基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)緒論課PPT演示課件

1、1,基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn),緒 論,物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心：,http:/,2,緒 論,1 物理實(shí)驗(yàn)的重要性 2 如何做物理實(shí)驗(yàn) 3 基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)課的要求,3,1 物理實(shí)驗(yàn)的重要性,(1) 什么是基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn) (2) 物理實(shí)驗(yàn)在物理學(xué)研究與 發(fā)展中的作用 (3) 物理實(shí)驗(yàn)對(duì)物理學(xué)在其他 學(xué)科中應(yīng)用的意義 (4) 改變輕視實(shí)踐的傳統(tǒng)觀念,4,(1) 什么是基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)？,最基本的物理實(shí)驗(yàn)，包括力、熱、電、光及近代物理實(shí)驗(yàn)。 理科、工科、醫(yī)科各專業(yè)都普遍要做的物理實(shí)驗(yàn)。,5,物理實(shí)驗(yàn)做什么,1 力學(xué)： 碰撞問題 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 2 熱學(xué)： 液氮比汽化熱 3 光學(xué)： 激光、干涉、衍射、透鏡成像 4 電磁學(xué)： 圓線圈和亥姆

2、霍茲線圈、 諧振電路、電橋 5 近代前沿：量子論實(shí)驗(yàn)、X光實(shí)驗(yàn)、磁阻效應(yīng) 6 現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)：示波器的使用、計(jì)算機(jī)實(shí)測(cè) 7 數(shù)據(jù)處理方法：畫圖、不確定度評(píng)定、最小二乘法 擬合等,6,(2) 物理實(shí)驗(yàn)在物理學(xué)研究與發(fā)展中的作用,從物理學(xué)史看物理實(shí)驗(yàn)的重要性 經(jīng)典物理學(xué)的建立： 力學(xué)（伽里略） 電磁學(xué)（庫侖、法拉第、麥克斯韋） 光學(xué)（楊氏、菲涅耳） 近代物理學(xué)的建立： 三大發(fā)現(xiàn)（X光、放射性、電子） 從宏觀到微觀 兩朵烏云（黑體輻射、邁克耳遜莫雷實(shí)驗(yàn)） 從經(jīng)典到近代,7,最美的十大物理實(shí)驗(yàn),1. 用單電子做的楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)（1961） 2. 伽利略的落體實(shí)驗(yàn)（1600左右） 3. 密立根油滴實(shí)驗(yàn)（

3、1909） 4. 牛頓用棱鏡將日光分解為七色的實(shí)驗(yàn)（16651666） 5. 楊氏用光作的干涉實(shí)驗(yàn)（1801） 6. 卡文迪許用扭秤測(cè)定萬有引力常數(shù)的實(shí)驗(yàn)（1798） 7. 埃拉托色尼測(cè)定地球周長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)（約公元前300） 8. 伽利略的斜面實(shí)驗(yàn)（1600左右） 9. 盧瑟福用 粒子散射發(fā)現(xiàn)原子核的實(shí)驗(yàn)（1911） 10. 復(fù)科擺的實(shí)驗(yàn)（1851）,物理實(shí)驗(yàn)之美,http:/physics-,（現(xiàn)代科學(xué)的奠基人伽利略 斜面實(shí)驗(yàn) 測(cè)重力加速度，困難在哪里？- 時(shí)間；怎么辦？用什么：脈搏。為什么用斜面？為了使得過程變慢，彌補(bǔ)定時(shí)的不準(zhǔn)確。）,2005年9月份出版的物理學(xué)世界刊登了選出的排名前10位的

4、最美麗實(shí)驗(yàn)，其中的大多數(shù)都是我們耳熟能詳?shù)慕?jīng)典之作。令人驚奇的是這十大實(shí)驗(yàn)中的絕大多數(shù)是科學(xué)家獨(dú)立完成，最多有一兩個(gè)助手。所有的實(shí)驗(yàn)都是在實(shí)驗(yàn)桌上進(jìn)行的，沒有用到什么大型計(jì)算工具比如電腦一類，最多不過是把直尺或者是計(jì)算器。 所有這些實(shí)驗(yàn)共同之處是他們都僅僅“抓”住了物理學(xué)家眼中“最美麗”的科學(xué)之魂，這種美麗是一種經(jīng)典概念：最簡(jiǎn)單的儀器和設(shè)備，發(fā)現(xiàn)了最根本、最單純的科學(xué)概念，就像是一座座歷史豐碑一樣，人們長(zhǎng)久的困惑和含糊頃刻間一掃而空，對(duì)自然界的認(rèn)識(shí)更加清晰。,埃拉托色尼測(cè)定地球周長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)（約公元前300）,問題：給你一根直桿，你能否測(cè)出地球的周長(zhǎng)？,塞恩城,亞歷山大城,北回歸線,亞歷山大城和塞

