大学物理实验B(教学大纲32学时)
课程编号:11120002
课程名称:大学物理实验B。
课程类型:独立实践教学。
总学时:32。
适用专业:人工智能、网络、材物、材料、计科、油储、安工、电科、工管、应化、电气、车辆、汽服、机制、成型。
先修课程:大学物理、高等数学微积分部分。
一、课程性质与目的
物理实验课是高等理工科院校对学生进行科学实验基本训练的必修基础课程,是本科生接受系统实验方法和实验技能训练的开端。
二、课程任务
1.培养学生的基本科学实验技能,提高学生的科学实验基本素质,使学生初步掌握实验科学的思想和方法。培养学生的科学思维和创新意识,使学生掌握实验研究的基本方法,提高学生的分析能力和创新能力。
2.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,积极主动的探索精神,遵守纪律,团结协作,爱护公共财产的优良品德。
本课程重点支持以下毕业要求指标点:
4.2实验设计与实施能力 4.3归纳总结能力
三、课程基本要求
1.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。
(1)测量误差与不确定度的基本概念,能逐步学会用不确定度对直接测量和间接测量的结果进行评估。
(2)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。 用计算机通用软件处理实验数据的基本方法。
2.掌握基本物理量的测量方法。
例如:长度、质量、时间、热量、温度、湿度、压强、压力、电流、电压、电阻、磁感应强度、光强度等常用物理量及物性参数的测量,开设数字化测量技术和计算技术在物理实验教学中的应用。
3.了解常用的物理实验方法,并逐步学会使用。
例如:比较法、转换法、放大法,以及在近代科学研究和工程技术中的广泛应用的其他方法。
4.掌握实验室常用仪器的性能,并能够正确使用
例如:长度测量仪器、计时仪器、测温仪器、变阻器、电表、直流电桥、通用示波器、低频信号发生器、分光仪、电源和光源等常用仪器。
引进在当代科学研究与工程技术中广泛应用的现代物理技术,例如,激光技术、传感器技术等。
5.掌握常用的实验操作技术。例如:零位调整、水平/铅直调整、光路的共轴调整、消视差调整、逐次逼近调整、根据给定的电路图正确接线、简单的电路故障检查与排除。
6.适当介绍物理实验史料和物理实验在现代科学技术中的应用知识。
7.独立实验的能力——能够通过阅读实验教材、查询有关资料和思考问题,掌握实验原理及方法、做好实验前的准备;正确使用仪器及辅助设备、独立完成实验内容、撰写合格的实验报告;培养学生独立实验的能力,逐步形成自主实验的基本能力。
8.分析与研究的能力——能够融合实验原理、设计思想、实验方法及相关的理论知识对实验结果进行分析、判断、归纳与综合。掌握通过实验进行物理现象和物理规律研究的基本方法,具有初步的分析能力。
9.理论联系实际的能力——能够在实验中发现问题、分析问题并学习解决问题的科学方法,逐步提高学生综合运用所学知识和技能解决实际问题的能力。
10.创新能力——能够完成符合规范要求的设计性实验,
四、实验内容及学时分配
总学时32学时。学时分配如下:
1.绪论(怎样做好物理实验);第一章 物理实验基础知识 共4学时。
第1节 测量与误差、第2节 测量不确定度 共为2学时;第3节 物理实验有效数字处理、第4节 常用实验数据处理方法共为2学时。
2.实验教学分两个层次进行,共28学时。
(1)第一层次是基本实验,课时24学时。 该部分由序号2.1-2.18中选实验。
(2)第二层次是综合、设计性实验,课时4学时。 该部分内容是由序号5.1-512选实验。
3.每个实验的实验内容及学时分配如下(特殊情况下实验项目会有所调整):
序号 |
实验项目 名称 |
学时 |
主要实验内容 |
实验 类型 |
第二章-第四章 基本实验 |
2.1 |
照相底片密度的测量 |
3 |
1.学习读数显微镜的使用。 2.测量照相底片的密度。 3.学习误差分析与选择仪器。 4.复习游标卡尺、螺旋测微计的使用。 |
验证性 |
2.2 |
弹簧振子周期的测量 |
3 |
1.学习建立实验公式的实验方法,找出弹簧振子的周期公式。 2.通过公式简化、曲线直化和数据处理,学习作图和图解。 |
验证性 |
2.3 |
用三线摆测量物体的转动惯量 |
3 |
1. 理解物体的转动惯量的意义。 2. 学会用三线摆测定物体的转动惯量。 3. 学会用累积放大法测量周期运动的周期。 4. 验证转动惯量的平行轴定理。 |
验证性 |
2.4 |
用拉伸法测金属丝的杨氏模量 |
3 |
1.用静态拉伸法测金属丝杨氏模量。 2.学习使用光杠杆法测微小长度变化的原理和方法。 3.学会用逐差法处理数据。 4.学习合理选择仪器,减小测量误差。 |
