基础物理实验绪论课课件

1、基础物理实验绪论课1基础物理实验绪 论物理教学实验中心：物理教学实验中心：基础物理实验绪论课2绪 论1 物理实验的重要性2 如何做物理实验3 基础物理实验课的要求基础物理实验绪论课31 物理实验的重要性(1) 什么是基础物理实验(2) 物理实验在物理学研究与 发展中的作用(3) 物理实验对物理学在其他 学科中应用的意义(4) 改变轻视实践的传统观念基础物理实验绪论课4(1) 什么是基础物理实验？ 最基本的物理实验，包括力、热、电、光及近代物理实验。 理科、工科、医科各专业都普遍要做的物理实验。基础物理实验绪论课5 物理实验做什么物理实验做什么1 力学：力学： 碰撞问题碰撞问题 转动惯量转动惯量

2、2 热学：热学： 液氮比汽化热液氮比汽化热3 光学：光学： 激光、干涉、衍射、透镜成像激光、干涉、衍射、透镜成像4 电磁学：电磁学： 圆线圈和亥姆霍兹线圈、圆线圈和亥姆霍兹线圈、 谐振电路、电桥谐振电路、电桥5 近代前沿：量子论实验、近代前沿：量子论实验、X光实验、磁阻效应光实验、磁阻效应6 现代测量技术：示波器的使用、计算机实测现代测量技术：示波器的使用、计算机实测7 数据处理方法：画图、不确定度评定、最小二乘法数据处理方法：画图、不确定度评定、最小二乘法 拟合等拟合等基础物理实验绪论课6(2) 物理实验在物理学研究与发展中的作用从物理学史看物理实验的重要性从物理学史看物理实验的重要性经典物

3、理学的建立：经典物理学的建立： 力学（伽里略）力学（伽里略） 电磁学（库仑、法拉第、麦克斯韦）电磁学（库仑、法拉第、麦克斯韦） 光学（杨氏、菲涅耳）光学（杨氏、菲涅耳）近代物理学的建立：近代物理学的建立： 三大发现（三大发现（X X光、放射性、电子）光、放射性、电子） 从宏观到微观从宏观到微观 两朵乌云（黑体辐射、迈两朵乌云（黑体辐射、迈克耳逊克耳逊莫莫雷雷实验）实验） 从经典到近代从经典到近代基础物理实验绪论课7最美的十大物理实验最美的十大物理实验 1. 用单电子做的杨氏双缝干涉实验（用单电子做的杨氏双缝干涉实验（1961）2. 伽利略的落体实验（伽利略的落体实验（1600左右）左右）3.

4、密立根油滴实验（密立根油滴实验（1909）4. 牛顿用棱镜将日光分解为七色的实验（牛顿用棱镜将日光分解为七色的实验（16651666）5. 杨氏用光作的干涉实验（杨氏用光作的干涉实验（1801）6. 卡文迪许用扭秤测定万有引力常数的实验（卡文迪许用扭秤测定万有引力常数的实验（1798）7. 埃拉托色尼测定地球周长的实验（约公元前埃拉托色尼测定地球周长的实验（约公元前300）8. 伽利略的斜面实验（伽利略的斜面实验（1600左右）左右）9. 卢瑟福用卢瑟福用 粒子散射发现原子核的实验（粒子散射发现原子核的实验（1911）10. 复科摆的实验（复科摆的实验（1851）物理实验之美物理实验之美基础物

5、理实验绪论课 埃拉托色尼埃拉托色尼测定地球周长测定地球周长的实验（约公的实验（约公元前元前300） 问题：问题：给你一根直给你一根直杆，你能否杆，你能否测出地球的测出地球的周长？周长？亚历山大城和塞恩城亚历山大城和塞恩城 8取自取自 马世红老师马世红老师ppt基础物理实验绪论课9 埃拉托色尼测定地球周长的实验埃拉托色尼测定地球周长的实验（约公元前（约公元前300）L = 360 800 / 7.2 千米千米取自取自 马老师马老师ppt基础物理实验绪论课10 问题问题2：当你躺在海滩上看到太阳落下而消失在：当你躺在海滩上看到太阳落下而消失在平静的海面时，如果紧接着站起来，会再一次看到太平静的海面

