《物理实验Ⅰ》教学大纲

 

　  课程编号：

　　适用专业：理工类本科各专业 课程层次及学位课否：学科门类基础、必修课

　　学 时 数：32 学 分 数：2

　　执 笔 者：成正维 牛原 编写日期：2006年7月

一、教学任务和目标

　　物理实验是为理工类各专业本科学生开设的必修学科门类基础课，物理实验Ⅰ是其中的第一部分。

　　本课程是学生进入大学后受到系统实验方法和实验技能训练的开端，使学生在高中物理实验的基础上，按照循序渐进和因材施教的原则，学习物理实验的基本原理、常用技术和常用方法，得到实践能力和创新意识的培养与提高，为今后的学习和工作奠定良好的基础。

二、教学内容及安排

　　1.课堂讲授内容：（4学时）

　　（1）绪论

　　介绍物理实验课特点，了解本课程学习任务、学习方法和基本教学内容。

　　（2）实验误差与数据处理

　　明确测量和误差的概念，了解误差的定义、分类、表示方法，系统误差的来源和消除方法。掌握有效数字的记录、运算规则和直接、间接测量量不确定度的评定。掌握数据处理的基本方法。

　　2.实验内容： （28学时）

　　（1）常用仪器使用和基本操作技术实验：

　　理解物理实验的基本方法，掌握基本仪器的调整和使用，初步掌握测量不确定度评定和数据处理。

　　选题（每个实验3学时，每个学生做其中的4个）

　　·示波器的使用：了解示波器的原理；掌握示波器的调节、使用方法，测量正弦信号电压有效值和频率，观测利萨茹图形。

　　·分光计的使用：学习分光计的工作原理，掌握分光计的调节技能，学会用分光计测三棱镜顶角。

　　·滑线变阻器的研究： 学习电源、电表、电阻箱、滑线变阻器等常用电学仪器的使用，研究滑线变阻器的分压特性和限流特性。测量二极管的伏安特性曲线。

　　·杨氏模量的测量：理解光杠杆法测量微小长度的原理和方法；学会光杠杆、望远镜的调节；用逐差法、作图法处理数据，用不确定度评定实验结果。

　　·刚体转动惯量的测量：掌握用转动惯量仪，测转动惯量的方法；理解光电测时的原理；用最小二乘法处理数据，进行误差分析。

　　·牛顿环测量：理解读数显微镜的工作原理；掌握其调整使用方法；初步了解光的干涉原理；用读数显微镜测量牛顿环半径，计算凸透镜曲率半径。利用干涉法测量金属细丝的直径。

　　·透镜焦距的测定：学习并掌握在光具座上，光路的调整，用自准直法、共轭法、物距像距法测透镜的焦距。

　　·基本方法实验：

　　熟练掌握常用仪器的使用，掌握物理实验的常用原理及方法。巩固、提高对实验结果不确定度评定和数据处理的能力。

　　选题：（每个实验3学时，学生选做4个）

　　·声速的测量：掌握共振干涉法和相位比较法测量声速的原理；了解压电换能器的性质和构造；巩固间接测量量的不确定度评定。

　　·共振法测杨氏模量：学习用动态法测杨氏模量，学会应用多种仪器和方法综合测定物理量。

　　·不良热导体导热系数的测量：掌握导热系数的概念；理解稳态法的测量原理；掌握温度传感器的使用；用作图法处理数据，进行误差分析。

　　·电桥的应用：掌握单臂电桥、双臂电桥平衡原理；和适用范围。掌握用比较法，测电阻值；掌握电桥灵敏度的概念；会计算仪器的最大允许误差。

　　·非平衡电桥的应用：了解热敏电阻的性能；学习用非平衡电桥测电阻的动态变化。

　　·冲击电流计测螺线管磁场：了解冲击电流计测磁的原理；学习一种测量磁场的方法，并对测量结果进行分析；测定、绘制螺线管内磁场分布曲线，与理论值比较并分析误差来源。

　　·示波器法测磁滞回线：应用示波器动态测定、绘制软磁材料的基本磁化曲线和磁滞回线，测定相关磁性能。

　　·霍耳效应：掌握霍耳效应测磁场的原理；用作图法处理数据并进行分析。

　　·双棱镜干涉：学习光的干涉原理，理解光的波动性，学习掌握光路调整，学会测微目镜的使用，用逐差法处理数据并进行误差分析。

　　·偏振光的研究：学习了解光的偏振现象及原理，掌握用偏振片、波片获得偏振光的方法，学习用光电转换方法测定光强，研究马吕斯定律和布儒斯特定律。

　　·迈克尔孙干涉实验：掌握干涉仪的使用方法；用干涉仪观察分析定域、非定域、等倾、等厚干涉条纹；测定单色光波长；用逐差法处理数据并进行分析。

　　·夫兰克—赫兹实验：测定汞原子的激发电势；验证玻尔理论；用逐差法处理数据，与理论值进行对比并进行误差分析。

　　·光电效应实验：利用光电管的伏安特性曲线，选用不同波长的光做出曲线。从这些曲线上找到截止电压值。做出直线求出普郎克常数。

　　·全息照相实验：利用干涉原理记录物体的全部信息。将结果拍照到干版上经显影，定影处理得到全息图。

　　·超声光栅测液体的声速；压电晶体在交变电场的作用下，发生周期的压缩和伸长形成驻波，单色光经光栅产生衍射，从而测出传播速度。

　　·考试实验：（每个实验4学时，每生选做1个）

　　每个学生从"基本方法实验"中选一个未做过的实验作为考试实验。

三、教学基本要求

　　·本课程以课堂实验为主，全部实行开放选课方式教学。

　　·课堂讲授应用多媒体技术，同时学生亦可通过课程网站进行预习和复习。

　　·实验前教师检查学生实验预习报告，实验过程教师检查主要实验环节操作情况并做记录，实验完成以后教师当场检查数据的可靠性并签字。学生课后一周内完成实验报告，交教师批阅。

