《實驗物理》課程教學(xué)大綱

《實驗物理》課程實施大綱

目錄

1.教學(xué)理念...................................................8

1.1關(guān)注學(xué)生的發(fā)展..........................................8

1.2關(guān)注教學(xué)的有效性........................................8

1.3關(guān)注教學(xué)的策略..........................................8

1.4關(guān)注教學(xué)價值觀..........................................8

2.課程介紹....................................................8

2.1課程的性質(zhì)..............................................8

2.2課程在學(xué)科專業(yè)結(jié)構(gòu)中的地位、作用........................9

2.3課程的歷史與文化傳統(tǒng)....................................9

2.4課程的前沿及發(fā)展趨勢....................................9

2.5課程與經(jīng)濟社會發(fā)展的關(guān)系...............................10

2.6課程內(nèi)容可能涉及到的倫理與道德問題.....................10

2.7學(xué)習本課程的必要性.....................................10

3.教師簡介..................................................10

3.1教師的職稱、學(xué)歷........................錯誤!未定義書簽。

3.2教育背景................................錯誤!未定義書簽。

3.3研究興趣（方向）........................錯誤!未定義書簽。

4.先修課程..................................................10

5.課程目標..................................................11

5.1知識與技能方面..........................................11

5.2過程與方法方面..........................................11

5.3情感、態(tài)度與價值觀方面.................................11

6.課程內(nèi)容..................................................12

6.1課程的內(nèi)容概要.........................................12

6.2教學(xué)重點、難點.........................................13

6.3學(xué)時安排...............................................14

7.課程實施..................................................15

7.1教學(xué)單元一：緒論......................................15

7.1.1教學(xué)日期..........................................15

7.1.2教學(xué)目標..........................................15

7.1.3教學(xué)內(nèi)容（含重點、難點）..........................15

7.1.4教學(xué)過程..........................................15

7.1.5教學(xué)方法..........................................17

7.1.6作業(yè)安排及課后反思................................18

7.1.7課前準備情況及其他相關(guān)特殊要求....................18

7.1.8參考資料（具體到哪一章節(jié)或頁碼）..................18

7.2教學(xué)單元二：等厚干涉牛頓環(huán)............................18

7.2.1教學(xué)日期..........................................18

7.2.2教學(xué)目標..........................................18

7.2.3教學(xué)內(nèi)容（含重點、難點）..........................18

7.2.4教學(xué)過程..........................................18

7.2.5教學(xué)方法...........................................21

7.2.6作業(yè)安排及課后反思.................................21

7.2.7課前準備情況及其他相關(guān)特殊要求.....................22

7.2.8參考資料（具體到哪一章節(jié)或頁碼）...................22

7.3教學(xué)單元三：密度測定...................................22

7.3.1教學(xué)日期..........................................22

7.3.2教學(xué)目標..........................................22

7.3.3教學(xué)內(nèi)容（含重點、難點）..........................22

7.3.4教學(xué)過程..........................................22

7.3.5教學(xué)方法..........................................24

7.3.6作業(yè)安排及課后反思................................24

7.3.7課前準備情況及其他相關(guān)特殊要求....................24

7.3.8參考資料..........................................24

7.4教學(xué)單元四：表面張力毛細管法............................24

7.4.1教學(xué)日期..........................................24

7.4.2教學(xué)目標..........................................24

7.4.3教學(xué)內(nèi)容（含重點、難點）..........................24

7.4.4教學(xué)過程..........................................25

7.4.5教學(xué)方法..........................................27

7.4.6作業(yè)安排及課后反思................................27

7.4.7課前準備情況及其他相關(guān)特殊要求....................27

7.4.8參考資料（具體到哪一章節(jié)或頁碼）..................27

7.5教學(xué)單元五：分光計...................................27

7.5.1教學(xué)日期.........................................27

7.5.2教學(xué)目標..........................................27

7.5.3教學(xué)內(nèi)容（含重點、難點）...........................27

7.5.4教學(xué)過程...........................................27

7.5.5教學(xué)方法..........................................40

7.5.6作業(yè)安排及課后反思................................40

7.5.7課前準備情況及其他相關(guān)特殊要求.....................40

7.5.8參考資料（具體到哪一章節(jié)或頁碼）...................40

7.6教學(xué)單元六：剛體轉(zhuǎn)動慣量的測定..........................40

7.6.1教學(xué)日期..........................................40

7.6.2教學(xué)目標..........................................40

7.6.3教學(xué)內(nèi)容（含重點、難點）...........................41

7.6.4教學(xué)過程..........................................41

7.6.5教學(xué)方法..........................................43

7.6.6作業(yè)安排及課后反思................................43

7.6.7課前準備情況及其他相關(guān)特殊要求.....................43

7.6.8參考資料（具體到哪一章節(jié)或頁碼）...................43

7.7教學(xué)單元七：電橋測電阻................................44

7.7.1教學(xué)日期..........................................44

7.7.2教學(xué)目標..........................................44

7.7.3教學(xué)內(nèi)容（含重點、難點）...........................44

7.7.4教學(xué)過程..........................................49

