《大学物理实验》课程教学大纲

《大学物理实验》课程教学大纲一、课程基本情况课程代码：114112323013/114112323014/114112323033课程名称（中/英文）：大学物理实验/CollegePhysicsExperiment课程类别：数学与自然科学类课程课程性质：必修课程类型：独立实验课总学分：3总学时：48实验/实践学时：48适用专业：金属材料工程适用对象：本科先修课程：高等数学开课学院：数学与物理教学部二、课程简介大学物理实验是对大学生进行科学实验基础训练的一门独立的必修课，它在培养大学生实践能力和知识方面有其它课程不可替代的作用，将为学生终生学习和继续发展奠定必要的基础。大学物理实验包括力学、热学、电磁学、光学和近代物理等方面的内容，分为基础性、综合与提高、设计与研究、虚拟仿真以及演示与探索实验几个层面。通过大学物理实验课程的学习，使学生逐步掌握物理实验基本知识和基本实验技术，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，循序渐进，逐步使学生养成独立进行测试，独立排除一般故障，并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，培养学生扎实的自然科学基础和科学研究的基本素养以及创新思维和创新实践能力。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。三、实验教学目标通过《大学物理实验》课程的教学，使学生加深对物理现象及基础理论知识的理解，掌握基本仪器的使用方法。旨在培养学生严格、细致、实事求是、刻苦钻研、一丝不苟的科学实验态度,提高学生设计实验方案、观察实验现象、分析和解决问题的能力；提高学生的科学素养和创新意识，将为学生后续课程学习和科研工作奠定必要的基础。（支撑毕业要求4.1）四、实验项目及学时安排序号实验项目名称实验学时实验类型实验要求每组人数备注1实验基础知识3其它必做不分组2固体物体密度的测量3验证性选做23用三线摆测物体的转动惯量3验证性选做24测量金属丝的杨氏弹性模量3综合性选做25液体表面张力系数的测量3综合性选做26碰撞打靶实验3设计性选做27气垫导轨上的实验3验证性选做28声速的测定3综合性选做29热敏电阻器的电阻温度特性测量3综合性选做210电表的改装和校正3验证性选做211单臂电桥测电阻3验证性选做212灵敏电流计特性研究3综合性选做213电位差计校验毫安表3综合性选做214示波器的原理及使用3验证性选做215用电磁感应法测交变磁场3验证性选做216自组显微镜与望远镜3设计性选做217菲涅耳双棱镜测波长3设计性选做218等厚干涉的应用3综合性选做219分光计的调整与使用3验证性选做220光栅衍射3验证性选做221迈克尔逊干涉仪的调整与使用3验证性选做222密立根油滴实验3综合性选做223光电效应法测普朗克常数3综合性选做224弗兰克-赫兹实验3综合性选做225物理演示与探索实验3演示性选做226光电传感器测转速实验3设计性选做227单臂电桥、半桥、全桥的比较3设计性选做228用AD590自组数字温度计3设计性选做229太阳能电池的特性测量3设计性选做230光通信实验3设计性选做231气体比热容比的测定3综合性选做232液体电导率的测量3综合性选做233用磁电阻传感器测量地磁场3综合性选做2五、实验内容实验一实验基础知识实验目的：(1)了解物理实验课的基本教学环节，实验室规则。(2)了解测量与误差的基本知识；了解误差分析的基本知识；掌握测量结果的不确定度计算方法；掌握测量结果的表示与数据处理方法。实验设备：多媒体教室。实验内容及步骤：(1)物理实验课的基本环节，实验室规则。(2)测量与误差的基本概念。