《大学物理实验》课程教学大纲

大学物理实验课程教学大纲 课程名称（中文）：大学物理实验 课程名称（英文）：Experiment Course of Physics 课程编号：Z860 课程类型：公共基础课，理工科必修 学时：60 学时 学分：3 适用对象：全校各专业 先修课程：无 一、本课程的地位、目的、作用和任务 物理学是研究物质运动一般规律及物质基本结构的科学，是自然科学的基础。它的发 展不仅推动了整个自然科学，而且对人类的物质观、时空观、宇宙观乃至人类文化都产生 了深刻的影响。物理学的研究必须以客观事实为基础，必须依靠观察和实验。物理实验在 物理学的发展过程中起着重要的和直接的作用。实验可以发现新事实，实验结果可以为物 理规律的建立提供依据。 归根结底物理学是一门实验科学，无论物理概念的建立还是物理规律的发现都必须以 严格的科学实验为基础，并通过今后的科学实验来证实。实验物理与理论物理相辅相成。 规律、公式是否正确必须经受实践检验。只有经受住实验的检验，由实验所证实，才会得 到公认。物理学又是当代技术发展最主要的源泉。物理实验的方法、思想、仪器和技术已 经被普遍地应用在各个自然科学领域和技术部门以及其他学科领域。 本课程是高校各理工科专业开设的一门基础实验课，它与普通物理理论课程既有紧密 的联系，又互相独立。它不同于一般的探索性的科学实验研究，每个实验题目都经过精心 设计、安排，实验结果也比较有定论。它不仅可以加深大家对理论的理解，更重要的是可 使同学获得基本的实验知识，在实验方法和实验技能诸方面得到较为系统、严格的训练， 是大学生进行自主学习、创新训练及科学研究的第一步，同时在培养科学工作者的良好素 质及科学世界观方面，物理实验课程也起着潜移默化的作用。 本课程的主要目的和任务： 1.通过对实验现象的观察、分析和对物理量的测量，使学生进一步掌握物理实验的 “基本知识，基本方法和基本技能”（即“三基”能力）；并能运用物理学原理和物理实 验方法来研究物理现象和规律，加深对物理学原理的理解。 2.培养与提高学生从事科学实验的素质。其中包括：理论联系实际和实事求是的科学 作风；严肃认真的工作态度；不怕困难，主动进取的探索精神；遵守操作规程，爱护公共 财物的优良品德；以及在实验过程中相互协作，共同探索的团队合作精神。 3.培养学生进行综合实验、应用实验和设计实验的能力，以及自主学习和科学研究的 能力，提高学生的创新素质。 在教师的指导下，了解和掌握科学实验的主要过程和方法，通过亲自动手动脑，训练 和培养独立工作的能力，提高科学素质，为后续课程学习以及进行课题设计、科学研究打 下基础。 二、教学基本要求 1.比较系统的学习力学、热学、声学、电磁学、光学、近代物理实验，并进行综合性、 应用性和设计性方面的实验训练。 2.学习掌握常用基本物理实验仪器的原理、性能和使用方法。 3.学习掌握一般物理实验的方法、实验技术，一般物理量的测量方法。 4.学习掌握实验数据及误差的处理方法（不确定度评定方法），能够正确表述结果并 进行结果分析和讨论。 5.通过实验学会观察、分析、研究物理现象和物理规律，加深对某些重要物理现象和 规律的认识和理解。 6.养成良好的实验习惯和严谨的科学作风，特别是严肃认真对待实验数据，杜绝弄虚 作假，树立事实求是的科学态度和道德。能根据实验要求写出规范的实验报告。 本课程培养学生进行科学实验工作的综合能力，包括实际动手能力、分析判断能力、 独立思考能力、革新创造能力、归纳总结能力、口头表达能力等。 三、教学基本程序 1.实验预习（20 %） 看懂教材、明确目的、写出预习报告。