《大学物理实验》2014版课程教学大纲

《大学物理实验Ⅰ》教学大纲

课程编号：2701001       课程类别：基础课       适用专业：理工科     课程属性：独立设课  

实验学时：54       学分：3      执笔人：于玉琴      审定人：韩仁学      审批人：徐文娟

一、实验性质及教学目标

《大学物理实验Ⅰ》是面向全校理工科相关各专业开设的一门独立设课的必修课。本课程的教学目标为：

（1）培养学生严肃认真的工作作风，实事求是的科学态度，不怕困难、勇于探索的开拓创新精神和团结合作、共同进取的良好品德。

（2）在一定的物理学知识以及中学物理实验训练的基础上，对学生进行科学实验方法和实验技能的基本训练。

（3）初步培养学生独立进行科学实验研究的能力。

二、实验项目

备注：另有绪论课2学时，考试1学时；相关各专业须从选做实验项目中选做其中十七个。

三、实验概述

实验一：长度测量与数据处理

目的：学习在实验中正确读数、记录和处理数据；学习游标卡尺和螺旋测微器的原理和使用；学习误差和有效数字的计算以及根据误差要求选择测量仪器。

原理概述：用给定的标准去定量比较待测物体的长度。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：直接测量长度、间接测算体积，计算分析误差。

实验二：分光计的调整与使用

目的：了解分光计的构造原理，学会分光计的调整和使用方法。

原理概述：利用光的反射、折射原理及透镜成像原理。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：将望远镜和平行光管调至与主轴垂直，并使望远镜适合观察平行光，平行光管发平行光。

实验三：示波器的原理及使用

目的：了解示波器的基本原理及组成部分，熟悉使用示波器和信号发生器的基本方法；通过观测李萨如图，了解一种测定正弦振动频率的方法，并加深对互相垂直振动合成理论的理解。

原理概述：示波器显示波形的基本原理。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：观察和测量信号发生器输出的正弦波形的电压幅值和频率。

实验四：棱镜折射率的测定

目的：了解分光计构造原理，学会分光计调整和使用方法；掌握测定玻璃棱镜顶角和最小偏向角的方法；测定三棱镜对各色光的折射率。

原理概述：通过测得三棱镜的顶角和最小偏向角，计算出棱镜的折射率。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：测三棱镜的顶角和最小偏向角，通过已知公式计算出三棱镜的折射率。

实验五：拉伸法测金属丝的弹性模量

目的：学会用静态拉伸法测量金属丝的杨氏模量；理解光杠杆放大法测量微小长度变化的基本原理；学习用逐差法处理数据的方法。

原理概述：利用光杠杆原理测量微小长度变化量。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：实验结果与理论值接近。

实验六：迈克尔孙干涉仪测量He-Ne激光波长

目的：了解迈克尔孙干涉仪的构造原理和调节方法；用迈克尔孙干涉仪测定光波波长；观察等倾干涉、等厚干涉仪条纹的特点及形成条件。

原理概述：两束相干光，它们在空间相遇产生干涉条纹。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：通过实验测得的波长在620nm～720nm范围之内。

实验七：用多普勒效应测物体的速度与加速度

目的：测量超声接收器运动速度与接收频率之间的关系，验证多普勒效应，并由关系直线的斜率求声速；利用多普勒效应测量物体运动过程中的速度变化情况。

原理概述：超声的多普勒效应。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：用多普勒效应测物体的速度与加速度。

实验八：光纤传感基础实验

目的：了解LED光源特性曲线测试、光纤纤端光场径向分布的测试、光纤纤端光场轴向分布的测试、反射式光纤位移传感实验、微弯式光纤压力/位移传感器等。本实验通过投射式、反射式、微弯式三种光纤强度传感原理及其实验方法，使学生了解和熟悉强度型光纤传感器，达到掌握光纤位移传感器的测试原理、测量方法和实验手段的总体目的。

原理概述：利用光纤纤端光场强度变化进行测量。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：测量曲线与理论曲线相吻合。

实验九：扭摆法测量物体的转动惯量

目的：测定几种不同形状物体的转动惯量和弹簧的扭摆系数，并与理论值进行比较；验证转动惯量的平行轴定理。

原理概述：转动惯量的平行轴定理。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：使物体作扭转摆动，由摆动周期及其它参数的测定计算出物体的转动惯量。

实验十：亥姆霍兹线圈磁场分布的测定

目的：掌握测量弱磁场的基本原理——霍尔效应；加深对圆线圈轴线上磁场分布的理解；掌握亥姆霍兹线圈磁场分布特点。

原理概述：利用霍尔效应，把霍尔片中的电压转化成磁感应强度。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：亥姆霍兹线圈轴线中点附近产生匀强磁场。

实验十一：液晶电光效应的研究

目的：在掌握液晶光开关的基本原理的基础上，测量液晶光开关的电光特性曲线，并由电光特性曲线得到液晶的阈值电压和关断电压；测量驱动电压周期变化时，液晶光开关的时间响应曲线，并由时间响应曲线得到液晶的上升时间和下降时间；测量由液晶光开关矩阵所构成的液晶显示器的视角特性以及在不同视角下的对比度，了解液晶光开关的工作条件；了解液晶光开关构成图象矩阵的方法，学习和掌握这种矩阵所组成的液晶显示器构成文字和图形的显示模式，从而了解一般液晶显示器的工作原理。

原理概述：液晶光开关的工作原理、电光特性、时间响应特性、视角特性以及液晶光开关构成图象显示矩阵的方法。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：测得液晶的阈值电压和关断电压；测量液晶的上升时间和下降时间。

实验十二：稳态平板法测不良导体热导率

目的：了解和掌握测定热导率的一种方法。

原理概述：传入被测样品上表面的热量等于样品下表面散出的热量，在样品处于稳定的导热状态时测出其热导率。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：实验结果与理论值接近。

实验十三：光电效应及普朗克常量的测定

目的：通过光电效应实验了解光的量子性；测量光电管的弱电流特性，找出不同光频率下的截止电压；验证爱因斯坦方程，并求普朗克常量。

原理概述：光电效应方程。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：光电管的伏安特性曲线与理论曲线相吻合，计算的普朗克常量与真实值相吻合。

实验十四：用霍尔效应法测量螺线管磁场

目的：了解霍尔效应实验原理以及有关霍尔器材对材料要求的知识；学习用“对称测量法”消除副效应的影响，测量试样的曲线；学会确定试样的导电类型、载流子浓度以及迁移率。

原理概述：霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受到洛仑兹力作用而引起的偏转；利用霍尔电压与霍尔系数、载流子浓度、电导率之间的关系，确定霍尔元件的性质。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：明确霍尔效应原理，掌握对称测量法测量霍尔电压，导电类型的确定，以及霍尔系数和导电系数的测量。

实验十五：用牛顿环测透镜曲率半径

目的：通过对牛顿环干涉图像的观察和测量，加深对光的波动性的认识；学会使用读数显微镜；学习用牛顿环法测量透镜的曲率半径的实验方法。

原理概述：用单色的钠黄光照射牛顿环，可以通过读数显微镜观察到反射光的等厚干涉条纹。其条纹是逐渐变密的同心圆。利用该干涉条纹可以测出牛顿环上平凸透镜的曲率半径。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：利用牛顿环法测量透镜的曲率半径。

实验十六：密立根油滴实验

目的：通过带电油滴在重力场和静电场中的运动测量，证明电荷的不连续性，并测定基本电荷的数值。

原理概述：油滴经喷雾器喷出时摩擦带电，使油滴进入两极板之间。测出使油滴平衡在极板之间的平衡电压和油滴下落一定距离所需的时间来测出油滴的带电量。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：实验结果与理论值基本吻合。

实验十七： 电表的改装与校准

目的：学习用实验方法测量电流计表头内阻；掌握运用串、并联电路的特性扩大电表量程；学习用比较法校准电表和画出校准曲线，并理解电表准确度等级的含义。

原理概述：µA表改装成mA表并校准：利用并联电阻分流特性，将µA表改装成mA表。

方法与手段：教师讲授、学生自行设计、教师审查、学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：µA表改装成mA表。

实验十八：棱镜色散关系的研究

目的：进一步掌握分光计的调整技术，进一步学习用最小偏向角法测定玻璃材料的折射率，测定三棱镜的色散曲线，求出色散的经验公式，使学生理解科学研究的一般方法和手段。

原理概述：色散关系原理。

方法与手段：教师讲授、学生自行设计、教师审查、学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：通过实验数据自拟色散的经验公式。

实验十九：金属线膨胀系数的测定

目的：掌握调整光杠杆和望远镜的基本要求；了解用光杠杆法测线胀系数的原理；掌握几种长度测量的方法及其误差分析方法。

原理概述：利用光杠杆原理测量微小长度变化量。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：实验结果与理论值接近。

实验二十：超声波速度的测量

目的：学会用共振干涉法测量空气中的声速；学会用逐差法进行数据处理；了解压电换能器的功能。

原理概述：压电陶瓷换能器的声压转换原理。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：测得的声速与理论值的误差在允许的范围内。

实验二十一：夫兰克—赫兹实验

目的：通过测定氩原子第一激发电位，证明原子分立能级的存在；了解原子能级的变化是引起原子发光的根本原因。

原理概述：玻尔的原子能级假设和能量转换与守恒。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：计算第一激发电势和理论值比较。

实验二十二：拉脱法测量液体的表面张力系数

目的：掌握用焦利氏秤测量微小力的原理和方法；了解液体的表面性质，测定表面张力系数。

原理概述：拉脱法测量液体的表面张力。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：得到弹簧的倔强系数以及液体的表面张力系数。

实验二十三：测定空气的比热容比

目的：理解热力学过程中状态变化及基本物理规律，学会用振动法测定空气的比热容比。

原理概述：测定物体在特定容器中的振动周期。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：得到空气的大气压强及比热容比。

实验二十四：自组望远镜和显微镜

目的：掌握透镜的成像规律，了解望远镜及显微镜的工作原理，学习用自组的望远镜测量透镜焦距。

原理概述：利用透镜的成像规律实现聚焦于无穷远处的望远镜及某一放大率的显微镜

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：得到物距、像距、放大率等数据。

实验二十五：重力加速度的测量

目的：研究单摆的摆动周期，并用单摆测当地的重力加速度。

原理概述：确定摆线长度。改变摆角，测单摆的周期，进而计算g值，并比较摆角θ的不同大小(如一级近似、二级近似)对计算重力加速度g带来的影响。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：得到不同摆角下单摆的摆动周期值。

