太原理工大学课程教学大纲

《物理实验A（一）》教学大纲

课程编号：（00000046）

课程中文名称：（物理实验A（一）） 课程英文名称：Physical Experiment A（1）

总学时：（32） 实验学时：（30） 上机学时：（0） 学分：（2.0）

适用专业：理工科各专业

一、 课程性质、目的和任务（300字内）

《物理实验A（一）》课程是我校本科生进入大学后，接受系统实验训练的第一门实验课程，是面向我校工科各专业科学生必修的一门重要基础实验课。它对培养大学生严谨的科学态度和工作作风、锻炼提高实验技能、加深对物理理论的理解都起着十分重要的作用。《物理实验A（一）》课程的目的是通过实验课的预习、仪器使用、实验操作、现象观察、数据记录及处理和实验结果分析等环节，使学生掌握实验的基本知识和基本方法。物理实验是学生进入大学后最早接触的实验课程，因此对学生专业素质的培养起着重要的作用，也为学习后续课程打下良好的基础。 二、 课程教学内容及学时分配（每章均包括以下三项内容）

课堂教学 绪论

1. 教学内容及基本要求

教学内容： 误差，随机误差，系统误差， 相对不确定度，绝对不确定度，有效位数。

基本要求：本部分是整个物理实验的基础。掌握误差、系统误差、随

机误差的定义及各自性质规律。掌握绝对不确定度和相对不确定度的处理方法。掌握有效位数的取舍。 2. 重点、难点

重点：误差，随机误差，系统误差， 相对不确定度，绝对不确定度，有效位数。

难点：相对不确定度，绝对不确定度 3. 学时分配

绪论 2学时 必修

实验教学（一）薄透镜焦距的测定

1.教学内容及基本要求

透镜是光学仪器中的最基本的光学元件，焦距是反映透镜重要参数特性。

实验目的：

1）学会测量透镜的基本方法

2）掌握分析简单光路和调节共轴光学系统的方法 3) 加深对透镜成像规律的理解 2.重点、难点

重点：左右逼近法，数据处理方法 难点：数据处理方法 3. 学时分配

薄透镜焦距的测定 （2学时，必做）

实验教学（二）常用电子元件参数的测量

1.教学内容及基本要求

电子元件是组成电路的基本单元，其质量的优劣直接影响系统的性能，电子元件的生产和应用中需要对其参数进行测量。

实验目的：

1）认识电阻、电容、二极管等电子元件，并掌握其基本参数测量方法。

2）学会数字式万用表使用方法，并测量电阻、电流、电压等。 3)学会设计简单的电路。 2.重点、难点

重点：电子元器件认识与测量。 难点：根据各组件对电路的设计和搭建 3. 学时分配

常用电子元件参数的测量 （2学时，必做）

实验教学（三）长度和密度的测量

1.教学内容及基本要求

不同精度的长度以及对不同的物质的密度的测量在物理实验中经常进行， 通过仪器的选择和不同方法的测量学习长度密度的测量。

实验目的：

1）掌握游标卡尺、螺旋测微器的测量方法

2）掌握不确定度的和有效位数的概念，学会正确记录和处理数据

3）熟悉物理天平的使用 2.重点、难点

重点：长度、密度的测量，天平的使用。 难点：不同精度仪器的选择，数据处理 3. 学时分配

长度和密度的测量（2学时，必做）

实验教学（四）模拟示波器的使用

1.教学内容及基本要求

模拟示波器可用来测量和研究许多可转化为电学量的幅度、周期、波形等参数，在测量中应用十分广泛。

实验目的：

1）了解模拟示波器的基本原理和结构 2）掌握模拟示波器的使用方法 3）学会观察李萨茹图形 2.重点、难点

重点：模拟示波器的基本原理 难点：模拟示波器的使用 3. 学时分配

模拟示波器的使用（2学时， 必做）

实验教学（五）数字示波器的使用

1.教学内容及基本要求

数字示波器具有存储功能，在记录的信号消失后仍然能使信号重现，对于记录单次瞬时信号、高频重复或低频快速脉冲信号以及把实时观察与以前观察的波形进行比较都是很有意义的。数字存储示波器以数字存储器为核心，并配有模数和数模转换器构成，具有存储时间长、存储容量大，且便于与计算机配合等优点。 实验目的

