实验教案设计实验省公共课一等奖全国赛课获奖课件

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综合专题试验与设计性试验大学物理实验II教师缪萍.9第1页2此次课内容上学期试验存在问题本学期教学安排介绍综合专题试验设计性试验普通程序本学期试验项目介绍本学期试验成绩考评第2页3上学期试验存在问题不及时选试验，选上后又缺课。不预习试验，或预习汇报没有数据表格；个别同学抄他人数据和作业。不及时交试验汇报。数据统计不规范。不注意有效数字位数要求。画图不规范。不会进行直接或间接测量量不确定度分析。第3页41.选择适当坐标分度值，确定坐标纸大小。2.标明坐标轴：用粗实线画坐标轴，用箭头标轴方向，标坐标轴名称或符号、单位,再按次序标出坐标轴整分格上量值。3.标试验点：试验点可用“●

”、“×”、“○”等符号标出（同一坐标系下不一样曲线用不一样符号）。

4.连成图线：用直尺、曲线板等把点连成直线、光滑曲线。普通不强求直线或曲线经过每个试验点，应使部分试验点在图线上，不在图线上其它试验点对称分布在图线两侧。5.标出图线特征：在图上空白位置标明试验条件或从图上得出一些参数。如利用所绘直线可给出被测电阻R大小：从所绘直线上读取两点A、B坐标就可求出R值。6.标出图名：在图线下方或空白位置写出图线名称及一些必要说明。作图要求第4页5I(mA)U(V)8.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.0002.004.006.008.0010.001.003.005.007.009.00A(1.00,2.76)B(7.00,18.58)由图上A、B两点可得被测电阻R为：电阻伏安特征曲线作者：xx伏安法测电阻完整图第5页6

直接测量量不确定度评定1）计算：3）计算：等精度屡次测量和4）2）计算：剔除坏值后，重复1）2）（已无坏值）5)最终止果：第6页7直接测量量数据处理举例1.某长度测6次,分别为29.1829.1929.2729.2529.2629.24(cm)

m=0.02cmcm计算第7页8不确定度保留1位,且与平均值最终一位对齐。取一位取一位最终结果：第8页9间接测量结果不确定度评定1、计算各直接量不确定度2、计算5、最终结果{3、依据求出或4、用或求出第9页10间接测量量数据处理举例

测得某圆柱体质量M，直径D，高度H值以下，计算其密度及不确定度。第10页11代入数据计算密度第11页12计算密度取对数:微分:第12页13相对误差第13页14绝对误差测量结果第14页15或先计算合成不确定度：再计算相对不确定度：结果是一致第15页161.课程内容：试验大课4课时专题试验1个系列（包含3个试验），分3次完成，每次4课时，共12课时。设计性试验1个，分3次完成，每次4课时，共12课时。本学期教学安排本学期计划课时28课时，其中讲课4课时，专题试验12课时，设计性试验12课时。第16页172.试验时间表(表格中数字为周次,共分4轮，每轮3周)345789101112131415节日放假按学校调课实际安排，请关注网上通知。

物理试验课程为开放式教学，在试验室开放时间内学生能够自选上课时间和试验内容。按要求完成教学内容。第17页183、每七天试验室开放时间（3-15周）：9个时段周一周二周三周四周五第1时段1:20-4:40第2时段5:30-8:50第18页19选课网址：点击：物理试验教务系统第19页20大学物理试验教务系统从这里登录选试验从这里查看各种通知第20页214、选课

（1）9月6日中午12：00开始网上选课，每轮试验提前一周开始选，一次选择连续三周同一个时间段。（2）网上选试验时请注意：两类试验均需连续三周完成，不要和其它课程、活动冲突，选课后记清自己所选试验名称和时间段，做好预习，按时上课。错过时间自行负责。（3）试验选定后可在网上自行调整（可退、可选），但不能退两天之内试验，特殊原因需持医院证实或学院教学科签字盖章证实，到7308魏老师处办理。（4）平时试验选课问题咨询：周三下午2:00~5:007308魏老师（5）本学期选课密码：学号(请注意修改)第21页22

什么是综合专题试验由几个内容相关独立试验组合而成系列试验——同一个物理量用不一样方法研究：如光源光谱；——同一个物理现象各种表现：如波衍射；——较复杂试验分屡次进行：如超声波原理及应用；光纤专题；——用同一个仪器研究不一样物理现象：如迈克耳孙干涉仪系列试验等等……综合专题试验第22页23

