一、课程基本情况Course information课程名称：《大学物理实验》PhysicsExperimentation课程编号：Course code:课程总学时：48—（其中，实验_48）Course duration: 48 lessons. (Experimentation:48)课程学分：3.0Credits: 3.0必修课程分类：Course classification; required course开课学期：春+秋Semester: Spring and fall开课单位：理学院应用物理系Open course Unit: Applied physics department, College of Science适用专业：理、工、农Majors: agricuture, technology, etc所需先修课：高等数学Prerequisite Courses:Advanced mathematics.课程负责人：祁铮二、课程内容简介（中英文对照）在人类追求真理、探索未知世界的过程中，物理学展现了一系列科学的世界观和方法论，深刻影响着人类对物质世界的基本认识、人类的思维方式和社会生活，是人类文明的基石，在人才的科学素质培养中具有重要的地位。物理学本质上是一门实验科学。物理实验是科学实验的先驱，体现了大多数科学实验的共性，在实验思想、实验方法以及实验手段等方面是各学科科学实验的基础。1）基础性实验：主要学习基本物理量的测量、基本实验仪器的使用、基本实验技能和基本测量方法、误差与不确定度及数据处理的理论与方法等，涉及物理等各个领域的内容。此类实验为普及性实验。2）综合性实验：指在同一个实验中涉及到物理学多个知识领域，综合应用多
一、课程基本情况 Course information 课程名称：《大学物理实验》 Physics Experimentation 课程编号： Course code: 课程总学时： 48 (其中，实验 48 ) Course duration: 48 lessons. (Experimentation:48) 课程学分：3.0 Credits: 3.0 课程分类： 必修 Course classification: required course 开课学期： 春+秋 Semester: Spring and fall 开课单位：理学院 应用物理系 Open course Unit: Applied physics department, College of Science 适用专业：理、工、农 Majors: agricuture, technology, etc 所需先修课：高等数学 Prerequisite Courses: Advanced mathematics. 课程负责人：祁铮 二、课程内容简介（中英文对照） 在人类追求真理、探索未知世界的过程中，物理学展现了一系列科学的世界 观和方法论，深刻影响着人类对物质世界的基本认识、人类的思维方式和社会生 活，是人类文明的基石，在人才的科学素质培养中具有重要的地位。 物理学本质上是一门实验科学。物理实验是科学实验的先驱，体现了大多数 科学实验的共性，在实验思想、实验方法以及实验手段等方面是各学科科学实验 的基础。 1) 基础性实验：主要学习基本物理量的测量、基本实验仪器的使用、基本实 验技能和基本测量方法、误差与不确定度及数据处理的理论与方法等，涉及物理 等各个领域的内容。此类实验为普及性实验。 2) 综合性实验：指在同一个实验中涉及到物理学多个知识领域，综合应用多
种方法和技术的实验。此类实验的目的是开阔学生的眼界和思路，提高学生对实验方法和实验技术的综合运用能力。3）设计性实验：根据给定的实验题目、要求和实验条件，由学生自己设计方案并基本独立完成全过程的实验。4）研究性实验：组织若干个围绕基础物理实验的课题，由学生以个体或团队的形式，以科研方式进行的实验。(有开出能力，暂无开出条件)设计性或研究性实验的目的是使学生了解科学实验的全过程、逐步掌握科学思想和科学方法，培养学生独立实验的能力和运用所学知识解决给定问题的能力。Course DescriptionIn the course of pursuing the truth, exploring the unknown world, physics providesthe foundation for the human civilization and has an important position in training thescientific quality cultivation, which opens a series of the scientific world outlook andmethodology and has a great impact on the basic understanding of the material world,thinking model and social life of human beingPhysics is essentially an experimental science. Experimental physics is a piioneescientific experiment, reflectingthe generality of most scientific experiment and being afoundation of every subject in such aspects as experimental thought, experimentalmethod aswell as experimental mean1) basic experiment: mainly studies the measurement of the basic physical quantitytheuseofthebasxperimental instrument,the basic experimental skill and thebasic measurement method, error and uncertainty as well as the theory and methodof data processing, etc., which is related to physics and other fields. This kind ofexperiment is a popularization experiment2)comprehensiexperiment:refers