(3)测量的不确定度及结果表示。(4)有效数字及其表示。(5)数据处理的基本方法。(6)物理实验的基本方法。(7)物理实验的基本调整与操作技术。实验二固体物体密度的测量实验实验目的：(1)掌握物理天平、螺旋测微计、游标卡尺的调节和使用方法。(2)掌握测定固体密度的方法。实验设备：物理天平、游标卡尺、千分尺、玻璃烧杯、细线、待测铜圆柱体、铝正方体、小钢球、铜块等。实验内容及步骤：(1)学习调整和使用物理天平。(2)用流体静力称衡法测固体的密度。(3)要求掌握游标卡尺、螺旋测微计的使用方法、静力称衡法。实验三用三线摆测物体的转动惯量实验目的：(1)学习用三线摆测定物理的转动惯量，掌握长度、质量和时间的测量方法。(2)验证转动惯量的平行轴定理。实验设备：FD-IM-C新型转动惯量测定仪平台、计时计数测速仪、米尺、游标卡尺、水平仪，样品共3种，分别为圆盘、圆环及圆柱体。实验内容及步骤：(1)测悬盘对中心轴的转动惯量。(2)测定圆环对中心轴的转动惯量。(3)验证平行轴定理。实验四测量金属丝的杨氏弹性模量实验目的：(1)掌握用光杠杆法测量微小伸长量的原理和方法。(2)掌握用拉伸法测量金属丝的杨氏弹性模量。(3)学会用逐差法处理数据。实验设备：杨氏模量测定仪、光杠杆及望远镜标尺系统、游标卡尺、米尺、千分尺等。实验内容及步骤：(1)测量金属丝的长度、直径、光杠杆镜面到直尺的距离、光杠杆前后足尖的垂直距离。(2)测量加砝码i前后的读数、。(3)数据处理，算出金属丝的杨氏模量。(4)要求掌握光杠杆系统的光路调节过程，调节方法。实验五液体表面张力系数的测量实验目的：(1)掌握利用表面张力系数测定仪测定液体表面张力系数的实验原理。(2)掌握利用最小二乘法进行线性拟合对仪器灵敏度定标的方法。(3)测定水的表面张力系数并分析实验误差。实验设备：FD-NST-I型液体表面张力系数测定仪、片码、铝合金吊环、吊盘、玻璃器皿、镊子等。实验内容及步骤：(1)对硅压阻力敏传感器进行定标。(2)用游标卡尺测量吊环的内、外径。(3)学会用拉脱法测量液体表面张力系数。(4)计算表面张力系数的不确定度。实验六碰撞打靶实验实验目的：(1)掌握碰撞过程中动量守恒定律和机械能守恒定律。(2)学会分析碰撞过程中能量损失的大小和来源。实验设备：碰撞打靶实验仪。实验内容及步骤：(1)调整仪器处于正常工作状态。观察两球在碰撞前后的运动状态。(2)根据被撞球落在靶心的位置坐标，计算出撞击球的高度h。(3)通过多次碰撞实验测算出能击中10环的h值为多少。实验七气垫导轨上的实验实验目的：(1)学会使用气垫导轨和数字毫秒计。(2)掌握测定速度和加速度的方法。(3)验证牛顿第二定律。(4)验证动量守恒定律。实验设备：气轨、气源、滑块、挡光片、光电门、游标卡尺、米尺、光电计时装置。实验内容及步骤：(1)调整气垫导轨水平，测定滑块通过光电门的速度。(2)验证牛顿第二定律。(3)在完全弹性碰撞和完全非弹性碰撞两种情况下验证动量守恒定律。实验八声速的测定实验目的：(1)了解压电换能器的功能，加深对驻波及振动合成等理论知识的理解。(2)学习用共振干涉法和相位比较法测定超声波在空气中的传播速度。实验设备：SV-DH-7A型声速测定仪、SVX-7型声速测定仪信号源、DS1074示波器、温度计等。实验内容及步骤：(1)用共振干涉法测声速。(2)用相位比较法测声速。(3)学会共振频率的选择。(4)用逐差法处理数据。实验九热敏电阻器的电阻温度特性测量实验目的：(1)掌握NTC热敏电阻器的阻值与温度的关系特性。(2)学会通过数据处理来求得经验公式的方法。实验设备：FD-WTC-D恒温控制温度传感器实验仪（包括数字恒温控制仪、数字电压表、直流1.5～12V稳压输出电源、可调试磁性搅拌器）、2000mL烧杯、加热器、玻璃管（内放变压器油和被测集成温度传感器）、磁性转子、热敏电阻器、电阻箱（3只）、检流计等。