《普通物理实验2》课程教学大纲

《普通物理实验2》教学大纲课程名称：普通物理实验(2) 课程编号：F047093571英文名称：GeneralPhysicsExperiment(2)学分：2学分总学时/课内实践学时：64/64课程性质：专业基础课适应对象：光电信息科学与工程专业一、课程简介（中英文，一般200-300字左右）普通物理实验课是对对物理专业学生进行科学实验基本训练的必修基础课程，是学生接受系统实验方法和实验技能的开端。课程内容涉及力学、电磁学、光学等相关的实验，覆盖面广，为学生提供丰富的实验思想、方法、手段，是培养学生科学实验能力、提高科学素质的重要基础。普通物理实验课在培养学生严谨的治学态度、活跃的创新意识、理论联系实际和适应科技发展的综合应用能力等方面具有其他实践类课程不可替代的作用。二、课程目标（中英文，一般150字左右）1.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，以及遵纪守法，团结协作，爱护公共财产的优良品德，使学生树立科学的唯物主义世界观、方法论和认识论。2．通过对实验现象的观测、分析和物理量的测量，学习物理实验基本知识和技能，学习运用理论指导实验，分析和解决实验中遇到的问题，并从实际应用中加深对理论知识的理解。通过对实验背景，实验设计思想等调查研究掌握最新的科技前沿动态，了解物理学知识在推动自然科学及工程技术领域的运用。3．正确使用仪器及辅助设备、独立完成实验内容、撰写合格的实验报告；能够融合实验原理、设计思想、实验方法及相关的理论知识对实验结果进行分析、判断、归纳与综合。掌握通过实验进行物理现象和物理规律研究的基本方法，具有初步的分析与研究的能力。能够在实验中发现问题、分析问题，通过团队合作或自主思考学习解决问题的科学方法，逐步提高学生综合运用所学知识和技能解决实际问题的能力。三、课程目标与毕业要求对应关系本课程的课程目标对应用物理专业毕业要求指标点的支撑情况如表1所示：表1课程目标与毕业要求对应关系毕业要求指标点课程目标毕业要求1：1.1具有科学的世界观，较系统和完整地掌握物理学的基本理论、基本知识和基本技能以及所需的数学、计算机、电工电子学等方面的基础知识。对物理学相关专业方向前沿、发展动态、应用前景有所了解；理解物理实验基本原理和方法，掌握实验设计和实验操作技能；理解常见物理现象和物理量的测量方法，培养量测意识和数据处理能力。毕业要求2：2.1具备获取自学能力、获取和加工处理信息的能力，具有一定的批判性思维能力；掌握实验数据处理和结果分析方法，培养科学思维和实验创新意识；培养实验安全意识和团队协作精神，提高实验室安全和管理水平。毕业要求3：3.1具有科学思维方法、科学精神、创新意识，具有一定的技术创新和应用意识及工程技术素养；激发学生对物理学科的兴趣和热爱，为后续物理学科的学习和研究打下坚实的实验基础。四、课程教学安排课程共有15项教学内容，具体安排如下。表2：课程教学安排表序号教学内容思政元素课堂教学学时实验/实践教学学时学时小计1绪论职业教育、爱国教育882声速的测量科学精神培养0443薄透镜焦距的测量科学精神培养0444硅光电池特性实验科学精神培养0445光学实验预备知识科学精神培养0446用光栅衍射测量光波波长科学精神培养0447用光分光计测量三棱镜的折射率科学精神培养0448迈克尔逊干涉仪的调整和使用科学精神培养0449劈尖干涉科学精神培养04410用牛顿环测透镜曲率半径科学精神培养04411望远镜与显微镜的组装科学精神培养04412液体折射率的测定科学精神培养04413光的偏振科学精神培养04414单缝衍射测波长科学精神培养04415迈克尔逊干涉仪测量空气折射率科学精神培养044合计85664教学安排1.绪论教学要求：掌握数据处理的典型方法，掌握数据处理的基本要求，作图的基本要求，不确定的评定。教学内容：误差的定义、分类和评价方法，系统误差的来源和消除方法，直接测量和间接测量不确定度的简化计算。重点难点：不确定度的计算思政元素：讲授南方科技大学的物理学家薛其坤在科学实验上精益求精、追求极致的精神，最终首次从实验上验证了量子反常霍尔效应的案例，借助此案例培养学生科学精神，激发学生爱国情怀。2.声速的测量教学要求：了解压电换能器的功能，驻波及振动合成理论，掌握声速测量的方法。教学内容：示波器的使用，用驻波法、相位法、时差法测量声波在空气中的传播速度。重点难点：驻波法、相位法、时差法3.薄透镜焦距的测量教学要求：了解透镜成像规律，光路调整和焦距测量的方法。教学内容：光学元件共轴等高调节技术，测量薄透镜焦距的基本方法，透镜成像规律。重点难点：测量薄透镜焦距的基本方法4.硅光电池特性实验教学要求：了解PN结的形成原理及其工作机理，掌握硅光电池的工作原理及其工作特性，了解LED发光二极管的驱动电流与输出光功率的关系。教学内容：硅光电池零偏和负偏时光电流与输入光信号的关系，硅光电池输出电压与输入光强度变化的关系，硅光电池伏安特性，硅光电池的频率响应。重点难点：PN结单向导电原理5.光学实验预备知识教学要求：掌握光学实验基础知识。