验证性 |
2.5 |
液体的表面张力系数测量 |
3 |
1.学习传感器的定标方法。 2.测量纯水或其它液体的表面张力系数。 3.学习用Origin软件处理实验数据。 4.观察拉脱法测液体表面张力的物理过程和物理现象,并用物理学基本概念和定律进行分析和研究,加深对物理规律的认识。 |
综合性 |
2.6 |
稳态法测量不良导体的导热系数 |
3 |
1. 用稳态法测量不良导体(橡皮样品)的导热系数。 2. 学习用物体散热速率求热传导速率的实验方法。 3.学习温度传感器的应用方法。 |
验证性 |
2.7 |
冷却法测量金属的比热容 |
3 |
1.以铜为标准样品,测定铁、铝样品在100℃时的比热容。 2.学习用热电偶测温。 3.学习控制实验条件测量金属比热容。 |
验证性 |
2.8 |
液体比汽化热的测量 |
3 |
1.学习量热器的使用。 2.用集成温度传感器测量液体的温度。 3.学习传感器的定标方法。 4.测量液体的比汽化热。 |
验证性 |
2.9 |
迈克尔逊干涉仪的应用 |
3 |
1.迈克耳孙干涉仪的调节。 2.观察非定域干涉条纹。 3.测量氦氖激光的波长。 4.用逐差法处理实验数据。 |
验证性 |
2.10 |
分光计的调整与使用 |
3 |
1.学习分光计的原理和构造。 2.学习分光计的调节和使用。 3.测定三棱镜的顶角。 |
验证性 |
2.11 |
用CCD成像系统观测牛顿环 |
3 |
1.学习牛顿环的构造,原理。 2.学习简单光路的调整原则与方法——“共轴等高”调节。 2.用透射法观测等厚干涉。 3.利用等厚干涉现象测量平凸透镜的曲率半径。 4.学习用Origin软件处理实验数据。 |
综合性 |
2.12 |
光敏电阻基本特性的测量 |
3 |
1.在一定照度下,测量光敏电阻的电压与光电流的关系; 2.在一定电压下,测量光敏电阻的照度与光电流的关系。 3.学习对实验结果进行规律总结。 |
验证性 |
2.13 |
读数显微镜测牛顿环曲率半径 |
3 |
1.学习牛顿环的构造,原理。 2.读数显微镜的基本调节和测量操作。 3.用牛顿环法测量透镜的曲率半径的实验方法 4.学习用图解法或逐差法处理数据。 |
验证性 |
2.14 |
直流电桥测电阻 |
3 |
1.惠斯通电桥测量电阻。 2.根据给定的电路图正确接线。 3.简单的电路故障检查与排除。 4.学习万用表、稳压电源、恒流源、电阻箱的使用。 |
验证性 |
2.15 |
数字示波器的操作与使用 |
3 |
1.学习示波器的使用。 2.用示波器测量波形的周期、电压。 3.观测李萨如图形。 4.学习低频信号发生器的使用。 |
验证性 |
2.16 |
集成霍尔传感器的特性测量与应用 |
3 |
1.学习集成霍耳传感器的工作原理。 2.用通电螺线管中心点处磁感应强度的理论计算值校准集成霍耳传感器的灵敏度; 3.测量螺线管内磁感应强度沿螺线管中轴线的分布,并与相应的理论曲线比较; 4.学习补偿法。 |
验证性 |
2.17 |
用弯曲法测固体的杨氏模量 |
3 |
1.掌握用弯曲法测量固体材料的杨氏模量。 2.正确选择和使用常规测长仪器。 |
验证性 |
2.18 |
亥姆霍兹线圈磁场的测量 |
3 |
1.学习用磁场传感器测量磁场的方法。 2.测量单个通电圆线圈中磁感应强度。 3.测量亥姆霍兹线圈轴线上各点的磁感应强度。 |
验证性 |
第五章 设计性实验 |
5.1 |
抛射体运动的研究 |
4 |
1.对运动独立性原理进行研究:得出运动规律:写出运动物体在水平和垂直方向的运动公式,算出重力加速度及其百分误差。 2.用数码相机动画功能,分时均匀采样记录抛射体运动物体的多帧照片,分析它的水平和垂直运动。 3.用计算机软件处理实验数据,制作抛射体运动的轨迹图。 4.根据实验室提供的仪器,完成上述内容,设计实验方案,写出实验步骤。 |
设计性 |
5.2 |
测硬币的密度 |
4 |
1.力敏传感器的定标。 2.测量不规则物体的密度。 3.用逐差法处理传感器定标数据。 4.根据实验室提供的仪器,完成上述内容。自行设计实验实施方案(写出实验步骤,写出要测量的量,自拟数据记录和数据处理表格) 。 |
设计性 |
5.3 |
数字温度计的设计制作 |
4 |
1.温度传感器AD590的定标。 2.应用AD59 0的特性,用电桥法制作测温范围为0
-50
的数字温度计。 3.用自制温度计和标准温度计进行数据对比,求出百分误差。 4.根据实验室提供的仪器,完成上述内容,设计实验方案,写出实验步骤。 |
设计性 |
5.4 |
读数显微镜测牛顿环曲率半径 |
4 |
