大学物理实验总结

大学物理实验总结

摘要：在即将结束的这个学期里，我完成了大学物理实验（下）这门课程的学习。 物理实验是物理学习的基础，完成好物理实验对学好物理有很大的帮助，也能提高自身能力，虽然在很多物理实验中我们只是复现课堂上所学理论知识的原理与结果，但这一过程与物理家进行研究分子和物质变化的科学研究中的物理实验是一致的。在物理实验中，影响物理实验现象的因素很多，产生的物理实验现也错综复杂。对我们的要求也很高，需要注意各方面的问题，老师们通过精心设计实验方案、严格控制实验条件等多种途径，以最佳的实验方式呈现物理问题，使我们通过努力能够顺利地解决物理实验呈现的问题，考验了我们的实际动手能力和分析解决问题的综合能力，加深了我们对有关物理知识的理解。下面我就对我这一年所学到的东西做一个概述：

关键词：认识 体会 数据处理 总结

引言 物理实验是物理学习的基础，虽然在很多物理实验中我们只是复现课堂上所学 理论知识的原理与

结果，但这一过程与物理家进行研究分子和物质变化的科学 研究中的物理实验是一致的。为下学期更好的进行大物实验打下基础，以最佳的实验方式呈现物理问题，使我们通过努力能够顺 利地解决物理实验呈现的问题，考验了我们的实际动手能力和分析解决问题的 综合能力总结本学期大物实验心得，合理细化每个实验各项细则，顺利完成本学期大物实验内容，现将心得总结如下：

一、对大学物理实验的认识

大学物理实验是非常重要的基础课，是大学生进入大学后的第一门独立开设的基础实验课程，对提高学生的基本能力、培养学生的科学实验素养，激发学生的创新思维起着重要作用，并为后续的专业课程 学习奠定坚实的基础，其目的是培养我们掌握实验的基本理论、方法和技巧；培养我们严谨的思维能力和创新精神，特别是与现代科学技术发展相适应的综合能力；培养严肃认真的工作作风和科学态度。对于我们将来独立从事实际工作是十分有必要的。

二、大学物理实验中的体会

1、养成实验前预习的好习惯。

实验时, 为了在规定的时间内快速高效率地完成实验, 达到良好的实验效果, 需要认真地预习, 才能在课上更好的学习，收获的更多、掌握的更多。根据实验教材的相关内容, 弄清楚所要进行的实验的总体过程, 弄懂实验的目的, 基本原理, 了解实验所采用的方法的关键与成功之处; 思考实验可能用到的相关实验仪器, 对照教材所列的实验仪器, 了解仪器的工作原理, 性能, 正确的操作步骤, 特别是要注意那些可能对仪器造成损坏的事项。然后写预习报告，包括目的, 原理, 仪器, 操作步骤等。学生对于将要进行的实验做预习，通过阅读实验教材和参考资料，弄清本次实验的目的、原理和所要使用的仪器，明确测量方法，了解实验要求及实验中特别要注意的问题等。预习报告包括：实验目的、试验中所用的仪器、实验原理及实验内容、实验步骤这四大部分。同学做好实验预习报告以后才可以拿着预习报告去做实验，预习报告在试验中占有一定的分值。

2、上课时认真听老师做讲解，切记老师所讲的重点内容。

记下老师实验指导的内容有助于自己实验时避免犯错及实验报告的书写。 3、大学物理实验培养了我做事的耐心与细心。

课堂操作时需要严格的遵守实验的各项原则, 要将仪器放置在合理的位置, 以方便使用

和确保安全。读数，需要有足够的耐心和细心，尤其是对一些精度比较高的仪器，读数一定要按照正确的读数方法并且一定要细心。对于数据的记录，则要求我们要有原始的数据记录，它是记载物理实验全部操作过程的基础性资料。 4、培养自己的动手能力。

