《物理实验》课程教学大纲
一、课程基本情况
课程编号：10903101
课程中文名称：物理实验A
课程英文名称：College Physics ExperimentsA
课程性质：公共基础课
开课学期：第二、三学期
适用专业：建筑工程，交通工程，交通土建工程，建筑环境与设备工程，给水排水工程，安全工程，计算机科学与技术，电气工程、自动化
开课教研室：基础物理实验教学中心
课程学时：48
执 笔 人：罗树范
审 核 人：张彦纯 ，向安润
二、本课程的地位和作用
物理实验课是对学生进行科学实验基本训练的一门必修基础课程，是学生进入大学后接受系统实验方法和实验技能训练的开端。
物理实验课覆盖面广，具有丰富的实验思想、方法、手段，同时能提供综合性很强的基本实验技能训练，是培养学生科学实验能力、提高科学素质的重要基础。在培养学生严谨的治学态度、活跃的创新意识、理论联系实际和适应科技发展的综合应用能力等方面具有其他实践类课程不可替代的作用。
三、应达到的实验能力标准
1．本课程的具体任务
⑴ 培养学生基本的科学实验技能和科学实验素质，使学生初步掌握实验科学的思想和方法。培养学生的科学思维和创新意识，使学生掌握实验研究的基本方法，提高学生的分析能力和创新能力。
⑵ 提高学生的科学素养，培养学生理论联系实际和实事求是的科学作风、认真严谨的科学态度、积极主动的探索精神、遵守纪律、团结协作、爱护公共财产的优良品德。
2. 知识要求
⑴ 掌握测量误差的基本知识，具有正确处理实验数据的基本能力。
①理解测量误差与不确定度的基本概念，能逐步学会用不确定度对直接测量和间接测量结果进行评估。
②掌握处理实验数据的一些常用方法，包括列表法、逐差法、作图法等。
⑵ 掌握基本物理量的测量方法。
例如：长度、质量、角度、时间、温度、电流、电压、电阻、磁感应强度、电子电荷、普朗克常数等常用物理量的测量。
⑶ 了解常用的物理实验方法，例如比较法、放大法、转换法、模拟法、补偿法、干涉法等，并逐步学会使用。
⑷ 掌握实验室常用仪器的性能，并能够正确使用。
例如：长度测量仪器、计时仪器、测温仪器、变阻器、电表、直流电桥、通用示波器、低频信号发生器、分光计、常用电源和光源等。
⑸ 掌握常用的实验操作技术，能够根据给定的电路图正确接线及简单的电路故障检查与排除。
3. 能力要求
⑴ 独立实验的能力
①能够通过阅读实验教材、查阅相关资料，掌握实验原理及方法、做好实验前的准备。
②正确使用仪器及辅助设备、独立完成实验内容、撰写合格的实验报告。
⑵ 分析与解决问题的能力
①能够融合实验原理、设计思想、实验方法及相关的理论知识对实验结果进行分析、判断、归纳与综合。
②掌握通过实验对物理规律研究的基本方法，具有初步的分析与解决问题的能力。
⑶ 理论联系实际的能力
能够在实验中发现问题、分析问题并学习解决问题的科学方法，逐步提高学生综合运用所学知识和技能解决实际问题的能力。
四、实验项目的设置及学时分配、实验性质
1．实验题目及学时分配
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实验（上机）学时
|
48
|
应开实验项目个数
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15
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序号
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实验项目名称
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实验要求
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学时分配
|
实验性质
|
备注
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1
|
绪 论
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必做
|
3
|
基础性
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2*
|
物体密度的测量
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必做
|
3
|
基础性
|
|
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|
3*
|
气垫导轨上测滑块的速度和加速度
|
必做
|
3
|
基础性
|
|
|||
|
4*
|
用单臂电桥测电阻
|
必做
|
3
|
基础性
|
|
|||
|
5*
|
示波器的使用
|
必做
|
3
|
基础性
|
|
|||
|
6*
|
分光计的调节和使用
|
必做
|
3
|
基础性
|
|
|||
|
7*
|
固体线胀系数的测定
|
必做
|
3
|
基础性
|
|
|||
|
8*
|
牛顿环测透镜的曲率半径
|
必做
|
3
|
基础性
|
|
|||
|
9
|
用霍耳元件测量螺线管轴向磁感应强度分布
|
选做
|
3
|
综合性
|
|
|||
|
10
|
光的偏振
|
选做
|
3
|
基础性
|
|
|||
|
11
|
扭摆法测定物体转动惯量
|
选做
|
3
|
基础性
|
|
|||
|
12
|
动态悬挂法测定工程材料的杨氏模量
|
选做
|
3
|
综合性
|
|
|||
|
13
|
RLC电路的暂态过程
|
选做
|
3
|
综合性
|
|
|||
|
14
|
迈克尔逊干涉仪
|
选做
|
3
|
综合性
|
|
|||
|
15
|
用电位差计测电动势
|
选做
|
3
|
基础性
|
|
|||
|
16
|
用衍射光栅测量光波波长
|
选做
|
3
|
基础性
|
|
|||
|
17
|
利用超声光栅测声速
|
选做
|
3
|
综合性
|
|
|||
|
18
|
铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线
|
选做
|
3
|
综合性
|
|
|||
|
19
|
双棱镜干涉
|
选做
|
3
|
基础性
|
|
|||
|
20
|
全息照相基本技术
|
选做
|
３
|
综合性
|
|
|||
|
21
|
霍耳式传感器的特性研究
|
选做
|
3
|
综合性
|
|
|||
|
22
|
光电效应及普朗克常数的测定
|
选做
|
3
