）校准旋光仪读数。
（2）测定液体的旋光率。
（3）测溶液的浓度。
实验四十 用透射光栅测定光波波长 （3学时）
1、目的要求
加深对光的衍射理论及光栅分光原理的理解，学会用透射光栅测定光波波长，光栅常数及角色散率。
2、方法原理
光栅衍射光波波长
，光的角色散率
。
3、主要实验仪器及材料
分光计、透射光栅、汞灯
4、掌握要点
用透射光栅测波长，光栅常数及角色散率的方法。
5、实验内容：
（1）仪器的调整：分光计的调节与光栅的调节。
（2）测光栅常量、光波波长及角色散率。
实验四十一 等厚干涉的应用—牛顿环 （3学时）
1、目的要求
掌握用牛顿环测定透镜曲率半径,通过实验加深对等厚干涉的理解,了解光的干涉在测量中的应用。
2、方法原理
利用光程差出现暗纹的条件可以得出
3、主要实验仪器及材料
牛顿环仪、单色光源(钠灯)、凸透镜、计数显微镜
4、掌握要点
牛顿环仪的调节使用方法,求曲率半径的公式推导。
5、实验内容：
（1）调节牛顿环装置,使牛顿环落在显微镜筒的正下方。
（2）调节目镜,使牛顿环圆心处在视场正中央。
（3）测出第11至15环的直径作为
,再将15到21的直径作
,用逐差法求出直径平方差的平均值,代入公式求透镜曲率半径的平均值。
实验四十二 衍射光强的分布研究 （3学时）
1、目的要求
通过观测夫琅和费单缝衍射光强分布并绘制曲线,加深对课堂所学理论知识的了解,掌握使用硅光电池(或发光二极管)测量相对光强分布的方法。
2、方法原理
研究垂直于缝方向的任一截面的衍射效应,即可得屏上衍射条纹的强度分布:
, 
,
为狭缝宽度。
3、主要实验仪器及材料
氦-氖激光器、单狭缝、光电探头、直流幅射式检流计、AC15稳压电源
4、掌握要点
夫琅和费单缝衍射光强分布的特点。
5、实验内容：
（1）连接好电路。
（2）调节各元件共轴等高,改变狭缝的倾斜度,使衍射光斑沿水平方向分布。
（3）调整光电控测器的位置,使硅光电池位于衍射条纹上,且转动光探器的测微手轮作水平扫描时,它都能在衍射条纹上移过。
（4）测量两侧光电强度。
（5）根据测量结果，作出光电流－位移曲线，即单缝衍射光强分布曲线。
实验四十三 用双棱镜干涉测钠光的波长 （4学时）
1、目的要求
观察双棱镜产生的光的干涉现象和特点，掌握获得双光束干涉的另一种方法，进一步理解产生干涉的条件。用双棱镜测定光波波长。学习测微目镜等分光仪器的使用与调整方法。
2、方法原理
设为两虚光源之间的距离，
为虚光源所在平面到观察处的距离，且
，干涉条纹间距为
，则实验所用光源的光波波长为
。
3、主要实验仪器及材料
双棱镜、可调狭缝、辅助透镜、测微目镜、光具座 、白屏、单色光源、读数灯和米尺等
4、掌握要点
用双棱镜测光波波长的方法。
5、实验内容：
（1）实验装置的调整与干涉现象的观察。
（2）测量光波波长。
（3）观察白光下双棱镜干涉现象。
实验四十四 偏振光的定量研究 （3学时）
1、目的要求
观察光的偏振现象，加深偏振的基本概念，了解偏振光的产生和检验，观察布儒斯特角及测定玻璃的折射率，观测椭圆偏振光和圆偏振光。
2、方法原理
获得偏振光的方法，非金属的镜面反射，布儒斯特定律
3、主要实验仪器及材料
光具座、偏振片、
波片、激光器、硅光电池、光点检流计、刻度盘、玻璃板、光屏
4、掌握要点
获得偏振光的方法，了解偏振光的产生和检验方法。
5、实验内容：
（1）起偏与检偏鉴别自然光和偏振光。
（2）用偏振计验证布儒斯特定律，并测出玻璃的折射率。
（3）观察椭圆偏振光和圆偏振光。
