物理学 《力热学实验》教学大纲 【课程名称】力热学实验(Mechanics&Thermology Experimentation) 【课程编码】XXZB0200 【适用专业】物理学 【课 时】44学时 【学 分】1学分 【课程性质、目标和要求】 课程性质：专业基础课、必修课 教学目标：力热实验课程是四年制物理学专业的·门实验基础课，它是对学生进行实 验教育的入门课程，着重给学生以严格的实验基础训练，如实验方法、实验仪器装置、 实验技术、实验数据处理和不确定度的计算等。使学生在物理实验的基本知识、基本方 法和基本技能方面受到较系统的训练，理论联系实际，培养学生基本的科学实验能力， 使学生具备从事科学实验的基本素质。 教学要求 1、训练学生使用基本物理实验仪器和装置，包括了解原理、精度等级，并学会正确 调节仪器、操作和读数等，要注意加强实验操作技能的培养。 2、学习用实验去观察、分析、研究物理现象和物理规律以及减小实验误差的方法。 3、学习些物理量的常用测量方法。 4、通过实验加深对某些物理现象和规律的认识和理解。 5、在测量误差方血，要求了解随机误差的统计性质、系统误差的性质及其对实验的 影响，学会种直接测量误差和间接测量误差的计算方法，正确表达实验结果，了解由 误差评价实验结果的方法，会分析某项误差对实验结果的影响，了解发现和减小系统误 差的途径，要注意了解误差的物理内容，初步建立误差分析的思想。 6、学会运用有效数字，掌握用作图法、逐差法、··元线性回归法处理数据。 【教学时间安排】 本课程计1学分，2+42学时，学时分配如下： 序 实验名称 实验类 课时 型 备注 1 绪论 基础 2 必做 -1-
《力热学实验》课程教学大纲 2 基本测量 基础 3 必做 3 用伸长法测量金属丝的杨氏模量 基础 3 必做 4 牛顿第二定律的验证 基础 3 必做 5 刚体转动惯量的测定 基础 3 必做 6 弹簧振子的研究 综合 3 必做 7 弦振动的研究 综合 3 必做 8 声速的测量 综合 3 必做 9 表面张力系数的测定 综合 3 必做 10 金属比热容的测定 综合 3 必做 11 复摆振动的研究 综合 3 必做 12 不规则固体密度的测定 设计 3 选做 13 液体的粘度与浓度关系的研究 设计 3 选做 14 冰熔解热的测定 设计 3 选做 15 空气比热容比的测定 设计 3 选做 16 利用弹簧振子测定物体的惯性质量 设计 选做 17 利用计算机辅助教学系统测定重力加速度 设计 选做 18 利用交流电桥测量液体的表面张力系数 设计 选做 19 液体的表面张力系数与浓度关系的实验研究 设计 选做 20 利用时差法测量固体的杨氏模量 设计 选做 21 加配重复摆振动的研究 设计 选做 22 利用力敏感器测量物体的密度 设计 选做 23 液体的黏度与温度关系的实验研究 设计 选做 24 刚体平行轴定理的验证 设计 选做 合计 42+2 【教学（实验）内容要点】 一、绪论 1、实验目的耍求 ()正确掌握测量与误差有关的概念。如：测量、误差、真值、算术平均值、偏差。 (2)学会计算标准偏差、A类不确定度、B类不确定度和合成不确定度。 -2-
物理学 (3)正确理解有效数字的概念，学会计算有效数字。 (4)学会正确表示测量结果。 (⑤)学习常用实验数据处理方法。 2、实验主要内容 ()测量、误差、测量值、真值、算术平均值 (2)标准误差、标准偏差、误差化递 (3)有效数字 (4)A类不确定度、B类不确定度和合成不确定度 (⑤)误差传递公式 (6)最小二乘法、图解法、逐差法 (7)测量结果的表示 二、基本测量 1、实验目的耍求 (1)学会几种常用的长度测量仪器的正确使用和读数方法： (2)学会物理天平的正确使用和称衡方法： (3)练习做好数据记录和计算不确定度。 2、实验主要内容 ()用游标卡尺测量圆柱的直径和高度，多次重复测量求体积： (2)用螺旋测微计测量钢球的直径，多次重复测量求体积： (3)用物理天平分别测量圆柱和钢球的质量： (4)分别计算圆柱和钢球的密度，并正确表示测量结果。 (⑤)用移测显微镜测量细丝的直径，并正确表示测量结果。 3、实验仪器设备 游标卡尺、螺旋测微计、移测显微镜、被测物（圆柱、钢球、细丝） 三、用伸长法测量金属丝的杨氏模量 1、实验目的要求 (I)用伸长法测定金属丝的杨氏模量： (2)学习CCD原理，并掌握使用方法。 2、实验主要内容 ()测定金属丝的杨氏模量： (2)估算不确定度，正确表示测量结果。 3、实验仪器设各 杨氏模量测定仪，CCD,螺旋测微计，米尺，砝码，读数显微镜，金属丝等。 四、牛顿第二定律的验证 .3-
