课程编号:14010061
课程名称:物理实验I
英文名称:physics experiment I
适应专业:理科和实验技能要求较高的工科专业(与大学物理配套)
执笔人:徐富新、刘碧兰
实验教材(指导书):《大学物理实验教程》,袁冬缓等编,suncitygroup太阳新城出版社,2001年8月出版
《大学物理实验教程》,周克省等编,suncitygroup太阳新城出版社,2001年1月出版
一、学时与学分
总学时:64 总学分:2 实验学时:64 实验学分:2
二、实验课的任务、性质与目的
(一)本实验课的任务:
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.培养和提高学生的科学素养,使其形成理论联系实际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和遵守纪律,爱护公共财产的优良品德。
(二)本实验课的性质与目的
物理学是一门实验科学,物理规律的发现及其理论的建立,都必须以严格的物理实验为基础,并受到实验的检验。物理实验课在高素质的工程技术人才培养中具有十分重要的作用。其目的是通过实验知识、实验方法的教学和实验技能的训练,能使学生了解科学实验的全过程,为今后的学习和工作奠定良好的实验基础。同时把理论与实际、方法与技能结合起来,促使学生既动手又动脑,在实践中学习,培养创新精神和科学实验能力。
三、基本原理
物理实验是在理论思想指导下为达到某项目标而进行的实验,物理实验的语言是数据,实验的成功与失败必须用测量数据来说明。要求掌握测量误差的基本知识,具有正确处理实验数据的能力,熟悉物理实验中基本的实验方法,能够进行常用物理量的一般测量,常用实验装置的调整与基本的操作技术,了解常用仪器的性能,并学会使用方法。
四、实验方式与基本要求
(一)实验方式:
1.每人一组,独立进行实验。为使学生有充足的时间进行实验和分析思考,每次安排3学时。
2.全面实行开放式实验教学,增加学生选择实验项目和实验时间的自主性。
3.大纲列出65个实验项目,分必做与选做两类。在选择实验项目和内容时,应注意加强基本技能的训练,同时,在内容安排上要有一定的广度。
适当地介绍一些物理实验史料,对学生进行辩证唯物主义世界观和方法论的教育。
以综合性实验项目为主体,以利于提高学生的综合性实验能力;开设一定数量的设计性实验,使学生在
实验方法的考虑、测量仪器的选择、测量条件的确定等方面受到良好的训练。
(二)基本要求:
1.自行完成实验预习,独立进行实验,撰写规范的实验报告。
2.掌握常用实验装置的调整与基本的操作技术。例如:零位校准;水平及铅直调整;光路的同轴等高调整;视差的消除;逐次逼近调节;正确连接电路等。
3.熟悉物理实验中基本的实验方法,例如:比较法、转换测量法、模拟法、补偿法和干涉法等。
4.能够进行常用物理量的一般测量。例如:长度、质量、时间、力、温度、电流强度、电压、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、直流电桥、电位差计、通用示波器、信号发生器、分光计等。
6.掌握测量误差的基本知识,具有正确处理实验数据的能力。其中包括下列内容:测量误差的基本概念;直接测量结果的误差表示;间接测量的误差计算;处理实验数据的一些重要方法,例如列表法、作图法和最小二乘法等。
五、实验项目的设置与内容提要
序号
| 实验名称
| 实验
时数
| 每组
人数
| 实验
类型
| 实验
要求
| 实验
类别
| 内容提要
|
| 绪论
| 3
|
| 基础
| 必修
| 基础
| 误差知识,数据处理,实验方法和实验仪器的介绍
|
| 预备引导实验
| 不占
学时
| 1
| 基础
| 选修
| 基础
| 认识多种物理量的测量仪器,掌握有关仪器的工作原理及操作方法,进行一些基本测量
|
1
| 气轨上运动定律的研究
| 3
| 1
| 基础
| 必修
| 基础
| 学习气垫技术,掌握光电计时方法,测量匀变速运动的加速度和重力加速度。并开出选做内容:测摩擦系数
|
2
| 刚体转动惯量的测定