实验二十六：声测距与定位实验

目的：掌握回声测量的原理，利用声波的传输时间以及传输距离测定空气中的声速，利用声波的传输时间测定传输距离。

原理概述：利用回声测深仪的原理来确定空气中的声速，并确定待测距离。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：得到室温、探头坐标、反射板坐标、示波器数据等。

实验二十七：太阳能电池的特性研究

目的：1.测量不同照度下太阳能电池的伏安特性、开路电压U₀和短路电流I_s。

2.在不同照度下，测定太阳能电池的输出功率P和负载电阻R的函数关系。

3.确定太阳能电池的最大输出功率P_max以及相应的负载电阻R_max和填充因数。

原理概述：太阳能电池的工作原理是基于光伏效应。当光照射太阳能电池时，将产生一个由n区到p区的光生电流I_s。同时，由于pn结二极管的特性，存在正向二级管电流I_D，此电流方向从p区到n区，与光生电流相反。因此，实际获得的电流I为两个电流之差：

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：1. 测量太阳能电池的伏安特性曲线；2．测量太阳能电池输出功率与负载的关系曲线；3. 确定太阳能电池的最大输出功率P_max以及相应的负载电阻R_max和填充因子；4．测量太阳能电池的光电转换效率。

四、主要仪器设备

见仪器设备帐。

五、教学形式

学生课前预习、课堂具体操作和课后的数据处理并写出完整的实验报告。

六、考核方式与成绩评定方法

为适应现代教学要求，彻底改变学生重理论轻实践的现象，使学生切实对物理实验课重视起来，切实得到动手能力、独立思考、独立工作及创新能力的锻炼，提高物理实验课的教学质量，特制定如下物理实验课考核办法：

    第一条：物理实验课成绩由平时成绩、期末考试成绩二部分组成。

    第二条：平时成绩为学生每学期所作所有实验项目单项成绩的平均值。

    第三条：单项成绩由预习成绩、操作成绩、实验报告成绩组成。

    第四条：预习成绩(满分2分)：要求学生在课前完成，预习思考题、预习报告（预习报告包括，实验名称、实验目的、实验仪器、实验原理、实验步骤等），学生在完成以上要求并准确无误，并且在课堂能够正确回答老师提问者，计2分。其它情况任课教师酌情给分。

    第五条：操作成绩(满分4分)：学生能够按照操作规程顺利完成实验，测量数据在误差范围内者，计4分。

    第六条：报告成绩（满分4分）：学生能够工整、完整地完成实验报告，数据处理准确无误者，计4分。

    第七条：期末成绩：期末考试成绩占总成绩的10％，平时成绩占90％。

七、教材及主要参考资料

教材：武立立，韩仁学，于玉琴.大学物理实验教程.机械工业出版社，2016年8月。

八、说明（略）

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

《大学物理实验Ⅱ》教学大纲

课程编号：2701002  课程类别：基础课  适用专业：理工科  课程属性：独立设课  课程总学时：

总学分：   实验学时：28   学分：1.5  执笔人：于玉琴   审定人：韩仁学    审批人：徐文娟

一、实验性质及教学目标

《大学物理实验Ⅱ》是面向全校理工科相关各专业开设的一门独立设课的必修课。本课程的教学目标为：

（1）培养学生严肃认真的工作作风，实事求是的科学态度，不怕困难、勇于探索的开拓创新精神和团结合作、共同进取的良好品德。

（2）在一定的物理学知识以及中学物理实验训练的基础上，对学生进行科学实验方法和实验技能的基本训练。

（3）初步培养学生独立进行科学实验研究的能力。

二、实验项目

备注：另有绪论课2学时，考试2学时；相关各专业选做其中八个实验项目。

三、实验概述

实验一：长度测量与数据处理

目的：学习在实验中正确读数、记录和处理数据；学习游标卡尺和螺旋测微器的原理和使用；学习误差和有效数字的计算以及根据误差要求选择测量仪器。

原理概述：用给定的标准去定量比较待测物体的长度。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：直接测量长度、间接测算体积，计算分析误差。

实验二：分光计的调整与使用

目的：了解分光计的构造原理，学会分光计的调整和使用方法。

原理概述：利用光的反射、折射原理及透镜成像原理。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：将望远镜和平行光管调至与主轴垂直，并使望远镜适合观察平行光，平行光管发平行光。

实验三：示波器的原理及使用

目的：了解示波器的基本原理及组成部分，熟悉使用示波器和信号发生器的基本方法；通过观测李萨如图，了解一种测定正弦振动频率的方法，并加深对互相垂直振动合成理论的理解。

原理概述：示波器显示波形的基本原理。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：观察和测量信号发生器输出的正弦波形的电压幅值和频率。

实验四：棱镜折射率的测定

目的：了解分光计构造原理，学会分光计调整和使用方法；掌握测定玻璃棱镜顶角和最小偏向角的方法；测定三棱镜对各色光的折射率。

原理概述：通过测得三棱镜的顶角和最小偏向角，计算出棱镜的折射率。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：测三棱镜的顶角和最小偏向角，通过已知公式计算出三棱镜的折射率。

实验五：拉伸法测金属丝的弹性模量

目的：学会用静态拉伸法测量金属丝的杨氏模量；理解光杠杆放大法测量微小长度变化的基本原理；学习用逐差法处理数据的方法。

原理概述：利用光杠杆原理测量微小长度变化量。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：实验结果与理论值接近。

