基础物理实验教学大纲1

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1、基础物理实验教学大纲课程类别：专业基础必修课课程编号：405111，405112学 分： 5学分。总 课 时： 96学时。其中理论学时：6学时，实验学时：90学时。（第二学期至第三学期）适用专业： 物理学专业。先修课程：物理趣味实验（选修）一、课程的性质、目的与任务基础物理实验课是对物理学专业学生进行科学实验基本训练的必修基础课程，是学生接受系统实验方法和实验技能训练的开端。基础物理实验课覆盖面广，具有丰富的实验思想、方法、手段，同时能提供综合性很强的基本实验技能训练，是培养科学实验能力、提高科学素质的重要基础。对培养学生严谨的治学态度、活跃的创新意识，理论联系实际和适应科技发展的综合应用能力

2、，具有其它实践类课程不可替代的作用。本课程的具体任务是：1、培养学生的基本科学实验技能，提高学生的科学实验素质，使学生初步掌握实验科学的思想和方法。2、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，提高学生的分析能和创新能力。3、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。二、教学基本要求物理实验课包括力学、热学、电学、光学、原子物理及近代物理相关的实验内容。具体达到如下基本要求：1、掌握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；掌握列表

3、法，作图法处理实验数据，能应用计算机软件处理实验数据。2、掌握长度、质量、时间、温度、湿度、压强、压力、电流、电压、电阻、磁感应强度、光强度、折射率、电子电荷等常用基本物理量及物性参数的测量，能较好地应用数字化测量技术和计算技术进行实验。3、了解比较法、转换法、放大法、模拟法、补偿法、平衡法、干涉与衍射法等常用的物理实验方法，逐步学会它们的基本应用。4、掌握长度测量仪器，计时仪器，测温仪器，变阻器，电表，交/直流电桥、通用示波器，低频信号发生器，常用电源与光源等仪器的性能，并能正确使用；了解激光技术，传感器技术，微弱信号检测技术和光电子技术等在当代科学研究和工程技术中广泛应用的现代物理技术。5

4、、掌握零位调查，水平/铅直调整，光路共轴调整等基本的实验操作技术，能根据给定的电路图，装置图等正确连接实验电路，并对简单故障进行检查与排除。6、能够通过阅读实验教材、查询有关资料和思考问题，理解实验的基本原理及方法，能独立撰写预习报告，正确使用仪器设备，独立完成实验内容，正确处理实验数据完成实验报告，逐步形成自主实验的基本能力。7、能够融合实验原理、设计思想、实验方法及相关理论知识对实验结果进行分析、判断与综合。具有初步的分析与研究能力。8、能够较好地理论联系实际的能力。9、能够教师的具体指导下完成符合规范要求的设计性、综合性内容的实验；具有较强的创新意识和初步的创新能力。三、实验项目、内容、

5、学时分配（见附页）四、实验方式与具体要求1、实验方式（1）每人一组，独立进行实验。为使学生有充足的时间进行实验和分析思考，每个实验项目安排3学时。（2）全面实行开放式实验教学，增加学生选择实验项目、实验时间与实验内容的自主性。（3）实验项目分二个层次，第一层次为基本实验，第二层次为综合性实验，大纲中列出了50多个实验项目，学生根据情况，在各层次中选定一定数量的实验项目进行实验。在保证基本实验训练的前提下，加强综合性、设计性和研究创新型等“三性”实验的比例。一般应保证“三性”实验比例在40%以上。2、实验基本要求（1）课程单独设课，采用网络化实验教学与管理平台，学生网上预约与实验室预约相结合，在

6、教师的指导下进行实验的实践活动。实验前，教师要向学生讲授绪论课，包括课程的性质、目的要求，做实验的基本程序、实验守则，数据处理方法、课程安排、考试考核办法。重点讲授有效数字的运算法则、偏差与不确定度的计算方法，最小二乘法和一元线性回归分析法，测量结果的不确定度。（2）做基本实验和综合性实验前，必须认真完成好预习报告，必须先交预习报告给指导教师审阅后，方可进行正式实验。（3）做设计性实验前，学生要撰写实验计划书，经指导教师审阅同意方可进行，实验后要有实验报告或论文，时间一般不超过1周。（4）学生在实验中要仔细测量数据，如实将测量数据记录在预习报告的表格内，实验完毕，将实验记录交给指导教师审核签名