《力热学实验》课程教学大纲 1、实验目的要求 (1)学习气垫导轨的正确调节方法： (2)在气垫导轨上验证牛顿第二定律。 2、实验主要内容 ()测出在不同的力作用下，运动系统的加速度： (2)验证力与加速度的关系。 3、实验仪器设备 气垫导轨，滑块，光电门，数字毫秒计，砝码等。 五、刚体转动惯量的测定与研究 1、实验月的要求 (1)学会测量物体转动惯量的方法： (2)学会用实验的方法验证刚体的平行轴定理。 2、实验主要内容 (1)测量不同形状物体的转动惯量： (2)考查刚体的质量分布对转动的影响，验证刚体的平行轴定理。 3、实验仪器设备 智能刚体转动惯量实验仪，游标卡尺，物理天平，待测刚体（圆柱、圆球、圆环） 等。 六、弹簧振子的研究 1、实验月的要求 ()研究弹簧本身质量对振动的影响： (2)研究不同形式的弹簧对振动的影响。 2、实验主要内容 (I)研究锥形弹簧的c值： (2)研究柱形弹簧的c值。 3、实验仪器设备 弹簧（锥形、柱形），游标卡尺，停表（或数字毫秒计及光电门），砝码及砝码盘。 七、弦振动的研究 1、实验目的要求 (①)观察弦振动时形成的驻波： (2)用两种方法测量弦线上横波的速度，比较两种方法测的结果： (3)验证弦振动的波长与张力的关系。 2、实验主要内容 (I)调节并观察弦上的驻波： 4-
物理学 (2)测量波速： (3)研究弦振动的波长与张力的关系。 3、实验仪器设备 电振音叉（频率约为100HZ)，米尺，分析天平，弦线，滑轮，砝码，低压电源。 八、声速的测量 1、实验目的要求 ()研究声波在不同介质中的化播： (2)用三种方法测量声速，比较三种方法测的结果。 2、实验主要内容 (I)测定压电陶瓷换能器的最佳工作点： (2)分别用驻波法、相位法、吋差法测量波速，并进行比较。 3、实验仪器设备 声速测试仪，信号源，示波器等。 九、液体表面张力系数的测定 1、实验月的要求 ()学习传感器的定标方法： (2)观察拉脱法测液体表面张力的物理过程和物理现象加深对物理规律的认识： (3)测量水和其它液体的表面张力系数。 2、实验主要内容 (1)对力敏传感器进行定标： (2)测量水（或其它液体）的表面张力系数。 3、实验仪器设备 液体表面张力系数测定仪，力敏传感器，吊环，玻璃器皿，砝码(0.5克砝码7只) 及砝码盘。 十、金属比热容的测定 1、实验月的要求 (I)加深对牛顿冷却定律的理解： (2)学习用牛顿冷却定律测量金属比热容的方法。 2、实验主要内容 (I)对热电偶进行定标： (2)测量样品的比热容。 3、实验仪器设备 冷却法金属比热容测定仪，数字电压表，热电偶，待测样品。 .5-
《力热学实验》课程教学大纲 十一、复摆振动的研究 1、实验目的要求 ()考查复摆振动时振动周期与质心到支点距离的关系： (2)测出重力加速度，回转半径和转动惯量。 2、实验主要内容 (1)测量相应不同支点的周期并作图： (2)求出重力加速度，回转半径和转动惯量。 3、实验仪器设备 复摆，米尺，物理天平，停表，测重心位置用支架。 十二、不规则固体密度的测定 1、实验目的要求 (I)学会设计简单实验的能力： (2)测量不规则固体的密度； (3)初步学习实验型论文书写方法。 2、实验主要内容 ()设计·种测定不规则固体密度的方法： (2)具体写出实验方案、实验公式、实验方法。 3、实验仪器设备 物理天平，力敏化传感器，烧杯、水、待测固体、砝码等。 十三、液体的粘度与浓度关系的实验研究 1、实验目的要求 (I)学会设计简单实验的能力： (2)研究甘油的粘滞系数随温度变化的关系。 2、实验主耍内容 ()测定不同温度下甘油的粘滞系数： (2)给出甘油的粘滞系数随温度变化的关系曲线和经验公式。 3、实验仪器设备 DCG-1型粘滞系数测定仪，多光电门智能计吋器，4位数恒温加热装置，热水泵，天 平，螺旋测微器，温度计，铝球，甘油等。 十四、冰熔解热的测定 1、实验月的要求 (I)学会设计简单实验的能力： (2)掌握测定冰熔解热的种方法。 2、实验主耍内容 (1)用牛顿冷却定律修正温度： -6-
