《大学物理实验》课程教学大纲
课程名称：大学物理实验（上）
英文名称：College Physics Experiment（Ⅰ）
课程类型：学科基础课
开设学期：第二学期
学分/学时：1学分/34学时
先修课程：
后续课程：大学物理实验（下）
适用专业：普本工科各专业
一、课程简介
物理实验在物理学的发展过程中起着重要的和直接的作用。实验可以发现新事实，实验结果可以为物理规律的建立提供依据，它与大学物理理论课程既有紧密的联系，又互相独立。通过实验可以加深对理论课知识的理解，更重要的是可使同学获得基本的实验知识，在实验方法和实验技能诸方面得到较为系统、严格的训练。本课程可以培养学生有目的地去尝试与实践，学会基本仪器的使用方法，初步培养学生进行自主学习的能力、动手能力、创新能力，为下一步的科学研究打下坚实基础。同时通过实验过程的逐步促进学生建立正确的科学世界观，学会尊重自然规律及解决问题的各种方法和手段，物理实验课程能起着潜移默化的作用。
二、课程目标
课程目标1：能观察实验基本现象，学会测量的各种方法，掌握物理实验的“基本知识，基本方法和基本技能”。
课程目标2：培养基本实验技能与动手能力，提高对现代技术的应用水平，能查阅文献自主学习，具备初步的设计实验的能力。
课程目标3：具有联系实际和实事求是的科学作风、严肃认真的工作态度、在实验过程中相互协作与共同探索的团队合作精神。
三、基本理论与实验技术知识
物理学基本理论为实验提供指导，实验为理论提供验证和支撑。大学物理基本理论主要包括力学、振动和波、热学、电磁学、光学、相对论、量子物理基础等方面的知识。大学物理实验课程需要学生进行实验课前的预习，了解实验原理和实验设计，了解所使用仪器及操作方法，分析判断实验现象、实验数据记录与处理以及实验结果分析等环节。同时，在实验过程中学生还应具备基本的实验素养，如遵守实验规则、注意实验安全等。
四、实验方法、特点与基本要求
在实验教学中根据实验内容适当地介绍一些物理实验史料，对学生进行辩证唯物主义世界观和方法论的教育，使学生了解科学实验的重要性，明确物理实验课程的地位、作用和任务。接受基本实验理论和实验操作技能的训练，养成良好的实验习惯和严谨的科学作风。
掌握测量误差的基本知识，掌握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，掌握用计算机通用软件处理实验数据的基本方法。
掌握基本物理量的测量方法：长度、质量、时间、微小位移（形变）、热量、温度、电流强度、电压、电动势、电阻、磁感应强度、角度、转动惯量、频率、折射率等。
了解常用的物理实验方法，例如：比较法、放大法( 机械、光学、电气)、参量换测法、模拟法、补偿法、干涉法。
掌握实验室常用仪器的性能，并能够正确使用仪器。
掌握实验的基本调整与操作技术，例如：零位调整，水平、铅直调整，光路的等高共轴调节，消视差调节，逐次逼近调节，按电路图正确联接电路及先定性、后定量原则等。
通过实验训练能够理论联系实际，提高观察实验现象和分析问题能力，加深对物理概念、物理规律及理论的理解和应用，提高综合和设计实验的能力。
五、实验主要仪器设备
游标卡尺、螺旋测微计、读数显微镜、分光计、钠（汞）光灯管、牛顿环、数字示波器、杨氏模量实验仪、智能转动惯量实验仪、通用计数器、模拟静电场描绘仪、DH-SJ1物理设计性实验装置、非线性电路混沌实验仪、导热系数测定仪、固液态热学特性综合实验仪、电阻箱及各类电表类仪器等。
六、实验项目的设置与内容提要
序号 | 实验项目 | 内 容 提 要 | 学时 | 类型 | 每组人数 | 要求 | 对应 课程目标 |
1 | 绪论 | 1.明确课程的地位、作用和任务； 2.初步掌握对实验进行误差分析和不确定度评定的基本方法； 3.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。 4.实验室规则和学风教育。 | 3 | ∕ | 全体 | 必修 | 课程目标1 |
2 | 基本测量仪器的使用及密度测定 | 1.游标卡尺、螺旋测微计的使用方法； 2.练习长度测量数据记录及不确定度计算以及密度测定。 | 3 | 验证 | 20 | 必做 | 课程目标1 |
3 | 扭摆法测物体转动惯量 | 1.扭摆法测定转动惯量的理论； 2.测定不同形状物体转动惯量和弹簧的扭转常数，并与理论值进行比较； 3．验证刚体转动的平行轴定理。 | 3 | 验证 | 20 | 必做 | 课程目标2、3 |
