《普通物理实验2》课程教学大纲

《普通物理实验2》教学大纲一、课程基本信息课程名称普通物理实验（2-2）GeneralPhysicsExperiment(2-2)课程编码SCC720112200开课院部理学院课程团队普通物理实验教学团队学分2.0课内学时48讲授0实验48上机0实践0课外学时48适用专业应用物理学授课语言中文先修课程普通物理实验（2-1）课程简介（必修）普通物理实验是为国家级特色专业应用物理学理科专业学生独立设置的一门必修课程，是学生进入大学后系统接受科学实验能力培养的开端，是学生进行科学实验方法和实验技能训练的重要基础。物理实验是一门实验科学，是科学实验的先驱，体现了大多数科学实验的共性，在实验思想、实验方法以及实验手段等方面是各类科学实验的基础。普通物理实验是一门基础实验课程，按照循序渐进的原则，在物理实验知识、物理实验方法和物理实验技能方面对学生进行严格、规范和系统科学的基础训练，是科学实验训练的重要基础。使学生了解科学实验的思想、基本方法与主要过程，受到从事科学实验的基本训练，培养科学精神，提高科学实验素质，为后续课程和今后工作奠定良好的实验基础。通过本课程的学习，培养与提高理科专业学生基本的科学实验技能和从事科学实验的基本素质，使学生初步掌握物理实验科学的思想和方法。培养学生的科学思维、创新意识和创新精神，使学生掌握实验研究的基本方法，提高学生的独立实验能力、分析与研究能力、理论联系实际实际能力和实验创新能力，具体应达到下列基本要求：1．适当介绍一些物理实验发展史和物理实验在现代工程技术中的应用典范，使学生了解科学实验的重要性，明确实验课的地位、作用和任务。培养学生理论联系实际和实事求是的科学作风，认真严谨的科学态度，积极主动的探索精神，教育学生养成良好的实验习惯，爱护公物，遵守安全制度，树立良好的学风。2．掌握误差及不确定度理论的基础知识，具有正确处理实验数据的基本能力。其中包括：测量、误差及不确定度的基本概念；直接测量结果的评定；间接测量的不确定度传播；处理数据的一些常用方法，包括列表法、作图法、线性函数的逐差法及最小二乘法等；系统误差的分析、减小和消除的基本方法。3．掌握基本物理量的测量方法，了解常用的物理实验方法，并逐步学会使用。例如：长度、质量、时间、热量、温度、电流、电压、电阻、磁感应强度、旋光率、折射率、电子电荷、普朗克常量等常用物理量及物性参数的测量，加强数字化测量技术和计算机技术在物理实验教学中的应用；常用的物理实验方法包括：比较法、转换法、放大法、模拟法、补偿法、平衡法和干涉、衍射法，以及在近代科学研究和工程技术中广泛应用的其他方法。4．掌握实验室常用仪器的性能，并能够正确使用，掌握常用的实验操作技术。例如：长度测量仪器、计时仪器、测温仪器、变阻器、电表、交/直流电桥、通用示波器、信号发生器、分光仪、常用电源和光源等常用仪器，并引进当代科学研究与工程技术中广泛应用的现代物理实验技术，其中包括激光技术、传感器技术、微弱信号检测技术、光电子技术等；零位调整、水平/铅直调整、光路的共轴调整、消视差调整、逐次逼近调整、根据给定的电路图正确接线、简单的电路故障检查与排除，以及在近代科学研究与工程技术中广泛应用的仪器的正确调节。5．通过对实验现象的观测，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，加深对物理原理的理解。着重培养学生的科学实验能力，包括自学能力、动手实践能力、思维判断能力、表达书写能力、简单设计能力、创新能力等，提高学生从事科学实验的素质。通过开设一定数量的近代物理、应用性和综合性实验，使学生理解近代物理概念，了解物理实验技术应用，提高进行综合实验的能力。安排部分设计性实验，使学生在实验方法的设计、测量仪器的选择和配合、测量条件的确定等方面受到初步的训练，能够完成简单的实验方案设计，培养学生创新精神和创新能力。GeneralPhysicsExperimentisacompulsorycoursesetindependentlyforstudentsmajoringinappliedphysicsandsciencewithnationalcharacteristics.Itisthebeginningforstudentstosystematicallyacceptthecultivationofscientificexperimentabilityafterenteringtheuniversity,itisanimportantfoundationforstudentstocarryoutscientificexperimentalmethodsandexperimentalskillstraining.Physicalexperimentisanexperimentalscienceandapioneerofscientificexperiments.Itembodiesthecommonnessofmostscientificexperimentsandisthefoundationofallkindsofscientificexperimentsintermsofexperimentalideas,experimentalmethodsandexperimentalmeans.GeneralPhysicsExperimentisabasicexperimentcourse.Accordingtotheprincipleofgradualandorderlyprogress,studentsaregivenstrict,standardizedandsystematicbasictraininginphysicsexperimentknowledge,physicsexperimentmethodsandphysicsexperimentskills,itisanimportantfoundationforscientificexperimentaltraining.Toenablestudentstounderstandthethoughts,basicmethodsandmainprocessesofscientificexperiments,receivebasictraininginscientificexperiments,cultivatescientificspiritandimprovethequalityofscientificexperiments,itwilllayagoodexperimentalfoundationforthefollow-upcoursesandfuturework.Throughthestudyofthiscourse,cultivateandimprovethebasicscientificexperimentskillsandbasicqualityofsciencemajors,sothatstudentscaninitiallymastertheideasandmethodsofphysicsexperimentscience.Cultivatestudents'scientificthinking,innovativeconsciousnessandinnovativespirit,enablestudentstomasterthebasicmethodsofexperimentalresearch,improvestudents'independentexperimentalability,analysisandresearchability,theabilityofintegratingtheorywithpracticeandexperimentalinnovationshouldmeetthefollowingbasicrequirements:1.Properlyintroducethedevelopmenthistoryofsomephysicalexperimentsandtheapplicationmodelofphysicalexperimentsinmodernengineeringtechnology,sothatstudentscanunderstandtheimportanceofscientificexperimentsandclarifythestatus,roleandtasksofexperimentalcourses.Cultivatestudents'scientificstyleofintegratingtheorywithpracticeandseekingtruthfromfacts,seriousandrigorousscientificattitude,activeexplorationspirit,educatestudentstodevelopgoodexperimentalhabits,takegoodcareofpublicproperty,andabidebythesafetysystem,establishagoodstyleofstudy.2.Masterthebasicknowledgeoferroranduncertaintytheory,andhavethebasicabilitytocorrectlyprocessexperimentaldata.Theseinclude:basicconceptsofmeasurement,erroranduncertainty;Evaluationofdirectmeasurementresults;Uncertaintypropagationofindirectmeasurement;Somecommonmethodsforprocessingdata,includinglistmethod,mappingmethod,thedifference-by-differencemethodandleastsquaremethodoflinearfunctions,etc.Basicmethodsforanalysis,reductionandeliminationofsystemerrors.3.Masterthemeasurementmethodsofbasicphysicalquantities,understandthecommonlyusedphysicalexperimentmethods,andgraduallylearntousethem.Forexample:length,mass,time,heat,temperature,current,voltage,resistance,magneticinductionintensity,rotationrate,refractiveindex,electroniccharge,Planckconstantandothercommonlyusedphysicalquantityandphysicalparametermeasurement,strengthentheapplicationofdigitalmeasurementtechnologyandcomputertechnologyinphysicsexperimentteaching;Commonphysicalexperimentmethodsinclude:comparisonmethod,conversionmethod,magnificationmethod,simulationmethod,compensationmethod,balancemethodandinterferencemethod,diffractionmethod,andothermethodswidelyusedinmodernscientificresearchandengineeringtechnology.4.Mastertheperformanceofcommonlyusedinstrumentsinthelaboratory,beabletousethemcorrectly,andmasterthecommonlyusedexperimentaloperationtechniques.Forexample,lengthmeasuringinstruments,timinginstruments,temperaturemeasuringinstruments,rheostats,electricitymeters,AC/DCbridges,Generaloscilloscopes,signalgenerators,spectrometers,commonpowersuppliesandlightsources,etc,andintroducemodernphysicsexperimenttechnologywhichiswidelyusedincontemporaryscientificresearchandengineeringtechnology,includinglasertechnology,sensortechnology,weaksignaldetectiontechnology,photoelectrontechnology,etc.;Zeroadjustment,horizontal/verticaladjustment,coaxialadjustmentofopticalpath,parallaxeliminationadjustment,successiveapproximationadjustment,correctwiringaccordingtothegivencircuitdiagram,simplecircuitfaultinspectionandelimination,aswellasthecorrectadjustmentofinstrumentswidelyusedinmodernscientificresearchandengineeringtechnology.5.Throughtheobservationofexperimentalphenomena,studentscanfurthermasterthebasicknowledge,basicmethodsandbasicskillsofphysicalexperimentsanddeepentheirunderstandingofphysicalprinciples.Focusoncultivatingstudents'scientificexperimentability,includingself-studyability,practicalability,thinkingjudgmentability,expressionandwritingability,simpledesignability,innovationability,etc.,toimprovestudents'qualityinscientificexperiments.Throughsettingupacertainnumberofmodernphysics,applicationandcomprehensiveexperiments,studentscanunderstandtheconceptsofmodernphysics,understandtheapplicationofphysicsexperimenttechnology,andimprovetheirabilitytocarryoutcomprehensiveexperiments.Arrangepartofdesignexperiments,sothatstudentscanreceivepreliminarytraininginthedesignofexperimentalmethods,theselectionandcoordinationofmeasuringinstruments,andthedeterminationofmeasuringconditions,andcancompletesimpleexperimentalschemedesign,cultivatestudents'innovativespiritandinnovativeability.负责人二、课程目标序号代号课程目标OBE毕业要求指标点任务自选1M1目标1：通过对实验现象的观察分析和对物理量的测量，使学生掌握物理实验的基本知识、基本方法和基本技能，运用物理学原理和物理实验方法研究物理规律，加深对物理学原理的理解。是3.13.12M2目标2：培养与提高学生从事科学实验的各项基本能力。（1）自行阅读实验教材和参考资料的自学能力；（2）正确调整和使用仪器，发现和排除故障的动手能力；（3）运用物理学理论，对实验现象与结果进行分析判断的思维判断能力；（4）正确记录和处理实验数据、绘制图表、分析实验结果、撰写规范实验报告或总结报告的书面表达能力；（5）将多种实验方法、实验仪器结合在一起，运用经典与现代测量技术和手段完成某项实验任务的综合运用能力；（6）根据课题要求，确定实验方法和条件，合理选择、搭配仪器，拟定具体的实施步骤的初步实验设计、研究能力。是3.3,5.2,7.13M3目标3：提高学生的科学素养，培养学生理论联系实际和实事求是的科学作风，认真严谨的科学态度，积极主动的探索精神，遵守纪律，团结协作，爱护公共财产的优良品德。是8.1三、课程内容序号章节号标题课程内容/重难点支撑课程目标课内学时教学方式课外学时课外环节1第一章普通物理实验实验21光的偏振特性研究：观察光的偏振现象，了解偏振光的产生方法和检验方法；了解波片的作用和用1/4波片产生椭圆偏振光和圆偏振光及其检验方法；掌握通过测量布儒斯特角确定玻璃的折射率的实验方法。实验22光强分布的测量：观察光的衍射、干涉现象及基本规律；熟悉并掌握光路中各光学元件的特性及其共轴调节方法；理解单缝和双缝衍射的基本原理及光强分布特点，掌握测量光强分布的实验方法。实验23密立根油滴实验与电子电荷的测定：学习密立根测量电子电荷的巧妙的实验设计思想；观察带电油滴在重力场和静电场中的运动；掌握静态平衡法测量电子电荷的实验原理和实验方法；掌握用“倒过来验证法”计算电子电荷的数据处理方法；掌握证明电荷不连续性的实验方法。实验24金属电子逸出功与电子荷质比的测量：了解金属电子逸出功的基本理论；学习直线测量法、外延测量法和补偿测量法等基本实验方法；学习用里查逊直线法测定钨的逸出功并测量电子的荷质比的实验方法。实验25液晶电光效应研究：了解液晶的形成过程及液晶电光效应的机理；掌握液晶光开关的工作原理；测定液晶样品的电光特性曲线，并确定样品的阈值电压、饱和电压、对比度等电光效应的主要参数；测定液晶样品的时间响应曲线及其响应时间；了解液晶的显示原理。实验26光纤的光学特性研究：了解光纤的结构、模式及光纤的使用技巧及处理方法；理解光纤的导光原理；掌握光纤的耦合方法；掌握光纤的基本参数的测量方法；了解音频信号在光纤中的传输原理和过程。实验27全息照相：掌握拍摄静态全息照片的技术和再现观察的实验方法；了解全息照相技术的主要特点；掌握拍摄静态全息照片的基本实验条件。实验28阿贝成像原理与空间滤波：了解空间频率、空间频谱的概念以及傅里叶光学的基本思想；理解阿贝成像距离和透镜孔径对透镜成像分辨率的影响；掌握通过空间滤波的方法，实现对图像的处理。实验29声速的测量：了解压电换能器的基本结构与功能，理解超声波发射和接收的基本原理；掌握信号源、数显尺和数字示波器的基本使用方法；了解谐振频率的基本概念，学会利用示波器观测谐振频率；掌握利用共振干涉法、时差法和相位比较法测量超声波传播速度的实验方法。实验30铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线的静态法测量：掌握测绘铁磁材料静态磁滞回线和基本磁化曲线的原理及方法；学会根据磁滞回线确定矫顽力、剩余磁感应强度、饱和磁感应强度、磁滞损耗等基本磁化参数；掌握判断铁磁材料磁性能的基本实验方法。实验31交流电桥的使用与研究：了解交流电桥的基本结构与功能，掌握交流电桥的平衡条件和测量原理；学习设计各种实际测量用的交流电桥，并用其测量电阻、电容及其损耗因数、电感及其品质因数；研究影响交流电桥平衡条件的因素。