英文名称： Experimental Physics

课程代码：x090003

课程性质：必修

考核方式：设计实验考试

开课专业：全校理工类各专业

开课学期：第三、四学期

总学时：48

总学分：3.0

一、课程的地位和作用

    物理实验课是高等院校理工类专业学生进行科学实验基本训练的必修基础课程，是理工类专业本科生接受系统实验方法和实验技能训练的开端。

    物理实验包含丰富的实验思想、实验方法和实验技术，物理实验课能提供综合性很强的基本实验技能训练，是培养学生科学实验能力，提高学生实事求是、严谨认真等科学素质的重要基础。

二、教学内容基本要求

    大学物理实验内容包括普通物理实验（力学、热学、电磁学、光学实验）和近代物理实验，每项实验内容涵盖物理实验原理、实验方法、实验技术、数据处理和测量结果表示等。物理实验课程注重实验技能训练，通过自主、自选一部分实验项目，进一步拓宽实验范畴和加深实验内容；通过基础性、综合性、设计和研究性实验项目几个不同层次，实现对学生实验能力的提高。并养成科学实验的基本素质。具体的教学内容基本要求如下：

必修项目

（一）实验绪论课（2学时）

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。

2、理解不确定度的基本概念，会用不确定度对直接测量和间接测量的结果进行评估。

3、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及能用计算机通用软件处理实验数据的基本方法。

（二）拉伸法测量杨氏模量（3学时）

1、掌握光杠杆法测量长度微小变量的原理。

2、掌握望远镜的调节与测量技术。

3、掌握不同长度测量仪器使用。

4、学习逐差法与作图法处理数据。

5、能提出实验改进的思路。

（三）电桥法测电阻（3学时）

1、掌握用电桥测量电阻的原理和方法；

2、学会使用单臂直流电桥测量中值电阻。

3、了解电桥灵敏度的概念及其测量方法和提高灵敏度的几种途径。

（四）静电场测绘（3学时）

1、掌握用模拟法测绘静电场的原理和方法。

2、加深对电场强度和电位概念的理解。

3、描绘同轴电缆、平行板电极的电场分布。

4、能提出实验改进的思路。

（五）示波器（3学时）

1、学习示波器的基本原理，学会示波器的正确调节与使用。

2、学会采用示波器方波信号校准标尺的调节。

3、用示波器调节与测量简易函数信号发生器的正弦波、方波、三角波、衰减波的周期与幅度。

4、用示波器、信号发生器、简易函数发生器调节李萨如图形，并测定频率。

（六）整流滤波电路（3学时）

1、掌握单相整流、滤波电路的原理及参数计算。

2、掌握单相整流、滤波电路的连接与测量。

3、总结整流、滤波效果与各元件参数的关系。

（七）分光计（4学时）

1、了解分光汁的结构三大部分的功能，学习正确调节和使用分光计的方法。

2、用分光计测量三棱镜的最小偏向角。

3、作出汞灯的色散曲线。

（八）等厚干涉（3学时）

1、掌握牛顿环测量透镜曲率半径的原理的方法。

2、学会读数显微镜的结构原理、调节与测量技术。

3、掌握劈尖测量微小厚度的原理和方法

4、掌握逐差法处理数据与标准偏差计算。

（九）光栅衍射（3学时）

1、进一步熟悉分光计的结构、调节与测量。

2、学会光栅衍射法测定光的波长或光栅常数。

3、学习采用不确定度计算与表示实验结果。

4、能提出相关实验设计的思路。

（十）声速测定（3学时）

1、学会用驻波共振法、李萨如图形法、时差法测量声速的原理及方法。

2、用逐差法计算声速并对比不同方法间差异。

3、能提出实验改进的思路。

（十一）动态磁滞回线测量（3学时）

1、认识铁磁物质的磁化规律，掌握铁磁材料磁滞回线的概念。

2、学会用示波器测绘动态磁滞回线的原理和方法。

3、测绘样品的磁滞回线。

4、测定样品的剩磁、矫顽力等相关参数。

选修项目

（十二）迈克尔逊干涉仪（3学时）

1、掌握迈克尔逊干涉仪的结构和工作原理。

2、学会迈克尔逊干涉仪的调节和测量技术。

3、观察非定域干涉，并用非定域干涉测定He-Ne激光的波长。

4、能进行相关拓展实验设计。

1、了解金属箔式应变片的应变效应。

（2）理解单桥、半桥及全桥的工作原理并比较它们的不同性能特点。

（3）掌握用作图法求出并比较三种桥式电路的灵敏度

（4）学会电子秤制作与标定方法。

