数理学院齐鲁工业大学.docx

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数理学院齐鲁工业大学

实验教学大纲

学院名称理学院

课程名称大学物理实验Ⅰ

开课实验室物理实验教学示范中心

执笔人刘玉波

审定人牛爱芹

修（制）订日期2007.03

大学物理实验Ⅰ教学大纲

课程名称：

大学物理实验

英文名称：

CollegePhysicsExperiment

课程代码：

1121301

课程类别：

必修课

实验类别：

独立设课实验

一、学时与学分

课程总学时

48

课程总学分

2

实验学时

48

实验学分

2

上机学时

上机学分

二、教学目的和要求

1．在教学过程中要适当地介绍一些物理实验史料和物理实验在工程技术中的应用知识，对学生进行辨证唯物主义世界观和方法论的教育，使学生了解科学实验的重要性，明确物理实验课程的地位、作用和任务。

2．在整个实验教学过程中，要教育学生养成良好的实验习惯，爱护公共财产，遵守各项规章制度，树立优良的学风。

3．要求学生掌握误差理论的基本知识，具有正确处理实验数据的初步能力，即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价，实验结果的正确表示，处理数据的一些常用方法（列表法、作图法、逐差法和最小二乘法）。

在教学中要注意系统误差的分析，让学生了解系统误差消减的方法。

4．掌握基本物理量的测量方法（如：

长度、质量、时间、热量、温度、湿度、压强、压力、电流、电压、电动势、电阻、磁感应强度、光强度、折射率、频率、电子电荷、普朗克常量、里德堡常量等常用物理量及物性参数的测量），注意加强数字化测量技术和计算机技术在物理实验教学中的应用。

5．了解常用的物理实验方法（如：

比较法、转换法、放大法、模拟法、补偿法、平衡法、干涉法、衍射法，以及在近代科学研究和工程技术中的广泛应用的其他方法），并逐步学会使用。

6．掌握实验室常用仪器的性能，并能够正确使用（如：

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、分光仪、光谱仪、常用电源和光源等常用仪器）。

7．掌握常用的实验操作技术（如：

零位调整、水平／铅直调整、光路的共轴调整、消视差调整、逐次逼近调整、根据给定的电路图正确接线、简单的电路故障检查与排除，以及在近代科学研究与工程技术中广泛应用的仪器的正确调节）。

8．开设一定比例的近代、综合和设计性物理实验项目。

随着计算机及其应用技术的普及，在部分物理实验中对学生进行使用计算机通用软件处理实验数据的基本方法，以及计算机仿真模拟实验。

适当介绍物理实验在现代科学技术中的应用知识。

9.能独立、自主地进行基本的综合性、设计性、近代物理实验。

三、实验项目与主要内容：

面向专业

及编号

1、机械

2、过程控制

3、材料成型

4、电气

5、电子信息

6、通信工程

7、自动化

8、印刷工程

9、环境工程

10、环境科学

11、林产化工

12、材料物理

13、计算机

序

号

实验项目

内容提要

学时

面向专业

实验要求

实验类型

每组人数

实验

上机

1

误差理论

物理实验课的性质、目的及任务，基本程序和实验室规则；测量、误差、不确定度和有效数字等基本概念；直接测量、间接测量结果的不确定度评定；列表法、作图法、逐差法、最小二乘法等数据处理基本方法；系统误差的减小或消除方法；建立经验公式的基本方法；物理实验中的基本测量方法；设计实验方案的基本原则。

