《大學物理實驗》課程教學大綱物理實驗中心 河北工業(yè)大學

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1、大學物理實驗課程實驗教學大綱 課程名稱：大學物理實驗 英文名稱：University Physics Experiment 實驗學時：60學時（春季學期30學時；秋季學期30學時） 適應(yīng)專業(yè)：全校理工科各專業(yè) 一、 實驗?zāi)康模? 物理學是研究物質(zhì)運動一般規(guī)律及物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)的科學，是自然科學的基礎(chǔ)。它的發(fā)展不僅推動了整個自然科學，而且對人類的物質(zhì)觀、時空觀、宇宙觀乃至人類文化都產(chǎn)生了深刻的影響。物理學的研究必須以客觀事實為基礎(chǔ)，必須依靠觀察和實驗。物理實驗在物理學的發(fā)展過程中起著重要的和直接的作用。實驗可以發(fā)現(xiàn)新事實，實驗結(jié)果可以為物理規(guī)律的建立提供依據(jù)。 歸根結(jié)底物理學是一

2、門實驗科學，無論物理概念的建立還是物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)都必須以嚴格的科學實驗為基礎(chǔ)，并通過今后的科學實驗來證實。實驗物理與理論物理相輔相成。規(guī)律、公式是否正確必須經(jīng)受實踐檢驗。只有經(jīng)受住實驗的檢驗，由實驗所證實，才會得到公認。物理學又是當代技術(shù)發(fā)展最主要的源泉。物理實驗的方法、思想、儀器和技術(shù)已經(jīng)被普遍地應(yīng)用在各個自然科學領(lǐng)域和技術(shù)部門以及其他學科領(lǐng)域。 本課程是高校各理工科專業(yè)開設(shè)的一門基礎(chǔ)實驗課，它與普通物理理論課程既有緊密的聯(lián)系，又互相獨立。它不同于一般的探索性的科學實驗研究，每個實驗題目都經(jīng)過精心設(shè)計、安排，實驗結(jié)果也比較有定論。它不僅可以加深大家對理論的理解，更重要的是可使同學獲得基本的

3、實驗知識，在實驗方法和實驗技能諸方面得到較為系統(tǒng)、嚴格的訓練，是大學生進行自主學習、創(chuàng)新訓練及科學研究的第一步，同時在培養(yǎng)科學工作者的良好素質(zhì)及科學世界觀方面，物理實驗課程也起著潛移默化的作用。 本課程的主要目的和任務(wù)： 1.通過對實驗現(xiàn)象的觀察、分析和對物理量的測量，使學生進一步掌握物理實驗的“基本知識，基本方法和基本技能”（即“三基”能力）；并能運用物理學原理和物理實驗方法來研究物理現(xiàn)象和規(guī)律，加深對物理學原理的理解。 2.培養(yǎng)與提高學生從事科學實驗的素質(zhì)。其中包括：理論聯(lián)系實際和實事求是的科學作風；嚴肅認真的工作態(tài)度；不怕困難，主動進取的探索精神；遵守操作規(guī)程，愛護公共財物的優(yōu)良品

4、德；以及在實驗過程中相互協(xié)作，共同探索的團隊合作精神。 3.培養(yǎng)學生進行綜合實驗、應(yīng)用實驗和設(shè)計實驗的能力，以及自主學習和科學研究的能力，提高學生的創(chuàng)新素質(zhì)。特別鼓勵教師和學生進行“自主創(chuàng)新”實驗的探索與實踐。 在教師的指導下，了解和掌握科學實驗的主要過程和方法，通過親自動手動腦，訓練和培養(yǎng)獨立工作的能力，提高科學素質(zhì)，為后續(xù)課程學習以及進行課題設(shè)計、科學研究打下基礎(chǔ)。 二、 主要設(shè)備儀器配置 1．基本測量實驗設(shè)備儀器：每項實驗32套； 2．基礎(chǔ)性、提高性實驗設(shè)備儀器：每項實驗16套； 3．綜合性、應(yīng)用性實驗設(shè)備儀器：每項實驗8-16套； 4．研究性、創(chuàng)新性實驗設(shè)備儀器：

5、每項實驗8-16套。 三、 實驗內(nèi)容提要 春季學期“大學物理實驗A”包括：第一章、第二章、第三章、第四章、第五章； 秋季學期“大學物理實驗B”包括：第一章、第六章、第七章和設(shè)計性實驗部分； 實驗項目（具體如下） 第一章 緒論 第二章 誤差與數(shù)據(jù)處理基礎(chǔ)知識 第三章 測量方法與儀器調(diào)整原則和技術(shù) 第四章 力學與熱學實驗 實驗1 力學基本測量——長度、質(zhì)量和物體密度的測定 實驗2 用自由落體儀測定重力加速度 實驗3 用三線擺測物體的轉(zhuǎn)動慣量 *實驗4 扭擺法測物體的轉(zhuǎn)動慣量 實驗5 氣墊導軌上滑塊的碰撞——動

