《大學物理實驗(下)》教學大綱

發布者:房振偉發布時間:2023-09-04浏覽次數:10

《大學物理實驗》(下)課程教學大綱

課程代碼:A303006 

課程名稱:大學物理實驗(Physical Experiments II

學分/總學時1.5學分/24學時

實驗學時24(獨立課程)

課程類别:公共基礎課,理工科必修

開課學期:二(1

先修課程:中學物理,預備性物理實驗,高等數學,大學物理實驗(上)

後續課程:專業課程、專業實驗課程

課程負責人:周雨青

一、課程目标

1.通過對實驗現象的觀察、分析和對物理量的測量,使學生進一步掌握物理實驗的“基本知識,基本方法和基本技能”(即“三基”能力);并能運用物理學原理和物理實驗方法來研究物理現象和規律,加深對物理學原理的理解。

2.培養與提高學生從事科學實驗的素質。其中包括:理論聯系實際和實事求是的科學作風;嚴肅認真的工作态度;不怕困難,主動進取的探索精神;遵守操作規程,愛護公共财物的優良品德;以及在實驗過程中相互協作,共同探索的團隊合作精神。

3.培養學生進行綜合實驗、應用實驗和設計實驗的能力,以及自主學習和科學研究的能力,提高學生的創新素質。

4.在教師的指導下,了解和掌握科學實驗的主要過程和方法,通過親自動手動腦,訓練和測量誤差與不确定度的基本知識培養獨立工作的能力,提高科學素質,為後續課程學習以及進行課題設計、科學研究打下基礎。

二、課程目标與教學内容和教學環節對應關系表

序号

課程目标

教學内容

教學環節

課堂教學

作業

實驗

項目設計

1

1.了解等厚幹涉

2.認識讀數顯微鏡

3.測牛頓環透鏡的曲率半徑

4.測量金屬絲直徑

牛頓環與劈尖幹涉

1.介紹等厚幹涉現象,了解等厚幹涉的原理和特點,加深對光的波動性的認識;

2.介紹讀數顯微鏡的結構及使用方法,突出提示讀數顯微鏡的使用注意事項

3.介紹牛頓環理論公式,結合實驗設備,推導出牛頓環的實驗計算公式,并介紹各量測量方案,從而測量參數并求出牛頓環的曲率半徑

4.介紹劈尖理論公式,結合實驗設備,要求學生推導劈尖實驗計算公式,并設計各量計算方案,且要求自行設計表格求出金屬絲直徑。



+


2

1.認識分光計

2.測三棱鏡折射率

3.認識光的色散現象

分光計調節和三棱鏡折射率測量

1.講解分光計的結構及各組成部件的作用,學會其讀數方法

2. 要求通過測量三棱鏡的最小偏向角,測定其對單色光(綠光)的折射率

3.要求觀察光的色散現象,測量數據,繪制色散曲線。



+


3

1.了解聲速測量原理

2.掌握示波器的使用;

3.了解壓電換能器

聲速的測定

1.介紹測量超聲波在空氣中傳播速度的方法,給出公式并介紹在此公式下的兩種測量方案

2.介紹示波器在該實驗測量中要用到的功能,并順次介紹使用方法

3.介紹壓電換能器的功能及發射和接收超聲波的方法,提出最佳工作頻率調節要求



+


4

1.認識振動

2.認識玻爾共振儀

3.學會用頻閃法測定數據。

受迫振動的研究

1.介紹自由振動、阻尼振動、受迫振動和共振現象,提出不同阻尼力矩對受迫振動的影響;

2.介紹玻爾共振儀的結構及使用方法。要求測量自由振動周期;測量阻尼振動振幅及周期;測量受迫振動振幅及周期。描繪擺輪受迫振動的幅頻特性和相頻特性

3.介紹頻閃法原理,結合儀器介紹頻閃法原理在本實驗中的應用,并對相位差進行測定。



+


5

1.學習并測量導熱系數;

2.求傳熱速率

3.求冷卻速率。

導熱系數的測定

1.介紹導熱系數定義及一維公式,并推導實驗公式

2.介紹物體散熱速率和傳熱速率的關系,引導利用物體的散熱速率求傳熱速率

3.介紹用作圖法求物體的方法并要求對數據進行測量及求解



+


6

1.認識數字示波器

2.學會示波器的基本使用

3.進一步了解波的合成

示波器的使用

1.介紹數字示波器的基本結構和工作原理,拓展介紹示波器的發展史

2.介紹利用數字示波器觀察波形,并測量正弦波、方波、三角波的電壓、周期和頻率

3.介紹利用數字示波器觀察兩個相互垂直的諧振動的合成,并要求調節1:1,1:2,2:1,1:3基礎簡單整數比情況下的李薩茹圖形,從而精确測量信号發生器的正弦頻率。



