《大学物理实验》教学大纲

《大学物理实验》教学大纲一、课程基本信息课程编号：3201007[0]课程英文名称：Physicsexperimentoftheuniversity学

分：

2.5

学

时：40开课部门：

实验中心开课学期：2016-2017学年适用专业：

全校工科各专业课程类别：公共基础课课程属性：

必修实验教程及参考书：《大学物理实验》

郭献章主编

科学出版社

二、教学目标物理实验课是对学生进行科学实验基本训练的一门独立的、必修的基础课程。本课程应在中学物理实验的基础上，按照循序渐进的原则，对学生进行物理实验知识、物理实验方法和物理实验技能等基础训练，为今后的学习和工作奠定良好的实验基础。本课程的具体要求是：1、在教学中要适当地介绍一些物理实验发展史和物理实验在工程技术中的应用知识，使学生了解科学实验的重要性：要注意对学生进行辨证唯物主义世界观和方法论的教育，使学生逐步养成用唯物辩证法指导自己的科学实验活动。2.使学生逐步掌握物理实验基本知识和基本实验技术。其中包括：（1）掌握预习、实验操作和撰写实验报告等基本实验程序：（2）掌握基本的操作技术，例如，零位校准，水平、铅直调整，回路接线法，光路的共轴调整，视差的消除，逐次逼近调节与测量等：(3)

掌握基本的实验方法，例如，比较法，放大法，转换测量法，模拟法，桥路法，补偿法，干涉法等：(4)

掌握基本仪器的结构原理、性能和使用方法，这些仪器有：游标尺，螺旋测微计，天平，秒表，数字毫秒计，温度计，热电偶，直流电表，滑线式变阻器，电阻箱，检流计，直流电桥，电位差计，万用表，通用示波器，低频信号发生器，直流稳压电源，分光计，读数显微镜，单色仪，光具座，常用光源（钠光灯和激光器）等。(5)掌握常用物理量的基本测试手段，这些物理量有：长度（及其微小变化），角度，质量，时间，力、温度，热量，电流，电压，电动势，电阻，磁感强度，频率或周期，波长，折射率等；(6)掌握数据处理基本知识，其中包括：测量的种类;误差的概念及误差种类;有效数字的读取和运算;了解不确定度的概念和种类;精密度、正确度、准确度和精度;处理实验数据的列表法、作图法、逐差法。3.培养与提高学生的科学实验能力，其中包括：（1）引导学生自行阅读实验教材或实验资料，正确理解其原理，培养学生的阅读能力；（2）引导学生逐步养成独立进行测试，独立排除一般故障，培养学生的实际动手能力；（3）引导学生注意对实验现象的观察和分析，加深对物理学基本概念和规律的理解，培养学生运用物理理论对实验现象进行分析判断的能力；（4）引导学生不断提高实验报告的撰写质量，培养学生的归纳能力和撰写能力；（5）引导学生注意实验方案的确定、实验仪器和方法的选配，提高学生的设计能力和独立工作能力。4.培养与提高学生的科学实验素养，其中包括：(1)

理论联系实际和实事求是的科学作风；(2)

严肃认真、一丝不苟的工作态度；(3)

积极思维、主动研究问题的探索精神；(4)

遵守纪律、爱护公共财物的优良品质。课程教学目标与毕业要求的对应关系毕业要求指标点课程教学目标具有扎实的自然科学基础；具有科学研究的基本素养1、掌握基本的实验原理、实验方法、实验手段以发展社会需要、学生满意的高等教育为出发点以提高学生的实践能力和创新能力为最终目标通过课内外结合的实验课程全方位培养学生的科学思想方法、动手能力、实践能力、创新精神等基本科学素质。2、具有一定的实验能力，如撰写实验报告，基本的数据处理方法、做误差分析等。具有一定的创新思维和创新实践能力1、逐步养成独立进行测试，独立排除一般故障，培养学生的实际动手能力；

2、引导学生注意实验方案的确定、实验仪器和方法的选配，提高学生的设计能力和独立工作能力

三、实验项目与教学安排序号实验项目名称学时实验性质实验类型每组人数1绪论2必做理论课大班课2示波器的原理及应用3必做验证性13旋光实验2必做验证性14霍尔效应实验2必做验证性15用双臂电桥测低电阻3必做综合性16铁磁性材料的磁化曲线和磁滞回线2必做验证性1

