北大普通物理实验教学大纲

普通物理实验教学大纲中文名称：普通物理实验周学时：4英文名称：GeneralPhysicsExperimentation学分：2课程类别：主干基础课课程详细介绍“普通物理实验”课是基础课,授课对象是全校理科一、二年级学生。课程任务是培养学生用实验方法，通过实验提高发现、分析和解决物理问题的能力；内容是给学生物理实验的基本知识，基本方法和基本技能训练。本课程历史悠久，曾于1989年获国家级教学成果特等奖，2001年国家级教学成果二等奖。在二十一世纪，普物实验如何继往开来，实现培养适应二十一世纪需要又有创新能力人才的教学目标？普物实验是学生本科阶段接触的第一门物理实验课，打好基础尤为重要，课程建设的首要任务是“加强基础”。什麽是“基础”，随着知识和科技更新的加速，“基础”的内涵在变化。经过对原有题目的审视，去掉了一批内容陈旧、技术过时的题目，而精心选择的实验题目和内容正反映了我们对什么是“基础”的理解。确立课程建设指导思想：“加强基础，循序渐进，因材施教，全面提高”。1.教学内容改革和课程建设：在力、热实验中增加了低温、真空、材料热导方面的实验；电磁学实验中加强了示波测量，用读出示波器和数字存储示波器替代了模拟示波器，引进了虚拟仪器；光学实验中用光学平台部分取代了光学导轨，用光栅光谱仪替代了棱镜摄谱仪，用光电传感器取代目视观察，使定性观察提高为定量测量；核探测、X光、核磁共振、微波等一批重要的近代物理实验内容和技术以及我们的一些科研成果融入了教学。使我们将“基础”定位在一个较高的水准上。我们在全国率先对理科非物理类专业物理实验进行了成功的改革。对理科非物理类各系约1500多名学生的物理实验课，明确、系统和有步骤地改革了课程内容的设置，增加了较多近代物理内容的实验选题（占1/3）。这些选题有重要的近代物理内容和现代实验技术；在化学、生物等领域有重要的应用价值；实验装置在科学和技术上先进并引进传感器和计算机技术。我们的改革经验在全国有关研讨会上多次介绍，得到高教司，教指委和兄弟院校的高度评价。2.课程体系改革：打破原普物实验课分块进行的格式（即力热，电，光三部分独立排课），按训练层次，循序渐进分五个阶段安排，每个阶段选择力热、电、光(包括引进的近代)实验各一定数量，都有明确的目标和要求。几年实践说明这种做法是可运行、可操作和有成效的。如第一阶段为予科阶段；第二阶段为基本训练，第三为提高、深入，第四为设计实验。第五是“综合物理实验”，开设目的是贯彻“因材施教”,建立研究型学习平台，培养优秀人才。以课题形式进行，极大地激发了学生的学习兴趣，使学生的创造才能充分发挥。这一层次实验开设近6年来有160多名学生参加，完成课题近80个，其中有的题目已纳入普物实验课的基本实验或设计实验，有30多篇论文已在物理教学核心刊物上发表，有的获奖。一、本课程的目的物理学是实验科学。物理概念的建立和物理规律的发现都依赖于反复的实验。物理学在自然科学其它领域、各高新技术领域的广泛应用也离不开物理实验。本课程是对高校理科四年制物理学专业和非物理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。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较系统的训练，应用实验的方法去观察、分析、研究物理现象和规律，加深对物理学基本概念和基本规律的理解和掌握.通过基本实验、扩展和加深的实验内容、恰当引入的近代物理内容、科研成果和现代实验技术手段，以及加强实验的设计性和综合性训练，培养学生初步具有自己提出问题、发现问题和独立解决问题的能力。培养学生具有良好的科学素质和创新能力。加强在实验中正确运用测量误差理论和对测量结果不确定度的评定的训练。对非物理类学生,主要侧重对物理规律的了解和对现代物理测量技术的掌握。