6、量守恒定律的驗證 實驗6 氣墊導軌上滑塊的簡諧振動 實驗7 弦振動的研究 實驗8 光杠桿鏡尺法測銅絲的楊氏彈性模量——微小長度變化的測量 實驗9 用拉脫法測液體的表面張力系數(shù)——微小力的測量 實驗10 用落球法測液體的粘滯系數(shù) 實驗11 空氣比熱容比的測定 *實驗12 穩(wěn)態(tài)法測量不良導體導熱系數(shù) 第五章 電磁學實驗 實驗13 電學基本測量——測繪線性電阻和非線性電阻的伏安特性曲線 *實驗14 黑盒子實驗 實驗15 用直流單臂電橋測電阻 實驗16 用雙臂電橋測小電阻 實驗17 用電位差計測量電動勢和

7、校正伏特計 *實驗18 靈敏電流計基本特性研究 實驗19 用模擬法測繪靜電場 實驗20 示波器的使用 *實驗21 用示波器觀測二極管伏安特性曲線 實驗22 用霍爾元件測量磁場 *實驗23 用感應(yīng)法測量磁場 *實驗24 霍爾效應(yīng)法測螺線管磁場 *實驗25 電磁感應(yīng)法測磁場 *實驗26 鐵磁材料的磁化曲線和磁滯回線的測繪 *實驗27 電容器的充放電 *實驗28 用沖擊電流計測電容和高阻 第六章 光學實驗 實驗29 光學基本實驗（一）——薄透鏡焦距的測定 實驗30 光學基本實驗

8、（二）——組裝顯微鏡、望遠鏡、幻燈機及放大倍數(shù)測量 實驗31 分光儀的調(diào)節(jié)和使用 實驗32 用分光儀測定三棱鏡頂角 實驗33 用分光儀測定綠光最小偏向角和折射率 實驗34 光的干涉實驗（一）——薄膜干涉（牛頓環(huán)） *實驗35 光的干涉實驗（二）——劈尖干涉 實驗36 光的干涉實驗（三）——雙棱鏡干涉實驗 實驗37 光的衍射實驗（一）——光柵常數(shù)測定及特性研究 實驗38 光的衍射實驗（二）——光波波長的測量 實驗39 光的衍射實驗（三）——單縫衍射的光強分布 實驗40 光偏振及其應(yīng)用 第七章 近代物理與信息處理綜合性、應(yīng)用性實驗

9、 實驗41 邁克爾遜干涉儀的調(diào)節(jié)與使用 實驗42 微波干涉和布拉格衍射 實驗43 密立根油滴法測定電子電荷 實驗44 夫蘭克—赫茲實驗 *實驗45 氫原子光譜 實驗46 全息照相 *實驗47 光信息的調(diào)制與解調(diào)實驗 *實驗48 蓋革—彌勒計數(shù)器和核蛻變的統(tǒng)計規(guī)律 實驗49 用超聲光柵測定液體中的聲速 實驗50 聲學實驗（一）——聲速測量 *實驗51 聲學實驗（二）——建筑聲學技術(shù)的應(yīng)用 實驗52 光電效應(yīng)和普朗克常量的測量 設(shè)計性實驗（節(jié)選） 第八章 力學實驗 §8.0 設(shè)計性、研究性實驗概述

10、 實驗53 設(shè)計用單擺測重力加速度 實驗54 設(shè)計測定輕質(zhì)固體密度 實驗55 設(shè)計測定液體密度 實驗56 設(shè)計用光杠桿測定金屬的線脹系數(shù) 實驗57 設(shè)計用焦利秤測彈簧的有效質(zhì)量 實驗58 設(shè)計測定偏心輪繞定軸的轉(zhuǎn)動慣量 第九章 熱學實驗 實驗64 設(shè)計測定氣體比熱容比 第十章 電磁學實驗 實驗67 設(shè)計用伏安法測電阻(采用電壓補償測量) 實驗71 設(shè)計用電位差計測電阻 實驗70 變阻器制流特性和分壓特性應(yīng)用設(shè)計 實驗74 電表改裝和校準 第十一章 光學實驗 實驗83 設(shè)計用分光計

