《大学物理实验》（上）课程教学大纲
课程代码:A303005
课程名称：大学物理实验（Physical Experiments I）
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：一（2）
先修课程：中学物理，预备性物理实验，高等数学
后续课程：大学物理实验（下）、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.了解实验课程的重要地位 2.测量误差与不确定度的基本知识 | 绪论一 1.介绍实验课程在物理概念与物理规律建立过程中的相关历史与作用。 2.介绍测量与误差的关系，测量与不确定度之间的关系，详细推导不确定度的计算公式，学会有效数字的处理方法。 | + | |||
2 | 1.掌握实验数据处理的基本知识 2.学会长度测量与实验数据处理方法 | 绪论二 1.详细介绍列表法、作图法、逐差法等实验数据处理方法并对作图法进行训练。 2.测量空心圆柱体及小圆球的长度数据，并通过长度数据对体积的实验结果进行正确计算及表达。 | + | |||
3 | 1．认识天平 2．掌握流体静力称衡法和比重瓶法测量密度的方法 3．学习计算和分析间接测量量的误差和不确定度 4.分析结果 | 物体密度的测定 1.讲解天平的结构，了解天平使用正确步骤及注意事项。 2.讲解流体静力称衡法原理及对应的测量方案（测有机玻璃块密度），讲解比重瓶的结构特点及对应的测量方案（测铝铆钉密度） 3.通过所测数据，讲解计算物体的密度及对应的不确定度的方法。 4.引导学生通过所得相对不确定度结果进行作图，再通过图形对结果分析及了解对质量选择的标准。 | + | |||
4 | 1．学会正确测量长度、质量和时间的方法 2．用三线摆测定转动惯量 3．验证转动惯量的平行轴定理 | 三线摆测定物体的转动惯量 1.引导测量待测物体的直径等长度量，测量待测物体的质量，了解光电门及光电门测量时间的原理。 2.要求利用三线摆实验仪测量基准圆盘转动惯量、圆环转动惯量并与理论值比较。 3.要求利用三线摆实验仪测量圆柱体平行于中心轴偏移后的转动惯量并验证平行轴定理。 | + | |||
5 | 1．了解弹性模量的物理意义，学习静态拉伸法测量材料的弹性模量原理 2．掌握光杠杆放大法及其原理 3．学会逐差法处理实验数据 | 弹性模量的测定 1.从物理学的角度介绍物体弹性模量的定义，并结合静态拉伸法推导出实验基本公式 2.提出实验公式中金属丝拉伸量为微小形变量，引导出利用光杠杆镜尺组对该微小量进行放大，同时结合光路图对放大结果进行计算 3.要求通过砝码均匀增大（减小）拉力，计算标尺刻度，并对其进行逐差计算。 | + | |||
6 | 1．认识惠斯通电桥 2．用两种电桥测量电阻 | 惠斯通电桥测电阻 1.引出电阻的多种测量方法，并对这些方法进行比较，从而得出电表内阻对电阻测量的影响，进而解释惠斯通电桥测量电阻的原理，提出其电阻测量的优势 2.提出电阻的测量分两部分进行，首先利用板式电桥进行原理解析并测量某一电阻的大小，其次在原理了解的基础上进行箱式电桥的使用及多个电阻的精确测量。 | + | |||
7 | 1．学习开尔文双臂电桥、热电偶温度计的测量原理和使用方法 2．了解金属电阻的温度特性并测量其温度系数 3．使用图示图解法处理数据 | 金属电阻温度系数的测定 1.介绍金属电阻温度系数经验公式，了解该实验中的待测量分别为电阻、温度，在此基础上引入开尔文电桥的原理及使用范围、热电偶测温的原理及优势 2.要求利用升温（或降温）对电阻的阻值及对应的温度进行测量（同时记录温差电动势），并记录多组数据。 3.要求利用图解法对金属电阻温度系数及温差电系数进行求解。 | + | |||
8 | 1.了解描绘静电场的原理和方法2.考察一些特殊电极产生的静电场的分布 3.练习静电场的等势线和电场线的作图描绘法 | 静电场描绘与模拟法研究 1.介绍静电场的特性及其与稳恒电流场的相似性，提出静电场通过稳恒电流场模拟的条件及边缘效应的问题 2.要求对平行直导线电极、同轴电缆电极、尖端电极（选）、加速电极（选）进行静电场的模拟测定。 3.通过作图，对以上几个电极的电场线进行描绘，同时对等势线进行描绘。 | + | |||
1．观察光的偏振现象，了解光偏振的基本规律 2．测量偏振光光强，验证马吕斯定律 | 偏振光的研究 1.讲解偏振光的应用及原理，讲解偏振光与自然光之间的关系，介绍偏振光光强公式（马吕斯定律） 2.要求对偏振光的光强在偏振片角度变化的情况下进行多次测量，并描绘出数据变化关系图线，从而对马吕斯定律进行验证。 | + | ||||
1. 研究弹簧振子振动周期公式 2. 测定弹簧的劲度系数 3. 练习作图法和曲改直处理实验数据的方法 | 弹簧振子周期公式研究 1. 介绍实验手段总结经验公式，并介绍对测量结果进行分析和评估的方法 2．要求按照经验公式进行数据测定 3.要求利用所测数据进行作图，讲解曲线改直的方案及作用，要求测定弹簧劲度系数等基本物理量，并分析弹簧本身质量对振动的影响。 | + | ||||
1．了解滑线变阻器的用途和使用方法 2．学习分压电路和制流电路 3．练习按电路图正确连接电路 4．利用作图法分析问题 | 分压制流电路的研究 1.讲解滑动变阻器（电位器）的应用，介绍分压电路及制流电路原理图及其作用 2.对应分压电路及制流电路原理图，分别介绍其特性图线，使学生分清负载电阻与滑动变阻器最大阻值比例不同情况下的图线变化特点 3.要求测量分压电路的电压与对应电阻、制流电路的电流与对应的电阻，从数据了解大致的规律 4.对所测数据进行作图处理，并分析滑动变阻器的分压特性和制流特性。 | + | ||||
三、课程内容与学时分配
教学内容 | 实验学时 | 小计 |
绪论一 | 3 | 3 |
绪论二 | 3 | 3 |
物体密度的测定 | 3 | 3 |
三线摆测定物体的转动惯量 | 3 | 3 |
弹性模量的测定 | 3 | 3 |
惠斯通电桥测电阻 | 3 | 3 |
金属电阻温度系数的测定 | 3 | 3 |
静电场描绘与模拟法研究 | 3 | 3 |
偏振光的研究 | 3 | |
弹簧振子周期公式研究 | 3 | |
分压制流电路的研究 | 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在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版
《大学物理实验》,陈玉林、陈萱,上海交通大学出版社,2017年第1版
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