普通物理实验教学大纲.docx
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普通物理实验教学大纲
普通物理实验教学大纲
（供物理类专业使用）
一、本课程的性质和任务
本课程是一门面向理科物理类专业开设的基础实验课，它与普通物理理论课既有紧密联系，又相互独立。
通过本课程的学习，使学生在物理实验的基本知识、基本方法、基本技能等方面受到较系统的训练，加深对物理学基本概念和基本规律的理解和掌握，培养良好的科学素质、创新精神和实践能力，为今后的科学研究打下良好的基础。
在内容的总体安排上，除开设一定数量的基本实验，以保证基础训练外，还增设了综合性实验和设计性实验，以强调对学生动手能力和科学素质的培养。
二、教学要求与教学方法
全部内容包括力学、热学、电磁学、光学等方面的基本实验33个，综合性与设计性实验26个，根据学时要求和“分段开放式”教学要求，可将内容进行适当组合。
通过本课程的教学，要求达到：
1．掌握常用基本物理仪器的原理和性能，学会正确使用、调节和读数。
2．了解一些物理量的测量方法，知道如何根据实验要求确定实验方案、选择实验仪器设备、如何减少实验误差，掌握作图法、逐差法、外推法、补偿法、定标法等常用实验方法。
3．学习用实验方法探求物理规律、观察和分析物理现象，通过实验加深对一些重要的物理规律的认识和理解，还要用所学过的理论及实验知识指导实验，分析实验中存在的问题。
4．学会对实验进行误差分析和不确定度评定的基本方法，正确运用有效数字，学会定性判断和定量估算实验结果的可靠性。
5．养成良好的实验习惯和严谨的科学作风，特别是严肃认真对待实验数据，杜绝弄虚作假，树立实事求是的科学态度和道德。
6．提高进行科学实验工作的综合能力，包括实际动手能力、分析判断能力、独立思考能力、革新创造能力、归纳总结能力、口头表达能力等。
对于基本实验，教师重点讲授实验要求、操作要点及注意事项，认真指导、考查学生实验过程，进行实验情况的讲评。
要求学生在实验中手脑并用，学会思索、发现，以及强调科学求实的精神。
对综合性、设计性实验，可指导学生自行查阅资料，选择仪器，设计实验方案，经过教师审查后实施。
教学过程中应贯彻“启发式”和“因材施教”的原则，鼓励学生自己分析解决实验中出现的问题，允许学生实验失败，总结经验后重做，注重学生科学素质的培养。
三、教学学时分配和安排
本课程总学时为198学时，分三段安排。
第一段为普通物理实验
（一），共安排力热学、电磁学、光学12~16个基本实验，学时数为54，物理学院和电子信息学院各专业必修。
第二段为普通物理实验
（二），实验分两轮：
第一轮安排12个基本实验（必作）；第二轮安排约16个选作实验，实验题目由学生自选，实验室实行开放，由教师排好实验逐步过渡到让学生自行组合实验，也包括自行设计实验内容。
此段物理实验学时数72，物理学院和电子信息学院各专业必修。
第三段为普通物理实验（三），主要安排提高性选作实验，融合各分支学科的综合实验和设计性实验共29个。
实验室实行全开放，题目自选，每个实验完成的时间只有周次限制，每周做实验的时间不受限制。
此段物理实验学时数为72，物理学院物理学，应用物理，材料物理专业必修。
教学内容及具体学时分配见下表：
表1普通物理实验
（一）
周次
教学内容
学时数
第2周
绪论、测量误差与不确定度评定、有效数字
3
实验1气垫导轨实验
4
实验2声速的测定
4
第3周
实验3用混合法测固体的比热容
4
至
实验4用拉脱法测液体的表面张力系数
4
第14周