11、測定液體折射率 實驗84 阿貝折射儀的原理和應(yīng)用設(shè)計 實驗85 用平行光法測透鏡焦距 第十二章 傳感器技術(shù)應(yīng)用與設(shè)計實驗 實驗87 壓力傳感器特性及應(yīng)用設(shè)計 實驗88 電阻應(yīng)變式傳感器的特性及應(yīng)用設(shè)計 實驗90 溫度傳感器的特性及應(yīng)用設(shè)計 實驗91 光電傳感器的特性及應(yīng)用設(shè)計 實驗93 霍爾開關(guān)器件的特性及應(yīng)用設(shè)計 第十三章 近代物理與信息處理實驗 第十四章 計算機在物理實際問題中的應(yīng)用探索 說明：*-----為自由選修實驗，除設(shè)計實驗之外，其余實驗為輪換開設(shè)實驗。 四、 實驗教學方法 1．理論與

12、實驗相結(jié)合；采用實驗開放教學方法；啟發(fā)式、誘導式、討論式等，傳統(tǒng)教學與現(xiàn)代教學方式相結(jié)合。 2．教師指導為輔（理論與實驗講解及儀器設(shè)備介紹），學生自主實驗為主，特別鼓勵教師和學生進行“自主創(chuàng)新”實驗的探索與實踐。 具體實驗教學環(huán)節(jié)： 1.實驗預(yù)習（20 %） 看懂教材、明確目的、寫出預(yù)習報告。預(yù)習報告要求： （1）寫實驗?zāi)康?、主要原理、公式（包括式中?量意義）、線路圖或光路圖及關(guān)鍵步驟。 （2）畫好原始數(shù)據(jù)表格，單獨用一張實驗報告紙。 （3）課上教師要檢查預(yù)習情況，記錄預(yù)習分。 2.實驗操作（40 %） 閱讀資料、調(diào)整儀器、觀察現(xiàn)象、獲取數(shù)據(jù)、儀器還原。 （1）重視實驗

13、能力、作風培養(yǎng)。珍惜獨立操作的機會，完成基本內(nèi)容，爭取做提高內(nèi)容。教師在評分上予以鼓勵。 （2）強調(diào)記錄數(shù)據(jù)時不得用鉛筆，只有數(shù)據(jù)正確、儀器還原、教師簽字后該次實驗才有效。 （3）提倡研究問題，注意安全操作。 3.實驗報告（40 %） （1）實驗報告（用河北工業(yè)大學實驗報告紙）。 （2）報告內(nèi)容：實驗題目、目的要求、儀器設(shè)備、實驗原理、實驗內(nèi)容及步驟、原始數(shù)據(jù)、正式數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)處理、結(jié)果表示、分析討論、回答思考題、實驗體會等?；蛘咛峤恍≌撐牡?。 （3）交報告的時間、地點：一周內(nèi)交給課代表然后下次上課前統(tǒng)一交給任課教師。逾期未交報告，酌減報告分，一個月不交，按無報告處理。 五、

14、實驗項目及學時分配 總學時為60學時，其中 1.大學物理實驗A：30學時(緒論3學時，實驗27學時，春季學期)，學分：1.5分 2.大學物理實驗B：30學時(實驗30學時，秋季學期），學分：1.5分 大學物理實驗A 序號 項目名稱 實驗學時分配 內(nèi)容提要 實驗要求 實驗類型 設(shè)備臺套數(shù) 每組人數(shù) 備注 1 緒論與實驗理論 3 緒論： 第一章 第二章 第三章 聽課、完成作業(yè) 實驗理論與誤差分析 35 多媒體教室，在1周內(nèi)完成 2 力學基本測量 3 長度、質(zhì)量、密度測量 熟悉實驗課的上課模式，學習基本知識和基本的儀器操作

15、基本測量 70 1人/組 基本測量實驗室，每周完成1個實驗，分3周完成 3 電學基本測量 3 電阻、二極管伏安特性測量 70 1人/組 4 光學基本測量 3 凸凹透鏡焦距測量 35 1-2人/組 5 用落球法測液體的粘滯系數(shù) 3 平衡法測粘滯系數(shù) 提交預(yù)習報告，完成現(xiàn)場操作測量、提交實驗報告、回答思考題等 基礎(chǔ)性實驗 16 1人/組 利用選課系統(tǒng)，網(wǎng)上自選實驗。每人從10個實驗中選做6個實驗。分6周完成。實際學時為18學時 6 弦振動的研究 3 駐波法及張力與波長的關(guān)系 基礎(chǔ)性實驗 16 1人/組 7 用三線擺測物體的轉(zhuǎn)動慣量