实验32半导体PN结的物理特性研究：理解半导体PN结的工作原理并用实验方法研究其伏安特性，拟合经验公式；测量玻尔兹曼常数；学习用运算放大器测量弱电流；研究半导体PN结的电压与温度关系，计算半导体硅材料的禁带宽度。实验33用玻尔共振仪研究受迫振动：研究玻尔共振仪中弹性摆轮受迫振动的幅频特性和相频特性；研究不同阻尼力矩对受迫振动的影响，观察共振现象；掌握用频闪法测定相位差的实验方法。实验34动态法测量固体材料的杨氏模量：了解测量杨氏模量的主要方法，理解动态法测量杨氏模量的基本原理；掌握动态法测量杨氏模量的基本实验方法；理解共振频率的基本概念，掌握利用示波器观测共振频率的基本方法。验35光电效应与普朗克常量的测量：掌握验证爱因斯坦光电方程的基本实验思想和方法；学习单色光的获得、微电流的测量、普朗克常量的测量等基本实验技术；学习数据采集软件的基本操作和使用方法。实验36弗兰克—赫兹实验：理解弗兰克—赫兹实验的设计思想、原理与方法；了解微电流的测量方法，测量氩原子的第一激发电势，证明原子能级的存在，加深对量子化概念的认识和热电子发射的理解；学习数据采集软件的基本操作和使用方法。实验37迈克耳孙干涉仪及其应用：了解迈克耳孙干涉仪的结构原理，掌握其调节和使用方法；观察各种干涉条纹，加深对薄膜干涉原理的理解；掌握用迈克耳孙干涉仪测量物理量的实验原理和方法。实验38太阳能电池的基本特性研究：了解太阳能电池的基本结构和基本原理；理解太阳能电池的基本特性和主要参数，掌握研究和测量太阳能电池的基本特性和主要参数的基本原理与方法；测量太阳能电池的开路电压、短路电流、最佳负载和填充因子等主要参数。实验39液晶器件制备及电光效应测量虚拟仿真综合训练：了解虚拟仿真技术在物理实验中的应用；学习液晶器件的制备过程；掌握液晶电光效应的原理和测量；学习液晶响应时间的测量；了解液晶的动态显示原理。M1,M2,M340讲授、辅导0实验报告2第二章课程论文（1）对两个学期的物理实验进行梳理、归纳，对某个实验或者某类实验的实验原理、实验方法或者实验仪器进行研究、创新；（2）利用其他软件与物理实验相结合，对某些实验现象进行模拟或者仿真；（3）对某一类实验方法或者数据处理方法进行总结、比较，分析其优缺点。M1,M2,M38辅导0课程论文四、考核方式序号考核环节操作细节总评占比1实验操作1、本课程56个学时实验，共10次实验，根据学生自由选择和老师推荐的方式完成。2、实验操作成绩根据实验项目逐一考核，采用百分制，根据实验完成质量综合评分。3、考核学生自行阅读实验教材与参考资料，正确理解实验内容，做好实验前的准备工作的自学能力；能借助教材与仪器说明书，正确调整和使用仪器、发现和排除故障的动手能力；将多种实验方法、实验仪器进行组合，完成某项实验任务的知识综合运用能力；根据课题要求进行实验设计的研究能力。40%2实验报告1、本课程对实验项目的实验报告进行逐一考核。考核学生的书面表达能力和思维判断能力：能正确记录和处理实验数据，灵活运用列表法、作图法、逐差法、最小二乘法等数据处理方法；分析实验结果，对结果进行不确定的评定；运用物理学理论，对实验现象和实验结果进行分析与判断。2、根据学生的各个数据处理环节进行逐项考核。40%3课程论文1、结合所做实验，研究实验的共性问题（数据处理方法、测量方法、误差的消除方法等）或者针对某个实验研究相关问题，提交课程论文。2、考核学生对知识的综合运用和归纳能力、文献的查阅能力、科技论文的撰写能力。3、根据论文格式是否规范、内容是否完整正确进行考核。20%五、评分细则序号课程目标考核环节大致占比评分等级1M1实验操作20%[A,B,C]=[90-100,75-89,60-74,0-59]A-实验预习充分，仪器使用规范，操作方法合理，数据测量正确；B-实验预习比较充分，仪器使用规范，操作方法大部分正确，数据测量较为准确；C-实验预习不充分，仪器使用不规范，操作出现失误，数据测量误差较大。2M1实验报告40%[A,B,C]=[90-100,75-89,60-74,0-59]3M1课程论文40%[A,B,C]=[90-100,75-89,60-74,0-59]A-课程论文格式规范，内容完整，实验设计合理，原理方法技术路线可行，阐述清晰，结论正确；B-课程论文格式较为规范，内容比较完整，有实验设计，有相关结论；C-课程论文格式不规范，内容不完整，阐述混乱，结论不正确。4M2实验操作60%[A,B,C]=[90-100,75-89,60-74,0-59]A-实验预习充分，仪器使用规范，操作方法合理，数据测量正确；B-实验预习比较充分，仪器使用规范，操作方法大部分正确，数据测量较为准确；C-实验预习不充分，仪器使用不规范，操作出现失误，数据测量误差较大。5M2实验报告20%[A,B,C]=[90-100,75-89,60-74,0-59]6M2课程论文20%[A,B,C]=[90-100,75-89,60-74,0-59]A-课程论文格式规范，内容完整，实验设计合理，原理方法技术路线可行，阐述清晰，结论正确；B-课程论文格式较为规范，内容比较完整，有实验设计，有相关结论；C-课程论文格式不规范，内容不完整，阐述混乱，结论不正确。7M3实验操作70%[A,B,C]=[90-100,75-89,60-7