物理学类本科课程教学大纲.docx
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物理学类本科课程教学大纲
物理学类(本科)课程教学大纲
【课程名称】基础物理实验
(1)(FoundationPhysicsExperiments
(1))
【课程编码】09T103101
【课程类别】专业基础课
【课时】36学时
【学分】1学分
【课程性质、目标和要求】
本课程是四年制物理学类各专业开设的基础实验课,它与普通物理理论课既有紧密联系,又相互独立,是一门独立设置的基础课。
本课程的主要目的是:
使学生在物理实验的基本知识、基本方法、基本技能等方面受到系统的训练,加深对物理学基本概念和基本规律的理解和掌握,培养良好的科学素质、创新精神和实践能力。
《基础物理实验
(1)》(力学、热学部分)是大学第一学年开设的基础物理实验,它除了和其它部分实验一样起到了加深对物理规律的认识,培养实验的基本技术之外,还应特别注意指导学生实验学习的方法,培养学生的实验能力和良好的科学实验习惯,为今后的实验教学打下良好的基础。
《基础物理实验
(1)》的内容包括:
基本物理量的测量;重要物性的测量;力学、热学中重要物理规律的验证;非电量的电测方法;误差及有效数字的处理等。
在力学、热学实验中,基本物理量(长度、时间、质量、温度)的测量,基本仪器的使用,测量误差、有效数字的处理应作为重点掌握内容,其它导出量,物性的测量,某些物理规律的验证,力学、热学实验中的专用仪器的使用作为一般掌握的内容。
学生在本课程中,通过一定数量的实验,应达到如下的基本要求:
1、掌握力、热学实验中常用基本物理实验仪器的原理和性能,学会正确使用、调节和读数。
2、了解一些物理量的测量方法,知道如何根据实验要求确定实验方案、选择仪器设备、如何减少测量误差,掌握作图法、逐差法、外推法、补偿法、定标法等常用实验方法。
3、加深对基本物理概念和基本物理规律的认识和理解。
4、学会对实验进行误差分析和不确定度评价的基本方法,正确运用有效数字,学会定性判断和定量估算实验结果的可靠性。
5、养成良好的实验习惯和严谨的科学作风,树立实事求是的科学态度和道德。
6、提高进行科学实验工作的实际动手能力、分析判断能力、独立思考能力、革新创造能力、归纳总结能力、口头表达能力等综合能力。
【教学时间安排】
本课程计1个学分,36学时,一学期要求完成13~16个实验,在实验进行之前,讲授绪论及数据处理基础知识(3学时)。
实验学时分配如下:
序号
实验名称
实验类型
课时
备注
1
绪论
3
2
长度测量
验证性
3
基本实验
3
单摆
验证性
3
基本实验
4
密度的测量
验证性
3
基本实验
5
精密称衡
综合性
3
基本实验
6
自由落体运动
验证性
3
基本实验
7
倾斜气垫导轨上滑块运动的研究
综合性
3
基本实验
8
牛顿第二运动定律的验证
验证性
3
基本实验
9
碰撞实验
验证性
3
基本实验
10
刚体转动的研究
综合性
3
基本实验
11
杨氏模量的测定(伸长法)
综合性
3
基本实验
12
切变模量的测定
综合性
3
基本实验
13
惯性秤
验证性
3
基本实验
14
弹簧振子的研究
验证性
3
基本实验
15
弦振动的研究
综合性
3
基本实验
16
声速的测量(超声)
综合性
3
基本实验
17
声速的测量(可闻声)
综合性
3
基本实验
18
固体比热容的测量(混合法)
验证性
3
基本实验
序号
实验名称
实验类型
课时
备注
19
金属线胀系数的测量
综合性
3
基本实验
20
良导体导热系数的测定
验证性
3
基本实验
21
液体粘度的测量(落球法)
综合性
