实验课程

课程编号：PY044067

课程名称：普通物理实验II                         英文名称：General Physical Experiments（II）

学分/学时：2/54                                      课程性质：必修

适用专业：应用物理学                              建议开设学期：第三学期

先修课程：力学、热学、电磁学、光学 开课单位：物理学院

一、课程的教学目标与任务

普通物理实验是应用物理学专业对学生进行科学实验基本训练而独立开设的一门必修课，是学生进入大学后接受系统实验技术训练的开端。该课程实验内容涉及力学、热学、电磁学、光学等领域，不仅内容充实，而且突出实验基本方法，强调实验设计性与研究性，为培养学生的实验设计和分析能力、自主学习能力和创新能力创造了条件。它在塑造学生严谨的治学态度、激发其活跃的创新意识、促进理论知识与实际应用的深度融合以及适应科技发展的综合应用能力等方面发挥着无可替代的关键作用。同时，为培养高素质创新型物理类人才奠定了坚实的基础。

二、课程具体内容及基本要求

1．通过对实验现象的观察、分析和对物理量的测量，学习物理实验知识，加深对物理学原理的理解。

2．培养与提高学生的科学实验能力。其中包括：

（1）能够通过阅读实验教材，作好实验前的准备工作；

（2）能够借助教材或仪器说明书正确使用常用仪器；

（3）能够运用物理学理论对实验现象进行初步分析判断；

（4）能够正确记录和处理实验数据，撰写合格的实验报告。

3．培养学生的科学实验素养。要求学生具有理论联系实际和实事求是的科学作风，严肃认真的工作态度，主动研究的探索精神，遵守纪律、团结协作和爱护公共财产的优良品德。

4．逐步学会观察实验现象、分析实验结果和排除一般性实验故障的能力。

5．能够运用所学知识与技能，进行开放性和研究性实验项目的能力。

本课程计划学时为54学时，本学期实验内容主要是综合性、设计性实验，同时引入大学生物理学术竞赛题目等研究性实验内容。开设的实验如下：

实验1 受迫振动与共振实验

（1）了解音叉振动系统在驱动力和阻尼力作用下的运动规律；

（2）学会用变量控制实验法研究振动系统的速度与其它相关量之间的关系；

（3）掌握绘制系统振动速度与驱动力频率关系曲线的方法，并从曲线求出共振频率和锐度；

（4）通过对音叉双臂振动与对称双臂质量关系的测量，研究音叉共振频率与附在音叉双臂一定位置上相同物块质量的关系。

实验2 固定均匀弦振动实验

（1）了解固定均匀弦振动传播的规律；

（2）观察固定弦振动传播时形成驻波的波形；

（3）测定均匀弦线上的横波传播速度。

实验3空气密度与气体普适常数测量实验

（1）学习真空泵的工作原理，用抽真空法测量环境空气的密度，并换算成干燥空气在标准状态下（0℃、1标准大气压）的数值，与标准状态下的理论值比较；

（2）从理想气体状态方程出发，推导出变压强下气体普适常数的表达式，利用逐次降压的方法测出气体压强与总质量的关系并作图，由直线拟合求得气体普适常数R，与理论值比较。