3

1-13

必

修

理

论

一个班

2

长度和物体密度的测量

游标卡尺、千分尺、物理天平等基本仪器的测量原理和使用方法。

直接测量量和间接测量量的数据处理方法。

3

1-13

必修

验证

1

3

金属弹性模量的测定

测量钢丝的纵向弹性模量；用光杠杆测量微小长度变化的原理和方法；用读数显微镜配以CCD成像系统测量钢丝的微小伸长量。

用逐差法、作图法、最小二乘法处理数据。

3

1-13

必修

综合

1

4

转动惯量的测定

学会正确测量长度、质量和时间的方法；测定圆盘和圆环绕对称轴的转动惯量；验证刚体转动定律及平行轴定理。

3

1-13

选修

验证

1

5

表面张力系数的测定

用焦利氏秤测量微小力的原理和方法；测定水的表面张力系数

3

1-13

选修

验证

1

6

液体粘滞系数的测定

用落球法和转筒法测定液体粘滞系数的方法；观察液体的内摩擦现象；分析系统误差产生的原因及其消除的方法；了解研究液体粘度在现代生活、技术等领域中的重要意义。

3

1-13

选修

验证

1

7

用电流量热器法测定液体的比热实验

用电流量热器法测定液体的比热；学会物理天平、温度计和量热器的使用方法。

3

1-13

选修

验证

1

8

重力加速度的测定

用单摆测定重力加速度；秒表的使用。

3

1-13

选修

验证

1

9

伏安特性的测量

通过测量电压、电流求电阻值的方法及仪表的选择；学习电磁学基本仪器的测量原理和使用方法及减小伏安法中系统误差的措施；用内、外接法测量线性和非线性电阻，作出线性和非线性电阻的伏安特性曲线。

3

1-13

必修

验证

1

10

电表的扩程与校准

改装电流表、电压表的原理和方法；电表校准的基本知识。

3

1-13

选修

验证

1

11

电桥测电阻

自组电桥、单臂电桥、双臂电桥测电阻的原理和方法；调节电桥平衡的方法；了解电桥灵敏度与各元件参量之间的关系；研究提高电桥灵敏度的几种途径。

3

1-13

必修

验证

1

12

电位差计的原理和使用

电位差计的的工作原理、结构特点和使用方法；用电位差计测量热电偶的温差电动势；用电位差计测量电阻。

3

1-13

选修

验证

1

13

用霍耳开关测弹簧的劲度系数

用伸长法、振动法测量弹簧劲度系数的原理和使用方法，学会使用新型焦利氏称，掌握集成霍耳开关传感器测周期的方法。

3

1-13

必修

验证

1

14

用模拟法测绘静电场

用电流场模拟静电场的理论依据和基本实验条件；用模拟法测绘静电场的分布，加深对电场强度及电位概念的理解

3

1-13

选修

验证

1

15

灵敏电流计的研究

研究电流计线圈的阻尼运动状态；测定电流计常数K和内阻Rg；了解灵敏电流计的构造、原理和使用方法。

3

1-13

选修

综合

1

16

用霍耳元件测磁场

用集成霍尔传感器测量通电螺线管内直流电流与霍尔传感器输出电压之间的关系，证明霍尔电势差与螺线管内磁感应强度成正比，了解和熟悉霍尔效应的重要物理规律；熟悉集成霍尔传感器的特性和应用；用该集成霍尔传感器测量通电螺线管内的磁感应强度与位置之间的关系，并作出关系图。

3

1-13

必修

综合

1

17

示波器的使用

通过用示波器观察各种电信号的波形，测量交流信号的电压、周期、频率和位相等参数，了解模拟示波器的基本结构及工作原理，较熟练地掌握模拟示波器、信号发生器的调节和使用。