|
综合性
|
|
|||
|
23
|
夫兰克—赫兹实验
|
选做
|
3
|
综合性
|
|
|||
|
24
|
数码相机与图像处理
|
选做
|
３
|
基础性
|
|
|||
|
25
|
仿真实验之一：
拉伸法测杨氏模量
|
选做
|
3
|
基础性
|
|
|||
|
26
|
仿真实验之二：
密立根油滴实验
|
选做
|
3
|
基础性
|
|
|||
|
27
|
伏安法测电阻
|
选做
|
6
|
设计性
|
|
|||
|
28
|
细丝直径的测量
|
选做
|
6
|
设计性
|
|
|||
|
29
|
简谐振动的研究
|
选做
|
6
|
设计性
|
|
|||
|
30
|
电偶标定与测温
|
选做
|
3
|
基础性
|
|
|||
|
31
|
灵敏电流计的特性研究
|
选做
|
3
|
基础性
|
|
|||
|
32
|
电阻应变式传感器灵敏度特性的研究
|
选做
|
3
|
综合性
|
|
|||
|
33
|
金属箔式应变片交流全桥及应用
|
选做
|
3
|
综合性
|
|
|||
|
34
|
核磁共振实验
|
选做
|
3
|
综合性
|
|
|||
|
35
|
半导体热敏电阻特性的研究
|
选做
|
3
|
综合性
|
|
|||
|
36
|
热管及其性能测试
|
选做
|
3
|
综合性
|
|
|||
|
37
|
声速的测定
|
选做
|
3
|
综合性
|
|
|||
|
38
|
应用传感器设计电于秤
|
选做
|
6
|
设计性
|
|
|||
|
39
|
用 电位差计校准电压表
|
选做
|
6
|
设计性
|
|
|||
|
40
|
示波器测音叉音频信号频率
|
选做
|
6
|
设计性
|
|
|||
|
41
|
用迈克尔逊干涉仪测量透明薄片的折射率
|
选做
|
6
|
设计性
|
|
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五、实验项目的内容和基本要求
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序号
|
实 验
题 目
|
实 验 内 容
|
基 本 要 求
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|
1
|
绪 论
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1.物理实验的地位、目的和要求
2.测量与误差
3.不确定度与测量结果表达式
4.有效数字
5.实验数据处理方法
|
1．提高学生对物理实验课在人才培养中重要性的认识
2．掌握误差与数据处理的基本知识
|
|
2*
|
物体密度的测量
|
1.用千分尺测圆柱体的直径
2.用卡尺测圆柱体的高
3.用电子秤测圆柱体的质量
|
1.掌握游标卡尺、千分尺的测量原理和使用方法
2.正确读数与记录数据
3.理解不确定度的计算和实验结果表示方法
4.掌握规则物体密度的测量方法
|
|
3*
|
气垫导轨上测滑块的速度和加速度
|
1.观察匀速直线运动测速度
2.验证恒定质量的物体在恒力作用下作匀加速直线运动
3.验证牛顿第二定律
|
1.掌握使用气轨、光电记数仪器和数字毫秒记方法
2. 掌握测量速度和加速度的方法
3.理解质量、力、加速度的关系，加深对牛顿第二定律的理解
|
|
4*
|
用单臂电桥测电阻
|
1.用敞式电桥测电阻
2.用箱式电桥测电阻
|
1.掌握惠斯登电桥结构及基本工作原理
2.掌握用电桥测电阻的方法
|
|
5*
|
示波器的使用
|
1.示波器的调整和使用
2.利用李萨如图形测量正弦波的频率
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1.了解示波器的结构和工作原理
2.掌握示波器和信号发生器的使用方法
3. 掌握利用李萨如图形测频率的方法
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|
6*
|
分光计的调节整和使用
|
1.调节分光计
2.测定三棱镜的顶角
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1．掌握分光计的调节方法
2．掌握棱镜顶角的测定方法
|
|
7*
|
固体线胀系数的测定
|
测定金属线胀系数
|
⒈掌握测定金属线胀系数的方法
2.理解测量微小长度的方法原理
|
|
8*
|
牛顿环测透镜的曲率半径
|
利用牛顿环测透镜的曲率半径
|
1．理解等厚干涉原理
2．掌握读数显微镜的使用方法
3．掌握用牛顿环测透镜的曲率半径的方法
|
|
9
|
用霍耳元件测量螺线管轴向磁感应强度分布
|
测量磁极间的磁感应强度
|
1．了解用霍耳元件测磁感应强度的原理
2．掌握用霍耳元件测螺线管轴向磁感应强度的方法
|
|
10
|
光的偏振
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1．起偏、检偏、自然光与偏振光的鉴别
2．观察圆偏振光和椭圆偏振光
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1．通过观察光的偏振现象掌握光的偏振的基本规律
2．了解产生偏振光和检验偏振光的基本方法
|
|
11
|
扭摆法测定物体转动惯量
|
1．测量塑料圆柱、金属圆筒、木球、金属细杆的转动惯量
2．验证平行轴定理
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1．掌握扭摆法测物体转动惯量的原理
2．会测规则形状物体的转动惯量
|
|
12
|
动态悬挂法测定工程材料的杨氏模量
|
用动态悬挂法测定工程材料的杨氏模量
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1．了解动态悬挂法测金属杨氏模量的原理
2．学会使用信号发生器、传感器、示波器等配套仪器的使用方法
3．学会监测试样振动时的固有基频——共振频率
4．学会一种非电学量的电测方法
|
|
13
|
RLC电路的暂态过程
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研究RC、RL、RLC电路的暂态过程、各电路中电流I、电压V随时间变化规律
|
1．掌握双踪示波器及信号发生器的使用方法
2．加深理解R、L、C元件在电路中的作用
3．加深理解时间常数的概念