实验六：迈克尔孙干涉仪测量He-Ne激光波长

目的：了解迈克尔孙干涉仪的构造原理和调节方法；用迈克尔孙干涉仪测定光波波长；观察等倾干涉、等厚干涉仪条纹的特点及形成条件。

原理概述：两束相干光，它们在空间相遇产生干涉条纹。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：通过实验测得的波长在620nm～720nm范围之内。

实验七：用多普勒效应测物体的速度与加速度

目的：测量超声接收器运动速度与接收频率之间的关系，验证多普勒效应，并由关系直线的斜率求声速；利用多普勒效应测量物体运动过程中的速度变化情况。

原理概述：超声的多普勒效应。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：用多普勒效应测物体的速度与加速度。

实验八：光纤传感基础实验

目的：了解LED光源特性曲线测试、光纤纤端光场径向分布的测试、光纤纤端光场轴向分布的测试、反射式光纤位移传感实验、微弯式光纤压力/位移传感器等。本实验通过投射式、反射式、微弯式三种光纤强度传感原理及其实验方法，使学生了解和熟悉强度型光纤传感器，达到掌握光纤位移传感器的测试原理、测量方法和实验手段的总体目的。

原理概述：利用光纤纤端光场强度变化进行测量。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：测量曲线与理论曲线相吻合。

实验九：扭摆法测量物体的转动惯量

目的：测定几种不同形状物体的转动惯量和弹簧的扭摆系数，并与理论值进行比较；验证转动惯量的平行轴定理。

原理概述：转动惯量的平行轴定理。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：使物体作扭转摆动，由摆动周期及其它参数的测定计算出物体的转动惯量。

实验十：亥姆霍兹线圈磁场分布的测定

目的：掌握测量弱磁场的基本原理——霍尔效应；加深对圆线圈轴线上磁场分布的理解；掌握亥姆霍兹线圈磁场分布特点。

原理概述：利用霍尔效应，把霍尔片中的电压转化成磁感应强度。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：亥姆霍兹线圈轴线中点附近产生匀强磁场。

实验十一：液晶电光效应的研究

目的：在掌握液晶光开关的基本原理的基础上，测量液晶光开关的电光特性曲线，并由电光特性曲线得到液晶的阈值电压和关断电压；测量驱动电压周期变化时，液晶光开关的时间响应曲线，并由时间响应曲线得到液晶的上升时间和下降时间；测量由液晶光开关矩阵所构成的液晶显示器的视角特性以及在不同视角下的对比度，了解液晶光开关的工作条件；了解液晶光开关构成图象矩阵的方法，学习和掌握这种矩阵所组成的液晶显示器构成文字和图形的显示模式，从而了解一般液晶显示器的工作原理。

原理概述：液晶光开关的工作原理、电光特性、时间响应特性、视角特性以及液晶光开关构成图象显示矩阵的方法。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：测得液晶的阈值电压和关断电压；测量液晶的上升时间和下降时间。

实验十二：稳态平板法测不良导体热导率

目的：了解和掌握测定热导率的一种方法。

原理概述：传入被测样品上表面的热量等于样品下表面散出的热量，在样品处于稳定的导热状态时测出其热导率。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：实验结果与理论值接近。

实验十三：光电效应及普朗克常量的测定

目的：通过光电效应实验了解光的量子性；测量光电管的弱电流特性，找出不同光频率下的截止电压；验证爱因斯坦方程，并求普朗克常量。

原理概述：光电效应方程。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：光电管的伏安特性曲线与理论曲线相吻合，计算的普朗克常量与真实值相吻合。

实验十四：用霍尔效应法测量螺线管磁场

目的：了解霍尔效应实验原理以及有关霍尔器材对材料要求的知识；学习用“对称测量法”消除副效应的影响，测量试样的曲线；学会确定试样的导电类型、载流子浓度以及迁移率。

原理概述：霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受到洛仑兹力作用而引起的偏转；利用霍尔电压与霍尔系数、载流子浓度、电导率之间的关系，确定霍尔元件的性质。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：明确霍尔效应原理，掌握对称测量法测量霍尔电压，导电类型的确定，以及霍尔系数和导电系数的测量。

实验十五：用牛顿环测透镜曲率半径

目的：通过对牛顿环干涉图像的观察和测量，加深对光的波动性的认识；学会使用读数显微镜；学习用牛顿环法测量透镜的曲率半径的实验方法。

原理概述：用单色的钠黄光照射牛顿环，可以通过读数显微镜观察到反射光的等厚干涉条纹。其条纹是逐渐变密的同心圆。利用该干涉条纹可以测出牛顿环上平凸透镜的曲率半径。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：利用牛顿环法测量透镜的曲率半径。

实验十六：密立根油滴实验

目的：通过带电油滴在重力场和静电场中的运动测量，证明电荷的不连续性，并测定基本电荷的数值。

原理概述：油滴经喷雾器喷出时摩擦带电，使油滴进入两极板之间。测出使油滴平衡在极板之间的平衡电压和油滴下落一定距离所需的时间来测出油滴的带电量。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：实验结果与理论值基本吻合。

