实验教学

《大学物理实验》(理科用)实验教学大纲

信息来源: 作者: 审核人: 发布日期: 2013年07月11日 00:00浏览次数:

课程编码:LX4001、LX4002

课程名称物理实验1(理)、物理实验2(理)

英文名称Experiment of Physics

实验课性质公共基础课(独立设课)

先修或同修课程高等数学、大学物理、力学、光学、电磁学

适用专业应用物理、光信息科学与技术等专业

一、制定实验教学大纲的依据

大学物理实验是以一些基本物理量、基本仪器的基本测量方法与基本操作技能为主要内容进行教学训练的课程,是理工科各专业一门必修的、独立设置的基础课程。它是学生进入大学后,接受系统实验技能训练的开端,是入门的向导,在培养学生用实验手段去发现和观测问题、分析研究问题,最终能解决实际问题等能力方面起重要作用。

二、本实验课程的目的及要求

1、实验理论方面

(1)要求学生掌握测量及测量误差的基本知识。

(2)学习误差的分类、特点、产生的原因和消除的方法。

(3)掌握有效数字的运算规则和测量误差的估算方法。

(4)学习列表法、作图法、曲线改直、一元线性函数的最小二乘法等数据处理方法。

(5)了解计算机进行数据处理的基本方法。

(6)使学生独立完成实验预习、学习实验目的和实验原理,了解实验过程的物理思想,初步掌握实验过程的物理规律和方法。

2、实验教学方面

(1)学习物理量的一般测量方法,如:长度、时间、温度、速度、功率、热量、电流、电压、电阻、磁场强度、折射率、焦距、波长等。

(2)学习基本的实验方法和测量技术,如:放大法、比较法、对称法、补偿法、平衡法、稳态法、自准直法、干涉法等。

(3)学习常用实验仪器的使用方法,如:测长、测频、计时、测温、电表、电桥、稳压电源、电位差计、示波器、函数发生器、分光计、测量显微镜、干涉仪、激光器等仪器。

(4)学习传感器在实验技术中的应用,如;霍耳元件、压力传感器、温度传感器、晶体换能器、光电转换技术等。

(5)开设设计性、综合性实验和计算机仿真实验,并通过开放实验室使学生参加初步的科研活动。

3、对学生能力培养方面

根据教学要求和目的安排有验证性、演示性、设计性和综合性实验项目,在实验教学上分四个层次进行教学,第一层次是基本训练实验,主要使学生掌握物理量的测量方法和实验数据处理的方法。第二层次是实验方法训练,要求学生通过物理量的测量、计算和验证已知公式学习物理实验的基本思想和实验方法,加深对物理规律的认识。第三层次是综合性应用技术实验,培养学生对各种实验方法综合运用的能力。第四层次是设计性实验,主要培养学生的开拓性、动手能力,训练学生初步的科研能力,不断提高学生的实践能力,体现对学生整体素质的全面培养。

三、实验成绩考核办法  

物理实验1(理)和物理实验2(理)是必修课,其考核办法:

考核方法以平时成绩为主,建立平时记录簿。成绩评定标准如下:

1)每次实验的成绩

预习(20分) +操作(40分) +报告(40分) =100分

(2)每学期末实验成绩

本学期所做全部实验的成绩相加后除以实验个数。

(3)迟到15分钟以上记旷课,旷课一次期末成绩最高为60分,旷课两次第二学期重修。

四、实验教材、参考资料  

实验教材:《大学物理实验》,自编,北京邮电大学出版社,2006年8月

参考书目:有关理工科类院校的物理实验教材均可作为参考书

五、基本设备与器材配置  

1、信号发生器;2、示波器;3、记频仪;4、冷冻箱;5、电位差计;6、检流计;7、直流稳压电源;8、电阻箱;9、电感箱;10、电容箱;11、数字万用表;12、微型电子计算机;13、测量显微镜;14、电桥;15、分光计;16、氦氖激光器;17、干涉仪。

六、实验项目的设置及学时分配  

实验总学时:64                                                   开课学期: 3、4

序号

实验项目名称

内容提要

学时

实验类型

实验类别

每组学生数

1

误差理论与实验数据处理

了解物理实验课的基本程序;掌握误差的基本知识,学会误差的估算;掌握数据处理的基本知识,学会图解、拟合、逐差法处理数据。

3

实验理论

必修

1

2

空气中声速的测量

学习掌握信号发生器,示波器等基本仪器的使用方法;了解声波在媒质中传播的特性及声波的发射和接收机制;了解声波换能器的基本工作与特性;学习掌握用驻波法测量声速;利用间接测量的传递公式计算测量结果不确定度。