to the experiment involved many fields ofohysical knowledge.applied various methods and technology.The purpose of thiskind of experiment is to broaden the horizons and thinking of students and toenhance students on the experimental method and the comprehensive applicationabilityoftheexperimental technique3) designed experiment: the students themselves design and finish the overallexperiment independently according to the experimental subject, requirements andconditions4) research experiment: organizes several subjects around the experimental physics ofthe foundation, by students in the form of the individual or group, carried on by theway of scientific research. (have ability of opening, there is no condition of openingtemporarily)The propose of the designed experiment and research experiment is to make thestudent understand the whole course of scientific experiment, grasp scientific thoughtand scientific method gradually,developtheability of dependence and solve designedquestion using the knowledge
种方法和技术的实验。此类实验的目的是开阔学生的眼界和思路，提高学生对实 验方法和实验技术的综合运用能力。 3) 设计性实验：根据给定的实验题目、要求和实验条件，由学生自己设计方 案并基本独立完成全过程的实验。 4) 研究性实验：组织若干个围绕基础物理实验的课题，由学生以个体或团队 的形式，以科研方式进行的实验。(有开出能力，暂无开出条件) 设计性或研究性实验的目的是使学生了解科学实验的全过程、逐步掌握科学 思想和科学方法，培养学生独立实验的能力和运用所学知识解决给定问题的能力。 Course Description In the course of pursuing the truth, exploring the unknown world, physics provides the foundation for the human civilization and has an important position in training the scientific quality cultivation, which opens a series of the scientific world outlook and methodology and has a great impact on the basic understanding of the material world, thinking model and social life of human being. Physics is essentially an experimental science. Experimental physics is a pioneer of scientific experiment, reflecting the generality of most scientific experiment and being a foundation of every subject in such aspects as experimental thought, experimental method as well as experimental means. 1) basic experiment: mainly studies the measurement of the basic physical quantity, the use of the basic experimental instrument, the basic experimental skill and the basic measurement method, error and uncertainty as well as the theory and method of data processing, etc., which is related to physics and other fields. This kind of experiment is a popularization experiment. 2) comprehensive experiment: refers to the experiment involved many fields of physical knowledge, applied various methods and technology. The purpose of this kind of experiment is to broaden the horizons and thinking of students and to enhance students on the experimental method and the comprehensive application ability of the experimental technique. 3) designed experiment: the students themselves design and finish the overall experiment independently according to the experimental subject, requirements and conditions. 