《大學物理實驗（1）》課程教學大綱(實踐課程)

一、課程說明

（一）課程概況

課程中文名稱：《大學物理實驗（1）》

課程英文名稱：

Physical

Experiment（Ⅰ）

開課學院：理學院

適用專業(yè)/開課學期：物理學/第二學期

學分/周學時：2/2《大學物理實驗》是理工科物理類專業(yè)開設的一門獨立的、必修的專業(yè)基礎實驗課，是學生進入大學后受到系統(tǒng)的實驗技能訓練的開端，是理工科類專業(yè)對學生進行科學實驗訓練的重要基礎。物理實驗教學和物理理論教學具有同等重要的地位，它們既有深刻的內在聯(lián)系，又有各自的任務和作用。本課程與相關課程的關系、教材體系特點及具體要求物理實驗的實驗原理和方法、實驗條件的確定、實驗儀器及裝置的選擇和設計、實驗技術、實驗的數(shù)據(jù)處理及誤差分析等方面都有自身的理論基礎和教學內容，它與理論課程既有緊密的聯(lián)系，又互相獨立，是一門獨立開設的課程。

（二）課程目標大學物理實驗通過對物理量的測量，能使學生進一步掌握物理實驗的基本知識、基本方法和基本技能，并能運用物理學理論、物理實驗方法研究物理現(xiàn)象和規(guī)律，加深對物理學理論的理解。同時培養(yǎng)和提高學生嚴謹?shù)目茖W思維素質，實事求是的科學作風，嚴肅認真的工作態(tài)度，以及在實驗過程中同學之間相互協(xié)作、共同探索的合作精神。《大學物理實驗（一）》的教學目的是：以力學實驗和基礎型實驗的開設為主，著重實驗的基礎知識、基本方法、基本技能的訓練,

讓學生受到嚴格的、系統(tǒng)的實驗技能訓練，使學生掌握物理實驗的基本知識、方法和技巧，更主要的是要培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W思維能力和創(chuàng)新精神，培養(yǎng)學生實際動手、分析判斷、獨立思考、理論聯(lián)系實際、分析和解決實際問題等綜合能力。為第二階段的實驗教學打下扎實的基礎。學完本課程后，應達到以下基本要求：

1、掌握基本量的測量方法，掌握各種基本儀器、裝置的操作技能，熟練使用常用儀器。

2、掌握數(shù)據(jù)處理的基本方法及誤差與不確定度的估算原則和基本方法，能夠正確記錄和處理實驗數(shù)據(jù)，說明實驗結果，撰寫規(guī)范的實驗報告。

3、通過對實驗現(xiàn)象的觀察、分析和對物理量的測量，學習物理實驗知識，加深對物理學原理的理解。

4、具有理論聯(lián)系實際和實事求是的科學作風，嚴肅認真的學習態(tài)度，主動研究的探索精神和遵守紀律、愛護公物、善于合作的優(yōu)良品德。

（三）學時分配序號項目名稱主要內容授課地點項目類型學時分配每組人數(shù)項目類別1緒

論1.掌握測量及實驗數(shù)據(jù)處理的基本概念。2.掌握有效數(shù)字概念及其運算規(guī)則。3.掌握實驗數(shù)據(jù)處理的基本方法4.了解物理實驗的基本程序和要求

3

2長度的測量1.掌握游標卡尺，螺旋測微器及讀數(shù)顯微鏡的原理及正確的使用方法。2.掌握有效數(shù)字、算術平均誤差和相對誤差的計算方法（包括多次等精度測量誤差的估算、有效數(shù)字的基本運算與實驗結果的正確表示），學習多次直接測和間接測量的誤差估算方法。力學實驗室基礎32必做3固體和液體的密度測量1.學習物理天平的使用方法；2.用流體靜力稱衡法測固體的密度。3.用比重瓶法測液體的密度。力學實驗室基礎32必做4單擺實驗1.驗證擺長與周期之間的關系，求出重力加速度g。2.測量擺角與周期之間的關系，作2T-sin2(q/2)關系圖，求出重力加速度g。力學實驗室基礎32必做5簡諧振動特性研究與彈簧勁度系數(shù)測量1.胡克定律的驗證與彈簧勁度系數(shù)的測量。2.測量彈簧的簡諧振動周期，求得彈簧的勁度系數(shù)。3.測量兩個不同彈簧的勁度系數(shù)，加深對彈簧的勁度系數(shù)與它的線徑、外徑關系的了解。4.了解并掌握集成霍耳開關傳感器的基本工作原理和應用方法。力學實驗室基礎32必做6牛頓第二定律的驗證1．學習氣墊導軌和光電計時器的調整方法。2．驗證牛頓第二定律。3．學習在低摩擦情況下研究力學問題的方法。力學實驗室基礎32必做7拉伸法測定金屬絲的楊氏模量1.掌握用光杠桿測量微小長度變化的原理和方法，了解其應用。2.掌握各種長度測量工具的選擇和使用3.學習用逐差法和作圖法處理實驗數(shù)據(jù)力學實驗室基礎32必做8用三線擺測剛體轉動慣量1.了解本實驗設計思想和解決具體測量問題的方法。2.學習用三線扭擺測定物體的轉動慣量。3.學習正確測量時間的方法。力學實驗室基礎32必做9限流電路與分壓電路1.