1) 了解数字示波器基本功能。 2) 学会使用数字存储示波器。 2.重点、难点

重点：数字示波器基本原理。

难点： 采样率、带宽对示波器性能的理解。 3. 学时分配

数字示波器（2学时，必做）

实验教学（六）分光计的调整和使用

1.教学内容及基本要求

分光计是精确测定光线偏转角的仪器，光学中的许多的基本物理量，如波长、折射率等都可以直接或间接地表现为光线的偏转角。学习分光计的调节和使用，有助于对许多现代光学仪器的原理的理解和使用。

实验目的：

1）了解分光计的原理和构造，学会调节分光计。

2）测定三棱镜的顶角和折射率。 2.重点、难点

重点：分光计的工作原理。 难点：分光计的调节 3. 学时分配

分光计的调整和使用（2学时，必做）

实验教学（七）拉伸法测金属丝的弹性模量

1.教学内容及基本要求

在物理实验中，常将条形物体（如钢丝、金属杆等）沿纵向的弹性模量叫弹性模量。测量弹性模量有拉伸法、梁的弯曲法和振动法等。在拉伸法中要求利用光杠杠放大法来测量微小形变。 实验目的：

1) 掌握用静态拉伸法测定金属丝弹性模量 的方法。

2) 学习使用光杠杆测微小长度变化的原理和方法，学会使用望远镜。 3) 学会使用逐差法处理数据。

2.重点、难点

重点：光杠杆的原理。

难点：仪器的调节、逐差法数据处理 3. 学时分配

拉伸法测金属丝的弹性模量（2学时，必做）

实验教学（八）电子荷质比的测量

1.教学内容及基本要求

电子荷质比是电子的基本参量之一。电子荷质比的测定在近代物理学的发展中具有重大的意义。早在1897年J.J. 汤姆逊在对“阴极射线”粒子荷质比进行测定中，首先发现了电子。汤姆逊是用磁偏转法来测量电子荷质比的。 实验目的：

1) 观察电子束在电场作用下的偏转。

2) 加深理解电子在磁场中的运动规律，拓展其应用。 3) 学习用磁偏转法测量电子的荷质比 2.重点、难点

重点：电子在磁场中的运动规律。 难点：电子圆运动轨到半径的测量 3. 学时分配

电子荷质比的测量（2学时，必做）

实验教学（九）随机误差的统计分布

1.教学内容及基本要求

随机误差是A类不确定度的重要内容，它具有数学上随机变量的所有特征。对随机误差分布规律的研究在误差理论中具有非常重要的意义。

实验目的：

1) 了解一种测量随机变量的方法。

2）计算随机变量的数学期望、测量列的标准差及平均值的标准差。 2.重点、难点

重点：origin软件的使用。 难点：数据处理 3. 学时分配

随机误差的统计分布（2学时，选做）

实验教学（十）金属线胀系数的测定

1.教学内容及基本要求

热胀冷缩是大家熟知的一种材料特性。材料的这种宏观特性是由于物质内部的分子运动强弱不同造成的，也是选择和使用材料的一项重要指标。本实验的目的是测定铜管的线胀系数。 实验目的：

1) 2)

