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物理实验(ⅠA)教学大纲
发布时间:2021-04-12  查看次数:
 
实践环节:实验教学       学时/学分:24/2
适用专业:土木;建筑环境;给排水;环本;无机;新能源;物联网;机械类;机本;通信;电信;测控。
开设单位:基础教学部物理实验室
一、实践环节简介
物理学是是一门实验科学。在物理学的发展过程中实验是决定性的因素。作为培养高级工程技术人才的高等工业学校,不仅应使学生具备比较深广的理论知识,还应使学生具有较强的从事科学实验的能力。物理实验课是学生进入大学后进行系统实验技能训练的开端,是一门独立的、必修的基础课程。物理实验的知识方法、习惯和技能是学生进行后续实践训练的基础,也是毕业后从事各项科学实验的基础。
只有具备较为深广的理论知识和较强的近代科学实验能力的大学毕业生,才是当代社会所欢迎的科技人才。
二、对毕业要求的支撑
毕业要求1:物理实验能够为电子物理、电子工程、光源工程光科学信息工程等学科的实验教学打下基础。.
毕业要求2:物理实验能够在材料学科中提供材料的物性测试、新材料的研究和新材料制备方法的研究提供基本的实验方法和技巧。
毕业要求3:物理实验研究方法能够加深对物理理论的理解和掌握,在实践中提高发现问题、分析问题和解决问题的能力。
三、实践环节教学目标
物理实验课是对高等工科院校学生进行科学实验基本训练的一门独立的必修基础课程,是学生进入大学后受到系统实验方法和实验技能训练的开端,是工科类专业对学生进行科学实验训练的重要基础。
本课程要在中学物理实验的基础上,按照循序渐进的原则,系统地学习物理实验的基本知识、基本方法和技能,使学生了解搞科学实验的主要程序和基本方法,为今后专业实验课以至将来的工作打下良好的基础。具体任务是:
1. 通过对实验现象的观察、分析和物理量的测量,学习物理实验知识;
2. 培养与提高学生的科学实验能力;
3. 培养和提高学生的科学实验素质,要求学生具有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,进取、探索的精神,遵守纪律,爱护公物的优良品德。
四、实践内容及基本要求
1.绪论 误差和数据处理部分
(1)误差的基本概念;
(2)直接测量结果的误差(可用仪器误差或估计误差表示误差结果的误差限,用标准偏差表示测量结果的随机误差):
(3)间接误差结果的计算;
(4)系统误差的来源及简单分析,减少或消除系统误差的一般方法;
(5)有效数字的概念,数据处理的基础知识。
2.必做实验部分
实验一:长度测量、固体密度的测定
游标卡尺、千分尺、物理天平使用要领,静力称衡法测固体密度的原理。
(1)会操作游标卡尺、千分尺、物理天平;
(2)掌握测长法和流体静力称衡法测固体密度的原理及方法;
(3)掌握正确记录数据及数据处理。
主要实验仪器:卡尺、千分尺、物理天平。
实验学时:2学时 实验者类别:本科 
实验属性:验证    每组人数:2人
实验二:验证动量守恒定律
验证弹性碰撞中动量守恒定律,验证非弹性碰撞中动量守恒定律。
(1)验证动量守恒定律;
(2)掌握气垫导轨和电子数字计时系统的使用方法;
主要实验仪器:气垫导轨、数字计时仪、物理天平。
实验学时:2学时 实验者类别:本科 
实验属性:验证    每组人数:2人
实验三:拉伸法测量钢丝的杨氏模量
调节杨氏模量仪,使立柱铅直;调节光杠杆系统,从望远镜中能清楚的看到标尺上的刻度,且无视差,测量钢丝在外力作用下长度的微小变化量。逐一增加砝码,并记录砝码重量及对应标尺的读数,再逐一减砝码,记录相应读数。计算对应同一拉力下两次读数的平均值,选择合适的仪器(米尺、钢板尺和千分尺),测量钢丝的有效长度、反射镜到标尺的距离、平面镜下后足到两前足连线的垂直距离各1次,测量钢丝的直径5次,采用逐差法求出杨氏模量的值。
(1)认识选取合理的实验条件,减小系统误差的重要意义;
(2)掌握用逐差法处理数据;
(3)理解用光杠杆测量微小的长度变化量的原理。
主要实验仪器:杨氏模量仪、光杠杆系统、米尺、钢板尺、千分尺、砝码。
实验学时:2学时 实验者类别:本科 
实验属性:验证    每组人数:2人
实验六:电表的改装与校准
将微安表改装成电流表,计算分压电阻Rp 用标准表校准改装的电流表,将微安表改装成电压表,计算分流电阻Rs,用标准表校准改装的电压表。
(1)掌握将微安表改装成较大量程电流表和电压表的原理和方法;
(2)掌握用比较法校准电流表和电压表方法;
(3)学会绘出电表的校准曲线。
主要的实验仪器:微安表、毫安表、伏特表、电源。