4 | 杨氏模量的测定（梁弯曲法） | 1.了解霍尔位置传感器的原理及使用方法。 2.了解定标测量方法； 3.弯曲法测量黄铜的杨氏模量。 | 3 | 验证 | 20 | 必做 | 课程目标2、3 |
5 | 良导体导热系数的测定 | 1.学习用稳态法测导热系数以及用作图法求冷却速率，2.掌握用温差电偶测温度的方法。 | 3 | 验证 | 20 | 选做 | 课程目标2、3 |
6 | 液体比热容测定 | 1.冷却法测定液体的比热容； 2.了解比较法的优点和条件。 | 3 | 验证 | 20 | 选做 | 课程目标2、3 |
7 | 分光计调整与三棱镜顶角测量 | 1.熟悉分光计的结构； 2.学习分光计的调节原理和方法； 3.测量三棱镜的顶角。 | 3 | 验证 | 20 | 必做 | 课程目标2、3 |
8 | 示波器的使用 | 1.了解示波器的基本构造和工作原理； 2.学习示波器和信号发生器的使用； 3.观察李萨如图形。 | 3 | 验证 | 20 | 选做 | 课程目标2、3 |
9 | 三棱镜折射率的测定 | 1.进一步学习分光计的调节； 2.学习用最小偏向角法测量三棱镜的折射率。 | 3 | 验证 | 20 | 选做 | 课程目标2、3 |
10 | 电表的改装与校准 | 1.了解表头的结构及工作原理； 2.电表改装的原理和方法； 3.电表校准方法。 | 3 | 设计 | 20 | 选做 | 课程目标2、3 |
11 | 混沌效应1 | 1.用RLC串联谐振电路，测量仪器提供的铁氧体介质电感在通过不同电流时的电感量，解释电感量变化的原因； 2.用示波器观测LC振荡器产生的波形及经RC移相后的波形； 3.用双踪示波器观测上述两个波形组成的相图（李萨如图）； 性，结合非线性电路的动力学方程，解释混沌产生的原因。 | 3 | 设计 | 20 | 选做 | 课程目标2、3 |
考核 | 考查实验的基本知识、数据处理和学生的动手能力。 | 全体 | 课程目标1、2、3 |
注：设计实验根据情况各选1~2个，总实验学时为6学时。
注：实验类型：演示/验证/综合/设计 实验要求：必做/选做
七、实验报告要求
实验报告是对实验过程及结果的全面总结，要用简明的形式将实验结果完整而又真实地表达出来，实验报告要用统一规格的纸张书写，学生各自独立完成。要做到文字通顺、表述明确、字迹端正、图表规范、结果正确和讨论认真。
完整的实验报告通常包括以下内容：（1）实验名称、实验者姓名、实验日期；（2）实验目的；（3）实验仪器；（4）实验原理；（5）实验步骤；（6）实验数据的记录与处理；（7）误差分析；（8）实验结果；（9）问题讨论。
实验数据的记录与处理部分，应有完整、翔实的原始实验数据(尽可能以表格形式列出)，根据实验原理进行有关计算或作图表示。
八、课程考核与成绩评定
单独设置的实验课，按平时成绩和实验考核成绩各占50%的比例，计入总成绩，总成绩以百分计，满分100分。平时实验成绩（包括出勤，作业、预习报告，实验操作及数据处理）100分，实验考核100分。
成绩分项 | 考核/评价环节 | 建议 百分比 | 考核/评价细则 | 对应课程目标 |
平时成绩
| 实验预习 | 10% | 预习报告 | 课程目标 1、2、3 |
实验操作 | 10% | 实验过程 | 课程目标 1、2、3 | |
实验报告 | 30% | 实验报告的撰写 | 课程目标 1、2、3 | |
期末成绩 | 实验考核 | 50% | 操作考试/仪器使用熟练；操作规范、步骤正确；数据测量及表示方法正确 | 课程目标 1、2、3 |
小计 | 100% | |||
九、推荐教材与参考资料
推荐教材：自编讲义
参考书目与文献：
《普通物理实验》，杨述武编著，高等教育出版社，2004年。
《大学物理实验》（第三版），徐建强编著，科学出版社，2020年。
《大学物理实验教程》，王新顺编著，机械工业出版社，2021年。
《大学物理实验》课程教学大纲
课程名称：大学物理实验（下）
英文名称：College Physics Experiment（Ⅱ）
课程类型：学科基础课
开设学期：第三学期
学分/学时：1学分/34学时
先修课程：大学物理实验（上）
后续课程：
适用专业：普本工科各专业
一、课程简介