4) research experiment: organizes several subjects around the experimental physics of the foundation, by students in the form of the individual or group, carried on by the way of scientific research. (have ability of opening, there is no condition of opening temporarily) The propose of the designed experiment and research experiment is to make the student understand the whole course of scientific experiment, grasp scientific thought and scientific method gradually, develop the ability of dependence and solve designed question using the knowledge
三、教学纲要(一)实验教学要求大学物理实验应包括普通物理实验(力学、热学、电学、光学实验)和近代物理实验，具体的教学内容基本要求如下：1.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）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的结果进行评估。(2）处理实验数据的一些常用方法，包括列表法、作图法和最小二乘法等。随着计算机及其应用技术的普及，应包括用计算机通用软件处理实验数据的基本方法。2.掌握基本物理量的测量方法。例如：长度、质量、时间、热量、温度、湿度、压强、压力、电流、电压、电阻、磁感应强度、光强度、折射率、电子电荷、普朗克常量、里德堡常量等常用物理量及物性参数的测量，注意加强数字化测量技术和计算技术在物理实验教学中的应用。3．了解常用的物理实验方法，并逐步学会使用例如：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得到了广泛应用的其他方法。4.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、交/直流电桥、通用示波器、低频信号发生器、分光仪、光谱仪、常用电源和光源等常用仪器。各校应根据条件，在物理实验课中逐步引进在当代科学研究与工程技术中广泛应用的现代物理技术，例如，激光技术、传感器技术、微弱信号检测技术、光电子技术、结构分析波谱技术等。5．掌握常用的实验操作技术。例如：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。6．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。7.实验室开放
三、教学纲要 (一)实验教学要求 大学物理实验应包括普通物理实验(力学、热学、电学、光学实验)和近代物理 实验，具体的教学内容基本要求如下： 1. 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) 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 接测量的结果进行评估。 (2) 处理实验数据的一些常用方法，包括列表法、作图法和最小二乘法等。随 着计算机及其应用技术的普及，应包括用计算机通用软件处理实验数据的基本方 法。 2. 掌握基本物理量的测量方法。 例如：长度、质量、时间、热量、温度、湿度、压强、压力、电流、电压、 电阻、磁感应强度、光强度、折射率、电子电荷、普朗克常量、里德堡常量等常 用物理量及物性参数的测量，注意加强数字化测量技术和计算技术在物理实验教 学中的应用。 3．了解常用的物理实验方法，并逐步学会使用。 例如：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得到了广泛应用的其他方法。 4．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、交／直流电桥、 通用示波器、低频信号发生器、分光仪、光谱仪、常用电源和光源等常用仪器。 各校应根据条件，在物理实验课中逐步引进在当代科学研究与工程技术中广 泛应用的现代物理技术，例如，激光技术、传感器技术、微弱信号检测技术、光 电子技术、结构分析波谱技术等。 5．掌握常用的实验操作技术。 例如：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。 6．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。 7. 实验室开放
8..实验报告实验报告是实验工作的全面总结，是培养科学表达能力的主要环节。实验结束后，应根据每个单元的要求及时写出实验报告。报告一律采用统一的实验报告纸书写，要求文字工整、语句简练、阐述清楚、图表规范，结果正确、分析认真。一份完整的实验报告应包括以下几方面。1）实验名称、实验者姓名、学号、实验日期。2）实验目的。3）实验原理摘要。简要叙述有关物理内容(包括电路图或光路图或实验装置示意图)及测量中依据的主要公式，式中各量的物理含义及单位，公式成立所应满足的实验条件等，不要照抄书本。4）实验内容。根据实际的实验过程写明关键步骤，观察了哪些物理现象，测量了哪些物理量。5）数据表格与数据处理。报告中应有完整的实验数据计算、作图和测量结果表示。6）误差分析：包括两方面的内容，一是计算测量结果的不确定度，它是对测量结果的评价，与获得正确的测量结果具有同等重要性；二是要找出影响测量结果的主要因素，必要时给出每一因素对测量结果影响的量化估计值，从而采取必要的措施，以改进实验。7）小结或讨论：内容虽然广泛，但是一定要有针对性，可以是对实验现象的分析，对实验关键问题的研究体会，实验的收获和建议等，也可以是对思考题的解答。(二)实验教学内容第一章 测量误差及数据处理的基础知识(2 学时)测量与误差、误差的分类及其特点、测量结果的不确定度评定、不确定度分析的意义和不确定度均分原理、有效数字的记录与运算、用作图法处理实验数据、实验数据的直线拟合。第二章预备知识(自学)电学实验预备知识：电源、电阻箱、滑线变阻器、直流电表、开关。光学实验预备知识：光学元件和仪器的维护、消视差、共轴调节。共轴调节：差动法、零位法、信号放大、数字式输出