5、恩城,地球是個(gè)球型的證據(jù),人們?nèi)绻麃淼胶＿吘湍芸吹降仄骄€本身便是個(gè)巨大的圓弧,確定大地的形狀,亞里士多德時(shí)期，他已經(jīng)明確提出，大地是一個(gè)球體,埃拉托色尼是一位 杰出的數(shù)學(xué)家、天 文學(xué)家、運(yùn)動(dòng)學(xué)家、 詩人、地理學(xué)家,排名第二的全能學(xué)者 故事的主角,月食時(shí)地球的陰影顯然是個(gè)圓形,北京時(shí)間2008年2月21日（元宵節(jié)）上午9時(shí)43分-13時(shí)09分天空發(fā)生了一次月全食，由于這次月球食發(fā)生在中國的白天，因此中國公眾無緣直接目睹這次天象。右上圖為烏拉圭首都蒙得維的亞出現(xiàn)的月全食。,8,（北回歸線。太陽能直射。亞里斯多德是第一聰明的人，他是第二聰明的人。）,取自 馬世紅老師ppt,9,埃拉托色尼測(cè)定地球周長(zhǎng)

6、的實(shí)驗(yàn) （約公元前300）,L = 360 800 / 7.2 千米,取自 馬老師ppt,10,問題2：當(dāng)你躺在海灘上看到太陽落下而消失在平靜的海面時(shí)，如果緊接著站起來，會(huì)再一次看到太陽落下。假如能測(cè)出這兩次太陽落下對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔，你就可以估計(jì)出地球的半徑。 那么，這樣的簡(jiǎn)易觀察是 如何能用來測(cè)量地球的？,取自 馬老師ppt,11,d 2+ r2 = (r + h)2，式中d = HE, d 2 =2rh + h2， h r, d 2 =2rh, / 360 = t / 24h, d = r tan ，h r, r 2h / tan2,設(shè) t = 11.1s, = 0.04625, h = 1

7、.70m, r 5.22106m, 在公認(rèn)的地球（平均）半徑（ 6.37106m ）的20范圍之內(nèi),Dennis Rawlins, Am. J. Phys. 47(2), 1979, 126-128,d,取自 馬老師ppt,12,“怎樣使用表和米尺來測(cè)量地球的大小”，,美國物理學(xué)雜志, 47(2) (1979) p.126-128,取自 馬老師ppt,13,物理學(xué)家看物理實(shí)驗(yàn)的重要性,牛頓：“探求事物屬性的準(zhǔn)確方法是從實(shí)驗(yàn)中把他們推導(dǎo)出來?？疾煳业睦碚摰姆椒ň驮谟诳紤]我所提出的實(shí)驗(yàn)是否確實(shí)證明了這個(gè)理論；或者提出新的實(shí)驗(yàn)去驗(yàn)證這個(gè)理論?！?葉企孫：“對(duì)于象李政道這樣優(yōu)秀的學(xué)生，理論課可以免上，

8、只參加考試；但實(shí)驗(yàn)不能免，每個(gè)必做?！?14,丁肇中：“我是一個(gè)做實(shí)驗(yàn)的工程師。希望通過我的得獎(jiǎng)，能提高中國人對(duì)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)。沒有實(shí)驗(yàn)就沒有現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)?！?楊振寧：“象我這樣有了一點(diǎn)名氣的人也有不好的影響。在國內(nèi)有許多青年人都希望搞我這一行（指搞理論），但是，象我這樣的人，中國目前不是急需。要增加中國的社會(huì)生產(chǎn)力需要的是很多會(huì)動(dòng)手的人?！?15,結(jié)論：物理學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)。在物理學(xué)的發(fā)展過程中，實(shí)驗(yàn)是決定性的因素。發(fā)現(xiàn)新的物理現(xiàn)象，尋找物理規(guī)律，驗(yàn)證物理定律等等，都只能依靠實(shí)驗(yàn)。離開了實(shí)驗(yàn)，物理理論就會(huì)成為“無源之水，無本之木”，不可能得到發(fā)展。,16,(3) 物理實(shí)驗(yàn)對(duì)物理學(xué)在其他學(xué)科中應(yīng)用