3
基本实验
22
液体表面张力系数的测定(拉脱法)
验证性
3
基本实验
23
水的汽化热测定(补偿法)
综合性
3
基本实验
24
冰的熔化热的测定
综合性
3
基本实验
25
三线摆
验证性
3
选做实验
26
阻尼振动
验证性
3
选做实验
27
受迫振动(扭摆法)
验证性
3
选做实验
28
复摆振动的研究
综合性
3
选做实验
29
可倒摆
验证性
3
选做实验
30
水的沸点与压强关系的研究
验证性
3
选做实验
31
真空的获得与测量
综合性
3
选做实验
合计
51
【实验内容与要求】
《基础物理实验
(1)》内容分基本实验、选做实验和设计性实验三个部分。
大纲列出了30个基本实验和选做实验,设计性实验题目根据教学情况另定。
实验教学中应多选做基本实验,综合性和设计性实验应占所做实验数的1/3,以利于学生个性的发展和特长的发挥。
基本实验
一、绪论
(一)基础物理实验的地位和作用及实验课的目的。
(二)误差和数据处理基础知识
1、测量和误差
(1)测量与仪器:
直接测量,间接测量,单次测量和多次测量;等精度测量和非等精度测量;仪器的准确度等级。
(2)误差的概念和误差的种类
(A)真值、误差、残差。
(B)系统误差。
(C)偶然误差
①算术平均值;
②标准偏差s;
③算术平均值的标准偏差;
④标准偏差的统计意义。
(D)实验中的过失误差;
2、测量不确定度的评价
(1)标准不确定度的A类评定;
(2)标准不确定度的B类评定;
(3)合成标准不确定度。
(1)直接测量的标准不确定度:
(2)间接测量的标准不确定度:
3、有效数字的概念和运算法则
(1)有效数字的概念。
(2)仪器读数、记录与有效数字;
(3)有效数字的运算法则。
(4)在测量和数据处理中有效数字处理的基本原则。
4、实验数据的处理方法
(1)图示法;
(2)分组计算法;
(3)逐差法;
(4)最小二乘法。
(三)实验报告基本要求和内容。
(四)力学、热学实验基本仪器。
实验仪器的讲解可根据实际情况,在实验中使用到仪器时分别进行介绍。
二、长度测量
1、实验目的要求
(1)学习游标卡尺和螺旋测微计原理及正确使用方法;
(2)练习使用长度测量的几种常用仪器;
(3)运用误差知识,合理选择测量仪器;
(3)掌握不确定度和有效数字的概念,学会正确记录和处理数据。
2、实验主要内容
(1)学习数据的正确记录方法;
(2)用游标卡尺和螺旋测微计测量圆柱体、棒状物体、球体的相关尺寸;
(3)计算体积和不确定度;
3、实验仪器设备
(1)游标卡尺;
(2)螺旋测微计。
三、单摆
1、实验目的要求
(1)用单摆测量当地的重力加速度;
(2)研究摆振动的周期和摆长、摆角间的关系。
2、实验主要内容
(1)学习用停表、米尺和游标卡尺测量单摆周期和摆长;
(2)测定当地重力加速度和其不确定度;
(3)研究单摆振动和摆长的关系,并利用作图法求重力加速度ɡ值。
3、实验仪器设备
(1)单摆;
(2)停表;
(3)游标卡尺;
(4)钢卷尺。
四、密度的测量
1、实验目的要求
(1)学会正确使用物理天平;
(2)掌握用流体静力称衡法和比重瓶测定固体和液体密度的方法。
2、实验主要内容
(1)练习物理天平的调节,使其达到最佳工作状态,测量物体质量;
(2)用流体静力称衡法测量固体和液体的密度及计算不确定度;
(3)用比重瓶法测量液体密度;
(4)用定容瓶法测空气的密度。
3、实验仪器设备
(1)物理天平;
(2)比重瓶;
(3)定容瓶;
(4)烧杯、温度计。
五、精密称衡
1、实验目的要求
(1)练习使用分析天平进行精密称衡;
(2)掌握精密称衡中的系统误差补正方法。
2、实验主要内容
(1)学习振动式分析天平的调整和使用;
