二、课程的地位与作用

大学物理实验A(1)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、工匠精神、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、实验课程教学目标

本课程支撑毕业要求指标点4.1、4.2、4.3

学生通过对物理实验基础知识的学习和基本实验技能的训练，能够采用科学原理和方法，对土木和能源类专业涉及的复杂工程问题进行研究。研究方案包括实验设计、实验设备的选择、实验过程的实现、实验数据处理与结果分析，通过实验研究得到合理有效的结论或解决方案，并揭示其物理机理。

通过本课程的学习，学生应具备以下能力：

知识目标：主要面向实践教学，要求学生理解基本实验理论、学会基本实验方法、掌握基本实验技术；（支撑毕业要求指标点4.1）

能力目标：通过实验操作和技能的学习，要求学生掌握基本实验技能，提升分析问题、解决问题的能力、创造性思维能力、总结表达能力； （支撑毕业要求指标点4.2、4.3）

育人目标：通过物理实验的学习，激发学生主动研究的探索精神。培养学生严谨的治学态度、活跃的创新意识、提升学生具备基本的科学思维和素养，形成理论联系实际和实事求是的科学作风、团结协作锐意进取的品质、遵守纪律爱护公物的优良品德，着力培养立志为社会主义奋斗终生的适应科技发展的复合型应用人才。（支撑毕业要求指标点4.2、4.3）

课程教学目标与毕业要求的关系矩阵

教学目标	毕业要求指标点	达成途径	考核方式
知识目标	4.1能够基于物理原理，采用科学的方法，对土木类、能源类和数学专业中涉及的各类物理现象和问题进行研究。	课前预习：以教材为主，以教学视频、指导书、课件、仿真实验等网络资源为辅，了解实验背景、目的、仪器及原理。 实验与报告：通过科学故事与背景的介绍，原理讲授，仪器结构的展示，方法与操作步骤的示范，实验的典型应用，实验数据处理与分析，实验报告总结与启示等。提升学生实验技能和科学素养，培养学生的团队合作能力和创新能力。	（1）所有实验成绩求和取平均，然后将平均成绩按统一标准折算成五级分制优、良、中、及格、不及格。作为学生本课程考核成绩。 （2）所有实验平均成绩与期末考试成绩按比例合成最终成绩，再按统一标准折算成五级分制的优、良、中、及格、不及格。作为学生本课程考核成绩。
能力目标 育人目标	4.2 能够基于土木类、能源类和数学专业理论知识和相关内容对研究方案进行实验方案设计、实验仪器搭建、进行实验。 4.3 能够采用科学的方法对实验数据进行分析，综合结果得到合理有效的结论或解决方案，并结合专业基础知识揭示其物理内涵机理。

四、实验项目名称和学时分配

五、实验项目基本要求

1、绪论：物理学是一门实验科学，实验是检验理论正确与否的唯一标准。通过对大学物理实验课程的介绍，了解本课程的任务、方法、基本教学内容和注意事项。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。除此之外，引导学会运用马克思主义哲学认识论、方法论，使学生建立认识事物规律的正确方法，告别唯心主义、树立正确的辩证唯物观。在物理实验课程中，融入物理学家的小故事，历史经典实验，结合我国科技发展成就，使学生认识到基础物理课程，尤其是实验课程的重要作用，引导学生迎难而上，积极进取，为实现中华民族伟大复兴而奋斗终生。

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。以光杠杆法为切入点，实现非接触式的放大测量。培养学生勇于创新、善于转换思维的科学精神。

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。固体的线膨胀性质在工程结构设计（如桥梁、铁轨等）、精密仪表设计、材料的焊接和加工等领域的重要应用。以此为切入点，培养学生理论联系实际，将课堂所学与生活、生产相联系的科学精神。

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。通过测量转动惯量，了解转动惯量在发动机叶片、飞轮、电机的转子以及人造卫星的外形设计上的重要应用，提升学生学习的兴趣，培养理论指导实践，学以致用的精神。

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。示波器种类繁多，应用广泛，可用于测量信号和显示波形，应用领域包括现场维修，运行监测，数据测试，研发及实验，汽车电子故障检修，航空航天，通过应用介绍，培养学理论联系实际，学以致用的品质。

