一、课程基本信息

1.1课程编号：B101014Z01

1.2课程类别：通识教育课程

1.3课程性质：学科基础必修课

1.4学分/学时：1.5学分，48学时

1.5先修课程：先修高等数学、大学物理

1.6开课单位：数理学院物理与电子教研室

1.7适用专业：理工农类专业

 

二、课程目标及学生应达到的能力

2.1课程简介

大学物理实验是理工科各专业学生进行教学实验基本训练的一门必修基础课，与理论课具有同等重要的地位。它按照循序渐进的原则，使学生系统地学习物理实验知识、方法和技能，使学生了解科学实验的主要过程与基本方法，为以后的学习和工作奠定良好的基础。

 

教学目标1、使学生掌握实验基本理论，实验误差理论（如测量及其误差，标准偏差，仪器误差等）、有效数字及其运算、测量不确定度及其估算、减小系统误差常用方法等，另外使学生掌握必要的实验室安全知识和自救技能。

教学目标2、培养学生的科学实验素质。包括：自学教材，查阅资料，理解原理，独立进行实验，并能完成实验。借助说明书及有关资料，正确使用一般量具及仪器。能使用量具及仪器，正确测量常用物理量。能正确分析实验过程中的物理现象。能正确记录和处理实验数据，撰写合格的实验报告。使学生掌握物理实验基本知识、基本方法（实验设计方法如：比较法、放大法、补偿法、模拟法、干涉法、转换测量法等；数据处理方法如：列表法、逐差法、作图法、最小二乘法等）

教学目标3、在实验过程中培养学生的团结协作能力，使学生具有协作意识、能相互合作，拥有良好的沟通能力、和谐的人际关系。培养学生吃苦耐劳、精益求精、勇于创新的精神，帮助他们形成严谨的科学态度和严格的科学作风。

2.2课程目标与毕业要求的关系

课程目标	支撑的毕业要求指标点
教学目标1：使学生掌握实验基本理论，实验误差理论（如测量及其误差，标准偏差，仪器误差等）、有效数字及其运算、测量不确定度及其估算、减小系统误差常用方法等，另外使学生掌握必要的实验室安全知识和自救技能。	1.4（工程知识）能利用专业知识，通过模型比较和综合，优选问题的解决方案。
	12.2（终身学习）具有自主学习能力，能够总结归纳、分析推理、判断解决技术问题。
教学目标2：培养学生的科学实验素质。包括：自学教材，查阅资料，理解原理，独立进行实验，并能完成实验。借助说明书及有关资料，正确使用一般量具及仪器。能使用量具及仪器，正确测量常用物理量。能正确分析实验过程中的物理现象。能正确记录和处理实验数据，撰写合格的实验报告。使学生掌握物理实验基本知识、基本方法（实验设计方法如：比较法、放大法、补偿法、模拟法、干涉法、转换测量法等；数据处理方法如：列表法、逐差法、作图法、最小二乘法等），掌握基本仪器的使用，加深对物理现象及基础理论知识的理解，培养学生实验动手能力及创新能力。	4.1（研究能力）能够采用科学方法对应用物理学领域各相关物理现象进行研究和实验验证。
	4.2（设计分析总结能力）能够运用应用物理学领域的基本理论，根据研究对象的特征，选择研究路线，设计可行的实验方案。
教学目标3：在实验过程中培养学生的团结协作能力，使学生具有协作意识、能相互合作，拥有良好的沟通能力、和谐的人际关系。培养学生吃苦耐劳、精益求精、勇于创新的精神，帮助他们形成严谨的科学态度和严格的科学作风。	3.1（应用研究）具有一定的实验设计，创造实验条件，归纳、整理、分析实验结果，撰写论文，参与学术交流的能力。
	6.1（工程与社会）熟悉应用物理学领域相关的技术手段、实验方案，能够灵活运用。

三、课程教学内容与学时分配

第一章  测量误差及数据处理

（一）教学目标

通过本课程理论部分学习，使学生熟练掌握测量基础知识，测量基本原理，误差相关概念和误差处理方法，有效数字的基本概念和有效数字的取舍，数据处理方法等内容。进一步掌握常见实验仪器的使用方法，掌握实验设计项目选题原则和选题方法，学会混合测量方法，掌握不同物理学量的转换测量方法和原理。逐渐掌握思考问题、解决问题的方法，提高创新实践能力。