实验学时:2学时 实验者类别:本科 
实验属性:设计 每组人数:2人
实验七:示波器的原理和使用
从物理学的角度了解示波器的结构和工作原理;学会双踪示波器的调节方法。掌握用示波器测量电压、电信号周期或频率的方法,学会合成李萨如图形并测未知信号的频率。
(1)掌握示波器的扫描原理和示波器、函数波发生器的调节方法;
(2)掌握用示波器观测电信号的波形,测量电压和频率。
主要实验仪器:示波器、函数信号发生器。
实验属性:验证 每组人数:2人
实验八:霍耳效应法测磁场
熟悉霍尔效应仪,调节霍尔元件工作电流Is和电磁铁励磁电流Im,测绘VH-Is曲线。并判断VH与Is呈何关系,测绘VH-Im曲线,并求出磁感应强度B的大小。判断VH与Im呈何关系。
(1)掌握用霍尔效应法测量磁场;
(2)掌握霍尔效应仪的连接方法。
主要实验仪器:霍尔效应实验仪、霍尔效应实验装置。
实验学时:2学时 实验者类别:本科 
实验属性:验证    每组人数:2人
实验九:UJ31型直流电位差计的使用
直流电位差计的补偿法工作原理;用直流电位差计校准电压表;掌握仪器的使用方法。按要求算出电表等级,画出校准曲线。
(1)掌握直流电位差计的补偿法工作原理;
(2)掌握直流电位差计校准电压表方法;
(3)掌握标准电池的输出电动势的计算方法。
主要实验仪器:UJ31型直流电位差计、直流稳压电源、光点检流计、标准电池、毫伏表。
实验学时:2学时 实验者类别:本科 
实验属性:验证    每组人数:2人
实验十二:等厚干涉—牛顿环测透镜的曲率半径
调节读数显微镜,看到清楚的明暗条纹,且条纹与叉丝无视差;将牛顿环调整在量程范围内,使十字叉丝依次对准干涉条纹左边第25、24、23、22、21、20、19、18、17、16、等暗环环纹中央,记下每次暗环对应的显微镜标尺上读数值;继续转动副齿轮,使十字叉丝经过牛顿环中心暗斑到右边干涉条纹,对准第16~25级干涉条纹暗环环纹中央,依次记下相应的显微镜标尺上读数值。用逐差法处理数据,应用原理公式算出R即可。
(1)观察等厚干涉现象,巩固干涉概念,认识干涉的应用;
(2)掌握由已知光波波长测定牛顿环仪凸透镜的曲率半径的方法。
主要实验仪器:牛顿环仪、钠光灯、读数显微镜。
实验学时:2学时 实验者类别:本科
实验属性:验证   每组人数:2人
实验十三:分光计的原理和使用
使学生深入了解分光计的构造和设计原理,学会调整分光计的正确方法,分光计的主要光学元件望远镜的调整:本实验主要使用自准直法使望远镜对无限远调焦,用双面反射镜使望远镜的光轴与仪器的主轴垂直。
(1)认识分光计的结构和各部分的作用;
(2)掌握调整分光计的方法和角游标的读数方法;
(3)掌握测定三棱镜顶角的方法。
主要实验仪器:分光计、汞灯、三棱镜。
实验学时:2学时 实验者类别:本科
实验属性:验证   每组人数:2人
实验十四:光电效应实验(普朗克常数)的测定
了解光电效应的原理,光电管的伏安特性曲线。
(1)了解光电效应的规律,加深对光的量子性的理解;
(2)测量普朗克常数h。
主要实验仪器: 智能光电效应实验仪。
实验学时:2学时 实验者类别:本科
实验属性:验证   每组人数:2人
3.选做部分
实验十五:迈克耳逊干涉仪的调节和使用(选做)
调节和观察非定域干涉条纹,利用非定域干涉条纹测量He-Ne激光波长,调节和观察等倾干涉条纹。调出严格的等倾干涉条纹,观察总结条纹粗细和密度(间距)的变化规律,并解释之。
(1)会操作迈克耳逊干涉仪;
(2)认识非定域干涉现象;
(3)掌握用干涉仪测量激光波长的方法。
主要实验仪器:迈克尔逊干涉仪、He-Ne激光器。
实验学时:2学时 实验者类别:本科
实验属性:验证   每组人数:2人
实验十六:三棱镜玻璃折射率的测定(选做)
在练习用最小偏向角法测定棱镜玻璃折射率的同时,掌握测角计的调节和使用方法,观察了解棱镜的色散和光谱的一般特征。
(1)掌握分光计的调整和使用方法;
(2)认识三棱镜对汞灯的色散现象;
(3)掌握三棱镜对汞灯不同波长谱线的折射率的测量方法。
主要实验仪器:分光计、汞灯、三棱镜。
实验学时:2学时 实验者类别:本科
实验属性:验证   每组人数:1
实验十七:自组望远镜、显微镜(选做)
通过自组望远镜和显微镜,加深对其结构原理的理解,并掌握放大率的测量方法。
(1)加深了解显微镜和望远镜的结构原理;
(2)学会自组简单的显微镜和望远镜;
(3)测定自组显微镜和望远镜的放大倍数。
主要实验仪器:光学平台(溴钨灯、微尺、物镜、目镜、正像棱镜即保罗棱镜系统)。
实验学时:2学时 实验者类别:本科
实验属性:设计性   每组人数:2人
 
