天津理工大学

《大学物理实验A》教学大纲

 

课程代码：AI :1590313    AI I:1590323

课程名称：大学物理实验/University Physical Experiment

开课学院、实验室：理学院、物理实验中心

适用专业：材料、材型、材物、功能材料、新能源材料、应数等

实验指导书名称：《大学物理实验》

 

一、学时、学分

学时：AI：32学时   AII：32学时            

学分：AI：1学分   AII：1学分

 

二、实验简介

物理实验课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的开端。内容涉及力学、热学、电磁学、光学、微观物理学等相关的实验，按照分层次教学体系要求，其中既有验证物理学基本原理和定律的基础实验，也有集不同实验原理或方法的综合性实验以及能充分发挥学生想象力和创新能力的设计性实验。

按照打好基础、循序渐进、拓宽视野、培养个性、开放创新的原则，通过物理实验课程的学习，要求学生掌握物理实验基础知识、基本实验方法、基本物理量的测量和常规实验仪器的使用，在此基础上学习现代物理技术，为今后的专业学习、科学研究工作及知识更新奠定良好的实验基础。

 

三、实验课程目标

知识目标：通过对实验现象的观测、分析和物理量的测量，学习物理实验基本知识和技能，学习运用理论指导实验，分析和解决实验中遇到的问题，并从实际应用中加深对理论知识的理解。通过对实验背景，实验设计思想等调查研究掌握最新的科技前沿动态，了解物理学知识在推动自然科学及工程技术领域的运用。

能力目标: 正确使用仪器及辅助设备、独立完成实验内容、撰写合格的实验报告；能够融合实验原理、设计思想、实验方法及相关的理论知识对实验结果进行分析、判断、归纳与综合。掌握通过实验进行物理现象和物理规律研究的基本方法，具有初步的分析与研究的能力。能够在实验中发现问题、分析问题，通过团队合作或自主思考学习解决问题的科学方法，逐步提高学生综合运用所学知识和技能解决实际问题的能力。

素质及德育目标： 提高学生的科学素养，培养学生理论联系实际和实事求是的科学作风，认真严谨的科学态度，积极主动的探索精神，以及遵纪守法，团结协作，爱护公共财产的优良品德，使学生树立科学的唯物主义世界观、方法论和认识论。

四、实验方式与基本要求

（一）实验室安全准入要求

为了顺利地做好物理实验，保证实验成功，保护实验仪器设备，维护每个师生的安全，防止一切实验事故，师生必须遵守以下安全操作规程。

一、未进实验室时，就应对本次实验进行预习，掌握操作过程及原理，弄清所有仪器的性能。估计可能发生危险的实验，在操作时注意防范。

二、学生实验时，实验设备和电路按要求连接好后，经老师检查无误，统一供电后方可进行实验。使用电器时要谨防触电，不要用湿的手、物接触电源。实验后应教师应立即统一切断电源。