掌握“PID”温度变化进行微小量的原理。 测定金属铜管的线胀系数。

2.重点、难点

重点：千分尺的数据读取。 难点：逐差法数据处理 3. 学时分配

金属线胀系数的测定（2学时，选做）

实验教学（十一）玻尔共振研究受迫振动

1. 教学内容及基本要求

在机械制造和建筑工程等科技领域中，受迫振动所导致的共振现象引起工程技术人员极大注意。这种共振现象既有破坏作用，也有许多实用价值。众多电声器件，是运用共振原理设计制作的。表征受迫振动性质的是受迫振动的振幅-频率特性和相位-频率特性。本实验中，采用波尔共振仪定量测定机械受迫振动的幅频特性和相频特性，并利用频闪方法来测定动态的物理量──相位差。 实验目的

1）研究玻尔共振仪中弹性摆轮受迫振动的幅频特性和相频特性。 2）研究不同阻尼力矩对受迫振动的影响，观察共振现象。 3）学习用频闪法测定物体的某些量 2.重点、难点

重点：自由振动、受迫振动及共振实验测量。 难点：共振现象、数据处理 3. 学时分配

玻尔共振研究受迫振动（2学时，选做）

实验教学（十二）物体的转动惯量的测定

1.教学内容及基本要求

转动惯量是刚体转动惯性的量度，它不仅与刚体的质量和转轴的位置有关，而且与刚体的质量分布、形状和大小有关。对于形状简单的均匀刚体，测出其外形尺寸和质量，就可以计算其转动惯量。对于形状复杂，质

量分布不均匀的刚体，通常利用实验来测定其转动惯量。本实验用转动惯量仪测定刚体的转动惯量。 实验目的：

1) 学习用转动惯量仪测定物体的转动惯量。 2) 学会使用双通道光电计时计数仪。

3) 了解实验设计原理和实验方法并验证平行轴定理 2.重点、难点

重点：测量刚体的转动惯量。 难点：数据处理 3. 学时分配

物体的转动惯量的测定（2学时，选做）

实验教学（十三）普朗克常数的测定

1.教学内容及基本要求

美国物理学家密立根用精密的实验验证了爱因斯坦光电效应理论的正确性, 并测量了普朗克常量。 利用光电效应测定普朗克常量是物理史上关键性的实验之一。

实验目的： 1) 2) 3)

通过实验观察和分析，加深了解光电效应和光的量子性 了解光的量子理论和波动理论对光电效应的解释 学习用光电效应测定普朗克常量

2.重点、难点

重点：光电效应规律 难点： 普朗克常量的测量 3. 学时分配

普朗克常数的测定（2学时，选做）

实验教学（十四）演示实验

1.教学内容及基本要求

本课程精选普通物理力学、热学、电磁学、光学中二百个左右能揭示物理概念和规律的演示实验，在较短时间内，通过学生亲自动手操作、观察思考，对物理现象进行解释，从而掌握物理规律、提高学生的实验操作能力和实验设计能力。 实验目的：

1) 通过演示仪器揭示物理原理。 2) 增加实验的趣味性。 2.重点、难点

重点：演示仪器，观察现象。 难点：揭示演示现象的物理原理。 3. 学时分配

演示实验 （2学时，选做）

实验教学（十五）共振法测定金属材料的弹性模量

1. 教学内容及基本要求

在物理实验中，常将条形物体（如钢丝、金属杆等）沿纵向的弹性模量叫弹性模量。测量弹性模量有拉伸法、梁的弯曲法和振动法等在共振法中要求了解材料共振频率的特性。 实验目的

1） 学习用共振法测定金属材料弹性模量的原理和方法。 2）测定金属圆棒的弹性模量 2.重点、难点

重点：共振法测定金属材料的弹性模量基本原理。 难点：共振频率的测试 3. 学时分配

共振法测定金属材料的弹性模量（2学时，选做）

实验教学（十六）拉脱法测液体表面张力系数

1.教学内容及基本要求

表面张力是缘于液体表面分子之间的相互吸引力。我们可以想象在液体表面上有一条直线（平行于液体表面且方向和长度均是任意的），表面张力就表现为直线两边的液体以一定的拉力相互作用，直线越长相互作用力就越大，它的方向与该直线垂直且在液体表面内。单位长度上的表面张力称之为表面张力系数。