为何要进行综合专题试验

——对综合试验技能训练：在一个专题中使用各种仪器，利用各种试验方法；

——对试验结果进行归纳、综合、分析能力训练

——多角度、全方位、深入地对物理本质进行探讨第23页24三个试验同时预习，上课时到试验室现场安排做试验次序。第一次课带本专题三个试验预习汇报，全部交给老师检验，无预习汇报不能做试验。每次试验完成后数据交教师签字。最终一个试验完成后，次周内交三个试验汇报及小论文（结合专题撰写科技论文，该论文不是对试验内容简单复述。论文不少于1500字，禁止剽窃！）专题试验教学普通要求第24页25本学期开设综合专题试验题目超声波原理及其应用专题：

1）超声波产生与传输

2）固体弹性测量

3）超声波探测与成像基本原理电子特征专题：

1）金属电子逸出功测定

2）用密立根油滴仪测量电子电量

3）电子在电场、磁场中运动及电子比荷测定衍射专题

1)透射光栅衍射

2)光波单缝及圆孔夫琅禾费衍射

3)微波布拉格衍射第25页26光源光谱专题

1）棱镜光谱与光栅光谱

2）小型棱镜摄谱仪测氢原子光谱

3）光栅光谱仪测光谱

迈克尔孙干涉仪专题

1）测量钠光双线波长差

2）白光干涉现象测量平板玻璃折射率

3）法布里-珀罗干涉仪测钠双线波长差

光纤技术专题

1）光源与光纤特征

2）光信号传输

3）光纤传感器

第26页27小论文内容：题目背景理论试验方法总结现象和结果扩展：方法、应用领域、内容不足与提议（关于内容、方法方面）

科技小论文形式和内容是开放性，学生能够从各自不一样角度来综合表述试验内容和结果，并展开讨论。怎样综合？找共性、找差异、找联络第27页28小论文格式示例（标题）×××××专业班级姓名学号（论文）摘要：关键词：（正文）背景叙述结论（撰写时间）参考文件第28页291.光衍射发展史；2.用金属逸出功测量仪做设计性扩展试验；3.光纤通讯技术发展趋势；4.光波衍射与变换光学概论；5.密立根油滴试验过程探讨；6.棱镜折射与光栅衍射区分与联络；

………………..小论文第29页30综合专题试验内容介绍01超声波测试原理(7415室)（1）超声波产生与传输

（2）固体弹性常数测量

（3）超声波探测

预习要求：认真阅读试验讲义；复习示波器使用。写出三个试验预习汇报介绍第30页31超声波是频率在2

104Hz

1012Hz声波。

本专题简单介绍超声波产生方法、传输规律和测试原理，经过对固体弹性常数测量了解超声波在测试方面应用特点；经过对试块尺寸测量和人工反射体定位，了解超声波在检验和探测方面应用。超声波测试把超声波作为一个信息载体，在很多领域发挥着不可取代独特作用：1）探测鱼群或冰山、潜艇导航或传送信息、地形地貌测绘和地质勘探；2）检验固体材料内部缺点、材料尺寸测量、物理参数测量等；3）进行人体内部器官组织结构扫描（B超诊疗）和血流速度测量（彩超诊疗）等。第31页32预习要求：认真阅读试验讲义；复习分光计使用，参考测量三棱镜最小偏向角方法学习观察汞灯三棱镜光谱。写出三个试验预习汇报介绍

02光源光谱专题（5306室）（1）棱镜光谱与光栅光谱（2）小型棱镜摄谱仪测氢原子光谱（3）光栅光谱仪测光谱模拟自然光光谱

氢原子可见光光谱

第32页33

很多光源发出光是由各种不一样颜色（波长）光组成。经过仪器我们能够将这些不一样波长光分开，形成“光谱”，它能够帮助我们了解发光物体本身许多其它物理、化学性质。

气体原子发光起源于电子在原子内部能级间跃迁。固体发光和固体能带结构相关。所以对物质发光光谱研究有利于我们认识已知发光物质微观性质。另外，不一样元素原子有着自己特有光谱特征，经过对光谱研究也能够帮助我们分析物质组成成份。当代光谱技术是物理、化学、材料学、天文学、考古学等研究中不可缺乏伎俩。

本专题研究主要色散元件棱镜和光栅色散性质，并利用小型棱镜摄谱仪和光栅光谱仪进行光谱测量。

第33页34

03波衍射

（1）光波单缝及圆孔夫琅禾费衍射（7319室）

（2）透射光栅衍射试验(7317室)

（3）微波布拉格衍射(7317室)

预习要求：

认真阅读试验讲义，复习分光计使用，写出三个试验预习汇报。介绍第34页35电磁波和物质波都是波，具有波干涉、衍射等共性。经过对干涉、衍射现象研究，可以更深刻地认识电磁波和物质波本质。其次，在人们充分掌握了波动性质后，又能利用干涉、衍射现象做为伎俩研究、探查其他物理现象。本专题从光波衍射性质入手，先了解衍射一般性质，再学习各种波衍射在测试和物质结构分析方面应用。第35页36

