一、课程基本信息

课程中文名称：大学物理实验A

课程英文名称：College Physics Experiment A

课程编号：10101003/10101004

课程性质：公共基础课

课程学时和学分：总学时：56；总学分：3.5；理论学时：2；实验学时：54。

适用专业：理工类各专业

先修课程：《高等数学A》，《大学物理A》

开课系部、实验室：理学院大学物理实验中心

二、课程的地位与作用

物理实验课是高等理工科院校对学生进行科学实验基本训练的必修基础课程，是本科生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。它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、课程教学总的目的和要求

1、本课程的目的在于：

（1）培养学生的基本科学实验技能，提高学生的科学实验基本素质，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。

（2）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、教学基本要求：

（1）教学内容基本要求：掌握测量及误差的基本知识，具有正确处理实验数据的基本能力；掌握基本物理量的测量方法；了解常用的物理实验方法，并逐步学会使用，如比较法、转换法、放大法、模拟法、补偿法、平衡法和干涉、衍射法，以及在近代科学研究和工程技术中的广泛应用的其他方法；掌握实验室常用仪器的性能，并能够正确使用，如长度测量仪器、计时仪器、测温仪器、变阻器、电表、电桥、示波器、信号发生器、分光仪、常用电源和光源等常用仪器；掌握常用的实验操作技术，如零位调整、水平／铅直调整、光路的共轴调整、消视差调整、逐次逼近调整、根据给定的电路图正确接线、简单的电路故障检查与排除，以及在近代科学研究与工程技术中广泛应用的仪器的正确调节；适当介绍物理实验史料和物理实验在现代科学技术中的应用知识。

（2）能力培养基本要求

通过本课程教学培养学生的独立实验的能力、分析与研究的能力、理论联系实际的能力和创新能力。

四、实验项目名称和学时分配

五、实验项目基本要求

1、绪论：介绍大学物理实验课程特点，了解本课程的学习任务、学习方法和基本教学内容以及注意事项。熟悉物理量的表示方法；了解测量的基本方法，误差的定义、分类、来源和消减方法，不确定度的评定方法；掌握有效数字的记录、运算规则以及数据处理的基本方法。

2、长度的测量：掌握直尺、卷尺等长度测量工具的正确使用方法，掌握游标卡尺、螺旋测微器的结构、原理和使用、保养方法。掌握处理实验数据的基本、常用方法，包括：数据读取、记录、求平均值，列表法处理数据，仪器误差、不确定度（A类、B类、合成）的理论知识和评定方法。

3、质量与密度的测量：掌握物理天平的调整和使用，学会测量质量、用流体静力称衡法测量固体和液体的密度，练习数据读取、运算方法，练习不确定度的评定。

4、静态拉伸法测金属杨氏模量：理解杨氏模量的概念的测量原理，掌握用光杠杆放大法测量微小长度变化的原理和方法，学会尺读望远镜的调节和使用，学习用逐差法处理实验数据。

5、固体线膨胀系数的测定：理解线膨胀系数的概念的测量原理，掌握用公式法、作图法及最小二乘法处理数据。

6、用三线摆测刚体转动惯量：理解用三线摆测定物体的转动惯量的原理，巩固所有用时间、长度测量仪器的使用技能，学会用累积放大法测量周期。

7、示波器的原理和使用：理解模拟示波器的结构和原理，理解拍频和李萨如图形的原理并会应用，掌握用示波器测量周期、电压、频率以及对信号进行加减等简单运算。

8、用滑线变阻器分压和限流：掌握稳压电源、滑线变阻器、电阻箱、电压表、电流表等常用电学仪器的性能和使用方法，熟悉电学实验的基本操作规程和安全常识，练习用列表法和作图法处理实验数据。