7.7.5教學(xué)方法..........................................49

7.7.6作業(yè)安排及課后反思................................49

7.7.7課前準備情況及其他相關(guān)特殊要求.....................49

7.7.8參考資料（具體到哪一章節(jié)或頁碼）...................49

7.8教學(xué)單元八：電位差計...................................50

7.8.1教學(xué)日期..........................................50

7.8.2教學(xué)目標..........................................50

7.8.3教學(xué)內(nèi)容（含重點、難點）...........................50

7.8.4教學(xué)過程..........................................50

7.8.5教學(xué)方法..........................................54

7.8.6作業(yè)安排及課后反思.................................54

7.8.7課前準備情況及其他相關(guān)特殊要求.....................54

7.8.8參考資料（具體到哪一章節(jié)或頁碼）...................54

7.9教學(xué)單元九：電表改裝....................................54

7.9.1教學(xué)日期..........................................54

7.9.2教學(xué)目標..........................................54

7.9.3教學(xué)內(nèi)容（含重點、難點）...........................55

7.9.4教學(xué)過程..........................................55

7.9.5教學(xué)方法..........................................55

7.9.6作業(yè)安排及課后反思.................................55

7.9.7課前準備情況及其他相關(guān)特殊要求.....................56

7.9.8參考資料（具體到哪一章節(jié)或頁碼）...................56

7.10教學(xué)單元十：示波器....................................56

7.10.1教學(xué)日期.........................................56

7.10.2教學(xué)目標.........................................56

7.10.3教學(xué)內(nèi)容（含重點、難點）.........................57

7.10.4教學(xué)過程.........................................57

7.10.5教學(xué)方法.........................................60

7.10.6作業(yè)安排及課后反思...............................60

7.10.7課前準備情況及其他相關(guān)特殊要求...................60

7.10.8參考資料（具體到哪一章節(jié)或頁碼）.................60

8.課程要求..................................................60

8.1學(xué)生自學(xué)要求...........................................60

8.2課外閱讀要求...........................................60

8.3課堂討論要求...........................................61

8.4課程實踐要求...........................................61

9.課程考核..................................................61

9.1出勤（遲到、早退等）、作業(yè)、報告等的要求................61

9.2成績的構(gòu)成與評分規(guī)則說明...............................61

9.3考試形式及說明.........................................61

10.學(xué)術(shù)誠信.................................................61

10.1考試違規(guī)與作弊處理....................................61

10.2杜撰數(shù)據(jù)、信息處理等...................................61

11.課堂規(guī)范..................................................62

11.1課堂紀律..............................................62

11.2課堂禮儀..............................................62

12.課程資源..................................................63

12.1教材與參考書..........................................63

12.2專業(yè)刊物..............................................63

12.3網(wǎng)絡(luò)課程資源..........................................63

13.教學(xué)合約..................................................63

13.1教師作出師德師風承諾..................................63

13.2同意遵守課程實施大綱中闡述的標準和期望.................64

1.教學(xué)理念

1.1關(guān)注學(xué)生的發(fā)展

培養(yǎng)學(xué)生的基本科學(xué)實驗技能，提高學(xué)生的科學(xué)實驗基本素質(zhì)，使學(xué)生初步掌握實

驗科學(xué)的思想和方法；培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和創(chuàng)新意識，使學(xué)生掌握實驗研究的基本方

法，提高學(xué)生的分析能力和創(chuàng)新能力；提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際和

事實求是的能力。

1.2關(guān)注教學(xué)的有效性

通過實驗原理講解，實驗操作演示使學(xué)生懂得實驗原理和操作方法。

1.3關(guān)注教學(xué)的策略

通過督促學(xué)生預(yù)習、清晰的講解、提問與學(xué)生互動、操作演示和隨時答疑指導(dǎo)等策

略方法使學(xué)生牢固掌握課程要點和內(nèi)容。

1.4關(guān)注教學(xué)價值觀

培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際和事實求是的科學(xué)作風，認真嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度，積極主動的

探索精神，遵守紀律，團結(jié)協(xié)作，愛護公共財產(chǎn)的優(yōu)良品德

2.課程介紹

2.1課程的性質(zhì)

物理實驗課是對高等理工科院校學(xué)生進行科學(xué)實驗基本訓(xùn)練的一門獨立的必修基礎(chǔ)

課程，是學(xué)生進入大學(xué)后接受系統(tǒng)實驗方法和實驗技能訓(xùn)練的開端，是理工類各專業(yè)學(xué)

生進行科學(xué)實驗訓(xùn)練的重要基礎(chǔ)。本課程按照循序漸進的原則，通過物理實驗知識、方

法和技能的訓(xùn)練，使學(xué)生了解科學(xué)實驗的主要過程與基本方法，為以后的學(xué)習和工作奠

定良好的實驗基礎(chǔ)。

2.2課程在學(xué)科專業(yè)結(jié)構(gòu)中的地位、作用

實驗是物理教學(xué)的重要組成部分，通過對于實驗的操作和對物理實驗現(xiàn)象的觀察，

能夠使學(xué)生能主動地獲取物理知識，掌握實驗的基礎(chǔ)知識和科學(xué)的實驗方法。實驗是物

理教學(xué)的必要手段，物理知識容易給人一種枯燥難懂的錯覺，那么通過實驗就能將物理

理論知識直觀具體、形象生動的展示出來，能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習物理知識的興趣，調(diào)動積

極性，形成一個良好的循環(huán)。實踐證明，在教學(xué)中運用實驗手段，能取得好的教學(xué)效果。

實驗是物理教學(xué)中必不可少的重要手段。

2.3課程的歷史與文化傳統(tǒng)

在遠古，人類為了生活和生產(chǎn)的需要就要觀察天象。從日月星辰運行的規(guī)律，辨認

方位，確定歷法，了解季節(jié)變化……，這就是最古老的科學(xué)一天文學(xué)。物理知識的產(chǎn)生

離不開物理實驗，歷史上很多經(jīng)典的理論都離不開實驗的驗證，比如伽利略自由落體實

驗、牛頓棱鏡分解太陽光實驗、伽利略的加速度實驗等等，為物理學(xué)知識的豐富做出了

巨大貢獻。

2.4課程的前沿及發(fā)展趨勢

兩千多年來人們關(guān)于物質(zhì)是由原子構(gòu)成的思想，由哲學(xué)的推理,變成了科學(xué)的現(xiàn)實,

而且在這個階段終了時,形成了現(xiàn)代的基本粒子的思想。

1897年,湯姆遜在實驗中發(fā)現(xiàn)了電子，1911年盧瑟福由a粒子大角度彈性散射實驗,

又證實了帶正電的原子核的存在.這樣，就從實驗上證明了原子的存在，以及原子是由電

子和原子核構(gòu)成的理論。

目前,粒子物理已經(jīng)深入到比強子更深一層次的物質(zhì)的性質(zhì)的研究.更高能量加速器

的建造,無疑將為粒子物理實驗研究提供更有力的手段,有利于產(chǎn)生更多的新粒子，以弄

清夸克的種類和輕子的種類，它們的性質(zhì)，以及它們的可能的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。弱電相互作用統(tǒng)