实验四十六 用阿贝折射仪测液体的折射率 （2学时）
1、目的要求
加深对全反射原理的理解，掌握应用方法；通过对几种液体折射率的测量，学会使用阿贝折射仪。
2、方法原理
利用光的全反射原理测量液体的折射率。
3、主要实验仪器及材料
阿贝折射仪、照明台灯、标准玻璃块、折射率液（溴代萘）、待测液、滴管 、脱脂棉及擦镜纸。
4、掌握要点
阿贝折射仪的使用。
5、实验内容：
（1）校准阿贝折射仪读数。
（2）测定液体的折射率。
（3）测糖溶液的含糖浓度。
实验四十七 自组望远镜和显微镜 （4学时）
1、目的要求
了解显微镜、望远镜的构造原理，掌握其正确的使用方法，学习显微镜、望远镜的组装方法和测量它们的放大率。
2、方法原理
放大率定义为
。显微镜
，望远镜
或
3、主要实验仪器及材料
会聚透镜四块、发散透镜一块、光具座、光源、刻度尺、米尺、读数望远镜、固定式望远镜、半透半反镜、全反射镜。
4、掌握要点
光具座的调节，望远镜、显微镜的构造原理。
5、实验内容：
（1）对光学系统共轴的调节。
（2）组装显微镜和测定其放大率。
（3）组装望远镜和测定其放大率。
（4）测定计数望远镜和固定式望远镜的放大率。
实验四十八 平行光管的调整和使用 （3学时）
1、目的要求
了解平行光管的结构，并掌握平行光管的调节方法，学习用平行光管测定透镜的焦距及分辨率的方法。
2、方法原理
透镜焦距的测量
，
为平行光管物镜的焦距，
为玻罗板上所选用刻线对间距离的实测值，
为玻罗板上相对应的刻线对成象的距离。
3、主要实验仪器及材料
550型平行光管、可调式平面反射镜、分划板、测微目镜、待测透镜
4、掌握要点
平行光管的调节及使用方法。
5、实验内容：
（1）平行光管的调节。
（2）测透镜的焦距。
（3）测透镜的分辨率。
实验四十九 自组投影仪 （4学时）
1、 目的要求
了解幻灯机的工作原理，掌握对透镜式投影系统的调节。
2、方法原理
幻灯机的工作原理。
3、主要实验仪器及材料
白屏、镜架、凸透镜、干板架、幻灯底片、凸透镜、镜架、白炽灯光源。
4、掌握要点
透镜式投影系统的调节。
5、实验内容：
（1）根据幻灯机的工作原理用光学元件组建投影仪。
（2）对组建的透镜式投影系统进行调节。
实验五十 光具组节点和光具组焦距的测定 （4学时）
1、目的要求
使学生了解光学仪器中的共轴球面系统的基点、基面及其应用。
2、方法原理
共轴球面系统中的基点、基面，共轴球面系统的成像规律。
3、主要实验仪器及材料
测微目镜及镜架、透镜组/测节器、接圈、凸透镜、镜架、微尺分划板、白炽灯光源、接杆。
4、掌握要点
光具组节点和光具组焦距的测定。
5、实验内容：
（1）调节光具组节点。
（2）测定光具组的焦距。
（3）调节光路，设置成像。
实验五十一 全息照相 （3学时）
1、目的要求
了解激光全息照相的基本原理、掌握静态激光全息照相片的拍摄方法及再现方法。
2、方法原理
根据光的干涉和衍射原理，当被摄物体表面的漫射光波与参考光波产生干涉时，其干涉图样中包含物体光波的振幅及相位信息。
3、主要实验仪器及材料
激光全息照相实验仪、全息底片及照片冲洗设备和药品。
4、掌握要点
激光光路的调节。
5、实验内容：
（1）激光光路的调节。
（2）全息照片的记录。
（3）全息照片的再现。
实验五十二 夫兰克—赫兹实验 （3学时）
1、目的要求
测量氩原子的第一激发电势，理解原子能级。
2、方法原理
当能量足够大的电子与原子发生非弹性碰撞后，电子的能量将传递给原子，使原子从正常状态跃迁到第一激发态。