实验4 空气比热容比测定实验

（1）用绝热膨胀法测定空气的比热容比；

（2）观测热力学过程中状态变化及基本物理规律；

（3）学会使用标准指针式压力表对气体压力传感器进行定标；

（4）学习气体压力传感器和电流型集成温度传感器的原理及使用方法。

实验5空气流速测量实验

（1）了解空气流量计的结构与工作原理；

（2）掌握空气流速测量的方法；

（3）掌握空气流速测量数据分析的方法。

实验6良导体导热系数测量实验

（1）了解稳定流动法测定铜的导热系数基本原理，掌握其实验要点；

（2）了解液位控制器的控制原理及流速调节；

（3）测定铜样品热传导平稳时的四个温度值，用稳定流动法测定铜的导热系数。

实验7 不良导体导热系数测定实验

（1）了解热传导现象的物理过程；

（2）学习用物体散热速率求热传导速率的实验方法；

（3）学习温度传感器的使用方法。

实验8液体电导率测量实验

（1）了解盐溶液电导率与浓度和温度的变化规律；

（2）了解互感式液体电导率传感器的工作原理；

（3）测量室温时盐水饱和溶液的电导率；

（4）测量盐水溶液电导率与温度关系曲线。

实验9 椭圆偏振光光强测量实验

（1）观察光的偏振现象，了解光的偏振性质；

（2）掌握椭圆偏振光、圆偏振光的产生与检测；

（3）研究椭圆偏振光和圆偏振光的光强特征。

实验10 光纤传输光速测量实验

（1）学习光在光纤中光速的测量；

（2）掌握光纤长度测量方法；

（3）掌握光纤损耗的测量光纤损耗的测量方法；

（4）掌握用切断法测量光纤传输损耗的方法和技巧。

实验11 液体粘滞系数的测定实验（选做一种）

（1）了解黏度（粘滞系数）与雷诺数的科学原理；

（2）学习用落球法测定液体的粘滞系数的方法；

（3）学习用毛细法测定液体的粘滞系数的方法；

（3）掌握用作图外推法处理实验数据，求得无法实现或理想状态下的物理量。

实验12应变片特性及电子秤设计实验

（1）了解金属箔式应变片的应变效应和电桥的工作原理；

（2）了解单臂电桥、半桥、全桥的性能，并比较其灵敏度和非线性度；

（3）学习信号处理电路；

（4）设计电子秤系统。

实验13混沌电路原理及应用实验

（1）学会双踪示波器观测两个波形组成的相图；

（2）学习非线性电阻的伏安特性曲线测量方法；

（3）观察非线性电路振荡周期分岔现象和混沌现象；

（4）观察混沌同步波形；

（5）用混沌电路方式传输键控信号；

（6）学习用混沌电路方式实现传输信号的掩盖与解密的方法。

实验14透镜望远镜显微镜综合实验

（1）了解透镜作为光学元件在光学系统中的作用；

（2）掌握透镜焦距的测量原理；

（3）了解望远镜和显微镜的构造及其放大原理，并掌握其使用方法；

（4）了解视放大率的概念并掌握其测量方法。

实验15 红外物理特性及应用实验仪

（1）了解红外通信的原理及基本特性；

（2）了解部分材料的红外特性；

（3）学习红外发射管的伏安特性及电光转换特性；

（4）学习红外发射管的角度特性；

（5）学习红外接收管的伏安特性。

实验16音频信号光纤传感实验仪

（1）了解音频信号光纤传输系统的组成及选配各主要部件的原则；

（2）熟悉光纤传输系统中半导体电光/光电转换器件的基本性能及主要特性的测试方法；

（3）掌握如何在音频光纤传输系统中获得较好传输质量及其调试技能。

实验17 大学生物理学术竞赛题目（17选1）

（1）将理论知识与实际应用相结合，提高解决实际问题的能力；

（2）培养实验设计能力、动手实践能力及数据处理能力；

（3）培养创新思维，能够在未知领域中寻找新的科学规律和应用价值；

（4）激发对物理学和科学研究的兴趣和热情，培养科学精神。

三、教学安排及方式

本课程全部为实验操作，学生需选做共计54学时的实验内容，其中必须包含一个大学生物理学术竞赛课题作为研究性实验。本课程的教学方式是在教师指导下，学生独立进行实验，教学中提倡学生之间的讨论和交流。实验教学过程分为预习、操作和撰写实验报告共三个环节。

四、考核及成绩评定方式

本课程的最终考核结果为五等级制，以平时成绩（70％）与研究性实验成绩（30％）综合评定，获得最终总成绩。其中，平时成绩由每个实验的成绩平均所得：每个实验成绩满分100分。每个实验成绩由预习效果（10％）、实验素养及学习态度（10％）、实验操作（40％）和实验报告（40％）四部分组成；研究性成绩采用实验研究报告和PPT汇报的形式进行，满分100分。

研究性实验环节，学生从本年度大学生物理学术竞赛题目中任选一个题目开展研究性实验，并撰写实验研究报告和PPT汇报。从实验研究报告及汇报内容的完整性，理论的正确性、实验方案的合理性、实验仪器操作的正确性和规范性等方面进行评价。

课程总成绩90分及以上，评定为“优秀”；80分到90分，评定为“良好”；70分到80分，评定为“合格”；60分到70分，评定为“通过”；60分以下，评定为“不及格”。

五、教材及参考书目

教材：

自编教材《普通物理实验》（待出版），由老师提供给学生电子版。

参考书目：

1、《力学》，漆安慎,杜婵英原著，高等教育出版社。

2、《热学》，秦允豪主编，高等教育出版社。

3、《电磁学》，赵凯华,陈熙谋主编，高等教育出版社。

4、《光学教程》，姚启钧原著，高等教育出版社。

六、说明

（一）与相关课程的分工衔接

1、该课程之前，学生应先修《力学》、《热学》、《电磁学》、《光学》等课程。

2、学生应该具备高等数学微积分的基本知识，以及概率论和数理统计的基本概念，具备基本的电路知识。

（二）其他说明

无

（执笔人：卢芳 审核人：吴兴林）