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|
14
|
迈克尔逊干涉仪
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1．迈克尔逊干涉仪的调整
2．调出等倾干涉圆环，并测He-Ne激光波长
3．调出白光等厚干涉条纹测出等光程位置
|
1．了解迈克尔逊干涉仪的结构、特点、掌握迈克尔逊干涉仪的原理
2．会调节迈克尔逊干涉仪,能调出等倾干涉条纹
3．掌握测量波长的方法
4．会调白光等厚干涉彩色条纹
|
|
15
|
用电位差计测电动势
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1．用11线电位差计测量未知电动势
2．用箱式电位差计校正电压表
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1．了解电位差计结构和工作原理
2．会用电位差计测电动势
|
|
16
|
用衍射光栅测量光波波长
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1．已知波长测光栅常数
2．用光栅测定汞灯（黄、绿、紫）光波长
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1．进一步熟悉分光计的调整和使用方法
2．加深对光的衍射的理解
3．会测汞灯在可见光范围内几条光谱线的波长
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|
17
|
利用超声光栅测声速
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１．测量衍射条纹位置
２．计算利用三种不同波长光测得的声速并求其平均值
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1．调节好分光计
2．安装并调好装置
3．调节目镜至能清晰观察到衍射条纹。逐级测量其位置，再用逐差法求各单色光条纹间距的平均值
４．计算利用三种不同波长光测得的声速并求其平均值
|
|
18
|
铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线
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1．用示波器观测铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线
2．利用计算机对铁磁材料的性质进行分析和处理
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1．了解示波器显示磁滞回线的原理
2．会用示波器观测不同铁滞材料的磁化曲线和磁滞回线
3．能利用计算机对铁磁材料的性质进行分析处理
|
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19
|
双棱镜干涉
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1．观察描述双棱镜干涉现象及特点
2．测干涉条纹间距
3．测虚光源间距
4．计算钠光波长
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1．熟练掌握光学元件的调整技巧、等高同轴调节
2．掌握利用双棱镜干涉测钠光波长的方法
|
|
20
|
全息照相基本技术
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1．调整迈克尔逊光路，检验全息照相强度
2．调整全息照相光路，拍摄全息照片
3．用激光观察全息再现
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1．掌握全息照相原理
2．学会拍摄静态全息光栅的有关技术
3．了解全息照片的主要特点和再现观察方法
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21
|
霍耳式传感器的特性研究
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了解霍耳式传感器的原理和特性
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1．了解霍耳式传感器的结构及实验仪上的位置、工作原理
2．了解霍耳式传感器的直流激励特性
3．会使用传感器
4．会用示波器研究传感器的特性
5．了解霍耳传感器的特性---交流激励
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22
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光电效应及普朗克常数的测定
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1．调节仪器
2．测光电管的伏安特性曲线
3．测定普朗克常数
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1．通过实验加深对爱因斯坦光量子理论的理解
2．了解光电效应原理及规律
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23
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夫兰克—赫兹实验
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1．观察并测量 2．画出 |
1．了解弗兰克-赫兹实验的设计思想和基本实验方法
2．掌握实验原理
3．通过实验加深对原子结构理论的理解
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24
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数码相机与图像处理
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数码相机的使用和图像处理
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1．熟悉数码相机各按钮的功能
