兰州交通大学：《大学物理实验》课程教学资源（教案讲义，打印版）引导设计性实验（57-69）

实验57频率的测定和烧杯打击乐的形成 、实哈月的、意义要求 人类生活的空间充满若各种各祥的波，而各种频率的声波组成了波的 一个重要分支，它 既能给人类带来快乐又给人类带来烦恼。人耳能听到到的声波，即“音调”的频率一般在 21赫兹到20赫兹之间，而给人类以关妙乐感的“音调”须率范用远比这一范用要小，所 以研究声波中的频率对人类的生活非常重要。 木：哈是诵过在烧杯内家水以改变止颇率，通过多个组合使出形成一系列小不同倾率的 “加水烧杯”，从而组成有趣的打击乐器来演奏简单的乐器。另外在确定每个“加水烧杯 的音名时，用数字示波器进行频率校正，使实验者从实验中加深频率和音名内在联系的理解 了解固有频率的改变方法，并怎加了物理实验的乐趣。 二、参考书藉与材料 【沈元华，陆巾龙。基础物理实验。北京：高等牧有出版设，23 2.TDS200型数宁式示波器说明书，EKRNK20 实验前应回答的问题 （一)关于频率 【什么叫固有频率？和振动本身的性质有哈关？ 2什么叫基知？和声学中的什么性质有关？ (一)关干声学 什么叫声波？是怎样形成的？什么叫声强和响度？它们有哪些共同点和不同点？ 2什么叫回声、音色、音名？熟悉相关内容。 四、实验室可提供的主要器材 【,820型数字式实时示波器1台，精度较高，面板如图1所示。具体燥作方法下： ()在“触发”信号的命令下进行波形的显示。本实验采用“单次触发”，即每按次“运 行/停止键就完成一个数据记录 (2)通过“秒/格”和“伏/格”旋 电两开关移位光标1移动2移位光标2移动 状态迹择 数字式实时示波器 口口口口T 启列小停 6 电 a o 站示屏 性址达择品示光标1光标2状女迹汗起示电不肾发档址时间档地 图 钮来完成电压和时间的选择。本实验的参考设置为横坐标每格lIms,纵坐标每格50

(3)采用“自动测量法”或“光标测量法” 2.电子天Ψ一台 3.话筒一支 个60lm的标准烧杯，另有4m和80lml标准烧杯个一个.橡皮馅一个，酒精若 5.最好有附音的环境。 五、实验内容 将骨于桌面上的实验烧杯下面都垫一块，以获取较好的振动须率，测量方法如图2 所示 2将8只6ml的标准烧杯，分别盛入不同体积的水，依音名表测得其C调的0加”，“Re” “M”、“a”、“Sal”、“a”、“T”、“n”(高音)的相应烦率。 3用电子天平分别称出8只6m烧杯中水的重量。 4用4lml和8Dlm的烧杯怀实验，要得到上述音名的同样知率需要多少质量的水。 用橡皮敲击烧杯演奏自己喜爱的乐曲 将水换成酒精左尚书实验，要得到同样的频率需改变什么条件？对上面的实验结果 和数据进行研究，得出固有频率和烧杯盛水质量变化的一般规律。 H 示波器 话简 连接线 烧杯 图2 六、实验报告的要求 「与明本实验的目的和意义。 2阐明实验的基本原理，设计思路和研究过程。 3记录所用仪兴。材料的周格和型号，数量等 4记录实验的全过程，包括实验步骤 实验图示，各种实验现象和数据等 分析实验结果，讨论实验中出现的各种问题 6得出实验结论，并提出改进意见 实验58“风洞”实验 一、实验目的，意义和要求 飞机在飞行时，机翼的形状使空气的流速上下不同，造成机翼下面所受的压强大于机 翼上面的压强从而产生升力。为 检验这种升力，常将飞机放在有强以的巨内测试，这种 涧称为“风涧”。本实验要求通过制作不同形状的小型机翼模型，并对其进行升力大小测试， 从而对流体力学有较为深入的了解。 二、参考书籍与材料 1赵凯华，罗菌茵，新概念力学北京：高等教自出版社，1995 2郑永玲，贸启明」 力学（下册）上海：复日大学出版社，1990 沈元华，户中 基础物理实验，北京：高等教育出版社，2003 三、实验前应回答的问题 1.什么事伯努利方程？