实验内容及步骤：(1)连接线路，测量Ti与Ri的值。(2)掌握用温度计和直流电桥测定热敏电阻器与温度的关系。(3)计算NTC热敏电阻在温度t=50.0时的电阻温度系数。实验十电表的改装和校正实验目的：(1)掌握将微安表改装成较大量程电流表和电压表的原理和方法。(2)学会校正电流表和电压表的方法。实验设备：直流稳压电源、直流微安表头、直流毫安表、直流电压表、电阻箱、滑线变阻器、电阻器、开关、导线等。实验内容及步骤：(1)电流表扩程与校正。 (2)练习并掌握将表头改装为电流表与电压表的方法。实验十一单臂电桥测电阻实验目的：(1)掌握用单臂电桥测电阻的方法。(2)学会用交换抵消法消除部分仪器误差的原理和方法。实验设备：电阻箱、滑线变阻器、待测电阻、检流计、直流稳压电源、直流单臂电桥、滑线式电桥、开关、导线等。实验内容及步骤：(1)用万用表粗测待测电阻。(2)连接电桥线路，用电桥测定电阻。(3)掌握电桥测电阻的原理特点与测量方法。实验十二灵敏电流计特性研究实验目的：(1)了解灵敏电流计的结构，掌握控制灵敏电流计运动状态的方法。(2)测定灵敏电流计的特性参量─外临界电阻、电流常数及内阻。(3)学习用最小二乘法处理数据。实验设备：灵双掷开关、单刀开关，压触开关、秒表等。实验内容及步骤：(1)连接线路，调节光标零点。(2)改变电阻分别测出相应的电流计偏转格数。(3)求出电流计常数和电流计内阻。实验十三电位差计校验毫安表实验目的：(1)了解电位差计的工作原理、结构、特点。(2)学会使用电位差计及标准电池。(3)掌握一种校验电流表的方法。实验设备：UJ-31型电位差计、稳压电源、检流计、饱和标准电池、被检定毫安表、滑线变阻器、标准电阻器、变阻箱等。实验内容及步骤：(1)连接电路。(2)工作电流标准化。(3)校验毫安表。实验十四示波器的原理及使用实验目的：(1)了解示波器的基本结构和工作原理，掌握示波器和信号发生器的基本使用方法。(2)学会使用示波器观察电信号波形，测量电压幅值及频率。(3)掌握利用李萨如图形测量频率的实验方法。实验设备：示波器、信号发生器等。实验内容及步骤：(1)熟悉各旋钮的作用，练习示波器的基本操作。(2)观察波形，测量正弦波的幅值、周期、频率。(3)观察李萨如图形并测量信号发生器输出信号的频率。实验十五用电磁感应法测交变磁场实验目的：(1)掌握探测线圈法测量交变磁场的方法。(2)测量螺线管轴线上的磁场分布。(3)加深理解电磁感应定律及磁场的特征。实验设备：被测铜导线螺线管、探测铜导线螺线管、频率计、毫米刻度尺、电源、导线、单刀双掷开关、电流表、电压表等。实验内容及步骤：(1)研究被测螺线管线圈中电流I大小和探测螺线管中感生电动势V之间的关系。(2)研究探测螺线管线圈在不同位置坐标x和其中磁感应强度B之间的关系。实验十六自组显微镜与望远镜实验目的：(1)了解的原理和结构。(2)组装望远镜、显微镜。(3)测望远镜、显微镜的放大率。实验设备：光学平台及光学平台附件等。实验内容及步骤：(1)组装开普勒望远镜，测望远镜放大率。(2)组装显微镜，测显微镜放大率。实验十七菲涅耳双棱镜测波长实验目的：(1)掌握菲涅耳双棱镜获得双光干涉的原理与方法。(2)学会用双棱镜测定光波波长。实验设备：双棱镜、可调狭缝、辅助透镜、测微目镜、光具座、白屏、单色光源等。实验内容及步骤：(1)调节光学系统共轴，调节出较清晰的干涉条纹。(2)用测微目镜测量干涉条纹的宽度，用透镜二次成像法测量两虚光源和的间距。(3)求出光源的光波波长。实验十八等厚干涉的应用实验目的：(1)观察光的等厚干涉现象，熟悉光的等厚干涉的特点。(2)用牛顿环测定平凸透镜的曲率半径。(3)用测定细丝直径或微小厚度。实验设备：牛顿环仪、读数显微镜、钠光灯、劈尖等。