课程负责人:孙凯
课程简介:
《大学物理实验》是一门面向全校理工科非物理类专业本科生独立开设的实验技术基础课程。大学物理实验课程的教学内容包括物理实验的基本知识、物理实验基本训练、物理实验基本技术训练和设计性实验能力训练。作为物理实验的基础技能和基本技术训练的实验项目安排为学生必做实验内容,作为综合性、设计性实验能力训练的实验项目安排为选做实验内容。通过本课程的学习,应使学生掌握物理实验的基本知识、一些基本物理量的测量原理和方法、一些基本实验仪器的原理和使用技能、独立进行综合设计性实验研究能力,并为相关学科的后继实验课程学习和今后用物理方法解决本学科问题打下良好基础。
课程教学大纲:
课程名称:(中文): 大学物理实验
(英文):Physical Experiments
课程性质:通识教育课(专业基础课)
教材及实验指导书名称《大学物理实验》
开课学期:第二学期
课程学时: 36学时
课程学分:2学分
先修课程:高等数学、计算机、电子学等课程
并修课程:力学、热学、电磁学、光学、电子线路
一.课程实验目的要求
《大学物理学实验》是一门面向理工科非物理类专业开设的基础实验课程,它与《大学物理学》理论课既有紧密联系,又相互独立,而且以培养学生实验操作方法、技能、数据(物理现象)观测与处理能力为主。课程教学目的是使学生在物理实验的基本知识、基本方法、基本技能等方面受到较系统的训练,加深对物理学基本概念和基本规律的理解和掌握,培养学生科学实验能力、良好的实验习惯以及严谨求实的科学作风,使学生具有良好的科学实验素质,为今后的学习与工作打下良好的基础。
实验课程教学总体上分为实验基础层次,实验基本技术层次和综合、设计性提高实验层次。经过多层次,多方式教学的全面训练后,学生应达到下列要求:
1.进一步巩固和加深数对物理学基本概念和基本规律的理解和掌握。
2.在物理实验的基本知识、基本方法、基本技能等方面受到较系统的训练,学会和掌握基本物理量的测量以及对于实验数据分析处理方法,培养良好的科学素质、创新精神和实践工作能力。
3.能利用各分支学科的知识与技能,具有自主进行综合设计性和开放性的实验项目的能力。
4.能初步具备较高的实验素养和良好的科学素质,具有创新精神和实践开拓能力。
二.适用专业:
工科类
三.主要仪器设备:
游标卡尺、千分尺、通用电脑计数器、杨氏模量测量仪、线膨胀系数测定仪、双踪示波器、电源、电压表、电流表、普朗克常数测定仪、磁滞回线实验仪、光具座、分光计、全息照相实验台、迈克尔逊干涉仪、计算机、普通物理虚拟仿真实验软件,等。
四.实验方式与基本要求:
1.本课程以实验为主,为单独设课,第一次课指导老师需讲实验测量与误差(不确定度)理论知识、实验预习报告、实验原始数据记录、实验报告的格式及书写要求;讲解课程的性质、任务、要求、课程安排和进度、平时考核内容、期末考试办法、实验守则及实验室安全制度等。
2.该课程要求学生在进入实验室进行实验之前,必须对于所做实验进行预习并写好实验预习报告。在实验课程开始之前,学生首先把实验预习报告交给指导老师经检查许可、老师讲解完后方可进行实验项目操作。
3.实验设备(1~2人)/套,在规定的时间内,由学生独立完成。指导老师对于发现和学生提出的问题,应该以启发思考的讨论方式激发学生独立分析处理。
4.每个实验项目操作在完成过程中学生应该及时填写实验原始记录,包括实验原理、公式、仪器装置(线路结构原理)图、实验器材、原始数据等,特别是原始数据记录一定规范化,如物理量符号、物理量单位与单位符号(SI单位制)、有效数字,数据图表绘制规则等。