实验十七： 电表的改装与校准

目的：学习用实验方法测量电流计表头内阻；掌握运用串、并联电路的特性扩大电表量程；学习用比较法校准电表和画出校准曲线，并理解电表准确度等级的含义。

原理概述：µA表改装成mA表并校准：利用并联电阻分流特性，将µA表改装成mA表。

方法与手段：教师讲授、学生自行设计、教师审查、学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：µA表改装成mA表。

实验十八：棱镜色散关系的研究

目的：进一步掌握分光计的调整技术，进一步学习用最小偏向角法测定玻璃材料的折射率，测定三棱镜的色散曲线，求出色散的经验公式，使学生理解科学研究的一般方法和手段。

原理概述：色散关系原理。

方法与手段：教师讲授、学生自行设计、教师审查、学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：通过实验数据自拟色散的经验公式。

实验十九：金属线膨胀系数的测定

目的：掌握调整光杠杆和望远镜的基本要求；了解用光杠杆法测线胀系数的原理；掌握几种长度测量的方法及其误差分析方法。

原理概述：利用光杠杆原理测量微小长度变化量。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：实验结果与理论值接近。

实验二十：超声波速度的测量

目的：学会用共振干涉法测量空气中的声速；学会用逐差法进行数据处理；了解压电换能器的功能。

原理概述：压电陶瓷换能器的声压转换原理。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：测得的声速与理论值的误差在允许的范围内。

实验二十一：夫兰克—赫兹实验

目的：通过测定氩原子第一激发电位，证明原子分立能级的存在；了解原子能级的变化是引起原子发光的根本原因。

原理概述：玻尔的原子能级假设和能量转换与守恒。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：计算第一激发电势和理论值比较。

实验二十二：拉脱法测量液体的表面张力系数

目的：掌握用焦利氏秤测量微小力的原理和方法；了解液体的表面性质，测定表面张力系数。

原理概述：拉脱法测量液体的表面张力。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：得到弹簧的倔强系数以及液体的表面张力系数。

实验二十三：测定空气的比热容比

目的：理解热力学过程中状态变化及基本物理规律，学会用振动法测定空气的比热容比。

原理概述：测定物体在特定容器中的振动周期。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：得到空气的大气压强及比热容比。

实验二十四：自组望远镜和显微镜

目的：掌握透镜的成像规律，了解望远镜及显微镜的工作原理，学习用自组的望远镜测量透镜焦距。

原理概述：利用透镜的成像规律实现聚焦于无穷远处的望远镜及某一放大率的显微镜

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：得到物距、像距、放大率等数据。

实验二十五：重力加速度的测量

目的：研究单摆的摆动周期，并用单摆测当地的重力加速度。

原理概述：确定摆线长度。改变摆角，测单摆的周期，进而计算g值，并比较摆角θ的不同大小(如一级近似、二级近似)对计算重力加速度g带来的影响。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：得到不同摆角下单摆的摆动周期值。

实验二十六：声测距与定位实验

目的：掌握回声测量的原理，利用声波的传输时间以及传输距离测定空气中的声速，利用声波的传输时间测定传输距离。

原理概述：利用回声测深仪的原理来确定空气中的声速，并确定待测距离。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：得到室温、探头坐标、反射板坐标、示波器数据等。

实验二十七：太阳能电池的特性研究

目的：1.测量不同照度下太阳能电池的伏安特性、开路电压U₀和短路电流I_s。

2.在不同照度下，测定太阳能电池的输出功率P和负载电阻R的函数关系。

3.确定太阳能电池的最大输出功率P_max以及相应的负载电阻R_max和填充因数。

原理概述：太阳能电池的工作原理是基于光伏效应的。当光照射太阳电池时，将产生一个由n区到p区的光生电流I_s。同时，由于pn结二极管的特性，存在正向二级管电流I_D，此电流方向从p区到n区，与光生电流相反。因此，实际获得的电流I为两个电流之差：

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：1. 测量太阳能电池的伏安特性曲线；2．测量太阳能电池输出功率与负载的关系曲线；3. 确定太阳能电池的最大输出功率P_max以及相应的负载电阻R_max和填充因子；4．测量太阳能电池的光电转换效率。

四、主要仪器设备

见仪器设备帐。

五、教学形式

学生课前预习、课堂具体操作和课后的数据处理并写出完整的实验报告。

六、考核方式与成绩评定方法

为适应现代教学要求，彻底改变学生重理论轻实践的现象，使学生切实对物理实验课重视起来，切实得到动手能力、独立思考、独立工作及创新能力的锻炼，提高物理实验课的教学质量，特制定如下物理实验课考核办法：

    第一条：物理实验课成绩由平时成绩、期末考试成绩二部分组成。

    第二条：平时成绩为学生每学期所作所有实验项目单项成绩的平均值。

    第三条：单项成绩由预习成绩、操作成绩、实验报告成绩组成。

    第四条：预习成绩(满分2分)：要求学生在课前完成，预习思考题、预习报告（预习报告包括，实验名称、实验目的、实验仪器、实验原理、实验步骤等），学生在完成以上要求并准确无误，并且在课堂能够正确回答老师提问者，计2分。其它情况任课教师酌情给分。

    第五条：操作成绩(满分4分)：学生能够按照操作规程顺利完成实验，测量数据在误差范围内者，计4分。

    第六条：报告成绩（满分4分）：学生能够工整、完整地完成实验报告，数据处理准确无误者，计4分。在实验心得中具有创新思想者可适当加分。

    第七条：期末成绩：期末考试成绩占总成绩的10％，平时成绩占90％。

七、教材及主要参考资料

教材：武立立，韩仁学，于玉琴.大学物理实验教程.机械工业出版社，2016年8月.

