《大学物理实验》教学大纲

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《大学物理实验》教学大纲

(理工科类本科)

课程代码：3315009 总学时：48 学分：3 课程类别：必修

适用专业：理工科本科各专业 预修要求：高等数学、物理学

一、总则

1．本大纲的适用范围

全校理工类本科各专业 2．本大纲的实验目的和要求

物理实验课的目的：通过对物理实验现象的观察和分析，学习运用理论指导实验、分析和解决实验中问题的方法，从理论和实际的结合上加深对理论的理解。培养学生从事科学实验的初步能力，有：通过阅读教材或资料能概括出实验原理和方法的要点；正确使用基本实验仪器，掌握基本物理量的测量方法和实验操作技能；正确记录和处理数据，分析实验结果和择写实验报告。培养学生实事求是的科学态度、严谨踏实的工作作风，勇于探索、坚韧不拔的钻研精神以及遵守纪律、团结协作、爱护公物的优良品德。

物理实验课的要求：要求学生爱护仪器设备，培养良好的实验习惯和学风，遵守《学生实验守则》。通过实验前的预习和阅读仪器说明书，明确实验目的、原理、条件和步骤，能独立正确安装调整常用实验装置，并能掌握实验操作的基本技术，如零点校正、消除视差等。学习物理实验思想，如观察、思维、联想、推理、分析客观规律以及用实验手段解决问题的思路等。掌握基本实验方法和测量方法，如放大法、比较法、转换法、置零法等。了解误差的基本知识，能正确记录和处理实验数据，客观评价实验结果，写出合格的实验报告。3．本实验课程的重点和内容 1）测量误差与数据处理 2）拉伸法测弹性模量 3）扭摆法测定物体转动惯量 4）电学元件伏安特性的测量 5）直流电桥测电阻 6）电压补偿及电流补偿实验 7）示波器的原理和使用 8）分光计的调整和使用 9）用牛顿环测曲率半径

10)迈克耳孙干涉仪的调整和使用 11)音频信号光纤通信原理 12)光电效应测定普朗克常数 13）声速的测定 14）光栅衍射 4．本大纲的所需实验设备

游标卡尺、螺旋测微仪、钢直尺、物理天平、数字毫秒计、转动惯量测试仪、杨氏弹性模量测定仪、数字电压表、数字电流表、微安表、稳压电源、滑线变阻器、电阻箱、标准电阻、稳压二极管、单臂电桥、双臂电桥、平衡指示仪、电位差计、标准电源与待测低电势、函数信号发生器、双踪示波器、声速测定仪、分光计、精密光栅、三棱鏡、低压汞灯、低压钠灯、读数显微镜、牛顿环仪、多束光纤激光源、普朗克常数测定仪、微电流测试仪、迈克尔逊干涉仪、音频信号光纤传输技术实验仪、收音机、音箱、计算机、打印机等。

二、实验项目及学时安排

1．实验项目一 测量误差与数据处理 1）实验类型：综合性实验 2）实验开设属性：必开实验 3）学时数：5学时 4）实验目的a、掌握测量误差理论知识和数据处理方法； b、掌握有效数字及其运算法则；

c、在实验中运用误差理论知识和数据处理方法，提高测量结果的精确度。5）实验要求

a、正确分析误差、消减系统误差到最低程度，合理测量、合理记录实验数据； b、正确处理测量数据，以便得到接近于真值的最佳结果； c、合理评价测量结果的误差，写出测量结果的最终表达式。掌握有效数字及其运算法则。2．实验项目二 拉伸法测弹性模量

1)实验类型：验证性 2）实验开设属性： 必开实验 3）学时数：3学时 4）实验目的a．学习光杠杆镜尺法测量微小长度变化的原理和调节方法。b．用拉伸法测量金属丝的杨氏模量。c．学习逐差法处理数据的方法。5）实验要求

a．调节杨氏模量仪

（ⅰ）调节水平；（ⅱ）调节光杠杆的位置；（ⅲ）调节望远镜；

b．测量钢丝的原长L0及直径d、光杠杆镜面到望远镜标尺的距离D、光杠杆镜前后脚的距离b；

c．观察钢丝伸长变化；

分别用逐渐增加等质量砝码和逐渐减少等质量砝码的方法进行测量，数据处理采用逐差法处理。

3．实验项目三

扭摆法测定物体转动惯量 1）实验类型： 验证性 2）实验开设属性：必开实验 3）学时数：3学时 4）实验目的 a．了解扭摆的构造、原理、使用方法以及转动惯量测试仪的使用方法；