三、若发生触电现象，首先切断电源，采取必要的救护措施。

四、学生要遵守纪律，严格按规程操作，发现异常现象立即向老师报告。

五、严禁在实验室内吸烟或饮食。

六、实验完毕后教师离开实验室前，要认真检查门窗和水电，一切无误后方可离开实验室。

（二）实验要求

综合性、设计性实验开设学时比例不低于总学时的60%

1. 基础性、验证性实验

(1) 绪论

预习要求：理解误差的定义、分类和评价方法；了解系统误差的来源和消除方法；掌握直接测量和间接测量不确定度的简化计算；掌握数据处理的典型方法

实验目的：掌握数据处理的基本要求，作图的基本要求，不确定的评定。

实验方式：教师讲解

实验设备：无。

    实验分组：1人/组

完成时间：3学时

(2) 长度测量

预习要求：了解游标卡尺、千分尺的原理，测量方法。

实验目的：熟练使用游标卡尺、千分尺的使用。

实验方式：教师讲解后独立实验，教师巡回指导。

实验设备：游标卡尺、千分尺、钢球、圆柱体。

实验分组： 1人/组

完成时间：3学时

 (3) 密度的测量

预习要求：了解密度测量的实验原理，物理天平的使用方法。

实验目的：掌握物理天平的使用方法，用流体静力称衡法测量固体密度。

实验方式：教师讲解后分组实验，教师巡回指导。

实验设备：物理天平、待测钢块和蜡块。

    实验分组： 1-2人/组

完成时间：3学时

 (4) 数字万用表的使用

预习要求：了解数字万用表的使用方法、原理及基本结构。

实验目的：了解数字万用表的基本功能，学会测量基本电学量。

实验方式：教师讲解后分组实验，教师巡回指导。

实验设备：数字万用表、电阻箱、滑线变阻器、导线等实验分组： 1-2人/组。

    实验分组： 1-2人/组

完成时间：3学时

(5) 数字示波器的使用

预习要求：了解数字示波器和函数发生器的原理、使用方法；如何根据李萨如图形计算频率和相位差。

实验目的：学会使用数字示波器和信号发生器；学会测量未知信号的参数；通过观察李萨如图形，加深对互相垂直谐振动合成理论的理解，并学会一种测量正弦振动频率的方法。

实验方式：教师讲解后分组实验，教师巡回指导。

实验设备：数字示波器、函数发生器等。

实验分组： 1-2人/组

    完成时间：2-3学时

(6 ) 刚体转动惯量的测量

预习要求：了解实验原理，刚体转动实验仪结构，实验步骤等。

实验目的：测量给定系统的转动惯量，研究刚体定轴转动时转动惯量随质量分布改变的规律。

实验方式：教师讲解后分组实验，教师巡回指导。

实验设备：刚体转动仪、砝码、米尺、秒表等

实验分组： 1-2人/组

完成时间：3学时

（7）用模拟法测绘静电场

预习要求：了解模拟法测绘静电场的原理。

实验目的：测绘静电场，加深对电场强度和电势概念的理解。

实验方式：教师讲解后分组实验，教师巡回指导。

实验设备：静电场测绘仪、测绘仪电源、连接线、同步测量探针

实验分组：1-2人/组

完成时间：3学时

（8）薄透镜焦距的测定

预习要求：了解透镜成像规律，光路调整和焦距测量的方法

实验目的：掌握光学元件共轴等高调节技术，学习测量薄透镜焦距的基本方法，加深

透镜成像规律的认识。

实验方式：教师讲解后分组实验，教师巡回指导。

实验设备： 光具座、物屏、像屏、凸透镜、凹透镜等

