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《大学物理实验》教学大纲
编辑:      发表时间:[2016-11-03]       阅读:959

课程名称:大学物理实验

课程编号:110287

课程性质:必修

课程模块基础课

实验教材名称: 大学物理实验

总学分: 2.0学分

实验总学时: 56学时

开设实验项目数: 18项

开设实验学期: 一年级第2学期或二年级第1学期

适用专业工科本科各专业

先修课程高等数学

是否独立设课:是

 

一、实验目的

大学物理实验的目的是使学生掌握物理实验和测量的基本原理和方法;使学生能灵活运用所学原理和方法,分析和设计具体实验过程;通过科学而系统的实验训练,培养学生观察、分析实验现象的本领和独立工作、相互合作的能力。

二、实验基本要求

1.在实验准备阶段,要求学生熟悉常用仪器的基本原理和性能,并了解其使用方法。学生认真预习实验课本,明确实验目的,实验原理,实验方法与步骤。实验结果的预计,通过理论分析,对实验结果进行分析和估算,并完成预习报告。拟出实验步骤,设计实验数据表格。 实验前教师要亲自检查仪器和设备情况。每次实验学生必须提前预习。教师需对学生的预习情况进行检查,合格后,学生才能开始做实验。实验时要注意安全,如发现有异常气味或事故时,应立即切断电源,保持现场,并向指导教师报告,待故障排除后才能继续进行实验。

2.在实验过程中,要求学生能够正确记录、处理实验数据,分析判断实验结果。教师要向学生提问,引导学生深入思考与实验现象有关的一些问题,着力培养学生观察实验,综合思考问题的能力,使学生会分析和研究问题的方法。学生要正确操作,仔细观察,真实记录实验数据的结果。实验后,经教师检查并签名,实验及原始数据记录才有效。实验做完后先不拆线路,应将实验记录送交指导教师审阅,经同意后再拆除线路,清理现场,并将全部仪器设备恢复原状,设备整理后的情况应让指导老师过目,经指导教师同意后才能离开实验室。

3.实验报告能体现学生正确运用所学知识和理论、分析与解决实际问题的能力。内容包含实验目的、实验原理、实验原材料及仪器设备、实验内容、实验方法与步骤、实验结果分析与结论、回答问题与讨论等内容。

学生应按时独立完成实验报告的撰写工作,语言简练,书写整齐,图表清晰、正确。

三、主要仪器设备

分光计、电流表、电压表、直流稳压电源、电位差计、转动惯量仪、气垫导轨、杨氏模量仪、信号源、声速测定仪、迈克尔逊干涉仪、读数显微镜、霍尔效应仪等。

四、实验考核与成绩评定

本课程为56学时,开设了18个实验项目,每个实验项目4学时,可以根据实际情况完成其中的14个实验项目。教师根据学生的预习情况、实验操作过程及完成情况,为学生的操作环节评分。

本课程以学生的平时成绩(包括课堂实验操作成绩和实验报告撰写成绩两部分)为总评成绩的主要依据(占比80%-90%),在最后一次实验课进行课内考核(占比10%-20%),对学生的科学实验能力、实验自学和组织能力、实验数据分析能力以及实验报告的撰写能力等进行考核。

五、实验项目设置与内容

(一)计划内实验

实验项目一

(1)项目名称数据处理基本知识和实验基本知识训练

(2)实验模块基础实验

(3)实验类型验证

(4)实验学时4学时

(5)每组人数1人

(6)开出要求必做

(7)实验内容掌握误差基本理论、有效数字的运算;掌握不确定度的分类和基本运算方法;基本实验知识和实验室规则;预习报告、实验报告的撰写方法。

(8)实验目的1)掌握误差基本理论、有效数字的运算;2)掌握不确定度的分类和基本运算方法;3)理解数据处理基本方法;4)了解物理实验的基本实验步骤和过程。

(9)主要仪器设备及套数:投影仪,计算机;1套 。

(10)所在实验室多媒体教室

实验项目二

(1)项目名称分光计的调整与使用

(2)实验模块基础实验

(3)实验类型验证

(4)实验学时4学时

(5)每组人数1人

(6)开出要求必做

(7)实验内容学习分光计的调整方法;学习角游标的正确读数方法。

(8)实验目的1)了解分光计的基本结构和原理,初步掌握调整方法;2)掌握分光计测量角度的方法。

(9)主要仪器设备及套数: 分光计,双反镜;32套。

(10)所在实验室物理实验中心

实验项目三

(1)项目名称用扭转法测量物体的转动惯量

(2)实验模块基础实验

(3)实验类型验证

(4)实验学时4学时

(5)每组人数1人

(6)开出要求必做

(7)实验内容掌握仪器的调节与转动惯量的测量;掌握电子天平、卡尺、光电记时装置的正确使用。

(8)实验目的1)掌握一般仪器水平调节方法;2)掌握力学基本量的测量,包括长度、质量、时间;3)理解百分差的概念和计算,掌握有效数字计算;4)理解和验证平行轴定理。