实验内容及步骤：(1)将牛顿环仪放在显微镜的平台上，调整好光路。(2)转动测微鼓轮，按实验要求测量各环的直径。(3)计算平凸透镜的曲率半径。实验十九分光计的调整与使用实验目的：(1)了解分光计构造的基本原理，掌握分光计的调整方法。(2)掌握三棱镜对单色光的折射率的测定方法。实验设备：分光计、钠光灯、双平面镜、三棱镜等。实验内容及步骤：(1)调整分光计，达到分光计的使用要求。(2)测棱镜顶角。(3)测三棱镜的最小偏向角。(4)计算构成三棱镜材料的折射率。实验二十光栅衍射实验目的：(1)观察光的衍射现象。(2)根据已知光的波长，测光栅常数。(3)由测得的光栅常数，测汞灯的谱线波长。实验设备：分光计、钠灯、汞灯、双平面镜、光栅等。实验内容及步骤：(1)调整分光计，达到分光计的使用要求。(2)调整光栅和观察光栅的衍射现象。(3)测量光栅常数。(4)测汞灯谱线的波长。实验二十一迈克尔逊干涉仪的调整与使用实验目的：(1)了解迈克尔逊干涉仪的光学结构及干涉原理，学习其调节和使用方法。(2)学习一种测定光波波长的方法，加深对等倾、等厚干涉的理解。实验设备：迈克耳孙干涉仪、He-Ne激光器、扩束镜、毛玻璃片等。实验内容及步骤：(1)观察激光的非定域干涉现象。(2)测量激光波长。(3)观察等倾干涉和等厚干涉。实验二十二密立根油滴实验实验目的：(1)了解油滴实验的方法与特点。(2)测定基本电荷，并验证油滴所带电荷的不连续性。实验设备：密立根油滴仪（ZKY-MLG-6）、喷雾器。密立根油滴仪由油雾室、油滴盒、电荷耦合器件（charge-coupleddevice，CCD）、电视显微镜、显示器、电路箱等组成等。实验内容及步骤：(1)调节仪器，选择合适的油滴。(2)测量平衡电压U，油滴下降时间t。(3)求出不同油滴所带的电量q。实验二十三光电效应法测普朗克常数实验目的：(1)了解光电效应的基本规律，认识光的量子性。(2)学习用光电效应法测定普朗克常数。实验设备：ZKY-GD-4光电效应实验仪、滤色片组、光阑组、示波器（YB43030B型）等。实验内容及步骤：(1)调整微电流放大测量仪、光源处于工作状态。(2)分别测得波长为404.7nm、435.8nm、546.1nm、577.Onm时的单色光电流特性曲线并求出相对应的截止电压。(3)作图，求出普朗克常数。实验二十四弗兰克-赫兹实验实验目的：(1)了解弗兰克-赫兹实验的原理和实验方法。(2)测定汞原子的第一激发电位，证明原子能级的存在。实验设备：弗兰克-赫兹实验仪（FD-FH-B型）、示波器（YB43030B）等。实验内容及步骤：(1)用示波器观测IA-UG2K曲线并测量IA、UG2K。(2)根据所测量数据，作IA-UG2K曲线。然后取相邻电流高峰所对应电压值之差5个以上以其平均值计算汞原子的第一激发电位。实验二十五物理演示与探索实验实验目的：(1)学习多种物理实验的实验方法。(2)观察多种物理现象，能从理论上解释观察到的物理现象。实验设备：直升飞机、锥体上滚、蛇形摆等。实验内容及步骤：(1)参观实验室。(2)根据个人的兴趣爱好选择五至十个实验项目进行实验。(3)撰写实验论文。实验二十六光电传感器测转速实验实验目的：(1)了解光电传感器测转速的基本原理及应用。(2)学习实验设计的基本方法。实验设备：光电式传感器、JK-19型直流恒压电源、示波器、差动放大器、电压放大器、万用表、频率计、九孔实验板接口平台和导线等。实验内容及步骤：(1)按实验要求连接电路，调整电源电压。(2)调节电源电压使电机转动。(3)测出频率，算出电机转速。实验二十七单臂电桥、半桥、全桥的比较实验目的：(1)了解金属箔式应变片的应变工作原理与特性。(2)验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间关系。