7等厚干涉的应用-牛顿环、劈尖2必做验证性18衍射光栅2必做验证性19测玻璃三棱镜的折射率3必做验证性110光强的分布3必做验证性111组合式多功能光栅光谱仪原理及应用2必做研究性112波尔共振实验3必做综合性113密立根油滴实验2必做综合性114迈克尔逊干涉仪的应用2必做综合性115超声波传播速度的测量2必做综合性116脉冲核磁共振仪原理及应用3必做研究性117弗兰克-赫兹实验2必做验证性1

四、实验教学内容实验（一）：示波器的使用1、实验内容（1）熟悉示波器各旋钮的作用，观察扫描情况；（2）利用低频信号发生器输出，在荧光屏上调出有一定要求的正弦波形；（3）测量校准电信号电压峰---峰值的表观大小；（4）利用李萨如图形测未知频率。2、实验目的（1）了解示波器的主要组成部分，掌握各旋钮的作用及调节方法；（2）掌握扫描与整步的作用原理，加深对振动合成的理解；（3）掌握用示波器观测信号波形的方法（4）掌握用李萨如图形测量正弦振动频率的方法，用比较法测量电压。3、教学要求（1）预习时要基本了解示波器的工作原理、实验目的与任务，并写出预习报告；（2）在指导教师的课堂讲解后，掌握示波器的使用方法和本次实验的操作流程；（3）通过实际动手操作，完成规定的实验内容，规范完整记录实验数据，并分析实验中发生的异常现象；（4）课后独立完成实验报告，要求数据完整，书写规范，格式正确。4、主要仪器设备：

双踪超低频模拟信号示波器，数字函数信号发生器实验方式：仪器操作实验场地与设备：综合实验楼

实验（二）分光计的调整1、实验内容（1）了解分光计的构造和使用方法（2）学习调整分光计2、实验目的（1）了解光学基本仪器分光计的构造、使用方法和调节方法（2）锻炼学生基本的操作能力和调节仪器的能力3、教学要求

能了解光学基本仪器的构造、原理，调节方法，测量方法，锻炼学生基本操作能力。4、主要仪器设备：分光计，钠光灯实验方式：仪器操作实验场地与设备：综合实验楼

实验（三）：欧姆定律的应用1、实验内容（1）验证欧姆定律；（2）用伏安法测电阻；（3）计算绝对误差和相对误差。仪器与用具：2、实验目的（1）验证欧姆定律；（2）掌握用伏安法测电阻的方法；（3）学会电压表、电流表、电阻箱和滑线变阻器的正确用法。3、教学要求指导学生学会简单电路的原理及连线方法、规则。通过测量，能自己分析解决基本电路问题。4、主要仪器设备：稳压电源、毫安表、伏特表、单刀单掷开关、单刀双掷开关、待测电阻。实验方式：仪器操作实验场地与设备：综合实验楼

实验（四）：金属杨氏模量的测定1、实验内容（1）杨氏模量的概念；可能存在的系统误差；仪器的选配；光杠杆原理；（2）仪器的调整；用外视法和内视法寻找标尺像；（3）拉伸法测钢丝的杨氏模量；（4）逐差法计算测量结果。2、实验目的（1）学习用拉伸法测量金属丝的杨氏弹性模量；（2）掌握用光杠杆法测量微小长度变化的原理及方法；（3）学会用逐差法处理数据。3、教学要求（1）预习时要基本了解金属杨氏弹性模量的物理意义、光杠杆的测量原理及逐差法处理数据的优点和适用条件，知道本实验的目的与任务，并写出预习报告；（2）在指导教师的课堂讲解后，掌握尺读望远镜使用方法、本次实验的操作流程及数据处理方法；（3）通过实际动手操作，完成规定的实验内容，规范完整记录实验数据，并分析实验中发生的异常现象和误差形成的环节；（4）课后独立完成实验报告，要求数据完整，绘图清晰，书写规范，格式正确。4、主要仪器设备：

杨氏模量测定仪（包括镜尺系统、砝码）、钢尺、卡尺、千分尺实验方式：仪器操作实验场地与设备：综合实验楼

实验（五）：旋光实验1、实验内容（1）测定旋光性溶液的旋光率和浓度2、实验目的（1）观察线偏振光通过旋光物质后的旋光现象（2）了解旋光仪的结构原理,学习测定旋光性溶液的旋光率和浓度的方法3、教学要求

（1）实验验证基本原理

（2）及学习旋光曲线测取方法（3）测未知旋光性溶液的浓度值4、主要仪器设备：圆盘旋光仪实验方式：仪器操作实验场地与设备：综合实验楼

实验（六）：扭摆法测定物体转动惯量1、实验内容（1）熟悉扭摆的构造，使用方法，以及转动惯量仪的使用方法；（2）测定扭摆的仪器常数（弹簧的扭转常数）K；（3）测定塑料圆柱、金属圆柱、木球等的转动惯量，并与理论值比较求百分误差；（4）改变滑块在金属细杆上的位置，验证转动惯量平行轴定理。2、实验目的（1）加深理解转动惯量的物理意义；（2）学习仪器的调整和使用；（3）用扭摆测几种不同形状物体的转动惯量和弹簧的扭转常数；验证平行轴定理

3、教学要求1.