(9)主要仪器设备及套数: 转动惯量仪,电子天平,卡尺,光电计时装置;32套

(10)所在实验室物理实验中心

实验项目四

(1)项目名称速度和加速度的测量

(2)实验模块基础实验

(3)实验类型验证

(4)实验学时4学时

(5)每组人数1人

(6)开出要求选做

(7)实验内容掌握用光电计时装置间接测量滑块在气垫导轨上运动的瞬时速度和加速度。

(8)实验目的1)掌握气垫导轨水平调节方法,掌握瞬时速度和加速度的测量方法;2)掌握用图解法处理数据,理解外推法作图的概念;3)掌握用计数器测量时间的方法;4)掌握间接测量量不确定度的估算方法。

(9)主要仪器设备及套数: 气垫导轨,滑块,光电计时装置;32套。

(10)所在实验室物理实验中心

实验项目五

(1)项目名称数字示波器的调节与电信号的测量

(2)实验模块基础实验

(3)实验类型验证

(4)实验学时4学时

(5)每组人数1人

(6)开出要求选做

(7)实验内容掌握示波器的基本使用方法;学会用示波器测量交流信号的纹波因数。

(8)实验目的1)了解示波器的工作原理并掌握其使用方法;2)了解示波器的作用及用途;3)掌握用示波器观测交流信号的有效电压值、波形、纹波因数。

(9)主要仪器设备及套数: 示波器,信号发生器, 整流滤波板;32套。

(10)所在实验室物理实验中心

实验项目六

(1)项目名称等厚干涉的应用

(2)实验模块基础实验

(3)实验类型验证

(4)实验学时4学时

(5)每组人数1人

(6)开出要求必做

(7)实验内容学习用牛顿环测量透镜的曲率半径,用劈尖测量微小厚度;用差数平均法正确处理数据。

(8)实验目的1)理解等厚干涉的特点;2)掌握读数显微镜的调节和使用;3)掌握用等厚干涉测量透镜的曲率半径及微小厚度;4)掌握差数平均法。

(9)主要仪器设备及套数: 读数显微镜,牛顿环,劈尖;32套。

(10)所在实验室物理实验中心

实验项目七

(1)项目名称稳恒电流场模拟静电场

(2)实验模块基础实验

(3)实验类型验证

(4)实验学时4学时

(5)每组人数1人

(6)开出要求选做

(7)实验内容掌握静电场的模拟测量;静电场的准确模拟测量,包括平移探针架、准确确定电压等。

(8)实验目的1)掌握模拟测量法,包括其特点、分类、条件、计算方法;2)掌握绘制静电场图的方法,包括电极、等电势线、电力线的画法;3)掌握百分差的计算及其有效位数的确定。

(9)主要仪器设备及套数: 静电场模拟测绘仪;32套。

(10)所在实验室物理实验中心

实验项目八

(1)项目名称单臂电桥测电阻

(2)实验模块基础实验

(3)实验类型设计

(4)实验学时4学时

(5)每组人数1人

(6)开出要求必做

(7)实验内容单臂电桥线路的设计;单臂电桥的连接、正确使用;自组单臂电桥的连接与使用;比例臂、比较臂的正确预设;不同比例臂对电桥灵敏度的影响。

(8)实验目的1)了解平衡测量法,包括特点、条件、计算方法;2) 掌握单臂电桥的使用方法,包括比例臂值的选取、电路平衡的调节、测量值的计算、灵敏度的计算、测量误差的估算(包括仪器误差限、灵敏度误差);3) 掌握自组单臂电桥的组装、使用、测量及误差估算;4)掌握电学基本仪器的使用,包括检流计(平衡指示仪)、电阻箱、稳压电源

(9)主要仪器设备及套数: 稳压电源,自组电桥实验板,检流计,电阻箱;32套。

(10)所在实验室物理实验中心

实验项目九

(1)项目名称电子元件的伏安特性研究

(2)实验模块基础实验

(3)实验类型综合

(4)实验学时4学时

(5)每组人数1人

(6)开出要求选做

(7)实验内容掌握电学基本仪器的正确使用;电表的正确读值。

(8)实验目的1)掌握用伏安法测量电阻的方法、电表内阻引起的可修正系统误差的修正及电路两种联线方式;2) 掌握电表量程的选择原则;3) 掌握直接、间接测量量的不确定度估算与数据处理;4)掌握电学基本仪器的正确使用,包括电流表、电压表、稳压电源、电阻箱、滑线变阻器;5)了解非线性电阻的测量,掌握非线性测量数据采集的基本方法。