b．用扭摆测定几种不同形状物体的转动惯量和弹簧的扭转常数，并与理论值进行比较。

5）实验要求

a．熟悉扭摆的构造、使用方法以及转动惯量测试仪的使用方法； b．用塑料圆柱测定扭摆的仪器常数（弹簧的扭转常数）K；

c．测定塑料圆柱、金属圆筒、木球与金属细长杆的转动惯量，并与理论值比较。

4．实验项目四 电学元件伏安特性的测量――线性元件 1）实验类型：验证性 2）实验开设属性： 必开实验 3）学时数：2学时 4）实验目的a、了解分压器电路的调节特性； b、验证欧姆定律；

c、掌握测量伏安特性基本方法，对电流表内、外接法的误差进行分析； d、测量线性元件的伏安特性，用作图法处理数据。5）实验要求

a.了解电磁学基本仪器的性能指标、基本原理和使用方法，遵守接线规则； b.定性观察分压电路的调节特性；

c.测一线性电阻的伏安特性，作出伏安特性曲线，并从图上求出电阻值，要求根据阻值大小确定采用内接法还是外接法。

5．实验项目五

电学元件伏安特性的测量――非线性元件 1）实验类型： 验证性 2）实验开设属性：必开实验 3）学时数：2学时 4）实验目的a.掌握分压器电路的调节特性； b.进一步掌握测量伏安特性基本方法；

c.测量非线性元件的伏安特性，用作图法处理数据。5）实验要求

a.掌握电磁学基本仪器的性能指标、基本原理和使用方法，遵守接线规则； b.掌握分压电路的调节特性；

c.测定稳压二极管（非线性元件）正向伏安特性，并作出伏安特性曲线。

6．实验项目六

直流电桥测电阻――单臂电桥测中值电阻 1）实验类型：验证性 2）实验开设属性： 必开实验 3）学时数：2学时 4）实验目的a．掌握单臂电桥使用的基本规则；

b．掌握单臂电桥工作原理和测量中值电阻的方法； c．学习习近平衡测量比较法。5）实验要求 a．测三个已知标称值的中值电阻；

要求熟悉仪器各键及接线柱的功能，正确连接线路； b．掌握单臂电桥的灵敏度和测量不确定度的计算。7．实验项目七 直流电桥测电阻――双臂电桥测低值电阻 1）实验类型：验证性 2）实验开设属性：必开实验 3）学时数：2学时 4）实验目的a．掌握双臂电桥使用的基本规则；

b．掌握双臂电桥工作原理和测量低值电阻的方法，并与单臂电桥比较分析； c．进一步学习习近平衡测量比较法。5）实验要求

a．熟悉仪器各键及接线柱的功能，正确连接线路，并注意规范操作事项，避免误差太大；

b．测一个已知标称值的低值电阻； c．测量一根铜棒的电阻率。8．实验项目八

电压补偿及电流补偿实验 1）实验类型： 综合性 2）实验开设属性：必开实验 3）学时数：3学时 4）实验目的a．掌握补偿法测量的基本原理；

b．用UJ-31型低电势电位差计校验毫安表； c．了解电表精度等级的确定和估算校验装置的误差。5）实验要求

a.熟悉UJ-31型电位差计各旋钮的功能，掌握使用电位差计的基本要领；掌握电学仪器的正确接线；

b.学会校验毫安表。

9．实验项目九

示波器的原理和使用 1）实验类型：验证性 2）实验开设属性：必开实验 3）学时数：3学时 4）实验目的a．了解示波器的基本结构和工作原理，掌握使用示波器和信号发生器的基本方法； b．学会使用示波器观测电信号波形和电压幅值及频率； c．学会使用示波器观察李萨如图形并测量频率。5）实验要求

a.熟悉YB4320G型双踪示波器和YB1634型函数信号发生器的板面分布及各主要控制键的功能，学会校准示波器；

b.观察电信号波形并测量峰--峰电压值及频率； c.观察绘制李萨如图形并测量频率。10．实验项目十 分光计的调整和使用 1）实验类型： 验证性 2）实验开设属性：必开实验 3）学时数：3学时 4）实验目的a．了解分光计的结构，学会正确的调节和使用方法； b．掌握用自准直法调节望远镜的焦距至无穷远； c．学会用自准法测定三棱镜的顶角。5）实验要求