8. .实验报告 实验报告是实验工作的全面总结，是培养科学表达能力的主要环节。实验结 束后，应根据每个单元的要求及时写出实验报告。报告一律采用统一的实验报告 纸书写，要求文字工整、语句简练、阐述清楚、图表规范，结果正确、分析认真。 一份完整的实验报告应包括以下几方面。 1) 实验名称、实验者姓名、学号、实验日期。 2) 实验目的。 3) 实验原理摘要。简要叙述有关物理内容(包括电路图或光路图或实验装置示 意图)及测量中依据的主要公式，式中各量的物理含义及单位，公式成立所应满足 的实验条件等，不要照抄书本。 4) 实验内容。根据实际的实验过程写明关键步骤，观察了哪些物理现象，测 量了哪些物理量。 5) 数据表格与数据处理。报告中应有完整的实验数据计算、作图和测量结果 表示。 6) 误差分析：包括两方面的内容，一是计算测量结果的不确定度，它是对测 量结果的评价，与获得正确的测量结果具有同等重要性；二是要找出影响测量结 果的主要因素，必要时给出每一因素对测量结果影响的量化估计值，从而采取必 要的措施，以改进实验。 7) 小结或讨论：内容虽然广泛，但是一定要有针对性，可以是对实验现象的 分析，对实验关键问题的研究体会，实验的收获和建议等，也可以是对思考题的 解答。 (二)实验教学内容 第一章 测量误差及数据处理的基础知识(2 学时) 测量与误差、误差的分类及其特点、测量结果的不确定度评定、不确定度分析的 意义和不确定度均分原理、有效数字的记录与运算、用作图法处理实验数据、实 验数据的直线拟合。 第二章 预备知识(自学) 电学实验预备知识：电源、电阻箱、滑线变阻器、直流电表、开关。光学实验预 备知识：光学元件和仪器的维护、消视差、共轴调节。共轴调节：差动法、零位 法、信号放大、数字式输出
B第三章基础实验实验 A1 长度与固体密度测量(2 学时)实验目的：1．掌握各种样式游标的结构原理和使用方法。2．学习原始数据的采集，有效数字运算。3．熟悉误差传递的基本知识，会用不确定度评定实验结果。实验内容：1．用游标卡尺测量空心圆柱体的高度h，在圆柱体的轴线方向的不同部位测量6次；用游标卡尺测圆柱体内径d，在圆柱体的不同方向测量6次；用游标卡尺测量圆柱体外径D，在圆柱体直径的不同部位测量6次，将测量数据填入表1。2.根据上面测得的圆柱体的高度h、内径d和外径D，求出空心圆柱体的体积V，计算测量最佳值和不确定度，写出测量结果。3.已知空心圆柱体的质量m，则可由密度的定义求出圆柱体的密度p。计算圆柱体密度p的最佳值4．用千分尺测量铁丝的直径6次，将测量数据填入表2。5．用读数显微镜测量金属丝的直径6次，将测量数据填入表3。要求：每人一组。实验 A2 用拉伸法测金属丝的弹性模量(2 学时)实验目的：1．会用拉伸法测弹性模量。2．掌握光杠杆测量微小长度变化的原理和方法。3．学习逐差法，用逐差法处理数据。4．学习用视距测长法测长度。实验内容：1．调整测量装置：（1）调节支架成铅垂，平台成水平，使小圆柱夹头在平台中间的小孔中能无摩擦的自由移动。（2）将光杠杆安放在平台上，使两前足在平台前面的横槽内，后足放在活动的圆柱夹子上，但不可与金属丝相碰。（3）使平面镜镜面M与平台大致垂直；调节标尺成铅垂、望远镜筒处于水平，并且与镜面等高；移动望远镜，使其对准平面镜，并使望远镜上方两端的缺口准星与平面镜三点成一线。（4）在目镜旁用眼睛直接寻找平面镜中的标尺象，稍调一下平面镜的倾斜角即可找到。用眼睛找到后再从望远镜目镜中观察。（5）调节望远镜目镜，使十字丝清晰；调节物镜，使标尺成像清晰，并且当眼睛上下移动时，十字丝与标尺的刻度之间没有相对位移(即无视差)。2.测量数据。（1）记下初始读数no。此值最好在标尺的下半部，否则最后数据有超出标尺的可能。(2）按顺序增加码，每次增加2kg，在望远镜中观察标尺的像，并逐次记下相应的标尺读数n,。然后按相反次序将码逐个取下，记录相应的标尺读数n。（3）测金属丝的长度L、镜面到标尺的距离D及光杠杆杆长b各一次。其中b的测量可以这样来做：在纸上压
第三章 基础实验 实验 A1 长度与固体密度测量(2 学时) 实验目的： 1．掌握各种样式游标的结构原理和使用方法。2．学习原始数据的采 集，有效数字运算。3．熟悉误差传递的基本知识，会用不确定度评定实验结果。 实验内容：1．用游标卡尺测量空心圆柱体的高度 h ，在圆柱体的轴线方向的不 同部位测量 6 次；用游标卡尺测圆柱体内径 d，在圆柱体的不同方向测量 6 次； 用游标卡尺测量圆柱体外径 D，在圆柱体直径的不同部位测量 6 次，将测量数据 填入表 1。2．根据上面测得的圆柱体的高度 h、内径 d 和外径 D，求出空心圆柱 体的体积 V，计算测量最佳值和不确定度，写出测量结果。 3．已知空心圆柱体 的质量 m，则可由密度的定义求出圆柱体的密度ρ。计算圆柱体密度ρ的最佳值。 4．用千分尺测量铁丝的直径 6 次，将测量数据填入表 2。5．用读数显微镜测量 金属丝的直径 6 次，将测量数据填入表 3。 要求：每人一组。 实验 A2 用拉伸法测金属丝的弹性模量(2 学时) 实验目的：1．会用拉伸法测弹性模量。2．掌握光杠杆测量微小长度变化的原理 和方法。3．学习逐差法，用逐差法处理数据。4．学习用视距测长法测长度。 实验内容：1．调整测量装置：(1) 调节支架成铅垂，平台成水平，使小圆柱夹头 在平台中间的小孔中能无摩擦的自由移动。(2) 将光杠杆安放在平台上，使两前足 在平台前面的横槽内，后足放在活动的圆柱夹子上，但不可与金属丝相碰。(3) 使 平面镜镜面 M 与平台大致垂直；调节标尺成铅垂、望远镜筒处于水平，并且与镜 面等高；移动望远镜，使其对准平面镜，并使望远镜上方两端的缺口准星与平面 镜三点成一线。(4) 在目镜旁用眼睛直接寻找平面镜中的标尺象，稍调一下平面镜 的倾斜角即可找到。用眼睛找到后再从望远镜目镜中观察。(5) 调节望远镜目镜， 使十字丝清晰；调节物镜，使标尺成像清晰，并且当眼睛上下移动时，十字丝与 标尺的刻度之间没有相对位移(即无视差)。2．测量数据。(1) 记下初始读数 n0。此 值最好在标尺的下半部，否则最后数据有超出标尺的可能。(2) 按顺序增加砝码， 每次增加 2kg，在望远镜中观察标尺的像，并逐次记下相应的标尺读数 i n 。然后按 相反次序将砝码逐个取下，记录相应的标尺读数 i n 。(3) 测金属丝的长度 L、镜面 到标尺的距离 D 及光杠杆杆长 b 各一次。其中 b 的测量可以这样来做：在纸上压