2．拍摄人物肖像
3．下载到计算机进行图像处理
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25
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仿真实验之一：
拉伸法测杨氏模量
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1．仿真实验的操作
2．用静力拉伸法测杨氏模量
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1．学习仿真实验的操作方法
2．观察金属丝的弹性形变规律，学习用静力拉伸法测杨氏模量
3．掌握机械和光学放大原理，学会用光杠杆法测微小长度变化
4．学习用逐差法和作图法处理数据
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26
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仿真实验之二：
密立根油滴实验
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1．仿真实验的操作
2．测量油滴所带电量
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1．测定电子的电荷值并验证电荷的不连续性
2．通过对实验仪器的调整，油滴的选择、控制、跟踪、测量等环节，培养学生的实验方法和严谨的实验态度
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27
|
伏安法测电阻
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1．用内接法测量中值电阻
2．用外接法测量低值电阻
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1．画出电路图，简述实验步骤
2．要求选择测量线路和电表（规格、量程、级别）使 3．得出测量结果
4．电表的内阻对测量有何影响，如何消除
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28
|
细丝直径的测量
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用劈尖干涉法测金属细丝的直径
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1．设计方案
画出光学原理图
列出数据表格
2．测量与记录数据
3．数据处理与分析
测量结果（计算及误差）
分析产生误差的原因及减小测量误差的方法
|
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29
|
简谐振动的研究
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测定两弹簧的等效劲度系数和等效质量
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1．设计实验方案；写出实验原理及测量公式，拟出实验步骤，列出数据表格
2．测量
3．数据处理并分析误差产生的原因
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30
|
电偶标定与测温
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1. 温差电偶的测温原理 2. 温差电偶的校准 |
1.了解温差电效应及温差电偶分度的方法
2.掌握用温差电偶测温的原理和方法
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|
31
|
灵敏电流计的特性研究
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1. 灵敏电流计的基本结构 2. 灵敏电流计的工作原理 3. 灵敏电流计的三种运动状态 |
1.了解灵敏电流计的结构和工作原理
2.了解灵敏电流计的三种运动状态
3.测定灵敏电流计的临界电阻、电流常数和内阻
4. 学会使用灵敏电流计的基本方法
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32
|
电阻应变式传感器灵敏度特性的研究
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1. 物理基础 2. 金属材料电阻应变式敏感元件的结构 3. 电阻应变式传感器的转换电路 |
1.了解电阻应变式传感器的基本原理、结构、基本特性和使用方法
2.研究比较电阻应变式传感器配合不同转换和测量直流电路的灵敏度特性，从而掌握电阻应变式传感器的使用方法和使用要求
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33
|
金属箔式应变片交流全桥及应用
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1. 金属箔式应变片组成的电流全桥特性的研究 2. 交流全桥的电子秤实验 |
1.了解交流供电的四臂应变电桥的原理和使用方法。
2.了解金属箔式应变片交流电桥的实际应用。
3. 通过称重实验学习电子秤的原理，为独立设计电子秤打好基础。
|
|
34
|
核磁共振实验
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1. 量子力学观点 2. 经典力学观点 |
1.观察核磁共振实验现象。
2.了解核磁共振实验的基本原理和方法。
3. 用核磁共振法测定 |
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35
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半导体热敏电阻特性的研究
|
1．热敏电阻温度特性原理
2.直流电桥电路原理
|
1．学习用直流电桥测量热敏电阻的温度特性
2．了解惠斯通电桥在非电量电测中的应用
|
|
36
|
热管及其性能测试
