《大学物理实验(下)》教学大纲

发布者:房振伟发布时间:2023-09-04浏览次数:10

《大学物理实验》(下)课程教学大纲

课程代码:A303006 

课程名称:大学物理实验(Physical Experiments II

学分/总学时1.5学分/24学时

实验学时24(独立课程)

课程类别:公共基础课,理工科必修

开课学期:二(1

先修课程:中学物理,预备性物理实验,高等数学,大学物理实验(上)

后续课程:专业课程、专业实验课程

课程负责人:周雨青

一、课程目标

1.通过对实验现象的观察、分析和对物理量的测量,使学生进一步掌握物理实验的“基本知识,基本方法和基本技能”(即“三基”能力);并能运用物理学原理和物理实验方法来研究物理现象和规律,加深对物理学原理的理解。

2.培养与提高学生从事科学实验的素质。其中包括:理论联系实际和实事求是的科学作风;严肃认真的工作态度;不怕困难,主动进取的探索精神;遵守操作规程,爱护公共财物的优良品德;以及在实验过程中相互协作,共同探索的团队合作精神。

3.培养学生进行综合实验、应用实验和设计实验的能力,以及自主学习和科学研究的能力,提高学生的创新素质。

4.在教师的指导下,了解和掌握科学实验的主要过程和方法,通过亲自动手动脑,训练和测量误差与不确定度的基本知识培养独立工作的能力,提高科学素质,为后续课程学习以及进行课题设计、科学研究打下基础。

二、课程目标与教学内容和教学环节对应关系表

序号

课程目标

教学内容

教学环节

课堂教学

作业

实验

项目设计

1

1.了解等厚干涉

2.认识读数显微镜

3.测牛顿环透镜的曲率半径

4.测量金属丝直径

牛顿环与劈尖干涉

1.介绍等厚干涉现象,了解等厚干涉的原理和特点,加深对光的波动性的认识;

2.介绍读数显微镜的结构及使用方法,突出提示读数显微镜的使用注意事项

3.介绍牛顿环理论公式,结合实验设备,推导出牛顿环的实验计算公式,并介绍各量测量方案,从而测量参数并求出牛顿环的曲率半径

4.介绍劈尖理论公式,结合实验设备,要求学生推导劈尖实验计算公式,并设计各量计算方案,且要求自行设计表格求出金属丝直径。



+


2

1.认识分光计

2.测三棱镜折射率

3.认识光的色散现象

分光计调节和三棱镜折射率测量

1.讲解分光计的结构及各组成部件的作用,学会其读数方法

2. 要求通过测量三棱镜的最小偏向角,测定其对单色光(绿光)的折射率

3.要求观察光的色散现象,测量数据,绘制色散曲线。



+


3

1.了解声速测量原理

2.掌握示波器的使用;

3.了解压电换能器

声速的测定

1.介绍测量超声波在空气中传播速度的方法,给出公式并介绍在此公式下的两种测量方案

2.介绍示波器在该实验测量中要用到的功能,并顺次介绍使用方法

3.介绍压电换能器的功能及发射和接收超声波的方法,提出最佳工作频率调节要求



+


4

1.认识振动

2.认识玻尔共振仪

3.学会用频闪法测定数据。

受迫振动的研究

1.介绍自由振动、阻尼振动、受迫振动和共振现象,提出不同阻尼力矩对受迫振动的影响;

2.介绍玻尔共振仪的结构及使用方法。要求测量自由振动周期;测量阻尼振动振幅及周期;测量受迫振动振幅及周期。描绘摆轮受迫振动的幅频特性和相频特性

3.介绍频闪法原理,结合仪器介绍频闪法原理在本实验中的应用,并对相位差进行测定。



+


5

1.学习并测量导热系数;

2.求传热速率

3.求冷却速率。

导热系数的测定

1.介绍导热系数定义及一维公式,并推导实验公式

2.介绍物体散热速率和传热速率的关系,引导利用物体的散热速率求传热速率

3.介绍用作图法求物体的方法并要求对数据进行测量及求解



+


6

1.认识数字示波器

2.学会示波器的基本使用

3.进一步了解波的合成

示波器的使用

1.介绍数字示波器的基本结构和工作原理,拓展介绍示波器的发展史

2.介绍利用数字示波器观察波形,并测量正弦波、方波、三角波的电压、周期和频率

3.介绍利用数字示波器观察两个相互垂直的谐振动的合成,并要求调节1:1,1:2,2:1,1:3基础简单整数比情况下的李萨茹图形,从而精确测量信号发生器的正弦频率。