2.机翼形状与升力有什么关系？ 3机理动制作？ 如何周定机翼才能使机现仪能上下移动？ 5.机翼的材料除了使用硬纸外还可以用什么材料？ 四、实验室可提供的主要器材 硬纸与铜丝，玻璃胶带纸，剪刀，支撑杆，气源，测风速器及各种力学实验常用器材。 五、实验内容 1.用硬纸做成各种形状的机翼（如图1仪供参考），用铜丝折成如图形状，铜丝两端 (直径约2毫米)穿过机翼，使机翼只能上下移动。铜丝周定在地板上，防止机翼被风吹走 2.用气源吹气口对准机翼吹气，观察现象（各种形状的机翼是古会上升）。如能上升， 设计实验测量各种机翼升力的大小。 3.机翼向无或向右，转180度，使机翼后部对准吹气口，观察现象（各种形状的是会 上升)，为什么？ 4.把机翼上下倒过来，并对机吹气，观察现象（机现是否会上升），为什么 铜 吹起方向 图 六、实验报告的要求 1.写出本实验的目的和意义 2简要介绍本实验涉格的基木后甲】 3.介绍实验装，包括它的原理，功能，特性等 4.记求制作过程中遇到的问题及解决的办法，特别是实验者有创新和有体会的内容。 5.写出模型制作的效果及自我评价。 6.写出本实验的收扶，体会及改进意见。 实验59用激光演示李萨如图形 实验目的、 在自然界中，机械振动现象普遍存在，例如心脏的跳动，电动机开动是引起的颜动，敲 钟时引起的振动，地震时大地的震动等。在直线周期性震动中，最基本的是简谐发动。当两 个方向相互垂直，频率成整数比的简谐振动叠加时就会形成李萨如图形，但一般振动幅度都 很小进行观察。利用杠杆原理可使微小的振动放大，在远处屏上进行观察，可使用激光光源 本实验要求用激光器，电磁打点计时器等器件设计 个置，使光占时在大屁上显 示李华如图形，并对简谐振动，受迫表动，共振以及二维同频振动合成等有较为深入的了解 二、参考书籍与材料 1.赵凯华，罗蔚茵，新概仑力学，北京高等教育出版社.1995 2.郑永伶，贾起民，力学（下册）上海，复旦大学出版社，1990

3.J10203型电磁打点计时器使用说明书.2001. 4.童培雄，赵在忠，受迫振动演示实验，物甲实验，22（增刊），2002.8 5.上海大学核力电子设备厂。激光今萨图形演示仪产品说明书，2003 8培雄，赵在 ,刘贵兴，用激光显示李萨如图形，物理实验23(8)， 三、实验前应回答的问题 (一)关于振动 1什么是机械振动？什么是简谐振动？ 2.什么是振动物体的频率，周期，振幅和相位 3.什么是物体固有频率如何测量周有振 4.什么是阻尼振动？什么是受迫振动？什么是共振 5.两个振动如何用振幅矢量法进行合成？同方向频率的两个简谐振动的合成结果是什 么？同方向不同频率的两个简谐振动的合成结果是什？方向互相垂直，频率成整数比的两个 简烤垢动的合成结果是什么 二)关于光杠杆 1.什 是光杠杆？光杠杆如何使微小振动放大 2激光有什么特点？本实验为什么要用激光做杠杆的光源？ ()关于由打点计时誉 1巾磁打点计时器的结构是什么？ )在由打占计时 中，电压信号是如何使振动片振动？ 3 振动的叛动频率是杏与加在电 磁打点计时器的电压信号频率相同？ 1.电磁打点计时器的振动片的振动是简诺振动吗？ (四)关于何设计实验装置 1.何设计实验装置？请画出草图 2.泥动片的长短对实验有何影？ 3.电压信号的频率为什么要等于电随打点计时器动片的周有领率 1激光照射在反射镜上对入射角有什么要求 5.实验装骨对反射镜的大小有什么要求？ 6.何保证两个振动方向垂直？ 四、 实验室口可提供的主要器 磁打点计时器两个 激光器或半导体体激光器1台（注意激光不要直射眼晴），固定 架两个， 力率信号发生器2台，观察屏1个（也可用墙壁），小反射镜片等 五、实验内容 1.取两个电磁打点计时器，去掉打点针与塑料罩，在振动片的振动端贴上反射镜。 2.测定两个电磁打点计时器振动片的固有颊率（基率）。！果两个电磁打点计时器的固 有振动频率不等，可改变振动片的长短或加上配玉，使其振动率相同 3.将两个电磁打点计时器相互垂直放胃 ,使光照射在第 电磁打点计时器振动片的 反射镜上后，经反射照射在第二个打点计时器振动片的反射镜上，反射后在段影在远处屏卫 4.把两台低烦信号发生器的输出端分别与两个打点计时器相连接，开启发生器使振动条 振动，发生器的输出频率分别与振动片的固有频率相同，观察远处屏上的图形。以上实验可 以使用·合低信发生兴，应该连接？ 5.把两台低须信号发生的输出端分别与两个打点计时器相连接，改变两个打点计时器 振动片的固有振动， 使其须率分别为1：2 13 2:3。两台发生器的输出频率分别与 两个振动片的固有频率相同，观察屏上图形的变化 六、实验报告的要求