预习报告要求： 写实验目的、主要原理、公式（包括式中各 量意义）、线路图或光路图及关键步骤。 画好原始数据表格，单独用一张实验报告纸。 课上教师要检查预习情况，记录预习分。 2.实验操作（40 %） 阅读资料、调整仪器、观察现象、获取数据、仪器还原。 重视实验能力、作风培养。珍惜独立操作的机会，完成基本内容，争取做提高内容。 教师在评分上予以鼓励。 强调记录数据时不得用铅笔，只有数据正确、仪器还原、教师签字后该次实验才有 效。 提倡研究问题，注意安全操作。 3.实验报告（40 %） 实验报告要用河北工业大学实验报告纸（河北工业大学教材科有卖)。 报告内容：凡预习报告中已有的原理、图、步骤等不必重写，可在讨论或小结里用 自己的实验体会加以补充。数据处理时必须先重新整理原始记录，然后进行计算（应包含 主要过程）、作图。最后附上教师签字的原始记录。 交报告的时间、地点：一周内交给课代表然后下次上课前统一交给任课教师。逾期 未交报告，酌减报告分，一个月不交，按无报告处理。 四、物理实验教学新体系 在本课程教学中，要紧紧把握信息时代大学物理实验教学的建设与发展规律，坚持 “工学并举”，以工为主、多学科协调发展的办学理念和特色，教学、科研并重，理论与 实践相结合；坚持“创新发展”的改革思路，鼓励教师大胆进行教学改革与创新；树立 “以学生为本，知识传授、能力培养、素质提高协调发展”的教学理念，以自主学习、综 合实践、研究和创新能力培养为核心的实验教学新观念。 根据“多层次、模块化、组合式，且相互衔接”的原则，为强化自主学习实践、注重 探索研究、创新能力训练，构建科学的物理实验教学内容新体系。特别是，将实验教学内 容分为四个层次，并把“开放性、设计性”贯穿所有“四个层次”的始终。即： 第一个层次基础性实验。包括大学物理实验理论、“力热声光电”等部分内容。 第二个层次提高性实验。注重“力热声光电”等部分的提高性内容，包括近代物 理实验的部分内容。 第三个层次综合应用性实验。突出“力热声光电”及近代物理实验等部分内容的 综合性、应用性。 第四个层次研究性、创新型实验。以“力热声光电”及近代物理实验等部分内容 为基础，设置研究与创新课题，学生也可以通过实验学习自选题目，或选择在实践中感兴 趣的题目进行研究与创新的探索与训练。其中完成优秀的题目和学生可以直接参加大学生 “自主学习与创新训练实验竞赛活动”。 在上述四个层次中，都选择一定的题目按“设计性”实验进行教学；同时四个层次中， 进行一定时间范围内的“开放式”选课与教学，大大方便了学生，体现以学生为本的教育 思想，有效地扩大实验教学的信息量，拓展学生的视野和知识面；同时，又留给大学生充 分的想象空间，为大学生搭建了一个亲自动手进行自主学习、自主实验、创新训练的平台。 五、课程内容 绪论 第一章 误差与数据处理基础知识 1.1 测量误差 1.2 测量结果的不确定度 1.3 有效数字 1.4 实验数据处理方法 1.5 计算器的统计功能简介 第二章 测量方法与仪器调整原则 2.1 测量方法 2.2 仪器调整的基本原则 第三章 物理实验常用仪器 3.1 长度测量的基本仪器 3.2 质量测量仪器天平 3.3 时间测量仪器 3.4 低摩擦系统气垫导轨 3.5 液体温度计 3.6 电路元件 3.7 直流电表 3.8 常用光学仪器 3.9 常用光源 第四章 力学实验 实验1 基本测量长度、质量和物体密度的测定 实验2 用自由落体仪测定重力加速度 实验3 气垫导轨上滑快的碰撞动量守恒定律的验证 实验4 用三线摆测物体的转动惯量 实验5 气垫导轨上滑快的简谐振动 实验6 弦振动的研究 实验7 光杠杆镜尺法测铜丝的杨氏弹性模量微小长度变化的测量 实验8 