一理論日前取得的成功，特別是弱規(guī)范粒子的發(fā)現(xiàn)，加強了人們對定域規(guī)范場理論作為

相互作用的基本理論的信念,也為今后以高能輕子作為探針探討強子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、夸克

及膠子的性質(zhì)以及強作用的性質(zhì)提供了可靠的分析手段.在今后一個時期，強相互作用

將是粒子物理研究的一個重點。很重要的是,物理學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué),粒子物

理學(xué)也不例外.因此,新的粒子加速原理和新的探測手段的出觀,將是意義深遠的。

2.5課程與經(jīng)濟社會發(fā)展的關(guān)系

經(jīng)濟現(xiàn)象是無法在人的意識支配下重復(fù)出現(xiàn)的，這與大氣活動、天體進化和球演化

有著類似，20世紀90年代后物理學(xué)家借用物理學(xué)的分析方法和手段，從大量經(jīng)濟數(shù)據(jù)

中探尋各種經(jīng)濟現(xiàn)象背后的規(guī)律，催化了經(jīng)濟物理學(xué)的誕生。越來越多的物理學(xué)家也熱

衷于經(jīng)濟和金融問題的研究，他們引進了經(jīng)濟學(xué)家從未應(yīng)用過的概念和方法，如：關(guān)聯(lián)

與自關(guān)聯(lián)、標度律、自組織臨界性、相變、自適應(yīng)性、混沌、分形、滲流、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、

重整化群、自旋玻璃模型、量子場論方法等等。這些新概念和新方法給經(jīng)濟和金融這一

類復(fù)雜系統(tǒng)的研究帶來了新的生機。

2.6課程內(nèi)容可能涉及到的倫理與道德問題

實驗物理課程不涉及倫理道德問題。

2.7學(xué)習本課程的必要性

物理實驗課是高等理工院校對學(xué)生進行科學(xué)實驗基本訓(xùn)練的必修基礎(chǔ)課程，是本科

生接受系統(tǒng)實驗方法和實驗技能訓(xùn)練的開端。

物理實驗課覆蓋面廣，具有豐富的實驗思想、方法、手段，同時能提供綜合性很強

的基本實驗技能訓(xùn)練，是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)實驗?zāi)芰Α⑻岣呖茖W(xué)素質(zhì)的重要基礎(chǔ)。它在培養(yǎng)

學(xué)生嚴禁的治學(xué)態(tài)度、活躍的創(chuàng)新意識、理論聯(lián)系實際以及適應(yīng)科學(xué)發(fā)展的綜合能力等

方面具有其他實踐類課程不可替代的作用。

3.教師簡介

4.先修課程

高等數(shù)學(xué)，大學(xué)物理

5.課程目標

5.1知識與技能方面

物理實驗課的作用，一方面是高等理工院校對學(xué)生進行科學(xué)實驗基本訓(xùn)練的必修基

礎(chǔ)課程，是本科生接受系統(tǒng)實驗方法和實驗技能訓(xùn)練的開端。另一方面使學(xué)生初步學(xué)習

科學(xué)思想方法和研究問題方法。這些都起著開闊思路、激發(fā)探索和創(chuàng)新精神、增強適應(yīng)

能力，提高人才素質(zhì)的重要作用。學(xué)好本課程，不僅對學(xué)生在校的學(xué)習十分重要，而且

對學(xué)生畢業(yè)后的工作和進一步學(xué)習新理論、新知識、新技術(shù)，不斷更新知識，都將發(fā)生

深遠的影響。

5.2過程與方法方面

本課程是在大學(xué)一、二年級開設(shè)的，在使學(xué)生樹立正確的學(xué)習態(tài)度、掌握科學(xué)的學(xué)

習方法，培養(yǎng)獨立獲取知識的能力，以盡快適應(yīng)大學(xué)階段的學(xué)習規(guī)律，為培養(yǎng)具有較強

工程實踐能力和工程創(chuàng)新意識的應(yīng)用型高級工程技術(shù)人才服務(wù)等方面所起的作用也是

十分重要的。

5.3情感、態(tài)度與價值觀方面

1.在教學(xué)內(nèi)容上強化情感、態(tài)度價值觀的教育功能

要發(fā)展學(xué)生對科學(xué)的好奇心和求知欲。發(fā)展學(xué)生對物理學(xué)的興趣，首先就要增強學(xué)

生學(xué)好大學(xué)物理課的自信。和高中相比，高中物理課無論在知識深度上還是學(xué)習方法上,

都有很大的不同，應(yīng)該讓學(xué)生有一個逐步適應(yīng)和領(lǐng)悟的過程，不要把過高過難的物理問

題“一次到位”地擺在學(xué)生的面前，挫傷學(xué)生的積極性。

2.在教學(xué)過程中強化情感、態(tài)度、價值觀的教育功能

教師應(yīng)該為學(xué)生營造一種寬松、積極的學(xué)習環(huán)境，把物理學(xué)習看成是學(xué)生進行自我

塑造的過程，而不是物理競技場上的比賽。教師應(yīng)該幫助學(xué)生使其在獲取物理知識、解

決物理問題、探究物理規(guī)律、歸納物理方法等方面獲得具體的成果，讓學(xué)生得到成功的

體驗，享受成功的愉悅。

3.在教學(xué)內(nèi)容上使物理貼近學(xué)生生活、聯(lián)系社會實際

把物理教學(xué)的內(nèi)容和學(xué)生的生活實際聯(lián)系起來，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習熱情，強化

學(xué)生的實踐意識，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力；把物理知識與應(yīng)用技術(shù)、人文

學(xué)科相結(jié)合，能使學(xué)生獲得一個更為寬廣的視野，有助于學(xué)生形成科學(xué)的價值觀，增強

社會責任感。

6.課程內(nèi)容

6.1課程的內(nèi)容概要

緒論：

1、測量與誤差：

2、有效數(shù)字及其運算：

3、實驗數(shù)據(jù)的處理方法：

4、用米尺測量線段長度；

5、用游標卡尺測量空心圓柱體的體積；

6、用螺旋測微計測量玻璃小球的體積。

實驗一：等厚干涉牛頓環(huán)