加深理解转动惯量的物理意义；2.

学习“时间”基本物理量的测量；3.

学习仪器的调整和使用；4、主要仪器设备：扭摆、转动惯量测试仪实验方式：仪器操作实验场地与设备：综合实验楼

实验（七）：霍尔效应实验1、实验内容（1）测量霍尔片的霍尔电压和工作电流之间关系,即霍尔效应。（2）用霍尔元件测量磁场,即测螺线管磁场（3）测量C型电磁铁气隙部分磁场分布,即磁感应强度和位置关系曲线和磁感应强度和励磁电流关系曲线2、实验目的（1）了解霍尔元件的性能，学习用“对称测量法”消除副效应的影响，测量霍尔片的霍尔电压和工作电流关系（2）学习用霍尔元件测量磁场的原理和基本方法。（3）测量C型电磁铁气隙部分和通电螺线管内部的磁场分布磁感应强度和位置关系曲线和励磁特性即磁感应强度和励磁电流关系曲线3、教学要求学习测霍尔电压及场强的方法，实验验证基本原理、误差处理,绘制相应的特性曲线。4、主要仪器设备：霍尔效应实验仪;螺线管磁场实验仪实验方式：仪器操作实验场地与设备：综合实验楼

实验（八）：用双臂电桥测低电阻1、实验内容（1）用双臂电桥测量不同导体的电阻、电阻率和电阻的温度系数。2、实验目的（1）了解双臂电桥测低电阻的原理和方法。3、教学要求学会用双臂电桥测量低电阻的方法及实验验证基本原理、测出低电阻阻值、电阻率和电阻的温度系数,误差处理等。4、主要仪器设备：组装式双臂电桥实验方式：仪器操作实验场地与设备：综合实验楼

实验（九）：用电位差计测电动势1、实验内容(1)用单线式电位差计测电动势；(2)用箱式电位差计测电动势；(3)根据补偿原理学习排除实验中的有关故障。2、实验目的（1）了解电位差计的补偿原理；(2)了解电位差计的结构、正确使用方法。

3、教学要求使学生了解电位差计的结构及使用方法，了解电位差计的补偿原理，会利于电位差计测量电位差，提高学生电路连接的基本技能。4、主要仪器设备：单线式电位差计，数值电流表、滑线变阻器、标准电池、待测电池、单刀单掷开关、单刀双掷开关、箱式电位差计、直流稳压电压实验方式：仪器操作实验场地与设备：综合实验楼

实验（十）：测铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线1、实验内容（1）对试样进行退磁，消除剩磁（2）观察磁滞回线；（3）借助长余辉示波器观察基本磁化曲线；（4）观察比较样品1和样品2的磁化性能；（5）测绘B——H曲线；（6）测定样品1的Bm

、Br

、

Hc、[BH]等参数。

2、实验目的（1）研究磁性材料的磁滞回线和基本磁化曲线特性；（2）掌握用示波器观察磁滞回线和基本磁化曲线并进行测绘的方法；（3）加深对磁性材料的磁滞回线和基本磁化曲线特性的认识。3、教学要求（1）预习时要基本了解磁性材料的磁滞回线和基本磁化曲线特性的原理、本实验的目的与任务，并写出预习报告；（2）在指导教师的课堂讲解后，掌握组合测试仪器及示波器的使用方法和本次实验的操作流程；（3）通过实际动手操作，完成规定的实验内容，规范完整记录实验数据，并分析实验中发生的异常现象；（4）课后独立完成实验报告，要求数据完整，绘图清晰，书写规范，格式正确。4、主要仪器设备：

示波器、磁滞回线实验组合仪实验方式：仪器操作实验场地与设备：综合实验楼

实验（十二）：

等厚干涉的应用——牛顿环、劈尖

1、实验内容（1）读数显微镜的调整；（2）测平凸透镜的曲率半径；（3）测空气劈尖的微小夹角。

2、实验目的（1）观察、研究等厚干涉现象及其特点；（2）学会用干涉方法测量平凸透镜的曲率半径和涤纶片的厚度；（3）学会调节和使用读数显微镜。3、教学要求（1）预习时要基本了解等厚干涉的原理、本实验的目的与任务，并写出预习报告；（2）在指导教师的课堂讲解后，掌握读数显微镜、钠光灯、牛顿环、劈尖的使用方法和本次实验的操作流程；（3）通过实际动手操作，完成规定的实验内容，规范完整记录实验数据，并分析实验中发生的异常现象；（4）课后独立完成实验报告，要求数据完整，绘图清晰，书写规范，格式正确。4、主要仪器设备：