7、，整理好实验仪器，打扫好实验室卫生后方可离开。一般情况不能中途提前离开实验室。（5）学生应按要求认真撰写实验报告或以学术论文形式提交报告，不得互相抄袭。报告要按时上交，报告中要有教师对预习报告的评分。五、实验报告实验报告是实验成果的文字描述，是实验过程的总结，学会写实验报告是培养实验能力的一个方面，实验报告要用简洁的形式将实验结果完整、准确地表示出来，要求学生所写实验报告文字通顺，字迹端正、图表规范、结果正确。实验报告分为课前预习报告和课后报告两部分。课前预习报告的内容有：实验目的、实验内容、实验仪器、实验原理、实验步骤等。课后报告的内容有：实验记录、数据处理、实验结论、思考与讨论等。六、考核

8、方式与成绩评定1、在学生实验总评成绩按100分制评分。第一学期总评成绩由实验基础理论考试和平时成绩评定，第二学期总评成绩由平时成绩和课程小论文综合评定。2、平时成绩：每个实验由学习预习报告情况（15%），实验态度与操作情况（55%），实验报告情况（30%）等方面综合评定成绩。注重对学生实验过程的考察，不仅仅凭实验报告给出成绩。平时成绩综合评分方法：必做实验成绩加选做实验成绩中分数最高的取平均，再加上超额完成的实验项目数乘奖励系数（1-3），最高不超过100分。3、平时成绩占总评成绩约70%80%。4、实验基础理论考试：着重强化学生进入实验室开始实验前应该掌握的实验基础理论，涵盖学生实验规范、不

9、确定度及误差理论、实验数据处理方法、物理实验常用仪器原理及使用方法等方面。考试时间：第一学期末。考试形式：闭卷、网络化计算机平台考试。考试成绩：占第一学期总评成绩约20%30%。4、课程小论文：论文内容原则上为本学期所做实验的研究性内容或课程总结报告。如学生自主选题研究，必须有指导老师指导，了解关注研究过程。课程小论文成绩占第二学期总评成绩约20%。七、教材与参考资料教材：1、谢常清等编，基础物理实验，中南大学出版社，2007.9参考资料：1、网上实验讲义，实验报告范例2、杨述武，普通物理实验，高等教育出版社，2001.13、物理学实验 顾柏平 韦相忠编 东南大学出版社 (2006出版) 4、

10、21世纪大学物理实验(上、下) 朱伯申编 北京理工大学出版社 5、大学物理实验 南京大学出版社 (2007出版) 6、大学物理实验教程 武汉大学出版社 (2005出版) 7、大学物理实验 华南理工大学出版社 (2006出版)8、大学物理实验教程 四川大学出版社 (2007出版) 9、大学物理实验(上)王廷兴等编 高等教育出版社 10、新编近代物理实验王魁香 韩炜 杜晓波 科学出版社 (2007出版) 11、大学物理实验 李平编 高等教育出版社 12、大学物理实验 成正维编 高等教育出版社 13、基础物理实验教程(物理测量的数据处理与实验设计) 朱鹤年编 高等教育出版社 36附表1：基础物理实验

11、项目表序号项目名称属性必/选修内 容目 的主要设备实验层次0绪论理论必基础物理实验基本规范、误差基本理论。了解实验基本规范、掌握误差基本概念合理论。6课时020103001长度的测量验证必用游标卡尺、千分尺、移测显微镜测量长度。1、掌握游标卡尺、千分尺、移测显微镜的测量原理及正确使用方法。2、应用误差知识，合理选择测量仪器。3、掌握不确定度和有效数字的概念，学会正确记录和处理数据。游标卡尺、千分尺、移测显微镜。基础实验1020103002复摆实验验证选研究周期与摆轴位置的关系，并测出重力加速度。1、了解复摆的物理特性，用复摆测定重力加速度。2、并学会用作图法研究问题及处理数据。复摆实验装置。基

