实验课程简介

普通物理实验

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普通物理实验

课程负责人：邓涛

课程简介：

《普通物理实验》是一门面向理科物理学类（师范、非师范）专业开设的学科基础课程，是本科生进入大学后后第一门科学实验课程。它在培养学生严谨的治学态度、活跃的创新意识、理论联系实际和适应科技发展的综合应用能力等方面具有无可替代的重要作用。目前《普通物理实验》课程每年承担约600名学生，2000多人时的教学任务，同时承担部分骨干教师培训任务。在培养高素质物理类人才，尤其是培养物理类师资方面发挥着重要作用。《普通物理实验》课程内容总体上分为三个层次，各层次实验均涉及力学、热学、电磁学、光学、近代物理学等知识领域，课程内容丰富、突出实验基本方法、强调实验设计性和研究性，以“虚拟仿真实验”拓展资源，为培养学生自主学习能力、创新能力创造了条件。其中第一层次安排一定数量的基础性实验项目，以保证基础训练。第二层次安排具有知识和技能的综合性实验项目。第三层次安排综合研究设计性实验项目，以强调对学生动手能力和科学素质的培养。

课程教学大纲：

课程名称（中文）普通物理实验

课程性质独立设课课程属性学科基础课程必修课

教材及实验指导书名称《普通物理学实验》

学时学分：总学时108 总学分6 实验学时 99

应开实验年级学期一年级一～二学期

适用专业物理学类

先修课程力学、热学、电磁学、光学

一、课程教学基本要求

《普通物理实验》是一门面向理科物理学类专业开设的学科基础课程。课程内容总体上分为两个阶段，共三个层次，其中第一层次安排一定数量的基础性实验项目，以保证基础训练。第二层次安排具有知识和技能的综合性实验项目。第三层次安排综合研究设计性实验项目，以强调对学生动手能力和科学素质的培养。经过多层次，多模式教学的全面训练后，学生应达到下列要求：

1．进一步巩固和加深对物理学基本概念、定理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；学会和掌握物理量的基本测量方法和分析处理实验数据的基本方法。

3．具有利用各分支学科的知识与技能，进行综合设计性和开放性的实验项目的能力。

4．培养良好的科学素质、创新精神和从事实际工作的能力以及创新精神和实践开拓能力。

5．熟悉普通物理虚拟仿真实验软件，认识虚拟仿真实验在物理教学中的重要作用。

二．课程实验目的要求

《普通物理实验》课程的特点是：它与《普通物理学》理论课程既有紧密联系，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。《普通物理实验》课程的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，培养良好的科学素质、创新精神和实践能力，为学好后续课程和以后的工作打下良好的基础。

三．主要仪器设备

游标卡尺、千分尺、通用电脑计数器、气垫导轨、物理天平、杨氏模量测量仪、液体比汽化热测量仪、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、非线性电路混沌实验仪、光具座、分光计、全息照相实验台、迈克尔逊干涉仪、光纤音频信号传输实验仪、半导体激光原理实验仪、光纤光栅传感实验仪、传感器、计算机等。

四．实验教学方式与基本要求

1．本课程以实验室为课堂，以完成教学实验项目为主，教学内容按照两个阶段共三个层次进行。在每一阶段教学开始安排一定学时实验相关知识和课程教学要求讲解，由主讲老师以上大课多媒体形式讲解，内容包括实验测量与误差（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；讲解实验的基本技术与方法、课程论文的书写等。

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．第一、二层次实验设备（1~2人）/套，第三层次实验设备3~5人/1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．具体实验教学方式根据教学对象及实验层次不同可以灵活变化，一、二、三层次可以采用不同的教学模式，鼓励教学改革与创新。第一层次和第二层次的前半部分实验项目在学生进校一年级上期开设，考虑与中学的接轨采用传统的“教师讲解—学生实验”实验教学模式；第二层次的后半部分实验项目及第三层次在一年级下期开设，有了第一阶段基本实验技能和实验内容的训练后，第二层次后半部分实验采用“教师指导—学生讲解—学生实验”实验课程新教学模式进行；第三层次采用“开放、自主式”实验教学模式，即教师提出教学内容与目标要求以及相关的实验器材目录，由学生自己查找资料、设计方案完成实验（学生设计的实验方案需经过教师审查后才能实施）。

8．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.本课程以平时实验操作过程考核为主，并结合期末考试成绩，综合评定学生本课程学习成绩。实验成绩按规定分类登记在学生成绩花名册上。

平时考核内容: 预习报告与实验操作、实验报告等。

期末考核方式：理论笔试（70%）+实验操作或课程论文或实验设计等（30%）。

课程成绩: 平时考核成绩(50%) + 期末成绩 (50%).