读数显微镜、钠光灯、牛顿环、劈尖实验方式：仪器操作实验场地与设备：综合实验楼

实验（十三）：衍射光栅1、实验内容（1）按分光仪调节操作顺序操作，使分光仪达到工作状态；（2）观察汞灯光源发出的衍射光谱线；（3）测各单色光波长；

2、实验目的（1）观察光线通过光栅后的衍射现象；（2）学会用分光仪测光波波长的方法；（3）熟悉分光仪的调节和使用。3、教学要求熟悉分光计的调节方法和使用方法，学会用分光计精确测量角度，理解衍射现象，并精确测得汞光谱中各单色光的波长。4、主要仪器设备：分光计、低压汞灯。实验方式：仪器操作实验场地与设备：综合实验楼

实验（十四）：测玻璃三棱镜的折射率1、实验内容（1）分光计的调整；（2）测三棱镜顶角；（3）测三棱镜对于λ=632.8nm钠光的最小偏向角，求其折射率。

2、实验目的（1）进一步了解分光计的使用方法和调节方法，提高操作技能。（2）了解光学基本知识，会用分光计精确测量角度3、教学要求（1）使学生了解光学实验基本知识；（2）使学生了解分光计的结构原理及调整方法；弯游标读数方法；（3）顶角及最小偏向角的精确测定；4、主要仪器设备：分光计、钠光灯。实验方式：仪器操作实验场地与设备：综合实验楼

实验（十五）：

光强的分布1、实验内容

（1）观察单缝、双缝等衍射现象；（2）测量单缝衍射图象的相对光强分布；（3）偏振光光强变化的测定。2、实验目的（1）观察单缝、双缝等衍射现象,了解其特点;（2）测量单缝衍射时的相对光强分布；3、教学要求（1）观察单缝、双缝等衍射现象,及衍射图形；（2）学习单缝、双缝等衍射光强分布测取方法,实验验证基本原理、测出其缝

宽及相对光强分布，绘制相对光强分布曲线。（3）偏振光光强变化的测定；4、主要仪器设备：光具座、激光电源及激光器、起偏检偏装置、小孔

狭缝板及光栅板、二维调节架、检流计。实验方式：仪器操作实验场地与设备：综合实验楼

实验（十六）：

组合式多功能光栅光谱仪的原理与使用1、实验内容

（1）光栅光谱仪的标定；（2）组合式多功能光栅光谱仪结构原理及正确使用方法；（3）练习测试溴钨灯、低压汞灯的谱线，并测量两种滤光片的吸收与透过滤；（4）仪器的调整；（5）测量并绘制吸收率与透过度曲线.2、实验目的（1）学习光栅光谱仪的分光原理及用途；（2）学会使用光栅光谱仪进行固体、液体的吸收光谱与透过光谱的测试、制作与分析；（3）学会用光谱法进行溶液浓度的简单测量。3、教学要求（1）预习时要基本了解光栅光谱的形成原理及光栅光谱仪的工作原理，知道本实验的目的与任务，并写出预习报告；（2）在指导教师的课堂讲解后，掌握光栅光谱仪的使用方法、本次实验的操作流程及数据处理方法；（3）通过实际动手操作，完成规定的实验内容，规范完整记录实验数据，并分析实验中发生的异常现象和误差形成的环节；（4）课后独立完成实验报告，要求数据完整，绘图清晰，书写规范，格式正确。4、主要仪器设备：组合式多功能光栅光谱仪，滤光片，比色皿实验方式：仪器操作实验场地与设备：综合实验楼

实验（十七）：波尔共振实验1、实验内容（1）测定摆轮振幅不同时的固有频率（2）测定阻尼系数（3）幅频特性与相频特性曲线的测定2、实验目的（1）研究受迫振动的幅频特性和相频特性（2）研究不同阻尼力矩对受迫振动的影响，观察共振现象。（3）学习用频闪法测定运动物体的某些量。3、教学要求

（1）在预习中要明确实验原理（2）明确仪器的设置及测量方法（3）学生通过实验，能理解不同阻尼力矩对受迫振动的影响及受迫振动中幅频特性与相频特性4、主要仪器设备：波尔共振仪实验方式：仪器操作实验场地与设备：综合实验楼