二、本课程的基本要求学生在本课程中，通过完成一定数量的力学、热学和分子物理学、电磁学、光学或其他方面的实验，应达到如下基本要求：1、掌握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、选择实验仪器设备、如何减少实验误差，掌握作图法、最小二乘法、逐差法、外推法、定标法等常用实验方法和数据处理方法。3、学习一些常用实验技术，如电工技术、真空技术、传感器技术、电子技术（弱电流测量、弱信号放大等）懂得物理实验的安全防护知识.进一步了解和学习现代物理测量技术如低温、光谱、真空、核探测技术、核磁共振成象技术、x光技术等.4、建立用实验去观察、分析、研究物理现象和验证物理规律的基本观念，并初步具有这种能力。5、加深对基本物理概念和基本物理定律的认识和理解。6、学会对实验进行误差分析和不确定度评定的基本方法，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。7、养成良好的实验习惯和严谨的科学作风，特别是严肃认真对待实验数据，杜绝弄虚作假，树立实事求是的科学态度和道德。8、提高进行科学实验工作的综合能力，包括实验动手能力、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。三、教学计划对物理类和非物理类的不同学科专业学生,在训练要求上和程度上有不同。对物理类两学期，第一学期从预科实验和基础实验Ⅰ中选择14-18个实验，第二学期从基础实验Ⅱ和设计实验中选15个实验，上述每周一个实验每个实验四学时。第三学期选修研究型综合物理实验，一学期一个课题。对非物理类一学期，从预科实验、基础实验Ⅰ和基础实验Ⅱ中选14-18个实验。每周一个实验，每个实验四学时。(一).预科实验实验一单摆实验实验二测定冰的熔化热实验三电学实验基本知识实验四测量非线性元件的伏安特性实验五普通模拟示波器的使用实验六测量薄透镜的焦距实验七显微镜(二).基础实验-I实验八测量误差和不确定度实验九测定金属的杨氏模量（一）CCD成像系统测定杨氏模量（二）光杠杆装置测定杨氏模量（三）梁的弯曲测定杨氏模量实验十刚体转动实验（一）转动法测定刚体转动惯量（二）扭摆法测定刚体转动惯量实验十一气轨上弹簧振子的简谐振动实验十二扭摆的受迫振动实验十三复摆实验实验十四测定空气的密度实验十五测定媒质中的声速实验十六弦上驻波实验实验十七冷却法测定液体的比热容实验十八直流电桥测量电阻实验十九非平衡桥测量铂电阻的温度系数实验二十霍尔效应测量磁场实验二十一RC和RL串联电路的稳态特性实验二十二LCR的谐振现象附录：读出示波器的使用实验二十三弗兰克-赫兹实验实验二十四虚拟仪器基础—LabVIEW入门实验二十五分光计的调节和用掠入射法测折射率实验二十六光学成像系统的分辨本领实验二十七光的干涉现象实验二十八夫琅禾费衍射现象实验二十九光衍射的定量研究实验三十观察光的偏振现象实验三十一迈克耳孙干涉仪实验三十二光纤光学(三).基础实验-II实验三十三用玻尔共振仪研究受迫振动实验三十四共振法测定杨氏模量及其与温度的关系实验三十五高温超导材料特性测试和低温温度计实验三十六闪光法测定不良导体的热导率实验三十七动态法测定良导体的热导率实验三十八真空镀膜实验实验三十九交流电桥实验四十交流电路（一）单相供电电路及单相异步电动机（二）交流电路功率实验四十一RLC串联电路的暂态过程附录数字存贮示波器实验四十二虚拟仪器在物理实验中的应用—伏安法测电阻与非线性元件实验四十三磁滞回线的测量实验四十四介电常数与频率和温度的关系实验四十五集成运算放大器的应用实验四十六测定物质的色散曲线实验四十七光栅特性及测定光波波长实验四十八偏振光的定量研究实验四十九全息照相实验五十阿贝成像原理和空间滤波实验五十一光源的时间相干性实验五十二光栅光谱仪的校准和使用实验五十三颜色的测定实验五十四黑体辐射实验实验五十五激光相位调制干涉型光纤温度传感器实验五十六光学多道分析器（OMA）研究氢原子光谱实验五十七用β粒子研究狭义相对论的动量-动能关系实验五十八微波的布拉格衍射实验五十九X射线的吸收实验六十X射线衍射实验六十一核磁共振实验六十二核磁共振成像(四).