现在，大学生的动手能力越来越被人们重视，大学物理实验正好为我们提供了这一平台。每个实验我都亲自去做，不放弃每次锻炼的机会。

三 实验举例

1． 模拟法要求俩个场的类比物理量需要满足俩个条件

（1） 在所考虑的区域内，俩者遵从的物理规律有相似的数学形式。 （2） 俩者的边界条件相同或相似。

规律静电场和稳恒电流场本是俩种不同性质的场。在一定条件下，它们具有某些相似性，因而测出稳恒电流场的电位分布，就可知道与之相似的静电场的分布情况。 2. 实验原理

2.1静电场与稳恒电流场

模拟法的基本思想：仿造另一个场（称模拟场），使它与原来的静电场完全一样，当探针伸入模拟场进行测量时，原来的场不受干扰，而电流场恰好满足这个基本思想。

稳恒电流场与静电场是两种不同性质的场，但是它们两者在一定条件下具有相似的空间分布，即两种场遵守规律在形式上相似，都可以引入电位U ，电场强度E =-∇U ，都遵守高斯定律。

对于静电场，电场强度在无源区域内满足以下积分关系

s

对于稳恒电流场，电流密度矢量j 在无源区域内也满足类似的积分关系

c

l s

静电场与稳恒电流场的这种相似性给人们一个启示。如图7-1（a ）由几个电势为U 1、U 2、U 3的带电体激发的静电场中P 点的电势为U 时；那么，将形状与带电体相同的良导体置于导电介质中的相同位置，加上直流电压，使它们的电势也是U 1、U 2、U 3[图1（b ）]，则在导电介质中对应P 点位置的P '点的电势U '将和U 相同，反过来如果测量出稳恒电流场中P '点的电势为U '，则相应静电场中P 点的电势U 将和U '相同。这表示通过测量稳恒电流场的电势分布可以了解相应静电场的电势分布，实验结果表示这样模拟是恰当的。

=0E ·

=0E ·

=0j ·

=0j ·

图1 概括起来有以下几方面原因：

（1）．首先，根本原因是静电场和电流场所遵守的规律在形式上有相似性．如静电场的基本规律：高斯定律、拉普拉斯方程等，对稳恒电流场也适用，所以两种情况下的电场分布是等同的，知道了其中一个场的电场分布情况就可以代替另一个电场．所以我们对容易测量的电流场进行研究，来代替不易测量的静电场进行研究。

（2）．电位的相似性．虽说两种场不同，但对两个场都引入了电位的概念．如果某一静

电场是由几个带电体组所产生的，每个带电体的位置形状以及电位V 1，V 2…均已知，那么我们可以把同样形状的良导体，按同样的位置放在电介质中，使它们的电位也为V 1，V 2…，这样得到电流场内任意一点P ′的直流电位V ，跟静电场中对应点P 的静电电位V 完全一样，而直流电位很容易用伏特计测出，对应的静电场电位也就确定了。

（3）．电流线与电力线很相似．当把同样电极放在导电介质上的同样位置上，加上相应的电压时，则导电介质中各点有相应的电流流过，每一点的电流密度j 与该点的电场强度成正比，且方向相同，即遵守欧姆定律的微分形式：j=σE 。其中，E 是电介质内的电场强度, σ是电介质的电导率, 其倒数是ρ称为电阻率。

于是在此电介质中，由于电荷运动所形成的稳恒电流线与上述电场中的电力线就有相似的形状．因此可由电流线的分布来模拟电力线．采用稳恒电流场模拟静电场是需要一定条件的，即：

（1）电流场中导电介质分布，必须与静电场介质分布相对应．若模拟真空场，则模拟场的电介质必须均匀；

（2）要模拟的静电场中的导体如果表面是等位面，则电流场中的导体也应是等位面，这就要求采用良导体制作电极，而且导电介质的电导率不宜太大，若太大就会造成在良导体的电极上有分压，而良导体表面不再是等位面；

