《普通物理實驗2》課程教學(xué)大綱

《普通物理實驗2》教學(xué)大綱課程名稱：普通物理實驗(2)英文名稱：GeneralPhysicsExperiment(2)課程編號：F047093571學(xué)分：2學(xué)分總學(xué)時/課內(nèi)實踐學(xué)時：64/41課程性質(zhì)：必修課程開課單位：數(shù)理科學(xué)與工程學(xué)院應(yīng)用物理系適應(yīng)對象：應(yīng)用物理學(xué)課程簡介普通物理實驗課是對對物理專業(yè)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)實驗基本訓(xùn)練的必修基礎(chǔ)課程，是學(xué)生接受系統(tǒng)實驗方法和實驗技能的開端。課程內(nèi)容涉及力學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)等相關(guān)的實驗，覆蓋面廣，為學(xué)生提供豐富的實驗思想、方法、手段，是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)實驗?zāi)芰?、提高科學(xué)素質(zhì)的重要基礎(chǔ)。普通物理實驗課在培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、活躍的創(chuàng)新意識、理論聯(lián)系實際和適應(yīng)科技發(fā)展的綜合應(yīng)用能力等方面具有其他實踐類課程不可替代的作用。TheGeneralPhysicsExperimentcourseisacompulsorybasiccoursethatprovidesbasictraininginscientificexperimentsforstudentsmajoringinphysics.Itmarksthebeginningofstudents'acquisitionofsystematicexperimentalmethodsandskills.Thecoursecontentcoversexperimentsrelatedtomechanics,electromagnetism,optics,andotherfields,withawiderangeofcoverage.Itprovidesstudentswithrichexperimentalideas,methods,andmeans,servingasanimportantfoundationforcultivatingstudents'scientificexperimentalabilitiesandimprovingtheirscientificliteracy.TheGeneralPhysicsExperimentcourseplaysanirreplaceablerolecomparedtootherpracticalcoursesinfosteringstudents'rigorousacademicattitude,activeinnovativeawareness,abilitytointegratetheorywithpractice,andcomprehensiveapplicationcapabilitiestoadapttoscientificandtechnologicaldevelopment.課程目標(biāo)1.提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，培養(yǎng)理論聯(lián)系實際、實事求是的科學(xué)作風(fēng)，認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，積極主動的探索精神，樹立唯物主義世界觀、方法論和認(rèn)識論。2．通過觀測實驗現(xiàn)象、測量物理量，學(xué)習(xí)物理實驗基礎(chǔ)知識技能，運用理論指導(dǎo)實驗，分析解決實驗問題，從實踐中加深對理論知識的理解，掌握科技前沿動態(tài)，了解物理學(xué)在自然科學(xué)和工程技術(shù)中的應(yīng)用。3．正確使用儀器設(shè)備，獨立完成實驗內(nèi)容并撰寫報告。能夠融合實驗原理、設(shè)計思想、實驗方法和相關(guān)理論知識，對實驗結(jié)果進(jìn)行分析、判斷、歸納和綜合。掌握通過實驗研究物理現(xiàn)象和規(guī)律的基本方法，具備初步分析研究能力。