| 3
| 1
| 基础
| 必修
| 基础
| 学用扭摆法测转动惯量,掌握数据处理及误差计算的基本方法
|
3
| 惠斯登电桥实验
| 3
| 1
| 基础
| 必修
| 基础
| 学习电桥中的桥式测量法,掌握检流计等精密电学仪器的使用,必做内容为直流电桥测量电阻R并正确计算误差。选做内容为直流电桥的优化测量和交流电桥测阻抗
|
4
| 示波器及应用
| 3
| 1
| 基础
| 必修
| 基础
| 了解示波器工作的物理原理,熟悉其使用方法,用示波器检测波形,测量频率
|
5
| 光的等厚干涉实验
| 3
| 1
| 基础
| 必修
| 基础
| 观察光的等厚干涉,测量干涉环的直径,算出平凸透镜曲率半径。选做内容:测量劈尖的厚度
|
6
| 螺线管磁场测量仿真实验
| 3
| 1
| 基础
| 选修
| 基础
| 学习微机仿真实验的方法,测量长螺线管中的磁场
|
7
| 拉伸法测定杨氏模量
| 3
| 1
| 基础
| 选修
| 基础
| 学习望远镜的结构原理和使用方法,掌握光杠杆测微法,运用拉伸法测量杨氏模量。
|
8
| 表面张力的测量
| 3
| 1
| 基础
| 必修
| 基础
| k值的测定, F值的测定。
|
9
| 粘滞系数测定
| 3
| 1
| 基础
| 必修
| 基础
| 测蒸馏水过粘滞计mn刻线的时间,测酒精经过粘滞计mn刻线的时间,由公式算出液体粘滞系数
|
10
| 超声声速测定
| 3
| 1
| 综合
| 选修
| 基础
| 了解声—电转换的原理和超声探头的工作特性,通过驻波共振法、相位比较法、时差法等三种方法测定空气中超声波的传播速度
|
11
| 动态法测定杨氏模量
| 3
| 1
| 综合
| 选修
| 基础
| 利用交变电信号激励样品杆振荡,测其频率,确定杨氏模量
|
12
| 液晶电光特性测试
| 3
| 1
| 综合
| 选修
| 基础
| 了解液晶的显示原理,掌握其基本特性测试测试技术
|
13
| 电位差计实验
| 3
| 1
| 综合
| 选修
| 基础
| 掌握补偿法的原理,自行组装电位差计并用精密标准电池进行校正,采用自组电位差计校准伏特表。选做:准确测量电池内阻
|
14
| 光波波长的测定
| 3
| 1
| 综合
| 选修
| 基础
| 正确调节分光计,必做内容是运用光栅衍射原理测定光波波长;选做内容为声光衍射法测定光波波长
|
15
| 氢原子光谱实验
| 3
| 2
| 综合
| 选修
| 基础
| 掌握定标法的物理原理,用标准汞灯对光谱仪定标,测出氢光谱的波长并计算Rh
|
16
| 迈克尔逊干涉实验
| 3
| 1
| 综合
| 选修
| 基础
| 掌握迈氏干涉仪的使用方法,观察干涉的定域性,测定激光波长
|
17
| 激光全息照相
| 3
| 2
| 综合
| 选修
| 基础
| 掌握全息成相的原理,学习光路的调节方法,拍摄全息照片并进行暗室处理
|
18
| 霍尔效应及应用
| 3
| 2
| 综合
| 选修
| 基础
| 掌握霍尔效应的物理本质,学习各种副效应的消除方法,精确测定螺线管磁场
|
19
| 光栅光谱实验
| 3
| 2
| 综合
| 选修
| 基础
| 利用光栅进行分光,以光电倍增管做为接收器件,用计算机处理数据,测定多种光源的光谱特征。选做内容:用黑体辐射法测量温度
|
20
| 电子综合实验
| 3
| 2
| 综合
| 选修
| 基础
| 学习电子学的基础知识和D/A转换的物理原理,进行电子学综合测量与检测
|
21
| 光纤传输实验
| 3
| 1
| 综合
| 选修
| 基础
| 学习光纤传输系统的组成及工作原理,测量该系统的电光特性和光电特性
|
22
| 阿贝成像与空间滤波
| 3
| 2
| 综合
| 选修
| 基础
| 了解透镜的副里叶变换性质,掌握光学滤波技术,测量空间频谱
|
23
| 分光计测量折射率
| 3
| 1
| 综合
| 选修
| 基础
| 利用最小偏向角测量三棱镜的折射率
|
24
| 电子荷质比测量
| 3
| 1
| 综合
| 选修
| 基础
| 根据电子在电磁场中的运动行为,测定其电荷值与其质量之比