（3）测量导电介质中的电位时，必须保证探针支路中无电流流过，以保证电流场不发生畸变．

2.2同轴带电圆柱体间的静电场

如图2，设内圆柱半径为r a ，电势为U a ；外环内半径为r b ，电势为U b ，则静电场中距离轴心为r 处的电势U r 可表示为：

又根据高斯定理，电荷均匀分布的无限长圆柱体的场强大小为

式中C 由圆柱体上线电荷密度决定。由以上二式可得

r ⎛r

U r =U a -⎰Edr =U a -c ln r r a

⎝a

´

U r =U a -⎰Edr

r a

r

E =

c

(当r a

由于r =r b 处，U r =U b ，即

⎫

⎪⎪⎭

取U a =U 0，U b =0，整理后得

⎛r b ⎫

U b =U a -c ln r ⎪⎪

n ⎝⎭

U -U b c =a

⎛r a ⎫ln r ⎪⎪⎝b ⎭ 则

⎛r ⎫

ln b ⎪

r

U r =U 0⎝⎭

⎛r b ⎫ln r ⎪⎪⎝a ⎭

ln r =ln r b -

或写成 （1）

现根据模拟原理，讨论稳恒电流场的分布（如图7-3）。取厚度为t 的圆柱形同轴不良导体片为研究对象。设材料电阻率为ρ(ρ=1/σ) ，则任意半径r 到r +dr 的圆周间的电阻是

U r ⎛r b ⎫

⎪ln U 0⎝r a

⎪⎭

dr dr ρdr =ρ⋅=⋅s 2πrt 2πt r

则半径为r 到r b 之间的圆柱片的电阻为

r ρr b dr ρ

R rr b ==ln b

2πt r r 2πt r

dR =ρ⋅

⎰

图7-3 同轴电缆的模拟模型

总电阻为（半径r a 到r b 之间圆柱片的电阻）

R r a r b =

设U b =0，则两圆柱面间所加电压为U a ，径向电流为

U 2πtU a I =a =

r R r a r b

ρln b

r a

距轴线r 处的电位为

r ρ

ln b 2πt r a

U r '=IR rr b

（2） 由以上分析可见，U r 与U 'r ，E r 与E 'r 的分布函数完全相同。可知，在同轴圆柱面之间建立一个静电场或电流场，如果柱面间静电电位差和直流电位差相同，则在两种场中对应点有相同的电位。

用一般仪表直接测量带电体在空间形成的静电场是非常困难的．因为仪器的探针一旦引入静电场，将在探针上产生感应电荷，这些电荷又产生电场，使原静电场改变．为了解决这个问题，可以采用静电仪表进行测量．人们通常也采用用电流场模拟静电场的方法进行测量．因为电流场很容易测量．用电流场模拟静电场是研究静电电场最简单的方法之一． 3. 实验内容

3.1实验仪器

r b =U a

r ln b

r a

ln

CE-N 静电场描绘仪，探针，游标卡尺，滑线变阻器，钢尺，复写纸，纸，圆规。

3.2描绘无限长同轴圆柱之间的电场分布： （1） 按图要求链接仪器；

（2） 拉起上层板压铁，放上一张白纸；在白纸上放复写纸，再放上一张白纸，压上压铁； （3） 在测量盘中注入0.5厘米左右深的自来水，水不能淹没中心电极；将测量盘放入下

层板并固定；

（4） 放入探针，做适当调节，在自然状态下，上面的记录针不能接触纸面； （5） 测试开关打至内侧档，将俩电极间电压调至10V ；

（6） 测试开关打至外侧档，电表显示电位参考点至探针的电压，移动探针进行初探，看

能在1、2、3、4、5、6V 中能探到哪些值；

（7） 找准圆心（在圆心上找三点、作弦的垂直平分线交与圆心的方法）

（8） 按对称和呈辐射状，探测电压值的点，每探准一个电压值，稳住探针，轻轻的按下

上针，纸上打下一个点的位置记录点，白纸反复探测和记录；每个电压值记下10个点，要保证有10组完整的数据；

（9） 关闭电源；拆除导线；倒掉水；收好仪器；

（10） 从圆心出发，测量各个点到圆心的距离，及a 、b 电极的半径，填入数据表；按要求

进行数据处理。

4. 数据处理及处理记录

4.1据白纸描绘出来的点画出等势线即为下图：

4.2据白纸的数据量出各点据圆心的距离即可得到下表：

表1 V=10v；=1.00cm；=4.99cm

U 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

4.3用线性回归法作数据处理

设公式中为未知量，由推出线性回归方程Y=b+kmX。由表中求出-与Y-X 的对应关系，求出系数m 、b 及相关系数，从m 、b 与之间的关系求出之值。 推导过程： ==