课 时 分 配 表
序号
实践课程内容
实践地点
实践形式及方法
学时数
备注
1
绪论
实验室
讲授
2
 
2
长度测量固体密度的测定
实验室
动手操作
2
验证性
3
验证动量守恒定律
实验室
动手操作
2
验证性
4
拉伸法测杨氏模量
实验室
动手操作
2
验证性
5
电表的改装和校准
实验室
动手操作
2
设计性
6
示波器的原理和使用
实验室
动手操作
2
验证性
7
霍尔效应研究及测量磁场
实验室
动手操作
2
验证性
8
UJ31型直流电位差计的使用
实验室
动手操作
2
验证性
9
等厚干涉—牛顿环测透镜的曲率半径
实验室
动手操作
2
验证性
10
分光计的原理和使用
实验室
动手操作
2
验证性
11
光电效应实验(普朗克常数)的测定
实验室
动手操作
2
验证性
12
迈克尔逊干涉仪的使用与调整
实验室
动手操作
2
验证性(选做)
13
三棱镜玻璃折射率的测定
实验室
动手操作
2
验证性(选做)
14
自组望远镜、显微镜
实验室
动手操作
2
设计性(开放)
考试
2
 
        
24
 
五、考核方案
根据学生的出勤记录、操作情况、实验报告、期末考试等项指标综合评定学生的实验课成绩。
1.考核学生在实验过程中的实际操作情况(20%);
2.考核学生的实验报告(30%);
3.期末考试(50%)。
六、教学参考用书与其它教学资源
1.教材:
[1]张敬东,杜宁,韩哲,闫顺生,黄洪云.《物理实验》, 2016年
2.参考书:
[1]东南大学.《物理学》.高等教育出版社,2006 年
[2]戴允芬.《大学物理实验教程》.机械工业出版社,2006年
[3]沈元华、陆申龙.《基础物理实验》.高等教育出版社,2003年
[4]张兆奎,缪连元,张立主.《大学物理实验》.高等教育出版社,   2001年  
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