+


7

1.认识迈克尔孙干涉仪

2.观察等倾干涉条纹。

3.测量激光波长。

迈克尔孙干涉仪

1.介绍迈克耳孙干涉仪的原理、结构、调节方法及读数方案

2.介绍迈克尔孙的光路原理,并进一步介绍等倾干涉及等厚干涉的区别

3.要求对干涉圆环的吞吐情况进行记录,通过所得数据对激光波长进行求解。



+


1.了解扭摆法测转动惯量的原理

2.认识扭摆实验仪

3.测转动惯量

4.验证平行轴定理

扭摆测物体转动惯量

1.介绍胡克定律及转动定律,并由此推导扭摆测转动惯量的实验计算公式

2.介绍扭摆的结构及工作原理,要求用规则圆柱体测量扭摆实验仪的扭转系数k

3.要求利用扭摆实验仪对金属圆筒相关参数进行测定,从而测量其转动惯量,并与理论值比较

4.要求利用扭摆实验仪对圆柱体及金属棒相关参数进行测定,并验证平行轴定理是否成立。



+


1.了解荷质比测定仪的结构

2.利用磁聚焦测量荷质比

3.了解电聚焦

电子荷质比的测定

1.介绍示波管的结构和各电极的作用,介绍通电螺线管及其结构

2.介绍磁聚焦的原理,分析磁聚焦电子在复合场中的受力情况,并要求测量聚焦电流并计算荷质比的大小。

3.按要求进行接线,观察电聚焦现象,并要求思考测量荷质比的原理(选做)



+


8

1.了解霍尔效应原理

2.利用霍尔效应测不同间距情况下线圈中心轴线的磁场

3.分析磁场特性

霍尔法测磁场

1.介绍霍尔效应原理,介绍霍尔片及其工作原理,要求对不等势电位差进行调零操作,推导霍尔电压与磁场大小的实验计算公式

2.要求测量单个通电圆线圈、亥姆霍兹线圈、两个通电圆线圈不同间距时磁感应强度

3.要求对所测数据进行图示图解,并分析不同情况下线圈轴线磁场分布情况。



+


1.认识理想二极管

2.了解金属热电子发射

3.学会数据处理方法

金属逸出功的测定

1.介绍理想二极管的结构、简化原理图及工作原理

2.介绍逸出功的概念及热电子发射公式,提出热电子发射公式计算逸出功的方法及困难,要求对相关数据进行测量

3.介绍里查孙直线法及零电场热电子发射电流反向延长法,要求用测量数据进行作图并求解相关系数,要求获得逸出功的大小并与公认值进行比较。



+


1.了解驻波

2.控制变量,测量相关数据

3.分析数据之间的关系

弦线上驻波的研究

1.介绍驻波形成的条件及公式,并对公式进行实验分析,介绍不同的测量方案

2.介绍共振对本实验的作用,并对共振进行有效调节,要求测量弦线的(共振)频率与波腹数的数据,弦线的(共振)频率与弦长的数据,弦线的(共振)频率、传播速度与张力的数据,弦线的(共振)频率、传播速度与线密度的数据

3.对所测数据进行计算,了解其内在联系,进一步了解驻波的特点



+


1.认识分光计

2.了解光栅衍射

3.测量光栅常数及光波波长。

光栅衍射

1.复习分光计的结构和使用方法

2.介绍光栅及光栅衍射现象,通过原理图对光栅衍射进行分析,进一步加深对光栅衍射理论的理解

3.要求利用绿光对光栅常数进行测量,在获得光栅常数后,要求对其他颜色的光波长进行进一步测量与计算



+


三、课程内容与学时分配

教学内容

实验学时

小计

牛顿环与劈尖干涉

3

3

分光计调节和三棱镜折射率测量

3

3

声速的测定

3

3

受迫振动的研究

3

3

导热系数的测定

3

3

示波器的使用

3

3

迈克尔孙干涉仪

3

3

扭摆测物体转动惯量

3

电子荷质比的测定

3

霍尔法测磁场

3

3

金属逸出功的测定

3

弦线上驻波的研究

3

光栅衍射

3

合计


24

四、教学方法

1.绪论课介绍课程的实施方式、实验报告的撰写形式及实验数据处理的方法,并要求学生在后期的实验过程中按要求执行。

2.课前采用线上方式,提示学生进行有效预习,除规定的撰写好预习报告之外,可参考各教师定制的图片、文字、视频资源对实验进行充分了解。

3.实验课程采用教师讲解加学生实验两部分进行,其中教师讲解部分可采用多媒体教学、板书、部分演示、部分操作领做等多种方式,引导学生对实验原理、仪器使用方法、实验步骤、数据采集注意事项等进行进一步了解;实验操作部分学生作为主导,按照实验要求进行数据测量,测量过程中结合同学讨论、教师互动等方式完成。