3

综合性

必修

1

3

简谐振动的研究

观察简谐振动现象;验证胡克定律,利用静力法测弹簧的劲度系数;学习利用动力法测弹簧的劲度系数和有效质量;学习利用作图法总结物理规律的方法。

3

设计性

选修

1

4

示波器的使用

学习示波器的基本结构和工作原理;学会正确调节、使用示波器;学会利用示波器观察、测量正弦波和方波;学会利用示波器观察李萨如图形,测量未知正弦波的频率。

3

验证性

必修

1

5

气体比热容比的测定

用绝热膨胀法测定空气的比热容比;观测热力学过程中状态变化及基本物理规律;学习气体压力传感器和电流型集成温度传感器的原理及使用方法。

3

验证性

必修

1

6

用拉伸法测定金属材料的杨氏弹性模量

理解拉伸法测材料的杨氏模量的原理,掌握利用已知物理规律测量物理量的思想方法;学会用光杠杆测量微小长度变化量的光学放大法和光杠杆装置的调节方法;掌握最小二乘法处理数据;学会调节钢丝铅直的方法;了解间接测量物理量不确定度的传播公式。

3

综合性

必修

1

7

用三线摆测转动惯量

学习用三线摆测转动惯量的原理和方法;验证转动惯量的平行轴定理。

3

验证性

必修

1

8

固体密度的测定

学会利用阿基米德定律测量固体密度的实验方法和实验技术;掌握制定实验方案的一般原则;学会根据“误差等作用原理”合理选用仪器;复习巩固物理天平的调节使用方法。

3

验证性

选修

1

9

冰的融解热

学习用混合量热法测冰的熔解热;学习温度与热量的计量方法和实验参量的选择;学习用牛顿冷却定律修正散热的基本方法。

3

验证性

选修

1

10

导热系数的测定

深刻理解稳态法测量材料导热系数的思想方法;熟练掌握电测温度的方法;学会用逐差法求直线斜率。

3

验证性

必修

1

11

用惠斯登电桥测电阻

深刻理解用平衡法(零示法)测量物理量的思想方法;理解交换抵消法消除系统误差的方法;熟练掌握调节电路平衡的方法;通过惠斯登电桥测电阻,学会正确选用比率来充分利用仪器精度;体会滑线电阻器的作用,学习保护仪器和提高使用精度的指导思想。

3

验证性

必修

1

12

模拟法测绘静电场

深刻体会模拟实验的思想方法;掌握如何实现和保证模拟实验条件,搞清实际物理量和模拟物理量的对应关系;学会用等位线描绘电力线,体会电力线的特点以及电力线与等位线的关系。

3

验证性

选修

1

13

电位差计的使用

理解补偿法测电动势(或电压降)的原理及其优点;学会使用电位差计,包括工作电流的确定、定标、测量等;了解标准电池的性能。了解电源电动势及内阻的其它测量方法;学会分析、判断、排除实验中的故障。

3

验证性

必修

1

14

用示波器测电容

掌握RC电路充电规律,并利用示波器测量电容器的电容C。

3

设计性

选修

1

15

用霍尔元件测磁场

了解导体产生霍尔效应的原理;学习利用霍尔元件测量磁场的基本方法;学习利用对称测量法减小系统误差的方法。

3

验证性

必修

1

16

用位相比较法测量声波波长

学习用示波器来观察相位差,并用相位比较法测量声波的波长;培养综合使用仪器的能力。

3

设计性

必修

1

17

RC串联电路暂态过程的研究

了解RC电路暂态过程的物理规律;了解影响暂态过程变化快慢的电路参数——时间常数的意义;学会观测暂态过程的方法。

3

设计性

选修

1

18

伏安法测电阻

学习设计性实验一般原则与要求;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,确定实验参数;理解伏安法测电阻的误差来源,掌握计算内接法、外接法系统误差的方法;学会用多次测量法或用作图法求电阻值。

3

设计性

必修

1

19

计算机仿真实验

利用软件来设计仿真仪器并建立仿真实验室,以供学生在仿真环境中使用、操作仿真仪器来模仿真实的实验过程。利用计算机技术把实验设备、教学内容与要求、教师指导、仪器使用等有机地融合为一体,开创了物理实验教学的新模式,使实验教学的内涵在时间和空间上得到延伸。