物理实验在物理学的发展过程中起着重要的和直接的作用。实验可以发现新事实，实验结果可以为物理规律的建立提供依据，它与大学物理理论课程既有紧密的联系，又互相独立。通过实验可以加深对理论课知识的理解，更重要的是可使同学获得基本的实验知识，在实验方法和实验技能诸方面得到较为系统、严格的训练。本课程可以培养学生有目的地去尝试与实践，学会基本仪器的使用方法，初步培养学生进行自主学习的能力、动手能力、创新能力，为下一步的科学研究打下坚实基础。同时通过实验过程的逐步促进学生建立正确的科学世界观，学会尊重自然规律及解决问题的各种方法和手段，物理实验课程能起着潜移默化的作用。
二、课程目标
课程目标1：能观察实验基本现象，学会测量的各种方法，掌握物理实验的“基本知识，基本方法和基本技能”。
课程目标2：培养基本实验技能与动手能力，提高对现代技术的应用水平，能查阅文献自主学习，具备初步的设计实验的能力。
课程目标3：具有联系实际和实事求是的科学作风、严肃认真的工作态度、在实验过程中相互协作与共同探索的团队合作精神。
三、基本理论与实验技术知识
物理学基本理论为实验提供指导，实验为理论提供验证和支撑。大学物理基本理论主要包括力学、振动和波、热学、电磁学、光学、相对论、量子物理基础等方面的知识。大学物理实验课程需要学生进行实验课前的预习，了解实验原理和实验设计，了解所使用仪器及操作方法，分析判断实验现象、实验数据记录与处理以及实验结果分析等环节。同时，在实验过程中学生还应具备基本的实验素养，如遵守实验规则、注意实验安全等。
四、实验方法、特点与基本要求
在实验教学中根据实验内容适当地介绍一些物理实验史料，对学生进行辩证唯物主义世界观和方法论的教育，使学生了解科学实验的重要性，明确物理实验课程的地位、作用和任务。接受基本实验理论和实验操作技能的训练，养成良好的实验习惯和严谨的科学作风。
掌握测量误差的基本知识，掌握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，掌握用计算机通用软件处理实验数据的基本方法。
掌握基本物理量的测量方法：长度、质量、时间、微小位移（形变）、热量、温度、电流强度、电压、电动势、电阻、磁感应强度、角度、转动惯量、频率、折射率等。
了解常用的物理实验方法，例如：比较法、放大法( 机械、光学、电气)、参量换测法、模拟法、补偿法、干涉法。
掌握实验室常用仪器的性能，并能够正确使用仪器。
掌握实验的基本调整与操作技术，例如：零位调整，水平、铅直调整，光路的等高共轴调节，消视差调节，逐次逼近调节，按电路图正确联接电路及先定性、后定量原则等。
通过实验训练能够理论联系实际，提高观察实验现象和分析问题能力，加深对物理概念、物理规律及理论的理解和应用，提高综合和设计实验的能力。
五、实验主要仪器设备
游标卡尺、螺旋测微计、读数显微镜、分光计、钠（汞）光灯管、牛顿环、数字示波器、杨氏模量实验仪、智能转动惯量实验仪、通用计数器、模拟静电场描绘仪、DH-SJ1物理设计性实验装置、非线性电路混沌实验仪、导热系数测定仪、固液态热学特性综合实验仪电阻箱及各类电表类仪器等。
六、实验项目的设置与内容提要
序号 | 实验项目 | 内 容 提 要 | 学时 | 类型 | 每组人数 | 要求 | 对应 课程目标 |
1 | 绪论 | 1.进一步学习实验数据处理的方法和注意事项； 2.学习实验设计的知识和方法； 3.学习如何查阅文献，初步学习一些实验创新的方法。 | 3 | ∕ | 全体 | 必修 | 课程目标1 |
2 | 惠斯通电桥测电阻 | 1.掌握电桥基本原理； 2.掌握调节电桥平衡的方法，确定测量的不确定度； 3.了解灵敏电流计精度与元件参数之间的关系 | 3 | 验证 | 20 | 必做 | 课程目标2、3 |
3 | 静电场的描绘 | 1.了解用稳恒电流场模拟静电场的模拟条件； 2.学习用模拟法描绘和研究静电场分布的方法。 | 3 | 验证 | 20 | 必做 | 课程目标2、3 |
4 | 二极管伏安特性曲线的研究 | 1.掌握伏安法测线性元件（如电阻）和非线性元件（如晶体二极管）特性曲线； 2.学习用作图法处理实验数据。 | 3 | 验证 | 20 | 必做 | 课程目标2、3 |
5 | 用牛顿环测凸透镜的曲率半径 | 1.了解牛顿环装置，学会使用读数显微镜； 2.掌握用牛顿环测定透镜曲率半径的原理和方法； 3.加深对等厚干涉的理解。 | 3 | 验证 | 20 | 必做 | 课程目标2、3 |