12、础实验1020103003弦振动的研究验证选测量弦线的密度；观察弦上驻波；研究弦上横波的波长与张力的关系；比较两种波速计算值。1、观察弦振动形成的驻波。2、用两种方法测量弦线上横波的传播速度，比较两种方法测得结果的符合情况。3、验证弦振动的基频与张力、弦长的关系。固定弦振动实验仪。基础实验1020103004气垫导轨上运动定理的研究验证选在气垫导轨上研究牛顿定律和磁阻尼振动。1、熟悉气垫导轨的构造，掌握正确的使用方法。2、熟悉光电计时系统的工作原理，学会用光电计时系统测量短暂时间的方法。3、学会测量物体的速度和加速度。4、研究磁阻尼振动的特点。气垫导轨，气源，通用电脑计数器，游标卡尺，物理天平

13、等。基础实验1020103005刚体转动的研究验证选测刚体的转动惯量，研究刚体转动惯量与质量、质量分布及转轴的关系和平行轴定理1、学会用转动惯量仪测定物体的转动惯量。2、掌握刚体外力矩与角加速度的关系。3、验证刚体转动定律和平行轴定理。4、了解转动惯量随质量、质量分布及转动轴线的不同而改变的状况。转动惯量实验仪，通用电脑计时器。基础实验1020103006液体粘滞系数的测定验证选用落球法测量液体在不同温度下粘滞系数；绘粘滞系数曲线1、了解斯托克斯定律。2、掌握用落球法测定液体的粘滞系数。螺旋测测微计、秒表、水银测温计、比重计。基础实验1020103007固体线膨胀系数的测量验证选设计两种以上测

14、量固体线膨胀系数的方法并测量。1、学习测量金属线膨胀系数的方法。 EH-3数字化热学实验仪，基础实验1020103008空气比热容比的测定验证选测定空气比热容比，评价实验结果，分析实验误差。1、用绝热膨胀法测定空气的比热容比。2、观测热力学过程中状态变化及基本物理规律。3、学习气体压力传感器和电流型集成温度传感器的工作原理。空气比热容比测定仪。基础实验1020103009示波器的使用验证必认识并正确使用示波器。1了解示波器的主要结构和显示波形的基本原理。2学会使用信号发生器。3学会用示波器观察波形以及测量电压、周期和频率。模拟二踪示波器，信号发生器等。基础实验1020103010电流场模拟静电

15、场验证必描绘圆柱形电容器中等势线和电力线。测量同轴电缆的静电场分布。静电场测绘仪一套，直流稳压电源、电压表。基础实验1020103011电子在电磁场中的运动规律的研究验证选研究带电粒子在电场和磁场中偏转的规律，测量电子荷质比。1、了解带电粒子在电磁场中的运动规律，电子束的电偏转、电聚焦、磁偏转、磁聚焦的原理。2、掌握测量电子荷质比的方法。电子束实验仪。基础实验1020103012双电桥测低电阻验证选用开尔文箱式电桥测金属丝的电阻；用伏安法测同一金属丝的电阻；求电阻率；比较用伏安法和双电桥法测量的结果。1、掌握用双臂电桥测低值电阻的原理。2、学会用双臂电桥测低值电阻的方法。3、了解测低值电阻时接

16、线电阻和接触电阻的影响及其避免的方法。直流双臂电桥、螺旋测微器等。基础实验1020103013磁场的描绘验证选测量单线圈沿轴线方向的磁场分布；测量两个串联圆线圈轴线方向的磁场分布；测量亥姆霍兹线圈轴线附近的磁场分布；描绘载流线圈通过同线平面上的磁感应线的分布。1、研究载流圆线圈轴向磁场的分布。2、描绘亥姆霍兹线圈的磁场均匀区。磁场描绘仪。基础实验1020103014伏安法测电阻与电表内阻验证选测定一个约100欧的电阻和电表的内阻，要求相对不确定度。1、伏安法测电阻。2、电表内阻的测量。电阻器、直流稳压电源。基础实验1020103015薄透镜成像及其焦距的测量验证选调节各元件共轴；用自准法、成像