1.阐明本实验的日的和意义。 2简要介织太实哈步及的共本原甲 3.写清本实验的设计想路 设计过程和实验结果 4简要介绍电磁打点计时器，包括它的原理，功能，特性。 5.记永制作过程中遇到的间题及解决的小法，特别是实验者有创新和有体会的内容。 6.写出仪器制作的效果与自评。 7谈谈本实验的收类，体会和改进意见 实验即电磁感应与磁悬 、实验目的、意义 要求 电磁学之所以迅速发展为物理学中的一个重要科学，在于它的强大的生命力，在于它在 经济生活中有丰富的回报率，电磁感应原理在传统的电机工程，变压器效应，无线通讯等领 域中独领风瑶，在现代医学，现代交通，信息产业等领域也有许多应用。本实验就是要肝究 电磁感应现象和电磁力对各种材料的影，探讨其在现实生活中的应用和发展。 参考书籍 材料 1.贾起民，郑永令，陈，北京，北京教育出版社.2001 2.就元华，陆中龙，基础物理实验，北京，高等教省出版社，2003 3.上海大学电子设备厂，电磁感应实验仪说明书，2001. 、 空哈前应可终的间顺 1.什么是电磁感应？电磁感应产生的电流， 电动势和电磁场如何定义？ 2楞次定律说明了什么？此实验中电能可能转化为何种能量？ 3.什么叫磁力？它和安培定律有什么关系？ 1说明造场强度及此对成由流的关系？ 5.变压器和中磁感应有什么联系？比原理是什么？ 6.什么叫电阻率？它在电磁感应中起了什么作用 7.什么叫电磁铁？什么叫磁化？它们都有什么作用？ 8.什么叫涡流？什么叫感应磁场？ 四、实验室可提供的主要器材 1.上海大学电子设备厂生产的电磁感应实验仪1台主要器件有线圈和软铁棒，组成！图 1,所示。 软性棋 线图 镜子 图1 2.MS-1电磁感应实验仪电源1台，面板接线如图2所示 3.小出环2只（其中一只有切割的缝隙），等厚但外径较小的小铝环一只。 4.小铜环2只（其中一只为黄铜环，另一只为纯铜环），小软铁环一只，小钢环一只。 5.塑料杯一只，游标卡尺一把，电子天半1台

A COM V AC DUT 6.山铜线绕制的线圈环1只，并在线圈环上接有小电珠。LQ6 图2 五、实验内容 1.将小钳环套在S-1电磁感应实验仪的供软棒上，接好连接线。将S-1电磁感应实 验仪电源调到零电压的输出位置，交流档将开关合上，逐渐增大调压变压器的输出电压，小 铝环将逐渐上升并悬浮在软体棒上，用同体积的黄铜环和纯铜环做上述实验，会发现在外界 条件（电压）相同的情况下，这3个环在软铁棒所处的高度却不一样。 2.用电子天平称出上述3个小铁环的重量，用游标卡尺测量它们的体积，找出它们上升 高度不同的原因， 3.用小铁环套在S-1电磁感应实验仪的软铁棒上，重复实验内容1的操作，会发现小 的软铁环几乎是粘在软铁棒上，用手将其套在软铁棒的任意高度处，都会被铁棒吸收住，这 是为什么？ 4.用塑料环和有缝隙的小环做上述实验，会发现什么现象？有缝隙的小铝环焊上】 根铜线会有什么变化 5.用等厚但外径不同的小铝环做上述实验，和实验内容1中的小铝环相比，会发现什么 现象？如何解释？ 6.实验内容1的过程中，5V-1电破感应实验仪的软铁棒和套入的金属小环为什么会发 热 7.实验时用铜线绕制成的线圈环套入款铁棒，线圈环中的小电珠为什么会发亮？其亮度 为什么会随线圈环离软铁棒的距离呈递诚趋势 8.取小钢环套入软铁棒其圆心和软铁棒的中心处于偏心状念，打开MS-1电磁感应实验 仪的开关，会发现小钢环发生振动，偏心量逐渐扩大，直到绑环的环壁碰到软铁棒为止。解 释这种现象」 六、实验报告的要求 明本实验的日的和意义 2.阐明实验的基本原理，设计思路和研究过程 3.记下所用的仪器，材料的规格或型号数量等。 4.记求实验的全过程，包括实验北骤，各种实验现象和数据。 5.分析实验结果，讨论实验中出现的各种问题以及在现实生活中的应用。 6.得出实验结果并提出改进意见 实验重力加速度的测量 一、实验目的、意义、要求 地面上的不同地区，同一物体所受的重力并不相同，所以重力加速度g也不相同，它是 山物体所在地区的纬度，海拔高度及可量分等因素浊定。承力速度县一个币要的地球物 理常数，准确地测定它的量值在科学研究和工程技术方面都有重要意义。本实验采用新型 摆实验仪，运用集成开关型霍尔传感器和多功能毫秒仪实现自动计时，从而能在很短的儿个 振动周期内准确测得单摆的周期。 二、参考书籍与材料