|
25
| 铁磁材料居里点测试
| 3
| 1
| 综合
| 选修
| 基础
| 连续升温,对样品的磁特性进行动态测量,确定其居里点温度
|
26
| 热导率测量
| 3
| 1
| 综合
| 选修
| 基础
| 利用自然冷却法测量不良导体的热导率,并测其热膨胀系数
|
27
| 光速测量
| 3
| 1
| 综合
| 选修
| 基础
| 利用两束激光传输的延时关系(即相位关系),测定激光在玻璃光纤中的传播速度
|
28
| 密立根油滴实验
| 3
| 1
| 综合
| 选修
| 基础
| 以微小的荷电粒子在极板间的运动为测量对象,测其运动时间,用最小公约数法确定电子电荷值
|
29
| 核磁共振实验
| 3
| 4
| 综合
| 选修
| 基础
| 以蒸馏水作为样品,确定质子旋磁比和朗德因子,并了解NMR在化学化工、生物医学等领域的应用
|
30
| 光磁共振实验
| 3
| 4
| 综合
| 选修
| 基础
| 利用光抽运效应测试原子超精细结构Zeeman能级间的跃迁,计算g值,选做地磁场测量
|
31
| 电子顺磁共振
| 3
| 4
| 综合
| 选修
| 基础
| 观察电子自旋共振现象及其产生的共振信号,测量DPPH中电子的g因子和共振线宽
|
32
| Frank-Hertz实验
| 3
| 1
| 综合
| 选修
| 基础
| 观察氩原子被激发的物理现象,并测定其第一激发电位
|
33
| 普朗克常数测定
| 3
| 1
| 综合
| 选修
| 基础
| 利用金属表面的电子逃逸现象及光电效应方程,测量Planck常数
|
34
| 声光效应实验
| 3
| 1
| 综合
| 选修
| 基础
| 掌握并调节并观察声光衍射现象,必做内容为声光效应中的声光偏转和声光调制曲线,选做:声光晶体的带宽及中心频率的测量,光波波长测定;涉及的工程技术有电声转换,光电转换,多普勒频移等技术
|
35
| 真空镀膜实验
| 3
| 1
| 综合
| 选修
| 基础
| 了解当今真空镀膜技术原理及测试手段,掌握溅射薄膜的技术
|
36
| 微波实验
| 3
| 1
| 综合
| 选修
| 基础
| 了解常用微波元器件的使用,掌握微波测量的基本方法及特点
|
37
| 交流电桥及应用
| 3
| 1
| 综合
| 选修
| 基础
| 在直流电桥基础上,掌握利用交流电桥测量元器件交流参量如电阻、电感、电容等
|
38
| 塞曼效应
| 3
| 1
| 综合
| 选修
| 基础
| 了解塞曼效应得物理原理和意义,观察磁场对光的影响
|
39
| 扫描隧道显微镜
| 3
| 1
| 综合
| 选修
| 基础
| 了解扫描隧道显微镜的工作原理及应用,掌握其操作方法,对不同样品进行测试
|
40
| PN结物理特性测试
| 3
| 1
| 综合
| 选修
| 基础
| 理解PN结的工作原理,测量PN结的伏安特性,扩散电流与结电压之间的关系
|
41
| CCD特性的测试
| 3
| 1
| 综合
| 选修
| 基础
| 了解CCD工作原理,测量其光电特性
|
42
| B超实验
| 3
| 2
| 综合
| 选修
| 基础
| 定性观察,定量测量圆球和石块的体积
|
43
| 传感器技术实验
| 3
| 2
| 综合
| 选修
| 基础
| 熟悉传感器的基本原理、应用。并能使用最常用的几种常用的示波器。本实验可开出40个左右的系列实验。
|
44
| 简谐振动研究
| 4
| 1
| 设计
| 选修
| 基础
| 设计实验测量方案,掌握量纲分析法在物理现象的数学模型建立中的作用,通过作图法处理数据,归纳出振动周期的变化规律
|
45
| 电学设计实验
| 4
| 1
| 设计
| 选修
| 基础
| 利用电学实验平台,自选实验课题,自行设计实验方案,进行电学量测试和方案优化
|
46
| 电阻测量方案的优化研究
| 5
| 1
| 设计
| 选修
| 基础
| 学习误差设计理论,掌握测量电阻的多种不同方法,针对不同阻值的电阻进行测量方案的优选,并做细致的误差分析和修正
|
47
| 万用电表的制作
| 4
| 1
| 设计
| 选修
| 基础