分壓和限流電路連接方式。2.

列表法和作圖法處理數(shù)據(jù)。3.

兩種電路特性分析。電磁學實驗室基礎32必做10惠斯登電橋測電阻1.

電橋平衡及平衡條件。2.

使用自組電橋測電阻。3.

使用箱式電橋測電阻。4.

電橋靈敏度分析。力學實驗室基礎32必做11薄透鏡焦距的測定1.

用物距象距法測凸透鏡的焦距。2.

用兩次成像的方法測凸透鏡焦距。3.

用自準直法測量凸透鏡的焦距。4.

用輔助透鏡成像法測凹透鏡的焦距。光學實驗室基礎32必做12分光計的調節(jié)和使用1.

調節(jié)分光計。2.

測棱鏡的頂角。光學實驗室基礎32必做13用剛體轉動實驗儀測剛體轉動慣量1.

了解多功能計數(shù)，計時毫秒儀測量(時間)的基本方法。2.

用剛體轉動法測定物體的轉動慣量。3.

驗證轉動定律及平行軸定理。力學實驗室設計32選做14驗證動量守恒定律1.

學習氣墊導軌和光電計時器的調整方法。2.

驗證動量守恒定律。3.

了解完全彈性碰撞和完全非彈性碰撞的特點。力學實驗室設計32選做15碰撞打靶1.

觀察電磁鐵電源切斷時，單擺小球只受重力及空氣阻力時運動情況；2.

觀察二球碰撞前后的運動狀態(tài)，測量二球碰撞的能量損失。力學實驗室設計32選做16慣性質量測量1.掌握用慣性秤測定物體質量的原理和方法。2.了解儀器的定標和使用。力學實驗室設計32選做17落球法測量液體粘滯系數(shù)1.用落球法測液體的粘滯系數(shù)。2.研究液體粘滯系數(shù)對溫度的依賴關系。力學實驗室綜合32選做18用電位差計測量電源的電動勢和內阻1.直流電位差計認識和應用。2.補償法測電動勢的原理。3.校準電路和測量電路連接。4.測電源電動勢和內阻。電磁學實驗室基礎32選做19自組透射式幻燈機1.組裝的幻燈機，并測定其放大率。光學實驗室設計32選做20夫郎和費圓孔衍射1.觀察夫朗和費圓孔衍射圖樣。2.測量艾里斑的直徑。光學實驗室基礎32選做

二、教學方法和手段采用“分段式”教學模式，加強學生實驗前的預習，力求通過預習了解實驗的原理和方法，培養(yǎng)學生的實際操作技能，必要的示范可以使得學生準確掌握實驗的要領。從儀器的操作，數(shù)據(jù)的記錄及處理，實驗報告的撰寫都要力求規(guī)范化，為進一步學習物理實驗知識打下堅實的基礎。在實驗教學中，采用自主化開放式的實驗教學模式。理論與實踐相結合、演示引導與動手實踐相結合、發(fā)揮學生豐富想象空間等教學方法和手段。實驗室采用重點開放和集中開放相結合的方式，一些實驗項目是學生可以自主選擇的題目，實驗中心安排老師指導、答疑。