3

综合性

必修

1

20

薄透镜焦距的测定

能根据实验原理要求写出测凸透镜焦距的三种方法,即平面镜法(自准法)、物距像距法、位移法(贝塞尔法),并画出相应的光路图,求出各个物理量;深刻理解实物、实像、虚物、虚像,并会用虚物成实像法测凹透镜焦距,正确画出光路图,标出各个物理量;掌握共轴调节的方法,并能正确调节共轴。

3

设计性

选修

1

21

分光计的使用

了解分光计的结构原理;学会分光计的调整、使用和操作方法;练习角游标的读数方法和了解消除系统误差的方法;学习测定三棱镜顶角的方法。

3

验证性

必修

1

22

迈克尔逊干涉仪的使用

了解迈克尔逊干涉仪的结构、原理和调节方法;观察等倾干涉条纹并总结其特点;用迈克尔逊干涉仪测定光波波长,要求“缩进”或“冒出”条纹为100个。观察等厚干涉条纹并总结其特点。

3

验证性

必修

1

23

非线性电路混沌现象的研究

引导学生自己建立一个非线性电路,该电路包括有源非线性负阻、LC振荡器和RC移相器三部分;采用物理实验方法研究LC振荡器产生的正弦波与经过RC移相器移相的正弦波合成的相图(李萨如图),观测振动周期发生的分岔及混沌现象; 测量非线性单元电路的电流特性,从而对非线性电路及混沌现象有一深刻了解;  学会自己制作和测量一个实用带铁磁材料介质的电感器以及测量非线性器件伏安特性的方法。

3

设计性

必修

1

24

密立根油滴实验

验证电荷的量子性,学习一种测量电子电荷的方法;观察带电油滴在空气中自由下落及在电场中的运动规律;学习采用宏观的力学模型揭示微观粒子特性的物理构思,提高操作技术要求较高的实验仪器的能力;掌握仪器误差及不确定度的估算和将测量结果与公认值比较的方法。

3

综合性

必修

1

25

偏振光的研究

3

设计性

选修

1

26

光电效应

通过光电效应实验,进一步了解光的量子性;测量光电管的弱电流特性,学习一种测量电子电荷的方法;验证爱因斯坦方程,并由此求出普朗克常数和光电管的截止频率。

3

验证性

必修

1

27

集成电路温度传感器的特性测量及应用

测量电流型集成电路温度传感器的输出电流与温度的关系,并熟悉该传感器的基本特性;采用非平衡法,组装一台0~50℃数字式温度计; 掌握最小二乘法处理数据的方法。

3

设计性

必修

1

28

测铁磁材料的磁滞回线

认识铁磁物质的磁化规律,了解用示波器显示磁滞回线的基本原理。比较两种典型的铁磁物质的动态磁化特性;测定样品的基本磁化曲线,作?-H曲线 ;测绘样品的磁滞回线,估算其磁滞损耗。

3

验证性

必修

1

29

压力传感器特性研究及其应用

了解非电量电测的一般原理和测量方法;掌握压力传感器的构造、原理、测量方法和特性;了解非平衡电桥的原理。

3

综合性

必修

1

30

太阳能光电池基本特性的测量

设计简单的光路和电路,测量并绘出硅光电池的光谱特性曲线和温度特性曲线;设计出对硅光电池有关参量进行探测的实验方法及其实际应用方案,并测得实验结果。

3

验证性

必修

1

31

光的干涉

观察和研究等厚干涉现象及其特点;用牛顿环测定平凸透镜的曲率半径;学习使用测量显微镜。

3

验证性

必修

1

32

基本传感型设计性实验

了解和掌握传感器的基本知识及其应用;以开放性和设计性为出发点,培养动手动脑的能力,学习金属应变式传感器、电涡流位移传感器、半导体霍尔式传感器、电感式螺管式传感器、磁电式传感器、电容式传感器、压阻式压力传感器、热敏传感器、光电传感器等工作原理,从中培养创新能力。

3

设计性

选修

1

33

RLC实验

观察RLC电路的暂态响应、稳态响应过程,研究RLC电路的串并联谐振、移相、交流信号整流、滤波等现象,利用开放式接线模式,增强动手能力。

3

验证性

选修

1


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