5.学生在完成实验项目以后,按照仪器设备使用规范负责把所用仪器恢复到原来状态,并做清洁卫生;并且按照实验项目分小组填写所在实验室的运行记录。然后把实验原始记录交给指导老师检查、签字,方可结束实验课程离开实验室。
6.学生在课外对所完成的实验项目按照规定格式及时(做完实验一周之内)写出实验报告,担任实验课程的指导教师对于学生提交的实验预习报告和实验报告实行全批改,并且及时登记成绩。
7.普通物理虚拟仿真实验只安排6学时课内实验,在学院仿真实验室完成。课外同学们可在远程登录网站进行学习、预习、复习等。
五.考核与报告
1.考核方式:闭卷考试+ 平时成绩。
2.总成绩评定:考试卷面成绩占考核成绩的40%,平时成绩占60%。
3.平时成绩评定:平时成绩以各次实验成绩总和取平均值。
4.期末考试:闭卷考试,实验理论知识和实际操作,考察学生理论联系实际,动手动脑的能力。
六.实验项目设置与内容
序号 |
实验名称 |
内容提要 |
实验 学时 |
每组 人数 |
实验 属性 |
开出 要求 |
1 |
课程绪论部分讲授 |
学习和掌握测量误差及不确定度评定和有效数字处理规则。 |
3 |
全班 |
必做 |
|
2 |
长度测量 |
学习米尺、游标卡尺、螺旋测微器、读数显微镜的构造、原理和正确使用方法:学习并正确运用有效数字和误差理论记录及处理实验数据。 |
3 |
30 |
验证 |
选做 |
3 |
密度测定 |
熟悉物质密度测量的基本方法;学会常用方法测定固体、液体和气体的密度。 |
3 |
2 |
验证 |
选做 |
4 |
碰撞实验 |
验证动量守恒定律; 了解非完全弹性碰撞与完全非弹性碰撞的特点。 |
3 |
2 |
验证 |
选做 |
5 |
杨氏模量的测定 |
学习用光杠杆放大测量微小长度变化;学会测量钢丝的杨氏模量;学习用逐差法和作图法处理数据。 |
3 |
2 |
综合 |
必做 |
6 |
刚体转动 |
刚体绕固定轴转动时,外加力矩与角加速度的关系——验证转动定律;测定刚体的转动惯量,研究刚体转动惯量与质量分布的关系。 |
3 |
2 |
验证 |
必做 |
7 |
弦振动的研究 |
观测和研究弦振动中驻波形成原理;学会波速测定方法;研究弦振动波长与张力关系 |
3 |
2 |
综合 |
必做 |
8 |
声速的测定 |
学会在超声中用振幅计值法测声速;学习声速与气体比热容比关系并测定其比热容比 |
3 |
2 |
验证 |
选做 |
9 |
温差电动势的测定和热电偶温度计的标定 |
了解热电偶的结构,理解热电偶温度计的测量原理,熟练掌握热电偶温度计的标定方法,学会用热电偶温度计测量温度的方法并计算水对微波的吸收率。 |
3 |
2 |
综合 |
必做 |
10 |
变温粘度系数测量与分析 |
学习和理解变温粘度系数实验仪器的结构与原理 |
3 |
2 |
综合 |
选做 |
11 |
用冷却法测固体的比热容 |
掌握基本的量热方法;学会用冷却法测定金属比热容及以作图法处理数据 |
3 |
2 |
验证 |
选做 |
12 |
空气比热容测定 |
学习空气比热容测定仪的结构和工作原理;研究热力学等温、绝热过程;测定空气比热容 |
3 |
2 |
验证 |
必做 |
13 |
惠斯通电桥测电阻 |
掌握惠斯通电桥测电阻的原理;学会正确使用箱式电桥测电阻的方法;了解提高电桥灵敏度的几种方法 |
3 |
2 |
设计 |
必做 |
14 |
静电场的模拟与描绘实验 |
学习和掌握模拟法测量静电场的原理;测定和描绘不同结构的等势线 |
3 |
2 |
验证 |
必做 |
15 |
单色仪的组装及使用 |