物理学 (2)测定冰的熔解热。 3、实验仪器设备 量热器，温度计，物理天平，停表，加热器，镊子、冰块等。 十五、空气比热容比的测定 1、实验目的要求 ()学会设计简单实验的能力： (2)测定空气的定压比热容与定容比热容之比。 2、实验主要内容 (I)设计测定空气比热容比的方案： (2)了解气体自由度与比热容比的关系： (3)测定气体的定压比热容与定容比热容之比。 3、实验仪器设备 振动主体，多功能数字计时仪，微型气泵，大气压力计，缓冲瓶，螺旋测微器等。 十六、利用弹簧振子测定物体的惯性质量 1、实验目的要求 ()培养学生设计简单实验的能力： (2)进·步加深对物体惯性质量概念的理解。 2、实验主要内容 ()设计实验原理及实验方案： (2)给出测量结果。 3、实验仪器设备 弹簧，焦利氏秤，砝码及砝码盘，光电计吋装置，待测物等。 十七、利用计算机辅助教学系统测定重力加速度 1、实验目的要求 (1)掌握计算机辅助教学系统的使用方法。： (2)测定当地的重力加速度。 2、实验主要内容 (I)写出实验方案： (2)精确测定当地的重力加速度。 3、实验仪器设备 计算机辅助教学系统，单摆，米尺等。 .7-
《力热学实验》课程教学大纲 十八、利用交流电桥测量液体的表面张力系数 1、实验目的要求 (1)学会自组力敏传感器及其定标： (2)测定液体的表面张力系数。 2、实验主要内容 (I)写出实验方案及测量公式： (2)自组力敏传感器。 (3)测定液体的表面张力系数，并正确表示测量结果 3、实验仪器设备 交流电桥，弹簧，铁棒，螺线管、焦利氏秤、砝码及砝码盘、待测液体。 十九、液体的表面张力系数与浓度关系的实验研究 1、实验目的要求 ()进·步了解液体的表血性质： (2)研究液体的表面张力系数与浓度的关系。 2、实验主要内容 (1)配置不同浓度的液体： (2)分别测量不同浓度液体的表面张力系数。 3、实验仪器设备 力敏传感器，砝码及砝码盘，器皿，待测液体、蒸馏水等 二十、利用时差法测量固体的杨氏模量 1、实验目的要求 (1)进步加深对杨氏模量概念的理解： (2)学会用超声波测量杨氏模量的方法。 2、实验主要内容 ()写出用时差法测量杨氏模量的原理、实验计算公式： (2)测量所给固体的杨氏模量。 3、实验仪器设备 固体声速测定仪，待测物等。 二十一、加配重复摆振动的研究 -8-
物理学 1、实验目的要求 ()进步加深对刚体转动规律的理解： (2)研究加配重后复摆振动周期的变化。 2、实验主要内容 ()测量不同支点复摆振动的周期式： (2)通过作图或分析得出结论。。 3、实验仪器设备 复摆，光电计时装置，配重等。 二十二、利用力敏传感器测量物体的密度 1、实验目的要求 ()进·步掌握力敏传感器的使用及定标： (2)学会种测量物体密度的方法。 2、实验主要内容 (I)设计实验方案，并写出实验公式： (2)测出固体、液体的密度。 3、实验仪器设备 力敏化感器，砝码及砝码盘，待测固体、液体等。 二十三、液体的黏度与温度关系的实验研究 1、实验目的要求 (I)进步掌握黏度的测量方法： (2)通过实验的方法研究液体的黏度与温度的关系。 2、实验主要内容 ()测量不同温度下液体的黏度： (2)通过作图拟合，确定给定液体的黏度与温度的关系。 3、实验仪器设备 变温黏度测定仪，小球，待测液体等。 二十四、刚体平行轴定理的验证 1、实验目的要求 ()进步加深对刚体平行轴定理的理解： .9-
《力热学实验》课程教学大纲 (2)设计用实验的方法验证刚体的平行轴定理。 2、实验主要内容 ()设计实验方案，并写出实验公式： (2)通过测量数据，验证刚体的平行轴定理。 3、实验仪器设备 复摆，三线摆，刚体转动惯量仪等，可根据设计方案自选。 【成绩考核方式】 1、成绩评定总则 总成绩分为三部分，即平时成绩、实验报告成绩、期末考试成绩。 2、平时成绩评定 平时成绩占总成绩的20%。平时考核形式包括：预习提问、考勤、课堂操作。 3、实验报告成绩评定 实验报告成绩占总成绩的30%。 4、期末考核评定 期末考试占总成绩的50%，采用笔试的方式，时间由学校统安排。 【教材与参考书目】 指定教材：杨述武编，普通物理实验(、力学及热学部分)第三版，高等教育出版 社 参考书目： 1、刘竹琴、杨能勋主编，大学物理实验教程，北京理工大学出版社。 2、《力热学实验讲义》延安大学物电学院实验教研室编。 【有关说明（教学建议）】 1、对基础性实验，可根据实验室情况多安排些实验项目，学生利用课余时间选做。 2、教学中要注意运用“启发式”教学方法，启发学生利用实验手段学习和研究物理 规律。 3、加强实验指导，引导学生对实验产生兴趣，不断提高学生的实验素质。 -10-