在實驗中發(fā)現(xiàn)并分析問題，通過團(tuán)隊合作或自主思考學(xué)習(xí)解決問題的科學(xué)方法，逐步提高綜合運用所學(xué)知識技能解決實際問題的能力。1.Toenhancestudents'scientificliteracy,cultivateascientificstyleofintegratingtheorywithpracticeandseekingtruthfromfacts,fosteraseriousandrigorousscientificattitude,anactiveandproactivespiritofexploration,andestablishaworldview,methodology,andepistemologyofmaterialism.2.Throughobservingexperimentalphenomena,measuringphysicalquantities,learningthebasicknowledgeandskillsofphysicsexperiments,applyingtheoreticalguidancetoexperiments,analyzingandsolvingexperimentalproblems,deepeningtheunderstandingoftheoreticalknowledgefrompractice,graspingthedynamicsofscientificandtechnologicalfrontiers,andunderstandingtheapplicationofphysicsinnaturalsciencesandengineeringtechnologies.3.Tocorrectlyuseinstrumentsandequipment,independentlycompleteexperimentalcontentandwritereports.Studentswillbeabletointegrateexperimentalprinciples,designconcepts,experimentalmethods,andrelatedtheoreticalknowledgetoanalyze,judge,summarize,andsynthesizeexperimentalresults.Theywillmasterthebasicmethodsofstudyingphysicalphenomenaandlawsthroughexperiments,andpossesspreliminaryanalyticalandresearchabilities.Inexperiments,studentswillidentifyandanalyzeproblems,learnscientificmethodstosolveproblemsthroughteamworkorindependentthinking,andgraduallyimprovetheirabilitytocomprehensivelyapplyacquiredknowledgeandskillstosolvepracticalproblems.三、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求對應(yīng)關(guān)系本課程的課程目標(biāo)對應(yīng)用物理專業(yè)畢業(yè)要求指標(biāo)點的支撐情況如表1所示：表1課程目標(biāo)與畢業(yè)要求對應(yīng)關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點課程目標(biāo)畢業(yè)要求1：知識要求2畢業(yè)要求2：能力要求3畢業(yè)要求3：素質(zhì)要求1課程教學(xué)安排課程共有15項教學(xué)內(nèi)容，具體安排如下。表2：課程教學(xué)安排表序號教學(xué)內(nèi)容思政元素課堂教學(xué)學(xué)時實驗/實踐教學(xué)學(xué)時學(xué)時小計1緒論職業(yè)教育、愛國教育882聲速的測量科學(xué)精神培養(yǎng)1343薄透鏡焦距的測量科學(xué)精神培養(yǎng)1344光學(xué)實驗預(yù)備知識科學(xué)精神培養(yǎng)4045用光柵衍射測量光波波長創(chuàng)新教育1346用光分光計測量三棱鏡的折射率科學(xué)精神培養(yǎng)1347邁克爾遜干涉儀的調(diào)整和使用職業(yè)教育1348劈尖干涉科學(xué)精神培養(yǎng)1349光的衍射科學(xué)精神培養(yǎng)15610光的偏振科學(xué)精神培養(yǎng)15611硅光電池特性實驗培養(yǎng)學(xué)生愛國主義精神13412電的產(chǎn)生與傳輸原理科學(xué)精神培養(yǎng)15613亥姆霍茲線圈大國工匠精神156合計234164教學(xué)安排1.