2.不同的教学模式，可以采用不同的考核方式，鼓励对考核方式进行改革。

六．实验项目设置与内容

1.第一阶段

序号	实验名称	内容提要	实验学时	每组人数	实验类别	开出要求
0	课程绪论	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、实验数据处理等知识。	3	一个班	理论基础	必做
1	长度测量	学习米尺、游标卡尺、千分尺、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	1~2	验证	选做
2	密度测定	掌握物理天平的基本使用方法；学会常用方法测定固体、液体和气体的密度；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	1~2	验证	选做
3	碰撞实验	了解气垫导轨和数字毫秒计的原理、构造和使用；学会用光电计时系统测量滑块运动时间、速度和加速度。	3	1~2	验证	必做
4	杨氏模量的测定	学习用光杠杆法和CCD法测量钢丝杨氏模量的基本原理和方法；学习用逐差法和作图法处理实验数据。	3	1~2	综合	必做
5	惯性称	掌握用惯性称测定物体质量的原理和方法；了解惯性称的定标和使用。	3	1~2	验证	选做
6	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的关系。	3	1~2	验证	选做
7	转动惯量实验仪测定刚体转动惯量	掌握测定刚体转动惯量的原理和方法；研究刚体转动惯量与其质量、形状大小的关系；进一步学习平移轴定理。	3	1~2	验证	选做
8	水的汽化热测定	学会采用电加热技术测定水的汽化热；学习如何消除测量系统热散失的影响。	3	1~2	验证	选做
9	声速的测定	学会利用相位比较法和振幅合成法测量声速的基本原理和方法；了解压电陶瓷的工作原理及其应用。	3	1~2	综合	必做
10	金属线胀系数测定	学习测量金属棒线胀系数的方法	3	1~2	验证	选做
11	落球法测液体粘滞系数	学会落球法测定液体粘度；学习和理解激光、光敏、单片机计时应用；掌握现代光电传感器的测量技术。	3	1~2	验证	选做
12	冷却法测量金属的比热容	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	1~2	验证	选做
13	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	1~2	验证	选做
14	液体表面张力系数测定	学习和熟悉新型液体表面张力系数测定仪的结构和原理；利用压力传感器测定液体表面张力。	3	1~2	验证	选做
15	伏安法测电阻	掌握电阻箱、滑动变阻器、电表、电源等常用电学仪器的使用方法；掌握电学实验连线的方法；掌握利用电阻伏安特性求电阻的方法。	3	1~2	验证	选做
16	非线性电阻伏安特性测量与描绘	学会非线形电阻伏安特性的测量方法；观测和分析晶体二极管正反向伏安特性。	3	1~2	综合	选做
17	惠斯通电桥测电阻	掌握电学实验连线的方法；掌握利用电桥法测电阻的原理及方法；了解电桥的灵敏度与哪些因素有关。	3	1~2	验证	选做
18	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	1~2	综合	选做
19	电表的改装和校正	掌握电表的基本原理和设计方法；学会电表的组装和使用。	3	1~2	综合	必做
20	电子束偏转实验	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	1~2	综合	必做
21	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	1~2	验证	必做
22	RLC电路谐振特性研究	学习RLC电路谐振的原理和串并联谐振特性的测量方法	3	1~2	验证	选做
23	薄透镜焦距的测定	学习在光具座上各元件的共轴调节方法；掌握测定薄透镜焦距的几种基本方法。	3	1~2	验证	选做
24	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	1~2	验证	必做
25	用双棱镜干涉测定钠光波长	掌握干涉装置的调节技术；学会用菲涅耳双棱镜装置测定光波波长	3	1~2	综合	必做
26	迈克耳逊干涉仪调节与使用	了解迈克耳孙干涉仪原理及结构；掌握迈克耳孙干涉仪的调节方法；学会测量钠光D双线的波长差	3	1~2	综合	必做
27	虚拟仿真实验	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；	6	1~2	综合	选做
	复习和考试				全体	必考
小计	87（必做30，选做57）