1.沈元华，陆中龙，基础物理实验，北京，高等教育出版社，2003 2.上海大学电子设备厂，渐型单摆实验仪产品说明书，2001 三、实验前应回答的问题 1.什么叫单摆？在摆角个超过5度时，其振动周期等于什么 2.单摆的一般公式为 3.单摆的运动是简谐振动吗？为什么？ 4.果摆线的质量小可忽路，单摆的周期比一般公式的表达式数值大，还是小或者小 变 5.什么叫单摆？其張动周期T的表达式是什么？ 6.什么是霍耳效应？什么是霍耳传感器？ 四、实验室可提供的主要器材 1.G1单摆实给仪1台 2.激光定位装2只。 3.集成霍耳传感器1只 五、实验内容 1.调节摆线长度，测量和记录摆线长度。 2.连接集成霍耳开关和-3电子计时器。 3.调节集成霍耳开关的位界，使霍耳开关恰好在小球铅直位胃时磁钢的正下方。并使征 耳开关一输出低电 多功能毫秒仪面板上的低电半指示灯 4.预开关次数 5,将小球拉开一定距离，用水平直尺量出这一臣离，利用一角函数算出摆角，填表。 6.依表数值作2T广sin⊙/2图，并进行直线拟合，得到相关系数r,斜率，截距(A-2T)。 7将所得数据带入公式T=,计算T值。 8.比较摆角⊙的不同大小(一级近似，二领近似)，对计算机重力加速度g带来的影 响。 9.用减光光电传感器测量单摆振动周期，求重力加速度g 加用复摆测量并计算出重力加速度，复摆的公式为，式中为物体对转轴的转动惯量，m 为物体的质量，L为物体重心与转轴间垂直距离。 六、实验报告的要求 1写明本实验的日的和意义 2.阐明实验的基本原理，设计思路和研究过程。 3.记录所用的仪器，材料的规格，数量等。 A.记永实验的全过程，包括实验步骤，实验图示，各种实验现象和数据等。 5.分析实哈结果，过论实哈中出现的冬种问颗 6.得出实验结论，并提出改进意见 实验2激光监听器 一、实验目的、意义、要求 监听的形式有多种，从最初的把线图接在某通讯线路上的监听，到现在全球的无线手机 监听系统.经历了漫长的时积。现今监听技术的传用已经相当普瑞.上战争中，为得知敌方 相互之间联络的 容，常把电线接在敌方通讯线路上进行窃听，以学捏战争之主动权，现在的 案件侦破中，也大量使用，月种类繁多，微 监听器就是其中一例。今后不断研究，可以应 用在打击劫持犯罪上，还能应用在地震搜数