+


7

1.認識邁克爾孫幹涉儀

2.觀察等傾幹涉條紋。

3.測量激光波長。

邁克爾孫幹涉儀

1.介紹邁克耳孫幹涉儀的原理、結構、調節方法及讀數方案

2.介紹邁克爾孫的光路原理,并進一步介紹等傾幹涉及等厚幹涉的區别

3.要求對幹涉圓環的吞吐情況進行記錄,通過所得數據對激光波長進行求解。



+


1.了解扭擺法測轉動慣量的原理

2.認識扭擺實驗儀

3.測轉動慣量

4.驗證平行軸定理

扭擺測物體轉動慣量

1.介紹胡克定律及轉動定律,并由此推導扭擺測轉動慣量的實驗計算公式

2.介紹扭擺的結構及工作原理,要求用規則圓柱體測量扭擺實驗儀的扭轉系數k

3.要求利用扭擺實驗儀對金屬圓筒相關參數進行測定,從而測量其轉動慣量,并與理論值比較

4.要求利用扭擺實驗儀對圓柱體及金屬棒相關參數進行測定,并驗證平行軸定理是否成立。



+


1.了解荷質比測定儀的結構

2.利用磁聚焦測量荷質比

3.了解電聚焦

電子荷質比的測定

1.介紹示波管的結構和各電極的作用,介紹通電螺線管及其結構

2.介紹磁聚焦的原理,分析磁聚焦電子在複合場中的受力情況,并要求測量聚焦電流并計算荷質比的大小。

3.按要求進行接線,觀察電聚焦現象,并要求思考測量荷質比的原理(選做)



+


8

1.了解霍爾效應原理

2.利用霍爾效應測不同間距情況下線圈中心軸線的磁場

3.分析磁場特性

霍爾法測磁場

1.介紹霍爾效應原理,介紹霍爾片及其工作原理,要求對不等勢電位差進行調零操作,推導霍爾電壓與磁場大小的實驗計算公式

2.要求測量單個通電圓線圈、亥姆霍茲線圈、兩個通電圓線圈不同間距時磁感應強度

3.要求對所測數據進行圖示圖解,并分析不同情況下線圈軸線磁場分布情況。



+


1.認識理想二極管

2.了解金屬熱電子發射

3.學會數據處理方法

金屬逸出功的測定

1.介紹理想二極管的結構、簡化原理圖及工作原理

2.介紹逸出功的概念及熱電子發射公式,提出熱電子發射公式計算逸出功的方法及困難,要求對相關數據進行測量

3.介紹裡查孫直線法及零電場熱電子發射電流反向延長法,要求用測量數據進行作圖并求解相關系數,要求獲得逸出功的大小并與公認值進行比較。



+


1.了解駐波

2.控制變量,測量相關數據

3.分析數據之間的關系

弦線上駐波的研究

1.介紹駐波形成的條件及公式,并對公式進行實驗分析,介紹不同的測量方案

2.介紹共振對本實驗的作用,并對共振進行有效調節,要求測量弦線的(共振)頻率與波腹數的數據,弦線的(共振)頻率與弦長的數據,弦線的(共振)頻率、傳播速度與張力的數據,弦線的(共振)頻率、傳播速度與線密度的數據

3.對所測數據進行計算,了解其内在聯系,進一步了解駐波的特點



+


1.認識分光計

2.了解光栅衍射

3.測量光栅常數及光波波長。

光栅衍射

1.複習分光計的結構和使用方法

2.介紹光栅及光栅衍射現象,通過原理圖對光栅衍射進行分析,進一步加深對光栅衍射理論的理解

3.要求利用綠光對光栅常數進行測量,在獲得光栅常數後,要求對其他顔色的光波長進行進一步測量與計算



+


三、課程内容與學時分配

教學内容

實驗學時

小計

牛頓環與劈尖幹涉

3

3

分光計調節和三棱鏡折射率測量

3

3

聲速的測定

3

3

受迫振動的研究

3

3

導熱系數的測定

3

3

示波器的使用

3

3

邁克爾孫幹涉儀

3

3

扭擺測物體轉動慣量

3

電子荷質比的測定

3

霍爾法測磁場

3

3

金屬逸出功的測定

3

弦線上駐波的研究

3

光栅衍射

3

合計


24

四、教學方法

1.緒論課介紹課程的實施方式、實驗報告的撰寫形式及實驗數據處理的方法,并要求學生在後期的實驗過程中按要求執行。

2.課前采用線上方式,提示學生進行有效預習,除規定的撰寫好預習報告之外,可參考各教師定制的圖片、文字、視頻資源對實驗進行充分了解。

3.實驗課程采用教師講解加學生實驗兩部分進行,其中教師講解部分可采用多媒體教學、闆書、部分演示、部分操作領做等多種方式,引導學生對實驗原理、儀器使用方法、實驗步驟、數據采集注意事項等進行進一步了解;實驗操作部分學生作為主導,按照實驗要求進行數據測量,測量過程中結合同學讨論、教師互動等方式完成。