三、教學內容項目一、長度的測量

（3學時）一、教學目標1.掌握游標卡尺，螺旋測微器及讀數(shù)顯微鏡的原理及正確的使用方法。2.掌握有效數(shù)字、算術平均誤差和相對誤差的計算方法（包括多次等精度測量誤差的估算、有效數(shù)字的基本運算與實驗結果的正確表示），學習多次直接測量和間接測量的誤差估算方法。二、教學重、難點重點：游標卡尺測量原理與螺旋測微計測量原理；難點：測量儀器的讀數(shù)及數(shù)據(jù)記錄。三、教學內容（一）主要儀器設備、材料、藥品等

不銹鋼直尺，物理天平，游標卡尺，螺旋測微器，讀數(shù)顯微鏡和待測量的小工件。（二）內容1.用游標卡尺測量金屬圓管的外徑、內徑、高并計算體積。2.用螺旋測微計分別測量細鋼絲、小鋼球直徑。3.用讀數(shù)顯微鏡細鋼絲直徑、毛細管內徑。項目二、固體和液體密度的測定（3學時）一、教學目標1.

學習物理天平的使用方法；2.

用流體靜力稱衡法測固體的密度；

3.

用比重瓶法測液體的密度。二、教學重、難點

重點：流體靜力稱衡法和比重瓶法的原理；

難點：天平的構造原理及使用方法。三、教學內容（一）主要儀器設備

物理天平，比重瓶，燒杯，細線，待測液體，待測固體等。（二）內容1.物理天平的調節(jié)。2.用流體靜力稱衡法測鋁塊的密度。3.用比重瓶法測金屬小顆粒密度項目三、用單擺測量重力加速度（3學時）一、教學目標1.驗證擺長與周期之間的關系，求出重力加速度g。2.測量擺角與周期之間的關系，作2T-sin2(q/2)關系圖，求重力加速度g。二、教學重、難點

重點：了解測量中的主要誤差來源及減小誤差的方法；

難點：計時與擺角控制。三、實驗內容（一）主要儀器設備單擺實驗儀、霍耳傳感器。（二）內容

1.控制擺角小于5度，擺長從50厘米開始，每次增加10厘米，測量擺動50次的時間。

2.擺長固定（100厘米），擺球球心距鉛垂線每次增加5厘米，測量擺動50次的時間。實驗四、簡諧振動特性研究與彈簧勁度系數(shù)測量

（3學時）一、教學目標1.胡克定律的驗證與彈簧勁度系數(shù)的測量；2.測量彈簧的簡諧振動周期，求得彈簧的勁度系數(shù)；3.測量兩個不同彈簧的勁度系數(shù)，加深對彈簧的勁度系數(shù)與它的線徑、外徑關系的了解；4.了解并掌握集成霍耳開關傳感器的基本工作原理和應用方法。二、教學重、難點

重點：了解彈簧振動的性質，掌握用伸長法和測定振動周期的方法去求彈簧的勁度系數(shù)；

難點：焦利稱裝置的調節(jié)。三、實驗內容

（一）主要儀器設備計時計數(shù)毫秒儀、集成霍耳開關傳感器固定板及引線、新型焦利秤、砝碼組。（二）內容測量彈簧簡諧振動周期，計算彈簧的勁度系數(shù)。項目五、

驗證牛頓第二定律

（3學時）一、教學目標1.學習氣墊導軌和光電計時器的調整方法。2.驗證牛頓第二定律。3.學習在低摩擦情況下研究力學問題的方法。二、教學重、難點重點：物體的速度、加速度的測量；難點：氣墊導軌的調平。三、教學內容（一）主要儀器設備氣墊導軌、滑塊、光電計時器、砝碼。（二）內容1.保持物體所受拉力不變，測量不同系統(tǒng)質量所對應的加速度。2.保持系統(tǒng)質量不變，改變合外力測量對應的加速度。項目六、

拉伸法測定金屬絲的楊氏模量

（3學時）一、教學目標1.掌握用光杠桿測量微小長度變化的原理和方法，了解其應用。2.掌握各種長度測量工具的選擇和使用。3.學習用逐差法和作圖法處理實驗數(shù)據(jù)。二、教學重、難點重點：光杠桿法測微小長度的變化；難點：望遠鏡，光杠桿，標尺組成的測量系統(tǒng)的調節(jié)。三、教學內容（一）主要儀器設備金屬絲楊氏模量測定儀、鋼卷尺、米尺、螺旋測微計等。（二）內容1.給鋼絲加依次加砝碼后伸長量的測量2光杠桿常數(shù)，鋼絲原長，鏡尺間距等參數(shù)的測量項目

七、

用三線擺測剛體轉動慣量

（3學時）一、教學目標1.了解本實驗設計思想和解決具體測量問題的方法；2.