9、模拟法测绘静电场：进一步理解场的概念，学习用模拟方法来测绘具有相同数学形式的物理场，描绘出分布曲线及场量的分布特点。

10、用单臂电桥测中值电阻：理解电桥测量电阻的原理和方法，掌握检流计、电桥等仪器的使用方法，了解电桥的测量精确度所依赖的条件。

11、用双臂电桥测低值电阻：理解双臂电桥的结构和测低值电阻的工作原理，练习检流计、电桥等仪器的使用方法。

12、薄透镜焦距的测定：掌握光具座、光源、透镜、光屏等基本光学器件的使用方法和注意事项，以及光学实验的基本操作规程。理解透镜成像原理，学会用多种方法测量薄透镜焦距，掌握光路的等高、共轴调节技术。

13、用分光计测三棱镜顶角：理解分光计的结构和原理，掌握光路的等高、共轴、消视差、逐次逼近调整方法，掌握用分光计测量角度的方法。

14、牛顿环和劈尖的等厚干涉：理解等厚干涉的原理，掌握读数显微镜的结构和使用技术，理解空程的产生机理并掌握其消除方法，学会用干涉法测量透镜的曲率半径或劈尖的劈角。

15、杨氏双缝干涉实验：理解杨氏双缝干涉的原理，并掌握用该方法测量波长的技术，学会用测微目镜测微小长度，练习光路的等高、共轴调节。

16、稳态法测量固体导热系数：了解热传导的物理过程和热电偶的工作原理，掌握稳态法的测量条件和稳态法测导热系数的原理，用稳态法测定出不良导热体的导热系数。

17、气体比热容比的测定：理解实验原理及实验设计的巧妙之处，进一步熟练天平、螺旋测微器、数字计时仪的使用方法，学会测定空气分子的定压比热容与定容比热容之比。

18、亥姆霍兹线圈磁场的测定：了解亥姆霍兹线圈的结构和工作原理，掌握载流圆线圈轴线上和亥姆霍兹线圈轴线上磁场的测量方法。

19、霍尔效应及其应用：理解霍尔效应的原理，了解其应用价值，学会测定半导体材料的霍尔系数和导电类型。

20、RLC串联电路暂态过程研究：连接RC和RL电路，研究其暂态过程，加深对电感、电容特性的理解；连接RLC串联电路，观察其暂态过程特性。

21、迈克耳孙干涉仪的调节与使用：了解迈克尔逊-莫雷实验的过程及在物理学史上的重大意义，理解等倾干涉的原理和应用，掌握迈克尔逊干涉仪的原理和操作技术，掌握消除空程技术，了解He-Ne激光器的原理及使用方法和安全常识，熟悉机械放大法和干涉法，会用迈克尔逊干涉仪测量波长。理解白光等厚干涉的原理，并能调出现象观察条纹特征。

22、微波的特性研究：理解微波产生的基本原理以及传播和接收等基本特性，用迈克耳逊干涉仪的方法测量微波波长，用模拟晶体验证微波衍射的布拉格公式。

23、全息照相：了解暗室全息照相的基本原理，学习拍摄全息照片的基本技术和再现图像的观察方法，以及照相底片的冲洗技术。

24、声速的测量：了解压电换能器的功能，加深对振动合成及驻波知识的理解，学习用共振干涉法、相位比较法和时差法测定超声波的传播速度，巩固示波器的操作技能。

25、用波尔共振仪研究受迫振动：了解智能光电计时、计数设备的原理和使用方法，研究波尔共振仪中弹性摆轮受迫振动的幅频特性和相频特性，学习用频闪法测定运动物体的相位差。

26、多普勒效应综合实验：理解多普勒效应的现象和原理；分析实验中如何综合运用多种传感器完成计时、测速任务，掌握用多普勒效应测声速的方法和技巧。

27、光纤传输技术实验：理解光纤的传输原理和特性，测试光纤的数值孔径和光场分布，分析光纤的位移、微弯传感特性及应用。

28、液晶电光效应实验：掌握液晶光开关的基本工作原理，了解液晶光开关的工作条件，测量液晶光开关的电光特性曲线，分析液晶及其器件的相关特性；了解液晶光开关构成图像矩阵的方法，学习和掌握这种矩阵所组成的液晶显示器构成文字和图形的显示模式，了解一般液晶显示器件的工作原理。