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1. 测量热管的等温性 2. 测量热管的传热功率 3. 比较铜管与热管的传热效率 |
1.了解热管的基本结构与工作原理。
2.了解热管的传热技术及其性能的测试方法。
|
|
37
|
声速的测定
|
1．调整系统的谐振频率
2．共振干涉法测声速
3．相位比较法测声速
4．计算声速的理论值 |
1.学习测量空气中声速的两种方法：共振干涉法和相位比较法。
2.加深对驻波和振动合成理论的理解。
3.进一步熟悉示波器的使用。
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|
38
|
应用传感器设计电于秤
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采用应变片、霍尔传感器、差动变压器、电涡流传感器等设计一种电子秤
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1. 了解传感器的一种应用。
2. 设计和掌握电子秤称重的一种实验方法。
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|
39
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用 电位差计校准电压表
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1.校准
2. 测量 |
1．了解箱式电位差计的结构、原理
2．学会用箱式电位差计校正电压表，熟练掌握箱式电位差计的使用
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40
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示波器测音叉音频信号频率
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1．实验方案
①确定实验原理及方法
②列出实验步骤及内容
③画出数据表格
2．测量
3．进行数据处理并写出实验报告
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1．巩固和复习利用示波器测量频率
2．掌握李萨如图形（Lissajou's figure）的基本原理和用途
3．了解声传感器的特性和应用
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41
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用迈克尔逊干涉仪测量透明薄片的折射率
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1. 设计实验方案 2. 测量并记录数据 3. 数据处理及分析 |
用迈克尔逊干涉仪测量透明薄片的折射率。
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六、实验成绩考核与评定
大学物理实验课成绩考核的目的在于科学全面地考核与评定学生的综合实验能力，培养学生科学严谨、实事求是的作风。通过考核，进一步激发学生学习的主动性、积极性，提高自身综合素质。
１．实验课平时成绩考核
实验课成绩考核与理论课考核有很大的不同，单凭实验报告，很难做到准确评定学生的实验课成绩，应该充分体现出实验课的特点。每个实验采取10分制，考核的内容及评分标准如下：
|
1．实验习惯：遵守实验室有关规定情况（迟到、仪器爱护等）。旷课，实验成绩记“0”分，不准补做，病事假允许补做实验。
|
１分
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2．实验预习：预习报告、实验中重要内容的掌握情况。
|
２分
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3．实验操作：实验态度、创新意识、操作情况、数据测取和记录、独立分析问题和解决问题的能力。
|
４分
|
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4．实验报告：数据处理、实验结果表达式，内容完整、格式规范、书写整洁、文理通顺。
|
３分
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教师对每个学生逐人逐项进行考核和评定，给出一个分数（10分制），作为一个实验的成绩。其中设计性实验计两次成绩，即实验设计与操作（进行实验方案的设计、操作测量、小论文形式的实验报告）（10分）、实验开放与答辩（10分）。全部实验成绩平均后折算成100分制。
２．实验操作考核
重点基础性实验实行操作考试，每个学生按抽签所选的题目参加1个实验操作。各实验依据操作考试要点进行评分。
3．实验总成绩评定
平时成绩占总成绩的80%，实验操作考核占总成绩的20%。依据实验课总成绩给出综合评定：优秀（85-100）、良好（75-84）、中等（65-74）、及格（60-64）和不及格（0-59）。
七、实验教材及主要参考资料
教材：采用自编《大学物理实验》.机械工业出版社
参考资料：
（1）吴泳华，霍剑青，熊永红主编. 大学物理实验（一、二、三、四册）.高等教育出版社
（2）李平舟，陈秀华，吴兴林主编. 大学物理实验. 西安电子科技大学出版社
（3）杨俊才，何焰蓝主编. 大学物理实验. 机械工业出版社
（4）丁慎训, 张连芳主编. 物理实验教程. 清华大学出版社
（5） 陈群宇主编.大学物理实验. 电子工业出版社
八、主要仪器设备
气垫导轨、双踪示波器、电子检流计、分光计、读数显微镜、迈克尔干涉仪、传感器特性实验仪、固体线胀系数测定仪、转动惯量实验仪、动态杨氏模量实验仪、RLC电路实验仪、智能磁滞回线实验仪、螺线管磁场测定实验组合仪、夫朗克-赫兹实验仪、普朗克常数测定仪等。
九、其他说明
1．标“*”的为重点基础性实验，每人一套仪器, 要求每个学生必做。时间在第二学期。
2．重点基础性实验实行（抽签）操作考试，时间为2学时。
3．重点基础性实验要求必做，综合性实验及设计性实验实行开放式教学，并按要求选做。
4．每学年物理实验教学内容按计划学时从大纲所列题目中选取，具体见教学日历。
5．在条件具备的实验中，采取示教仪或计算机辅助教学，提高教学效果。
基础物理实验教学中心
2010-3-4