大学物理实验(a)

大学物理实验(a)

大学物理实验(A)课程英文译名：ExperimentsinCollegePhysics开课分院：理学院开课实验室：实验物理教研室课程名称：大学物理实验(A)课程编号：A070105总学时：58学分：3.5实验学时：面向专业：机械设计制造及其自动、电子信息工程、电子信息科学与技术、电子科学与技术、计算机科学与技术、自动化、测控技术与仪器、通信工程、计算机通信、计算机通信、教育技术学、信息对抗与技术、电气工程与自动化、光信息科学与技术、环境科学、软件工程一、课程的任务和教学目的物理实验是对高等工业学校学生进行科学实验基本训练的一门独立的必修基础课程，是学生进入大学后受到系统实验方法和实验技能培训的开端，是工科类专业对学生进行科学实验训练的重要基础。物理学是一门实验科学。物理实验教学和物理理论教学具有同等重要的地位。它们既有深刻的内在联系和配合，又有各自的任务和作用。本课程应使学生在中学物理实验的基础上，按照循序渐进的原则，学习物理实验知识和方法，得到实验技能的训练，从而初步了解科学实验的主要过程与基本方法，为今后的学习和工作奠定良好的实验基础。本课程的具体任务是：1、通过对实验现象的观察、分析和对物理量的测量，学习物理实验知识，加深对物理学原理的理解。2、培养与提高学生的科学实验能力。其中包括：(1)能够通过阅读实验教材或资料，作好实验前的准备；(2)能够借助教材或仪器说明书正确使用常用仪器；(3)能够运用物理学理论对实验现象进行初步分析判断；(4)能够正确记录和处理实验数据，绘制曲线，说明实验结果，撰写合格的实验报告；(5)能够完成简单的具有设计性内容的实验。3、培养与提高学生的科学实验素养。要求学生具有理论联系实验和实事求是的科学作风，严肃认真的工作态度，主动研究的探索精神，遵守纪律、团结协作和爱护公共财产的优良品德。二、课程内容与基本要求1、通过物理实验的基本训练，要求学生做到：(1)能够自行完成预习、进行实验和撰写报告等主要实验程序。(2)能够调整常用实验装置，并基本掌握常用的操作技术。例如：零位调整；水平、铅直调整；光路的共轴调整；消视差调节；逐次逼近调节；根据给定的电路图正确接线等。1\n(3)了解物理实验中常用的实验方法和测量方法。例如，比较、放大、转换、模拟、补偿、平衡和干涉等方法。(4)能够进行常用的物理量的一般测量。例如，长度、质量、时间、热量、温度、电流强度、电压、电动势、电阻、磁感应强度、折射率等。(5)了解常用仪器的性能，并学会使用方法。例如：测长仪器、计时仪器、测温仪器、变阻仪器、电表、直流电桥、直流电势(位)差计、通过示波器、低频信号发生器、分光计、常用电源和常用光源等。2、课程内容（一）绪论、误差基本知识：了解物理实验史料和物理实验在工程技术中的应用知识，了解科学的重要性，明确物理实验课的作用、地位和任务。了解测量误差的基本知识，掌握正确处理实验数据的基本方法。其中包括测量误差的基本概论；直接测量的误差估算，例如用标准误差、仪器误差等进行估算(重点)；间接测量的误差计算(难点)；处理实验数据的一些重要方法(重点)，例如列表法、作图法和一元线性函数的最小二乘法等。（二）密度测量：A、掌握游标卡尺和螺旋测微装置原理，会游标卡尺、千分尺、物理天平的正确使用。B、会正常读数与数据记录，熟悉误差的估算和实验结果的表示法。C、掌握测铜圆柱体的直径、高度、质量，并正确计算密度(重点)。（三）转动惯量的测量1、扭摆法：A、会调水平。B、学会测量不同形状的物理的转动惯量(重点)。C、学会测量弹簧的扭转常数(难点)。D、验证平行轴定理。2、用三线摆法：A、会仪器的铅直水平调节，周期的测量。B、掌握测下圆盘的转动惯量(重点)。C、测圆环或复摆的转动惯量。（四）用焦利秤测液体表面的张力系数：A、学会焦利秤的安装、调整，并掌握使用方法。B、会测量弹簧的倔强系数，用逐差法处理数据(重点)。C、能测量液体表面的张力系数(难点)。（五）电子束的聚焦及电子荷质比的测定：A、了解示波管的结构。B、了解带电粒子在磁场中的运动规律，掌握电子射线的电聚焦，磁聚焦原理。C、学会电磁学实验仪器、仪表的正确使用。D、掌握粗测电子荷质比的一种方法(重点)。2\n（六）电桥法测量中低值电阻：A、理解并掌握惠斯登电桥测量中值电阻的原理和方法。B、了解开尔文双臂电桥测低值电阻的原理。C、会根据惠斯登电桥原理自组电桥测电阻（用交换法消除比率臂带来的误差）(重点)。D、了解箱式电桥的组成并能用该电桥测电阻。E、了解电桥灵敏度的含义及测量方法。