1.用读数显微镜观测牛顿环。 2.用透射法或反射法观测牛顿环。 3.测量平凸透镜的曲率半径,用作图法处理数据。 4.根据实验室提供的仪器,完成上述内容。自行设计实验实施方案(写出实验步骤,写出要测量的量,自拟数据记录和数据处理表格) 。 |
设计性 |
5.5 |
用分光计研究汞灯光谱 |
4 |
1.用分光计,研究汞灯光谱。 2.测定所能测到的全部汞灯谱线,并与参考值比较。 3.根据实验室提供的仪器,完成上述内容。自行设计实验实施方案(写出实验步骤,写出要测量的量,自拟数据记录和数据处理表格) 。 |
设计性 |
5.6 |
自组显微镜 |
4 |
1.根据显微镜的构造原理自组显微镜。 2.测定显微镜的放大率,并用不确定表示。 3.根据实验室提供的仪器,完成上述内容,设计实验方案,写出实验步骤。 |
设计性 |
5.7 |
望远镜组装 |
4 |
1.根据望远镜的构造原理自组装望远镜;要求放大倍数为 50左右。 2.测定望远镜的放大率,并用不确定表示。 3.根据实验室提供的仪器,完成上述内容,设计实验方案,写出实验步骤。 |
设计性 |
5.8 |
非线性元件的伏安特性测量 |
4 |
1.测量线性和非线性电阻元件(电阻、二极管、灯泡)伏安特性,并绘制其特性曲线。 2.运用伏安法判定电阻元件的类性。 3.电路的正确连接,故障判断。 4.根据实验室提供的仪器,完成上述内容。自行设计实验实施方案(实验电路,写出实验步骤,写出要测量的量,自拟数据记录和数据处理表格) 。 |
设计性 |
5.9 |
用双踪示波器测RLC电路的相位关系
|
4 |
1.当RLC串联时,用示波器分析出各元件的电压相位关系; 2. 当RLC并联时,用示波器分析出流过各元件电流的相位关系 3.根据实验室提供的仪器,完成上述内容。自行设计实验实施方案(实验电路,选择参数,写出实验步骤,写出要测量的量,自拟数据记录和数据处理表格) 。 |
设计性 |
5.10 |
RC、RL暂态电路的研究 |
4 |
1.RC电路充电和放电过程中电容电压变化的测量; 2.RC电路充电过程中电流变化的测量; 3.时间常数测定的过程中Uc充电到63.2% Us及放电时Uc从Us下降到36.8%Us 时计时的掌握。 4.根据实验室提供的仪器,完成上述内容。自行设计实验实施方案(实验电路,写出实验步骤,写出要测量的量,自拟数据记录和数据处理表格) 。 |
设计性 |
5.11 |
RLC暂态电路的研究 |
4 |
1.用示波器观察二阶电路过阻尼、临界阻尼和欠阻尼三种情况下的响应波形。 2.利用响应波形计算二阶电路暂态过程的有关参数; 3.观察动态电路状态轨迹。 4.根据实验室提供的仪器,完成上述内容。自行设计实验实施方案(实验电路,写出实验步骤,写出要测量的量,自拟数据记录和数据处理表格) 。 |
设计性 |
5.12 |
电表的改装与校正 |
4 |
1.将表头(100µA )的电流表改装成10mA电流表(扩大量程),校正改装后的表; 2.将表头(100µA )的电流表改装成1V的电压表,校正改装后的表; 3.画出电表校正曲线。 4.根据实验室提供的仪器,完成上述内容。自行设计实验实施方案(实验电路,写出实验步骤,写出要测量的量,自拟数据记录和数据处理表格) 。 |
设计性 |
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五、考核方式
本课程的考核以平时实验考核为主,平时实验成绩占总成绩的100%。
1.平时成绩评定为二部分
(1)每个实验一个成绩,其评分以实验预习实验操作(60%);实验结果及实验报告为主要依据(40%)两个方面为考核内容。
(2)期末设计性实验一个成绩。其评分(实验报告)以实验方案设计(40%)、实验操作(30%)、实验数据处理和实验总结(含实验结果分析讨论)报告为主要依据(30%)三个方面为考核内容。
2.考核分配比例
基础实验占总成绩的70%,期末设计性实验占总成绩的30%。
3.考核等级
考核分5个等级,分别为:
等级 |
优 |
良 |
中 |
及格- |
不及格 |
百分制 |
90~100 |
80~89 |
70~79 |
60~69 |
<60 |
学期末,实验成绩登记(按百分制)、建档,上报学校教务处。
六、推荐实验教材和教学参考书
1.教材:
《大学物理实验》,章国荣等自编讲义。
2.参考书:
(1)徐电东,陈世涛. 大学物理实验.成都:西南交通大学出版社,2003.
(2)林伟华.大学物理实验.北京:高等教育出版社,2017.
(3)贾小兵,杨茂田,殷洁,包刚.大学物理实验.北京:人民邮电出版社,2003.
(4)郑庚兴,王和平.大学物理实验.上海:上海科学技术文献出版社,2004.
(5)张进治.大学物理实验.北京:电子工业出版社,2003.
(6)秦艳芬.大学物理实验.北京:清华大学出版社,2012.
编写:金淑华
审核:
2024年2月