(9)主要仪器设备及套数: 电压表,电流表,滑线变阻器,非线性电阻,电阻;32套。

(10)所在实验室物理实验中心

实验项目十

(1)项目名称稳态法测不良导体的导热系数

(2)实验模块基础实验

(3)实验类型验证

(4)实验学时4学时

(5)每组人数1人

(6)开出要求选做

(7)实验内容1)用热电偶测量传热达到稳态时样品上下面的温度θ1和θ2;2)测量散热盘在温度θ2时的冷却速率

(8)实验目的1)掌握仪器的温度控制;2)掌握热电偶测量温度及热电偶分度值表的使用;3)掌握用稳态法测量材料导热系数的方法。

(9)主要仪器设备及套数: 导热系数测定仪,卡尺,样品;32套。

(10)所在实验室物理实验中心

实验项目十一

(1)项目名称空气中声速的测量

(2)实验模块基础实验

(3)实验类型验证

(4)实验学时4学时

(5)每组人数1人

(6)开出要求选做

(7)实验内容超声波声速测量仪的调节和使用方法;用驻波法、相位法、测量空气中的声速。

(8)实验目的1)掌握超声波声速测量仪的调节和使用方法;(2)掌握驻波法、相位法、双踪法测量空气中的声速;3)掌握差数平均法处理数据的方法。

(9)主要仪器设备及套数: 声速测量仪,示波器,信号源;32套

(10)所在实验室物理实验中心

实验项目十二

(1)项目名称迈克尔逊干涉仪的使用

(2)实验模块基础实验

(3)实验类型验证

(4)实验学时4学时

(5)每组人数2人

(6)开出要求必做

(7)实验内容学会用迈克尔逊干涉仪测量波长、波长差。

(8)实验目的1)了解迈克尔逊干涉仪在物理学史上的重大意义;2)掌握等倾干涉、等厚干涉、定域干涉、非定域干涉的特点;3)掌握迈克尔逊干涉仪的调节及使用方法;4)掌握用迈克尔逊干涉仪测量波长、波长差。

(9)主要仪器设备及套数: 迈克尔逊干涉仪,氦氖激光器,钠灯,扩束镜;16套。

(10)所在实验室物理实验中心

实验项目十三

(1)项目名称金属丝杨氏模量测量方法的研究

(2)实验模块基础实验

(3)实验类型设计

(4)实验学时4学时

(5)每组人数1人

(6)开出要求必做

(7)实验内容掌握用放大测量法测量微小伸长量的变化;掌握望远镜的调整方法。

(8)实验目的1)掌握望远镜的使用方法;2)了解放大测量法的特点,并掌握用光杠杆测量微小长度变化的方法;3)掌握用差数平均法处理实验数据;4)掌握力学基本量的测量方法;5)掌握直接、间接测量量的误差估算及数据处理。

(9)主要仪器设备及套数: 杨氏模量测量仪,钢卷尺,千分尺;32套。

(10)所在实验室物理实验中心

实验项目十四

(1)项目名称用霍尔元件测量磁感应强度

(2)实验模块基础实验

(3)实验类型验证

(4)实验学时4学时

(5)每组人数1人

(6)开出要求选做

(7)实验内容掌握霍尔元件参数的测量方法。

(8)实验目的1)掌握换向开关的原理和使用方法;2)掌握消除不等位电压副效应的方法;3)掌握由作图法处理数据;4)掌握由实验现象判断霍尔元件导电类型的方法。

(9)主要仪器设备及套数: 霍尔效应实验仪;32套。

(10)所在实验室物理实验中心

实验项目十五

(1)项目名称高电势电位差计的应用

(2)实验模块基础实验

(3)实验类型设计

(4)实验学时4学时

(5)每组人数1人

(6)开出要求必做

(7)实验内容掌握电位差计的使用方法,及其电压表、电流表的校准线路的设计。

(8)实验目的1)补偿测量法和平衡测量法的特点;2)掌握电位差计的测量原理和方法;3)掌握线路设计,用电位差计校准电压表、电流表;4)了解估算灵敏度引入的误差。

(9)主要仪器设备及套数: 电位差计,滑线变阻器,电压表,电源;32套。

(10)所在实验室物理实验中心

实验项目十六

(1)项目名称双臂电桥测量低值电阻

(2)实验模块基础实验

(3)实验类型综合

(4)实验学时4学时

(5)每组人数1人

(6)开出要求必做

(7)实验内容学会用双臂电桥测量电阻温度系数。

(8)实验目的1)掌握双臂电桥测量低值电阻的原理;2)掌握平衡测量法的特点;双臂电桥的使用方法;3)掌握四端电阻的原理和正确的接线方法;4)掌握最小二乘法处理数据。