17、法测量透镜的焦距。1、通过实验进一步理解透镜的成像规律；2、掌握测量透镜焦距的几种方法；3、掌握和理解光学系统共轴调节的方法。光具座、钠光灯、透镜等。基础实验1020103016用牛顿环测透镜的曲率半径验证选用牛顿环测定透镜的曲率半径及光波波长。1、观察牛顿环等厚干涉现象，加深对光的波动性的认识。2、学会使用读数显微镜。3、学习用牛顿环测透镜曲率半径的方法。读数显微镜、钠光灯,牛顿环装置。 基础实验1020103017分光计的调节与使用验证必调节分光计并用最小偏向角法测定折射率。1、了解分光计的结构，学习分光计的调节和使用方法。2、利用分光计测定三棱镜的顶角。3、利用分光计测定玻璃三棱镜的折射

18、率。分光计，钠光灯。基础实验1020103018迈克耳逊干涉实验验证选正确使用迈克耳逊干涉仪；调出等倾干涉、等厚干涉条纹，测量氦氖激光的波长。1、了解迈克尔逊干涉仪的干涉原理和迈克尔逊干涉仪的结构，学习其调节方法。2、调节观察干涉条纹，测量激光的波长。3、测量钠双线的波长差。迈克尔逊干涉仪，钠灯，针孔屏，激光源。基础实验1020103019光栅特性及光波波长的测定验证选测定光栅常数，测定未知光波波长及角色散率。1、熟悉分光计的使用方法。2、观察光线通过光栅后的衍射现象。3、用透射光栅测定光栅常量、光谱线的波长。4、学会测定光栅的另外两个特征参数：色散率、分辨本领。分光计、透射光栅。基础实验10

19、20103020不同介质中声速的测量验证选用位相法和共振法测量超声声速。1、了解声速测量仪的结构和测试原理。2、通过实验了解作为传感器的压电陶瓷的功能。3、用共振干涉法、相位比较法和时差法测量声速，并加深有关共振、振动合成、波的干涉等理论知识的理解。4、进一步掌握示波器使用。 声速测试仪，双踪示波器(20MHz)。基础实验2020103021金属材料杨氏模量的测量验证选应用拉伸法、共振法、梁弯曲法测金属丝的杨氏模量。（选做部分内容）1.、掌握用光杠杆测量微小长度变化的原理、方法和应用。2、掌握各种长度测量工具的选择和使用。3、 学习用逐差法和作图法处理实验数据。金属丝杨氏模量测定仪。 基础实验

20、2020103022验证动量和能量守恒定律验证必在气垫导轨上验证碰撞系统在各种碰撞情况下的动量守恒。1、观察碰撞过程，了解碰撞的分类、特点等。2、验证动量守恒定律。气垫导轨、综合实验仪。基础实验2020103023用CCD测量杨氏弹性模量验证选用CCD测定金属丝杨氏弹性模量。1、学会用CCD杨氏模量测量仪测量长度的微小变化量。2、学会测定金属丝杨氏弹性模量的一种方法。3、学习用逐差法处理数据。杨氏弹性模量测量仪、CCD摄像机。基础实验2020103024液体表面张力系数的测定验证选用拉脱法测量液体表面张力系数。1、学习用焦利氏秤测量微小的力。2、掌握用拉脱法测量液体表面张力系数的原理和方法。

21、焦利氏秤、游标卡尺、苛性钠溶液等。基础实验2020103025用交直流电桥测RLC验证选用惠斯登电桥测电阻；自组交流电容电桥测电容；麦克斯韦维恩电桥（电容电感电桥）测电感。（选做部分内容）1、学习用惠斯登电桥测量电阻的原理和方法。2、了解交流电桥的平衡原理。3、 学会用交流电桥测量电容和电感。惠斯登电桥、信号源、示波器等。基础实验2020103026霍尔效应研究验证必了解霍耳效应产生的原理，用霍耳效应测磁场。 1、了解霍耳效应产生的原理，2、学习用霍耳效应测磁场的方法。霍耳效应实验仪。基础实验2020103027RLC串联电路的特性研究验证必测量RC、RL、RLC串联电路的暂态特性、稳态特性；