实验5直流电桥测电阻
4
（循环）
实验6用补偿法测电压、电流和电阻
或伏安法测晶体二极管特性
4
实验7交流电路的谐振
4
实验8示波器的原理及应用
4
实验9薄透镜焦距的测定
或透镜组基点的测定
4
实验10分光计的调节和使用
4
实验11等厚干涉的应用
4
实验12摄影技术
4
第15周
实验13学生自选实验
4
第16周
实验14学生自选实验
4
第17周
实验15考试
3
表2普通物理实验
（二）
周次
教学内容
学时数
第2周
绪论课、误差分析与不确定度评定
（二）
3
实验1看叉的受迫振动
4
第3周
实验2用伸长法测钢丝的杨氏模量
4
至
实验3热电偶温度计的标度
4
第14周
实验4液体粘滞系数的测定
4
（循环）
实验5交流电桥
4
实验6RLC串联电路的测量与分析
4
实验7RLC电路的稳态过程
4
实验8震耳效应
4
实验9用双棱锐测光波波长
或全息照相
4
实验10迈克耳孙干涉仪
4
实验11衍射光栅
4
实验12偏振光的分析
4
第15周
实验13学生自选实验
4
第16周
实验14学生自选实验
4
第17周
实验15学生自选实验
4
第18周
实验16考试
4
表3普通物理实验（三）
（一）选作实验题目
1．用稳态平板法测不良导体导热系数4学时
2．用闪光法测不良导体导热系数4学时
3．用动态法测定金属的杨氏模量4学时
4．金属线膨胀系数的测定4学时
5．空气密度的测定4学时
6．RLC电路的暂态过程4学时
7．静电场的模拟与描绘4学时
8．交流电路中功率和功率因数的测量4学时
9．用磁聚焦法测电子荷质比4学时
10．弱电流测量4学时
11．通电螺线管磁场的测定4学时
12．CCD微机密立根油滴实验4学时
13．用阿贝折射仪测定物质折射率4学时
14．显微镜4学时
15．法布里一珀罗干涉仪4学时
16．物质旋光性质的研究4学时
17．单色仪及其应用4学时
18．阿贝成像原理与空间滤波4学时
19．光电效应4学时
*以上题目若第二段物理实验选作者不列入第三段物理实验中。
（二）综合与设计性实验
1．易溶于水的颗粒状物质的密度测定8学时
2．传感器的原理与应用8学时
3．用微机研究随机误差的正态分布8学时
4．音叉受迫振动中微机的实时采集与处理8学时
5．智能导热系数测量仪及应用8学时
6．简易万用电表的设计及标准12学时
7．小功率直流稳压电源的设计与制作12学时
8．用示波器测量铁磁材料的磁滞回线8学时
9．周期函数的傅里叶分析8学时
10．霍尔法测磁滞回线4学时
11．非线性电路混沌实验4学时
12．交变磁场测定4学时
13．光学材料折射率的测定12学时
14．内调焦望远镜的组装及放大率测定12学时
15．空气折射率测定（自行设计二种装置）12学时
16．等色谱及其应用12学时
17．光源的时间相干性与空间相干性12学时
18．钕玻璃吸收谱测定12学时
19．全息光栅的制作及其参数测定16学时
20．全息干涉计量8学时
21．激光散斑照法测钠光波长12学时
22．薄膜厚度的测量8学时
23．薄膜折射率和厚度测量8学时
24．用偏光显微镜研究液晶相变及光学特性8学时
25．光学纤维参数的测量8学时
26．光纤温度传感特性的研究12学时
27．高温超导体超导电性的测量8学时
四、教学目的要求和教学内容
第一部分基本实验
实验一气垫导轨实验——弹簧振子的简谐振动
[目的要求]
1．学习气垫导轨的使用方法
2．测量弹簧振子的振动周期
3．求弹簧振子的倔强系数和有效质量
[教学内容]
1．气垫导轨的构造及使用技术
2．测量弹簧振子的振动周期