6、时，如果紧接着站起来，会再一次看到太阳落下。假如能测出这两次太阳落下对应的时间间隔，阳落下。假如能测出这两次太阳落下对应的时间间隔，你就可以估计出地球的半径。你就可以估计出地球的半径。 那么，这样的简易观察是那么，这样的简易观察是如何能用来测量地球的？如何能用来测量地球的？取自取自 马老师马老师ppt基础物理实验绪论课11d 2+ r2 = (r + h)2，式中，式中d = HE,d 2 =2rh + h2， h r,d 2 =2rh / 360 = t / 24h,d = r tan ，h r,r 2h / tan2 设设 t = 11.1s, = 0.04625 ,h = 1.70m,r

7、 5.22 106m, 在公认的地球（平均）半在公认的地球（平均）半径（径（ 6.37 106m ）的）的20范围之内范围之内 Dennis Rawlins, Am. J. Phys. 47(2), 1979, 126-128d取自取自 马老师马老师ppt基础物理实验绪论课12“怎样使用表和米尺来测量地球的大小怎样使用表和米尺来测量地球的大小”，美国物理学杂志美国物理学杂志, 47(2) (1979) p.126-128取自取自 马老师马老师ppt基础物理实验绪论课13物理学家看物理实验的重要性物理学家看物理实验的重要性牛顿牛顿：“探求事物属性的准确方法是探求事物属性的准确方法是从实验中把他们

8、推导出来。从实验中把他们推导出来。考察考察我的理论的方法就在于考虑我的理论的方法就在于考虑我所提出我所提出的实验的实验是否确实证明了这个理论；或是否确实证明了这个理论；或者提出者提出新的实验新的实验去验证这个理论。去验证这个理论。”叶企孙叶企孙：“对于象李政道这样优秀的对于象李政道这样优秀的学生，理论课可以免上，只参加考试；学生，理论课可以免上，只参加考试；但但实验不能免实验不能免，每个必做。，每个必做。”基础物理实验绪论课14丁肇中丁肇中：“我是一个做实验的工程师。我是一个做实验的工程师。希望通过我的得奖，能提高中国人对希望通过我的得奖，能提高中国人对实验的认识。实验的认识。没有实验就没有现

9、代科没有实验就没有现代科学技术学技术。”杨振宁杨振宁：“象我这样有了一点名气的象我这样有了一点名气的人也有不好的影响。在国内有许多青人也有不好的影响。在国内有许多青年人都希望搞我这一行（指搞理论），年人都希望搞我这一行（指搞理论），但是，象我这样的人，中国目前不是但是，象我这样的人，中国目前不是急需。要增加中国的社会生产力需要急需。要增加中国的社会生产力需要的是的是很多会动手的人很多会动手的人。”基础物理实验绪论课15结论：结论：物理学是一门实验科物理学是一门实验科学。在物理学的发展过程中，学。在物理学的发展过程中，实验是实验是决定性决定性的因素。发现新的因素。发现新的物理现象，寻找物理规律，

10、的物理现象，寻找物理规律，验证物理定律等等，都验证物理定律等等，都只能依只能依靠靠实验。离开了实验，物理理实验。离开了实验，物理理论就会成为论就会成为“无源之水，无本无源之水，无本之木之木”，不可能得到发展。，不可能得到发展。基础物理实验绪论课16(3) 物理实验对物理学在其他学科中应用的意义 材料材料：物性测试、新材料的发现、制备物性测试、新材料的发现、制备 化学化学：光谱分析、放射性测量、激光分离同位素光谱分析、放射性测量、激光分离同位素 生物生物：各类显微镜（光学显微镜、电子显微镜、各类显微镜（光学显微镜、电子显微镜、X X光显微光显微镜、原子力显微镜），镜、原子力显微镜），DNADNA