（二）知识点及要求

第一节  测量与误差

1、了解精密度、准确度、等精度测量、非等精度测量、直接测量和间接测量等概念；

2、掌握测量的基础知识，掌握异常数据的剔除方法；

3、掌握误差的相关概念，掌握系统误差和随机误差的概念；

4、掌握随机误差的估算方法。

第二节  测量结果的评定与不确定度

1、熟练掌握误差的合成与分配以及误差的传递方法；

2、学会根据误差大小合理改进实验方案和选用合适的实验仪器设备；

3、掌握测量不确定度的计算方法和合成方法。

第三节 有效数字及其运算法则

1、理解有效数字的相关概念；

2、熟练掌握有效数字的取舍和运算法则。

第四节 数据处理

1、掌握物理实验中常用的数据处理方法，训练使用列表法、作图法、分组及算法、逐差法、最小二乘法等处理实验数据。

（三）教学重点与难点

1、误差传递、合成方法，学会根据误差大小分析实验过程，合理改进实验方案和选用合适的实验仪器设备；

2、间接测量不确定度的合成方法和误差的分析计算；

3、有效数字的取舍与实验数据结果的正确表述；

4、最小二乘法处理实验数据。

 

三、实验教学内容与基本要求

实验一  长度测量

1、目的要求

（1）掌握游标卡尺及螺旋测微计的测量原理；

（2）学会正确使用游标卡尺、螺旋测微计、读数显微镜；

（3）掌握多次、等精度测量误差的估计方法与有效数字的基本运算；

（4）掌握测量结果的正确表述方法。

2、实验内容

（1）分别用游标卡尺及螺旋测微计测量长方体、球体、圆柱体等样品的尺寸，并求体积；

（2）利用读数显微镜测量微米线度的物体，练习读数显微镜的使用方法；

（3）测量误差的估算以及误差合成方法，求绝对误差和相对误差；

3、所需实验设施设备

游标卡尺、螺旋测微计、读数显微镜、被测物（圆柱体、钢球、毛细管）

4、教学形式及过程

（1）讲解仪器使用方法和注意事项；

（2）学生分组实验。

5、教学重点与难点

（1）游标卡尺、螺旋测微计及读数显微镜的使用；

（2）测量误差的表述方法和误差的合成方法。

 

实验二  杨氏模量的测定（拉伸法）

1、目的要求

（1）掌握用光杠杆测量微小长度变化的原理和方法，测定金属丝的杨氏模量；

（2）训练正确地调整测量系统的能力；

（3）学会用逐差法进行数据处理的方法。

2、实验内容

（1）用拉伸法测定金属丝的杨氏模量；

（2）用逐差法计算测量结果，求出杨氏模量。

3、所需实验设施设备

杨氏模量测定仪、螺旋测微计、游标卡尺、望远镜附标尺、钢卷尺、标准砝码

４、教学形式及过程

（1）讲解实验原理、仪器使用方法和注意事项；

（2）学生分组实验。

5、教学重点与难点

（1）测量光路的调节；

（2）数据的处理。

 

实验三  刚体转动惯量的测定

1、目的要求

（1）验证刚体的转动定律，测定刚体的转动惯量并观测刚体的转动惯量随质量及质量分布而改变的情况；

（2）验证平行轴定理；

（3）培养学生理论联系实际的学习态度和实事求是的科学作风。

2、实验内容 

（1）验征刚体的转动定律，求出转动惯量；

（2）观测转动惯量与质量分布的关系。检验平行轴定理；

（3）用作图法处理数据。

3、所需实验设施设备

刚体转动实验仪（包括附件）、米尺、游标卡尺、物理天平、砝码等

4、教学形式及过程

（1）讲解实验原理、仪器使用方法和注意事项；

（2）学生分组实验。

5、教学重点与难点

（1）转动惯量的测量；

（2）转动惯量的计算及误差处理。

 