緒論教學(xué)要求：掌握數(shù)據(jù)處理的典型方法，掌握數(shù)據(jù)處理的基本要求，作圖的基本要求，不確定的評定。教學(xué)內(nèi)容：誤差的定義、分類和評價方法，系統(tǒng)誤差的來源和消除方法，直接測量和間接測量不確定度的簡化計算。重點難點：不確定度的計算思政元素：講授南方科技大學(xué)的物理學(xué)家薛其坤在科學(xué)實驗上精益求精、追求極致的精神，最終首次從實驗上驗證了量子反?；魻栃?yīng)的案例，借助此案例培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)精神，激發(fā)學(xué)生愛國情懷。2.聲速的測量教學(xué)要求：了解壓電換能器的功能，駐波及振動合成理論，掌握聲速測量的方法。教學(xué)內(nèi)容：示波器的使用，用駐波法、相位法、時差法測量聲波在空氣中的傳播速度。重點難點：駐波法、相位法、時差法3.薄透鏡焦距的測量教學(xué)要求：了解透鏡成像規(guī)律，掌握光路調(diào)整和焦距測量的方法。教學(xué)內(nèi)容：光學(xué)元件共軸等高調(diào)節(jié)技術(shù)，測量薄透鏡焦距的基本方法，透鏡成像規(guī)律。重點難點：測量薄透鏡焦距的基本方法4.光學(xué)實驗預(yù)備知識教學(xué)要求：掌握光學(xué)實驗基礎(chǔ)知識。教學(xué)內(nèi)容：光學(xué)常用基本儀器介紹及注意事項，光學(xué)實驗操作規(guī)程。重點難點：各種儀表的使用方法，光學(xué)安全操作知識。5.用光柵衍射測量光波波長教學(xué)要求：了解分光計構(gòu)造的基本原理，學(xué)習(xí)分光計的調(diào)整方法，掌握汞燈在可見光范圍內(nèi)幾條光譜線波長的測量方法。教學(xué)內(nèi)容：分光計的調(diào)整方法，用光柵測定汞燈光譜線的波長。重點難點：分光計的調(diào)節(jié)，測量汞燈譜線的衍射角。6.用光分光計測量三棱鏡的折射率教學(xué)要求：進(jìn)一步掌握分光計的調(diào)節(jié)方法，掌握測量三棱鏡頂角和最小偏向角的方法，測定三棱鏡對各色光的折射率。教學(xué)內(nèi)容：分光計的調(diào)節(jié)，最小偏向角的測量，三棱鏡折射率的計算。重點難點：最小偏向角的測量7.邁克爾遜干涉儀的調(diào)整和使用教學(xué)要求：了解邁克爾遜干涉儀的構(gòu)造原理，掌握儀器的調(diào)節(jié)方法，熟悉非定域干涉，等傾干涉、等厚干涉的特點及形成調(diào)節(jié)，掌握光波波長的測定方法。教學(xué)內(nèi)容：邁克爾干涉儀的調(diào)整，觀察非定域干涉條紋的變化及測定光波波長，觀察面光源的定域干涉。重點難點：邁克爾干涉儀的調(diào)整8.劈尖干涉教學(xué)要求：熟悉讀數(shù)顯微鏡的使用方法，觀察和研究等厚干涉現(xiàn)象及其特點，掌握干涉法測量微小直徑或厚度的方法。教學(xué)內(nèi)容：讀數(shù)顯微鏡的使用方法，用劈尖干涉測微小厚度或細(xì)絲的直徑。重點難點：用劈尖干涉測微小厚度或細(xì)絲直徑的方法9.硅光電池特性實驗教學(xué)要求：了解PN結(jié)的形成原理及其工作機(jī)理，掌握硅光電池的工作原理及其工作特性，了解LED發(fā)光二極管的驅(qū)動電流與輸出光功率的關(guān)系。教學(xué)內(nèi)容：硅光電池零偏和負(fù)偏時光電流與輸入光信號的關(guān)系，硅光電池輸出電壓與輸入光強(qiáng)度變化的關(guān)系，硅光電池伏安特性，硅光電池的頻率響應(yīng)。重點難點：PN結(jié)單向?qū)щ娫?0.光的衍射教學(xué)要求：利用仿真實驗演示光通過衍射屏上不同結(jié)構(gòu)發(fā)生夫瑯禾費衍射或菲涅爾衍射時，接收屏上衍射圖樣的變化。教學(xué)內(nèi)容：認(rèn)識光的衍射現(xiàn)象，區(qū)分夫瑯禾費衍射與菲涅爾衍射，并嘗試?yán)霉獾牟▌有越忉尠l(fā)生衍射的原理。了解單縫衍射的原理，了解衍射峰的位置隨波長和狹縫寬度的變化規(guī)律。