11、操纵、切割、重组以及双螺旋操纵、切割、重组以及双螺旋结构的分析结构的分析 医学医学：诊断诊断XX光、光、CTCT、核磁共振、超声波、核磁共振、超声波 治疗治疗放射性、激光、微波、放射性、激光、微波、刀刀结论：结论：物理实验物理实验是物理学在其他学科中应用的是物理学在其他学科中应用的桥梁桥梁基础物理实验绪论课17(4) 改变轻视实践的传统观念李约瑟之迷 为什么资本主义和现代 科学起源于西欧而不是 中国或其他文明？基础物理实验绪论课18解答解答“李约瑟之李约瑟之迷迷”： “儒家相信宇宙的儒家相信宇宙的道德秩序道德秩序(天天)”， “他们使用他们使用道道一词，主要一词，主要的的如果不是如果不是唯一唯

12、一的的是指是指人类社会里的理想道路或秩序人类社会里的理想道路或秩序。这在他们对待精神世界和知识的态度上表现得这在他们对待精神世界和知识的态度上表现得很明显。他们固然没有把个人与社会人分开，很明显。他们固然没有把个人与社会人分开，也没有把社会人与整个自然界分开，可是他们也没有把社会人与整个自然界分开，可是他们向来主张，研究人类的唯一适当对象就是人本向来主张，研究人类的唯一适当对象就是人本身。因此，身。因此，在整个中国历史上，儒家反对对自在整个中国历史上，儒家反对对自然进行科学的探索，然进行科学的探索，并反对对技术做科学的解并反对对技术做科学的解释和推广。释和推广。”-李约瑟中国科学技术史李约瑟中

13、国科学技术史,V.2, 科学思想史科学思想史P8， 转引自转引自清华大学基础物理实验清华大学基础物理实验A3基础物理实验绪论课19社会上社会上轻视实践轻视实践现象现象-根深蒂固根深蒂固论语：樊迟请学稼，子曰：樊迟请学稼，子曰：吾不如老农。请学为圃，曰：吾吾不如老农。请学为圃，曰：吾不如老圃。樊迟出。子曰：小人不如老圃。樊迟出。子曰：小人哉，樊须也！哉，樊须也！物理学以实验为本，物理学以实验为本，但要重视但要重视实验课程实验课程学习与科学实验学习与科学实验训练，就如训练，就如逆水行舟逆水行舟。基础物理实验绪论课20Samuel C.C. TingThe Nobel Prize in Physic

14、s 1976 EnglishChineseSamuel C.C. Tings speech at the Nobel Banquet, December 10, 1976From Les Prix Nobel en 1976, Editor Wilhelm Odelberg, Nobel Foundation, Stockholm, 1977Banquet Speech20基础物理实验绪论课21国王，王后陛下，皇族们，各位朋友：国王，王后陛下，皇族们，各位朋友： 得到诺贝尔奖，是科学家最大的荣誉。我是在旧得到诺贝尔奖，是科学家最大的荣誉。我是在旧中国长大的，因此，想借这个机会向发展中国家的中国

15、长大的，因此，想借这个机会向发展中国家的青年们强调实验工作的重要性。青年们强调实验工作的重要性。 中国有句话中国有句话劳心者治人，劳力者治于人劳心者治人，劳力者治于人，这，这种落后的思想对发展中国家的青年们有很大的害处。种落后的思想对发展中国家的青年们有很大的害处。由于这种思想，很多发展中国家的学生都倾向于理由于这种思想，很多发展中国家的学生都倾向于理论的研究，而避免实验工作。论的研究，而避免实验工作。 事实上事实上，自然科学理论不能离开实验的基础，特，自然科学理论不能离开实验的基础，特别是物理学更是从实验中产生的。别是物理学更是从实验中产生的。 我希望由于我这次得奖，能够唤起发展中国家学我希

16、望由于我这次得奖，能够唤起发展中国家学生们的兴趣，而生们的兴趣，而注意实验工作的重要性。注意实验工作的重要性。21基础物理实验绪论课Interest is the best teacher.Imagination is more important than knowledge. - A. Einstein基础物理实验绪论课2 如何做物理实验2.1 2.1 实验前实验前预习预习（分）（分） 如何写预习报告？如何写预习报告？2.2 2.2 实验中实验中操作与记录操作与记录（分）（分） 如何做实验记录如何做实验记录2.3 2.3 实验后实验后数据处理与实验分析数据处理与实验分析（分）（分） 如何写

