《普通物理實驗四》課程教學(xué)大綱

《普通物理實驗四》課程教學(xué)大綱課程編號：0602034課程總學(xué)時/學(xué)分：18學(xué)時/1學(xué)分（其中理論0學(xué)時，實驗18學(xué)時）課程類別：學(xué)科基礎(chǔ)與專業(yè)必修課一、教學(xué)目的和任務(wù)教學(xué)目的：本課程是物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院學(xué)生進行科學(xué)實驗基本訓(xùn)練的一門必修基礎(chǔ)課，本課程教學(xué)內(nèi)容包括幾何光學(xué)與物理光學(xué)的主要內(nèi)容，是進入大學(xué)后系統(tǒng)學(xué)習(xí)基本實驗知識、實驗方法和實驗技能的繼續(xù)和深入。光學(xué)實驗是物理學(xué)的基礎(chǔ)，對其基本內(nèi)容進行較深入的學(xué)習(xí)與研究，可以為以后科研打下一個良好基礎(chǔ)。教學(xué)任務(wù)：理論聯(lián)系實際，培養(yǎng)學(xué)生提出問題、思考問題及解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的世界觀、思維方法和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學(xué)生認真嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度。了解光學(xué)實驗的特點，了解常見光學(xué)儀器的使用和注意事項，學(xué)習(xí)光學(xué)現(xiàn)象觀察方法、測量手段及數(shù)據(jù)處理技術(shù)。結(jié)合光學(xué)理論課教學(xué)，學(xué)習(xí)掌握幾何光學(xué)、波動光學(xué)（干涉、衍射、偏振）及光的量子性等內(nèi)容中的基本實驗規(guī)律和某些應(yīng)用。為進一步學(xué)習(xí)一系列光學(xué)專業(yè)課程、或從事光學(xué)或光電子學(xué)相關(guān)工作打下堅實的基礎(chǔ)。二、教學(xué)基本要求教學(xué)要求：⑴掌握光學(xué)實驗誤差計算的基本知識，具有正確處理光學(xué)實驗數(shù)據(jù)的初步能力。⑵熟悉光學(xué)實驗工作的主要步驟：預(yù)習(xí)（實驗準備）操作（光學(xué)儀器調(diào)整）⑶掌握基本量的測量方法及常用光學(xué)儀器的正確使用。⑷具有良好的工作作風(fēng)與基本的實驗?zāi)芰?。⑸初步具有綜合實驗知識和部分相關(guān)實驗的設(shè)計能力。教學(xué)重點：（一）幾何光學(xué)（1）重點：基本光路調(diào)整及光學(xué)元器件使用，常用幾何光學(xué)儀器的原理、調(diào)整使用及應(yīng)用。（2）難點：光路共軸調(diào)節(jié)。（3）解決辦法：學(xué)生事先閱讀教材相關(guān)內(nèi)容，教師重點講解和示范，學(xué)生利用實驗室開放多次練習(xí)，通過多個實驗項目進行強化。（二）波動光學(xué)（1）重點：光波動性的概念、宏觀表現(xiàn)方式，及其觀察、測量和應(yīng)用。例如：①光的相干性與相干條件，實現(xiàn)光波干涉的方法和典型實驗裝置，典型光學(xué)干涉儀器的原理、調(diào)整使用和應(yīng)用；②光波衍射的本質(zhì)、觀測，光柵衍射及其分光原理和特性，光柵光譜儀器的原理、調(diào)整使用及應(yīng)用；③光波偏振態(tài)的檢測，偏振光學(xué)器件的使用。（2）難點：實驗儀器、實驗光路的調(diào)整，實驗結(jié)果的觀測和數(shù)據(jù)處理，以及如何建立這些教學(xué)重點內(nèi)容與實際應(yīng)用的聯(lián)系。