《大学物理实验C》实验课程教学大纲
一、课程基本信息
中文名称:大学物理实验C
课程英文名称：College Physics Experiments C
课程代码：19102015
课程性质：学科基础课
学分：0.5 总学时：16（其中实验：16 上机：0）
适用学院及专业：材料科学与工程学院高分子专业；计算机与信息工程学院计算机专业、物联网专业、软件专业、电信科专业、网络专业；地质与测绘学院测绘专业、地理专业；控制与机械工程学院电气专业、工业专业、机自专业、智能化专业、自动化专业、机电专业。
先修课程：高等数学、大学物理C
开课单位：理学院物理实验中心
二、课程的地位与作用
大学物理实验C课程是对学生进行科学实验基本训练的必修基础课程，是学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、实验课程教学目标
本课程支撑毕业要求指标点1.1、1.2、4.1、4.2。
通过该课程的学习，培养与提高学生的科学实验能力和素养，完成立德树人的培养目标。通过实验，加深对物理原理的理解，了解物理实验在工程技术中的应用，使学生逐步掌握物理实验的基本知识、实验方法和实验技能，对学生进行辨证唯物主义世界观和方法论的教育，使学生逐步养成用唯物辩证法指导自己的科学实验活动的技能。培养学生进行综合实验、应用实验和设计实验的能力，以及自主学习和科学研究的能力，提高学生的创新素质。
通过本课程的学习，学生应具备以下能力：
目标1：主要面向实践教学，要求学生掌握基本实验理论、学会基本实验方法、掌握基本实验技术；
目标2：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；
目标3：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身的适应科技发展的复合型应用人才。
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 |
目标1 |
1.1具备解决相关领域复杂工程问题所需的物理知识。 |
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。 以上考核方式二选一。 |
目标2 目标3 |
1.2能够运用物理原理、方法对复杂工程问题进行分析和改进。 4.1能够基于物理原理，采用科学的方法，对专业涉及的复杂工程问题进行分析、设计实验方案、搭建实验装置并进行实验。 4.2能够采用物理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
序 号 |
实验项目名称 （支撑毕业要求指标点） |
学时 |
实验类型 |
每组人数 |
必做或选做 |
1 |
绪论（1.1、4.2） |
2 |
讲授 |
不分组 |
必做 |
2 |
演示实验（1.2、4.1） |
2 |
演示性实验 |
不分组 |
选做 |
3 |
长度的测量（1.1、4.2） |
3 |
验证性实验 |
1-2 |
选做 |
4 |
简谐振动（1.1、1.2、4.1、4.2） |
3 |
验证性实验 |
1-2 |
选做 |
5 |
静态拉伸法测金属杨氏模 （1.1、1.2、4.1、4.2） |
3 |
验证性实验 |
1-2 |
选做 |
6 |
固体线膨胀系数的测定 （1.1、1.2、4.1、4.2） |
3 |
验证性实验 |
1-2 |
选做 |
7 |
用三线摆测刚体转动惯量 （1.1、1.2、4.1、4.2） |
3 |
验证性实验 |
1-2 |
选做 |
8 |
示波器的原理和使用 （1.1、1.2、4.1、4.2） |
3 |
综合性实验 |
1-2 |
选做 |
9 |
用滑线变阻器分压和限流 （1.1、1.2、4.1、4.2） |
3 |
验证性实验 |
1-2 |
选做 |
10 |
模拟法测绘静电场 （1.1、1.2、4.1、4.2） |
3 |
验证性实验 |
1-2 |
选做 |
11 |
用分光计测三棱镜顶角 （1.1、1.2、4.1、4.2） |
3 |
综合性实验 |
1-2 |
选做 |
12 |
牛顿环和劈尖的等厚干涉 （1.1、1.2、4.1、4.2） |
3 |
验证性实验 |
1-2 |
选做 |
13 |
气体比热容比的测定 （1.1、1.2、4.1、4.2） |
3 |
综合性实验 |
1-2 |
选做 |
14 |
亥姆霍兹线圈磁场的测定 （1.1、1.2、4.1、4.2） |
3 |
综合性实验 |
1-2 |
选做 |
15 |
霍尔效应及其应用 （1.1、1.2、4.1、4.2） |
3 |
综合性实验 |
1-2 |
选做 |
16 |
迈克耳孙干涉仪的调节与使用 （1.1、1.2、4.1、4.2） |
3 |
综合性实验 |
1-2 |
选做 |
17 |
密立根油滴实验（1.1、1.2、4.1、4.2） |
3 |
综合性实验 |
1-2 |
选做 |
18 |
传感器应用系列实验 （1.1、1.2、4.1、4.2） |
3 |
设计性试验 |
1-2 |
选做 |
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身。
2、演示实验：通过观察一些新奇的物理现象，激发学生学生物理和物理实验的兴趣，使学生认识一些实验仪器，了解实验原理，会定性分析实验现象。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。
3、长度的测量：掌握长度测量工具的结构、原理和使用方法。培养学生数据的读取、记录、求平均值以及用列表法处理数据等基本知识和技能。了解不确定度的相关知识。