17、实验报告？如何写实验报告？23基础物理实验绪论课24基础物理实验绪论课2021-12-182.1 实验前预习写出预习报告，没有预习不允许做实验要写出公式成立的条件及公式中各符号的物理含义基础物理实验绪论课2021-12-182.1 实验前预习写出预习报告，没有预习不允许做实验各项不要全盘抄书；可提出问题。基础物理实验绪论课2021-12-182.1 实验前预习画出数据表格如何做数据表格？例：测量一个圆柱体样品的密度 如何求密度？ 明确测量量，直接测量量，间接测量量。先测哪个？后测哪个？多次测量还是单次测量？哪些需要列在表格里？测量顺序？ 物理量名称、单位hDMVM24基础物理实验绪论课如何做数

18、据表格？例：测量一个圆柱体样品的密度样品的质量M = g。样品的密度室温T = ；湿度 = %。hDM2428基础物理实验绪论课 迟到扣迟到扣0.50.5分，迟到分，迟到3030分钟以上分钟以上 则不允许做实验，该次实验成绩为则不允许做实验，该次实验成绩为0 0分。分。 遵守各项制度和学生守则，注意安全。遵守各项制度和学生守则，注意安全。 不许带着别人的实验报告在实验室做实验，一不许带着别人的实验报告在实验室做实验，一经发现，该实验作经发现，该实验作0分处理。分处理。 如实、清晰如实、清晰、详尽详尽的的记录原始数据记录原始数据，不要随意不要随意涂改数据也不要打草稿再誊写上去。涂改数据也不要打草

19、稿再誊写上去。 按时完成、争取选做。按时完成、争取选做。 实验完毕，要指导教师确认签字并且整理好实实验完毕，要指导教师确认签字并且整理好实验仪器方能离开实验室。验仪器方能离开实验室。292.2 实验中操作与记录基础物理实验绪论课2021-12-18实验仪器的规格型号2.2 实验中操作与记录基础物理实验绪论课2021-12-182.2 实验中操作与记录预习时在数据记录框内先画出数据表格对待实验数据必须严格、慎重、准确、真实实验数据的记录不准用铅笔,实验中改过的数据应由老师认可；其余实验数据不准任意修改。实验记录： 必要的实验数据记录表格、实验条件如温度湿度仪器量程等、清晰且详尽的记录数据、观察到

20、的各种与预想一致或不一致的实验现象、实验中的问题和想法等。基础物理实验绪论课 如何使用仪器仪表？如何使用仪器仪表？左端读数为：左端读数为：10.00cm右端读数为：右端读数为：15.25cm估读、有效数字、单位估读、有效数字、单位数字电流表测量数字电流表测量某一电路中的电流某一电路中的电流对于数字仪表该如何读数？对于数字仪表该如何读数？322.2 实验中操作与记录基础物理实验绪论课2021-12-182.3 实验后实验报告数据处理：有效数字、单位、计算过程、不确定度评定、作图、最小二乘法解释分析实验中看到的现象针对实验中的问题和想法的分析讨论基础物理实验绪论课如何做数据处理？（第如何做数据处理

21、？（第2 2周详细讨论）周详细讨论） （1 1）有效数字）有效数字 （2 2）不确定度评定）不确定度评定 （3 3）最小二乘法）最小二乘法 （4 4）作图）作图 （课本第（课本第10-1910-19页，补充教材第页，补充教材第3-63-6页页）342.3 实验后实验报告基础物理实验绪论课2021-12-182.3 实验后实验报告基础物理实验绪论课交取实验报告的时间交取实验报告的时间完成实验后完成实验后4848小时小时内将报告交至指定信箱，下次实验时取内将报告交至指定信箱，下次实验时取报告。报告。2.3 实验后实验报告基础物理实验绪论课以下情况避免在实验报告中出现现(I)(I) 实验预习报告没有