（3）解決辦法：通過靈活多樣的教學(xué)方式解決實驗光路與儀器調(diào)整的難點；通過使用現(xiàn)代光電探測技術(shù)和計算機信息處理技術(shù)改進實驗技術(shù)手段，解決實驗結(jié)果觀測和數(shù)據(jù)處理問題；通過充實實驗內(nèi)容、增加選做性實驗、綜合設(shè)計性實驗、研究創(chuàng)新性實驗等辦法，解決教學(xué)重點內(nèi)容與實際應(yīng)用的聯(lián)系的問題。三、教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時分配（一）課程內(nèi)容緒論課：1．教學(xué)目的和教學(xué)要求教學(xué)目的（1）提高學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)（2）培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)實驗?zāi)芰Γ?）通過實驗現(xiàn)象的觀察和物理量的測量，加深對物理學(xué)原理的理解和客觀認識。教學(xué)要求（1）掌握光學(xué)實驗誤差計算的基本知識，具有正確處理光學(xué)實驗數(shù)據(jù)的初步能力。（2）熟悉光學(xué)實驗工作的主要步驟：預(yù)習(xí)（實驗準備）操作（光學(xué)儀器調(diào)整）（3）握基本量的測量方法及常用光學(xué)儀器的正確使用。（3）具有良好的工作作風(fēng)與基本的實驗?zāi)芰Α＃?）初步具有綜合實驗知識和部分相關(guān)實驗的設(shè)計能力。2.教學(xué)內(nèi)容：（1）介紹本課程應(yīng)該學(xué)習(xí)和掌握的內(nèi)容是：學(xué)習(xí)光學(xué)中基本物理量的測量方法；學(xué)會使用一些常用的光學(xué)儀器；學(xué)習(xí)分析光學(xué)實驗中的基本光路；繼續(xù)學(xué)習(xí)分析誤差的方法和提高對實驗數(shù)據(jù)的處理能力。（2）安排實驗分組循環(huán)情況，按基礎(chǔ)實驗、綜合性實驗和設(shè)計性實驗各3學(xué)時安排教學(xué)，每個學(xué)生應(yīng)完成不少于6個實驗。布置考試和實驗報告的書寫要求。（3）實驗的基礎(chǔ)知識（包括實驗的基本方法、數(shù)據(jù)處理、基本測量儀器使用與基本物理量測量）的掌握；實驗的條件控制、參數(shù)選擇、誤差分析能力的培養(yǎng)；分析解決實際問題的科學(xué)思維能力和創(chuàng)新能力，具體包括：能夠通過閱讀實驗教材或資料，作好實驗預(yù)習(xí)準備；能夠借助教材或儀器說明書正確使用常用儀器；能按指定的測量方法，參考教材提示的實驗步驟完成測量任務(wù)；能夠運用物理學(xué)理論對實驗現(xiàn)象進行初步分析判斷；能夠正確記錄和處理實驗數(shù)據(jù)，繪制曲線，說明實驗結(jié)果，撰寫合格的實驗報告；能夠完成具有部分設(shè)計內(nèi)容的實驗。能夠創(chuàng)造性地設(shè)計新實驗。

項目編號：060203401實驗名稱：薄透鏡焦距的測定1.實驗?zāi)康模海?）觀察薄透鏡成像的規(guī)律。（2）學(xué)習(xí)光學(xué)裝置的共軸調(diào)節(jié)技術(shù)。（3）掌握根據(jù)物像位置關(guān)系測定薄透鏡焦距的幾種方法。2.實驗內(nèi)容：（1）用自準直法測會聚透鏡的焦距（2）用物距和像距法測會聚透鏡的焦距（3）用二次成像法測會聚透鏡的焦距（4）發(fā)散透鏡焦距的測定3.實驗要求:（1）自擬表格記錄所有實驗數(shù)據(jù)，并求出透鏡焦距及其不確定度（2）總結(jié)測定透鏡焦距的的方法及各有優(yōu)缺點4.實驗儀器：光具座、米尺、光源、平面物，平面反射鏡、光屏、待測透鏡等。項目編號：060203402實驗名稱：分光儀的調(diào)節(jié)及三棱鏡頂角的測定1.實驗?zāi)康模海?）