实验四   声速的测定

1、目的要求

（1）用振幅极值法测量声速；

（2）用相位比较法测声速。

2、实验内容 

（1）用振幅极值法测声速；

（2）用相位比较法测声速。

3、所需实验设施设备

声速测定仪、信号发生器、示波器

4、教学形式及过程

（1）讲解实验原理、仪器使用方法和注意事项；

（2）学生分组实验。

5、教学重点与难点

（1）声速的测定原理；

（2）误差的计算及误差传递方法。

 

实验五 惠斯通电桥测电阻

1、目的要求

（1）熟悉用惠斯通电桥测电阻的原理；

（2）掌握FQJ-Ⅲ型或QJ-42型箱式电桥的使用方法。

2、实验内容 

（1）惠斯通电桥的调节方法；

（2）未知电阻的测量。

3、所需实验设施设备

FQJ-Ⅲ型或QJ-42型箱式电桥、稳压电源、电阻箱、导线若干

4、教学形式及过程

（1）讲解实验原理、仪器使用方法和注意事项；

（2）学生分组实验。

5、教学重点与难点

（1）惠斯通电桥的实验原理；

（2）电桥灵敏度的影响因素以及分析。

 

实验六 线膨胀系数测试实验

１、实验目的

（1）测定固体在一定温度区域内的平均线膨胀系数；

（2）了解控温和测温的基本知识；

（3）用最小二乘法处理实验数据；

２、实验内容

（1）测量铁、铜、铝棒的线膨胀系数；

（2）测量其它固体物质的线膨胀系数(要求加工成Φ8×400mm的圆棒)；

（3）学习用作图法求物理量，并分析实验误差；

（4）学会使用千分表和掌握温度控制仪的操作方法。

3、所需实验设施设备

 线膨胀系数测试实验仪、千分表、待测样品、恒温控制器等                                                   

４、教学形式及过程

（1）讲解实验原理、仪器使用方法和注意事项；

（2）学生分组实验。

5、教学重点与难点

（1）学会使用千分表和掌握温度控制仪的操作方法；

（2）用作图法求物理量，并分析实验误差。

 

实验七  霍尔效应

1、目的要求

（1）了解霍尔效应产生的条件，学习用霍尔效应测量其他物理量的原理和方法；

（2）学习利用霍尔效应测量磁感应强度B及磁场分布；

（3）学习用“对称交换测量法”消除负效应产生的系统误差；

（4）测绘霍尔元件的V_H—Is，V_H—I_M曲线。

2、实验内容               

（1）测绘霍尔元件的V_H—Is，V_H—I_M曲线；

（2）测量霍尔电压V_H与工作电流Is的关系；

（3）测量霍尔电压V_H与X的分布。

3、所需实验设施设备

霍尔效应与螺线管组合实验仪

4、教学形式及过程

（1）讲解实验原理、仪器使用方法和注意事项；

（2）学生分组实验。

5、教学重点与难点

（1）霍尔效应的实验原理；

（2）绘制图形的方法。

 

实验八 示波器原理及使用

1、目的要求

（1）了解通用示波器的结构和工作原理，掌握各个旋纽的作用和使用方法；

（2）学会音频信号发生器的使用方法；

（3）学会用示波器观察波形以及测量电压、频率和相位差。

2、实验内容

（1）用示波器观察各种波形；

（2）用利萨如图形法测频率；

（3）用示波器测量直流或交流电压；

（4）用示波器时间扫描开关测量周期或频率。

3、所需实验设施设备

通用示波器、信号发生器、示波器信号线、导线

4、教学形式及过程

（1）讲解实验原理、仪器使用方法和注意事项；

（2）学生分组实验。

5、教学重点与难点

（1）示波器的调节、使用方法；

（2）示波器测量电压的方法；

（3）示波器测量频率、周期的方法。

 

实验九  单摆

１、实验目的

（1）练习使用停表和米尺，测单摆的周期和摆长。

（2）测定当地重力加速度g的值。

（3）考查单摆的系统误差对测重力加速度的影响。

２、实验内容

（1）测重力加速度g。

（2）考查摆线质量对测g的影响。

3、所需实验设施设备

单摆实验装置、秒表、游标卡尺（或螺旋测微计）、米尺

４、教学形式及过程

（1）讲解实验原理、仪器使用方法和注意事项；

（2）学生分组实验。

5、教学重点与难点

（1）重力加速度的测量方法；

（2）单摆周期的测量；

（3）误差的传递和计算。

 