3．用逐差法和作图法求弹簧的倔强系数和有效质量
[仪器用具]
气垫导轨、滑块、附加砝码、弹簧、光电门、数字毫秒计
实验二声速的测定
[目的要求]
1．了解用驻波法测定声速的原理
2．掌握用驻波法测定空气中声速的方法
3．学会用逐差法处理实验数据
[教学内容]
超声驻波仪的调节、频率的选择、驻波形成、声速测定。
[仪器用具]
声波驻波仪、低频信号发生器、数字频率计、毫伏表、屏蔽导线。
实验三用伸长法测钢丝的杨氏模量
[目的要求]
1．掌握光杠杆的原理及应用
2．学会用伸长法测定钢丝的杨氏模量
[教学内容]
光杠杆、望远镜、标尺的调整；等量加减砝码，多次测量金属丝的伸长（缩短）量；用逐差法处理数据求得E。
[仪器用具]
杨氏模量仪、光杠杆、水准仪、螺旋测微器、钢卷尺、游标尺。
实验四音叉的受迫振动
[目的要求]
1．研究振动系统在周期外力作用下振幅和强迫圆频率之间的关系
2．测绘振动系统的共振曲线
3．应用李沙育图形测音叉振动频率
[教学内容]
测定共振频率ωr和振幅Ar；测绘共振曲线
[仪器用具]
电磁激振系统、示波器、低频信号发生器、毫伏表。
实验五用稳态平板法测定不良导体的导热系数
[目的要求]
1．掌握稳态平板法测不良导体导热系数的原理与方法
2．利用物体的散热速率求传热速率
[教学内容]
1．下铜盘直径D，厚度δ，质量m和待测物厚度L的测量
2．测定稳定导热状态下的温度值T1、T2
3．利用物体的散热速率求冷却速率
4．计算导热系数
[仪器用具]
导热系数测定实验装置、红外灯、调压器、杜瓦瓶、数字电压表。
实验六用混合法测固体的比热容
[目的要求]
1．掌握用混合法测量固体的比热容的原理与方法
2．了解外推法散热的修正原理
[教学内容]
电子天平的使用方法；用混合法测定铝（铜）块的比热容Cx；用外推外确定水的初温和末温，求Cx。
[仪器用具]
量热器、电子天平、铝（铜）块、电炉、停表、搅拌器、冰块、温度计。
实验七热电偶温度计的标度
[目的要求]
1．了解热电偶温度计的测温原理
2．“铜一康铜”热电偶温度计的标度
[教学内容]
实验测定实用温标定义的固定点温度下的热电势；用坐纸绘制“铜一康铜”热电偶的E-t关系曲线。
[仪器用具]
“铜一康铜”热电偶、恒温水浴、冰水瓶、电炉、烧杯、直流电位差计（数字电压表）、水银温度计。
实验八空气密度的测定
[目的要求]
1．了解电子天平（或分析天平）的结构，学会正确使用
2．了解低真空系统的工作原理
3．测定空气密度
[教学内容]
低真空系统的操作、用电子天平（或分析天平）分别测量真空比重瓶、充入空气比重瓶及充水比重瓶的质量m1、m2、m3；求空气密度ρan。
[仪器用具]
电子天平（或电光分析天平）、真空系统、气压计、温度计、比重瓶等。
实验九液体粘滞系数的测定
[目的要求]
1．掌握用斯托克斯法测液体粘滞系数的原理
2．熟练地运用基本仪器测量时间、长度和温度
[教学内容]
用斯托克斯法测定液体粘滞系数。
[仪器用具]
落球粘度计、毫秒计、小钢球、温度计等。
实验十用拉脱法测液体的表面张力系数
[目的要求]
学习用拉脱法测液体表面张力系数的原理与方法
[教学内容]
焦利氏秤的调节；弹簧弹性系数的测量；水和肥皂水表面张力的测量。
[仪器用具]
焦利氏秤、游标卡尺、酒精灯、温度计、玻璃皿。
实验十一优安法测晶体二极管特性
[目的要求]
1．具体了解和分析二极管的伏安特性曲线
2．学会分析伏安法的电表接入误差，正确选择电路使其误差最小
3．学会电表、电阻器、电源等基本仪器的使用
[教学内容]
1．伏安法测晶体二极管2AP13的特性曲性