22、自己归纳，没有对实验设备、原理、设备、目的等提出自己的问题； 只有预习报告、数据记录 - 没有数据处理，没有分析，没有讨论； 只有答案，没有讨论； 两人合作实验，讨论一字不差 扣分 可以一起讨论，必须独立撰写 抄袭数据，自己并没有做出来 计零分37基础物理实验绪论课以下情况避免在实验报告中出现现(II) 有效数字位数随意增减 数据处理：没有列出公式，只有数字式子和结果 只有公式和结果 应当 公式 = 数字代入式子 = 结果 没有实验结论，以为实验计算结果，就是结论；没有和实验目的相呼应，去说明获得结果后能得出什么物理结论，对实验方法的结论，灵敏度提高的办法 38基础物理实验绪论课基础物理实验课

23、总体安排 第1周：讲课绪论 第2周：讲课数据处理 第39周：3组实验 第10周：讨论课 第1116周：3组实验 第17周：答疑、考试（笔试） 更多的信息请登陆本实验中心网站： 2021-12-18基础物理实验绪论课40为什么要设讨论课？ “数据越多越糊涂”北大吴思诚 动手少，动手时动脑少 不敢、不善于提问 “提出一大堆假设而不去证明，非常糟的体验”复旦陈唯教授 学问？主动学习不够，思考不够 实验中或实验报告中的问题 没有自己的问题 基础物理实验绪论课41讨论什么？如何讨论？ 慕尼黑工业大学实验课上助教与同学讨论问题基础物理实验绪论课42 1、打分打分，讨论课按一次实验来计分。积极提出问题并能解

24、答别人问题的高分，没有发言的低分。 2、为讨论课准备3分钟的讨论素材，素材内容： 实验中遇到的疑问以及你的理解；分享你对实验现象的记录及分析的经验；介绍你在实验操作时遇到的问题，和你的解决方法；绪论课、绪论作业中遇到的疑难问题以及处理方法；对改进实验内容和实验仪器的建议；与基础物理实验课相关的想法和建议。 努力培养思考、讨论问题的能力基础物理实验绪论课43目前的做法第1周绪论第2周数据处理第3 - 5周 第1循环实验第6、7周第2循环实验第8、9周第3循环实验第10周讨论课讨论课：讨论课：3学时学时已做过的已做过的6个实验个实验3个实验室各讨论个实验室各讨论45分钟分钟基础物理实验绪论课44讨

25、论课场景讨论课场景基础物理实验绪论课45基础物理实验绪论课46评分：贴名字评分：贴名字 提问有分提问有分基础物理实验绪论课47能回答难题，高分；能回答难题，高分；教师观察：教师观察：别人不能回答，自己回答，高分；别人不能回答，自己回答，高分；基础物理实验绪论课48基础物理实验绪论课49基础物理实验绪论课50你们再想想基础物理实验绪论课51讨论不清楚的，再做一次实验看看基础物理实验绪论课52将讨论贯穿到实验全过程基础物理实验绪论课 教学目标教学目标 学生守则学生守则 注意注意 以往不及格的情况以往不及格的情况3 基础物理实验课的要求53基础物理实验绪论课基础物理实验课的目标 掌握物理实验的掌握物

26、理实验的基本知识基本知识、基本方法基本方法和和基基本技能本技能。 学习用实验方法研究物理规律，加深对物学习用实验方法研究物理规律，加深对物理规律的理解和掌握，并在实验中提高理规律的理解和掌握，并在实验中提高发发现问题现问题、分析问题分析问题、解决问题解决问题的能力。的能力。 养成无私无畏的敬业精神和养成无私无畏的敬业精神和实事求是实事求是、严严谨踏实谨踏实的科学态度。的科学态度。54基础物理实验绪论课复旦大学物理教学实验中心关于必须严肃诚实对待实验数据的三 项 规 定（1997年12月经复旦大学教务处批准实行） 实验的实验的评分评分标准标准 实验数据的记录不准用实验数据的记录不准用铅笔铅笔,实验中实验中改过的数据改过的数据应由老师认可；其余实验数据应由老师认可；其余实验数据不准任意修改。不准任意修改。 若发现在实验中或实验考核中有篡改、抄若发现在实验中或实验考核中有篡改、抄袭、伪造数据等袭、伪造数据等舞弊舞弊行为行为55基础物理实