课程简介

《普物实验I》作为实践教学课程，针对物理学和材料物理专业本科生开设。“普物实验”是“普通物理实验”的简称，本课程为《普物实验》系列实验课程的第一门，与高中物理实验相衔接，教学内容主要为普通物理实验中力学和热学部分的基础性实验和综合设计性实验。通过本门课程的学习，能够充分认识到实验在物理学习中的重要地位，并在物理实验的基本知识、基本方法、基本技能等方面受到较为系统的训练，掌握基础物理实验仪器的正确使用方法，加深对物理学基本概念与基本规律的理解和掌握，养成一丝不苟、实事求是的科学态度，培养良好的科学素质、创新精神和实践能力，为后继实验课程的学习、专业工作的开展奠定扎实的实践基础。

课程目标

通过本课程理论及实践知识的学习，学生能达到以下目标：

课程目标1：能够通过实验操作对普通物理学理论知识、基本概念和基本原理有更深入的理解；掌握普通物理实验中的基本研究方法；掌握实验误差分析和不确定度评定的基本方法，正确运用有效数字；掌握常用实验数据处理分析方法；了解物理实验的安全防护知识。

课程目标2：掌握常用基本物理实验仪器的原理和性能，及其正确的使用、调节和读数方法；能够按实验需求选择适当的测量仪器设备，设计比较合理的实验方案；能够对简单物理问题进行分析和解决，具有良好的科学素养和基础的科学研究创新能力。

课程目标3：理解普通物理实验中的育人价值，具备良好的实验习惯和严谨的科学作风，树立实事求是的科学态度和学术道德。

课程目标4：强化团队协同合作精神，具有良好的人际沟通交流能力，能够以小组为单位完成既定实验任务。

教学内容、重难点和课时安排

（一）教学内容

实验项目与课程目标支撑关系总表

实验项目1  物理实验绪论及实验室安全教育（支撑课程目标1、2；3学时）

实验内容：

（1）物理实验课的任务与重要性；

（2）实验室规章制度及各实验室简介；

（3）实验室安全的重要性；

（4）物理实验室主要的危险源；

（5）实验室安全制度与标识；

（6）常见实验事故应急处理方法。

实验类别：基础型。

基本要求：

（1）认识“大学物理实验”课程的重要性，掌握“大学物理实验”课程学习的基本环节，了解“大学物理实验”课程的基本学习内容与具体考核要求；

（2）了解实验室的规章制度，了解普通物理各实验室的基本情况；

（3）了解物理实验的安全防护知识。

实验项目2  实验误差理论（支撑课程目标1、2；3学时）

实验内容：

（1）实验误差的概念及分类；

（2）实验结果不确定度的评定方法；

（3）有效数字的概念及处理方法；

（4）常用实验数据处理方法。

实验类别：基础型。

基本要求：

（1）掌握实验误差分析和不确定度评定的基本方法，正确运用有效数字；

（2）掌握常用的实验数据处理分析方法。

实验项目3  长度测量（支撑课程目标1、2、3、4；3学时）

实验内容

（1）使用钢尺测量金属板的长度，计算其不确定度；

（2）使用螺旋测微器测量小钢球的直径，计算其体积及其不确定度；

（3）使用游标卡尺测量金属圆环的外径、内径和厚度，计算其体积及其不确定度。

实验类别：基础型。

基本要求：

（1）初步掌握基本仪器的结构，了解长度测量仪器的精度和读数；

（2）掌握钢尺、游标卡尺、螺旋测微器的使用方法；

（3）了解有效数字、误差和不确定度的概念，能够根据测量要求选择测量仪器，并初步掌握测量结果不确定度的评定方法。

实验项目4  单摆测重力加速度（支撑课程目标1、2、3、4；3学时）

实验内容

（1）用单摆装置测定本地的重力加速度；

（2）计算重力加速度的不确定度；

（3）验证大摆角条件下单摆的周期公式。

实验类别：基础型。

基本要求：

（1）熟练掌握米尺、游标卡尺及秒表的使用方法；

（2）掌握利用单摆测重力加速度的方法；

（3）掌握重力加速度不确定的计算及分析方法。

实验项目5  物质密度的测量（支撑课程目标1、2、3、4；3学时）

实验内容

（1）用静力称衡法测密度大于水的固体(铜块或铝块)的密度，计算其不确定度；

（2）用静力称衡法测液体(食盐水)的密度，计算其不确定度；

（3）用比重瓶法测液体(食盐水)的密度，计算其不确定度。

实验类别：基础型。

基本要求：

（1）熟练掌握物理天平的调整与使用；

（2）掌握流体静力称衡法测量固体和液体密度的原理，并了解其中的实验设计思想；

（3）掌握使用比重瓶法测定液体的密度，并了解其中的实验设计思想；

实验项目6  弦振动的研究（支撑课程目标1、2、3、4；3学时）

实验内容

（1）测定驻波在弦线上的速度；

（2）测定弦线的线密度；

（3）确定波长与张力的函数关系；

（4）确定频率与驻波数目的函数关系。

实验类别：基础型。

基本要求：

（1）掌握弦线上驻波的产生原理及实验现象；

（2）掌握驻波波速及弦线的线密度的测定方法。

（3）掌握最小二乘法及图形的数据拟合。

实验项目7  混合法测定金属比热容（支撑课程目标1、2、3、4；3学时）

实验内容

（1）用混合法测金属块(铜块和铝块)的比热容；

（2）计算所测金属块比热容的不确定度。

实验类别：基础型。

基本要求：

（1）掌握用混合法测定物质的比热容的原理，并了解该实验的设计思想；

（2）了解冷却法测定金属比热容的实验原理及其操作步骤；

（3）掌握量热器、温度计等实验仪器的正确使用方法;