2．用图3-15电路测2CP13的伏安特性曲线
3．用“最佳电路”测2AP13的特性曲线
[仪器用具]
安培计、伏特计、变阻器、转盘电阻箱、甲电池、待测二极管、导线、双刀双掷倒向开关、单刀开关。
实验十二直流电桥电阻
[目的要求]
1．掌握单臂直流电桥测电阻的原理及方法
2．了解双臂直流电桥测低电阻的原理与方法
[教学内容]
用板式电桥测电阻；用QJ-24型单臂电桥测电阻；自行设计测量方法，用QJ-19型两用直流电桥测低电阻。
[仪器用具]
板式滑线电桥、QJ-24单臂电桥、QJ-19两用直流电桥、检流计、微安表、甲电池、稳压电源、标准电阻、开关。
实验十三用补偿法测量电压、电流和电阻
[目的要求]
1．掌握补偿法原理，了解其优缺点
2．掌握UJ-31型直流电位差计的原理、构造及使用方法
3．学会用电位差计校准微安表及测量其内阻
[教学内容]
用滑线式电位差计测量电池电动势；用UJ-31校准微安表和测量其内阻。
[仪器用具]
滑线电位差计、UJ-31型电位差计、检流计、标准电池、待测电池、微安表头、电阻箱、电源。
实验十四交流电路的谐振
[目的要求]
1．观察交流电路的串并联谐振现象，理解其实质，明确谐振条件和提高Q值的途径
2．学会测A~ω曲线，学会用谐振法测电容
3．学会正确使用正弦信号发生器和晶体管毫伏计
[教学内容]
1．LCR串联电路的谐振观测与分析
2．RLC并联谐振的观测与分析
[仪器用具]
信号发生器、晶体管毫伏计、标准电容、标准电感、电阻箱。
实验十五示波器的原理及应用
[目的要求]
1．了解示波器的结构及示波原理
2．学会正确使用示波器展示波形，测量信号的幅值、频率，观察李沙育图形等
[教学内容]
显示电压波形；检测和应用偏转灵敏度的V/div值；观测李沙育图形；检测示波器的校正信号的频率fc值。
[仪器用具]
CS-4125型示波器、低频信号发生器。
实验十六RLC串联电路的测量与分析
[目的要求]
1．测量并理解电阻器R、电感L和电容C及其组合的U、I位相差
和阻抗Z值
2．验证余弦交流电路中“总电压有效值（合矢量）等于各分电压有效值（分矢量）之和”
3．学会测电感量L、电容量C及有功电阻rL、rC
4．实验确定总电路的电功率Ps及各分电路功率Pi间的关系
[教学内容]
1．在U1=120V的条件下，测RLC串联的I、U、P值
2．仍在U1=120V，且三者串联的条件下，依次测量电阻器、电感器、电容器上的I、U、P值
3．对间接测量的Z、
、L、C、rL、rC进行计算、验证并加以分析
[仪器用具]
调压变压器、瓦特计、交流伏特计、安培计、电阻器、电感器、电容器。
实验十七交流电桥
[目的要求]
1．了解交流电桥的结构和平衡条件
2．懂得交流电桥测C、L、R的原理
3．掌握电桥的最佳测量方法
[教学内容]
1．简便电桥测电感（或电容）
2．麦克斯威尔电桥测电感
3．自行设计测量电路，用万用电桥测交流电源的频率
[仪器用具]
XD-2A低频信号发生器、MF-20晶体管万用电表、电阻箱、标准电容箱、标准电感箱、待测电容与电感、万能电桥。
实验十八RLC电路的稳态特性
[目的要求]
1．通过观测、分析RLC串联电路的幅频特性和相频特性，理解和应用此特性
2．进一步学习用示波器进行位相差的测量
[教学内容]
1．测量RC串联电路的幅频、相频曲线
2．测量RL串联电路的幅频、相频曲线（自行设计电路）
3．测量RLC串联电路的相频曲线
[仪器用具]
正弦信号发生器、真空毫伏表、示波器、自感器、电容器、电阻器。
实验十九RLC电路的暂态特性
[目的要求]
