南京理工大学物理实验 教学大纲

南京理工大学物理实验教学大纲

一．课程概要和教学方法

1. 概要

物理实验是对学生进行科学实验基本训练的一门独立的必修通识知识基本实验课程，是学生进入大学后接受系统实验方法和实验技能训练的开端，是培养和提高学生三基本训练实验素质，重点突出实验技能，实验设计思想，方法培养和实验过程中实验创新能力训练的重要基础。针对本科生学习的特性与个性，物理实验课程体系与构架为：

物理实验分为必修课程（大学物理实验，课内学时为60，必做实验20个，每个实验为3学时）和选修课程两门（1.物理实验新技术与研究性实验思路与方法，课内学时16，完成形式为课内课外相结合完成，授课对象为全校本科生公选课；2.物理实验新技术与专题实验，课内学时为16，完成形式为课内课外相结合完成，授课对象为全校本科生公选课）。

2. 教学方法

作为南京理工大学本科生通识基础课程“大学物理实验”，每年平均有3500名左右本科生学习这门课程，根据实验课程的性质及学生的特点，采用灵活多样的开放式教学方法和相应的教学手段，重视实验教学艺术方法，课堂教学采用了启发式和互动式手段，有效提高了课程教学质量，成效显著，大面积提高了课程教学质量。

（1）将物理实验思想的培养与实验技能的训练相结合

作为基础课的物理实验，其目的与作用并不是粗略地去验证理论，而是在受到基本实验技能训练的同时，培养科学实验素质，从实践中培养和提高自己分析问题和解决问题的能力。在实验内容的安排上，注重实验设计基本思想和实验技能相结合。例如，拆卸、装调方便的固体激光器和用于测量参数的固体激光器相互并存；板式双臂电桥和箱式双臂电桥相互并存等。前者突出实验的设计思想，后者突出基本实验技能及应用的训练。

（2）训练基础物理实验技能的同时，注意能力素质培养

物理实验课程是理工科学生进入大学后受到系统的实验方法和实验技能训练的重要开端，它贯穿着辩证唯物主义思想，把理论与实践、方法与技能相结合，促进学习者既动手又动脑，尤其能加强能力素质和创新意识的培养。因此在加强基本物理实验训练的同时，要有自我思维能力的培养，对于通过思维得到的概念、思想、设计、方法等，经过“再生性思维”，重新运用以往学会的知识办法来解决新的问题。例如，讲授衍射光栅实验时，除以测量光栅

常数和波长为基本训练内容外，应该思考能否用两块光栅常数相同的光栅构成光栅腔；迈克耳逊干涉仪实验中除测波长和波长差等内容外，能否测定薄膜厚度，用白光能否形成白光干涉；弦线上的驻波实验中，除测定频率等内容外，能否用此原理及方法测定固体流场和流体流场的速度等。因此学生在得到基本内容和方法训练后，经过积极的再思维，有利于提高科学实验素质和创新意识。

（3）考试与能力素质培养相结合

考试是促进学生再学习和再深化的过程，科学和合理的考试方法有利于促进学生的能力和素质培养。第一学期授课内容为测量误差及数据处理方法和力学、热学、电学实验等，期终考试为开卷式笔试，考试目的是为了对实验数据作出科学地评价，并能结合具体实验的原理、方法、步骤、技巧等，在实验中提高测量的准确度和精确度。第二学期授课内容为光学、近代物理及综合实验，考试形式为设计性实验，考试目的除要求掌握实验原理、方法、技巧等外，还必须熟练掌握使用各种仪器设备，了解仪器的性能指标，具备一定的分析问题和解决问题的能力。

（4）课堂教学与课外科技活动相结合

创意性实验是启发学生思维和培养学生创新意识的一个重要手段，也是培养科学实验基本素质，使学生真正掌握实践本领，课堂教学与课外科技活动相结合的教学模式。这种模式有利于挖掘和培养学生内在潜质，有利于激发学生个性发展，有利于促使学生在受到科技工作基本素质训练的同时，养成严肃认真、实事求是的科学作风，从而为培养高素质并具有创新意识的人才奠定基础。结合物理实验中心科研项目及科研成果，在课程中安排了创新性实验，其内容面广，内涵丰富，内容新颖，尤其是工程技术中的单元技术研究内容，更具有启发性、研究性、实用性，以求更好地做到理论与实际相结合。

二．必修课程教学要求、重点、难点（大一下，大二上）

大一下

实验1 测量误差及其数据处理方法（课内学时3）

教学要求：

通过学习掌握测量误差的基本知识，具备正确处理实验数据的基本能力，对实验结果进行补偿和修正。体现在以下几个方面：（1）理解测量与误差之间关系，辨析系统误差与随机误差的概念；（2）理解误差与不确定的概念，掌握两类方和跟合成方法，辨析A，B类不确定度概念以及B类不确定度和系统误差。掌握两种不确定度计算方法和直线的最小二乘法

拟合。（3）理解不确定度是有效位数修约的原则，基本掌握实验数据剔除的理论依据和加权平均方法。（4）掌握直接测量和间接测量方法。

教学重点：

（1）测量误差概念向不确定度的过度；

（2）两类不确定度计算方法；

（3）直接测量与间接测量方法结果数据正确处理方法。

教学难点：

（1）直线拟合方法和最小二乘法的适用条件；

（2）定量分析两种实验测量方法中各个不确定分量对测量结果的影响。

实验2 刚体转动惯量的测定（课内学时3）

教学要求:

通过学习了解转动惯量的多种测量方法，理解转动惯量的物理意义，掌握刚体转动转动惯量的动力学测量方法。实验过程中，加深光电门开关在力学实验中的应用，启发学生对实验方法、手段、仪器改革的思考。理解平行轴定理，用实验方法验证平行轴定理，掌握数据处理的方法之一――作图法。

教学重点：

（1）掌握转动惯量的多种测量方法，理解其物理意义；

（2）掌握完整的实验过程。加深光电门开关和光电子计数器对力学实验方法与手段更新的影响。

教学难点：

（1）本实验中的难点是如何保证动力矩为砝码的重量与塔轮半径之积，分析由此引起的测量误差；

（2）预置数与周期的关系；

实验3 固体线膨胀系数的测定（课内学时3）

教学要求：

通过用光杠杆法测定加热后金属的线膨胀系数，了解固体线热膨胀系数测定仪的基本结构和工作原理，理解线膨胀系数的物理意义，学习测定金属杆线膨胀系数的方法，掌握温度