实验分组：1-2人/组

完成时间：3学时

（9）电学元件伏安特性的测量

预习要求：了解电学元件的分类，电路的选取原则。

实验目的：学习电学元件伏安特性测量的基本方法，正确使用仪器测量金属膜电阻、

灯泡、二极管的伏安特性。

实验方式：教师讲解后分组实验，教师巡回指导。

实验设备： 电学元件伏安特性实验仪、导线

实验分组：1-2人/组

完成时间：3学时

(10)电表的改装与校准

预习要求：了解电表改装的原理和方法。

实验目的：掌握微安表改装成较大量程电流表和电压表的原理和方法；学习用比较法校准电表。

实验方式：教师讲解后分组实验，教师巡回指导。

实验设备：微安表、电压表、电流表、滑线变阻器、稳压电源、导线等。

实验分组：1-2人/组

完成时间：3学时

(11) 电源电动势测量

预习要求：了解直流位差计的工作原理及使用方法；了解测量电源电动势及校准电压表、电流表的方法。

实验目的：通过对电源电动势及对电压表和电流表的校准，熟练掌握直流电位差计的使用方法；学会用测得的数据作出校准曲线。

实验方式：教师讲解后分组实验，教师巡回指导。

实验设备：UJ/25型直流电位差计、钾电池、电压表、电流表、直流稳压电源、检流计、滑线变阻器等。

实验分组：1-2人/组

   完成时间：3学时

 (12) 惠斯通电桥测电阻

预习要求：了解单、双臂电桥的工作原理及使用方法；了解用电桥测中、低值电阻的方法。

实验目的：通过用自组和箱式电桥用比较法对中、低值电阻进行测量，熟练掌握电桥的使用方法，学会提高电桥灵敏度的方法。

实验方式：教师讲解后分组实验，教师巡回指导。

实验设备：箱式电桥、电阻箱、直流检流计、直流稳压电源、导线等。

实验分组：1-2人/组

完成时间：3学时

 (13) 用电热法测定热功当量

预习要求：了解用电热法测定热功当量原理和方法；了解散热修正的方法—终温修正法。

实验目的：学会热功当量的测量，掌握散热修正的方法—终温修正法。

实验方式：教师讲解后分组实验，教师巡回指导。

实验设备：直流稳压电源、电压表、电流表、量热器等。

实验分组：1-2人/组

完成时间：3学时

(14) 用拉脱法测量液体的表面张力系数

预习要求：了解焦利氏秤的工作原理及使用方法，对拉脱法测液体表面张力有所了解。

实验目的：学会用拉脱法测定液体的表面张力系数，掌握焦利氏秤的使用方法，学会用逐差法处理数据。

实验方式：教师讲解后分组实验，教师巡回指导。

实验设备：焦利氏秤、玻璃皿、温度计等。

实验分组：1-2人/组

完成时间：3学时

（15）冰的熔解热的测定

预习要求：了解如何用混合法测冰的熔解热；了解如何用散热补偿法进行散热修正。

实验目的：掌握用混合法测冰的熔解热；学会用散热补偿法进行散热修正。

实验方式：教师讲解后分组实验，教师巡回指导。

实验设备：量热器等。

实验分组： 1-2人/组

完成时间： 3学时

（16）液体粘滞系数的测量

预习要求：了解落针法测粘滞系数的原理和方法。

实验目的：加深对液体粘滞现象的认识，理解落针法测粘滞系数的原理和方法，学会使用智能型落针黏度计。 

实验方式：教师讲解后分组实验，教师巡回指导。

实验设备：智能型落针黏度计。

实验分组： 1-2人/组

完成时间： 3学时

 