22、测量RLC串联电路的谐振特性。（选做部分内容）1、观测RC和RL串联电路的幅频特性和相频特性；2、了解RLC串联、并联电路的相频特性和幅频特性；3、观察和研究RLC电路的串联谐振和并联谐振现象；4、观察RC和RL电路的暂态过程，理解时间常数的意义；5、观察RLC串联电路的暂态过程及其阻尼振荡规律RLC实验仪、功率信号源、双踪示波器。基础实验2020103028铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线验证选1、用示波法测绘基本磁化曲线和磁滞回线。2、根据磁滞回线确定磁性材料的饱和磁感应强度、剩磁和矫顽力的数值。3、研究不同频率下动态磁滞回线的区别。4、改变不同的磁性材料，比较磁滞回线形状的变化。1、掌握磁滞

23、、磁滞回线和磁化曲线的概念，加深对铁磁材料的主要物理量：矫顽力、剩磁和磁导率的理解。2、学会用示波法测绘基本磁化曲线和磁滞回线。3、研究不同频率下动态磁滞回线的区别，并确定某一频率下的磁感应强度、剩磁和矫顽力数值。FB310型动态磁滞回线实验仪示波器基础实验2020103029全息照相验证必拍摄全息图，再现立体图像。1、了解全息照相的基本原理；2、学习静物全息照相的拍摄方法。3、了解再现全息物象的性质和方法。全息防震平台。基础实验2020103030偏振光的产生与检验验证选1、定偏振片光轴。2、考察平面偏振光通过/2波长时的现象。3、用四分之一波长片产生圆偏振光和椭圆偏振光。4、验证马吕斯定律

24、。1、观察光的偏振现象，了解产生偏振光的方法和检验方法。2、了解波片的作用和用波片产生椭圆和圆偏振光及检验方法半导体激光器起偏器检偏器 波片 旋光晶体 激光功率计基础实验2020103031光具组基点的测定验证选用测节器和牛顿公式测定光具组的基点；研究主面的特性。1、了解光具组基点的一般特性。2、测定光具组的焦距和基点。光具座、准直管、移测显微镜、待测光具组。基础实验2020103032用阿贝折射仪测定物质的折射率验证选用阿贝折射仪测量固体、液体折射率1、了解阿贝折射仪的结构和测量原理。2、用阿贝折射仪测量液体（不同温度下）的折射率和固体折射率。阿贝折射仪基础实验2020103033多普勒效应

25、综合实验综合必研究匀变速直线运动、自由落体运动、无阻尼简谐振动、阻尼简谐振动以及；其它任何运动物体的运动特性。（选做部分内容）1、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。2、利用多普勒效应测量声速和重力加速度、验证牛顿第二定律、测量简谐振动的周期等参数，多普勒效应综合实验仪。综合实验020103034空气热机实验综合必1、空载时的空气热机效率测定。2、不同负载下热机的效率。1、理解热机原理及循环过程2、测量不同冷热端温度时的热功转换值，验证卡诺定理3、测量热机输出功率随负载及转速的变化关系，计算热机实际效率空气热机实验仪，空气热机测试仪，电加热器及电源，计算机综合实验020

26、103035温度传感器实验综合选热敏电阻元件电阻-温度特性的测定。传感器电压-温度特性的测定。1、 测定负温度系数热敏电阻的电阻-温度特性，并利用直线拟合的数据处理方法，求出其材料系数。2、了解以热敏电阻为检测元件的温度传感器的电路结构及电路参数的选择。TS-A温度传感器技术实验仪、 ZX21型电阻箱、J-3恒温磁力搅拌器、水银温度计（01000C）、数字万用表。综合实验020103036晶体的声光效应综合选在布喇格衍射下测量超声波频率Fs-5入射光偏转角Q的曲线，测量1级和零级衍射光相对强度与Fs的关系曲线，以及与超声波功率Pa的关系曲线。1、了解声光效应的原理。2、了解喇曼纳斯衍射和布喇格