04光纤原理专题（7305室）

（1）光源与光纤特征（2）光信号传输

（3）光纤传感器预习要求：认真阅读试验讲义；了解相关仪器使用方法。写出三个试验预习汇报介绍第36页37

光纤全称为光导纤维，是一个导引光波波导，是一个新传输介质。研究光导纤维传递光、信息和图像学科称为纤维光学。用光纤来传递光能，含有光能损失小、数值孔径大、分辨率高、可弯曲、结构简单、使用方便等特点。

当前，光纤在通讯、传感、激光治疗仪、激光加工机等许多方面都取得了应用，但其最主要应用领域是光纤通讯和光纤传感器。相对于无线电通讯来说，光纤通讯含有传输带宽、通讯容量大、中继距离远、抗干扰能力强、无串音、轻便、材料资源丰富、成本低等优点。

本专题从半导体激光器和光纤入手，先了解半导体激光器电光特征及光纤结构和普通性质，再学习光纤耦合、传输特征及在通讯和传感领域中应用。第37页38

05迈克耳孙干涉专题（7304室）（1）测量钠光双线波长差（2）白光干涉现象测量平板玻璃折射率（3）法布里-珀罗干涉仪测钠双线波长差

预习要求：认真阅读上学期讲义“迈克耳孙干涉仪”试验；写出三个试验预习汇报。介绍第38页39

迈克耳孙干涉仪是迈克耳孙依据干涉原理制成一个精密干涉仪。它设计精巧，用途广泛，不少其它干涉仪是由此派生出来。迈克耳孙因创造干涉仪和在光速测量方面成就而获诺贝尔奖。迈克耳孙和他合作者曾用这种干涉仪进行了三项著名试验：1．迈克耳孙－莫雷试验——“以太”漂移试验，为爱因斯坦创建相对论提供了试验依据；2．标定米尺——镉红线发觉，实现了长度单位标准化；3．推断光谱线精细结构——由干涉条纹可见度随光程改变规律，可推断光谱线精细结构。迈克耳孙干涉仪用途很广：观察干涉现象，研究许多物理原因（如温度、压强、电场、磁场等）对光传输影响，测波长和测折射率等。本专题研究①迈克耳孙干涉仪在钠灯照明下钠双线波长差测量；②在白光照明下白光干涉，用以测量玻璃折射率；③基于迈克耳孙干涉仪结构法布里-珀罗干涉，测量钠双线波长差。第39页40

06电子专题（7307室）

（1）金属电子逸出功测量（2）用密立根油滴仪测量电子电量（3）电子在电场、磁场中运动及电子比荷测定预习要求：

认真阅读试验讲义；写出三个试验预习汇报。介绍第40页41

本专题从认识电子基本属性，即从测定电子电荷值入手，深入研究电子发射、电子在电场和磁场中运动情况，从而对电子特征有一个全方面认识，了解电子所包括问题广泛性和深刻性。

1897年，英国著名物理学家约翰·汤姆逊发觉了电子。1997年美国物理学家密立根做了著名油滴试验，测量了电子电荷、电子质量、电子荷质比，而且确定了电子电荷是电量最小单位。电子质量很小，所以它有很大荷质比。荷质比越大，电子束在电磁场中越轻易被聚焦、偏转和加速。利用这些性能能够制成性能优越各种电子束器件和设备。如显像管、摄像管、示波器、光电倍增管、高速开关等。第41页42设计性试验含有设计性内容试验。主要设计内容包含：建立物理模型（各种）；物理模型比较（选择一个或几个）；确定试验方法（由对应模型确定）；选择仪器设备（依据设计要求）；选择最正确参数（包含试验测量条件）；制订试验步骤（包含试验注意事项）。第42页43

设计性试验三种类型：

——测量型试验：对某一物理量（如电容、折射率、静态磁特征测量等）进行测定，到达设计要求；

——研究型试验：用试验确定两物理量或多物理量之间关系（电源特征研究，超声波应用），并对其物理原理、外界条件影响或应用价值等进行研究；

——制作型试验：设计并组装或制作装置，如万用表组装、全息光栅制作等。第43页44普通要求第一次为准备试验，要求课前预先作好设计方案和参考资料列表。无设计方案不能做试验。课内了解所需试验仪器性能和操作方法，进行试做，研究设计方案可行性。第二次带修改过“可行设计方案”，进行试验粗测。第三次精做试验，并完成试验数据处理，下课时当堂交设计方案和正式试验汇报（汇报内应包含试验总结或体会以及提议等）。第44页45设计性试验普通程序：建立物理模型确定试验方法选择试验仪器选择试验参数试验操作处理数据撰写试验汇报制订试验步骤第45页46一、建立物理模型