3、主要实验仪器及材料
F---H实验仪，示波器。
4、掌握要点
玻尔原子结构理论的理解。
5、实验内容：
（1）调节实验仪电压。
（2）用示波器观察板间电流与加速电压的关系。
（3）测量氩原子的第一激发电势。
实验五十三 氢（氘）原子光谱 （4学时）
１、目的要求
通过测量氢和氘巴尔未线系谱线，计算氢和氘原子核的质量比。
2、方法原理
通过仪器测量出氢和氘的波长，根据玻尔理论求出其里德伯常数以及氢和和氘原子核的质量比。
3、主要实验仪器及材料
组合式多功能光栅光谱仪（带光电检测系统）、氢氘灯、定标灯组、计算机、打印机。
4、掌握要点
多功能光栅光谱仪的调节与使用
5、实验内容：
（1）用光栅光谱仪测出氢和氘的波长（三个线系的波长）
（2）求出其里德伯常数以及氢和和氘原子核的质量比。
实验五十四 塞曼效应 （4学时）
1、目的要求
了解用法布里-珀洛干涉仪测波长差值的方法，观察汞5461埃（绿色）光谱线的塞曼效应，并且测定e/m的值。
2、方法原理
将光线通过强磁场时，光谱中的一条谱线会分裂成几条谱线，分裂后的谱线是偏振的，谱线分裂的条数随光子跃迁能级的不同而不同。这种现象称为塞曼效应。
3、主要实验仪器及材料
塞曼效应实验仪。
4、掌握要点
F-P标准具的调节。
5、实验内容：
（1）调节F-P标准具。
（2）垂直于磁场方向观察塞曼分裂。
（3）观察纵向塞曼效应。
实验五十五 白光光学/数字图象信息处理 （4学时）
１、目的要求
了解和掌握光学图像信息处理的基本理论和技术，掌握光学实验系统光路的调节。
2、方法原理
在普通胶片照相机的片门处加装三色光栅编码器，成为彩色编码照相机。用该相机一次拍摄就将彩色景物实时地编码记录在黑白胶片上，再用黑白胶片的反冲转洗去，便可得到久不褪色的含有彩色信息的黑白编码片。光学解码是将黑白编码片置于彩色图像光学解码系统的输入面内，用白平行光照射经傅氏变换透镜后，在其频谱面对应的红、绿、蓝一级频谱进行滤波，在系统的输出面就可以得到与原景物一样的彩色图像。数字解码是用计算机进行傅氏变换得到与原景物一样的彩色图像。
3、主要实验仪器及材料
135彩色编码照相机、黑白胶片、闪光灯、彩色物、冲胶卷药液及用具、白光光源、聚光镜、小孔滤波器、平面反射镜、准直镜、黑白编码片框架、傅氏变换镜、频谱滤波器、场镜、CCD彩色摄像机、彩色监视器、白屏
4、掌握要点
光学图像信息处理的基本理论和技术、色度学的基本理论和概念。
5、实验内容：
（1）彩色编码照相。
（2）光学解码。
（3）数字解码。
实验五十六 核磁共振实验 （4学时）
１、目的要求
了解核磁共振原理，用稳态法观测NMR波谱，测量一些样品的核磁矩，并学会用NMR方法测定磁场。
2、方法原理
当垂直于
方向所施加的射频场
的频率满足
时，低能的核磁矩可吸收射频场能量而跃迁到高能级。
3、主要实验仪器及材料
核磁共振仪（包括边限振荡器、扫场调制、移相器和电源）、双综示波器、频率计、高斯计。
4、掌握要点
核磁共振仪的调节与使用,磁矩的能量及跃迁规则。
5、实验内容：
（1）核磁共振仪的调节。
（2）观察氢原子的共振信号,并记下其共振频率(三峰等间距和两峰合一时)。
（3）观察氟原子的共振信号,并记下其共振频率(三峰等间距和两峰合一时)。
（4）计算磁场强度与驰豫时间
实验五十七 光泵磁共振 （4学时）
１、目的要求
了解光泵磁共振的实验原理，并通过实验加深对原子超精细结构、光抽运及磁共振的理解、学习用光泵磁共振的实验方法测定金属铷原子的朗德因子g。