2．综合性实验

(1) 用拉伸法测定金属丝的杨氏模量

预习要求：了解实验原理，光杠杆原理，实验步骤等。

综合的目的及意义：光杠杆测量微小长度变化的巧妙设计给学生以启发，。

实验目的：测定金属丝的杨氏模量；学会用光杠杆测量微小的长度变化。

实验方式：教师讲解后分组实验，教师巡回指导。

实验设备：望远镜、杨氏模量测定仪、砝码、米尺、千分尺、卡尺等。

实验分组： 1-2人/组

完成时间：3学时

（2）准稳态法测量物质比热和导热系数

预习要求：了解准稳态法测量导热系数和比热系数的原理。

综合的目的及意义：完成实验，内容涉及力、热、电和材料等学科，训练学生的综合

能力。

实验目的：学习热电偶测量温度的原理和使用方法；用准稳态法测量不良导体的导热系数和比热系数。

实验方式：教师讲解后分组实验，教师巡回指导。

实验设备：准稳态法比热导热系数测定实验仪、实验样品、加热板、热电偶、导线、保温杯

实验分组：1-2人/组

完成时间：3学时

（3）空气热机实验

预习要求：了解空气热机的结构、热循环过程及卡诺定理。

综合的目的及意义：理解热机原理及循环过程，

实验目的：按设计方案，验证卡诺定理并计算热机实际输出功率。

实验方式：教师讲解后分组实验，教师巡回指导。

实验设备：空气热机实验仪、空气热机测试仪、电加热器电源、双踪示波器

实验分组：1-2人/组

完成时间：3学时

（4）燃料电池的综合特性实验

预习要求：了解燃料电池的工作原理。

综合的目的及意义：观察能量转换过程。

实验目的：测量燃料电池的伏安特性（极化）曲线，计算燃料电池的最大

输出功率及效率。

实验方式：教师讲解后分组实验，教师巡回指导。

实验设备：燃料电池综合特性实验仪、秒表

实验分组：1-2人/组

完成时间：3学时

（5）波尔共振实验

预习要求：了解各种振动形式；共振的危害和应用；实验内容等。

综合的目的及意义：研究受迫振动，观察共振现象，了解共振的危害和应用。

实验目的：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；研究不同阻

尼力矩对受迫振动的影响，观察共振现象。

实验方式：教师讲解后分组实验，教师巡回指导。

实验设备：波尔共振仪（振动仪、电器控制箱）

实验分组：1-2人/组

完成时间：3学时

（6）各向异性磁阻传感器与磁场测量

预习要求：了解各向异性磁阻的原理；磁阻传感器的原理及应用。

综合的目的及意义：了解各向异性磁阻的原理；磁阻传感器的原理及应用

实验目的： 测量磁阻传感器的磁电转换特性和各向异性特性；测量赫姆霍兹线圈的

磁场分布；测量地磁场磁场强度、磁倾角、磁偏角。

实验方式：教师讲解后分组实验，教师巡回指导。

实验设备：磁阻传感器、主控电源

实验分组：1-2人/组

完成时间：3学时

(7) 声速的测量

预习要求：了解压电换能器的功能，驻波及振动合成理论，声速测量的方法。

综合的目的及意义：了解声波的分类，超声波的特点及应用，测量声速。

实验目的：熟悉示波器的使用，用驻波法、相位法、时差法测量声波在空气中的传播

速度。

实验方式：教师讲解后分组实验，教师巡回指导。

实验设备：声速实验仪、示波器、超声装置

实验分组：1-2人/组

完成时间：3学时

(8) 双棱镜干涉测波长

预习要求：了解双棱镜干涉的原理，波长的测量方法，实验仪器和步骤。

综合的目的及意义：观察双棱镜产生的双光束干涉现象，进一步理解产生干涉的条件。

实验目的：调整光路，观察实验现象，学会用双棱镜干涉测定光波波长。

实验方式：教师讲解后分组实验，教师巡回指导。

实验设备：双棱镜，单缝，凸透镜，测微目镜，光学平台，白板。

实验分组：1-2人/组

完成时间：3学时

（9）金属线膨胀系数的测量