（七）电位差计的原理与应用：A、学会直流电位差计的使用方法(重点)。B、会用板式电位差计测量干电池的电动势及内阻(难点)。C、了解用箱式电位差计测电阻或校正电表。（八）灵敏电流计的研究：A、了解灵敏电流计的原理和构造、使用条件。B、掌握灵敏电流计的运动特性。C、能测定灵敏电流计内阻和电流常数(重点)。（九）分光计的调整及折射率的测定：A、了解分光计结构，学会正确调节分光计。B、学会三棱镜顶角的测量方法，了解测量最小偏向角的原理和方法(重点)。C、会测玻璃棱镜的折射率(难点)。（十）示波器的调整和使用：A、了解示波器的基本构造，基本学会示波器、低频信号发生器的调节和使用。B、会用示波器观察信号波形和李萨如图形。C、学会李萨如图形测量频率的方法(重点)。（十一）霍尔效应及其应用：A、了解霍尔效应实验原理。B、了解霍尔效应器件对材料要求的有关知识。C、测量试样曲线(重点)。D、确定试样的导电类型、截流子浓度及迁移率(难点)。（十二）螺线管轴向磁感应强度分布的测定：A、掌握测试霍尔器件的工作特性。B、学习用霍尔效应测量磁场的原理和方法。C、学习用霍尔器件测绘长直螺线管的轴向磁场分布(重点)。D、学习用“对称测量法”消除副效应的影响。（十三）空气中声速的测定：A、学会共振干涉法和相位比较法测定声速的原理和方法(重点)。B、培养综合使用仪器的能力。C、了解压电换能器的功能。D、了解对声学、电学等不同类型仪器综合使用。3\n（十四）用拉伸法测杨氏弹性模量：A、学会光杠杆镜尺测量微小长度变化的原理和调节方法，掌握仪器的铅直调节。B、能用拉伸法测量金属丝的杨氏模量，用逐差法处理数据(重点)。（十五）变阻器的使用与电路控制：A、学会设计一个用伏安法测量阻值为40Ω负载的控制电路，测量电流的范围为0.01A到0.1A。B、根据设计要求，学会正确选择滑线变阻器的阻值、额定电流，以及它在电路中的连接方法(重点)。C、掌握用实验来验证你的选择和设计的正确性，作出特性曲线，进行分析和讨论。（十六）光的等厚干涉：A、理解牛顿环等厚干涉的原理和观察方法。B、学会用牛顿环测量透镜曲率半径的方法。C、掌握读数显微镜的使用。（十七）电表的改装与校准：A、能用替代法或半值法测表头的内阻。B、掌握将微安表头改装成大量程电流表、电压表的原理。C、会用比较法校准改装表，并能绘制校正曲线、计算改装表的精度等级(难点)。（十八）用光栅测光波波长：A、熟练掌握分光计的调节方法。B、会测光栅常数或线光谱波长(重点)。（十九）模拟静电场：A、掌握用电流场模拟静电场应满足的条件，深化对电场强度和电位概念的理解。B、会用模拟法测绘静电场的分布（包括同轴电缆静电场分布及两等值异性点电荷静电场的分布）(重点)。C、能分析等位线畸变产生的原因。（二十）光栅特性的研究：A、能选择实验方法测定光学元件特性参数(重点)。B、通过实验加深对理论规律的理解。（二十一）迈克尔逊干涉仪：A、了解迈克尔逊干涉仪的原理，结构和调节方法。B、会用迈克尔逊干涉仪测激光波长(重点)。（二十二）电子衍射：A、验证德布罗意假设。B、学会电子衍射测定普朗克常数的方法(重点)。C、了解晶面指标化方法。（二十三）光电效应法测定普朗克常数：A、了解光电效应的基本规律。4\nB、掌握微电流测量技术。C、学会光电流截止电压测定的方法(重点)。（二十四）电位差计校准电表和测定电阻：A、训练简单测量电路的设计和测量条件的选择。B、加深对补偿法测量原理的理解和运用(重点)。（二十五）激光器结构、调整技术：了解固体激光器的结构和工作原理，学会固体激光器的调整方法(重点)。（二十六）激光特性的测定：A、了解激光三大特性的测定原理与方法。B、学会激光能量、效率、脉宽、发散角测定技术(重点、难点)。（二十七）误差分配和实验仪器的选择：A、能够根据误差要求和误差分配原则，对实验仪器作出合理的选择(重点)。B、能够根据误差分析选定简单的测量电路，确定电表的量程、规格及电源的输出电压等(难点)。（二十八）RC串联电路A、进一步掌握示波器使用，测试RC串联电路的电流值与电容量（重点）。B、研究RC串联电路的稳态特性（难点）。物理实验CAI与数据处理：在近代物理实验和普通物理实验中开展CAI计算机辅助教学。通过计算机仿真，模拟实验环境，可以拓展实验室时空，起到实验前接触实验环境，实验后复习巩固的作用。CAI仿真软件给部分实验提供了模拟环境，随着软件的发展，可以逐步拓宽仿真范围。物理实验中提供了平均每次实验15－20min的计算机上机时间供学生实习数据处理、实验计算机检验和仿真。