大学物理实验教学大纲

大学物理实验教学大纲课程目录号：260216课程目录名称：大学物理实验英文名称： ExperimentofCollegePhysics先修课程： 面向对象： 理工科专业一、课程简介：物理学在人的科学素质培养中具有重要的地位，实验为物理学的基础，它反映了理工科实验的共性和普遍性问题,在人才科学素质培养中起着不可替代的重要作用.20世纪中叶以来，以计算机信息科学技术、生命科学、空间科学、材料科学等为代表的新的科学技术革命，极大地加速了科学技术的发展和各学科之间的相互交叉和渗透，新的综合化趋势已成为科学发展的主流。因此，物理实验课程体系，教学内容和教学方法、手段必须由封闭型向开放型转变。大学物理实验作为大学生在进校后的第一门科学实验课程，不仅应让学生受到严格的、系统的实验技能训练，掌握科学实验的基本知识、方法和技巧，更主要的是要培养学生严谨的科学思维能力和创新精神，培养学生理论联系实际、分析和解决实际问题的能力，特别是与科学技术的发展相适应的综合能力，适应时代的发展，科技进步的创新能力。大学物理实验是为理工科大学生入校之后开设的一门物理实验课，它的任务是通过实验培养学生发现、分析和解决物理问题的能力。为此必须让学生系统地掌握物理实验的基本知识、基本方法和基本技能，提高学生的实验素质和动手能力，为进一步学习专业实验课打好基础。二、教学目的与要求：课程的目的：通过对实验现象的观察、分析和对物理量的测量，使学生学习物理实验知识和基本实验方法，并加深对物理原理的理解；培养与提高学生的科学实验能力，、包括自学能力、动手能力、分析能力、表达能力、初步设计能力；培养与提高学生的科学实验素养，理论联系实际和实事求是的科学作风，严肃认真的科学素质，主动学习和刻苦钻研的学习精神，遵守纪律、团结协作的团队精神，爱护公物的优良品德。基本要求：通过对实验现象的观察、分析和对物理量的测量，学习物理知识，加深对物理学原理的理解。培养学生实验动手能力及创新能力,掌握基本仪器的使用方法。三、主要内容与学时分配：第1章绪论课：测量误差、不确定度与数据处理(6课时)[目的]：掌握测量，误差基本概念，误差产生的基本原因，不确定度基本概念；掌握直接测量量和间接测量量结果的处理和不确定度计算；掌握有效数字位数；掌握常用数据处理方法。[内容]：1）基础物理实验的地位和作用2）物理实验的一般进程和各教学环节的要求3）误差和数据处理的基本知识（一）（1）测量和误差（2）测量不确定度简介（3）有效数字及其运算法则（4）实验测量结果的表示4）实验数据处理的基本方法5）误差和数据处理的基本知识（二）（1）标准偏差的概念及计算（2）间接测量结果标准偏差的传递公6）阶段性对实验进行讲评和总结第2章基础实验一：用扭摆法测定转动惯量(3课时)[目的]：研究刚体的定轴转动定律、平行轴定理等。测量金属圆柱等刚体的转动惯量。[内容]：1）熟悉扭摆构造和使用方法，了解惯量平行定理；2）掌握扭摆法测定转动惯量的原理及正确的测量方法；3）测定扭摆的仪器常数(弹簧的扭转常数K)；4）测定塑料圆柱、金属圆柱等的转动惯量，并与理论值比较，计算百分误差；5）验证转动惯量平行定理。第3章基础实验二：示波器及音频信号发生器的使用(3课时)[目的]：1）初步了解示波器的工作原理，了解示波器面板上多个旋钮的作用。掌握示波器和低频信号发生器的使用；[重点]：示波器原理和使用方法以及用示波器测量电压和周期的方法。[内容]：通过用示波器观察各种电信号的波形，1）用325型示波器观察本机的正弦波和李萨如图形；2）用示波器观察低频信号以及相应的李萨如图形。第4章基础实验三：用惠斯登电桥测中值电阻(3课时)[目的]：1）掌握惠斯登电桥测电阻的原理；2）学习用惠斯登电桥测电阻的方法；3）了解电桥灵敏度的概念及其测量方法和提高灵敏度的几种途径。[要求]：惠斯登电桥的原理和特点以及用它测量电阻的方法。