八、说明（略）

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

《普通物理实验》教学大纲

课程编号：2701007  课程类别：基础课  适用专业：应用物理 课程属性：独立设课 课程总学时：

总学分： 实验学时：90   学分：6    执笔人：于玉琴      审定人：韩仁学   审批人：徐文娟

一、实验性质及教学目标

《普通物理实验》是面向应用物理专业开设的一门独立设课的基础实验课。本课程的教学目标为：

（1）通过实验观察、测量与分析，加深对普通物理理论的认识和理解。

（2）学习普通物理实验的基本知识、基本方法，培养学生普通物理实验的基本技能。

（3）培养学生严肃认真、实事求是的科学态度和工作作风，培养学生创新和实验设计能力并提高学生的科学素养。

（4）为后继实验课打下必要的实践基础；同时为学生从事工作奠定一定的实验技能。

二、实验项目

三、实验概述

实验一：长度测量与数据处理

目的：学习在实验中正确读数、记录和处理数据；学习游标卡尺和螺旋测微器的原理和使用；学习误差和有效数字的计算以及根据误差要求选择测量仪器。

原理概述：用给定的标准去定量比较待测物体的长度。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：直接测量长度、间接测算体积，计算分析误差。

实验二：分光计的调整与使用

目的：了解分光计的构造原理，学会分光计的调整和使用方法。

原理概述：利用光的反射、折射原理及透镜成像原理。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：将望远镜和平行光管调至与主轴垂直，并使望远镜适合观察平行光，平行光管发平行光。

实验三：示波器的原理及使用

目的：了解示波器的基本原理及组成部分，熟悉使用示波器和信号发生器的基本方法；通过观测李萨如图，了解一种测定正弦振动频率的方法，并加深对互相垂直振动合成理论的理解。

原理概述：示波器显示波形的基本原理。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：观察和测量信号发生器输出的正弦波形的电压幅值和频率。

实验四：棱镜折射率的测定

目的：了解分光计构造原理，学会分光计调整和使用方法；掌握测定玻璃棱镜顶角和最小偏向角的方法；测定三棱镜对各色光的折射率。

原理概述：通过测得三棱镜的顶角和最小偏向角，计算出棱镜的折射率。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：测三棱镜的顶角和最小偏向角，通过已知公式计算出三棱镜的折射率。

实验五：拉伸法测金属丝的弹性模量

目的：学会用静态拉伸法测量金属丝的杨氏模量；理解光杠杆放大法测量微小长度变化的基本原理；学习用逐差法处理数据的方法。

原理概述：利用光杠杆原理测量微小长度变化量。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：实验结果与理论值接近。

实验六：扭摆法测量物体的转动惯量

目的：测定几种不同形状物体的转动惯量和弹簧的扭摆系数，并与理论值进行比较；验证转动惯量的平行轴定理。

原理概述：转动惯量的平行轴定理。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：使物体作扭转摆动，由摆动周期及其它参数的测定计算出物体的转动惯量。

实验七：亥姆霍兹线圈磁场分布的测定

目的：掌握测量弱磁场的基本原理——霍尔效应；加深对圆线圈轴线上磁场分布的理解；掌握亥姆霍兹线圈磁场分布特点。

原理概述：利用霍尔效应，把霍尔片中的电压转化成磁感应强度。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：亥姆霍兹线圈轴线中点附近产生匀强磁场。

实验八：稳态平板法测不良导体热导率

目的：了解和掌握测定热导率的一种方法。

原理概述：传入被测样品上表面的热量等于样品下表面散出的热量，在样品处于稳定的导热状态时测出其热导率。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：实验结果与理论值接近。

实验九：用霍尔效应法测量螺线管磁场

目的：了解霍尔效应实验原理以及有关霍尔器材对材料要求的知识；学习用“对称测量法”消除副效应的影响，测量试样的曲线；学会确定试样的导电类型、载流子浓度以及迁移率。

原理概述：霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受到洛仑兹力作用而引起的偏转；利用霍尔电压与霍尔系数、载流子浓度、电导率之间的关系，确定霍尔元件的性质。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：明确霍尔效应原理，掌握对称测量法测量霍尔电压，导电类型的确定，以及霍尔系数和导电系数的测量。

实验十：用牛顿环测透镜曲率半径

目的：通过对牛顿环干涉图像的观察和测量，加深对光的波动性的认识；学会使用读数显微镜；学习用牛顿环法测量透镜的曲率半径的实验方法。

原理概述：用单色的钠黄光照射牛顿环，可以通过读数显微镜观察到反射光的等厚干涉条纹。其条纹是逐渐变密的同心圆。利用该干涉条纹可以测出牛顿环上平凸透镜的曲率半径。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：利用牛顿环法测量透镜的曲率半径。

实验十一：用多普勒效应测物体的速度与加速度

目的：测量超声接收器运动速度与接收频率之间的关系，验证多普勒效应，并由关系直线的斜率求声速；利用多普勒效应测量物体运动过程中的速度变化情况。

原理概述：超声的多普勒效应。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：用多普勒效应测物体的速度与加速度。