实验十 等厚干涉现象的研究（牛顿环）

1、目的要求

（1）观察牛顿环产生的等厚干涉条纹，加深对等厚干涉的认识；

（2）测平凸透镜凸面的曲率半径。

2、实验内容

（1）利用牛顿环测定平凸透镜凸面的曲率半径。

3、所需实验设施设备

   牛顿环装置、读数显微镜、钠灯

4、教学形式及过程

（1）讲解实验原理、仪器使用方法和注意事项；

（2）学生分组实验。

5、教学重点与难点

（1）光路的调节方法。

（2）分组逐差法处理实验数据

 

实验十一 铁磁材料的磁滞回线测量

1、目的要求

（1）掌握磁滞、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）根据磁滞回线确定磁性材料的饱和磁感应强度Bs、剩磁Br和矫顽力Hc的数值；

（4）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饱和磁感应强度Bs、剩磁Br和矫顽力Hc数值。

2、实验内容

（1）铁氧体基本磁化曲线与磁滞回线的测量；

（2）动态磁滞回线的描绘。

3、所需实验设施设备

磁滞回线测量仪、双踪示波器、导线。

4、教学形式及过程

（1）讲解实验原理、仪器使用方法和注意事项；

（2）学生分组实验。

5、教学重点与难点

（1）磁滞回线的描绘、剩磁、矫顽力的测量；

（2）示波法测绘基本磁化曲线和磁滞回线。

 

实验十二 液体表面张力系数测定

1、目的要求

（1）用砝码对硅压阻力敏传感器进行定标,计算该传感器的灵敏度,学习传感器的定标方法；

（2）观察拉脱法测液体表面张力的物理过程和物理现象，并用物理学基本概念和定律进行分析和研究，加深对物理规律的认识；

（3）测量纯水和其它液体的表面张力系数；

（4）测量液体的浓度与表面张力系数的关系。

2、实验内容

（1）用砝码对硅压阻力敏传感器进行定标,计算该传感器的灵敏度；

（2）观察拉脱法测液体表面张力的物理过程和物理现象，并用物理学基本概念和定律进行分析和研究；

（3）测量纯水和其它液体的表面张力系数；

（4）测量液体的浓度与表面张力系数的关系；

3、所需实验设施设备

液体表面张力系数测量实验仪、硅压阻力敏传感器及支架、液体容器、砝码、待测液体等。

4、教学形式及过程

（1）让学生学习实验原理，熟悉实验仪器的结构及原理、使用方法；

（2）学会测试液体表面张力的方法。

5、教学重点与难点

（1）力敏传感器的定标；

（2）表面张力系数的测定中的物理学基本概念和物理规律。

 

实验十三 弦振动研究

1、目的要求

（1）观察横波在弦线上形成的驻波波形；

（2）验证弦线上的横波波长与弦线张力、密度的关系；

（3）学习对数作图或最小二乘法进行数据处理。

2、实验内容

（1）观察驻波的形成和波形、波长的变化；

（2）验证波长λ与张力T的关系；

（3）验证波长与弦线密度μ的关系；

3、所需实验设施设备

弦振动实验仪、砝码、铜线、大学物理虚拟仿真系统、电子计算机。仿真系统配套设施（可移动底座及支架，固定支架，砝码及砝码勾，卷尺，电子天平）。

4、教学形式及过程

（1）讲解实验原理、仪器使用方法和注意事项；

（2）通过实验。

5、教学重点与难点

（1）驻波波长的调节，波长与振动频率、张力、弦线密度关系的验证；

（2）驻波原理测量横波波长的方法与相关应用。

 