| 设计实验方案,选择元件与器材组装万用电表,并对其电流、电压及欧姆档进行校正,确定其精度等级
|
48
| 热敏电阻特性研究
| 4
| 1
| 设计
| 选修
| 基础
| 测试热敏电阻的温度特性,掌握它在传感器中的应用
|
49
| 光纤传感器设计
| 4
| 2
| 设计
| 选修
| 基础
| 理解光纤传感器的工作原理,掌握其及制备、应用技术
|
50
| 液晶电光特性测试装置设计
| 4
| 1
| 设计
| 选修
| 基础
| 掌握液晶的工作原理,测量其电光特性
|
51
| 工程物理量测量研究
| 4
| 4
| 设计
| 选修
| 基础
| 运用红外光谱仪、紫外光谱仪、差动分析仪、四探针法等,自行设计研究方案,进行物质成分的分析及物理性能的测试研究,解决科研中的实际问题
|
52
| 远程虚拟实验系统设计
| 4
| 2
| 设计
| 选修
| 基础
| 了解虚拟仪器的原理及意义,掌握相关软件的使用,学习开发虚拟仪器远程系统
|
53
| 功能材料的制备与性能研究
| 5
| 4
| 研究
| 选修
| 基础
| 了解功能材料的种类及意义,掌握其制备及性能测试技术
|
54
| 脆性材料抗弯强度的测试
| 5
| 2
| 研究
| 选修
| 基础
| 学习科学研究的方法,查阅资料了解测量材料强度的多种方法,利用新颖的物理思路解决工程实际中硅片抗弯强度的测量问题
|
55
| 介质损耗测试研究
| 4
| 1
| 研究
| 选修
| 基础
| 测试电介质的阻容特性,并分析计算其损耗系数
|
56
| 生物信号采集与处理
| 4
| 2
| 研究
| 选修
| 基础
| 观察生物信号特征,研究弱信号检测与采集方法和生物信号处理方法,研究计算机在信号采集中的应用
|
57
| LED特性测试与应用研究
| 4
| 2
| 研究
| 选修
| 基础
| 掌握LED发光特性的测试方法,研究其发光特性与外部条件及内部结构的关系
|
58
| X射线物相分析
| 5
| 2
| 研究
| 选修
| 基础
| 掌握XRD物相分析基本原理和方法,了解XRD操作技术及数据处理方法
|
59
| 光电薄膜制备及磁光效应研究
| 5
| 2
| 研究
| 选修
| 基础
| 了解当今薄膜科技发展现状及真空镀膜机的结构和工作原理,掌握热蒸发、磁控溅射、化学气相沉积技术制备光电薄膜的原理和测试技术手段
|
60
| 激光拉曼光谱分析
| 4
| 2
| 研究
| 选修
| 基础
| 掌握拉曼散射的基本原理及实验技术,根据拉曼散射光谱来确定分子结构及其简正振动类型
|
61
| 材料微波吸收特性
| 5
| 2
| 研究
| 选修
| 基础
| 了解材料的微波吸收特性的原理及意义,掌握微波吸收的测量技术
|
62
| 光纤实验模块(光纤色散系数测量/3学时、光纤衰减系数测量/3学时、光纤光栅调制/3学时、光纤液位传感器/4学时)
| 不定
| 2
| 研究
| 选修
| 基础
| 自主选择其中的实验项目,完成从原理掌握,仪器调试及参数测量的整过程
|
63
| 电阻蠕变特性测试装置设计
| 5
| 2
| 研究
| 选修
| 基础
| 掌握蠕变的基本原理及其影响,学习测量电阻蠕变的测试技术
|
64
| 半导体材料特性研究
| 5
| 4
| 研究
| 选修
| 基础
| 掌握半导体测试仪的使用方法,并利用测试仪对半导体材料的C-V特性,漏电流等进行测量
|
65
| 血液参数测定实验模块(血液散射系数测定/3学时;血液浓度测量/3学时;血液吸收光谱测量/3学时)
| 不定
| 2
| 研究
| 选修
| 基础
| 自主选择其中的实验项目,完成从原理掌握到仪器调试及测量的整个过程
|
六、考核方式与评分办法
物理实验为考查课程。期末总成绩由平时成绩和期末考核成绩两部分组成,平时成绩占60%,期末考核成绩占40%。平时成绩为每次实验课的成绩总评,每次实验课的成绩细分为预习分、操作分、实验报告分,都采用5分制,等级为5、5-、4+、4、4-、3+、3、3-、重作。期末考核采取操作考试与笔试相结合的形式,具体为随堂操作考试、抽签操作考试、实验设计等。