实验十二：测定空气的比热容比

目的：理解热力学过程中状态变化及基本物理规律，学会用振动法测定空气的比热容比。

原理概述：测定物体在特定容器中的振动周期。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：得到空气的大气压强及比热容比。

实验十三：棱镜色散关系的研究

目的：进一步掌握分光计的调整技术，进一步学习用最小偏向角法测定玻璃材料的折射率，测定三棱镜的色散曲线，求出色散的经验公式，让学生理解科学研究的一般方法和手段。

原理概述：色散关系原理。

方法与手段：教师讲授、学生自行设计、教师审查、学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：通过实验数据自拟色散的经验公式。

实验十四：金属线膨胀系数的测定

目的：掌握调整光杠杆和望远镜的基本要求；了解用光杠杆法测线胀系数的原理；掌握几种长度测量的方法及其误差分析方法。

原理概述：利用光杠杆原理测量微小长度变化量。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：实验结果与理论值接近。

实验十五：超声波速度的测量

目的：学会用共振干涉法测量空气中的声速；学会用逐差法进行数据处理；了解压电换能器的功能。

原理概述：压电陶瓷换能器的声压转换原理。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：测得的声速与理论值的误差在允许的范围内。

实验十六：重力加速度的测量

目的：研究单摆的摆动周期，并用单摆测当地的重力加速度。

原理概述：确定摆线长度。改变摆角，测单摆的周期，进而计算g值，并比较摆角θ的不同大小（如一级近似、二级近似）对计算重力加速度g带来的影响。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：得到不同摆角下单摆的摆动周期值。

实验十七：拉脱法测量液体的表面张力系数

目的：掌握用焦利氏秤测量微小力的原理和方法；了解液体的表面性质，测定表面张力系数。

原理概述：拉脱法测量液体的表面张力。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：得到弹簧的倔强系数以及液体的表面张力系数。

实验十八：自组望远镜和显微镜

目的：掌握透镜的成像规律，了解望远镜及显微镜的工作原理，学习用自组的望远镜测量透镜焦距。

原理概述：利用透镜的成像规律实现聚焦于无穷远处的望远镜及某一放大率的显微镜

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：得到物距、像距、放大率等数据。

实验十九：电表的改装与校准

目的：学习用实验方法测量电流计表头内阻；掌握运用串、并联电路的特性扩大电表量程；学习用比较法校准电表和画出校准曲线，并理解电表准确度等级的含义。

原理概述：µA表改装成mA表并校准：利用并联电阻分流特性，将µA表改装成mA表。

方法与手段：教师讲授、学生自行设计、教师审查、学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：µA表改装成mA表。

实验二十：声测距与定位实验

目的：掌握回声测量的原理，利用声波的传输时间以及传输距离测定空气中的声速，利用声波的传输时间测定传输距离。

原理概述：利用回声测深仪的原理来确定空气中的声速，并确定待测距离。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：得到室温、探头坐标、反射板坐标、示波器数据等。

四、主要仪器设备

见仪器设备帐。

五、教学形式

学生课前预习、课堂具体操作和数据处理并写出完整的实验报告。

六、考核方式与成绩评定方法

为适应现代教学要求，彻底改变学生重理论轻实践的现象，使学生切实对物理实验课重视起来，切实得到动手能力、独立思考、独立工作及创新能力的锻炼，提高物理实验课的教学质量，特制定如下物理实验课考核办法：

    第一条：物理实验课成绩由平时成绩构成。

    第二条：平时成绩为学生每学期所作所有实验项目单项成绩的平均值。

    第三条：单项成绩由预习成绩、操作成绩、实验报告成绩组成。

    第四条：预习成绩(满分2分)：要求学生在课前完成，预习思考题、预习报告（预习报告包括，实验名称、实验目的、实验仪器、实验原理、实验步骤等），学生在完成以上要求并准确无误，并且在课堂能够正确回答老师提问者，计2分。其它情况任课教师酌情给分。

    第五条：操作成绩(满分4分)：学生能够按照操作规程顺利完成实验，测量数据在误差范围内者，计4分。

    第六条：报告成绩（满分4分）：学生能够工整、完整地完成实验报告，数据处理准确无误者，计4分。在实验心得中具有创新思想者可适当加分。

七、教材及主要参考资料

教材：武立立，韩仁学，于玉琴.大学物理实验教程.机械工业出版社，2016年8月。

八、说明

实验学时为90，学生分三个学期完成，每学期30学时。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

《近代物理实验》教学大纲

课程编号：2701004课程类别：专业基础课 适用专业：应用物理 课程属性：独立设课 课程总学时：

总学分：实验学时：36   学分：2    执笔人：于玉琴     审定人：韩仁学    审批人：徐文娟

一、实验性质及教学目标

近代物理实验是物理专业的学生在完成了普通物理实验课程后，开设的一门现代综合性实验课。所安排的实验项目以在近代物理发展过程中起重要作用的著名实验为主，注重介绍近代物理发展各重要领域中有代表性的基本实验和方法，以及学生在今后工作中经常碰到的一些现代实验技术。本课程可以帮助学生理解和掌握近代物理各领域中一些重要的现象、概念和规律，掌握20世纪以来近代物理发展各主要领域中的基本实验方法与技能，从而培养学生的独立工作能力与创新精神，学习如何用实验的方法研究物理现象与规律。