9、的意義,材料：物性測(cè)試、新材料的發(fā)現(xiàn)、制備 化學(xué)：光譜分析、放射性測(cè)量、激光分離同位素 生物：各類顯微鏡（光學(xué)顯微鏡、電子顯微鏡、X光顯微鏡、原子力顯微鏡），DNA操縱、切割、重組以及雙螺旋結(jié)構(gòu)的分析 醫(yī)學(xué)：診斷X光、CT、核磁共振、超聲波 治療放射性、激光、微波、刀 結(jié)論：物理實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)在其他學(xué)科中應(yīng)用的橋梁,17,(4) 改變輕視實(shí)踐的傳統(tǒng)觀念,李約瑟之迷 為什么資本主義和現(xiàn)代 科學(xué)起源于西歐而不是 中國或其他文明？,18,解答“李約瑟之迷”： “儒家相信宇宙的道德秩序(天)”， “他們使用道一詞，主要的如果不是唯一的是指人類社會(huì)里的理想道路或秩序。這在他們對(duì)待精神世界和知識(shí)的態(tài)度上表現(xiàn)

10、得很明顯。他們固然沒有把個(gè)人與社會(huì)人分開，也沒有把社會(huì)人與整個(gè)自然界分開，可是他們向來主張，研究人類的唯一適當(dāng)對(duì)象就是人本身。因此，在整個(gè)中國歷史上，儒家反對(duì)對(duì)自然進(jìn)行科學(xué)的探索，并反對(duì)對(duì)技術(shù)做科學(xué)的解釋和推廣?！?-李約瑟中國科學(xué)技術(shù)史,V.2, 科學(xué)思想史P8， 轉(zhuǎn)引自清華大學(xué)基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)A3,19,社會(huì)上輕視實(shí)踐現(xiàn)象-根深蒂固,論語：樊遲請(qǐng)學(xué)稼，子曰：吾不如老農(nóng)。請(qǐng)學(xué)為圃，曰：吾不如老圃。樊遲出。子曰：小人哉，樊須也！,物理學(xué)以實(shí)驗(yàn)為本，但要重視實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)與科學(xué)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，就如逆水行舟。,20,Samuel C.C. Ting The Nobel Prize in Physics 197

11、6,Samuel C.C. Tings speech at the Nobel Banquet, December 10, 1976,From Les Prix Nobel en 1976, Editor Wilhelm Odelberg, Nobel Foundation, Stockholm, 1977,Banquet Speech,20,21,國王，王后陛下，皇族們，各位朋友： 得到諾貝爾獎(jiǎng)，是科學(xué)家最大的榮譽(yù)。我是在舊中國長(zhǎng)大的，因此，想借這個(gè)機(jī)會(huì)向發(fā)展中國家的青年們強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)工作的重要性。 中國有句話勞心者治人，勞力者治于人，這種落后的思想對(duì)發(fā)展中國家的青年們有很大的害處。由于這種思想

12、，很多發(fā)展中國家的學(xué)生都傾向于理論的研究，而避免實(shí)驗(yàn)工作。 事實(shí)上，自然科學(xué)理論不能離開實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，特別是物理學(xué)更是從實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的。 我希望由于我這次得獎(jiǎng)，能夠喚起發(fā)展中國家學(xué)生們的興趣，而注意實(shí)驗(yàn)工作的重要性。,21,Interest is the best teacher. Imagination is more important than knowledge. - A. Einstein,2 如何做物理實(shí)驗(yàn),2.1 實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)（分） 如何寫預(yù)習(xí)報(bào)告？ 2.2 實(shí)驗(yàn)中操作與記錄（分） 如何做實(shí)驗(yàn)記錄 2.3 實(shí)驗(yàn)后數(shù)據(jù)處理與實(shí)驗(yàn)分析（分） 如何寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告？,23,24,2021/4/17