（十四）电表改装和万用表设计（6学时）

1、测量表头内阻及满度电流

2、掌握将1mA表头改成较大量程的电流表和电压表的方法

3、设计一个 =1500Ω的欧姆表，要求电池电压在1.3~1.6V范围内使用能调零。

4、用电阻器校准欧姆表，画校准曲线，并根据校准曲线用组装好的欧姆表测未知电阻。

5、学会校准电流表和电压表的方法

（十五）太阳能电池特性研究（3学时）

1、了解太阳能电池的基本结构和基本原理。

2、理解太阳能电池的基本特性和主要参数。掌握测试太阳能电池基本特性和主要参数的基本原理和基本方法。

3、测定太阳能电池的短路电流、开路电压、填充因子等主要基本参数，研究测量太阳能电池的光照特性、伏安特性等。

（十六）非平衡电桥（6学时）

1、掌握非平衡电桥的工作原理以及与平衡电桥的异同。

2、掌握利用非平衡电桥的输出电压来测量变化电阻的原理和方法。

3、设计一个数显温度计，掌握非平衡电桥测量温度的方法，并类推至测其它非电量。

4、用非平衡电桥测量铜电阻、热敏电阻的温度特性。

5、用热敏电阻为传感器结合非平衡电桥设计测量范围为30.0~50.0℃的数显温度计。

（十七）仿真实验（3学时）

1、学习计算机模拟、仿真实验的特点。

2、进行1-2个计算机模拟、仿真实验（霍尔效应测量磁场或金属导热系数测定）。

3、采用计算机进行数据处理，实验报告书写。

（十八）专题设计实验（6学时）

备选题目

温度传感器的研究

1、测定负温度系数热敏电阻——温度特性，并利用直线拟合的数据处理方法，求其材料常数。

2、了解以热敏电阻为检测元件的温度传感器的电路结构及电路参数的选择原则。

3、学习运用线性电路和运放电路理论分析温度传感器电压——温度特性的基本方法。

4、掌握以叠代法为基础的温度传感器电路参数的数值计算技术。

5、训练温度传感器的实验研究能力。

数字信号光纤传输技术实验

1、熟悉半导体电光/光电器件的基本性能及主要特性的测试方法

2、了解音频信号光纤传输系统的结构及选配各主要部件的原则

3、学习分析集成运放电路的基本方法

4、训练音频信号光纤传输系统的调试技术

超声光栅测声速实验

1、了解超声光栅产生的原理。

2、了解声波如何对光信号进行调制。

3、通过对液体（非电解质溶液）中的声速的测定，加深对其概念的理解。

稳压电路的设计

1、掌握稳压电路工作原理及各元件在电路中的作用。

2、学习直流稳压电源的安装、调整和测试方法。

3、熟悉和掌握线性集成稳压电路的工作原理

4、学习线性集成稳压电路技术指标的测量方法

基本电路元件参数的测量

1、学习测量线性和非线性电阻元件伏安特性的方法，并绘制其特性曲线

2、掌握运用伏安法判定电阻元件类型的方法

3、学习二极管、电表、滑线式变阻器分压等特性。

4、学习实验系统误差修正的方法。

5、选择合适方法处理实验数据。

非线性电路混沌实验

1、实验研究Chua’s 电路，分析其电路特性和产生周期与非周期振荡的条件；

2、分析RLC电路中混沌现象的基本特性和混沌产生的方法；

3、对所观察的奇怪吸引子的各种图像进行探讨和说明；

4、测量有源非线性电路的负阻特性。

三、能力培养基本要求

1. 独立实验的能力——能够通过阅读实验教材、查询有关资料和思考问题，掌握实验原理及方法、做好实验前的准备；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；培养学生独立实验的能力，逐步形成自主实验的基本能力。

2. 分析与研究的能力——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。

3. 理论联系实际的能力——能够在实验中发现问题、分析问题并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。

4. 创新能力——能够完成符合规范要求的设计性、综合性内容的实验，进行初步的具有研究性或创意性内容的实验，激发学生的学习主动性，逐步培养学生的创新能力。

四、使用教材及参考书

1、教材：潘小青 黄瑞强主编.《大学物理实验》北京航空航天大学出版社，2016年版

2、张兆奎，缪连元，张立主编.大学物理实验.北京：高等教育出版社，2001.

3、朱鹤年编著.基础物理实验教程.北京：高等教育出版社，2003.

4、黄瑞强，邹文强主编.大学物理实验教程.江西高校出版社，2010.