实验设备：差动放大器、JK-19型直流恒压电源、电桥模块、万用表、测微头及连接件、传感器实验台、应变片、九孔实验板接口平台和导线等。实验内容及步骤：(1)用金属箔式应变片组装单臂、半桥、全桥电路。(2)学习差动放大器的使用方法。(3)比较3种电桥的灵敏度。实验二十八用AD590自组数字温度计实验目的：(1)了解AD590的工作性能；(2)学会利用AD590设计数字式温度计的原理和方法。实验设备：FB716-Ⅰ型物理设计性（热学）实验装置（1套）、直流电源等。实验内容及步骤：(1)进行AD590电压(电流)—温度特性测试。(2)用AD590自组数字温度计。(3)校准数字温度计。实验二十九太阳能电池的特性测量实验目的：(1)通过对太阳能电池基本特性的测量，了解和掌握其特性和有关的测量方法；(2)测量不用照度下太阳能电池的伏安特性、开路电压和短路电流；(3)在不同照度下，测定太阳能电池的输出功率和负载电压的函数关系；(4)确定太阳能电池的最大输出功率，以及相应的负载电阻和填充因数。实验设备：太阳能电池（2块）、插件板（A4大小）、万用表（2块），附带表笔、卤素灯、电压范围为2～12V的稳压源等。实验内容及步骤：(1)登录大学物理仿真实验系统，下载并安装实验项目软件。(2)实验连线。(3)仪器调整。(4)测量电池板伏安关系曲线。(5)断开电路，测量并记录开路电压。实验三十光通信实验实验目的：(1)掌握光通信的原理；(2)掌握光通信电路幅频特性测量方法。实验设备：光源（电珠、LED灯、半导体激光器）、硅光电池、光纤、凸透镜、光通信发送实验仪（以下简称发送仪）、光通信接收实验仪（以下简称接收仪）、信号发生器、示波器等。实验内容及步骤：(1)光传送声音。(2)光信号传输的幅频特性测量。实验三十一气体比热容比的测定实验目的：(1)掌握绝热、等容的热力学过程及有关状态方程；(2)整理实验数据并进行相应的分析计算。实验设备：THQBR-I型空气比热容比测量实验仪（扩散硅压力传感器、电流型集成温度传感器AD590、数字电压表、自动放气装置等），以及气管、储气瓶、进气阀、打气球。实验内容及步骤：(1)打开电源开关，预热20分钟。(2)实验连线。(3)充气，等待稳定，记录压差对应的电压和温度。(4)放气，等待稳定，记录压差对应的电压和温度。(5)重复步骤，测量6次。实验三十二液体电导率的测量实验目的：((1)掌握液体电导率的测量方法。(2)学会通过数据处理来求得经验公式的方法。实验设备：THQYD-1型液体电导率测量实验仪、液体电导率传感器、电阻箱、NaCl晶体60g、电子秤、250mL量筒。实验内容及步骤：(1)打开电源开关，预热10分钟。(2)实验连线。(3)配置NaCl溶液。(4)测量传感器的灵敏度。(5)测量不同浓度NaCl对应的电压值。实验三十三用磁电阻传感器测量地磁场实验目的：(1)学会磁电阻传感器灵敏度的测量方法。(2)学会测地磁场的水平分量、磁倾角及磁感应强度。实验设备：地磁场测量仪。实验内容及步骤：(1)通过亥姆霍兹线圈产生的均匀磁场测量磁电阻传感器的灵敏度。(2)用已知灵敏度大小的磁电阻传感器测量地磁场的水平分量。(3)测量磁倾角和地磁场的大小，并计算地磁场的竖直分量。六、实验报告格式实验名称（一）实验目的（二）实验设备（三）实验内容及步骤（四）结果与分析（五）问题讨论七、考核方式(一)实验成绩的构成预习与实验操作成绩占40%，实验报告成绩占60%。(二)评分标准1.单个实验项目评分标准评分内容满分评分办法预习、操作、数据记录40分检查预习报告，授课前提问，操作时检查和询问，当堂打分。实验报告60分报告批阅：实验报告书写规范、完整，数据记录与处理正确。考核环节考核结果及标准评估项目及权重优秀（90~1