《大學物理實驗》（上）課程教學大綱
課程代碼:A303005
課程名稱：大學物理實驗（Physical Experiments I）
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：一（2）
先修課程：中學物理，預備性物理實驗，高等數學
後續課程：大學物理實驗（下）、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.了解實驗課程的重要地位 2.測量誤差與不确定度的基本知識 | 緒論一 1.介紹實驗課程在物理概念與物理規律建立過程中的相關曆史與作用。 2.介紹測量與誤差的關系，測量與不确定度之間的關系，詳細推導不确定度的計算公式，學會有效數字的處理方法。 | + | |||
2 | 1.掌握實驗數據處理的基本知識 2.學會長度測量與實驗數據處理方法 | 緒論二 1.詳細介紹列表法、作圖法、逐差法等實驗數據處理方法并對作圖法進行訓練。 2.測量空心圓柱體及小圓球的長度數據，并通過長度數據對體積的實驗結果進行正确計算及表達。 | + | |||
3 | 1．認識天平 2．掌握流體靜力稱衡法和比重瓶法測量密度的方法 3．學習計算和分析間接測量量的誤差和不确定度 4.分析結果 | 物體密度的測定 1.講解天平的結構，了解天平使用正确步驟及注意事項。 2.講解流體靜力稱衡法原理及對應的測量方案（測有機玻璃塊密度），講解比重瓶的結構特點及對應的測量方案（測鋁鉚釘密度） 3.通過所測數據，講解計算物體的密度及對應的不确定度的方法。 4.引導學生通過所得相對不确定度結果進行作圖，再通過圖形對結果分析及了解對質量選擇的标準。 | + | |||
4 | 1．學會正确測量長度、質量和時間的方法 2．用三線擺測定轉動慣量 3．驗證轉動慣量的平行軸定理 | 三線擺測定物體的轉動慣量 1.引導測量待測物體的直徑等長度量，測量待測物體的質量，了解光電門及光電門測量時間的原理。 2.要求利用三線擺實驗儀測量基準圓盤轉動慣量、圓環轉動慣量并與理論值比較。 3.要求利用三線擺實驗儀測量圓柱體平行于中心軸偏移後的轉動慣量并驗證平行軸定理。 | + | |||
5 | 1．了解彈性模量的物理意義，學習靜态拉伸法測量材料的彈性模量原理 2．掌握光杠杆放大法及其原理 3．學會逐差法處理實驗數據 | 彈性模量的測定 1.從物理學的角度介紹物體彈性模量的定義，并結合靜态拉伸法推導出實驗基本公式 2.提出實驗公式中金屬絲拉伸量為微小形變量，引導出利用光杠杆鏡尺組對該微小量進行放大，同時結合光路圖對放大結果進行計算 3.要求通過砝碼均勻增大（減小）拉力，計算标尺刻度，并對其進行逐差計算。 | + | |||
6 | 1．認識惠斯通電橋 2．用兩種電橋測量電阻 | 惠斯通電橋測電阻 1.引出電阻的多種測量方法，并對這些方法進行比較，從而得出電表内阻對電阻測量的影響，進而解釋惠斯通電橋測量電阻的原理，提出其電阻測量的優勢 2.提出電阻的測量分兩部分進行，首先利用闆式電橋進行原理解析并測量某一電阻的大小，其次在原理了解的基礎上進行箱式電橋的使用及多個電阻的精确測量。 | + | |||
7 | 1．學習開爾文雙臂電橋、熱電偶溫度計的測量原理和使用方法 2．了解金屬電阻的溫度特性并測量其溫度系數 3．使用圖示圖解法處理數據 | 金屬電阻溫度系數的測定 1.介紹金屬電阻溫度系數經驗公式，了解該實驗中的待測量分别為電阻、溫度，在此基礎上引入開爾文電橋的原理及使用範圍、熱電偶測溫的原理及優勢 2.要求利用升溫（或降溫）對電阻的阻值及對應的溫度進行測量（同時記錄溫差電動勢），并記錄多組數據。 3.要求利用圖解法對金屬電阻溫度系數及溫差電系數進行求解。 | + | |||
8 | 1.了解描繪靜電場的原理和方法2.考察一些特殊電極産生的靜電場的分布 3.練習靜電場的等勢線和電場線的作圖描繪法 | 靜電場描繪與模拟法研究 1.介紹靜電場的特性及其與穩恒電流場的相似性，提出靜電場通過穩恒電流場模拟的條件及邊緣效應的問題 2.要求對平行直導線電極、同軸電纜電極、尖端電極（選）、加速電極（選）進行靜電場的模拟測定。 3.通過作圖，對以上幾個電極的電場線進行描繪，同時對等勢線進行描繪。 | + | |||
1．觀察光的偏振現象，了解光偏振的基本規律 2．測量偏振光光強，驗證馬呂斯定律 | 偏振光的研究 1.講解偏振光的應用及原理，講解偏振光與自然光之間的關系，介紹偏振光光強公式（馬呂斯定律） 2.要求對偏振光的光強在偏振片角度變化的情況下進行多次測量，并描繪出數據變化關系圖線，從而對馬呂斯定律進行驗證。 | + | ||||
1. 研究彈簧振子振動周期公式 2. 測定彈簧的勁度系數 3. 練習作圖法和曲改直處理實驗數據的方法 | 彈簧振子周期公式研究 1. 介紹實驗手段總結經驗公式，并介紹對測量結果進行分析和評估的方法 2．要求按照經驗公式進行數據測定 3.要求利用所測數據進行作圖，講解曲線改直的方案及作用，要求測定彈簧勁度系數等基本物理量，并分析彈簧本身質量對振動的影響。 | + | ||||
1．了解滑線變阻器的用途和使用方法 2．學習分壓電路和制流電路 3．練習按電路圖正确連接電路 4．利用作圖法分析問題 | 分壓制流電路的研究 1.講解滑動變阻器（電位器）的應用，介紹分壓電路及制流電路原理圖及其作用 2.對應分壓電路及制流電路原理圖，分别介紹其特性圖線，使學生分清負載電阻與滑動變阻器最大阻值比例不同情況下的圖線變化特點 3.要求測量分壓電路的電壓與對應電阻、制流電路的電流與對應的電阻，從數據了解大緻的規律 4.對所測數據進行作圖處理，并分析滑動變阻器的分壓特性和制流特性。 | + | ||||
三、課程内容與學時分配
教學内容 | 實驗學時 | 小計 |
緒論一 | 3 | 3 |
緒論二 | 3 | 3 |
物體密度的測定 | 3 | 3 |
三線擺測定物體的轉動慣量 | 3 | 3 |
彈性模量的測定 | 3 | 3 |
惠斯通電橋測電阻 | 3 | 3 |
金屬電阻溫度系數的測定 | 3 | 3 |
靜電場描繪與模拟法研究 | 3 | 3 |
偏振光的研究 | 3 | |
彈簧振子周期公式研究 | 3 | |
分壓制流電路的研究 | 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在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版
《大學物理實驗》,陳玉林、陳萱,上海交通大學出版社,2017年第1版
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