[内容]：1）用板式惠斯登电桥测成品电阻的阻值；2）用电阻箱组装电桥测电阻；3）测量箱式电桥的灵敏度。第5章基础实验四：用模拟法测绘静电场(3课时)[目的]：1）掌握用电流场模拟法测绘静电场的原理和方法；2）加深对电场强度和电位概念的理解；3）定性测绘静电场的等势线和电场线的分布情况[内容]：1）同心大小圆环压放在导电纸或导电玻璃上，接上约10V直流点源和测量电压表，使之接触良好，内外环间形成稳恒的电流场；2）由最高电压V开始每隔几伏测一条等势线，两条探针间串着电压表，一级放在地电势，另一探针在距离圆心r处试探，在不同角度，找出不同电势，测8-10个点，用虚线连接成一等势线，按此绘出5-6条；3）画出8条等夹角对称的电场线，注意起始点和终点，并标明方向；4）将测量的V值和理论值比较；5）对其他形状电极做同样测量（选做）。第6章基础实验五：薄透镜焦距的测定(3课时)[目的]：1）学会调节光学系统的共轴；2）了解视差原理的实际应用；3）掌握簿透镜焦距的几种测量方法。[重点]：光具座的调节，测透镜焦距的方法。[内容]：１）对光学系统共轴的调节；2）粗测凸透镜的焦距（方法自定）；3）用物距像距法测凸透镜的焦距；4）用二次成像法测凸透镜的焦距；５）用自准法测凸透镜的焦距；6）用辅助透镜法测凹透镜的焦距；7）用视差法测凹透镜的焦距。第7章基础实验六：用牛顿环测凸透镜的曲率半径(3课时)[目的]：1）观察等厚干涉现象，了解其特点。2）学会有牛顿环测定透镜曲率半径的方法。3）学习用逐差法处理实验数据的方法。[重点]：牛顿环仪的调节使用方法,求曲率半径的公式推导。[内容]：１）调节牛顿环装置,使牛顿环落在显微镜筒的正下方。２）调节目镜,使牛顿环圆心处在视场正中央。３）测出如第16至25环的直径作为,再将41到50的直径作,用逐差法求出直径平方差的平均值,代入公式求透镜曲率半径的平均值。第8章基础实验七：霍尔效应法测定螺线管曲向感应强度分布(3课时)[目的]：1）了解霍尔元件和霍尔效应的基本原理，学会用霍尔效应测量磁场的基本方法；2）掌握测试霍尔效应器件的工作特性；3）学会用霍尔器件测绘长直螺线管曲向感应强度分布。[重点]：霍尔效应产生的原理。[内容]：１）霍尔器件输出特性测量。２）利用霍尔效应测长螺线管轴线上的磁场分布。第9章综合实验八：静态拉伸法测量钢丝的杨氏模量(3课时)[目的]：1.学习用光杠杆法测量钢丝的杨氏模量；2掌握用光杠杆法测量微小伸长量的原理和方法。3.巩固和学习处理实验数据的两种方法：图解法和逐差法。[要求]：光杠杆法测量钢丝的杨氏模量的方法。[内容]：1）用光杠杆法测量钢丝的杨氏模量；2）用逐差法处理实验数据；3）用图解法处理实验数据。第10章设计性实验九：电表的改装(3课时)[目的]：1）掌握用代替法测定表头内阻的方法，或其他测定表头内阻的方法；2）学会将电流表改装成安培表和伏特表；3）学会分析实验结果及误差分析的方法。[要求]：将量程100uA的表头改装成2mA和20mA的毫安表；提出电流改装毫安表的设计方案（实验中所需的实验仪器设备名称，物理原理及原理线路图，实验步骤)；在实验室完成电表改装和校正；分析误差大小和误差原因。第11章设计性实验十：测量线性电阻与非线性电阻的伏安特性(3课时)[目的]：1）学习常用电磁学仪器的正确使用及简单电路的连接；2）掌握伏安法测电阻的基本方法及误差分析；3）测量线性电阻和非线性电阻的误差特性。[内容]：要求：1）测定金属膜电阻的伏安特性（分别用内接法与外接法，根据电表内阻的大小分析上述测量方法的误差）；2）测量稳压管的正向伏安特性和反向伏安特性。稳压管的参数由实验室提供；3）测量小灯泡得伏安特性，判断小灯泡是线性元件还是非线性元件。四、教材与参考书目：教材：陶向阳,燕安，《基础物理实验教程》。江西教育出版社，2007年。参考书目：[1]沈元华