（4）会用混合法测量不同物体的比热容，并进行误差分析。

实验项目8  拉脱法测定液体表面张力（支撑课程目标1、2、3、4；3学时）

实验内容

（1）对力敏传感器进行定标；

（2）利用拉脱法测定室温条件下蒸馏水的表面张力。

实验类别：基础型。

基本要求：

（1）掌握传感器的定标方法；

（2）了解拉脱法测液体表面张力的物理过程和物理现象；

（3）掌握逐差法处理数据的方法。

实验项目9  落球法测定液体的黏度（支撑课程目标1、2、3、4；3学时）

实验内容

（1）利用落球法测定室温下蓖麻油的黏度；；

（2）计算室温下蓖麻油黏度的标准值，分析实验误差。

实验类别：基础型。

基本要求：

（1）掌握用落球法测定液体黏度的方法；

（2）学习雷诺数与斯托克斯公式的修正方法。

 实验项目10  拉伸法测定金属丝的杨氏模量（支撑课程目标1、2、3、4；3学时）

实验内容

（1）利用读数显微镜测定钢丝的微小形变；

（2）测定钢丝的杨氏模量；

（3）计算杨氏模量的不确定度。

实验类别：基础型。

基本要求：

（1）掌握杨氏模量的物理意义及测定方法；

（2）掌握读数显微镜的使用方法；

（3）熟练应用逐差法处理数据。

实验项目11 气垫导轨上研究动量和能量（支撑课程目标1、2、3、4；3学时）

实验内容

（1）安装并调节气垫导轨；

（2）在完全弹性碰撞中验证动量守恒和动能守恒；

（3）在完全非弹性碰撞中验证动量守恒并计算动能损耗率。

实验类别：基础型。

基本要求：

（1）熟悉气垫导轨的构造，掌握其调整和使用方法；

（2）掌握使用通用计数器测量时间的方法；

（3）掌握测量运动物体速度和加速度的方法；

（4）掌握验证性实验的数据处理原则。

实验项目12  切变模量的测定（支撑课程目标1、2、3、4；3学时）

实验内容

（1）利用周期法测定钢丝的切变模量；

（2）计算切变模量的不确定度。

实验类别：基础型。

基本要求：

（1）了解扭摆装置的组成及摆动原理；

（2）掌握切变模量的物理意义及测定方法；

（3）掌握辅助物体法及其应用。

实验项目13  惯性秤（支撑课程目标1、2、3、4；3学时）

实验内容

（1）对惯性秤进行定标；

（2）分别使用图示法和最小二次法测定待测物的质量；

（3）考察重力对惯性秤的影响。

实验类别：基础型。

基本要求：

（1）了解惯性秤的构造并掌握其测量惯性质量的方法；

（2）测定物体的惯性质量，加深对惯性质量和引力质量的理解；

（3）研究重力对惯性秤的影响。

实验项目14  电热法测热功当量（支撑课程目标1、2、3； 3学时）

实验内容

（1）测定相关物理量，连接电路，进行升温过程，记录温度变化；

（2）断开电源，进行降温过程，记录温度变化；

（3）分析实验数据并进行散热修正；

（4）计算修正前后的热功当量及其相对误差。

实验类别：综合设计。

基本要求

（1）掌握电热法测热功当量的实验原理；

（2）熟练运用相关实验仪器，如物理天平、停表等；

（3）能自行设计实验步骤并测定热功当量；

（4）学习散热修正的方法进行温度修正。

实验项目15  测定空气的比热容比（支撑课程目标1、2、3； 3学时）

实验内容

（1）按照电路图连接好实验仪器，并进行预热和调节；

（2）利用福丁气压计测量大气压强；

（3）按照既定实验步骤多次测定空气的比热容比。

实验类别：综合设计。

基本要求

（1）学习用绝热膨胀法测量空气的比热容比；

（2）观察和分析热力学系统的状态和过程特征，掌握实现等值过程的方法；

（3）了解硅压力传感器和电流型集成温度传感器的工作原理，掌握其使用方法。

实验项目16 光杠杆法测定金属丝的杨氏模量（支撑课程目标1、2、3、4；3学时）

实验内容

（1）搭建光杠杆光路；

（2）利用光杠杆测定钢丝的微小形变量；

（3）测定钢丝的杨氏模量并计算其不确定度。

实验类别：综合设计。

基本要求：

（1）了解光杠杆的组成及测量微小长度的原理；

（2）掌握光杠杆的搭建及调节方法；

（3）掌握光杠杆测定微小形变的方法及其应用。

实验项目17  拓展创新课题（支撑课程目标1、2、3、4；6学时）

各学生根据本课程前期实验项目拓展内容以及个人兴趣，自主选题并完成一个拓展创新实验题目。