16、 3 理論值與實驗值的對比驗證、光電計時器的使用 基礎(chǔ)性實驗 16 1人/組 8 光杠桿鏡尺法測銅絲的楊氏彈性模量 3 微小長度的測量 基礎(chǔ)性實驗 16 1人/組 9 用直流單臂電橋測電阻 3 中值電阻的直接測量 基礎(chǔ)性實驗 16 1人/組 10 用雙臂電橋測小電阻 3 微小電阻的測量 基礎(chǔ)性實驗 16 1人/組 11 用電位差計測量電動勢 3 補償法與電位差計 基礎(chǔ)性實驗 16 1人/組 12 用模擬法測繪靜電場 3 恒流場模擬靜電場 基礎(chǔ)性實驗 16 1人/組 13 示波器的使用 3 示波器的調(diào)節(jié) 基礎(chǔ)

17、性實驗 16 1人/組 14 設(shè)計用單擺測重力加速度 3 時間、長度測量的實驗設(shè)計 設(shè)計實驗，完成現(xiàn)場操作測量、提交實驗報告 設(shè)計性實驗 16 1人/組 合計 30學時 大學物理實驗B 序號 項目名稱 實驗學時分配 內(nèi)容提要 實驗要求 實驗類型 設(shè)備臺套數(shù) 每組人數(shù) 備注 1 分光儀的調(diào)節(jié)和使用 3 測定三棱鏡頂角和折射率 提交預(yù)習報告，完成現(xiàn)場操作測量、提交實驗報告、回答思考題等 基礎(chǔ)性實驗 32 1人/組 利用選課系統(tǒng)，網(wǎng)上自選實驗。每人從

18、14個實驗中選做10個實驗。分10周完成。 2 光的衍射實驗（一） 3 光柵常數(shù)及光波波長的測量 基礎(chǔ)性實驗 32 1人/組 3 光的干涉實驗（一） 3 薄膜干涉（牛頓環(huán)） 基礎(chǔ)性實驗 16 1人/組 4 光的干涉實驗（三） 3 雙棱鏡干涉實驗 基礎(chǔ)性實驗 16 1人/組 5 交流諧振 3 交流電的測量 基礎(chǔ)性實驗 16 1人/組 6 氣墊導軌 3 測量重力加速度、研究簡諧振動 基礎(chǔ)性實驗 16 1人/組 7 用霍爾元件測量磁場 3 霍爾效應(yīng)及應(yīng)用 基礎(chǔ)性理實驗 16 1人/組 8 邁克爾遜干涉儀的調(diào)節(jié)與使

19、用 3 邁式干涉原理及波長測量 近代物理實驗 8 2人/組 9 微波干涉和布拉格衍射 3 波長測量及布拉格衍射 近代物理實驗 8 2人/組 10 密立根油滴實驗 3 測定電子電荷 近代物理實驗 8 2人/組 11 夫蘭克—赫茲實驗 3 測量原子的第一激發(fā)電位 近代物理實驗 8 2人/組 12 超聲光柵 3 測定液體中的聲速 近代物理實驗 8 2人/組 13 全息照相 3 全息相的記錄與再現(xiàn) 近代物理實驗 8 2人/組 14 設(shè)計用伏安法測電阻 3 采用電壓補償測量 設(shè)計實驗，完成現(xiàn)場操作測量、提交實驗報告

20、 設(shè)計性實驗 16 1人/組 合計 30學時 六、 實驗教學要求 （一）教學基本要求 1.比較系統(tǒng)的學習力學、熱學、聲學、電磁學、光學、近代物理實驗，并進行綜合性、應(yīng)用性和設(shè)計性方面的實驗訓練。 2.學習掌握常用基本物理實驗儀器的原理、性能和使用方法。 3.學習掌握一般物理實驗的方法、實驗技術(shù)，一般物理量的測量方法。 4.學習掌握實驗數(shù)據(jù)及誤差的處理方法（不確定度評定方法），能夠正確表述結(jié)果并進行結(jié)果分析和討論。 5.通過實驗學會觀察、分析、研究物理現(xiàn)象和物理規(guī)律，加深對某些重要物理

21、現(xiàn)象和規(guī)律的認識和理解。 6.養(yǎng)成良好的實驗習慣和嚴謹?shù)目茖W作風，特別是嚴肅認真對待實驗數(shù)據(jù)，杜絕弄虛作假，樹立事實求是的科學態(tài)度和道德。能根據(jù)實驗要求寫出規(guī)范的實驗報告。 7．培養(yǎng)學生進行科學實驗工作的綜合能力，包括實際動手能力、分析判斷能力、獨立思考能力、革新創(chuàng)造能力、歸納總結(jié)能力、口頭表達能力等。 8．特別鼓勵教師和學生進行“自主創(chuàng)新”實驗教學的探索與實踐。 （二）教學具體要求 1.提前預(yù)習、撰寫實驗預(yù)習報告（20 %） 2.根據(jù)實驗?zāi)康暮蛯嶒炓?，現(xiàn)場按步驟完成實驗內(nèi)容操作和測量（40 %） 3.撰寫并提交完整的實驗報告，回答思考題，并進行結(jié)果分析、討論（40 %） （