8、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。以透镜发展历史与成像应用为切入点，引导学生在原有几何光学知识基础上，了解光学工程中相关透镜及透镜组的应用。尤其透镜在放大镜、显微镜、望远镜、投影仪、单色仪、等光学仪器中应用。引导学生形成学以致用的观念。

9、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。通过光学仪器的拆解讲解，让同学体会到，发挥钻研精神，再难的实验也可以迎刃而解

10、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。联系光学发展历史，牛顿环的发现与理论解释，牛顿本人倾向于光的微粒说的观点，而错失了光的干涉理论的建立这一伟大成就。重温物理科学发展历史，理解理论发展经需得住实验的检验，理论的发展是一个螺旋上升的过程。

11、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。通过本次实验，了解光本质以及杨氏双缝实验对波动光学建立的里程碑作用，对后来实验影响，如电子双缝实验，其实验现象极大的挑战了人们的认知，对它研究与解释至今仍时有讨论。激发学生的好奇心和学习热情，鼓励学生勇于挑战，努力攀登科学高峰。

12、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。通过迈克尔孙干涉仪的设计研发及对现代仪器的启发，培养学生探索创新的科研精神，激发学生对科技的热情、对知识的探索。

13、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。介绍微波在生活、军事、通信、医疗等方面具有广泛的应用。我国在微波应用方面取得了巨大的成就，在新一代移动通信5G研究中取得了世界领先的地位，为世界科技发展和民族复兴作出了巨大贡献。

14、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。

15、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。声速的测量可应用于声波定位、无损探伤、测距等诸多领域，通过介绍声速测量的广泛应用及在工业生产和科研上的重要实用意义，激发学生的学习兴趣和对知识的探索热情。

16、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。从仪器的巧妙设计，感叹先进技术应用于教学的精妙，中国实验仪器的进步与国家整体科技发展密不可分。

17、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。结合导轨的结构设计，如何减小仪器带来的实验误差，取得更好的实验效果。培养学生观察，分析，解决问题的能力。

18、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。

19、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。以显微镜、望远镜和幻灯机等光学仪器的应用为切入点，进行思政，培养学生工匠精神。

20、演示实验：通过生动、有趣的物理实验现象，培养学生观察、分析、归纳、推理和应用推广能力，激发学生学习兴趣，验证物理原理，启迪创新思维。结合现代科技成就，将实验现象与生活相联系，让学生体会到学以致用的正确学习态度和人生观。

21、简谐振动实验：通过新型焦利氏秤测量弹簧的劲度系数，了解霍尔开关测量周期的原理，利用电子天平测量弹簧振子的质量，根据简谐振动的周期公式计算周期，掌握简谐振动的特点。

六、教学方法

实验原理讲授采用板书、展板、多媒体等多种手段相结合进行，经典实验穿插介绍背景，历史作用，名人故事等。设计性实验可引入分组讨论、翻转课堂等新颖教学模式。实验操作采用启发式教学，问题引导的方法进行讲授，必要的操作采用操作演示，同时在授课过程中结合我国相关的新科技成果及此方面的伟大成就，积极引导培养大学生世界观、人生观、价值观，使学生具有爱国主义情怀和崇尚科学创新观念。学生实验过程中，对存在问题进行分别指导。

七、实验课程考核和成绩评定方式

课程考核可根据实际情况从以下两种考核方式中选择一种：

1、平时实验考核方式：将学生所做的所有实验的成绩求和后取平均（四舍五入保留到0.1），再将平均成绩按统一标准折算成五级分制的优、良、中、及格、不及格，作为学生本课程考核成绩。

2、平时实验考核与期末考试相结合：实验平均成绩与期末实验理论知识考试成绩按比例合成为百分制成绩，再按统一标准折算成五级分制的优、良、中、及格、不及格，作为学生本课程考核成绩。

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。

八、实验教材、指导书和参考文献

1、实验教材

杨广武，新编物理实验（第二版），天津大学出版社，2014年。

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，大学物理实验（第二版），高等教育出版社，2005年。

[2] 董有尔，大学物理实验，中国科学技术大学出版社，2006年。

九、说明

《大学物理实验A（1）》总学时32学时，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、综合性实验为主。

 

执笔人：朱飞                              审核：刘枝朋