实验目的：

1）了解液体表面的性质。

2）熟悉用拉脱法测定表面张力系数的方法。

3）掌握用焦利弹簧秤测量微小力的方法。 2.重点、难点

重点：焦利弹簧秤测量微小力 难点：数据处理 3. 学时分配

拉脱法测液体表面张力系数 （2学时，选做）

实验教学（十七）气体比热容比的测定

1.教学内容及基本要求

气体的比热容比是气体的定压摩尔热容量与定容摩尔热容量之比，也叫做气体的绝热系数，是绝热过程中一个很重要的参量。

实验目的：

1）测定多种气体（单原子、双原子、多原子）的比热容比。 2）练习使用物理天平、螺旋测微计、数字毫秒计、大气压力计等仪器。 2.重点、难点

重点：气体的比热容比测量基本原理。 难点：数据数理 3. 学时分配

气体比热容比的测定（2学时，选做）

实验教学（十八）惠斯通电桥

1.教学内容及基本要求

电桥是一种用比较法进行测量的仪器，测量时将被测量与已知量进行比较得到测量结果，因而测量精度较高。直流单臂电桥亦称惠斯通电桥，

是电桥中最基本的一种，本实验通过用惠斯通电桥测量电阻，来掌握调节电桥平衡的方法，为分析其它电桥的原理和使用方法奠定基础。

实验目的：

1) 了解惠斯通电桥的构造和测量原理。 2) 掌握用惠斯通电桥测电阻的方法。

3) 了解电桥灵敏度的概念及其对电桥测量准确度的影响。 2.重点、难点

重点：惠斯通电桥测量的原理。 难点：仪器误差分析 3. 学时分配

惠斯通电桥 （2学时，选做）

实验教学（十九）玻尔兹曼常数测量

1.教学内容及基本要求

半导体P-N 结电流电压关系是半导体器件的基础，也是半导体物理学和电子学的重要内容。本实验通过测量P-N 结扩散电流与结电压关系，证明此关系遵循玻尔兹曼分布律，并较精确地测量出玻尔兹曼常数，使学生掌握测量弱电流的一种新方法。 实验目的：

1) 测量P-N 结扩散电流与结电压关系，证明此关系符合玻尔兹曼分布律。

2) 在不同温度条件下，测量玻尔兹曼常数。

3) 学习用运算放大器组成电流-电压转换电路测量弱电流。 2.重点、难点

重点：玻尔兹曼常数测量实验的物理思想 难点：实验原理 3. 学时分配

玻尔兹曼常数测量 （2学时，选做） 教材及教学参考书 教材：

王云才主编，大学物理实验教程，北京：科学出版社，2010。 教学参考书：

1. 杨述武、赵立竹、沈国土主编，普通物理实验系列（“十一五”规划教材），北京：高等教育出版社，2010。

2. 张勤、张菊清等主编，近代测量数据处理与应用（“十一五”规划教材），北京：测绘出版社，2011。

3. 咯蔚波主编，医用物理学实验（“十一五”规划教材），北京：背景大学出版社，2008。

4. 贺顺忠主编，工程光学实验教程（“十一五”规划教材），北京：机械工业出版社，2007。

5. 王铁云主编，大学物理实验教程（新世纪高等学校教材），北京：北京师范大学出版社，2011.

6. 赵丽华．新编大学物理实验． 浙江：浙江大学出版社，2007

7. 吕斯骅，段家忯．基础物理实验． 北京：北京大学出版社，2006 8. 丁慎训，张连芳．物理实验教程（第二版）．北京：清华大学出版社，2002

9. 成正维等．大学物理实验． 北京：高等教育出版社，2002 10. 谢行恕，康士秀，霍剑青等．大学物理实验．北京：高等教育出版社，2001

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