學習用三線扭擺測定物體的轉動慣量；3.

學習正確測量時間的方法。二、教學重、難點

重點：轉動慣量的不確定度分析；

難點：三線擺的調節(jié)與使用。三、教學內容（一）主要儀器設備三線擺、停表、物理天平及砝碼、鋼卷尺、水準儀、游標卡尺、待測物是金屬圓環(huán)。（二）內容

1.三線擺底盤擺動周期的測量；

2.底盤加待測圓環(huán)后擺動周期的測量；

3.將兩個相同圓柱體對稱地加在下園盤上測量擺動周期，驗證平行軸定律。項目

八、

限流電路與分壓電路

（3學時）一、教學目標1.了解電磁學實驗的基本儀器的性能和使用方法；2.認識滑動變阻器的結構和作用；3.研究限流與分壓兩種電路的連接方法、性能和特點。二、教學重、難點

重點：電路的基本組成與連接；

難點：電測儀表的讀數(shù)。三、教學內容（一）主要儀器設備直流毫伏表、直流伏特表、萬用電表、直流穩(wěn)壓電源、滑線變阻器、電阻箱、開關、導線。（二）內容1.將滑動變阻器串聯(lián)接入電路，改變滑動頭的位置測量回路電流值，研究滑動變阻器不同不同接入長度對電流的影響。

2.將滑動變阻器連接電源活動端負端與測量電路并聯(lián)，改變活動端的位置測量外電路的電壓值，研究滑動變阻器對電壓的影響。項目

九、

惠斯登電橋測電阻

（3學時）一、教學目標1.學習和掌握惠斯登電橋測電阻的原理和方法；2.學會正確使用箱式電橋和自組電橋測電阻的方法；3.學習消除系統(tǒng)誤差的一種方法——交換測量法；4.用箱式電橋測電阻。二、教學重、難點重點：惠斯通電橋的原理和特點及對電阻的測量方法難點：電橋的靈敏度及提高靈敏度的方法。三、教學內容（一）主要儀器設備QJ23A型直流電橋、電源、滑線變阻器、電阻箱、AC5型檢流計、屬膜電阻開關、導線、待測金（二）內容１.用電阻箱自組電橋測電阻。２.電橋靈敏度的測定。３.用成品電橋重新測量前述三個電阻。項目

十、

簿透鏡焦距的測定

（3學時）一、教學目標1.掌握簿透鏡焦距的幾種測量方法2.觀察薄透鏡成像規(guī)律、并論證物像關系式3.光具座上各元件的共軸調節(jié)二、教學重、難點重點：1.透鏡成像的基本原理

2.透鏡焦平面及光的可逆性原理難點：光學元件的共軸調節(jié)方法。三、教學內容（一）主要儀器設備WSZ-715A型光具座、8Ｖ9Ｗ的光源、凸透鏡、凹透鏡、平面鏡、物屏、像屏等（二）內容

1.用自準法凸測透鏡焦距。

2用位移法測透鏡焦距。

3.用物距像距法測凹透鏡焦距

4.研究凸透鏡的成像規(guī)律。項目

十一、

分光計的調節(jié)及使用

（3學時）一、教學目標1.了解分光計的結構，各個組件的作用；2.掌握分光計的調節(jié)和使用方法；3.掌握測定棱鏡角的方法。二、教學重、難點

重點:

1.介紹分光計結構，掌握調節(jié)和使用分光計的方法

2.自準法測三棱鏡頂角。難點：調節(jié)望遠鏡與分光計轉軸垂直。三、教學內容（一）主要儀器設備ＪＪＹ型分光計、

雙面反射鏡、三棱鏡、鈉光燈。（二）內容１.分光計的調節(jié)；２.三棱鏡頂角的測量(自準法和分光束法)。項目

十二、用剛體轉動實驗儀測剛體轉動慣量

（3學時）一、教學目標1.了解多功能計數(shù)，計時毫秒儀測量時間的基本方法；2.用剛體轉動法測定物體的轉動慣量；3.驗證轉動定律及平行軸定理。二、教學重、難點

重點：剛體的質量和質量分布對轉動慣量的影響；難點：砝碼下降時間的測量。三、教學內容（一）主要儀器設備剛體轉動實驗儀、電腦計時器。（二）內容1.