本实验用激光反射法音颊声源定位与语音内容解析系统，声音的传播会让附近的物体 发生震动，所以用这套系统分析一间房屋的窗户上的玻璃震动，就可以了解到屋内的声音。 将使实验者从实验中加深对激光性质的理解，了解光调制和音频信号成大器制作的方法，并 增加了物理实 验的乐趣 二、参考书籍与材料 戴玮：沈建华，激光监听实验的开设与研究，大学物理实验，20明年04期 三、实验前应回答的问题 【什么叫声波？是怎样形成的？与振动有怎样的关系？ 2 激光有哪些特点 如何选用硅光电池、激光器 3.什么叫光调制？怎样实现声振动光振动电信号-声音信号的转化？ 四、实验室可提供的主要器材 各型激光器，硅光电池，电信号放大器，连接线 五、实验内容 设计 电路图、光路图 2.用激光器、音频信号放大器、扬声器等器材组成实验装进行实验， 六、实验报告的要求 1.目的与意义 2.简要介绍本实验的基本原甲 3实验的设计想想、设计过程、实验结果 实验3烛灭水升现象的研究 ·、实验目的、意义、要求 当发现一种新的实验现象时，不同的人会从不同的理论的基础和不同的经验基础出 发，往往也会有不同的理解和解释。究竞那个解释是对的？这一方面可以从理论上进行 辩论，而史重要，史有说服力的则是设计其他实验进行验证。这种情况在科学发展。史 上屡见不鲜， 在现今科学研究中也经常发4 本实验提出的实验现象蜡烛火焰熄灭后 水面上升的现象要求学生认真观察这些现象，提出自己的解释，并设计实验来验证这科 解释。 二、参考书籍与材料 1.凯华，定性与半定量物理学，北京，高等教育出版社.1991 2.梁励芬，蒋平，大学物理简明教程，上海复旦大学出版社，2002 3.工连瀛，张成炸译，物质和能量，北京科学出版社，1983 1徐华，新编起味物理北京，中国农业机械出版社，198 三、实验前应回答的问题 1图1所示，把一支点燃的蜡烛放入盛水的器皿内，用另一只烧杯罩在蜡烛上，当 蜡烛火焰熄灭后，会看到烧杯内水面升高的现象吗？

图1 2.如果罩在点燃的蜡烛上的烧杯大小不同，对实验现象是杏有影响？盛水烧杯内水的 多少对实验现象是杏有影响？点燃一支蜡烛或多支蜡烛，对实验像是杏有影 3.水面升高的原因是什么？这种现象是化学变化还是屋甲变化所产生的？ 1.何用实哈来哈证你的观点？ 四、实验室可提供的主要器材 1低盛水皿，烧杯各一支，蜡烛若干支，火柴与水等。 2.塑料杯，盐水，烧杯，支撑杆等。 .塑料瓶，细砂及少量大块砂粒，大小与材料都不同的物体，小铜块，纸片，小电 珠等 4.其他实验室常用器材 五、实验内容 1.图1所示，将一支蜡烛放在盛水器皿用点燃蜡烛后，用一只烧杯罩在点燃的蜡烛 上，当蜡烛熄灭后，观察现象。 2.解释这种实验现象，并设计一个实验来验证你的观点 六、实验报告的要求 1.阐明实验的目的和意义 2.简要介绍本实验涉及的基本原理。 3.对实验过程作详细记录。 4.写清本实验的设计思路，设计过程和实验结果。 5.记录制作过程中遇到的问题及解决的小法。 6.谈谈本实验的收获与体会 实验64可闻声波测声速 一、实验目的、意义、要求 机械震动在弹性介质中向外传播形成声波。声波按震动频率的高低分为次声波（频率 小于20H)，可闻（听）声波(20一20000之间)，超声波（震动频率大于20000z)

声学研究与应用涉及物理，化学，工程技术等各个领域。例如何避免噪声，如何利用声 的作用来促进化学反应，海底地质勘测（声音导航和测距），超声探伤，超声清洗等等。 声音在介质中传播的速度称为声速，本实验要求设计实验装置用可闻（听）声波测声速， 并研究声波的特性 二、参考书籍与材料 1.赵凯华，罗蔚茵，新概念力学，北京：高等教育出版社，1995 2.吴勇，董培雄等， 种非超声波测声速的方法，物理实验，20(12).2000.3~3，。 贾玉润等，大学物理实验，上海：复大学出版社：1985 4.沈元华，陆巾龙，基础物理实验，北京：高等教有出版社 三、实验前应回答的问题 1空气中的声速主要与那些因素有关？ 2声波有什么特性？ 3可闻（听）声波与超声波有什么区别？ 一般测声速有几种方法？所使用声源发出的声波是可闻（听）声波还是超声波？本 实验是否可以用这几种方法测声速 5为什么可闻（听）声波测声速要比用超声波测声速史难？ 6可闻（听）声波与超声波所使用的发射器和接收器分别是什么？ 四、实验室可提供的主要器材 扬声器，传声器（话筒），低频方波信号发生器（有功率输出），数字式示波器， 米尺 数宁示波器 口口口 功率输出 电压输出 低频信号发生器 CH 扬由 标R 话篇 图1 五、实验内容 1如图1所示，扬声器与低方波信号发生器功率输出端相连接，须率取1~z 2,低频方波信号发生器电压输出端与数字示波器CH1(通道1)相连接，作为触发基 准信号