实验（十八）：密立根油滴实验1、实验内容（1）调整仪器；（2）练习选择油滴和控制油滴，改变油滴运动方向；（3）练习测量油滴运动（自由下落）的时间；（4）用静态平衡法测量油滴；（5）计算被测油滴带电量q，并用“倒过来验证”的方法求出油滴所带电荷以及基本电荷值e。2、实验目的（1）通过对带电油滴在重力场和静电场中运动的测量，验证电荷的不连续性，并测定电子的电荷值e；（2）通过实验对仪器的调整、油滴的选择、耐心地跟踪和测量以及数据的处理等，培养学生严肃认真和一丝不苟的科学实验方法和态度。3、教学要求（1）通过预习了解实验原理（2）学会调节密立根油滴仪（3）掌握密立根油滴仪的使用方法，测定基本电荷电量。（4）通过教学，培养学生耐心细致的科学品质4、主要仪器设备：密立根油滴仪实验方式：仪器操作实验场地与设备：综合实验楼

实验（十九）：迈克尔逊干涉仪的应用1、实验内容（1）观察干涉条纹；（2）非定域干涉条纹的调节；（3）测量He—Ne激光的波长。2、实验目的（1）了解迈克尔逊干涉仪的原理并掌握调节方法；(2)观察等倾干涉、等厚干涉的条纹，并能区别定域干涉和非定域干涉；(3)测定He—Ne激光的波长；3、教学要求通过学习，进一步了解光的干涉原理，掌握迈克尔逊干涉的原理和仪器的调节方法，测量氦氖激光的波长。4、主要仪器设备：迈克尔逊干涉仪，氦氖激光器。实验方式：仪器操作实验场地与设备：综合实验楼

实验（二十）：

超声波传播速度的测定1、实验内容（1）用位相比较法进行测量；（2）用振幅极值法进行测量；（3）用逐差法计算测得声波波长λ1（位相比较法）λ2（振幅极值法）；（4）计算声速V1、V2；（5）用理论值与实验结果比较求百分误差；（6）试分析实验中误差来源，并比较两种测量方法的准确程度。2、实验目的（1）学习用驻波共振法和相位比较法测量超声波在空气中的传播速度；（2）了解压电换能器的工作原理及功能；（3）学会用逐差法处理数据。3、教学要求（1）预习时要基本了解驻波共振法和相位比较法的物理意义、换能器在传感器中的地位，知道本实验的目的与任务，并写出预习报告；（2）在指导教师的课堂讲解后，掌握超声声速测定仪的使用方法、本次实验的操作流程及数据处理方法；（3）通过实际动手操作，完成规定的实验内容，规范完整记录实验数据，并分析实验中发生的异常现象和误差形成的环节；（4）课后独立完成实验报告，要求数据完整，绘图清晰，书写规范，格式正确。4、主要仪器设备：

超声声速测定仪（含信号源）、示波器实验方式：仪器操作实验场地与设备：综合实验楼

实验（二十一）：光电效应测定普朗克常数1、实验内容（1）学习并掌握仪器的使用，（2）学习光电管的结构及原理，测定其基本特性曲线，（3）测定普朗克常数，2、实验目的（1）了解光电效应的基本原理,加深对光量子性的认识（2）了解光电管的结构和性能,测定其基本特性曲线,为正确使用光电管提供依据（3）验证爱恩斯坦光电效应方程,测定普朗克常数3、教学要求（1）用实验的方法观测光电效应的基本规律，

（2）验证爱因斯坦光电效应方程，测定普朗克常数，（3）学习用作图法和线性拟合法处理数据4、主要仪器设备：智能光电效应(普朗克常数)实验仪实验方式：仪器操作实验场地与设备：综合实验楼

实验（二十二）：

脉冲核磁共振仪原理及应用1、实验内容（1）用自由感应衰减法测量表观横向弛豫时间，分析磁场均匀度对信号的影响。（2）用自旋回波法测量不同样品的横向弛豫时间。（3）用反转恢复法测量不同样品的纵向弛豫时间。（4）调节磁场均匀度，通过傅里叶变换测量样品的化学位移。

2、实验目的了解脉冲核磁共振的基本实验装置和基本物理思想，学会用经典矢量模型方法解释脉冲核磁共振中的一些物理现象。3、教学要求（1）预习时要基本了解核磁共振的物理意义及核磁共振仪的工作原理，知道本实验的目的与任务，并写出预习报告；（2）在指导教师的课堂讲解后，掌握脉冲核磁共振仪的使用方法、本次实验的操作流程及数据处理方法；（3）通过实际