预习要求：了解金属线膨胀系数测量的原理，数据处理的方法。

综合的目的及意义：带领学生深入理解金属线膨胀系数的应用。

实验目的：测量金属的线膨胀系数，学会使用千分表。

实验方式：教师讲解后分组实验，教师巡回指导。

实验设备：金属线膨胀实验仪、温控仪、千分表。

实验分组： 1-2人/组

完成时间： 3学时

（10）分光计系列实验

预习要求：了解分光计的结构及原理，学习用分光计测三棱镜顶角、最小偏向角及折射率；学习光栅常数及波长的测量。

综合的目的及意义：让学生掌握分光计的使用，并理解分光计测量不同物理量的原理和方法。

实验目的：通过实验，掌握分光仪的调整方法，学会三棱镜顶角、最小偏向角及折射率、光栅常数及波长的测量；计算实验结果的不确定度。

实验方式：教师讲解后分组实验，教师巡回指导。

实验设备：分光仪及附件、光源。

实验分组： 1-2人/组

完成时间： 3-9学时

（11）迈克尔逊干涉仪系列实验

预习要求：了解迈克尔逊干涉仪的结构和工作原理；学习用迈克尔逊干涉仪测波长、波长差及相干长度。

综合的目的及意义：掌握迈克尔逊干涉仪的使用方法，理解光波长测量的原理。

实验目的：学生通过实验，掌握迈克耳逊干涉仪的调整方法，对观察等倾、等厚和白光干涉条纹有直观的认识，并学会光波波长、波长差及相干长度的测量。

实验方式：教师讲解后分组实验，教师巡回指导。

实验设备：迈克尔逊干涉仪、激光光源、钠光光源。

实验分组： 1-2人/组

完成时间： 3-6学时

（12）多普勒效应综合实验

预习要求：了解多普勒效应的原理、应用和实验内容。

综合的目的及意义：体验多普勒效应的原理及实际应用。

实验目的：验证多普勒效应；利用多普勒效应研究自由落体运动、简谐振动、匀加速直线运动，验证牛顿第二定律。

实验方式：教师讲解后分组实验，教师巡回指导。

实验设备：多普勒效应综合实验仪、小弹簧等。

实验分组： 1-2人/组

完成时间： 3学时

（13）非平衡电桥测电阻

预习要求：了解非平衡电桥的工作原理及与平衡电桥的异同。

综合的目的及意义：掌握简单而精确度高的电阻测量方法。

实验目的：掌握非平衡电桥的工作原理及与平衡电桥的异同；掌握利用非平衡电桥的输出电压测量变化电阻的原理和方法；研究铜电阻、半导体热敏电阻的阻值和温度的关系。

实验方式：教师讲解后分组实验，教师巡回指导。

实验设备：非平衡电桥实验箱、温度传感装置。

实验分组： 1-2人/组

完成时间：3学时

（14）莫尔条纹及光栅传感实验

预习要求：了解莫尔现象的产生机理，应用。

综合的目的及意义：理解莫尔效应，体会光栅传感的原理及应用。

实验目的：理解莫尔现象的产生机理；观察直线光栅、径向圆光栅、切向圆光栅的莫尔条纹并验证其特性；用直线光栅及圆光栅测量线位移。

实验方式：教师讲解后分组实验，教师巡回指导。

实验设备：光栅传感实验仪。

实验分组： 1-2人/组

完成时间：3学时

(15) 等厚干涉

预习要求：了解牛顿环、劈尖干涉原理，了解读数显微镜的使用。

综合的目的及意义： 深入理解干涉相关知识及应用

实验目的：掌握利用牛顿环产生的等厚干涉条纹，测定透镜用劈尖干涉测量微小长度曲率半径，并学会用逐差法处理数据；学会用劈尖干涉测量微小长度及检验待检表面质量的方法。

实验方式：教师讲解后分组实验，教师巡回指导。

实验设备：牛顿环仪、读数显微镜、钠光灯等

实验分组：1-2人/组

完成时间：3-6学时

（16）弦振动的研究

预习要求：了解弦线振动时驻波是如何形成的；了解验证方法。

实验目的：通过分别改变弦长和张力，观察并测量弦线振动时形成的驻波基频与弦长、张力之间的关系。并证明之间存在线性关系。

实验方式：教师讲解后分组实验，教师巡回指导。

实验设备：电振音叉，滑轮，米尺，砝码等。

实验分组： 1-2人/组

完成时间： 3学时

 