设计实验设计实验一测定速度和加速度设计实验二测量质量和密度设计实验三测定角速度和角加速度设计实验四用应变片研究碰撞过程设计实验五用霍尔传感器研究碰撞过程设计实验六用传感器测弯曲应变并测定材料的杨氏模量设计实验七自组光路用伸长法测定金属丝的杨氏模量设计实验八冷却规律的研究设计实验九温差电偶和PN结温度计在77-300K温区内的标定设计实验十简易万用电表的设计及校准设计实验十一测定光电二极管特性设计实验十二研究PN结的温度特性设计实验十三热敏电阻温度开关设计实验十四制作数字温度计设计实验十五制作数字频率计设计实验十六用电流场模拟静电场设计实验十七测量地磁场强度的水平分量设计实验十八测量磁场分布设计实验十九测定互感器的互感系数设计实验二十用霍尔传感器测量电机转速设计实验二十一RC移相电路及测量相位差设计实验二十二研究F-H实验中栅极电位和温度的影响设计实验二十三用F-H实验装置研究Hg的高激发态设计实验二十四测定真空二极管阴极材料的逸出功设计实验二十五红外传感探测器设计实验二十六超声测距设计实验二十七智能检测设计实验二十八虚拟频谱分析仪设计实验二十九基于LabVIEW的线性刻度的热敏电阻体温计设计实验三十虚拟相关法相位差设计实验三十一虚拟RLC测试仪设计实验三十二用M-干涉仪测量物质折射率和物体厚度设计实验三十三用光栅多色仪测量蓝光发光材料的光吸收特性设计实验三十四标定棱镜单色仪的波长与鼓轮读数的关系设计实验三十五用极限法测液体折射率设计实验三十六比较CD和DVD光盘的刻线密度设计实验三十七测定太阳镜防紫外线的能力设计实验三十八制作全息光栅设计实验三十九像面全息(五).综合物理实验(每年课题都不相同,下列是部分已完成的选题范例)1.测量PIN光电二极管的光谱特性和量子效率2.计算机I/O接口实验3.计算机串行口数据传送与处理4.用光电开关制作条形码读出器5.用光电开关测量人体心率波形分析6.测量非线性元件伏安特性实验现象分析7.数字合成任意波形信号发生器8.铂电阻温度传感的自热效应9.闪光法测热导实验研究10.动态法测热导实验研究11.磁滞回线观测及磁损测定12.物理实验中心网页制作13.霍尔磁强计14.光强计15.超导体的受控运动16.红外传感控制器17.光纤位移传感器18.步进电机的控制19.混沌现象的分析观察20.薄膜电阻的实时测量21.计算机X-Y记录仪22.基本形变中切变和扭转的研究23．相位干涉型光纤传感器的研制24.动态法测杨氏模量实验研究25.各向异性磁组传感器的应用26.各向异性磁组传感器的应用27.磁悬浮力的测量28.P型GaN退火激活的研究29.声致发光30.扫描显微镜的数字化控制31.励磁电源的程控化32.心电信号检测33.六位半数字万用表的接口34.激光窃听35.体全息及透明物体的全息摄影36.巨磁电阻传感器特性研究37.光纤光学及光纤通信38.虚拟仪器的应用39.张紧弦振动的实验现象的认识和研究，40.相位干涉型光纤传感器的研制41.激光测距实验42.存储示波器与计算机软件结合的应用43.LabVIEW和虚拟仪器在电学实验方面的开发和应用44.硅表面人工微结构模板的构建和扫描探针显微术观察45.核磁共振成像实验的研究46.MgB2块材的制备及其性测试47.用激光散斑照相法研究压电陶瓷的电致变形特性48.光纤传输实验49.非线性问题之一（分形）50.光纤干涉式传感器的应用（磁致伸缩）51.介质光谱