2023年太原理工大學課程教學大綱

第太原理工大學課程教學大綱

《物理實驗A（一）》教學大綱

課程編號：（00000046）

課程中文名稱：（物理實驗A（一））課程英文名稱：PhysicalExperimentA（1）

總學時：（32）實驗學時：（30）上機學時：（0）學分：（2.0）

適用專業(yè)：理工科各專業(yè)

一、課程性質、目的和任務（300字內）

《物理實驗A（一）》課程是我校本科生進入大學后，接受系統(tǒng)實驗訓練的第一門實驗課程，是面向我校工科各專業(yè)科學生必修的一門重要基礎實驗課。它對培養(yǎng)大學生嚴謹的科學態(tài)度和工作作風、鍛煉提高實驗技能、加深對物理理論的理解都起著十分重要的作用?！段锢韺嶒濧（一）》課程的目的是通過實驗課的預習、儀器使用、實驗操作、現象觀察、數據記錄及處理和實驗結果分析等環(huán)節(jié)，使學生掌握實驗的基本知識和基本方法。物理實驗是學生進入大學后最早接觸的實驗課程，因此對學生專業(yè)素質的培養(yǎng)起著重要的作用，也為學習后續(xù)課程打下良好的基礎。二、課程教學內容及學時分配（每章均包括以下三項內容）

課堂教學緒論

1.教學內容及基本要求

教學內容：誤差，隨機誤差，系統(tǒng)誤差，相對不確定度，絕對不確定度，有效位數。

基本要求：本部分是整個物理實驗的基礎。掌握誤差、系統(tǒng)誤差、隨

機誤差的定義及各自性質規(guī)律。掌握絕對不確定度和相對不確定度的處理方法。掌握有效位數的取舍。2.重點、難點

重點：誤差，隨機誤差，系統(tǒng)誤差，相對不確定度，絕對不確定度，有效位數。

難點：相對不確定度，絕對不確定度3.學時分配

緒論2學時必修

實驗教學（一）薄透鏡焦距的測定

1.教學內容及基本要求

透鏡是光學儀器中的最基本的光學元件，焦距是反映透鏡重要參數特性。

實驗目的：

1）學會測量透鏡的基本方法

2）掌握分析簡單光路和調節(jié)共軸光學系統(tǒng)的方法3)加深對透鏡成像規(guī)律的理解2.重點、難點

重點：左右逼近法，數據處理方法難點：數據處理方法3.學時分配

薄透鏡焦距的測定（2學時，必做）

實驗教學（二）常用電子元件參數的測量

1.教學內容及基本要求

電子元件是組成電路的基本單元，其質量的優(yōu)劣直接影響系統(tǒng)的性能，電子元件的生產和應用中需要對其參數進行測量。

實驗目的：

1）認識電阻、電容、二極管等電子元件，并掌握其基本參數測量方法。

2）學會數字式萬用表使用方法，并測量電阻、電流、電壓等。3)學會設計簡單的電路。2.重點、難點

重點：電子元器件認識與測量。難點：根據各組件對電路的設計和搭建3.學時分配

常用電子元件參數的測量（2學時，必做）

實驗教學（三）長度和密度的測量

1.教學內容及基本要求

不同精度的長度以及對不同的物質的密度的測量在物理實驗中經常進行，通過儀器的選擇和不同方法的測量學習長度密度的測量。

實驗目的：

1）掌握游標卡尺、螺旋測微器的測量方法

2）掌握不確定度的和有效位數的概念，學會正確記錄和處理數據

3）熟悉物理天平的使用2.重點、難點

重點：長度、密度的測量，天平的使用。難點：不同精度儀器的選擇，數據處理3.學時分配

長度和密度的測量（2學時，必做）

實驗教學（四）模擬示波器的使用

1.教學內容及基本要求

模擬示波器可用來測量和研究許多可轉化為電學量的幅度、周期、波形等參數，在測量中應用十分廣泛。

實驗目的：

1）了解模擬示波器的基本原理和結構2）掌握模擬示波器的使用方法3）學會觀察李薩茹圖形2.重點、難點

重點：模擬示波器的基本原理難點：模擬示波器的使用3.學時分配

模擬示波器的使用（2學時，必做）

實驗教學（五）數字示波器的使用

1.教學內容及基本要求

數字示波器具有存儲功能，在記錄的信號消失后仍然能使信號重現，對于記錄單次瞬時信號、高頻重復或低頻快速脈沖信號以及把實時觀察與以前觀察的波形進行比較都是很有意義的。數字存儲示波器以數字存儲器為核心，并配有模數和數模轉換器構成，具有存儲時間長、存儲容量大，且便于與計算機配合等優(yōu)點。實驗目的