3

1-13

必修

验证

1

18

薄透镜焦距的测量

学会光学系统等高共轴的调节；测定薄透镜焦距；观察和验证薄透镜成像规律

3

1-13

选修

验证

1

19

用分光计测棱镜折射率

了解分光计的结构和各部分的作用；能独立进行分光计的调节，学习角游标的读数方法，掌握用分光计测角、测三棱镜折射率的基本原理和方法。

3

1-13

必修

验证

1

20

双棱镜干涉

学习在光具座上进行光学元件调整的技术；观察、描述双棱镜干涉现象及特点；用双棱镜干涉法测定光的波长。

3

1-13

选修

验证

1

21

等厚干涉

观察等厚干涉现象，了解等厚干涉的原理和特点，加深对光的波动性的认识；用干涉法测量透镜的曲率半径和微小长度；用逐差法处理数据。

3

1-13

必修

验证

1

22

衍射光栅

进一步掌握分光计的构造、使用和调节方法；观察水银灯的光线垂直照射光栅时的衍射现象；测定光栅常数和水银灯光谱线的波长。

3

1-13

必修

验证

1

23

用旋光仪测糖溶液的旋光率和浓度

观察线偏振光通过旋光物质的旋光现象；了解旋光仪的构造原理；用旋光仪测量旋光性溶液的旋光率和浓度。

3

1-13

选修

验证

1

24

金属电子逸出功的测定

了解热电子发射的基本规律；用里查逊直线法测定钨的逸出功；进一步学习列表、作图等数据处理方法。

3

1-13

必修

综合

1

25

夫兰克—赫兹实验

了解电子与原子碰撞和能量交换过程的微观图像；测定汞原子或氩原子的第一激发电位；验证原子内部能量是量子化的，证实了原子能级的存在；测定汞原子或氩原子的电离电位。

3

1-13

必修

综合

1

26

用光电效应法测普朗克常数

通过光电效应实验，了解光电效应的基本概念，正确理解光的量子性；测定光电管的伏安特性曲线；验证爱因斯坦光电效应方程，测量普朗克常数。

3

1-13

选修

综合

1

27

迈克尔逊干涉仪的使用

了解迈克尔逊干涉仪的原理、结构和调节方法；调节和观察迈克尔逊干涉仪产生的干涉图，以加深对各种干涉条纹特点的理解；研究定域干涉、非定域干涉、等倾干涉、等厚干涉及光源的时间相干性、空间相干性等问题；测定光波波长。

3

1-13

选修

验证

1

28

全息照相

通过静态光学全息照片的拍摄和再现观察，了解全息照相的基本原理、主要特征以及操作要领；初步掌握全息照相光路的布置和调整，曝光、冲洗和全息片再现的方法。

3

1-13

选修

综合

1

29

微波布喇格衍射

了解电磁波的反射、干涉、衍射等现象；观察研究微波的单缝衍射现象及特点；根据布喇格公式测定模拟晶体晶面距离，初步了解晶体结构的分析方法。

3

1-13

选修

综合

1

30

CCD密立根油滴实验

观察带电油滴在重力场和静电力场中的运动状态，测定电子的电荷量e；验证电荷的不连续性，即电量的量子性；学习电视显微测量方法。

3

1-13

选修

综合

1

31

声速的测量

共振干涉法、相位比较法和时差法测量声速的原理和方法；分别用共振干涉法、相位比较法和时差法测量声音在空气中的传播速度；研究声音在不同液体中的传播速度；用逐差法处理实验数据。

3

1-13

必修

综合

1

32

不良导体导热系数的测定

用稳态法测量不良导体导热系数的原理和方法；用作图法求散热速率；了解温差热电偶的特性。

3

1-13

必修

综合

1

33

气垫导轨实验

观察物体的变速直线运动，测定变速直线运动的平均速度和即时速度，验证牛顿第二定律；利用气垫导轨，研究物体的弹性碰撞和非弹性碰撞的特点，验证碰撞过程中的动量守恒，并测定碰撞前后的动能损失；观察气垫导轨上简谐振动现象，直接测定滑块的周期，间接测定滑块的周期，并测定弹簧劲度系数K；比较两种方法测量结果，分析误差原因。

3

1-13

选修

设计

1

34

空气比热容比的测量

用绝热膨胀法测定空气的比热容比；观测热力学过程中状态变化及基本物理规律；学习气体压力传感器和电流型集成温度传感器的原理及使用方法。

3

1-13

选修

综合

1

35

铁磁材料的磁滞回线测定

了解用示波器测磁滞回线的原理，认识铁磁物质的磁化规律，比较两种典型的铁磁物质动态磁化特性；测定样品的基本磁化曲线，作μ-H曲线；计算样品的Hc、Hr、Bm和（Hm·Bm）等参数；测绘样品的磁滞回线，估算其磁滞损耗。