2、方法原理
光泵磁共振是利用光抽运效应来研究原子超精细结构塞曼能级间的磁共振，样品为铷元素。探测共振信号的方法为光探测法。
3、主要实验仪器及材料
光泵磁共振实验仪主体单元、辅助源、射频信号发生器及示波器四部分组成。
4、掌握要点
光泵磁共振仪的调节与使用,光抽运及磁共振的理解。
5、实验内容：
（1）光泵磁共振仪的调节。
（2）观察光抽运信号。
（3）测量抽运时间和驰豫时间。
（4）观察磁共振信号。
（5）测量朗德因子。
（6）测地磁场。
（7）测共振信号线宽。
实验五十八 普朗克常数的测定 （3学时）
1、目的要求
加深光电效应及光的量子性的理解，利用光电效应测定普朗克常数。
2、方法原理
在光电效应中，遏止电压的大小与普朗克常数成正比。
3、主要实验仪器及材料
普朗克常数测定仪
4、掌握要点
光电管伏安特性的测试。
5、实验内容：
（1）微电流放大器调节。
（2）光电管暗电流测试。
（3）光电管伏安特性测试
实验五十九 密立根油滴实验 （3学时）
1、目的要求
验证电荷的量子性
2、方法原理
当油滴下落时，受到重力、空气阻力的作用，运动一定距离后将作匀速下降，下降的速度一油滴的电量有关。
3、主要实验仪器及材料
密立根油滴实验仪，钟表油。
4、掌握要点
平衡测量法原理的理解，油滴下降时间的测量
5、实验内容：
（1）仪器的调节。
（2）测量平衡电压及油滴匀速运动的时间。
（3）计算出油滴的电量。
实验六十 黑体辐射 （3学时）
１、目的要求
了解和掌握黑体辐射的光谱分布——普朗克辐射定律、黑体辐射的积分辐射——斯忒藩玻尔兹曼定律、维恩位移定律。
2、方法原理
普朗克研究这个问题时，本着从实际出发，并大胆引入了一个史无前例的特殊假设：一个原子只能吸收或者发射不连续的一份一份的能量，这个能量份额正比于它的振荡频率。并且这样的能量份额值必须是能量单元hν的整数倍，即能量子的整数倍。h即是普朗克常数。由此得到了黑体辐射的光谱分布辐射度公式：
根据这公式很容推出黑体辐射的积分辐射——斯忒藩玻尔兹曼定律、维恩位移定律，即黑体的总辐射通量与黑体的绝对温度T的四次方成正比、光谱亮度的最大值的波长
与黑体的绝对温度
成反比。
3、主要实验仪器及材料
WGH-10型黑体实验装置，由光栅单色仪，接收单元，扫描系统，电子放大器，A/D采集单元，电压可调的稳压溴钨灯光源，计算机及输出设备组成。
4、掌握要点
黑体辐射软件的操作与使用以及普朗克辐射定律、黑体辐射的积分辐射——斯忒藩玻尔兹曼定律、维恩位移定律。
5、实验内容：
（1）打开仪器，预热三十分钟。
（2）选5个不同的电流（对应色温不同）开始进行黑体扫描。
（3）验证普朗克辐射定律（取五个点）。
（4）验证斯忒藩－玻耳兹曼定律。
（5）验证维恩位移定律。
实验六十一 傅立叶变换光谱实验 （4学时）
１、目的要求
用傅立叶变换测钠光灯和汞灯的波长
2、方法原理
傅立叶变换实际就是调制与解调的过程，通过调制我们将待测光的高频率调制成我们可以掌握和接收的频率，然后将接收的信号送到解调器中进行分解，得出待测光中的频率成分及各频率对应的强度值，这样就得到了待测光的光谱图。
3、主要实验仪器及材料
ＸＧＦ—１型傅立叶变换光谱实验装置、配套计算机。
4、掌握要点
调制与解调过程以及配套软件的操作
5、实验内容：
（1）打开仪器，让仪器自动检零，观察溴钨灯的彩色条纹。（若无彩色条纹，则说明自动检零失败，要手动调零）
（2）点击采集按键，开始采集，要选择合适的光档大小和增益。