13、,2.1 實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí),寫出預(yù)習(xí)報(bào)告，沒有預(yù)習(xí)不允許做實(shí)驗(yàn),要寫出公式成立的條件及公式中各符號(hào)的物理含義,2021/4/17,2.1 實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí),寫出預(yù)習(xí)報(bào)告，沒有預(yù)習(xí)不允許做實(shí)驗(yàn),各項(xiàng)不要全盤抄書； 可提出問題。,2021/4/17,2.1 實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí),畫出數(shù)據(jù)表格,如何做數(shù)據(jù)表格？例：測(cè)量一個(gè)圓柱體樣品的密度,如何求密度？ 明確測(cè)量量，直接測(cè)量量，間接測(cè)量量。先測(cè)哪個(gè)？后測(cè)哪個(gè)？多次測(cè)量還是單次測(cè)量？哪些需要列在表格里？測(cè)量順序？ 物理量名稱、單位,如何做數(shù)據(jù)表格？例：測(cè)量一個(gè)圓柱體樣品的密度,樣品的質(zhì)量M = g。 樣品的密度 室溫T = ；濕度 = %。,28,遲到扣0.5分，遲到30分

14、鐘以上 則不允許做實(shí)驗(yàn)，該次實(shí)驗(yàn)成績(jī)?yōu)?分。 遵守各項(xiàng)制度和學(xué)生守則，注意安全。 不許帶著別人的實(shí)驗(yàn)報(bào)告在實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，該實(shí)驗(yàn)作0分處理。 如實(shí)、清晰、詳盡的記錄原始數(shù)據(jù)，不要隨意涂改數(shù)據(jù)也不要打草稿再謄寫上去。 按時(shí)完成、爭(zhēng)取選做。 實(shí)驗(yàn)完畢，要指導(dǎo)教師確認(rèn)簽字并且整理好實(shí)驗(yàn)儀器方能離開實(shí)驗(yàn)室。,29,2.2 實(shí)驗(yàn)中操作與記錄,2021/4/17,實(shí)驗(yàn)儀器的規(guī)格型號(hào),2.2 實(shí)驗(yàn)中操作與記錄,2021/4/17,2.2 實(shí)驗(yàn)中操作與記錄,預(yù)習(xí)時(shí)在數(shù)據(jù)記錄框內(nèi)先畫出數(shù)據(jù)表格,對(duì)待實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)必須 嚴(yán)格、慎重、準(zhǔn)確、真實(shí),實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄不準(zhǔn)用鉛筆,實(shí)驗(yàn)中改過的數(shù)據(jù)應(yīng)由老師認(rèn)可；其余實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

15、不準(zhǔn)任意修改。,實(shí)驗(yàn)記錄： 必要的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表格、實(shí)驗(yàn)條件如溫度濕度儀器量程等、清晰且詳盡的記錄數(shù)據(jù)、觀察到的各種與預(yù)想一致或不一致的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)中的問題和想法等。,如何使用儀器儀表？,左端讀數(shù)為：10.00cm 右端讀數(shù)為：15.25cm 估讀、有效數(shù)字、單位,數(shù)字電流表測(cè)量 某一電路中的電流,對(duì)于數(shù)字儀表該如何讀數(shù)？,32,2.2 實(shí)驗(yàn)中操作與記錄,2021/4/17,2.3 實(shí)驗(yàn)后實(shí)驗(yàn)報(bào)告,數(shù)據(jù)處理： 有效數(shù)字、單位、計(jì)算過程、不確定度評(píng)定、 作圖、最小二乘法 解釋分析實(shí)驗(yàn)中看到的現(xiàn)象 針對(duì)實(shí)驗(yàn)中的問題和想法的分析討論,如何做數(shù)據(jù)處理？（第2周詳細(xì)討論） （1）有效數(shù)字 （2）不確定