6 | 光栅衍射测光波波长 | 1.了解光栅衍射原理； 2.了解分辨本领、角色散； 3.通过仪器分析波长测量精度受限的主要因素。 | 3 | 综合 | 20 | 必做 | 课程目标2、3 |
7 | LRC 电路的稳态特性 | 1.研究交流信号在LRC串联电路中的相频与幅频特性； 2.学习使用示波器测量相位差的方法。 | 3 | 验证 | 20 | 选做 | 课程目标2、3 |
8 | LRC 电路的暂态过程研究 | 1.研究LRC电路的暂态特性； 2.了解L、R、C各元件在电路中的作用； 3.进一步熟悉使用示波器。 | 3 | 设计 | 20 | 选做 | 课程目标2、3 |
9 | LRC 电路的谐振特性 | 1.研究和测量LRC串、并联电路的幅频特性； 2.掌握幅频特性的测量方法； 3.了解回路Q值的物理意义。 | 3 | 综合 | 20 | 选做 | 课程目标2、3 |
10 | 巨磁电阻效应及其应用 | 1.GMR模拟传感器的磁电转换特性测量及GMR磁阻特性测量；2.GMR开关（数字）传感器的磁电转换特性曲线测量，用GMR模拟传感器测量电流； 3.GMR梯度传感器的特性及应用以及磁记录与读出。 | 3 | 综合 | 20 | 选做 | 课程目标2、3 |
11 | 光电效应实验 | 1.通过实验加深对光波的量子性的认识； 2.测量正向特性曲线和反向特性曲线； 3.验证爱因斯坦方程，并测定普朗克常数。 | 3 | 综合 | 20 | 选做 | 课程目标2、3 |
12 | 夫兰克-赫兹实验 | 1.了解夫兰克-赫兹管的工作原理和使用方法； 2.学习测量原子的第一激发电位的方法，证实原子能级的存在。 | 3 | 综合 | 20 | 选做 | 课程目标2、3 |
13 | 混沌效应2 | 1.改变RC移相器中可调电阻R的值，观察相图周期变化。记录倍周期分岔、阵发混沌、三倍周期、吸引子（周期混沌）和双吸引子（周期混沌）相图； 2.测量由LF353双运放构成的有源非线性负阻“元件”的伏安特性，结合非线性电路的动力学方程，解释混沌产生的原因。 | 3 | 设计 | 20 | 选做 | 课程目标2、3 |
考核 | 考查实验的基本知识、数据处理和学生的动手能力。 | 全体 | 课程目标1、2、3 |
注：设计及综合实验根据情况各选2-6个，总实验学时为9学时。
注：实验类型：演示/验证/综合/设计 实验要求：必做/选做
七、实验报告要求
实验报告是对实验过程及结果的全面总结，要用简明的形式将实验结果完整而又真实地表达出来，实验报告要用统一规格的纸张书写，学生各自独立完成。要做到文字通顺、表述明确、字迹端正、图表规范、结果正确。
完整的实验报告通常包括以下内容：（1）实验名称、实验者姓名、实验日期；（2）实验目的；（3）实验仪器；（4）实验原理；（5）实验步骤；（6）实验数据的记录与处理；（7）误差分析；（8）实验结果；（9）问题讨论。
实验数据的记录与处理部分，应有完整、翔实的原始实验数据(尽可能以表格形式列出)，根据实验原理进行有关计算或作图表示。
八、课程考核与成绩评定
单独设置的实验课，按平时成绩和实验考核成绩各占50%的比例，计入总成绩，总成绩以百分计，满分100分。平时实验成绩（包括出勤，作业、预习报告，实验操作及数据处理）100分，实验考核100分。
成绩分项 | 考核/评价环节 | 建议 百分比 | 考核/评价细则 | 对应课程目标 |
平时成绩
| 实验预习 | 10% | 预习报告 | 课程目标 1、2、3 |
实验操作 | 10% | 实验过程 | 课程目标 1、2、3 | |
实验报告 | 30% | 实验报告的撰写 | 课程目标 1、2、3 | |
期末成绩 | 实验考核 | 50% | 操作考试/仪器使用熟练；操作规范、步骤正确；数据测量及表示方法正确 | 课程目标 1、2、3 |
小计 | 100% | |||
九、推荐教材与参考资料
推荐教材：自编讲义
参考书目与文献：
《普通物理实验》，杨述武编著，高等教育出版社，2004年。
《大学物理实验》（第三版），徐建强编著，科学出版社，2020年。
《大学物理实验教程》，王新顺编著，机械工业出版社，2021年。
《设计性研究性物理实验教程》第一版，沈元华主编，复旦大学出版社，2004年6月