教学内容：光学常用基本仪器介绍及注意事项，光学实验操作规程。重点难点：各种仪表的使用方法，光学安全操作知识。6.用光栅衍射测量光波波长教学要求：了解分光计构造的基本原理，学习分光计的调整方法，掌握汞灯在可见光范围内几条光谱线波长的测量方法。教学内容：分光计的调整方法，用光栅测定汞灯光谱线的波长。重点难点：分光计的调节，测量汞灯谱线的衍射角。7.用光分光计测量三棱镜的折射率教学要求：进一步掌握分光计的调节方法，掌握测量三棱镜顶角和最小偏向角的方法，测定三棱镜对各色光的折射率。教学内容：分光计的调节，最小偏向角的测量，三棱镜折射率的计算。重点难点：最小偏向角的测量8.迈克尔逊干涉仪的调整和使用教学要求：了解迈克尔逊干涉仪的构造原理，掌握仪器的调节方法，熟悉非定域干涉，等倾干涉、等厚干涉的特点及形成调节，掌握光波波长的测定方法。教学内容：迈克尔干涉仪的调整，观察非定域干涉条纹的变化及测定光波波长，观察面光源的定域干涉。重点难点：迈克尔干涉仪的调整9.劈尖干涉教学要求：熟悉读数显微镜的使用方法，观察和研究等厚干涉现象及其特点，掌握干涉法测量微小直径或厚度的方法。教学内容：读数显微镜的使用方法，用劈尖干涉测微小厚度或细丝的直径。重点难点：用劈尖干涉测微小厚度或细丝直径的方法10.用牛顿环测透镜曲率半径教学要求：进一步熟悉读数显微镜的使用方法，练习用干涉法测量透镜的曲率半径。教学内容：读数显微镜的调节，根据牛顿环测透镜的曲率半径。重点难点：牛顿环测透镜的曲率半径的方法11.望远镜与显微镜的组装教学要求：了解望远镜和显微镜的构造及其原理，设计并组装可以望远和显微的光学系统，分别测出放大倍数。教学内容：简易望远镜和显微系统的设计组装及其放大倍数的测定。重点难点：望远镜和显微系统的设计组装12.液体折射率的测定教学要求：理解用折射极限法测液体折射率的原理何方法。教学内容：液体折射极限法的原理，消除角度测量误差的方法。重点难点：液体折射率的测定13.光的偏振教学要求：理解光的偏振现象，掌握产生和检验偏振光的原理和方法，理解马吕斯定律。教学内容：光的偏振的定义，偏振光的获取方法，检验偏振光的方法，马吕斯定律。重点难点：偏振光的产生和检验方法。14.单缝衍射测波长教学要求：理解单峰衍射现象，掌握单峰衍射相对光强分布的测量方法。教学内容：单峰衍射现象的实现，单峰衍射图像相对光强分布的测量。重点难点：单峰衍射图像相对光强分布的测量15.迈克尔逊干涉仪测量空气折射率教学要求：理解迈克尔干涉仪的构造和原理，理解迈克尔干涉仪测量空气折射率的方法。教学内容：迈克尔干涉仪的原理，迈克尔干涉仪的调节，空气折射率的测量。重点难点：空气折射率的测量五、课内实践教学内容及要求表3：课内实践教学内容及要求序号教学类型教学内容教学要求1实验示波器的使用，用驻波法、相位法、时差法测量声波在空气中的传播速度。了解压电换能器的功能，驻波及振动合成理论，掌握声速测量的方法。2实验光学元件共轴等高调节技术，测量薄透镜焦距的基本方法，透镜成像规律。了解透镜成像规律，光路调整和焦距测量的方法。3实验硅光电池零偏和负偏时光电流与输入光信号的关系，硅光电池输出电压与输入光强度变化的关系，硅光电池伏安特性，硅光电池的频率响应。了解PN结的形成原理及其工作机理，掌握硅光电池的工作原理及其工作特性，了解LED发光二极管的驱动电流与输出光功率的关系。4实验分光计的调整方法，用光栅测定汞灯光谱线的波长。了解分光计构造的基本原理，学习分光计的调整方法，掌握汞灯在可见光范围内几条光谱线波长的测量方法。5实验分光计的调节，最小偏向角的测量，三棱镜折射率的计算。进一步掌握分光计的调节方法，掌握测量三棱镜顶角和最小偏向角的方法，测定三棱镜对各色光的折射率。6实验迈克尔干涉仪的调整，观察非定域干涉条纹的变化及测定光波波长，观察面光源的定域干涉。了解迈克尔逊干涉仪的构造原理，掌握仪器的调节方法，熟悉非定域干涉，等倾干涉、等厚干涉的特点及形成调节，掌握光波波长的测定方法。7实验读数显微镜的使用方法，用劈尖干涉测微小厚度或细丝的直径。掌握读数显微镜的使用方法，理解等厚干涉现象及其特点，掌握干涉法测量微小直径或厚度的方法。8实验读数显微镜的调节，根据牛顿环测透镜的曲率半径。进一步掌握读数显微镜的使用方法，掌握用干涉法测量透镜的曲率半径的方法。9实验简易望远镜和显微系统的设计组装及其放大倍数的测定。了解望远镜和显微镜的构造及其原理，理解望远和显微的光学系统的设计方法，掌握放大倍数的测定方法。10实验液体折射极限法的原理，消除角度测量误差的方法。理解用折射极限法测液体折射率的原理何方法。11实验光的偏振的定义，偏振光的获取方法，检验偏振光的方法，马吕斯定律。理解光的偏振现象，掌握产生和检验偏振光的原理和方法，理解马吕斯定律。12实验单峰衍射现象的实现，单峰衍射图像相对光强分布的测量。理解单峰衍射现象，掌握单峰衍射相对光强分布的测量方法。13实验迈克尔干涉仪的原理，迈克尔干涉仪的调节，空气折射率的测量。理解迈克尔干涉仪的构造和原理，理解迈克尔干涉仪测量空气折射率的方法。六、课程考核与评价表4：成绩评定方式表考核环节分值考