Y=b+kmX b= m= 即：Y=+X

实验教会了我们要养成良好的科学的实验习惯。预习思考题，是加深实验内容或对关 键问题的理解、开发视野的一些问题，在实验前认真地思考并回答这些问题。

其实我们都清楚，要想学好物理知 识，仅仅在课堂上学习理论知识是不够的。而物理实验就是学习物理的基础。我们利用老师 们精心设计的实验讲义， 以最佳的方式呈现物理问题， 是我从中训练到了我们实际动手的能 力和综合解决问题的能力并加深了我们对课堂上所学物理知识的理解。 通过学习大学物理实验，我获益匪浅。 回忆起这个学期第一次物理实验室，走进物理实验室时 对一切器材都非常好奇，很想弄清它们的工作原理以及如何操作这些器材。但是，当我真正 操作的时候，我发现还是存在相当大的难度。在同学的协助之下，只能草草完成了第一次实 验。 我们做实验主要依据的就是实验教程，实验教程编写的很详细，即使是一个完全陌生的实验课题也能通过研读实验教材来了解实验的具体原理，操作及注意事项。但是，事实上读懂了实验教材并不意味着能做好实验，这应该就是理论与实践之间存在的差异。往往实验教材读的很熟，可是当面对实验仪器时会发现依旧是手慢脚乱，难以应付。

这充分反映了我们动手能力的欠缺，虽然理论学习的很出色，但是在实践上却很笨拙。这可能与我们国家的教育体制有关，我们过分的强调理论的学习，很大程度上忽略了操作这一块，因此常常会有人说：西方国家的学生在动手能力方面比中国学生强很多，但在理论考试上却是中国学生的天下。我想我们既然发现了这一点不足，就应该加强这方面的训练，从教育的体制抓起，不要一味的重视理论，这样只能培养纸上谈兵的学生。

（2）、操作实验仪器的时候不敢独立进行，总是先观看别人，再自己模仿。 这是我在实验过程中遇到的另一个大问题。每次实验的时候总是不敢自己先做，总是跟在别人后面进行操作。我想这应该是缺乏自信的一种表现，是对自己动手能力没信心的表现。 所以我所要做的就是放开自己，按照实验仪器的操作要求主动独立完成实验内容。不要总是畏首畏尾，敢于尝试。这是我在今后的实践过程中要注意培养的。

（3）、尽管已经做了好几个实验，但是在实验数据的处理，误差的分析，相关要求还欠缺。 （4）、选实验的时候不必听学长们说哪个简单哪个难，要按照自己的兴趣、意愿去选择。只要记住实验设置了就一定能做，而且别人能做好，你也一定能做好。

经过这一学期的对大学物理实验的学习，我收获了很多。在这中间，我也发现了我存在的一些不足。我的动手能力还不够强，当有些实验需要很强的动手能力时我还不能从容应对；我的探索方式还有待改善，当面对一些复杂的实验时我还不能较好地完成；我的数据处理能力还得提高，当眼前摆着一大堆复杂数据时我处理的方式及能力还不足，不能用最佳的处理

手段使实验误差减小到最小程度……

在实验课中学得的，我将发挥到其它事情中去，也将在今后的学习和工作中不断提高、完善；在此间发现的不足，我将努力改善，通过学习、实践等方式不断提高，争取在今后的学习、工作中有更大的收获，提高办事效率。

参考文献：

【1】 沙育年 《普通物理实验：电磁学实验部分》； 【2】 梁少荣 《普通物理学·电磁学》 高等教育出版社； 3. 吴冬冬《用模拟法描绘静电场》