（3）用傅立叶变化分析采集到的光谱。
（4）测量外用光源（汞灯、钠灯）的波长。
实验六十二 光拍法测定光的速度 （4学时）
１、目的要求
掌握光拍频法测量光速的原理和实验方法，初步了解声光效应。
2、方法原理
二束光具有一定的频率差产生光拍频波,根据公式
求出光速。
3、主要实验仪器及材料
光速测定仪、超高频功率信号发生器、数字频率计、示波器。
4、掌握要点
光速测定仪的调节与使用。
5、实验内容：
（1）光速测定仪的调节。
（2）用光拍法测量光速。
实验六十三 电光调制 （3学时）
１、目的要求
掌握晶体电光调制的原理和实验方法，测量晶体的半波电压，计算晶体的电光系数，观察晶体电光效应引起的晶体会聚偏振光的干涉现象。
2、方法原理
某些晶体（固体或液体）在外加电场中，随着电场强度
的改变，晶体的折射率会发生改变，这种现象称为电光效应。通常将电场引起的折射率的变化用下式表示:
3、主要实验仪器及材料
半导体激光、导轨、滑座、四维调整架、起偏器、铌酸锂晶体组、检偏器及1/4波片、小孔光阑、像屏、接收器、示波器。
4、掌握要点
理解和掌握晶体电光调制的原理和实验方法、晶体半波电压的测量和干涉现象的观察。
5、实验内容：
（1）调整光路系统
（2）依据
晶体的透过率曲线(即T-V曲线)，选择工作点。测出半波电压，算出电光系数，并和理论值比较。我们用调制测量。
（3）用
波片来改变工作点，观察输出特性。
（4）光通讯的演示
实验六十四 声光调制 （4学时）
１、目的要求
掌握声光调制的基本原理，了解声光器件的工作原理；观察布拉格声光衍射现象，了解布拉格声光衍射和拉曼—奈斯声光衍射的区别。
2、方法原理
当声波通过介质传播时，介质就会产生和声波信号相应的、随时间和空间周期性变化的相位。这部分受扰动的介质等效为一个“相位光栅”。其光栅常数就是声波波长λs，这种光栅称为超声光栅。
3、主要实验仪器及材料
调平底脚、导轨、滑座、四维调整架、半导体激光器、声光晶体盒、旋转平台、小孔光阑、横向滑座、光电探测器、示波器。
4、掌握要点
晶体声光调制的原理和实验方法，声光器件的工作原理，了解布拉格声光衍射和拉曼—奈斯声光衍射的区别。
5、实验内容：
（1）观察声光调制的衍射现象。
（2）观察交流信号调制特性。
（3）声光调制与光通讯实验演示。
（4）计算声光调制偏转角。
（5）测量超声波的波速。
实验六十五 法拉第效应 （3学时）
1、目的要求
了解法拉第效应原理，学会测量法拉第效应旋光角。
2、方法原理
当线偏振光穿过介质时，若在介质中加一平行于光的传播方向的磁场，则光的振动面将发生旋转，这种磁致旋光现象是1845年由法拉第首先发现的，故称为法拉第效应。振动面转过的角度称为法拉第效应旋光角。实验发现：
，式中，q 为法拉第效应旋光角，l为介质的厚度，B为平行与光传播方向的磁感强度分量，V称为费尔德(Verdet)常数。
3、主要实验仪器及材料
WFC法拉第效应测试仪，待测样品。
4、掌握要点
法拉第效应测试仪的使用。
5、实验内容：
（1）法拉第效应测试仪的调试。
（2）测量法拉第效应旋光角。
（3）测电子荷质比e/m。
五、考核办法
平时成绩：实验操作（含预习）60%；实验报告40%；总评成绩：平时成绩70%；期末考试成绩30%。
六、实验教学指导书和参考书
1、杨长铭、戴同庆、凌向虎等，《大学物理实验》，武汉大学出版社，20##年
2、丁慎训、张孔时，《大学物理实验》，清华大学出版社，1992年
3、李天应，《物理实验》，华中理工大学出版社，1992年