4、简谐振动：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。
5、静态拉伸法测金属杨氏模量：了解杨氏模量的概念的测量原理，熟悉用光杠杆放大法测量微小长度变化的原理和方法，练习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进行课程思政，实现了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。
6、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中都应予以充分的考虑，是非常重要的材料参数。以此为切入点进行课程思政，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。
7、用三线摆测刚体转动惯量：了解用三线摆测定物体的转动惯量的原理，学会用累积放大法测量周期。通过测量转动惯量的应用，比如在发动机叶片、飞轮、电机的转子以及人造卫星的外形设计上，精确地测定转动惯量，都是十分必要的。对于形增加学生学习的兴趣，培养理论指导实践，学以致用的精神。
8、示波器的原理和使用：了解模拟示波器的结构和原理，了解并会调试拍频和李萨如图形，熟悉用示波器测量周期、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。
9、用滑线变阻器分压和限流：熟悉稳压电源、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。在电子电路中，滑线变阻器的分压限流作用有着广泛用，结合实际电路，培养学生活学活用品质和工匠精神。
10、模拟法测绘静电场：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。以模拟法为切入点进行课程思政，通过讲解我国最大的风洞群，激发学生兴趣，培养学生的爱国之情和自豪感。
11、用分光计测三棱镜顶角：了解分光计的结构和原理，练习光路的等高、共轴、消视差、逐次逼近调整方法，熟悉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
12、牛顿环和劈尖的等厚干涉：了解等厚干涉的原理，熟悉读数显微镜的结构和使用技术，了解空程的产生机理及其消除方法，学习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。重温科学理论经需得住实验检验，理论在曲折中建立与发展。
13、气体比热容比的测定：了解实验原理及实验设计的巧妙之处，熟悉天平、螺旋测微器、数字计时仪的使用方法，学习测定空气分子的定压比热容与定容比热容之比。从力学到振动，综合热学和高数，引出绝热系数，激发学生学以致用的信心。
14、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，掌握载流圆线圈和亥姆霍兹线圈磁场的测量方法。通过举例讲解亥姆霍兹线圈的应用于材料、电子生物、医疗、航空航天、化学、应用物理等各个领域，增加学生学习的兴趣和探索精神。
15、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。以霍尔效应的发现及发展为切入点进行课程思政，培养学生的刻苦钻研的精神，结合我国科学家的研究，培养学生的爱国之情。
16、迈克耳孙干涉仪的调节与使用：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，了解He-Ne激光器的使用方法和安全常识，学会测量激光波长。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。
17、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。以密立根油滴实验的历史意义为切入点进行课程思政，该实验设计巧妙，方法简单，在物理学发展史具有重要意义，获得了1923年诺贝尔物理学奖。培养学生严谨的实验态度和坚忍不拔的科学精神。
18、传感器应用系列实验：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。传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。通过传感器的发展趋势和应用前景，激发学生对科技的热情、对知识的探索。
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，积极引导大学生树立正确的世界观、人生观和价值观，使学生具有爱国主义情怀和崇尚科学的创新观念。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，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
杨广武等，新编物理实验（第二版），天津，天津大学出版社，2014年7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，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。
[3]王旗，大学物理实验（第二版）， 高等教育出版社，2019年。
[4]林伟华，邹勇，周嘉萍，大学物理实验大学，高等教育出版社，2017年。
九、说明
《大学物理实验C》包括2学时实验理论知识和14学时实验，开出5个实验项目， 做到覆盖知识面广，原理简单易懂，易于操作，有利于激发学生学习兴趣，培养科学素养。
执笔人：叶丹 审核：刘枝朋