3.设计性实验

预习要求；实验方案设计的内容与要求；明确的实验任务；实验手段的限制；教师辅导方式每组 人数限制及分工要求；完成时间要求。

（1）用迈克尔逊干涉仪测量物质折射率和物体长度

预习要求：了解迈克尔逊干涉仪的原理及使用方法，测量物质折射率的方案。

实验方案设计的内容与要求：列出详细的测量方案，必要时给出草图，写出实验步骤。

实验任务：测量物质的折射率和物体的长度

教师辅导方式：集中讲解加分组指导

实验分组：1-2人/组

完成时间：3-6学时

(2) 非衡电桥的原理和设计应用

预习要求：了解非平衡电桥的原理及与平衡电桥的异同。

实验方案设计的内容与要求：列出详细的测量方案，画出电路图，写出实验步骤并能类推至其它非电量的测量。

实验任务：设计一个数显温度计

教师辅导方式：集中讲解加分组指导

实验分组：1-2人/组

完成时间：3-6学时

（3）风能发电实验

预习要求：了解影响风电转换效率的相关因素。

实验方案设计的内容与要求：列出详细的实验方案，测量距离、风速、叶片长度、形状对输出功率的影响，处理数据得出实验结论。

实验任务：测量距离、风速、叶片长度、形状等对输出功率的影响，处理数据得出实验结论。

教师辅导方式：集中讲解加分组指导

实验分组：1-2人/组

完成时间：3-6学时

（4）组装一台简易万用表并校准

预习要求：查阅相关资料，了解模拟电路和数字电路的基础知识；了解基础电学元件（色环电阻、二极管、电容）。

实验方案设计的内容与要求：利用所给配件焊接、组装好万用表，并进行调试、校准；作出各物理量及各量程的校准曲线。

实验任务：：用给定的组件和焊接工具组装并调试万用表

教师辅导方式：讲解示范、分组指导

实验分组： 1-2人/组

完成时间： 6学时

（5）用物理方法检验气垫导轨的不平直度

预习要求：了解气垫导轨和数字毫秒计的使用方法，进行一至两个气垫导轨上的验证性实验，熟 悉气垫导轨的调整及相应的配套仪器、配件的使用。查阅相关资料，设计实验方案检验导轨的不平直度。

实验方案设计的内容与要求：掌握气垫导轨的调整和使用，研究碰撞过程中的动量守恒、机械能守恒或简谐振动周期，用物理方法检验气垫导轨的不平直度并绘制曲线。

实验任务：根据指导教师审查通过的设计方案，在气垫导轨上进行实际的调整和测量。

教师辅导方式：集中讲解加分组指导

实验分组： 1-2人/组

完成时间： 3-6学时

（6）望远镜与显微镜的制作

预习要求：查阅相关资料，了解望远镜和显微镜的原理。

实验方案设计的内容与要求：写出实验步骤，给出光路，按照实验方案组装完成望远镜与显微镜；并测出其各自的放大率，将结果和理论值进行比较。

实验任务：根据指导教师审查通过的设计方案，实际组装望远镜与显微镜。

教师辅导方式：集中讲解加分组指导

实验分组：1-2人/组

完成时间：3-6学时

 

4. 实验项目学时分布

1. 基础性、验证性实验

 

2．综合性实验

 

3. 设计性实验

 

 

五、考核方式与实验报告要求

1. 综合成绩

实验课成绩采用平时成绩，平时成绩占100%，由每次实验成绩总和评定。

2. 单次实验成绩

（1）预习情况（20%）

是按使用大学物理虚拟仿真实验学习平台及学堂云平台完成教师布置的课前预习；是否按要求写好预习报告；从提问讨论中，看学生对实验原理的理解及对实验内容的掌握。

（2）实验操作（40%）

仪器设备使用和操作过程是否规范（如仪器的调零、实验电路连接顺序、光路调整是否正确等）；能否按要求独立操作；遇到问题能否迅速判断和处理；测量数据是否正确；能否在规定时间完成实验内容；实验结束时是否能按要求将仪器复位；课上是否能主动探索和研究问题。

（3）实验报告（40%）

是否符合实验报告要求的格式，叙述是否清楚；数据处理中的有效数字、单位、作图、思考题回答是否正确。是否讨论实验中遇到问题，分析数据，得出有效结论。

 

六、开放实验室的要求：

物理实验中心采用预约登记形式开展实验室开放活动，具体开放内容如下：

1）  实验室参观；  

2）  学生科技活动：学生将想法形成文字材料上报实验中心，指导教师审阅其可行性后与学生约定时间；

3）  校内外协作；

4）  各种培训。

 

七、本课程各教学环节对课程目标的贡献度

 

 

撰写人：张颖涛                     审定人：孙士帅

教学院长：李洪国

 

                                                          

               编写系（部）：物理实验中心  

2019年12月