3

1-13

必修

综合

1

36

用动态法测定金属的杨氏模量

学习用动态法测定金属杨氏模量的原理，进一步熟悉信号发生器、示波器、千分尺、物理天平的使用；用动态悬挂法测量金属材料的杨氏模量；培养学生综合应用物理仪器的能力。

3

1-13

选修

综合

1

37

光拍频法测量光速

了解光调制的一般性原理和基本技术，理解光拍频的概念及获得；了解声光效应的应用；用光拍频法测量光速。

4

1-13

选修

综合

2

38

光纤传输技术实验

半导体电光/光电器件的基本性能及主要特性的测试方法；音频信号光纤传输系统的结构及选配各主要部件的原则；音频信号光纤传输系统的调试技术。

4

1-13

选修

综合

2

39

多功能光栅光谱测量与光谱分析

学会光栅光谱仪的原理及应用；观察原子的发射光谱和吸收光谱；测量光谱的波长，并计算里德伯常数。

4

1-13

选修

综合

2

40

固定均匀旋振动的研究

了解均匀弦振动的传播规律；观察行波与反射波互相干涉形成的驻波；测量弦上横波的传播速度；通过驻波的测量，求出弦的线密度。

3

1-13

选修

综合

2

41

交流电桥

学习交流电桥平衡的原理和电桥平衡的调节方法；测量电容器的电容量及损耗；测量电感器电感量及其Q值；测量电阻；了解交流电桥电路在自动测量和自动控制电路中的广泛应用。

3

1-13

选修

验证

2

42

塞曼效应

学习塞曼效应理论,确定能级的量子数与朗德因子,绘出跃迁的能级图；利用法布里—珀罗标准具来观察并测量汞谱线的塞曼分裂；掌握实验的设计原理、仪器的调整、谱线波长差的测量原理与数据处理；了解线阵CCD器件的原理和应用。

4

1-13

选修

综合

2

43

荧光分光光度计实验

了解荧光分光光度计的原理；掌握荧光分光光度计的使用；对物质的荧光光谱进行光谱分析。

4

1-13

选修

综合

2

44

单光子计数实验

了解光子计数方法的基本原理和基本实验技术；学习一种弱光检测技术；分析弱光检测中的一些主要问题。

4

1-13

选修

综合

2

45

激光拉曼光谱

拉曼散射的基本原理，根据拉曼散射光谱来确定分子结构及简正振动类型；激光拉曼散射光谱的实验技术。

4

1-13

选修

综合

2

46

纳米微粒制备技术

利用蒸汽冷凝法制备金属纳米微粒的基本原理和实验方法；研究微粒尺寸与惰性气体气压之间的关系；利用电子成像法、X射线衍射峰宽法、扫描隧道显微镜或其它方法测量纳米微粒的粒径。

4

1-13

选修

综合

2

47

核磁共振

核磁共振的实验原理和使用方法；利用扫场法观察核磁共振吸收现象；测量磁体磁场的分布，测量F的g因子；掌握磁场的校正方法，测量聚四氟乙烯中氟核的共振频率。

4

1-13

选修

综合

2

48

高温超导体材料特性测试

分别利用动态法和稳态法测量高临界温度氧化物超导材料的电阻率随温度的变化关系；利用液氮容器内的低温空间改变氧化物超导材料温度、测温及控温的原理和方法；利用四端子法测量超导材料电阻和热电势的消除等基本实验方法以及实验结果的分析与处理。