实验十四  单缝衍射

1、目的要求

（1）观察单缝衍射现象，加深对衍射理论的理解；

（2）会用光电元件测量单缝衍射的相对光强分布，掌握其分布规律；

（3）学会用衍射法测量微小量。

2、实验内容

（1）单缝衍射的光强分布及单缝宽度的测量。

3、所需实验设施设备

   大学物理虚拟仿真系统、电子计算机；仿真系统配套设施（激光器，单缝，硅光电池，读数显微镜，光点检流计和米尺）

4、教学形式及过程

（1）讲解实验原理、仪器使用方法和注意事项；

（2）学生通过虚拟仿真平台完成实验。

5、教学重点与难点

（1）光路的调节方法；

（2）虚拟仿真系统的应用。

 

实验十五 透镜成像

1、目的要求

（1）学会调节光学系统使之共轴；

（2）掌握测量薄会聚透镜和发散透镜焦距的方法；

（3）验证透镜成像公式，并从感性上了解透镜成像公式的近似性。

2、实验内容

（1）自准直法测量凸透镜焦距；

（2）实物成像法测量凸透镜焦距；

（3）共轭法测量凸透镜焦距；

（4）用物距与像距法测量凹透镜焦距。

3、所需实验设施设备

大学物理虚拟仿真系统、电子计算机。仿真系统配套设施（光具座，底座及支架，薄凸透镜，薄凹透镜，平面镜，物屏（可调狭逢组、有透光箭头的铁皮屏或一字针组），像屏（白色，有散射光的作用）。

4、教学形式及过程

（1）讲解实验原理、仪器使用方法和注意事项；

（2）学生通过虚拟仿真平台完成实验。

5、教学重点与难点

（1）基本光路调节；

（2）虚拟仿真系统的了解与应用。

 

3.1实验课程学时分配表

 

四、课程教学方法设计                              

课程目标	教学内容	教学方法
课程目标1	基本仪器使用方法；基本测量方法；基础实验的实验原理；测量数据基本处理方法；有效数字保留与处理；实验注意事项。	课堂讲授（仪器操作方法演示与实验原理、实验仪器使用方法讲授结合）、实验操作规范学习、实验报告书写、数据处理，误差分析和课后反思，思考题讨论。实验操作和实验报告书写，数据处理与问题反思。
课程目标2	复杂实验的测量原理；测量数据的多种处理方法，如分组逐差法，分组计算法；自学教材，查阅资料，理解原理，独立进行实验，并能完成实验。借助说明书及有关资料，正确使用一般量具及仪器。能使用量具及仪器，正确测量常用物理量。能正确分析实验过程中的物理现象。能正确记录和处理实验数据，撰写合格的实验报告。	课堂讲授与小组讨论相结合，实验操作规范学习、实验报告书写、复杂实验数据处理，间接测量误差分析和课后反思，思考题讨论。课堂讨论、自主学习。实验操作和实验报告书写，数据处理与问题反思。
课程目标3	复杂实验的综合测量、转换测量方法。具备一定综合设计性实验的设计能力，能根据测量要求选择测量仪器和合适测量方法；复杂实验的数据处理和误差传递计算，利用多种方法减小系统误差。根据一定要求设计实验步骤和挑选实验仪器。	多媒体讲授，通过案例分析强调实验模型建立与数据检验方法，理论和实验数据相互检验，逆向思维方法的运用。

 

五、课程的考核环节及课程目标达成度评价方式

5.1课程的考核环节

 

5.2课程目标达成度评价方式

 

六、建议教材及教学参考书

1、熊泽本、张定梅、李传新．大学物理实验（一）[M].第2版，成都：西南交通大学出版社．2022年．

2、熊泽本、张定梅．大学物理实验（二）[M].武汉：华中科技大学大学出版社．2022年．

3、钱锋、潘人培．大学物理实验（修订版）[M].北京：高等教育出版社．2005年．

4、杨述武．普通物理实验1、2、3[M].第4版，北京：高等教育出版社．2012年．

5、赵家凤．大学物理实验[M].北京：科学出版社．1999年．

6、陈群宇．大学物理实验（基础和综合分册）[M].北京：电子工业出版社．2003年．

7、李秀燕．大学物理实验[M].北京：科学出版社．2001年．

8、吴锋、王若田．大学物理实验教程[M].北京：化学工业出版社．2003年．

 

 

 

 

 

撰写人：熊泽本        审核人：李磊       编写日期：2024年1月28日