了解分光儀的結(jié)構(gòu)和各部分的作用；（2）能獨立進行分光儀的調(diào)整，學(xué)會角游標的讀數(shù)方法；（3）掌握用分光儀測角的方法。2.實驗內(nèi)容：（1）分光計的調(diào)整（2）調(diào)節(jié)三棱鏡的主截面與儀器轉(zhuǎn)軸垂直（3）三棱鏡的頂角的測定3.實驗要求:（1）掌握分光計的調(diào)整，獨立調(diào)節(jié)分光計。（2）掌握三棱鏡的調(diào)節(jié)。（3）自擬表格記錄所有實驗數(shù)據(jù)。4.實驗儀器：分光儀，納光燈，雙平面反射鏡，三棱鏡。項目編號：060203403實驗名稱：分光儀的調(diào)節(jié)及三棱鏡折射率的測定1.實驗?zāi)康模海?）熟悉分光儀的結(jié)構(gòu)，掌握其調(diào)節(jié)和使用方法；（2）觀察復(fù)色光的色散現(xiàn)象；（3）用最小偏向角法測量透明介質(zhì)的折射率。2.實驗內(nèi)容：（1）分光計的調(diào)整（2）平行光管的調(diào)節(jié)（3）測最小偏向角3.實驗要求:（1）掌握分光計的調(diào)整，獨立調(diào)節(jié)分光計。（2）以最小偏向角法表示結(jié)果4、實驗設(shè)備：分光儀、三棱鏡（待測物）、平面鏡（雙面反射鏡）、汞燈、及電源。項目編號：060203404實驗名稱：用牛頓環(huán)測曲率半徑1、實驗?zāi)康模海?）觀察牛頓環(huán)的等厚干涉現(xiàn)象，加深對干涉原理的理解；（2）掌握用干涉法測定球面曲率半徑的方法；（3）掌握讀數(shù)顯微鏡的使用方法。2、實驗內(nèi)容：（1）輕調(diào)牛頓環(huán)裝置，使條紋中央暗斑處于中央（2）調(diào)節(jié)顯微鏡目鏡，使叉絲清晰（3）放置好儀器，通過調(diào)節(jié)觀察到清晰的干涉條紋（4）調(diào)節(jié)牛頓環(huán)位置和顯微鏡目鏡中的十字叉絲（5）測定牛頓環(huán)的半徑rm、rn3、實驗要求:（1）自擬表格記錄所有實驗數(shù)據(jù)（2）掌握逐差法處理數(shù)據(jù)的方法4、實驗儀器：鈉光燈、牛頓環(huán)裝置、讀數(shù)顯微鏡、紙片。項目編號：060203405實驗名稱：用透射光柵測定光波波長1.實驗?zāi)康模海?）加深對光的衍射以及光柵分光作用基本原理的認識和理解（2）用透射光柵測定光柵常數(shù)、光波波長和光柵角色散。（3）熟悉分光儀的使用方法，學(xué)會演示透射光柵所產(chǎn)生的光譜2.實驗內(nèi)容：（1）熟悉分光儀的使用方法，學(xué)會演示透射光柵所產(chǎn)生的光譜分光計的調(diào)整（2）平行光管的調(diào)節(jié)，光柵的調(diào)整（3）光柵常數(shù)的測定（4）測鈉黃光波長λ1、λ23.實驗要求:（1）掌握分光計的調(diào)整，獨立調(diào)節(jié)分光計。（2）獨立設(shè)計表格記錄數(shù)據(jù)，表示結(jié)果。4.實驗儀器：透射光柵、分光計、汞燈等。項目編號：060203406實驗名稱：邁克爾遜干涉儀的調(diào)節(jié)和使用1.實驗?zāi)康模海?）掌握邁克爾遜干涉儀的構(gòu)造原理和使用方法。（2）理解薄膜的等傾干涉和等厚干涉。（3）利用邁克爾遜干涉儀測量光的波長。2.實驗內(nèi)容：（1）調(diào)整儀器，觀察非定域干涉條紋。（2）測量He—Ne激光的波長。（3）觀察等傾干涉條紋和等厚干涉條紋，測量鈉雙線的波長差。3.實驗要求:（1）觀察非定域干涉條紋。（2）與真值誤差小于5％。4.實驗設(shè)備：邁克爾遜干涉儀、He－Ne激光器、擴束鏡。項目編號：060203407實驗名稱：偏振光現(xiàn)象的觀察1.實驗?zāi)康模海?）了解光的各種偏振狀態(tài)及其性質(zhì)；（2）觀察光的偏振現(xiàn)象，加深對偏振光的理解；（3）掌握產(chǎn)生、檢驗、區(qū)分各種偏振光的原理和方法2.