4.实验课后由学生完成实验报告,通过线上线下结合的方式对报告数据处理中的问题及实验拓展内容进行交流。

五、考核方式与成绩评定

本课程的考核方式为实验报告形式,最终成绩为各实验成绩的综合评价,实验成绩为5级评分:优、良、中、及格、不及格,不及格者必须重修后方能取得学分。对单次实验成绩的评定分为以下三部分:

1.实验预习环节(20%

看懂教材、明确目的、写出预习报告。预习报告要求:

 ①写实验目的、主要原理、公式(包括式中各量意义)、线路图或光路图及关键步骤。

 ②实验报告册封底画好原始数据表格。

 ③课上教师要检查预习情况,记录预习分。

2.实验操作环节(40%

阅读资料、调整仪器、观察现象、获取数据、仪器还原。

 ①重视实验能力、作风培养。珍惜独立操作的机会,完成基本内容,争取做提高内容。教师在评分上予以鼓励。

 ②强调记录数据时不得用铅笔,只有数据正确、仪器还原、教师签字后该次实验才有效。

 ③提倡研究问题,注意安全操作。

3.实验报告环节(40%

 ①实验报告要用东南大学成贤学院实验报告册。

 ②报告内容:凡预习报告中已有的原理、图、步骤等不必重写,可在讨论或小结里用自己的实验体会加以补充。数据处理时必须先重新整理原始记录,然后进行计算(应包含主要过程)、作图等。实验报告的分析讨论部分应重点关注,该部分为应用及拓展能力培养的主要阵地,教师签字的原始记录在最后一页不要丢失。

 ③交报告的时间、地点:一周内交给课代表,由课代表交至指定报告柜中。逾期未交报告,酌减报告分,14天不交报告,按无报告处理。

六、建议教材与教学参考书

《大学物理实验》,陈小凤、陈玉林,高等教育出版社,2015年第1

《大学物理实验》,陈玉林、陈萱,上海交通大学出版社,2017年第1

附件

实验成绩评分标准表

考核内容

 优

85-100

 良

75-84)

 中

65-74

 及格

60-64

不及格(<60

预习报告 (权重 20%)

实验目的清晰、主要原理正确、公式(包括式中各量意义)推导完整、线路图或光路图表达清晰且美观、关键步骤书写条理清楚,且为理解的基础上自行整理而得

实验目的清晰、主要原理正确、公式(包括式中各量意义)推导完整、线路图或光路图表达清晰且美观、关键步骤书写条理清楚

实验目的、主要原理、公式、线路图或光路图及关键步骤书写完整

实验目的、主要原理、公式、线路图或光路图及关键步骤书写部分缺失或所写内容为非重点概括性内容

实验目的、主要原理、公式、线路图或光路图及关键步骤书写大部分缺失或未写预习报告

实验操作(权重 40%)

实验步骤清晰,仪器调整顺序正确、观察现象认真且有记录、获取数据正确且记录完整工整、仪器还原到位且恢复至实验前状态、有教师签字,且有创新的操作或方法

实验步骤清晰、仪器调整顺序正确、观察现象认真且有记录、获取数据正确且记录完整工整、仪器还原到位且恢复至实验前状态、有教师签字

能够在教材及教师指导下较为顺利的完成实验,数据记录部分在老师的检查下能够修正出正确测量结果

实验过程需指导地方较多或完成的不完整,数据记录部分有错误数据或缺失数据

实验过程混乱导致测量数据错误过多或抄袭别人测量数据或数据未经教师检查及离开实验室等

实验报告(权重 40%)

数据表格完整、工整,数据计算正确,误差或不确定度计算正确,有创新的或拓展性的分析讨论

数据表格完整、工整,数据计算正确,误差或不确定度计算正确

数据表格完整,数据计算基本正确,误差或不确定度计算基本正确

数据表格少部分不完整,数据计算有个别错误或瑕疵,误差或不确定度计算有个别错误或瑕疵

数据表格不完整,或数据有抄袭现象,或表格数据与原始数据不吻合等


执笔:张礼   审核:周雨青

2021.3.10