1、根據(jù)牛頓環(huán)測量透鏡的曲率半徑；

2、用劈尖干涉測量微小厚度。

實驗二：密度測定

1、學(xué)習TG-71型工業(yè)天平的結(jié)構(gòu)原理；

2、學(xué)會正確使用TG-71型工業(yè)天平；

3、學(xué)習測定固體密度的一種方法。

實驗三：表面張力毛細管法

1、學(xué)習用毛細管升高法測液體表面張力系數(shù)的原理和方法。

2、掌握用讀數(shù)顯微鏡測量微小長度。

實驗四：分光計

1、了解分光計的結(jié)構(gòu)和工作原理，學(xué)會調(diào)整分光計。

2、利用分光計測量三棱鏡的頂角。

實驗五：剛體轉(zhuǎn)動慣量的測定

1、通過簡諧振動的周期來間接測定形狀復(fù)雜的剛體的轉(zhuǎn)動慣量。

2、驗證平行軸定理。

實驗六：電橋測電阻

1、用惠斯通橋（平衡單橋）測量中等值電阻；

實驗七：電位差計

1、測量溫差電系數(shù)；

2、電位差計校準毫伏表。

實驗八：電表改裝

1、將微安表改裝成較大量程的電流表和電壓表；

2、校準改裝的電流表和電壓表，得出改裝表的級別。

3、做出校準曲線。

實驗九：示波器

1、示波器預(yù)備調(diào)節(jié)；

2、觀察方波圖形；

3、觀察正弦波，測量其峰一一峰值和頻率；

4、觀察李薩如圖并測量未知頻率。

6.2教學(xué)重點、難點

緒論：

重點：測量誤差的來源分類及相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理方法。

難點：測量結(jié)果的評定和不確定度的估算。

實驗一：等厚干涉牛頓環(huán)

重點：調(diào)整實驗裝置，觀察干涉條紋的分布特征

難點：測量平凸透鏡的曲率半徑

實驗二：密度測定

重點：掌握如何使用流體靜力稱衡法測定密度，如何稱量固體密度。

難點：如何稱量小于水的密度的固體，如何調(diào)整天平，如何使用天平。

實驗三：表面張力毛細管法

重點：毛細管升高法測水的表面張力系數(shù)的原理和方法

難點：利用顯微鏡去進行測量讀數(shù)。

實驗四：分光計

重點：分光計測三棱鏡頂角的原理。

難點：分光計的調(diào)節(jié)；偏心誤差和雙游標讀數(shù)。

實驗五：剛體轉(zhuǎn)動慣量的測定

重點：說明簡諧振動的周期和物體的慣性有關(guān)。

難點：明白簡諧振動的周期和物體的慣性有關(guān)，和擺動幅度無關(guān)，明白平行軸

定理。

實驗六：電橋測電阻

重點:理解電橋“平衡”的意義，掌握調(diào)節(jié)平衡的方法。

難點：電橋倍率的正確選擇，從高檔到低檔的漸進式調(diào)節(jié)原則。

實驗七：電位差計

重點：用電位差計校正電流表

難點：用電位差計測電流表的內(nèi)阻

實驗八：電表改裝

重點：電表的改裝原理

難點：改裝規(guī)律的總結(jié)

實驗九：示波器

重點：學(xué)會使用示波器和信號發(fā)生器。

難點：調(diào)節(jié)信號發(fā)生器；用示波器測量電壓。

6.3學(xué)時安排

緒論：5學(xué)時

實驗一：3學(xué)時

實驗二：3學(xué)時

實驗三：3學(xué)時

實驗四：3學(xué)時

實驗五：3學(xué)時

實驗六：3學(xué)時

實驗七：3學(xué)時

實驗八：3學(xué)時

實驗九：3學(xué)時

7.課程實施

7.1教學(xué)單元一：緒論

7.1.1教學(xué)日期

2-3周，周一，周二，周四

7.1.2教學(xué)目標

通過對實驗現(xiàn)象的觀察、分析和對物理量的測量，學(xué)習物理實驗知識和設(shè)計思想，

進一步加深對理論課程的理解，培養(yǎng)學(xué)生從事科學(xué)實驗的初步能力，培養(yǎng)學(xué)生勇于探

索和鉆研精神，通過數(shù)據(jù)處理的學(xué)習，能熟練靈活的處理好實驗數(shù)據(jù)。

7.1.3教學(xué)內(nèi)容（含重點、難點）

實驗物理的重點就是測量誤差與數(shù)據(jù)處理，本章的難點就是測量結(jié)果的評定和不

確定度。

7.1.4教學(xué)過程

1.向同學(xué)們強調(diào)實驗物理的重要性和培養(yǎng)學(xué)生的勇于探索的能力，并灌輸實驗物

理這門課程的目的。

2.開始教學(xué)，實驗報告的書寫，首先是預(yù)習報告，應(yīng)該預(yù)習哪些內(nèi)容，包括實驗

名稱、目的、主要儀器；原理簡述（主要公式、原理圖）；列出記錄數(shù)據(jù)表格。實驗

操作的要求：遵守實驗室規(guī)則；了解實驗儀器的使用及注意事項；仔細觀察和認真分

析實驗現(xiàn)象；如實記錄實驗數(shù)據(jù)和現(xiàn)象；用鋼筆或圓珠筆記錄數(shù)據(jù)，原始數(shù)據(jù)不得改

動，不能使用涂改液.整理儀器，清掃實驗室，經(jīng)指導(dǎo)教師同意，方可離開實驗室。

養(yǎng)成良好實驗習慣，做一個有素養(yǎng)的人。實驗報告的要求：寫實驗報告是對實驗全過

程進行總結(jié)和深入理解的一個重要步驟，必須認真完成報告上的每一項要求，特別是

數(shù)據(jù)處理和實驗總結(jié)、建議等部分內(nèi)容。書寫實驗報告時，要求努力做到字跡端正，

文句通順，數(shù)據(jù)記錄整潔，圖表正確，內(nèi)容簡明扼要。實驗報告應(yīng)在課堂實驗后獨立

完成，并在下次實驗時由班長統(tǒng)一收齊交該實驗的指導(dǎo)老師批閱；書寫實驗報告的內(nèi)