二、实验项目

三、实验概述

实验一：迈克尔孙干涉仪测量He-Ne激光波长

目的：了解迈克尔孙干涉仪的构造原理和调节方法；用迈克尔孙干涉仪测定光波波长；观察等倾干涉、等厚干涉条纹的特点及形成条件。

原理概述：两束相干光，它们在空间相遇产生干涉条纹。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：通过实验测得的波长在620nm～720nm范围之内。

实验二：光纤传感基础实验

目的：了解LED光源特性曲线测试、光纤纤端光场径向分布的测试、光纤纤端光场轴向分布的测试、反射式光纤位移传感实验、微弯式光纤压力/位移传感器等。本实验通过投射式、反射式、微弯式三种光纤强度传感原理及其实验方法，使学生了解和熟悉强度型光纤传感器，达到掌握光纤位移传感器的测试原理、测量方法和实验手段的总体目的。

原理概述：利用光纤纤端光场强度变化进行测量。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：测量曲线与理论曲线相吻合。

实验三：液晶电光效应的研究

目的：在掌握液晶光开关的基本原理的基础上，测量液晶光开关的电光特性曲线，并由电光特性曲线得到液晶的阈值电压和关断电压；测量驱动电压周期变化时，液晶光开关的时间响应曲线，并由时间响应曲线得到液晶的上升时间和下降时间；测量由液晶光开关矩阵所构成的液晶显示器的视角特性以及在不同视角下的对比度，了解液晶光开关的工作条件；了解液晶光开关构成图象矩阵的方法，学习和掌握这种矩阵所组成的液晶显示器构成文字和图形的显示模式，从而了解一般液晶显示器的工作原理。

原理概述：液晶光开关的工作原理、电光特性、时间响应特性、视角特性以及液晶光开关构成图象显示矩阵的方法。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：测得液晶的阈值电压和关断电压；测量液晶的上升时间和下降时间。

实验四：光电效应及普朗克常量的测定

目的：通过光电效应实验了解光的量子性；测量光电管的弱电流特性，找出不同光频率下的截止电压；验证爱因斯坦方程，并求普朗克常量。

原理概述：光电效应方程。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：光电管的伏安特性曲线与理论曲线相吻合，计算的普朗克常量与真实值相吻合。

实验五：密立根油滴实验

目的：通过带电油滴在重力场和静电场中的运动测量，证明电荷的不连续性，并测定基本电荷的数值。

原理概述：油滴经喷雾器喷出时摩擦带电，使油滴进入两极板之间。测出使油滴平衡在极板之间的平衡电压和油滴下落一定距离所需的时间来测出油滴的带电量。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：实验结果与理论值基本吻合。

实验六：夫兰克—赫兹实验

目的：通过测定氩原子第一激发电位，证明原子分立能级的存在；了解原子能级的变化是引起原子发光的根本原因。

原理概述：玻尔的原子能级假设和能量转换与守恒。

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：计算第一激发电势和理论值比较。

实验七：太阳能电池的特性研究

目的：1.测量不同照度下太阳能电池的伏安特性、开路电压U₀和短路电流I_s。

2.在不同照度下，测定太阳能电池的输出功率P和负载电阻R的函数关系。

3.确定太阳能电池的最大输出功率P_max以及相应的负载电阻R_max和填充因数。

原理概述：太阳能电池的工作原理是基于光伏效应的。当光照射太阳电池时，将产生一个由n区到p区的光生电流I_s。同时，由于pn结二极管的特性，存在正向二级管电流I_D，此电流方向从p区到n区，与光生电流相反。因此，实际获得的电流I为两个电流之差：

方法与手段：教师讲授、演示操作，学生动手操作。

应得到的实验结果和数据：1. 测量太阳能电池的伏安特性曲线；2．测量太阳能电池输出功率与负载的关系曲线；3. 确定太阳能电池的最大输出功率P_max以及相应的负载电阻R_max和填充因子；4．测量太阳能电池的光电转换效率。

四、主要仪器设备

见仪器设备帐。

五、教学形式

学生课前预习、课堂具体操作和课后的数据处理并写出完整的实验报告。

六、考核方式与成绩评定方法

为适应现代教学要求，彻底改变学生重理论轻实践的现象，使学生切实对物理实验课重视起来，切实得到动手能力、独立思考、独立工作及创新能力的锻炼，提高物理实验课的教学质量，特制定如下物理实验课考核办法：

    第一条：物理实验课成绩由平时成绩构成。

    第二条：平时成绩为学生每学期所作所有实验项目单项成绩的平均值。

    第三条：单项成绩由预习成绩、操作成绩、实验报告成绩组成。

    第四条：预习成绩(满分2分)：要求学生在课前完成，预习思考题、预习报告（预习报告包括，实验名称、实验目的、实验仪器、实验原理、实验步骤等），学生在完成以上要求并准确无误，并且在课堂能够正确回答老师提问者，计2分。其它情况任课教师酌情给分。

    第五条：操作成绩(满分4分)：学生能够按照操作规程顺利完成实验，测量数据在误差范围内者，计4分。

    第六条：报告成绩（满分4分）：学生能够工整、完整地完成实验报告，数据处理准确无误者，计4分。在实验心得中具有创新思想者可适当加分。

七、教材及主要参考资料

教材：武立立，韩仁学，于玉琴.大学物理实验教程.机械工业出版社，2016年8月。

八、说明（略）