1)了解數字示波器基本功能。2)學會使用數字存儲示波器。2.重點、難點

重點：數字示波器基本原理。

難點：采樣率、帶寬對示波器性能的理解。3.學時分配

數字示波器（2學時，必做）

實驗教學（六）分光計的調整和使用

1.教學內容及基本要求

分光計是精確測定光線偏轉角的儀器，光學中的許多的基本物理量，如波長、折射率等都可以直接或間接地表現為光線的偏轉角。學習分光計的調節(jié)和使用，有助于對許多現代光學儀器的原理的理解和使用。

實驗目的：

1）了解分光計的原理和構造，學會調節(jié)分光計。

2）測定三棱鏡的頂角和折射率。2.重點、難點

重點：分光計的工作原理。難點：分光計的調節(jié)3.學時分配

分光計的調整和使用（2學時，必做）

實驗教學（七）拉伸法測金屬絲的彈性模量

1.教學內容及基本要求

在物理實驗中，常將條形物體（如鋼絲、金屬桿等）沿縱向的彈性模量叫彈性模量。測量彈性模量有拉伸法、梁的彎曲法和振動法等。在拉伸法中要求利用光杠杠放大法來測量微小形變。實驗目的：

1)掌握用靜態(tài)拉伸法測定金屬絲彈性模量的方法。

2)學習使用光杠桿測微小長度變化的原理和方法，學會使用望遠鏡。3)學會使用逐差法處理數據。

2.重點、難點

重點：光杠桿的原理。

難點：儀器的調節(jié)、逐差法數據處理3.學時分配

拉伸法測金屬絲的彈性模量（2學時，必做）

實驗教學（八）電子荷質比的測量

1.教學內容及基本要求

電子荷質比是電子的基本參量之一。電子荷質比的測定在近代物理學的發(fā)展中具有重大的意義。早在1897年J.J.湯姆遜在對“陰極射線”粒子荷質比進行測定中，首先發(fā)現了電子。湯姆遜是用磁偏轉法來測量電子荷質比的。實驗目的：

1)觀察電子束在電場作用下的偏轉。

2)加深理解電子在磁場中的運動規(guī)律，拓展其應用。3)學習用磁偏轉法測量電子的荷質比2.重點、難點

重點：電子在磁場中的運動規(guī)律。難點：電子圓運動軌到半徑的測量3.學時分配

電子荷質比的測量（2學時，必做）

實驗教學（九）隨機誤差的統(tǒng)計分布

1.教學內容及基本要求

隨機誤差是A類不確定度的重要內容，它具有數學上隨機變量的所有特征。對隨機誤差分布規(guī)律的研究在誤差理論中具有非常重要的意義。

實驗目的：

1)了解一種測量隨機變量的方法。

2）計算隨機變量的數學期望、測量列的標準差及平均值的標準差。2.重點、難點

重點：origin軟件的使用。難點：數據處理3.學時分配

隨機誤差的統(tǒng)計分布（2學時，選做）

實驗教學（十）金屬線脹系數的測定

1.教學內容及基本要求

熱脹冷縮是大家熟知的一種材料特性。材料的這種宏觀特性是由于物質內部的分子運動強弱不同造成的，也是選擇和使用材料的一項重要指標。本實驗的目的是測定銅管的線脹系數。實驗目的：

1)2)

掌握“PID”溫度變化進行微小量的原理。測定金屬銅管的線脹系數。

2.重點、難點

重點：千分尺的數據讀取。難點：逐差法數據處理3.學時分配

金屬線脹系數的測定（2學時，選做）

實驗教學（十一）玻爾共振研究受迫振動

1.教學內容及基本要求

在機械制造和建筑工程等科技領域中，受迫振動所導致的共振現象引起工程技術人員極大注意。這種共振現象既有破壞作用，也有許多實用價值。眾多電聲器件，是運用共振原理設計制作的。表征受迫振動性質的是受迫振動的振幅-頻率特性和相位-頻率特性。本實驗中，采用波爾共振儀定量測定機械受迫振動的幅頻特性和相頻特性，并利用頻閃方法來測定動態(tài)的物理量──相位差。實驗目的

1）研究玻爾共振儀中彈性擺輪受迫振動的幅頻特性和相頻特性。2）研究不同阻尼力矩對受迫振動的影響，觀察共振現象。3）學習用頻閃法測定物體的某些量2.重點、難點

重點：自由振動、受迫振動及共振實驗測量。難點：共振現象、數據處理3.學時分配

玻爾共振研究受迫振動（2學時，選做）

實驗教學（十二）物體的轉動慣量的測定

1.教學內容及基本要求

轉動慣量是剛體轉動慣性的量度，它不僅與剛體的質量和轉軸的位置有關，而且與剛體的質量分布、形狀和大小有關。對于形狀簡單的均勻剛體，測出其外形尺寸和質量，就可以計算其轉動慣量。對于形狀復雜，質