4

1-13

选修

综合

2

49

双光栅测量微弱振动位移

利用光的多普勒频移形成光拍的原理；了解精确测量微弱振动位移的方法；应用双光柵微弱振动测量仪测量音叉振动微振幅；作出外力驱动音叉时的谐振曲线。

4

1-13

选修

综合

2

50

原子力显微镜应用和样品检测

原子力显微镜的原理和结构；原子力显微镜的操作和调试过程；用原子力显微镜观察样品的表面形貌；用计算机软件处理原始数据图像。

6

1-13

选修

综合

2

51

扫描隧道显微镜的应用和样品分析

量子力学中的隧道效应的基本原理；扫描隧道显微镜的基本结构、原理和实验方法；扫描隧道显微镜设备的操作和调试过程、样品制作过程；观察样品的表面形貌；使用计算机软件获得样品的表面图像，并进行处理和分析。

6

1-13

选修

综合

2

52

非线性电路中的混沌现象

分析RLC电路中混沌现象的基本特性和混沌产生的方法；对所观察的奇怪吸引子的各种图像进行探讨和说明；测量有源非线性电路的电流—电压（负阻）特性。

3

1-13

选修

综合

2

53

谐振动的研究

研究简谐振动的特性：

T-m和T-A的关系。

测定弹簧的有效质量和劲度系数。

6

1-13

选修

设计

2

54

非线性电阻特性的研究

依据某种非线性电阻元件的特点，选择实验方案，设计合适的检测电路，选择配套的仪器。

测绘出元件的伏安特性曲线。

学习从实验曲线上获取元件的有关信息及利用价值。

6

1-13

选修

设计

2

55

滑线变阻器特性的研究

利用电阻箱研究滑线变阻器的分压特性和限流特性。

设计分压和限流电路，测出分压和限流的特性曲线，讨论实验结果。

6

1-13

选修

设计

2

56

用电位差计校准电表

拓展电位差计（补偿原理）的使用范围，掌握电位差计的其它应用。

学习测试电路的设计和测量条件的选择。

6

1-13

选修

设计

2

57

光栅特性的研究

以汞绿色光谱线

=546.6nm为标准，用光学测角计测定光栅的光栅常数d并估算测量不确定度。

利用波长较小的汞黄线

=576.96nm,测定光栅的角色散率

，并应用角色散率测定另一条汞黄线的波长。

估计此光栅的分辨率R并估计能分辨的最小波长差。

（已知光学测角计准直管的通光孔径为2.20cm）。

6

1-13

选修

设计

2

58

用折射极限法测液体的折射率

掌握用折射极限法测定液体的折射率，巩固测角仪的调整和使用方法。

在调整好光学测角仪的基础上用折射极限法测量液体（水和酒精）的折射率

6

1-13

选修

设计

2

59

自组显微镜和望远镜

设计出自组显微镜和望远镜的光学系统，画出光路图，说明其结构和原理；测量自组显微镜和望远镜的视觉放大率，画出其测量光路，说明测量原理和步骤。

6

1-13

选修

设计

2

四、基本设备与器材配置

序号

仪器名称

序号

仪器名称

1

杨氏模量测试仪

31

微波分光仪

2

CCD伸长法杨氏模量测定仪

32

密立根油滴仪

3

焦利氏称

33

CCD微机密立根油滴仪

4

焦利氏称实验仪

34

声速测定仪

5

转动惯量测试仪

35

气垫导轨

6

导热系数测定仪

36

磁滞回线测量仪

7

空气比热容比测定仪

37

动态弹性模量仪

8

落球法液体粘滞系数实验仪

38

光拍法光速测定仪

9

直流电压表

39

音频光纤传输实验仪

10

直流毫安表

40

组合式多功能光栅光谱仪

11

直流微安表

41

弦音计

12

直流单臂电桥

42

交流电桥实验仪

13

直流双臂电桥

43

核磁共振实验仪

14

直流电位差计

44

非线性电路混沌实验仪

15

静电场描绘实验仪

45

典型传感器特性综合实验仪

16

直流复射式检流计

46

电表改装与校准实验仪

17