22、三）物理實驗教學新體系 在本課程教學中，要緊緊把握信息時代大學物理實驗教學的建設(shè)與發(fā)展規(guī)律，堅持“工學并舉”，以工為主、多學科協(xié)調(diào)發(fā)展的辦學理念和特色，教學、科研并重，理論與實踐相結(jié)合；堅持“創(chuàng)新發(fā)展”的改革思路，鼓勵教師大膽進行教學改革與創(chuàng)新；樹立“以學生為本，知識傳授、能力培養(yǎng)、素質(zhì)提高協(xié)調(diào)發(fā)展”的教學理念，以自主學習、綜合實踐、研究和創(chuàng)新能力培養(yǎng)為核心的實驗教學新觀念。 根據(jù)“多層次、模塊化、組合式，且相互銜接”的原則，為強化自主學習實踐、注重探索研究、創(chuàng)新能力訓練，構(gòu)建科學的物理實驗教學內(nèi)容新體系。特別是，將實驗教學內(nèi)容分為四個層次，并把“開放性、設(shè)計性”貫穿所有“四個層次”的始終

23、。即： 第一個層次——基礎(chǔ)性實驗。包括大學物理實驗理論、“力熱聲電光”等部分內(nèi)容。 第二個層次——提高性實驗。注重“力熱聲光電”等部分的提高性內(nèi)容，包括近代物理實驗的部分內(nèi)容。 第三個層次——綜合應(yīng)用性實驗。突出“力熱聲光電”及近代物理實驗等部分內(nèi)容的綜合性、應(yīng)用性。 第四個層次——研究性、創(chuàng)新型實驗。以“力熱聲光電”及近代物理實驗等部分內(nèi)容為基礎(chǔ)，設(shè)置研究與創(chuàng)新課題，學生也可以通過實驗學習自選題目，或選擇在實踐中感興趣的題目進行研究與創(chuàng)新的探索與訓練。其中完成優(yōu)秀的題目和學生可以直接參加大學生“自主學習與創(chuàng)新訓練”實驗競賽活動。 在上述四個層次中，都選擇一定的題目按“設(shè)計性”實驗進

24、行教學；同時四個層次中，進行一定時間范圍內(nèi)的“開放式”選課與教學，體現(xiàn)以學生為本的教育思想，有效地擴大實驗教學的信息量，拓展學生的視野和知識面；同時，又留給大學生充分的想象空間，為大學生搭建了一個親自動手進行自主學習、自主實驗、創(chuàng)新訓練的平臺。 七、 思考題的設(shè)置 每項實驗項目設(shè)置3-5個思考題，分別在實驗預(yù)習階段、現(xiàn)場操作階段、撰寫實驗報告階段，以口頭、書面等方式回答。 八、 實驗成績考核標準及方法： 1．以平時實驗成績?yōu)橹?，結(jié)合期末多元化的考核標準及方法。五記分制與百分制相結(jié)合，開卷與閉卷相結(jié)合，理論與實際操作相結(jié)合，課題小論文、設(shè)計實驗、自主學習實驗、創(chuàng)新訓練實驗、總結(jié)報

25、告等多元化、多層次、多角度相結(jié)合，綜合評價學生成績。 2．平時教學效果及成績采用“2-4-4”比分制的評價標準，即預(yù)習報告20%、現(xiàn)場操作40%、正式報告40%。 3．評分等級：每個實驗采用10分制，精確到0.5分?？偝煽?yōu)槊總€實驗成績相加匯總為五分制成績。A（90-100）B（80-89）C（70-79）D（60-69）E（0-59）。 4．對于進行“自主創(chuàng)新”實驗探索與實踐的報告或小論文等成績，給予一定的鼓勵。 九、 采用的實驗指導書 1.大學物理實驗（普通高等教育 “十一五” 國家級規(guī)劃教材），2011年8月第1次印刷（第四版），科學出版社，主編 張志東 魏懷鵬 展永。 2.大學物理實驗指導，2010年9月第1次印刷（第2版），天津大學出版社，主編 張旭。 十、 制定者：物理實驗中心 審定者： 批準者：