容：（1）實驗名稱；（2）實驗?zāi)康模唬?）主要實驗儀器設(shè)備（4）實驗原理（簡明

自敘，并附有必要的公式及原理圖）；（5）實驗步驟（按實際操作過程簡明敘述）；

（6）數(shù)據(jù)記錄與處理（實驗數(shù)據(jù)表格、數(shù)據(jù)處理主要過程、作圖及實驗結(jié)果）；（7）

實驗分析總結(jié)和建議；

3.實驗物理的重點就是測量誤差與數(shù)據(jù)處理。

測量、測量值、真值與誤差

系統(tǒng)誤差，由測量系統(tǒng)本身的缺陷產(chǎn)生，特點：在相同測量條件下保持確定性。

處理方法：改進測量系統(tǒng)或者修正測量結(jié)果。

隨機誤差，由測量中的隨機因素產(chǎn)生；特點：在相同測量條件下保持隨機性，服

從高斯正態(tài)分布律。處理方法：在相同測量條件下多次測量，用高斯正態(tài)分布律計算

測量值的最佳值和測量誤差。

按誤差表達形式分類：絕對誤差和相對誤差。

4.有效數(shù)字及其運算

有效數(shù)字：可靠數(shù)字與末尾保留的一個欠準數(shù)字

有效數(shù)字的位數(shù)：保證記錄數(shù)據(jù)為符合有效數(shù)字概念前提下,從左邊第一位不為

零的數(shù)字起,到末位的數(shù)字個數(shù)。例：2.36（三位）；0.024（二位）;0.208（三

位）;0,260（三位）。

測量值的有效數(shù)字不同于數(shù)學(xué)上的數(shù)。數(shù)學(xué)上,3.200=3.2，物理上,3.200

#3.2科學(xué)計數(shù)法中，數(shù)字部分是測量結(jié)果的有效數(shù)字，單位用10的不同幕次表

示。有效數(shù)字的修約規(guī)則：四舍六入五看右左。例：3.14459=3.14（三位），

314250010=3.143（四位）,314250=3.142（四位）3.143501=3.144（四位）。

有效數(shù)字的近似運算法則：（1）四則運算中，只有可靠數(shù)字與可靠數(shù)字之間的運

算結(jié)果是可靠數(shù)字。（2）欠準數(shù)字與準確數(shù)字（或欠準數(shù)字）運算,其結(jié)果為欠準數(shù)字。

（3）最后運算結(jié)果只保留最高數(shù)位上的一個可疑數(shù)字，多余的可疑數(shù)字用“四舍六入

五看右左”法則去掉。一般來說，加減運算中，結(jié)果有效數(shù)字的可疑數(shù)字位，與參加

運算的有效數(shù)字中可疑數(shù)字位最高的那個相同。例如，13.2+5.155-3.31?

15.0,乘除運算中，結(jié)果有效數(shù)字的個數(shù)，與參加運算的有效數(shù)字中個數(shù)最少的那

個相同。例如，15.64X0.012+0.0375?5.0。多個有效數(shù)字參加運算時，中

間運算結(jié)果可多保留欠準數(shù)字，但最后運算結(jié)果只能保留一個欠準數(shù)字。當然，最后

結(jié)果用不確定度確定測量值有效數(shù)字的個數(shù)才是最科學(xué)的方法！

5.本章的難點就是測量結(jié)果的評定和不確定度。

概念：不確定度U是由于測量誤差存在而對被測量值不能確定的程度。

意義：是一定置信概率下的誤差限值，反映了可能存在的誤差分布范圍，即測量

結(jié)果代表被測量的程度，可以表示出測量結(jié)果的性質(zhì)和測量的質(zhì)量。

分類：A類不確定度，本課程對A類不確定度作簡化處理為：

B類不確定度，不能用統(tǒng)計學(xué)方法估算；一般指系統(tǒng)誤差。"=入代

合成不確定度：從系統(tǒng)誤差和隨機誤差等方面綜合考慮，u

U

27=^x100%

相對不確定度：x。

.=it孚）"4）2+（箋）2（%>+（箏）2（⑷2+…

1治》包間接測量的不確定度：設(shè)：待

測量與各直接測量之間有函數(shù)關(guān)系，如下：曾=?（%乂2,…），則：待測量的平均值:

…），待測量的不確定度：

6.注意，每次數(shù)據(jù)處理基本上都要用到

x=x±Z7（單位）

,:UX100%

測量結(jié)果表示：

7.有效數(shù)字字位的保留。

（1）約定不確定度值U只取一個不為零的數(shù)字。多余的數(shù)字采用進位的方法去

掉。例如，U=0.0031mm?0.004mm

（2）x=I士。中，3的數(shù)值中只保留一個受誤差影響的數(shù)字，所在的數(shù)位與U

中不為零的數(shù)字所在的數(shù)位相同。多余的數(shù)字用“四舍六入五看右左”方法去掉。

（3）約定最終結(jié)果的相對不確定度一般小于1%,保留一個有效數(shù)字；大于等于

1%,保留2位有效數(shù)字，多余的數(shù)字采用進位的方法去掉。

7.1.5教學(xué)方法

采用理論教學(xué)模式，大概50-60個人為一個組合班，采用多媒體教學(xué)，會準備一

些必要的長度測量儀器，讓同學(xué)們對后期的測量有一個大致的輪廓和了解。

7.1.6作業(yè)安排及課后反思

會安排一些例題，測量好數(shù)據(jù)，回去以后，按照課堂上的講解，進行完整而正確

的數(shù)據(jù)處理。

7.1.7課前準備情況及其他相關(guān)特殊要求

需要對實驗緒論部分做相應(yīng)的預(yù)習，了解基本概念和大致的講解思路。

7.1.8參考資料（具體到哪一章節(jié)或頁碼）

參考資料：《大學(xué)物理實驗》，作者：向必純；四川：西南交通大學(xué)出版社，2012

第1頁到第29頁

7.2教學(xué)單元二：等厚干涉牛頓環(huán)