(9)主要仪器设备及套数: 双臂电桥,标准电阻,温度测量系统;32套。

(10)所在实验室物理实验中心

实验项目十七

(1)项目名称衍射光栅特性的研究

(2)实验模块基础实验

(3)实验类型综合

(4)实验学时4学时

(5)每组人数1人

(6)开出要求必做

(7)实验内容学会用分光计测量光栅的主要参数。

(8)实验目的1)掌握分光计的调节和使用方法;2)观察衍射现象,掌握衍射测量技术;3)掌握角坐标的读数方法;4)掌握光栅常数的测量方法;5)了解测量未知光波长的方法。

(9)主要仪器设备及套数: 分光计,光栅,汞灯;32套。

(10)所在实验室物理实验中心

实验项目十八

(1)项目名称电阻应变片传感器的桥路性能

(2)实验模块基础实验

(3)实验类型综合

(4)实验学时4学时

(5)每组人数2人

(6)开出要求选做

(7)实验内容了掌握电阻应变传感器电压输出灵敏度的测量方法;仪器电路的搭建和应变片灵敏度的测量。

(8)实验目的1)了解电阻应变片的转换原理和直流应变电桥的特性;2)掌握电阻应变传感器电压输出灵敏度的测量方法;3)比较不同电阻应变片组桥的应变电桥的特性。

(9)主要仪器设备及套数: 传感器实验仪;16套。

(10)所在实验室物理实验中心

(二)计划外实验

实验项目一

(1)项目名称参观演示实验室

(2)实验模块固定拓展性实验

(3)实验类型验证

(4)实验学时2学时

(5)每组人数

(6)开出要求选做

(7)实验内容参观演示实验室

(8)实验目的观察各种物理现象,了解其中的物理知识

(9)主要仪器设备及套数: 激光琴,海市蜃楼,手摇发电机,流体演示仪,三球仪,光栅光谱演示仪,雅各布天梯等;各1套。

(10)所在实验室物理实验中心

实验项目二

(1)项目名称利用气垫导轨验证动量守恒定律

(2)实验模块固定拓展性实验

(3)实验类型验证

(4)实验学时4学时

(5)每组人数2人

(6)开出要求选做

(7)实验内容气垫导轨验证动量守恒定律

(8)实验目的掌握气垫导轨水平调节方法;掌握瞬时速度和加速度的测量方法;验证动量守恒定律。

(9)主要仪器设备及套数: 气垫导轨,滑块,光电计时装置;32套。

(10)所在实验室物理实验中心

实验项目三

(1)项目名称物体转动惯量测量方法的研究

(2)实验模块固定拓展性实验

(3)实验类型设计

(4)实验学时4学时

(5)每组人数2人

(6)开出要求选做

(7)实验内容物体转动惯量测量方法的研究

(8)实验目的理解转动惯量的物理意义;掌握转动惯量的多种测量方法;验证和理解平行轴定理。

(9)主要仪器设备及套数: 转动惯量仪,电子天平,卡尺,光电计时装置;32套

(10)所在实验室物理实验中心

实验项目四

(1)项目名称杨氏模量测量方法的研究

(2)实验模块固定拓展性实验

(3)实验类型设计

(4)实验学时4学时

(5)每组人数2人

(6)开出要求选做

(7)实验内容用改变光杠杆放大倍数的方法测量杨氏模量

(8)实验目的探索一种测量杨氏模量的新方法

(9)主要仪器设备及套数: 杨氏模量测量仪 32套

(10)所在实验室物理实验中心

实验项目五

(1)项目名称迈克尔逊干涉仪高级调整技术研究

(2)实验模块固定拓展性实验

(3)实验类型综合

(4)实验学时4学时

(5)每组人数2人

(6)开出要求选做

(7)实验内容测量白炽灯光的相干长度和相干时间

(8)实验目的(1)掌握迈克尔逊干涉仪的调节及使用方法;(2)掌握用迈克尔逊干涉仪测量相关长度、相干时间。

(9)主要仪器设备及套数: 迈克尔逊干涉仪,白炽灯;16套。

(10)所在实验室物理实验中心

 

、主要参考书

《大学物理实验》 凌亚文,华中文,史彭.科学出版社.2005.第1版

《大学物理实验》 冯小娟,史彭.陕西教育出版社.2000.第1版

《普通物理实验》马黎君.清华大学出版社.2015.第1版

 

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