设计和组装单色仪,了解其结构和工作原理。 |
3 |
2 |
综合 |
选做 |
16 |
电子束线的偏转实验 |
观测和分析带电粒子在电场和磁场中的偏转、聚焦规律;测定电子菏质比 |
3 |
2 |
设计 |
选做 |
17 |
示波器的原理及应用 |
了解示波器的结构及示波原理;学会正确使用示波器展示波形;测量信号的幅值、频率,观察李沙育图形 |
3 |
2 |
综合 |
必做 |
18 |
电表的改装与校准 |
掌握改装电表的原理和方法。将灵敏电流计(表头)改装成安培表和伏特表,并进行校准。 |
3 |
2 |
设计 |
必做 |
19 |
利用霍尔效应测量磁场 |
学习应用霍耳效应测量磁场的原理和方法 |
3 |
2 |
验证 |
选做 |
20 |
薄透镜焦距的测定 |
学习在光具座上各元件的共轴调节;掌握测定薄透镜焦距的几种基本方法 |
3 |
2 |
验证 |
必做 |
21 |
分光计调节和使用 |
了解分光计的结构和工作原理;掌握分光计的调节要求和调节方法;测定棱镜顶角和棱镜玻璃的折射率 |
3 |
2 |
验证 |
必做 |
22 |
等厚干涉的应用 |
通过实验加深对等厚干涉原理的理解;掌握用牛顿环测透镜的曲率半径和用劈尖测微小直径(或微小厚度)的方法 |
3 |
2 |
验证 |
必做 |
23 |
光栅衍射 |
观察光栅衍射现象并分析光栅的主要特性;掌握在分光计上用透射光栅测光波波长、光栅常数及角色散的方法 |
3 |
2 |
验证 |
选做 |
24 |
全息摄影 |
了解全息摄影技术的主要特点,学习拍摄静态全息照片的方法及再现物像的观察方法;加深对干涉原理和衍射原理的理解。 |
3 |
2 |
综合 |
选做 |
25 |
太阳能电池特性研究 |
了解太阳能电池的基本结构及基本原理;分别对单晶硅、多晶硅、非晶硅太阳能电池进行下述测量: 测试太阳能电池暗特性,即PN结伏安特性; 测试太阳能电池光照特性:开路电压与光照强度关系,短路电流与光照强度关系,测量功率输出曲线;找出最大功率点,计算填充因子。 |
3 |
2 |
综合 |
选做 |
26 |
光电效应 |
学习和掌握光电管伏安特性的测量方法;应用光电效应测定普朗克常数 |
3 |
2 |
验证 |
选做 |
27 |
动态磁滞回线的测量 |
掌握用示波器测量变压器铁芯动态磁化特性原理和方法 |
3 |
2 |
验证 |
选做 |
28 |
摄影技术 |
学习和掌握摄影的基本原理和操作技术(黑白、彩色和数码);初步掌握暗室操作技术 |
3 |
4 |
设计 |
选做 |
29 |
热敏电阻温度计的设计 |
了解热敏电阻的伏安特性、温度系数值;学习用非电量的电测法将温度转换为电阻的变化量,再用电学仪器进行测量的方法。 |
3 |
4 |
设计 |
选做 |
30 |
恒温控制技术 |
设计和组装恒温控制器,了解其结构和工作原理。 |
3 |
4 |
设计 |
选做 |
31 |
光纤特性及传输实验 |
了解光纤特性及光纤传输原理。 |
3 |
4 |
设计 |
选做 |
32 |
电磁波的发散与接收 |
了解电磁波的发散与接收原理。 |
3 |
4 |
设计 |
选做 |
33 |
大学物理仿真实验 |
了解物理虚拟仿真实验的作用和意义;掌握普通物理虚拟仿真软件的操作技能; 加深物理实验仪器结构和工作原理,学习和掌握基本原理和实验方法。 |
6 |
2 |
综合 |
选做 |
小计 |
96 |
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