7.2.1教學(xué)日期

4T3周，周一，周二，周四

7.2.2教學(xué)目標o

（1）觀察干涉現(xiàn)象，并用以測定平凸透鏡的曲率半徑光T7\先

（2）熟悉讀數(shù)顯微鏡的結(jié)構(gòu)，掌握其使用方法

.......R-5\

7.2.3教學(xué)內(nèi)容（含重點、難點）\

（1）調(diào)整實驗裝置—2T—\

（2）觀察干涉條紋的分布特征I

（3）測量平凸透鏡的曲率半徑k-----

7.2.4教學(xué)過程

如圖1所示，將一塊曲率半徑較大的平凸透鏡的凸面放在一平的

面玻璃板上，就組成了一個牛頓環(huán)裝置，在透鏡的凸表面與平面玻

璃板的上表面之間，形成了一個空氣薄層，在以接觸點。為中心的

任一圓周上，空氣層的厚度都相等.這樣，如果有以波長為4的單色光垂直入射時，則

空氣薄層的上邊緣面所反射的光和下邊緣面所反射的光之間就有了光程差，因此發(fā)生干

涉現(xiàn)象.光程差相等的地方就是以。點為中心的同心圓，因此干涉條紋也就是一組以〃

點為中心的同心圓，稱為牛頓環(huán).

設(shè)平凸透鏡的曲率半徑為此距接觸點。半徑為r的圓周上一點〃處的空氣層厚度

為6,對應(yīng)于〃點產(chǎn)生的干涉所形成的暗條紋的條件為

2<5+-=(2^+1)-

22,仁0、1、2…(1)

圖1

由圖1的幾何關(guān)系可看出

爐=戶+（五一磔？=戶+爐一2氏3+相(2)

由于K>>3,上式中矛略去，故

(3)

將5值代入式（1）,化簡

r1=kAR(4)

由式（4）可知，如果已知單色光的波長力，又能測出各暗條

紋的半徑r,就可算出曲率半徑A.反之，如果知道A,測

出r,亦可算出單色光的波長人

在實際測量時，由于牛頓環(huán)的級數(shù)4和中心不易確定，

可將式（4）變?yōu)槿缦滦问?/p>

R_黑一氏

4搐4（5）

圖2

式中，ZU和2分別為在切級和4級暗環(huán)的直徑（如圖2）,從式（5）可知，只要求出所

測各環(huán)的環(huán)數(shù)差餌而無須確定各環(huán)的級數(shù)，不必確定圓環(huán)的中心，避免了實驗中圓心不

易確定的困難.

【實驗內(nèi)容】

1調(diào)整實驗裝置

（1）調(diào)節(jié)牛頓環(huán)儀上的三個螺釘，用眼睛直接觀察，使干涉條紋成圓形并處在牛頓

環(huán)儀的中心.注意平凸透鏡和玻璃板不能擠壓過緊，以免損壞牛頓環(huán)儀.

⑵將牛頓環(huán)儀置于顯微鏡筒下方（如圖3）,開啟鈉光燈源，調(diào)節(jié)顯微鏡座架的高度,

使套在顯微鏡鏡頭上45°的反射鏡"與鈉光燈等高.

⑶調(diào)節(jié)目鏡，使十字叉絲清晰，調(diào)節(jié)反射鏡也使顯微鏡下視場黃光均勻.

⑷調(diào)節(jié)調(diào)焦旋鈕對牛頓環(huán)聚焦，使干涉條紋清晰.調(diào)節(jié)時，顯微鏡筒應(yīng)自下而上

緩慢移動，直到在目鏡中看清干涉條紋止（不要自上而下調(diào)，以免損壞儀器），并適當移

動牛頓環(huán)儀，使牛頓環(huán)圓心處在視場中央.

2觀察干涉條紋的分布特征

觀察牛頓環(huán)條紋的粗細和形狀，間距是否相等，并從理論上做出解釋，觀察牛頓環(huán)

中心是亮斑還是暗斑.

■圖3

ll1、目鏡；2、鏡筒；3、

調(diào)焦手輪；

4、柱；5、橫桿；6、測微刻度輪;7、物鏡;

3測量平凸透鏡的曲率半徑

⑴調(diào)節(jié)目鏡鏡筒，使一根十字

叉絲與顯微鏡移動方向垂直，保持這條叉

絲與干涉條紋相切，另一根水平叉絲則和

顯微鏡移動方向一致，以便觀察和測量條紋的直徑.

⑵旋轉(zhuǎn)顯微鏡的鼓輪，使十字叉絲由牛頓環(huán)中央緩慢向左移動到32環(huán)，然后單方

向向右移動，測出顯微鏡的叉絲與各條紋相切的讀數(shù)兒,感，……，小,d",的讀數(shù).然

后繼續(xù)向右移動，經(jīng)過環(huán)的中心，到另一邊繼續(xù)向右測出4'，兒'，……，各'，

則第〃級條紋的直徑a=口"一引（〃'指環(huán)中心另一邊的讀數(shù)），測量時應(yīng)注意回程差.

⑶用逐差法，將〃值分為兩組，一組為k+m,另一組為左，將數(shù)據(jù)填入表1中

【數(shù)據(jù)記錄與處理］

環(huán)級k+m30292827262524232221

環(huán)的位置左

（mm）右

直徑(mm)

環(huán)級k20191817161514131211

環(huán)的位置左

(mm)右

直徑4(mm)

22

DIs-&&(mm)

△(*&)

(mm')

表14=589.3加《

DL-D^=(mm2)

△(*比)=W)

4/2(mm)

誨=△(/畜—瓦)=

4M4(mm)

實驗結(jié)果：

R=R+LR=±(mm)