a．调整分光计

（ⅰ）平行光管能够发射平行光；（ⅱ）望远镜能够接收平行光（或调焦至无穷远处）；（ⅲ）望远镜的主光轴垂直于分光计的中心轴；（ⅳ）平行光管主光轴与望远镜主光轴同轴等高。

b.自准法测玻璃三棱镜的顶角。11．实验项目十一 用牛顿环测曲率半径

1）实验类型：验证性

2）实验开设属性：必开实验 3）学时数：3学时 4）实验目的a．观察光的等厚干涉现象，了解等厚干涉的特点；

b．学习用等厚干涉方法测量平凸透镜的曲率半径和微小厚度； c．练习用图解法、用逐差法处理数据。5）实验要求

a.熟悉读数显微镜的结构和使用方法； b.观察牛顿环的干涉图样；

c.测量牛顿环的直径并用图解法求得平凸透镜的曲率半径； d.测量牛顿环的弦长，并用逐差法求得平凸透镜的曲率半径。12．实验项目十二 迈克尔逊干涉实验

1）实验类型： 综合性

2）实验开设属性：必开实验 3）学时数：3学时

4）实验目的a．了解迈克尔逊干涉仪的原理并掌握其调节方法； b．利用迈克尔逊干涉仪观察干涉现象；

c．利用迈克尔逊干涉仪测定He-Ne激光的波长。5）实验要求

a.掌握迈克尔逊干涉仪的调节方法；

b.观察非定域干涉现象； c.测量He-Ne激光的波长。

13．实验项目十三 音频信号光纤通信原理

1）实验类型：综合性

2）实验开设属性：必开实验 3）学时数：3学时 4）实验目的a．了解音频信号光纤传输系统的结构及选配各主要部件的原则； b．熟悉半导体/光电器件的基本性能及主要特性的测试方法； c．学习分析音频信号集成运放电路的基本方法； d．训练音频信号光纤传输系统的调试技术。5）实验要求

a.光信号的调制与发送；

（ⅰ）LED—传输光纤组件电光特性的测定；（ⅱ）偏置电流与无截止畸变最大调制幅度关系的测定。

b.光信号的接收

（ⅰ）硅光电二极管光电特性及响应度的测定；（ⅱ）光信号的检测；（ⅲ）接收器允许的最小光电信号幅值的测定。

c．音频信号的传输。14．实验项目十四 光电效应

1）实验类型：综合性

2）实验开设属性： 必开实验

3）学时数：3学时 4）实验目的a．了解光电效应的基本规律，认识光的粒子性； b．验证爱因斯坦光电效应方程；

c．掌握用光电效应法测定普朗克常数。5）实验要求

a．正确连接仪器并调整仪器（汞灯和微电流计需预热20分钟）； b．测量光电管的暗电流特性曲线；

c．测量光电管的伏安特性曲线I—U，确定遏止电压Ua。作出遏止电压与照射光频率的关系曲线Ua—ν，求出普朗克常数h。15．实验项目十五 声速的测定

1）实验类型： 综合性

2）实验开设属性：必开实验 3）学时数：3学时 4）实验目的a．用相位比较法测量声速； b．了解压电陶瓷换能器的功能；

c．进一步熟悉示波器和信号发生器的使用方法。5）实验要求

a.正确连接各仪器并调整仪器； b.用相位比较法测量声速； c.用逐差法处理数据。

16．实验项目十六 光栅衍射

1）实验类型： 验证性

2）实验开设属性：必开实验 3）学时数：3学时 4）实验目的a．了解光栅的主要特征，掌握光栅的衍射规律； b．观察光栅的衍射光谱；

c．用光栅衍射原理测定光栅常数； d．用光栅测定汞灯主要谱线的波长； e．进一步熟悉分光计的调整和使用方法。5）实验要求

a．调整分光计和光栅；

b．根据已知汞灯绿色光谱线的波长和其衍射角φ(K=1)计算光栅常数d；

c．再由d和衍射角φ(K=1)测定汞灯其它两条黄色光和一条紫色光谱线的波长； d．进行误差估计和结果讨论。

17．实验项目十七 考查(闭卷)2学时