依据试验对象物理性质，研究与试验对象相关物理过程原理及过程中各物理量之间关系，推导数学公式。例：测量重力加速度g。

什么物理现象或物理过程与g相关？自由落体运动/物体在斜面上滑动/抛体运动/单摆/……第46页47过程中物理量有什么关系以“自由落体”为例第47页48二、模型比较SS1S2哪个方案适当？怎样提升准确度？速度测量：测量量值预计：当S=2m，t约为0.6秒。

第48页49斜面上滑动—自由落体变形θ优点：增大时间值，方便测量；缺点：？全部自由落体公式均可套用：单摆模型预计

L=1m，T≈2s。限制：小摆角第49页50三、试验方法选择

用什么方法、装置实现物理模型，每个物理量怎么测量。

测量长度，能够用直接测量法，电学方法（位移传感器)、光学方法（干涉法、比长法）等。

如测时间t能够有光电计时、火花打点计时和频闪摄影计时详细方法测量温度时，能够使用水银温度计、热电偶、热敏电阻等各种器具依据被测对象性质和特点，分析比较各种方法适用条件，可能到达试验精度以及各种方法，实施可能性及优缺点，最终做出选择。第50页51四、试验仪器选择与配套依据量值和准确度要求选择仪器种类；例：测时间用什么仪表？对待测物理量值进行预计，以选择仪表量程；按不确定度均分标准选择仪表准确度及与之相配套各种仪器。用什么仪器，准确度与量程，误差分配计算。第51页52E(R)2～0.00005，E(R)～0.7%，4E(U)2~0.00005，E(U)~0.35%，选0.2级电压表。选0.5级电桥。E（P）2~（1%）2=0.00010.00010.000050.00005举例：测量功率。用电压表测电压，用电桥测电阻。要求不确定度≤1%。公式第52页53五、测量条件与最佳参数确定

试验方法、试验仪器选定后，选择有利试验条件及参数范围，以最大程度减小误差。

如单摆长度测量（摆线、小球……）指针式仪表量程选择在满度2/3处选择适当测量环境：温度、湿度、气压、电磁场……第53页54六、确定试验实施方案1、依据物理模型及试验方法，画出对应试验装置图或电路图、光路图；2、确定详细试验步骤；3、设计试验数据表格；4、试验仪器、设备名称，规格，使用条件等。第54页55七、撰写准备汇报（设计方案）实验题目一、试验任务二、试验要求三、试验方案

1、物理模型比较与选择

2、试验方法比较与选择

3、仪器选择与配套（系统误差分析）

1）误差公式推导2）仪器选择

4、测量条件与最正确参数确实定

1）测量条件2）最正确参数四、试验步骤（简略）五、试验注意事项六、参考文件第55页56

八、资料搜集

在设计过程中要查阅足够参考资料：比如

大学物理、物理试验教科书（不一样版本）；相关测量、传感器方面教材和专著；仪器、仪表、器件手册；仪器说明书；国家标准、行业标准、技术规范等。第56页57

完成试验设计后，方可到试验室实地考查仪器情况并进行准备性试验。将试验方案交给指导老师检验。

经过第一次试验检验设计方案是否可行，依据试验室仪器设备情况、试验条件，深入完善设计方案，即可进入实测。

实测普通分两次进行：粗测、精测。粗测中依据测量数据检验是否满足试验要求，可再次调整试验方案，最终精测，完成试验。九、试验操作第57页58十、数据处理及撰写汇报

完成设计试验后，在试验设计方案基础上完成试验汇报及以下两项：

数据处理与分析试验数据整理、数据计算、误差估算、误差分析

试验总结包含对本试验总结；试验中体会、收获；对试验选题提议、意见等。第58页59设计举例测量型试验任务：测定金属材料杨氏模量E。要求：测量结果相对不确定度不超出5%。物理模型建立及比较：1）

外力作用下，发生形变，在弹性程度内有

2）

圆棒状样品用两条细线悬吊起来，共振时

3）

声波在连续媒质内传输，其声速，则有

第59页60反射镜杠杆架ΔS导出测量公式为按均分标准，E(D)~1%,其余约为2%。钢丝直径：0.8mm，千分尺测量，确保E(D)~0.01/0.8=1.2％。弹性极限>200MPa,F~100N。逐差法测量，中间分段，Fm=50N。用多个1kg砝码累加加载。E量级2×1011Pa(N.m-2)能够计算出ΔL/L~0.0005。取L=1m，则ΔL=0.5mm。采取模型一采取金属丝伸长测杨氏模量E，第60页61光杠杆放大光杠杆望远镜竖尺DSS0S1d2d1DLqqqq放大倍数=2d1/d2，取d1=2m，d2=80mm，放大50倍，ΔS=25mm。用米尺读。u(ΔS)=0.5mm，E(ΔS)=2%。d1用卷尺测，E(d1)=0.005/2=0.25%<2%；

L用卷尺测，E(L