7.2.5教學(xué)方法

講授法，演示法與實驗法

7.2.6作業(yè)安排及課后反思

(1)什么是光的干涉？產(chǎn)生光的干涉現(xiàn)象的條件是什么？

(2)觀察牛頓環(huán)為什么選用鈉光燈作光源？若用白光照射將如何？

(3)本實驗處理數(shù)據(jù)時，為什么要用逐差法？用算術(shù)平均法行嗎？為什么？

(4)使用讀數(shù)顯微鏡進行測量時，手輪為什么必須向一個方向旋轉(zhuǎn)，中途不可倒

退？

(5)使用讀數(shù)顯微鏡進行測量時，為什么讀數(shù)顯微鏡鏡筒必須自下而上移動？

7.2.7課前準備情況及其他相關(guān)特殊要求

復(fù)習光學(xué)部分相關(guān)知識

7.2.8參考資料（具體到哪一章節(jié)或頁碼）

《大學(xué)物理實驗》P224：第七章實驗31

7.3教學(xué)單元三：密度測定

7.3.1教學(xué)日期

4T3周，周一，周二，周四

7.3.2教學(xué)目標

讓學(xué)生們了解什么是物體的密度，特別強調(diào)如何測量固體的密度，包括大于水的

密度的和小于水的密度的固體，如何使用流體靜力稱衡法測定密度。掌握天平的使用。

7.3.3教學(xué)內(nèi)容（含重點、難點）

重點：掌握如何使用流體靜力稱衡法測定密度，如何稱量固體密度。

難點：如何稱量小于水的密度的固體，如何調(diào)整天平，如何使用天平。

7.3.4教學(xué)過程

1.了解稱量固體密度的方法。密度是物質(zhì)的基本特性之一，表示單位體積中所含

物質(zhì)的多少，它與物質(zhì)的結(jié)構(gòu)及純度等有關(guān)。密度測定研究在工作及科研等領(lǐng)域有著

廣泛的應(yīng)用，如工業(yè)上常用來作原料成分的分析和純度的鑒定。測量密度實驗方法有

多種類型，如用流體靜力稱衡法、流體靜力天平測量法、比重瓶法、浮計測定法等。

本實驗是用流體靜力稱衡法測定密度。

2.實驗?zāi)康模簩W(xué)習用流體靜力稱衡法測定不規(guī)則固體密度；掌握天平的使用方法

及操作規(guī)程；用不確定度方法分析測量結(jié)果。

3.實驗儀器及實驗原理：

實驗儀器：物理天平、待測物、線繩、燒杯、水。

_m

實驗原理：根據(jù)物質(zhì)密度定義，確定質(zhì)量和體積之間的關(guān)系為"一:，對于形狀

規(guī)則及密度均勻的物體，只要測定質(zhì)量和體積就可求得。但對于不規(guī)則形狀物體，常

采用流體靜力稱衡法間接地測出物體，是比較方便的。

（1）固體物體密度大于水的密度

根據(jù)阿基米德原理，物體在液體中所受的浮力等于它所排開液體重量。將待測物

體分別放在空氣和液體中稱衡，分別得到物體在空氣中的重量為%=ng,全部浸入

液體中的視重為%=%g,則物體所受的浮力為：式中％和%是待

測物體在空氣中及全浸入水中稱衡時相應(yīng)的天平祛碼質(zhì)量。浸在液體中的物體要受到

向上的浮力，浮力的大小等于所排開液體的質(zhì)量與重力加速度的乘積，即：尸=/迎，

P=———A

期中自為液體密度。并經(jīng)整理得到：的一的，用靜力稱衡法測定物體的密度,

經(jīng)上述分析，最終轉(zhuǎn)化為質(zhì)量的測量。

（2）固體物體密度小于水的密度：

如果待測物體的密度小于液體的密度，用上述方法待測物體無法浸入在水中，這

時可將另一重物用細繩懸掛在待測物體下面，先將重物浸沒水中而使待測物體露在液

面之上，用天平稱衡，相應(yīng)的質(zhì)量為強，再將待測物體連同重物全部浸沒在水中用

天平稱衡，相應(yīng)的質(zhì)量為強，則物體在液體中所受浮力為囚=（也一通鬼。

tfW

根據(jù)EM懸迎，可得A，此時物體的密度為方^一%，期中，冽

為待測物體在空氣中的質(zhì)量。

4.天平的維護及使用方法。

CD天平的負載量不得超過其最大稱量值，以免損壞刀口或橫梁；

（2）為了避免刀口受沖擊而損壞，在取放物體、取放祛碼、調(diào)節(jié)平衡螺母以及

不使用天平時，都必須使天平制動。只有在判斷天平是否平衡時才將天平啟動。天平

啟動或制動時，旋轉(zhuǎn)制動旋鈕動作要輕；

（3）祛碼不能用手直接取拿，只能用鏡子間接挾取。從秤盤上取下后應(yīng)立即放

入祛碼盒中；

（4）天平的各部分以及祛碼都要防銹、防腐蝕，高溫物體以及有腐蝕性的化學(xué)

藥品不得直接放在盤內(nèi)稱量；

（5）稱量完畢將制動旋鈕左旋轉(zhuǎn)，放下橫梁，保護刀口。

5.得到原始數(shù)據(jù)以后，回去根據(jù)緒論課所講內(nèi)容進行數(shù)據(jù)處理。

7.3.5教學(xué)方法

先通過理論講解如何測量固體的密度，包括大于水的密度的固體和小于水的密度

的固體。然后，講解天平的使用方法，最后，通過一臺實驗儀器的演示，讓同學(xué)們更

直觀的認識天平，更好的掌握測量固體密度的方法。

7.3.6作業(yè)安排及課后反思

作業(yè)安排：下課以后，請自行處理原始數(shù)據(jù)，進行不確定度的求解，每個人的數(shù)

據(jù)都不一樣，請每位同學(xué)都按照緒論課的內(nèi)容進行數(shù)據(jù)處理。并且思考，得到的數(shù)據(jù)