觀察接收屏上的衍射圖樣與衍射屏上的形狀（小孔、狹縫等）之間的關(guān)系。觀察衍射圖樣對稱性與衍射屏上形狀對稱性的關(guān)系。重點難點：衍射峰的位置隨波長和狹縫寬度的變化規(guī)律。11.光的偏振教學(xué)要求：調(diào)節(jié)波片與偏振片的角度等參數(shù)，觀察偏振式3D電影是如何利用偏振光達(dá)到立體效果。教學(xué)內(nèi)容：理解是偏振光、線偏振光、圓偏振光、橢圓偏振光，了解偏振片、波片的基本原理，理解如何利用偏振光實現(xiàn)電影的立體效果。重點難點：偏振片、波片的基本原理。12.電的產(chǎn)生與傳輸原理教學(xué)要求：通過模擬發(fā)電、變電、輸電、配電和用電等設(shè)備系統(tǒng)，理解機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能、光能、熱能、機(jī)械能等人類生活所需要的各種能量。教學(xué)內(nèi)容：能量轉(zhuǎn)換的測量計算，發(fā)電機(jī)相關(guān)參數(shù)的測量與計算，變壓器相關(guān)參數(shù)的測量與計算，傳輸電纜損耗的測量與計算，用戶負(fù)載及功率因數(shù)的測量與計算。重點難點：能量轉(zhuǎn)換的測量計算。13.亥姆霍茲線圈教學(xué)要求：仿真模擬亥姆霍茲線圈的3D磁場分布，以及研究2D狀態(tài)下線圈半徑、間距、電流特性。使用畢奧薩法爾基本磁場計算公式，對線圈中的電流進(jìn)行三維積分計算。教學(xué)內(nèi)容：了解亥姆霍茲線圈的基本模型，建立勻強(qiáng)磁場，通電線圈的磁場分布等概念。學(xué)習(xí)工程應(yīng)用上設(shè)計亥姆霍茲線圈，設(shè)計勻強(qiáng)磁場區(qū)大小的方式方法。深刻理解應(yīng)用畢奧薩法爾定律計算線圈周邊磁場的方法，可對電流進(jìn)行積分計算。重點難點：應(yīng)用畢奧薩法爾定律計算線圈周邊磁場的方法。課內(nèi)實踐教學(xué)內(nèi)容及要求表3：課內(nèi)實踐教學(xué)內(nèi)容及要求序號教學(xué)類型教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求1實驗示波器的使用，用駐波法、相位法、時差法測量聲波在空氣中的傳播速度。了解壓電換能器的功能，駐波及振動合成理論，掌握聲速測量的方法。2實驗光學(xué)元件共軸等高調(diào)節(jié)技術(shù)，測量薄透鏡焦距的基本方法，透鏡成像規(guī)律。了解透鏡成像規(guī)律，光路調(diào)整和焦距測量的方法。3實驗分光計的調(diào)整方法，用光柵測定汞燈光譜線的波長。了解分光計構(gòu)造的基本原理，學(xué)習(xí)分光計的調(diào)整方法，掌握汞燈在可見光范圍內(nèi)幾條光譜線波長的測量方法。4實驗最小偏向角的測量，三棱鏡折射率的計算。進(jìn)一步掌握分光計的調(diào)節(jié)方法，掌握測量三棱鏡頂角和最小偏向角的方法，測定三棱鏡對各色光的折射率。5實驗邁克爾干涉儀的調(diào)整，觀察非定域干涉條紋的變化及測定光波波長，觀察面光源的定域干涉。了解邁克爾遜干涉儀的構(gòu)造原理，掌握儀器的調(diào)節(jié)方法，熟悉非定域干涉，等傾干涉、等厚干涉的特點及形成調(diào)節(jié)，掌握光波波長的測定方法。6實驗讀數(shù)顯微鏡的使用方法，用劈尖干涉測微小厚度或細(xì)絲的直徑。掌握讀數(shù)顯微鏡的使用方法，理解等厚干涉現(xiàn)象及其特點，掌握干涉法測量微小直徑或厚度的方法。7實驗硅光電池零偏和負(fù)偏時光電流與輸入光信號的關(guān)系，硅光電池輸出電壓與輸入光強(qiáng)度變化的關(guān)系，硅光電池伏安特性，硅光電池的頻率響應(yīng)。了解PN結(jié)的形成原理及其工作機(jī)理，掌握硅光電池的工作原理及其工作特性，了解LED發(fā)光二極管的驅(qū)動電流與輸出光功率的關(guān)系。8實驗利用仿真實驗演示光通過衍射屏上不同結(jié)構(gòu)發(fā)生夫瑯禾費衍射或菲涅爾衍射時，接收屏上衍射圖樣的變化。認(rèn)識光的衍射現(xiàn)象，區(qū)分夫瑯禾費衍射與菲涅爾衍射，并嘗試?yán)霉獾牟▌有越忉尠l(fā)生衍射的原理。了解單縫衍射的原理，了解衍射峰的位置隨波長和狹縫寬度的變化規(guī)律。觀察接收屏上的衍射圖樣與衍射屏上的形狀（小孔、狹縫等）之間的關(guān)系。觀察衍射圖樣對稱性與衍射