2.第二阶段

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
0	课程绪论	加深对误差理论的认识和掌握；进一步掌握数据处理的常用方法	3	一个班		必做
1	综合设计性实验相关知识	介绍综合设计性实验的特点，学习研究与设计性实验相关理论知识；学习课程论文的写作知识。	3	一个班		必做
2	虚拟仪器在物理实验中的应用	了解虚拟实验系统结构原理及实验方法；学习普通物理系列仿真实验	3	1~2	综合	选做
3	阻尼振动实验	学习在阻尼状态下振动测量技术:动态法测定阻尼振动的特征参量	3	1~2	综合	选做
4	三线摆测定刚体的转动惯量	掌握测定刚体转动惯量的原理和方法；研究刚体转动惯量与其质量、形状大小的关系；进一步学习平移轴定理。	3	1~2	验证	选做
5	温差电动势的测定与热电偶温度计的标定	学习和掌握温差电动势的测定与热电偶温度计的标定原理与方法。	3	1~2	综合	选做
6	不良导体导热系数测定	熟悉导热系数测量仪的结构和工作原理；测定不良导体的导热系数；测定空气导热系数。	3	1~2	验证	选做
7	温度传感器标定与半导体制冷实验	学习和掌握半导体制冷原理及温度传感器的标度方法；了解温度传感器标定与半导体制冷的应用	3	1~2	综合	选做
8	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	1~2	综合	选做
9	交流电桥实验	了解交流电桥结构和平衡原理；掌握调节方法；学会用交流电桥测量电感和电容及其损耗的方法	3	1~2	综合	选做
10	光电效应测测定普朗克常数	学习和理解爱因斯坦的光电子理论，了解光电效应的基本规律；掌握用光电管进行光电效应研究的方法；掌握测定普朗克常数的方法	3	1~2	综合	选做
11	RLC电路的稳态过程研究	研究RL、RC串联电路的幅频、相频特性；测量和研究RLC串联电路的相频特性	3	1~2	验证	选做
12	低电阻的测量	学习利用双臂电桥测量电阻的基本原理和方法；测定金属棒的电阻率	3	1~2	验证	选做
13	动态磁滞回线测定与分析	熟悉智能磁滞回线仪的结构和工作原理；观测、存贮和分析磁化过程中B、H数据；观测动态磁滞回线	3	1~2	综合	选做
14	磁场的描绘	研究载流圆线圈轴线上磁场的分布规律；掌握感应法测定磁场的原理和方法。	3	1~2	验证	选做
15	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	1~2	验证	选做
16	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	1~2	验证	选做
17	CCD单缝衍射实验研究	学习和理解CCD线阵光电传感器的结构和工作原理；测量单缝单丝衍射光强分布；测定光栅常数	3	1~2	验证	选做
18	弹簧振子的研究	研究弹簧振子振动的规律，研究决定弹簧振子倔强系数的因数。	6	3~5	设计	选做
19	复摆振动的研究	组装复摆，学习和掌握复摆振动周期的测量方法。	6	3~5	设计	选做
20	集成霍尔传感器与谐振动实验	学习用焦利称测量弹簧的倔强系数；了解集成霍尔传感器的基本组成部分和工作原理；学会用开关型集成霍尔传感器测量弹簧振子的振动周期。	6	3~5	综合	选做
21	声光效应实验研究	学习和掌握声场与光场之间相互作用的物理机制；分析和研究声光调制通讯与声光信息处理。	6	3~5	综合	选做
22	典型传感元件特性研究	学习和掌握常用传感器（温敏、光敏、位移、应变、霍耳元件等）的工作原理、特性和基本应用	6	3~5	设计	选做
23	液晶电光效应实验研究	了解液晶的特性；学习和掌握液晶电光效应实验仪的原理和方法	6	3~5	综合	选做
24	电光调制实验研究	学习和掌握电场与光场互作用原理；分析和研究电光调制通讯与电光信息处理原理和方法	6	3~5	综合	选做
25	全息照相	了解全息照相的记录与再现基本原理；掌握全息照相的基本实验方法	6	3~5	设计	选做
26	偏振光分析与研究	学习和掌握偏振光产生和鉴别原理和方法；用旋光仪测定糖溶液浓度	6	3~5	综合	选做
27	RLC电路的暂态过程研究	观测和研究RLC电路的暂态特性	6	3~5	综合	选做
28	PN结电阻温度特性分析	熟悉仪器的结构与工作原理；理解PN结测温的原理和方法；测量和分析PN结样品的禁带宽度	6	1~2	综合	选做
29	孤波信息观测分析	学习孤子波形成原理；观测和研究孤波现象及产生机制	6	3~5	综合	选做
30	硅光电池特性研究	学习和理解硅光电池的工作原理和特性；测定和分析硅光电池的短路与开路特性；测定硅光电池平率响应和输出与负载关系	6	3~5	综合	选做
31	磁阻传感器测量地磁场	了解磁阻传感器的结构与原理，掌握测量地磁场的原理与方法。	6	3~5	综合	选做
32	光具组基点的测定	掌握测节器结构原理和使用

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