一、基本信息
普通物理实验课是应用物理学专业一门基础必修课程,是物理教学中必不可少的教学环节,是对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训练的开端。实验原理的学习可以巩固理论学习效果;实验操作过程可以训练学生基本实验技能、掌握正确操作规程、了解实验程序的基本要求和注意事项。物理实验课程主要分为综合性实验和科学性实验,其中综合性实验可以全面培养学生科学实验能力,提高学生的科学素质;设计性实验可以培养学生严谨的治学态度、活跃的创新意识。
物理实验课程可以很好地促进学生理论联系实际的能力,全面提升学生适应科技发展的综合应用能力。同时,物理实验课程还可以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;提高学生积极主动的探索精神;培养学生遵守纪律、团结协作和爱护公共财产的优良品德。
本课程面向应用物理学专业学生开设,分为普通物理实验(4-1)、普通物理实验(4-2)、普通物理实验(4-3)、普通物理实验(4-4)四个课程在四个学期陆续进行。实验总学时为88学时,共4学分。
二、课程目标
表1 课程目标表
课程目标 |
毕业要求指标点 |
目标a:基础知识,即通过观察实验现象、分析与测量,掌握与物理相关的自然科学知识。学习物理实验中常用的方法。学习物理实验常用的实验设备及使用方法。 |
3.1工程知识。 3.5使用现代工具 |
目标b:培养和提高学生的基本工程技术能力。实验方案设计能力、装调观测能力、总结判断能力、分析能力、创新能力等。 |
3.2问题分析 3.3设计/开发解决方案 3.4研究 |
目标c:培养与提高学生的基本工程素养。包括:学以致用、实事求是、作风严谨、团队协作等。 |
3.8职业规范 3.9个人和团队 |
三、课程教学内容
物理实验中心从学生成长及专业建设需求出发,实施分层教学策略,并以此开展课程设计。主要实验项目信息如表2-表5所示。
普通物理实验(4-1)-表2 实验内容表
实验 编号 |
实验项目 |
学时数 |
实验内容 |
实验 类型 |
实验 要求 |
1 |
绪论、误差与数据处理 |
2 |
掌握实验基本要求,掌握测量误差的基本知识,具有正确处理实验数据的基本能力。具体内容:测量误差的基本概念,采用不确定度方法对直接测量和间接测量的误差进行评估。处理实验数据的一些常用方法,包括列表法、作图法和最小二乘法等。随着计算和应用技术的不断普及,应具有用计算机通用软件处理实验数据的基本方法等。 |
基础(授课)
|
必做
|
2 |
质量与密度的测定 |
4 |
掌握游标及螺旋测微原理。正确使用游标卡尺、螺旋测微计等仪器。掌握多次等精度测量误差的估算方法。熟练掌握电子天平的调节和正确使用。熟悉物质密度的测量方法。 |
验证 |
必做 |
3 |
气垫导轨上的力学实验 |
4 |
熟悉用光电测量系统测量短时间的方法。学会测物体的速度、加速度。了解完全弹性碰撞和完全非弹性碰撞的特点;验证动量守恒定律和机械能守恒定律。 |
验证 |
必做 |
4 |
刚体转动惯量的研究 |
3 |
掌握测量转动惯量的原理方法。研究物体转轴位置和转动惯量的关系。 |
验证 |
必做 |
5 |
金属比热容比的测定 |
3 |
了解牛顿冷却定律;使用DH4603型冷却法金属比热容测定仪测定铁、铝等金属材料在100℃时的比热容,即掌握冷却法测量金属比热容的方法。 |
验证 |
必做 |
6 |
拉伸法测金属丝的杨氏模量 |
3 |
观察金属丝的弹性形变规律,学习用静力拉伸法测杨氏模量;学习光杠杆测微小长度变化;学习用逐差法和作图法处理数据。 |
验证 |
选做 |
7 |
简谐振动 |
3 |
通过演示和具体操作及谐振分析实验,能清楚地认识到位相和位相差在振动中所起的作用。 |
验证 |
选做 |
8 |