和真實數(shù)據(jù)之間的差距有多少，是什么造成這樣的差距的，可以避免，還是不能避免,

寫出理由。

7.3.7課前準備情況及其他相關(guān)特殊要求

課前請預(yù)習固體密度的測定，進入實驗室以后，請不要隨意的拆卸儀器和工具。

7.3.8參考資料

參考資料：《大學(xué)物理實驗》，作者：向必純；四川：西南交通大學(xué)出版社，2012

第78頁到第83頁

7.4教學(xué)單元四：表面張力毛細管法

7.4.1教學(xué)日期

4T3周，周一,周二，周四

7.4.2教學(xué)目標

學(xué)習用毛細管升高法測液體表面張力系數(shù)的原理和方法，并掌握用讀數(shù)顯微鏡測

量微小長度。

7.4.3教學(xué)內(nèi)容（含重點、難點）

毛細管升高法測水的表面張力系數(shù)的原理和方法，利用顯微鏡去進行測量讀數(shù)。

7.4.4教學(xué)過程

液體的表面，由于表面層內(nèi)分子的作用，存在一定的張力，正是這種表面張力的

存在，液體的表面就如緊張的彈性薄膜，有收縮的趨勢。液體的許多現(xiàn)象與表面張力

有關(guān)，如毛細現(xiàn)象、浸潤現(xiàn)象和泡沫的形成等。測液體表面張力系數(shù)方法有多種，本

實驗采用的是毛細管升高法。

實驗?zāi)康?/p>

學(xué)習用毛細管法測量液體表面張力系數(shù)；

掌握讀數(shù)顯微鏡的使用方法。

實驗儀器

讀數(shù)顯微鏡，毛細管，燒杯，溫度計

實驗原理

當液體和固體接觸時，若固體和液體分子之間的吸引力大于液體分子間的吸引力，

液體就會沿固體表面擴張，形成薄膜附著在固體上，這種現(xiàn)象稱為浸潤。反之，若固

體和液體分子間的吸引力小于液體分子間的吸引力，則液體不會在固體表面擴張，這

種現(xiàn)象稱為不浸潤。在液體和固體接觸時，液體表面的切線與固體表面的切線在液體

內(nèi)部所成的角度/稱為接觸角，如圖15-1。*角為銳時，屬于浸潤情況；*=0時，稱

為完全浸濕；a為鈍角時，屬于不浸潤情況；〃時，稱為完全不浸潤。浸潤與否取

決于液體、固體的性質(zhì)。如純水能完全浸潤結(jié)晶的玻璃，但不能浸潤石蠟。水銀不能

浸潤玻璃，但能浸潤干凈的銅、鐵等。

者綜合作用的結(jié)果，水面最后就平衡在一定位置，形成一個凹面，稱彎月面。若完全

浸潤，凹面上周沿恰與管壁相切，水面可近似地看成半徑為r（即毛細管內(nèi)半徑）的半

球面，如圖15-2。設(shè)平衡時水柱高度為3管內(nèi)水柱在鉛直方向受到四個外力的作用:

液柱上端的大氣對它施加的向下的壓力兀；液柱下端的液體對它施加的向上的壓力

A；沿管壁的表面張力尸，方向向上；液柱自身的重力憶液柱下端與管外水面等高,

其壓強也為大氣壓強，故，九二篩，可見管內(nèi)水柱的平衡條件為斤=的；

i

2zrra=7xrpgh(15-1)

所以，水的表面張力系數(shù)圖15-2

a=-pghr

(15-2)

式中"為水的密度，8為重力加速度。測量時是以管中凹面最低點（A點）到管外平

液面（如C點）的高度為3而在此高度以上凹面周圍還有少量的水。因為可以將毛細

管中的凹面看成半球面，所以凹面周圍的水的體積等于

7Tr2r-—?—TTr3=—7Tr3

233（15-3）

￡￡

即，等于管中高為丁的水柱的體積。因此，上述討論中的〃值，應(yīng)增加丁的修正

值。于是式（15-2）成為

在此，我們假定毛細管外的水面是無限廣延的。但實際上毛細管總在一個盛水的

器皿中，由于器皿中水的表面張力的影響，可等

效地認為下端面還受到一個方向向下而數(shù)值較小的附加力尸。

如外半徑為『的毛細管插在一個內(nèi)半徑為R圓心器皿的中心軸處，則

v[(2R)；_(2r')']/4''—R-r

(15-5)

因而實測到的〃值就比理想的情況稍小一些，這樣式（15-4）可修正為

221-r/(R-r)(15-6)

7.4.5教學(xué)方法

介紹儀器讀數(shù)顯微鏡的原理、讀數(shù)方法和使用注意事項，接下來是演示一遍操作

過程，最后就是學(xué)生自己動手操作，觀察學(xué)生的動手操作能力。

7.4.6作業(yè)安排及課后反思

強調(diào)課下獨立完成數(shù)據(jù)處理，分析誤差產(chǎn)生的原因及如何盡量減小誤差。

7.4.7課前準備情況及其他相關(guān)特殊要求

要求同學(xué)們課前必須根據(jù)教材進行預(yù)習，了解儀器的性能及使用注意事項，如果

某同學(xué)沒有預(yù)習則不能進行本次實驗。

7.4.8參考資料（具體到哪一章節(jié)或頁碼）

《大學(xué)物理實驗》，作者：向必純；四川：西南交通大學(xué)出版社，P101T03頁。

7.5教學(xué)單元五：分光計

7.5.1教學(xué)日期

4T3周，周一，周二，周四

7.5.2教學(xué)目標

1、了解分光計的結(jié)構(gòu)和工作原理，學(xué)會調(diào)整分光計。

2、利用分光計測量三棱鏡的頂角。

7.5.3教學(xué)內(nèi)容（含重點、難點）

重點：分光計測三棱鏡頂角的原理。

難點：分光計的調(diào)節(jié)；偏心誤差和雙游標讀數(shù)。

7.5.4教學(xué)過程

1、課前檢查整理儀器

2、請學(xué)生簽到并打預(yù)習分

3、給學(xué)生分組

4、實驗原理講解

圖一所示的正三角形表示一正三棱鏡的主截面（即垂直于兩光學(xué)面的平面）。AB、

AC是三棱鏡的兩光學(xué)面，稱為折射面，底面BC為毛玻璃面，角A是三棱鏡頂角。一

束平行光由頂角方向射入，在兩學(xué)光面上分成兩束反射光，測出兩束反射光之間的夾

角”，則可證明有如下結(jié)論成立

(1)

證明：在圖二中，過A點的虛線為頂角A的平分線，由對稱性可知

A=

2

Zl=-A

2

/5=?

vZl=Z2=Z4=Z3

KZ5=Z1+Z3

,-.Z5