4.實驗課後由學生完成實驗報告,通過線上線下結合的方式對報告數據處理中的問題及實驗拓展内容進行交流。

五、考核方式與成績評定

本課程的考核方式為實驗報告形式,最終成績為各實驗成績的綜合評價,實驗成績為5級評分:優、良、中、及格、不及格,不及格者必須重修後方能取得學分。對單次實驗成績的評定分為以下三部分:

1.實驗預習環節(20%

看懂教材、明确目的、寫出預習報告。預習報告要求:

 ①寫實驗目的、主要原理、公式(包括式中各量意義)、線路圖或光路圖及關鍵步驟。

 ②實驗報告冊封底畫好原始數據表格。

 ③課上教師要檢查預習情況,記錄預習分。

2.實驗操作環節(40%

閱讀資料、調整儀器、觀察現象、獲取數據、儀器還原。

 ①重視實驗能力、作風培養。珍惜獨立操作的機會,完成基本内容,争取做提高内容。教師在評分上予以鼓勵。

 ②強調記錄數據時不得用鉛筆,隻有數據正确、儀器還原、教師簽字後該次實驗才有效。

 ③提倡研究問題,注意安全操作。

3.實驗報告環節(40%

 ①實驗報告要用菠菜担保论坛大全實驗報告冊。

 ②報告内容:凡預習報告中已有的原理、圖、步驟等不必重寫,可在讨論或小結裡用自己的實驗體會加以補充。數據處理時必須先重新整理原始記錄,然後進行計算(應包含主要過程)、作圖等。實驗報告的分析讨論部分應重點關注,該部分為應用及拓展能力培養的主要陣地,教師簽字的原始記錄在最後一頁不要丢失。

 ③交報告的時間、地點:一周内交給課代表,由課代表交至指定報告櫃中。逾期未交報告,酌減報告分,14天不交報告,按無報告處理。

六、建議教材與教學參考書

《大學物理實驗》,陳小鳳、陳玉林,高等教育出版社,2015年第1

《大學物理實驗》,陳玉林、陳萱,上海交通大學出版社,2017年第1

附件

實驗成績評分标準表

考核内容

 優

85-100

 良

75-84)

 中

65-74

 及格

60-64

不及格(<60

預習報告 (權重 20%)

實驗目的清晰、主要原理正确、公式(包括式中各量意義)推導完整、線路圖或光路圖表達清晰且美觀、關鍵步驟書寫條理清楚,且為理解的基礎上自行整理而得

實驗目的清晰、主要原理正确、公式(包括式中各量意義)推導完整、線路圖或光路圖表達清晰且美觀、關鍵步驟書寫條理清楚

實驗目的、主要原理、公式、線路圖或光路圖及關鍵步驟書寫完整

實驗目的、主要原理、公式、線路圖或光路圖及關鍵步驟書寫部分缺失或所寫内容為非重點概括性内容

實驗目的、主要原理、公式、線路圖或光路圖及關鍵步驟書寫大部分缺失或未寫預習報告

實驗操作(權重 40%)

實驗步驟清晰,儀器調整順序正确、觀察現象認真且有記錄、獲取數據正确且記錄完整工整、儀器還原到位且恢複至實驗前狀态、有教師簽字,且有創新的操作或方法

實驗步驟清晰、儀器調整順序正确、觀察現象認真且有記錄、獲取數據正确且記錄完整工整、儀器還原到位且恢複至實驗前狀态、有教師簽字

能夠在教材及教師指導下較為順利的完成實驗,數據記錄部分在老師的檢查下能夠修正出正确測量結果

實驗過程需指導地方較多或完成的不完整,數據記錄部分有錯誤數據或缺失數據

實驗過程混亂導緻測量數據錯誤過多或抄襲别人測量數據或數據未經教師檢查及離開實驗室等

實驗報告(權重 40%)

數據表格完整、工整,數據計算正确,誤差或不确定度計算正确,有創新的或拓展性的分析讨論

數據表格完整、工整,數據計算正确,誤差或不确定度計算正确

數據表格完整,數據計算基本正确,誤差或不确定度計算基本正确

數據表格少部分不完整,數據計算有個别錯誤或瑕疵,誤差或不确定度計算有個别錯誤或瑕疵

數據表格不完整,或數據有抄襲現象,或表格數據與原始數據不吻合等


執筆:張禮   審核:周雨青

2021.3.10


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