27、衍射的实验条件和特点。3、测量声光偏转和声光调制曲线。声光效应仪。综合实验020103037晶体的电光效应综合选测量晶体半波电压、电光常数；观察电光效应所引起的晶体光性的变化和会聚偏振光的干涉现象。1、了解电场对晶体的作用机理。2、观察光学系统的响应情况，理解设置静态工作点的目的和意义，以及设置方法和要求。3、用一音频信号驱动电光晶体，模拟信息对光的调制和传输。晶体的电光效应仪。综合实验020103038法拉第-磁光效应综合选观察光的偏振性；研究偏振光偏转角度与磁感应强度、介质厚度及材料本身特性之间的关系；测定不同玻璃材料的费尔德常数。1、观察光的偏振性。2、研究偏振光偏转角度与磁感应强度、介

28、质厚度及材料本身特性之间的关系；测定不同玻璃材料的费尔德常数。法拉第-磁光效应仪。综合实验020103039密立根油滴实验综合必利用CCD密立根油滴仪测量电子电荷。了解CCD图象传感器的原理与应用，学习电视显微测量方法。1、掌握密立根油滴实验的原理与数据处理方法。2、使用CCD微机密立根油滴仪测量电子电荷。3、了解CCD图像传感器的原理与应用。密立根油滴仪。近代实验020103040微波的光学特性综合必分光仪分度转台的安装与调整；成套件的安装；完成反射，单缝衍射、双缝干涉、偏振、布拉格衍射等实验。（选做部分内容）1、微波反射、单逢衍射、双逢干涉实验、迈克尔逊干涉、偏振、布拉格衍射等实验； 微波

29、分光仪。近代实验020103041用光电效应测定普朗克常数综合必用零电流法找到光电效应的截止电压。用实验法作出不同频率下的直线，并求出直线的斜率，测定普朗克常数。1、了解光电效应的规律，加深对光的量子性的理解。2、会用零电流法找到光电效应的截止电压。3、会用实验法作出不同频率下的直线，并求出直线的斜率。4、掌握对光电管伏安特性曲线的处理方法，测定普朗克常数。GD-2型普朗克常数实验仪。近代实验020103042液晶光开关的电光特性实验综合必测量液晶光开关的电光特性，由光开关特性曲线，得到液晶的阈值电压和关断电压，上升时间和下降时间。1、在掌握液晶光开关的基本工作原理。2、了解液晶光开关的工作条

30、件。液晶光开关的电光特性实验仪。综合实验020103043电子枰实验综合1、单臂电桥输出电压与重量的关系2、半桥电子秤灵敏度与非线性偏差实验3、全桥电子秤灵敏度与非线性偏差实验1、了解金属箔式应变片的应变效应，电桥的工作原理。2、了解单臂电桥、半桥、全桥的性能，并比较其灵敏度和非线性度。3、通过实验后能够设计信号放大电路。应变式传感器实验模板、应变式传感器、托盘、砝码、数显表、综合实验020103044非良导体的热导率的测量综合选学习热平衡法测量非良导体热导率的测试方法。1、学习传热学的有关概念和冷却速度的测定方法。2、了解傅立叶传热定律，测定非良导体的热导率。EH-3数字化热学实验仪。 综合

31、实验020103045太阳能电池基本特征的研究综合选测量一定入射光强下太阳能电池开路电压U和短路电流Isc；测定在一定入射光强度下，太阳能电池的输出特性。1、了解太阳能电池的基本结构及基本原理。2、研究太阳能电池的基本特性。太阳能电池基本特性测量仪。综合实验020103046高温超导材料特性测试和低温温度计仿真选1、低温恒温器降温速率的控制及低温温度计的比对。2、超导转变曲线的测量。1、了解高临界温度超导材料的基本特性及其测试方法。了解金属和半导体PN结的伏安特性随温度的变化以及温差效应。大学物理仿真实验V2.0软件近代实验020103047卡文迪许扭秤法测量万有引力常数仿真选测量万有引力常数。1、 掌握在扭秤摆动中求平衡位置的方法。2、 掌握如何通过卡文迪许扭秤法测量万有引力常数。大学物理仿真实验V2.0软件近代实验020103048透射式电子显微镜仿真必软件虚拟的环境中，了解对透射电子显微镜的基础操作流程。了解对透射电子显微镜的基础操作流程。大学物理仿真实验V2.0软件近代实验