(2)掌握灵敏度法进行精密称衡;
(3)学会对质量精密称衡的系统误差补正。
3、实验仪器设备
(1)分析天平。
六、自由落体运动
1、实验目的要求
(1)学习用自由落下的物体测量重力加速度;
(2)练习对组合测量进行数据处理。
2、实验主要内容
(1)学会用光电计时器测量时间间隔;
(2)掌握用光电法测量重力加速度;
(3)学习用逐差法进行数据处理。
3、实验仪器设备
(1)自由落体测定仪;
(2)光电门、计时器。
七、倾斜气垫导轨上滑块运动的研究
1、实验目的要求
(1)学习使用气垫导轨和光电计时系统测定速度和加速度;
(2)用倾斜气垫导轨测定重力加速度;
(3)分析和校正实验中的系统误差。
2、实验主要内容
(1)学习气垫导轨的调平及测量速度和加速度;
(2)学会利用倾斜气轨测定重力加速度;
(3)分析和校正实验中的系统误差。
3、实验仪器设备
(1)气垫导轨;
(2)光电门、数字计时器。
八、牛顿第二运动定律的验证
1、实验目的要求
(1)熟悉气垫导轨的结构和调整;
(2)学习在气垫导轨上验证牛顿第二定律。
2、实验主要内容
(1)调整光电测量系统和气垫导轨,测定粘性阻尼常量;
(2)验证质量m一定时,加速度a与外力F成正比;
(3)验证F一定时,加速度a与质量m成反比。
3、实验仪器设备
(1)气垫导轨;
(2)光电门、数字计时器;
(3)游标卡尺。
九、碰撞实验
1、实验目的要求
(1)验证动量守恒定律;
(2)了解完全弹性碰撞和完全非弹性碰撞的特点。
2、实验主要内容
(1)学习在气垫导轨上验证动量守恒定律;
(2)求证完全弹性碰撞和完全非弹性碰撞,碰撞前后的动量和动能变化,及其恢复系数。
3、实验仪器设备
(1)气垫导轨;
(2)光电门、数字计时器;
(3)游标卡尺。
十、刚体转动的研究
1、实验目的要求
(1)研究刚体转动时合外力矩与刚体转动角加速度的关系;
(2)考察刚体的质量分布改变时对转动的影响。
2、实验主要内容
(1)用刚体转动实验仪验证刚体的转动定律;
(2)熟练掌握用作图法处理数据;
(3)观测刚体的转动随质量分布不同的改变状况。
3、实验仪器设备
(1)刚体转动实验仪;
(2)停表、砝码。
十一、杨氏模量的测定(伸长法)
1、实验目的要求
(1)用伸长法测定金属丝的杨氏模量;
(2)学习光杠杆原理并掌握使用方法。
2、实验主要内容
(1)学习光杠杆装置测量微小长度改变量的原理和调节方法;
(2)用光杠杆测量金属丝在外力作用下的伸长量;
(3)练习用逐差法、作图法处理数据,并将两种方法进行比较。
3、实验仪器设备
(1)杨氏模量测定仪;
(2)光杠杆、尺读望远镜;
(3)螺旋测微计、米尺、游标卡尺。
十二、切变模量的测定
1、实验目的要求
(1)掌握切变模量和扭摆的基本原理;
(2)学习用摆动法测量棒状材料的切变模量。
2、实验主要内容
(1)测定金属棒的切变模量,
(2)学习用摆动法测定圆盘和圆环的转动惯量;
(3)计算金属棒的切变模量及不确定度。
3、实验仪器设备
(1)扭摆;
(2)圆环;
(3)停表;
(4)游标卡尺、米尺。
十三、惯性秤
1、实验目的要求
(1)掌握用惯性秤测定物体质量的原理和方法;
(2)了解仪器的定标和使用。
2、实验主要内容
(1)利用光点计时器测量惯性秤的振动周期;
(2)学习用作图法对惯性秤定标;
(3)测量待测物质量,并考查重力对惯性秤的影响。
3、实验仪器设备
(1)惯性称;
(2)光电计时器;
(3)标准质量块。
十四、弹簧振子的研究
1、实验目的要求
(1)研究弹簧振
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