1．观测RC、RL及RLC电路的暂（瞬）态过程，加深对电容、电感特性的认识和对时间常数的理解
2．分别观测RLC串联电路三种阻尼暂态过程，掌握其形成和转化条件
3．学会用脉冲示波器观测暂态过程
[教学内容]
1．RC及RL电路暂态过程的观测
2．RLC串联电路的暂态过程（自行确定电路）
[仪器用具]
低频信号发生器、示波器、电感器、电容器和交流电阻箱。
实验二十霍耳效应
[目的要求]
1．理解霍耳效应的物理意义以及有关霍耳器件对材料要求的知识
2．学习用“对称测量法”消除效应的影响，测量试样的VH-IS和VH-IM的关系
3．确定试样的导电类型、载流子浓度及迁移率
4．学会测室温下的霍耳系数及磁感应强度
[教学内容]
1．实验中的负效应及消除方法
2．电导率σ的测量
3．保持Im不变，测绘VH~IS曲线
4．保持IS不变，测绘VH~IM曲线
5．在零磁场下，取IS=0.1mA，测VAC
6．确定样品的导电类型，并求出RH、n、σ和μ
[仪器用具]
QS-H型霍耳效应实验组合仪
实验二十一薄透镜焦距的测定
[目的要求]
1．学习光具座上各元件的共轴调节
2．掌握测定薄透镜焦距的几种基本方法
[教学内容]
1．光具座上各元件的共轴调节
2．用物距一象距法、贝塞尔法、自准直法测凸透镜的焦距
3．用物距一象距法测凹透镜的焦距
[仪器用具]
光具座、凸透镜、凹透镜、平面反射镜、物屏（带十字线的毛玻璃屏）、像屏、光源。
实验二十二透镜组基点的测定
[目的要求]
1．了解焦距仪中各部分的结构特点
2．用测节器法和焦距仪法测定透镜组的基点和焦距
[教学内容]
1．用测节器法测定透镜组的基点（自行设计方法测透镜组的厚度），绘图表示透镜组主点和焦点的位置
2．用焦距仪法测定透镜组的基点（或薄透镜的焦距）
[仪器用具]
550型焦距仪、测节器、待测透镜组
实验二十三分光计的调节和使用
[目的要求]
1．了解分光计的结构和工作原理
2．掌握分光计的调节要求和调节方法
3．测定棱镜顶角和棱镜玻璃的折射率
[教学内容]
1．分光计的调节与三棱镜顶角的测定（自准直法和反射法）
2．用最小偏向角法测棱镜玻璃的折射率（色散曲线选作）
[仪器用具]
分光计、平行平面反射镜，玻璃三棱镜、汞灯。
实验二十四显微镜
[目的要求]
1．熟悉显微镜的构造和原理
2．掌握显微镜的正确使用方法和放大率测定
3．验证显微镜的分辨本领和物镜数值孔径的关系，进一步理解分辨本领和数值孔径的关系
[教学内容]
1．测定显微镜的放大率和用显微镜测微小长度
2．测量显微镜在附加不同圆孔光阑时的最小分辨距离
3．测物镜在附加光阑时的数值孔径
[仪器用具]
生物显微镜、毫米尺、标准微尺、生物样品、光阑；读数显微镜、一组不同孔径的小孔光阑、2号鉴别率板、高度尺。
实验二十五摄影技术
[目的要求]
1．了解照相机的结构并熟悉其使用方法
2．初步掌握黑白摄影与暗室技术
[教学内容]
1．室内拍摄几种类型的目的物，选择拍摄条件和冲洗条件进行拍照和暗室处理
2．印相和放大（选作）
[仪器用具]
照相机、翻拍架、幻灯机、印象机、放大机、胶卷、暗室冲洗设备。
实验二十六等厚干涉的应用
[目的要求]
1．通过实验加深对等厚干涉原理的理解
2．掌握用牛顿环测透镜的曲率半径和用劈尖测微小直径（或微小厚度）的方法
[教学内容]
用牛顿环测透镜的曲率半径；用劈尖测微丝直径。
[仪器用具]
读数显微镜、牛顿环仪、平面玻璃板（两块）、钠光灯。
实验二十七衍射光栅
[目的要求]
1．观察光栅衍射现象，了解光栅的主要特性
2．掌握在分光计上用透射光栅测光波波长、光栅常数及角色散的方法
[教学内容]