測量承物臺（塔輪）的轉動慣量；2.

測量待測物試樣的轉動慣量；3.

將圓柱體按（1，5＇）（2，4＇）（3，3＇）（4,，2＇）（5，1＇）放置，測量轉動慣量，驗證平行軸定理項目

十三、

驗證動量守恒定律

（3學時）一、教學目標1.

學習氣墊導軌和光電計時器的調整方法；2.

驗證動量守恒定律；3.

了解完全彈性碰撞和完全非彈性碰撞的特點。二、

教學重、難點

重點：用觀察法研究彈性碰撞和非彈性碰撞的特點，完全彈性碰撞與完全非彈性碰撞的區(qū)別；

難點：驗證動量守恒定律以及考察直線碰撞過程所滿足的條件。三、教學內容（一）主要儀器設備

氣墊導軌、滑塊、尼龍膠帶、擋光片、光電計時器、砝碼等。（二）內容

測量滑塊彈性碰撞和非彈性碰撞前后的速度驗證動量守恒定律。項目

十四、

碰撞打靶

（3學時）一、教學目標1.了解自然界中物體的碰撞現(xiàn)象；2．利用碰撞前的單擺運動以及碰撞后的平拋運動利用已學到的力學定律去解決打靶的實驗問題；3.預習實驗原理的各個力學規(guī)律；4.了解整個實驗的過程，即從理論值到實際值的過程。二、教學重、難點

重點：通過兩個球體的碰撞、碰撞前的單擺運動以及碰撞后的平拋運動，應用力學定律解決問題，從而更深入地了解力學原理；

難點：自行設計實驗分析各種損失的相對大小，研究實驗過程中能量損失的來源。三、教學內容（一）主要儀器設備碰撞打靶實驗儀，被撞球3個（鐵球，銅球，鋁球，其中鐵球和撞擊球質量相等）。（二）內容觀察二個不同質量的鋼球碰撞前后的運動狀態(tài)，測量碰撞前后的能量損失。

1.實驗設計要求2.能量損失分析項目

十五、

慣性質量測量

（3學時）一、教學目標1．掌握用慣性秤測定物體質量的原理和方法；2．了解儀器的定標和使用。二、教學重、難點

重點：掌握用慣性秤測量物體慣性質量的原理和方法；

難點：儀器的定標和使用。三、教學內容（一）主要儀器設備慣性秤，周期測定儀，用于儀器的定標采用的標準質量塊，待測圓柱體（二）內容1.測定慣性稱水平放置時的定標曲線。

2.待測圓柱體慣性質量的測定

3.垂直放置慣性稱，研究重力對慣性稱測量的影響。項目

十六

、

落球法測量液體粘滯系數(shù)

（3學時）一、教學目標1.用落球法測液體的粘滯系數(shù)；2.研究液體粘滯系數(shù)對溫度的依賴關系。二、教學重、難點

重點：實驗過程的誤差分析。難點：掌握測量儀器的使用三、教學內容（一）主要儀器設備液體粘滯系數(shù)實驗儀、小鋼球、蓖麻油、物理天平、直尺、千分尺。（二）內容測量金屬球在筒內甘油中降落一段距離所用的時間，計算甘油的粘滯系數(shù)項目

十七、

用電位差計測量電源電動勢和內阻

（3學時）一、教學目標1.學習“補償法”在實驗中的應用。2.掌握電位差計的工作原理及其測量的基本方法。3.學習對實驗電路參數(shù)的估算及校準方法。二、教學重、難點

重點：補償法測電動勢和內阻的方法和原理；

難點：線路的連接，調節(jié)檢流計指零。三、教學內容

（一）主要儀器設備：DH325型十一線電位差計、標準與待測電動勢、電源、檢流計

（二）內容

1.正確的用導線接實驗儀器；

2.工作電流標準化；3.測量給定電源的電動勢。4.測量給定電源的內阻。項目

十八、

自組透射式幻燈機

（3學時）一、教學目標1.了解幻燈機的原理和聚光鏡的作用；2.掌握投影系統(tǒng)的具體的光路的調節(jié)。二、教學重、難點

重點：1.幻燈機的放大投影原理；2.聚光鏡的作用。

難點：各光學元件位置的確定及光路