用拉脱法测液体的表面张力系数微小力的测量 实验9 用落球法测液体的粘滞系数 第五章 电磁学实验 5.0 电学实验操作规则 实验10 测绘线性电阻和非线性电阻的伏安特性曲线 实验11 用直流单臂电桥测电阻 实验12 用双臂电桥测小电阻 实验13 用电位差计测量电动势和校正伏特计 实验14 温差电偶的定标 实验15 灵敏电流计基本特性研究 实验16 用模拟法测绘静电场 实验17 示波器的使用 实验18 用霍尔元件测量磁场 实验19 用感应法测量磁场 实验20 电容器的充放电 实验21 用冲击电流计测电容和高阻 第六章 光学实验 6.0 光学仪器的使用与维护 实验22 薄透镜焦距的测定 实验23 分光计的调节和使用 实验24 薄膜干涉 实验25 单缝衍射的光强分布 实验26 光栅衍射 实验27 光的偏振 第七章 近代物理与综合实验 实验28 迈克尔逊干涉仪的调节与使用 实验29 微波干涉和布拉格衍射 实验30 密立根油滴法测定电子电荷 实验31 夫兰克赫兹实验 实验32 氢原子光谱 实验33 全息照相 实验34 盖革弥勒计数器和核蜕变的统计规律 实验35 用超声光栅测定液体中的声速 第八章 设计性实验 8.0 设计性实验简介 8.1 力学设计性实验 实验36 单摆测重力加速度 实验37 轻质固体密度的测定 实验38 液体密度的测定 实验39 气垫导轨上滑块的运动时间、速度和加速度的测量 实验40 用光杆测定固体的线胀系数 实验41 测定偏心轮绕定轴的转动惯量 实验42 用焦利秤测弹簧的有效质量 8.2 电磁学设计性实验 实验43 变阻器制流特性和分压特性 实验44 电表改装和校准 实验45 非平衡电桥及热敏电阻温度计 实验46 用伏安法测电阻(采用电压补偿测量 ) 实验47 用电位差计测电阻 8.3 光学设计性实验 实验48 测量透明固体与液体折射率 实验49 用双棱镜测量钠光波长 实验50 用分光计测定液体折射率 实验 51 观察旋光现象 第九章计算机在物理实际问题中的应用设计实验 9.1 计算机在物理实际问题中的应用概述 9.2 应用实验设计方案简介 9.3 非电量电测技术应用简介 9.4 常用传感器和A/D、D/A 转换器简介 9.5 计算机在物理问题中的应用设计实验 设计实验52 计算机在光学测量中的应用 设计实验53 霍尔开关器件的特性及应用设计 设计实验54 温度传感器的特性及应用设计 设计实验55 光电传感器的特性及应用设计 设计实验56 电阻应变式传感器的特性及应用设计 设计实验57 压力传感器特性及应用设计 设计实验58 计算机在电磁学测量中的应用 设计实验59 计算机在力学测量中的应用 设计实验60 计算机在热学测量中的应用 设计实验61 计算机在综合测量中的应用 六、学时分配 总学时为60 学时。其中 1.大学物理实验A：30 学时(春季学期)， 学分： 2.大学物理实验B：30 学时(秋季学期)， 学分： 七、考核方法 本课程的考核，以平时实验成绩为主。在实际教学中，平时教学效果及成绩采用“2- 4-4”比分制的评价标准，即预习报告20%、现场操作40%、正式报告40%。特别是，实验操 作的成绩评价，要求按实验内容分解步骤，逐项打分。五记分制与百分制相结合，开卷与 闭卷相结合，理论与实际操作相结合，课题小论文、设计实验、自主学习实验、创新训练 实验、总结报告等多元化、多层次、多角度相结合，综合评价学生成绩。 例如， A-优=95 分；B-良=85 分；C-中=75 分；D-及格=65 分；E- 不及格50 分； 1 至2 次实验未做成绩降一档。 八、教材及参考书 教材： 1.大学物理实验，2007年8月第三次印