空气比热容比的测定 |
3 |
用绝热膨胀法测定空气的比热容比,观测热力学过程中的状态变化及基本物理规律,学习压力和温度传感器的使用方法 |
验证 |
选做 |
9 |
不良导体导热系数的测定 |
3 |
了解热传导的基本规律,掌握测量不良导体导热系数的实验方法,掌握用热电偶测量温度的方法。 |
验证 |
选做 |
10 |
示波器的原理和使用 |
3 |
了解通用示波器的基本组成和工作原理,掌握通用示波器的使用方法;观察并描绘交流电、半波整流和滤波的波形;观察并描绘李萨如图形。 |
验证 |
选做 |
普通物理实验(4-2)-表3 实验内容表
实验 编号 |
实验项目 |
学时数 |
实验内容 |
实验 类型 |
实验 要求 |
1 |
惠斯登电桥测电阻 |
3 |
掌握惠斯登电桥基本原理,了解桥式电路的特点;通过用惠斯登电桥测电阻,掌握电桥的 使用方法;了解电桥灵敏度概念,学会对测量电路系统误差的简单校正。 |
验证 |
必做 |
2 |
半导体P-N结的物理特性及弱电流测量 |
4 |
测量室温下P-N结电流与电压的关系,证明此关系符合指数规律;在不同温度下,测量玻尔兹曼常数;学习用运算放大器组成电流-电压变换器测量弱电流。 |
验证 |
必做 |
3 |
声速测量 |
3 |
学会用共振干涉法和相位法测量超声在空气中传播速度;加强对驻波和振动合成理解 |
综合 |
必做 |
4 |
用霍耳效应测量磁场 |
3 |
了解霍耳效应实验原理以及有关霍耳器件对材料要求的知识;学会用“对称测量法”消除系统误差的实验测量方法,画出试样的VH-IS和VH-IM曲线;确定试样的导电类型,载流子浓度以及迁移率。 |
验证 |
必做 |
5 |
光的干涉和衍射 |
3 |
观测单缝衍射现象,研究激光通过单缝形成的衍射图样的光强分布和规律;观测双缝衍射的实验现象,研究激光通过双缝形成的干涉图样的光强分布规律。 |
验证 |
选做 |
6 |
铁磁材料动态磁滞回线和磁化曲线的测量 |
3 |
学习用示波器显示和测量磁性材料动态磁滞回线和基本磁化曲线的方法,了解软磁材料和硬磁材料交流磁滞回线的区别。 |
验证 |
必做 |
7 |
用非线性电路研究混沌现象 |
3 |
利用示波器测量和存储波形,观察并分析非线性电路中LC振荡器产生的波形和经RC移相后的波形;非线性电路中上面两个波形组成的相图;初步了解改变RC移相器中的电阻R能产生的混沌现象的基本原理;测量非线性电阻的伏安特性曲线。 |
综合 |
选做 |
8 |
RLC电路的暂态过程研究 |
3 |
研究RLC电路的暂态特性。加深R、L、C各元件在电路的作用。 |
综合 |
选做 |
9 |
金属电子逸出功的测定 |
3 |
用里查孙直线法测定钨的逸出功;学习直线测量法、外延测量法和补偿测量法等基本实验方法; 进一步学习图表处理数据。 |
验证 |
选做 |
10 |
电学元件伏安特性测量 |
3 |
掌握伏安法测电阻的方法;了解二极管的伏安特性,了解稳压管的导电特性。 |
验证 |
选做 |
普通物理实验(4-3)-表4 实验内容表
实验 编号 |
实验项目 |
学时数 |
实验内容 |
实验 类型 |
实验 要求 |
1 |
金属比热容的测定 |
4 |
了解牛顿冷却定律;测定铁、铝等金属材料在100摄氏度时的比热容。 |
验证 |
必做 |
2 |
用霍耳效应测量磁场 |
3 |
了解霍耳效应实验原理以及有关霍耳器件对材料要求的知识;学会用“对称测量法”消除系统误差的实验测量方法,画出试样的VH-IS和VH-IM曲线;确定试样的导电类型,载流子浓度以及迁移率。 |
验证 |
必做 |
3 |
RLC电路的暂态过程研究 |
3 |
研究RLC电路的暂态特性。加深R、L、C各元件在电路的作用。 |
综合 |
必做 |
4 |
密立根油滴实验 |
3 |