實驗內(nèi)容：（1）觀察反射時的偏振；（2）觀察折射時的偏振；（3）觀察雙折射時引起的偏振；（4）觀察偏振狀態(tài)的觀察；（5）觀察偏振光干涉。3.實驗要求:觀察到各偏振狀態(tài)并能用偏振理論解釋現(xiàn)象4.實驗儀器：激光綜合演示儀、平行光源、He—Ne激光器或鈉燈項目編號：060203408實驗名稱：用陸末-布洛洪光計度比較照度的大小1.實驗?zāi)康模海?）熟悉陸末-布洛洪光計的結(jié)構(gòu)原理；（2）掌握用陸末-布洛洪光計測量發(fā)光強度的方法；（3）了解相對測量和絕對測量的區(qū)別2.實驗內(nèi)容：（1）調(diào)節(jié)目鏡使觀察到的物清晰；（2）打開遮光屏，使光線進入儀器；（3）使入射光左強右弱，左弱有強，左右強度相等，進行觀察。3.實驗要求:記錄觀察結(jié)果。4.實驗儀器：陸末-布洛洪光計的結(jié)構(gòu)項目編號：060203409實驗名稱：共軸光具組基點的測定1.實驗?zāi)康模海?）了解節(jié)點測試儀的結(jié)構(gòu)及其工作原理（2）了解光學(xué)系統(tǒng)基點的性質(zhì)，并直觀地驗證節(jié)點和主平面的性質(zhì)（3）通過實驗證明薄透鏡成像公式對透鏡組也是成立的2.實驗內(nèi)容：（1）調(diào)節(jié)光具組共軸，光源為平行光；（2）在節(jié)點測試儀上測量四個單透鏡的焦點和主點位置；（3）自組透鏡組測量物距，像距，驗證成像公式；（4）比較測量結(jié)果3.實驗要求:（1）自擬表格記錄所有實驗數(shù)據(jù)；（2）比較計算結(jié)果與測量結(jié)果，并分析誤差原因。4.實驗設(shè)備：光具座、鈉光燈、節(jié)點測試儀，平面反射鏡、光屏、待測透鏡等。項目編號：060203410實驗名稱：用阿貝折射計測量液體折射率1.實驗?zāi)康模海?）了解阿貝折射計的工作原理；（2）掌握用阿貝折射計測定液體折射率的方法。2.實驗內(nèi)容：（1）學(xué)習(xí)阿貝折射計的構(gòu)造原理及其使用（2）分別測定酒精和蒸餾水的折射率3.實驗要求:（1）分別測定酒精和蒸餾水的折射率,并與標準值進行比較；（2）掌握阿貝折射計的構(gòu)造原理及其使用；（3）掌握極限法測物質(zhì)的折射率的理論依據(jù)。4.實驗設(shè)備：阿貝折射儀、待測液體、鈉光燈、毛玻璃。項目編號：060203411實驗名稱：光譜的拍攝和波長測量1.實驗?zāi)康模海?）通過拍攝比較光譜，采用線形內(nèi)插法來測定某一譜線的波長；（2）實習(xí)小型棱鏡攝譜儀的原理結(jié)構(gòu)；（3）學(xué)會調(diào)節(jié)方法和拍攝技術(shù)。2.實驗內(nèi)容：（1）小型棱鏡攝譜儀的調(diào)節(jié)；（2）拍攝比較光譜；（3）測量譜線的波長；（4）拍攝鐵光譜。3.實驗要求:（1）獨立調(diào)節(jié)小型棱鏡攝譜儀；（2）獨立完成照片的沖洗（3）正確使用交流電弧發(fā)生器4.實驗儀器：小型棱鏡攝譜儀，汞燈，氫燈或其他代用光源，鈉燈、電弧發(fā)生器。（二）課時分配項目編號實驗內(nèi)容實驗類型實驗要求實驗學(xué)時060203401薄透鏡焦距的測定驗證性必做3060203402分光計調(diào)節(jié)及三棱鏡頂角的測定設(shè)計性選作3060203403分光計調(diào)節(jié)及三棱鏡折射率的測定驗證性必做3060203404用牛頓環(huán)測透鏡的曲率半徑設(shè)計性選作3060203405用透射光柵測光波的波長驗證性必做3060203406邁克爾遜干涉儀的調(diào)整和使用驗證性必做3060203407偏振光現(xiàn)象的觀察綜合性選作3060203408用陸末-布洛洪光計度比較照度的大小綜合性選作3060203409共軸光具組基點的測定綜合性選作30602034010用阿貝折射計測量液體折射率設(shè)計行選作30602034011光譜的拍攝和波長測量設(shè)計性選作3四、推薦教