　　·提倡使用计算机软件进行实验数据处理。

四、考核

　　本课程成绩由误差处理作业（60）和期末考试（约33％）三部分组成。

　　每个实验考核中预习占20％，操作占40～60％（视具体实验性质而定），实验报告占20～40％。

　　期末进行实验技能操作的考试，考核学生预习实验、根据指导书学习做实验及处理数据、写实验报告的能力。根据情况也可以辅之以笔试题。

　　学生未能完成规定学时的实验不能取得期末成绩和学分。

五、与其它课程的联系与分工

　　应先修高等数学（至少微分部分），可以与大学物理同时开课。

　　本课程的后续课为物理实验Ⅱ。

六、建议教材及教学参考书

　　《大学物理实验》，成正维主编，高等教育出版社出版。

　　《工科物理实验ECAI》，杜树槐主持编写，高等教育出版社出版。

　　补充教材，登录教学网站下载。网站地址：http://211.71.70.120http://211.71.70.120

《物理实验Ⅱ》教学大纲

　　课程编号：

　　适用专业：理工类本科各专业 课程层次及学位课否：学科门类基础、必修课

　　学 时 数：32 学 分 数：2

　　执 笔 者：成正维 牛原 编写日期：2006年7月

一、教学任务和目标

　　大学物理实验是为理工类各专业本科学生开设的必修学科门类基础课，物理实验Ⅱ是其中的第二部分。

　　本课程在物理实验Ⅰ的基础上对学生进行系统的物理实验方法和实验技能训练，主要进行综合性实验和设计性实验的学习，继续提高实践能力和创新意识，为今后的学习和工作奠定良好的基础。

二、教学内容及安排

　　·课堂讲授：（3学时）

　　内容：

　　了解实验设计的基本程序和要求，掌握实验原理和方法的选择。通过示例介绍通过误差分配原则、配套仪器选定、最佳条件和最佳参数的确定。介绍综合专题实验的基本要求及专题实验小论文的撰写要求。

　　2.课堂实验 （24-28学时）

　　（1）综合专题性实验

　　目的：培养综合实验能力和对实验结果进行综合分析的能力。

　　内容：有关近代物理和高新技术应用的选题，每个专题含3～6个相关的实验。

　　选题：（每个专题12～14学时，每个学生选1个专题，含3～4个实验）

　　·超声专题：涉及超声波特性及应用，包括超声的产生与传播、固体弹性常数的测量、超声波探测等实验。

　　·电子的特性：涉及电子的属性、电子的发射、在电磁场中的运动、波动性,包括密立根油滴实验、金属逸出功、光电效应、电子在电磁场中的运动、电子衍射实验等。

　　·波的特性：涉及可见光波、微波、X射线、物质波的衍射共性研究，包括单缝衍射、光栅衍射、微波衍射、X射线衍射、电子衍射等实验。

　　·光谱专题：涉及光谱实验基本原理、技术及成品仪器的使用，研究对象涉及原子光谱及介质吸收光谱，包括棱镜光谱、光栅光谱、小型棱镜摄谱仪、光栅光谱仪等实验。

　　·光电子基础：涉及光与物质的相互作用，包括电光效应、声光效应、磁光效应等实验。

　　·光纤技术专题：半导体激光器的电光特性曲线，光纤的耦合、传输特性，光纤的数值孔径的测量。及其在通信和传感领域的应用。

　　·迈克尔孙干涉专题：利用白光干涉原理测量薄玻璃的折射率，利用光拍原理测量钠黄光双线的波长差，将迈克尔孙干涉改装成F-P干涉仪利用多光束干涉原理测量钠光的波长差。

　　（2）设计性实验（每个实验12学时，分3次完成。每个学生选做1个）

　　选题内容：

　　·固体折射率的测量

　　·电容率的测量

　　·磁性材料主要磁参数的测量

　　·万用表设计与组装

　　·电子温度计的设计与组装

　　·光电传感器与光强测量

　　·超声波测量研究

　　·全息光栅的制作与测试

　　·电源特性的研究

三、教学基本要求

　　·本课程以课堂实验为主，全部实行开放选课方式教学。

　　·课堂讲授应用多媒体技术，同时学生亦可通过课程网站进行预习和复习。

　　·实验前教师检查学生实验预习报告，实验过程教师检查主要实验环节操作情况并做记录，实验完成以后教师当场检查数据的可靠性并签字。

　　·综合专题实验分三次进行，专题实验结束后写出实验报告及小论文，一周内上交。

　　·设计性实验分三次进行，第一次进行设计方案的检查，实验完成后当场上交设计性实验报告。

四、考核

　　本课程成绩由专题实验和设计性实验两部分组成，各占50％。

　　每个实验考核中预习占20％，操作占40～60％（视具体实验性质而定），实验报告占20～40％。

　　学生未能完成规定学时的实验不能取得期末成绩和学分。

五、与其它课程的联系与分工

　　应先修高等数学、物理实验Ⅰ、大学物理Ⅰ，可以与大学物理Ⅱ同时开课。

六、建议教材及教学参考书

　　《大学物理实验》，成正维主编，高等教育出版社出版。

　　《工科物理实验ECAI》，杜树槐主持编写，高等教育出版社出版。

　　补充教材，登录教学网站下载。 

 

课件链接 

来源：http://jpkc.seu.edu.cn/lib/seu/default.do