霍尔效应测磁实验仪

47

塞曼效应实验仪

18

螺线管磁场测定仪

48

双光栅振动测量仪

19

低频信号发生器

49

纳米微粒制备仪

20

函数信号发生器

50

超导材料测试仪

21

通用示波器

51

激光拉曼光谱仪

22

二踪通用示波器

52

椭圆偏振测厚仪

23

光具座

53

光学平台及附件

24

分光计

54

荧光分光光度计

25

读数显微镜

55

单光子技术实验系统

26

光学度盘旋光仪

56

原子力显微镜

27

逸出功测定仪

57

扫描隧道显微镜

28

夫兰克—赫兹实验仪

58

数字万用表

29

光电效应实验仪

59

电子天平

30

迈克尔逊干涉仪

60

五、考核方式与评分办法

本课程为考试课，采用“学生实验平时考核”和“期末考试”相结合的方法进行实验成绩评定。

1．实验平时考核

学生完成一次实验题目考核一次，考核内容分为3个部分：

预习、操作、报告。

平时考核成绩=实验预习成绩+实验操作成绩+实验报告成绩

2．实验期末考核

操作考试、实验理论考试或写物理实验论文

3．总成绩评定

总成绩=平时考核成绩（40~50%）+期末考试成绩（60~50%）。

4．为鼓励学生在平时的实验教学过程中自主创新，若发现学生对某个实验有独创的见解，或设计出独创的实验内容等，要求学生及时以书面的形式报告给主讲教师，由主讲教师汇总后，报数理学院实验中心主任审查，综合考虑在总成绩中给该学生加分。

如果独创性特别突出，甚至可以直接免试。

六、实验教材及参考书：

实验教材：

牛爱芹，李淑华，曹钢，《大学物理实验》山东大学出版社2000.6

参考书：

[1]霍剑青等《大学物理实验》高等教育出版社2001.6

[2]李学慧《大学物理实验》高等教育出版社2005.6

[3]凌亚文《大学物理实验》科学出版社2005.2

[4]杨俊才，何焰蓝《大学物理实验》机械工业出版社2004.7

[5]丁慎训，张连芳《物理实验教程》清华大学出版社2002.9

[7]倪新蕾《大学物理实验》华南理工大学出版社2006.1

[8]杨桂娟，梅妍《大学物理实验》大连理工大学出版社2006.2

[9]滕道祥《大学物理实验》北京理工大学出版社2006.2

七、参加本大纲编写人员：

执笔人：

刘玉波

审定人：

牛爱芹

实验教学大纲

学院名称理学院

课程名称大学物理实验Ⅱ

开课实验室物理实验教学示范中心

执笔人刘玉波

审定人牛爱芹

修（制）订日期2007.03

大学物理实验Ⅱ教学大纲

课程名称：

大学物理实验

英文名称：

CollegePhysicsExperiment

课程代码：

1121302

课程类别：

必修课

实验类别：

独立设课实验

一、学时与学分

课程总学时

40

课程总学分

2

实验学时

40

实验学分

2

上机学时

上机学分

二、教学目的和要求

1．在教学过程中要适当地介绍一些物理实验史料和物理实验在工程技术中的应用知识，对学生进行辨证唯物主义世界观和方法论的教育，使学生了解科学实验的重要性，明确物理实验课程的地位、作用和任务。

2．在整个实验教学过程中，要教育学生养成良好的实验习惯，爱护公共财产，遵守各项规章制度，树立优良的学风。

3．要求学生掌握误差理论的基本知识，具有正确处理实验数据的初步能力，即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价，实验结果的正确表示，处理数据的一些常用方法（列表法、作图法、逐差法和最小二乘法）。

在教学中要注意系统误差的分析，让学生了解系统误差消减的方法。

4．掌握基本物理量的测量方法（如：

长度、质量、时间、热量、温度、湿度、压强、压力、电流、电压、电动势、电阻、磁感应强度、光强度、折射率、频率、电子电荷、普朗克常量、里德堡常量等常用物理量及物性参数的测量），注意加强数字化测量技术和计算