量分布不均勻的剛體，通常利用實驗來測定其轉動慣量。本實驗用轉動慣量儀測定剛體的轉動慣量。實驗目的：

1)學習用轉動慣量儀測定物體的轉動慣量。2)學會使用雙通道光電計時計數儀。

3)了解實驗設計原理和實驗方法并驗證平行軸定理2.重點、難點

重點：測量剛體的轉動慣量。難點：數據處理3.學時分配

物體的轉動慣量的測定（2學時，選做）

實驗教學（十三）普朗克常數的測定

1.教學內容及基本要求

美國物理學家密立根用精密的實驗驗證了愛因斯坦光電效應理論的正確性,并測量了普朗克常量。利用光電效應測定普朗克常量是物理史上關鍵性的實驗之一。

實驗目的：1)2)3)

通過實驗觀察和分析，加深了解光電效應和光的量子性了解光的量子理論和波動理論對光電效應的解釋學習用光電效應測定普朗克常量

2.重點、難點

重點：光電效應規(guī)律難點：普朗克常量的測量3.學時分配

普朗克常數的測定（2學時，選做）

實驗教學（十四）演示實驗

1.教學內容及基本要求

本課程普通物理力學、熱學、電磁學、光學中二百個左右能揭示物理概念和規(guī)律的演示實驗，在較短時間內，通過學生親自動手操作、觀察思考，對物理現象進行解釋，從而掌握物理規(guī)律、提高學生的實驗操作能力和實驗設計能力。實驗目的：

1)通過演示儀器揭示物理原理。2)增加實驗的趣味性。2.重點、難點

重點：演示儀器，觀察現象。難點：揭示演示現象的物理原理。3.學時分配

演示實驗（2學時，選做）

實驗教學（十五）共振法測定金屬材料的彈性模量

1.教學內容及基本要求

在物理實驗中，常將條形物體（如鋼絲、金屬桿等）沿縱向的彈性模量叫彈性模量。測量彈性模量有拉伸法、梁的彎曲法和振動法等在共振法中要求了解材料共振頻率的特性。實驗目的

1）學習用共振法測定金屬材料彈性模量的原理和方法。2）測定金屬圓棒的彈性模量2.重點、難點

重點：共振法測定金屬材料的彈性模量基本原理。難點：共振頻率的測試3.學時分配

共振法測定金屬材料的彈性模量（2學時，選做）

實驗教學（十六）拉脫法測液體表面張力系數

1.教學內容及基本要求

表面張力是緣于液體表面分子之間的相互吸引力。我們可以想象在液體表面上有一條直線（平行于液體表面且方向和長度均是任意的），表面張力就表現為直線兩邊的液體以一定的拉力相互作用，直線越長相互作用力就越大，它的方向與該直線垂直且在液體表面內。單位長度上的表面張力稱之為表面張力系數。

實驗目的：

1）了解液體表面的性質。

2）熟悉用拉脫法測定表面張力系數的方法。

3）掌握用焦利彈簧秤測量微小力的方法。2.重點、難點

重點：焦利彈簧秤測量微小力難點：數據處理3.學時分配

拉脫法測液體表面張力系數（2學時，選做）

實驗教學（十七）氣體比熱容比的測定

1.教學內容及基本要求

氣體的比熱容比是氣體的定壓摩爾熱容量與定容摩爾熱容量之比，也叫做氣體的絕熱系數，是絕熱過程中一個很重要的參量。

實驗目的：

1）測定多種氣體（單原子、雙原子、多原子）的比熱容比。2）練習使用物理天平、螺旋測微計、數字毫秒計、大氣壓力計等儀器。2.重點、難點

重點：氣體的比熱容比測量基本原理。難點：數據數理3.學時分配

氣體比熱容比的測定（2學時，選做）

實驗教學（十八）惠斯通電橋

1.教學內容及基本要求

電橋是一種用比較法進行測量的儀器，測量時將被測量與已知量進行比較得到測量結果，因而測量精度較高。直流單臂電橋亦稱惠斯通電橋，

是電橋中最基本的一種，本實驗通過用惠斯通電橋測量電阻，來掌握調節(jié)電橋平衡的方法，為分析其它電橋的原理和使用方法奠定基礎。

實驗目的：

1)了解惠斯通電橋的構造和測量原理。2)掌握用惠斯通電橋測電阻的方法。

3)了解電橋靈敏度的概念及其對電橋測量準確度的影響。2.重點、難點

重點：惠斯通電橋測量的原理。難點：儀器誤差分析3.學時分配

惠斯通電橋（2學時，選做）

實驗教學（十九）玻爾茲曼常數測量

1.教學內容及基本要求

半導體P-N結電流電壓關系是半導體器件的基礎，也是半導體物理學和電子學的重要內容。本實驗通過測量P-N結擴散電流與結電壓關系，證明此關系遵循玻爾茲曼分布律，并較精確地測量出玻爾茲曼常數，使學生掌握測量弱電流的一種新方法。實驗目的：

1)測量P-N結擴散電流與結電壓關系，證