三、与其它各课程的联系先修课程：高等数学、普通物理。四、对学生能力培养的要求通过物理实验，培养与提高学生的科学实验能力，其中包括：1、要求学生了解测量误差的基本知识，具有正确处理实验数据的初步能力。2、通过对物理现象的观察和分析，提高学生的理论联系实际，并指导实践的能力。通过一些物理量的测定，提高学生的动手能力和解决实验中的问题的能力。基本掌握常用的操作技术。3、通过实验中的一些现象、方法、数据处理、仪器的选择和分配、测量条件的确定、仪器故障的排除，提高学生分析问题解决问题及综合实验的能力。4、通过选写实验报告（总结实验）了解写作一般科学论文的基本格式，基本要求。5、通过CAI提高学生使用计算机辅助实验的能力。五、学时分配5\n总学时60：第一学期34学时，第二学期26学时绪论、误差基本知识、力学和热学实验15学时电学实验18学时光学实验12学时近代物理、应用性或综合性物理实验12学时物理实验课的第一学期、第二学期各1小时笔试统考，第二学期1小时操作考。六、教材与参考书教材：大学物理实验，高文斌.宗春迎.胡建人等，浙江大学出版社，2002.参考书：1、物理实验教程，丁慎训，清华大学出版社，1991。2、物理实验，潘人培，东南大学出版社，1986。3、大学物理实验，本院本室编，成都电子科技大学出版社，1994。4、大学物理实验，张兆奎等，华东理工大学出版社，1990。5、大学物理实验教程，吴乃爵，杭州大学出版社，1996。七、说明（一）本课程配合物理理论学习，加深对物理学基本概念、物理学原理、定律等理解、巩固和提高，又将为学生参加后继实践课程的学习和从事科学实验工作奠定良好基础。在学习本课程之先，需有微积分和物理学基础知识，为此，该课程宜比大学物理课推迟一个学期开设。（二）基本物理实验和设计性实验是学习重点。而选作实验、开放性实验及参观性实验则为扩展深广度，为学生创新能力提高所设。共27个实验，17个为必做实验，一般基本实验每个实验3学时，其余为参观性或选做实验。（三）本课程分两期完成，每期将进行考试，再结合平时成绩为学期综合成绩。学习该课程的第一期考为笔试统考，第二期笔试加操作考。（四）选作实验和参观性实验一般作为第二课堂实验，学生自由决定学习与否。部分选作实验亦可在教学计划学时内完成基本实验之后，利用剩余时间进行。八、每序时实验性质类别组实验项目内容提要人验设综演必选号数数证计合示做做1密度测量21见课程内容√√2测液体表面张力系数31见课程内容√√3测物体转动惯量31见课程内容√√电子束的聚焦及电子荷质431见课程内容√√√比的测定5电桥法测电阻31见课程内容√√6电位差计原理与应用31见课程内容√√6\n7灵敏电流计的研究31见课程内容√√8分光计调整应用31见课程内容√√9示波器调整和使用31见课程内容√√每序时实验性质类别组实验项目内容提要人验设综演必选号数数证计合示做做10霍尔效应及其应用31见课程内容√√11螺线管轴向磁场测定31见课程内容√√12空气中声速的测定31见课程内容√√13测杨氏弹性模量31见课程内容√√14变阻器的使用与电路控制4.51见课程内容√√15光的等厚干涉31见课程内容√√16电表的改装与校准31见课程内容√√17用光栅测光波波长31见课程内容√√18模拟静电场31见课程内容√√19光栅特性的研究4.51见课程内容√√20迈克尔逊干涉仪31见课程内容√√21电子衍射31见课程内容√√√22光电效应法测普朗克常数31见课程内容√√√23电位差计校准电表和测电阻4.51见课程内容√√24激光器结构调整技术31见课程内容√√25激光特性的测定31见课程内容√√26误差分配和实验仪器的选择4.51见课程内容√√√27RC串联电路4.51见课程内容√√√28绪论、误差基本知识6见课程内容√附录：电化教学内容有：分光计的调整及使用、测金属丝的杨氏弹性模量。微机CAI数据处理实验有：电子衍射、测三棱镜顶角、光的衍射测光波波长、电子荷质比测量实验。微机CAI模拟实验有：热敏电阻温度特性实验、螺线管磁场的测量与研究、检流计的特性、油滴法测电子电荷、示波器实验、薄透镜成象规律研究、分光计实验、偏振光的研究、光电效应测普朗克常数、夫兰克—赫兹实验。参观性实验有：摆测重力加速度、法布里—珀罗标准具实验、γ能谱、阿贝比长仪及氢氘光谱测量、核磁共振、真空实验、G-M计数管和核衰变的统计规律、平面光栅摄谱仪7\n及氢氘光谱拍摄、电子自旋共振、塞曼效应。微机CAI查找实验错误的有：迈克尔逊干涉仪固有变位差错自动识别。（执笔：宗春迎）8