29、硅光电池特性研究：掌握pn结形成原理及其单向导电性等工作机理，了解发光二极管的驱动电流和输出光功率的关系，掌握硅光电池的工作原理及相关特性。

30、电子荷质比的测定：理解电子荷质比的物理意义及其测定的历史意义，熟悉电子在磁场中的运动规律，掌握用磁聚焦法测定电子的荷质比。

31、光电效应法测普朗克常数：了解实验的历史背景及其意义，了解光电管的结构和特性，理解光电效应原理和光量子理论相关知识，研究光电管的电流与其极间电压的关系、饱和光电流与光强的关系；验证爱因斯坦光电效应方程，并由此测出普朗克常数。

32、密立根油滴实验：了解该实验在物理学发展史上的重大意义，理解实验原理及CCD图像传感器的原理与应用，学习电视显微测量方法，验证电荷的不连续性原理，测定电子的电荷量。

33、气垫导轨实验：掌握焦利氏秤、气垫导轨、光电门及数字计时器的原理及使用方法，设计实验方案测定弹簧振子的振动周期并验证其机械能守恒。

34、碰撞打靶实验研究：研究两个球体的碰撞及碰撞前后的单摆运动和平抛运动，应用力学定律去解决打靶的实际问题；从理论分析与实践结果的差别上，研究实验过程中能量损失的来源，学生自行设计实验来分析各种损失的相对大小，深入理解力学原理，提高学生分析问题、解决问题的能力。

35、电阻元件特性测试：自行设计电路测量线性电阻的伏安特性和阻值，测量二极管的伏安特性，研究如何提高实验精度。

36、电表的改装与校准：理解电流表、电压表的基本结构和原理，用不同方法测出所给表头的参数量程和内阻，将表头分别改装成电流表、电压表和欧姆表并进行校准。

37、用电位差计测电动势：理解电位差计的结构和原理，掌握其使用方法，利用补偿法设计实验方案，测量电动势。

38、自组显微镜、望远镜和幻灯机：理解显微镜、望远镜和幻灯机的基本结构和原理，并选择适当的器件自行设计组装，并测定显微镜和望远镜的放大率。

39、传感器的应用：了解基本传感器的工作原理和用途，并设计、组装相应的探测装置。

六、实验课程考核和成绩评定方式

本课程成绩考核有以下几种形式可供选择：

1、所有实验成绩的平均分

2、绪论课测试成绩

3、期末笔试成绩

4、期末实验测试成绩

根据开课学期不同，实验课最终成绩就是上述形式1与其它形式的组合，建议第1学期采用“绪论测试（10%）+实验平均（60%）+期末笔试（30%）”的形式，其它学期只选考核形式1。

其中单个实验成绩按百分计，分以下三项评分：预习20分，操作40分，数据处理40分。

七、实验教材、指导书和参考文献

1、实验教材：

杨广武等，新编物理实验，天津，天津大学出版社，2013年5月

2、实验指导书：自编指导书

3、主要参考教材和参考文献：

[1]谢行恕等，大学物理实验（第二版），北京，高等教育出版社，2005

[2]董有尔，大学物理实验，合肥，中国科学技术大学出版社，2006

八、说明

《大学物理实验A》分两学期开课，第一学期《大学物理实验A（1）》32学时，第二学期《大学物理实验A（2）》24学时。

《大学物理实验A（1）》包括2学时理论知识和30学时实验，每名学生做10个实验，以验证性实验为主。

《大学物理实验A（2）》24学时全做实验，每名学生做8个实验，以综合性、设计性实验为主。本阶段以培养学生的实验技术综合运用能力和研究、创新能力为主，实验内容应以近代物理为主。

执笔人：刘枝朋 审核：杨广武