1．调节分光计和光栅到要求的状态
2．测光栅常数、未知光波波长及角色散率
[仪器用具]
分光计、透射光栅、汞灯。
实验二十八用双棱镜测定光波波长
[目的要求]
1．观察双棱镜产生的干涉现象，进一步理解产生干涉的条件
2．熟悉干涉装置的调节技术，进一步掌握光具座上多元件的等高共轴调节方法
3．学会用菲涅耳双棱镜装置测定光波波长
[教学内容]
1．双棱镜干涉装置的共轴调节与干涉现象的观察
2．测量d、D、δx，求未知波长
[仪器用具]
光具座、白光源、单色光源（或干涉滤光片）、可调单缝、双棱镜、测微目镜、凸透镜、白屏。
实验二十九迈克耳孙干涉仪
[目的要求]
1．了解迈克耳孙干涉仪原理及其结构
2．掌握迈克耳孙干涉仪的调节方法
3．结合实验对各种干涉的形成条件、图样特点、变化规律及相互间的区别进行分析，加深对干涉现象的理解
4．测量钠光D双线的波长差或He-Ne激光的波长
[教学内容]
1．定域干涉现象的观察和钠光D双线波长差的测定
2．非定域干涉现象的观察和He-Ne激光波长测定（选作）
[仪器用具]
迈克耳孙干涉仪、钠光灯、He-Ne激光器、白炽灯、扩束镜、毛玻璃。
实验三十偏振光的分析
[目的要求]
1．观察光的偏振现象，熟悉偏振的基本规律
2．用反射起偏的方法测定黑玻璃的折射率
3．了解圆偏振光、椭圆偏振光的产生和检验方法
[教学内容]
1．测量平面玻璃板的布儒斯特角，求折射率
2．平面偏振光通过1/2波片现象的观测
3．用1/4波片产生椭圆偏振光及圆偏振光
4．圆偏振光和椭圆偏振光的检验
[仪器用具]
分光计、偏振片、1/2波片、1/4波片、待测玻璃板、钠光灯。
实验三十一全息照相
[目的要求]
1．了解全息照相的基本原理
2．掌握全息照相的基本实验方法
[教学内容]
1．透射全息图的记录与再现
2．反射全息图的记录与再现
[仪器用具]
全息台及附件、He-Ne激光器、曝光定时器、全息干板、暗室冲洗设备。
实验三十二超声光栅
[目的要求]
1．了解超声致光衍射的原理
2．学会一种利用超声光栅测量超声波在液体中传播速度的方法
[教学内容]
调节分光计到使用状态，调节超声池通光表面垂直于望远镜和平行光管光轴；调节电振荡频率与压电换能器固有频率共振；测量衍射条纹间距；读出共振频率fs，求出超声波在待测液体中的传播速度。
[仪器用具]
超声光栅（超声池），SG-1型超声光栅仪、分光计、测微目镜、钠光灯。
实验三十三光电效应
[目的要求]
1．通过实验加深对光的量子性的认识
2．验证爱因斯坦方程，并测定普朗克常数
[教学内容]
1．测定光电管暗电流特性曲线
2．测定光电管的I-U曲线，确定截止电压U。
3．用直线拟合法或图解法求普朗克常数h
第二部分综合与设计性实验
实验2-1易溶于水的颗粒状物质的密度测定
[实验要求]
1．设计一种方法测量砂糖（或食盐）的密度
2．测定砂糖与食盐混合物中的体积比
[仪器用具]
天平、医用注射器、铁支架、砝码若干、待测物、润滑油、真空泥。
实验2-2传感器的原理与应用
[实验要求]
1．热电偶温度传感器的标定与测温
2．反射式光纤位移传感器输出特性曲线的测定
3．霍尔式传感器的直流激励特性研究（静态位移输出特性）
4．霍尔式传感器的应用——电子秤
[仪器用具]
CCY系列传感器实验仪
实验2-3用微机研究随机误差的正态分布
[实验要求]
1．通过对单摆周期的多次重复测量（≥200次），了解随机误差的分布规律以及标准偏差的意义
2．采用微机，
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