通过带电油滴在重力、电场力、空气阻力作用下运动规律的分析,掌握平衡法测油滴电量、质量的原理和方法;通过测定基本电荷的数值,加深对电荷不连续性的理解;培养学生完成精密科学实验的能力。 |
验证 |
选做 |
5 |
直流电压表的设计 |
3 |
自拟电路测定电流计量程Ig、常数和内阻Rg。设计并组装量程为3V、电压灵敏度为2kΩ/V的直流电压表。用标准电压表校正组装电压表。总结写出设计原理与设计步骤。 |
设计 |
必做 |
6 |
光的干涉和衍射 |
3 |
观测单缝衍射现象,研究激光通过单缝形成的衍射图样的光强分布和规律;观测双缝衍射的实验现象,研究激光通过双缝形成的干涉图样的光强分布规律。 |
验证 |
必做 |
7 |
用非线性电路研究混沌现象 |
3 |
利用示波器测量和存储波形,观察并分析非线性电路中LC振荡器产生的波形和经RC移相后的波形;非线性电路中上面两个波形组成的相图;初步了解改变RC移相器中的电阻R能产生的混沌现象的基本原理;测量非线性电阻的伏安特性曲线。 |
综合 |
选做 |
8 |
金属电子逸出功的测定 |
3 |
用里查孙直线法测定钨的逸出功;学习直线测量法、外延测量法和补偿测量法等基本实验方法; 进一步学习图表处理数据。 |
验证 |
选做 |
9 |
电子束的偏转与聚焦 |
3 |
观察电子射线的静电聚焦原理,测量静电透镜的组合聚焦比;测量示波管的电偏灵敏度,验证其与电偏电压的关系;测量示波管的磁偏灵敏度,验证其与磁偏电流的关系。 |
验证 |
选做 |
普通物理实验(4-4)-表5 实验内容表
实验 编号 |
实验项目 |
学时数 |
实验内容 |
实验 类型 |
实验 要求 |
1 |
等厚干涉——牛顿环、劈尖 |
4 |
观察光的等厚干涉现象,通过实验加深对干涉现象的理解。掌握测量显微镜的使用方法,并用牛顿环测量平凸透镜的曲率半径。 |
验证 |
必做 |
2 |
分光计的调整及使用 |
3 |
了解分光计的构造及各组成部件的作用;掌握分光计的调节和使用方法;学会测量三棱镜的顶角。 |
验证 |
必做 |
3 |
分光计测量三棱镜的折射率 |
3 |
掌握分光计测量三棱镜折射率的原理;学会测量三棱镜最小偏向角,从而计算出三棱镜材料的折射率。 |
验证 |
必做 |
4 |
迈克尔逊干涉仪 |
3 |
了解迈克尔逊干涉仪的结构和调整方法;观察等倾、等厚干涉现象;测量钠黄光的平均波长;测量钠双线的波长差。 |
验证 |
必做 |
5 |
光电效应及普朗克常数测定 |
3 |
通过光电效应实验加深对光的量子性的理解;测量光电管的伏安特性曲线,正确找出不同光频率下的截止电压;验证爱因斯坦光电方程,求出普朗克常数。 |
验证 |
必做 |
6 |
夫兰克—赫兹实验 |
3 |
学习夫兰克和赫兹研究原子内部能量的基本思想和实验设计方法,掌握测量原子激发电位的实验方法;测量氩原子的第一激发电位,从而验证原子能级的存在。 |
验证 |
选做 |
7 |
太阳能电池基本特性的测定 |
3 |
了解太阳能电池的基本工作结构和工作原理;理解太阳能电池的基本特效和主要参数,掌握测量太阳能电池的基本特性和主要参数的基本原理和基本方法;测量太阳能电池的开路电压、短路电流、最佳负载电阻、填充因子等主要参数,分析太阳能电池的伏安特性、负载特性和光照特性。 |
验证 |
选做 |
8 |
偏振现象的观察与分析 |
3 |
光的偏振现象,加深对偏振光的了解。掌握产生和检验偏振光的原理和方法。 |
验证 |
选做 |
9 |
夫琅禾费和菲涅耳衍射 |
3 |
观察夫琅禾费衍射和菲涅耳衍射现象,加深对衍射理论的了解;观察单缝和圆孔衍射的异同;计算夫琅禾费单缝衍射的缝宽。 |
验证 |
选做 |
10 |
光栅衍射和光波波长的测定 |
3 |
观察光线通过光栅后的衍射现象;进一步熟悉分光计的调节和使用;测定钠黄光的平均波长。 |
综合 |
选做 |