16、度評(píng)定 （3）最小二乘法 （4）作圖 （課本第10-19頁，補(bǔ)充教材第3-6頁）,34,2.3 實(shí)驗(yàn)后實(shí)驗(yàn)報(bào)告,2021/4/17,2.3 實(shí)驗(yàn)后實(shí)驗(yàn)報(bào)告,交取實(shí)驗(yàn)報(bào)告的時(shí)間 完成實(shí)驗(yàn)后48小時(shí)內(nèi)將報(bào)告交至指定信箱，下次實(shí)驗(yàn)時(shí)取報(bào)告。,2.3 實(shí)驗(yàn)后實(shí)驗(yàn)報(bào)告,以下情況避免在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中出現(xiàn)(I),實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告沒有自己歸納，沒有對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備、原理、設(shè)備、目的等提出自己的問題； 只有預(yù)習(xí)報(bào)告、數(shù)據(jù)記錄 - 沒有數(shù)據(jù)處理，沒有分析，沒有討論； 只有答案，沒有討論； 兩人合作實(shí)驗(yàn)，討論一字不差 扣分 可以一起討論，必須獨(dú)立撰寫 抄襲數(shù)據(jù)，自己并沒有做出來 計(jì)零分,37,以下情況避免在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中出現(xiàn)(II)

17、,有效數(shù)字位數(shù)隨意增減 數(shù)據(jù)處理：沒有列出公式，只有數(shù)字式子和結(jié)果 只有公式和結(jié)果 應(yīng)當(dāng) 公式 = 數(shù)字代入式子 = 結(jié)果 沒有實(shí)驗(yàn)結(jié)論，以為實(shí)驗(yàn)計(jì)算結(jié)果，就是結(jié)論；沒有和實(shí)驗(yàn)?zāi)康南嗪魬?yīng)，去說明獲得結(jié)果后能得出什么物理結(jié)論，對(duì)實(shí)驗(yàn)方法的結(jié)論，靈敏度提高的辦法,38,基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)課總體安排,第1周：講課緒論 第2周：講課數(shù)據(jù)處理 第39周：3組實(shí)驗(yàn) 第10周：討論課 第1116周：3組實(shí)驗(yàn) 第17周：答疑、考試（筆試） 更多的信息請(qǐng)登陸本實(shí)驗(yàn)中心網(wǎng)站： http:/,2021/4/17,40,為什么要設(shè)討論課？,“數(shù)據(jù)越多越糊涂”北大吳思誠 動(dòng)手少，動(dòng)手時(shí)動(dòng)腦少 不敢、不善于提問 “提出一大堆假

18、設(shè)而不去證明，非常糟的體驗(yàn)”復(fù)旦陳唯教授 學(xué)問？主動(dòng)學(xué)習(xí)不夠，思考不夠 實(shí)驗(yàn)中或?qū)嶒?yàn)報(bào)告中的問題 沒有自己的問題,41,討論什么？如何討論？,慕尼黑工業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)課上助教與同學(xué)討論問題,42,1、打分，討論課按一次實(shí)驗(yàn)來計(jì)分。積極提出問題并能解答別人問題的高分，沒有發(fā)言的低分。 2、為討論課準(zhǔn)備3分鐘的討論素材，素材內(nèi)容： 實(shí)驗(yàn)中遇到的疑問以及你的理解； 分享你對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的記錄及分析的經(jīng)驗(yàn)； 介紹你在實(shí)驗(yàn)操作時(shí)遇到的問題，和你的解決方法； 緒論課、緒論作業(yè)中遇到的疑難問題以及處理方法； 對(duì)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)儀器的建議； 與基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)課相關(guān)的想法和建議。,努力培養(yǎng)思考、討論問題的能力,43,目前

19、的做法,討論課： 3學(xué)時(shí) 已做過的6個(gè)實(shí)驗(yàn) 3個(gè)實(shí)驗(yàn)室各討論45分鐘,44,討論課場(chǎng)景,45,46,評(píng)分：貼名字 提問有分,47,能回答難題，高分；,教師觀察：別人不能回答，自己回答，高分；,48,49,50,你們?cè)傧胂?51,討論不清楚的，再做一次實(shí)驗(yàn)看看,52,將討論貫穿到實(shí)驗(yàn)全過程,教學(xué)目標(biāo) 學(xué)生守則 注意 以往不及格的情況,3 基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)課的要求,53,基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)課的目標(biāo),掌握物理實(shí)驗(yàn)的基本知識(shí)、基本方法和基本技能。 學(xué)習(xí)用實(shí)驗(yàn)方法研究物理規(guī)律，加深對(duì)物理規(guī)律的理解和掌握，并在實(shí)驗(yàn)中提高發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。 養(yǎng)成無私無畏的敬業(yè)精神和實(shí)事求是、嚴(yán)謹(jǐn)踏實(shí)的科學(xué)態(tài)度。,54,復(fù)旦大學(xué)