《普通物理實驗2》課程教學大綱

《普通物理實驗2》教學大綱課程名稱：普通物理實驗(2) 課程編號：F047093571英文名稱：GeneralPhysicsExperiment(2)學分：2學分總學時/課內實踐學時：64/64課程性質：專業(yè)基礎課適應對象：光電信息科學與工程專業(yè)一、課程簡介（中英文，一般200-300字左右）普通物理實驗課是對對物理專業(yè)學生進行科學實驗基本訓練的必修基礎課程，是學生接受系統(tǒng)實驗方法和實驗技能的開端。課程內容涉及力學、電磁學、光學等相關的實驗，覆蓋面廣，為學生提供豐富的實驗思想、方法、手段，是培養(yǎng)學生科學實驗能力、提高科學素質的重要基礎。普通物理實驗課在培養(yǎng)學生嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、活躍的創(chuàng)新意識、理論聯(lián)系實際和適應科技發(fā)展的綜合應用能力等方面具有其他實踐類課程不可替代的作用。二、課程目標（中英文，一般150字左右）1.提高學生的科學素養(yǎng)，培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際和實事求是的科學作風，認真嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，積極主動的探索精神，以及遵紀守法，團結協(xié)作，愛護公共財產的優(yōu)良品德，使學生樹立科學的唯物主義世界觀、方法論和認識論。2．通過對實驗現(xiàn)象的觀測、分析和物理量的測量，學習物理實驗基本知識和技能，學習運用理論指導實驗，分析和解決實驗中遇到的問題，并從實際應用中加深對理論知識的理解。通過對實驗背景，實驗設計思想等調查研究掌握最新的科技前沿動態(tài)，了解物理學知識在推動自然科學及工程技術領域的運用。3．正確使用儀器及輔助設備、獨立完成實驗內容、撰寫合格的實驗報告；能夠融合實驗原理、設計思想、實驗方法及相關的理論知識對實驗結果進行分析、判斷、歸納與綜合。掌握通過實驗進行物理現(xiàn)象和物理規(guī)律研究的基本方法，具有初步的分析與研究的能力。能夠在實驗中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題，通過團隊合作或自主思考學習解決問題的科學方法，逐步提高學生綜合運用所學知識和技能解決實際問題的能力。三、課程目標與畢業(yè)要求對應關系本課程的課程目標對應用物理專業(yè)畢業(yè)要求指標點的支撐情況如表1所示：表1課程目標與畢業(yè)要求對應關系畢業(yè)要求指標點課程目標畢業(yè)要求1：1.1具有科學的世界觀，較系統(tǒng)和完整地掌握物理學的基本理論、基本知識和基本技能以及所需的數(shù)學、計算機、電工電子學等方面的基礎知識。對物理學相關專業(yè)方向前沿、發(fā)展動態(tài)、應用前景有所了解；理解物理實驗基本原理和方法，掌握實驗設計和實驗操作技能；理解常見物理現(xiàn)象和物理量的測量方法，培養(yǎng)量測意識和數(shù)據處理能力。畢業(yè)要求2：2.1具備獲取自學能力、獲取和加工處理信息的能力，具有一定的批判性思維能力；掌握實驗數(shù)據處理和結果分析方法，培養(yǎng)科學思維和實驗創(chuàng)新意識；培養(yǎng)實驗安全意識和團隊協(xié)作精神，提高實驗室安全和管理水平。畢業(yè)要求3：3.1具有科學思維方法、科學精神、創(chuàng)新意識，具有一定的技術創(chuàng)新和應用意識及工程技術素養(yǎng)；激發(fā)學生對物理學科的興趣和熱愛，為后續(xù)物理學科的學習和研究打下堅實的實驗基礎。四、課程教學安排課程共有15項教學內容，具體安排如下。表2：課程教學安排表序號教學內容思政元素課堂教學學時實驗/實踐教學學時學時小計1緒論職業(yè)教育、愛國教育882聲速的測量科學精神培養(yǎng)0443薄透鏡焦距的測量科學精神培養(yǎng)0444硅光電池特性實驗科學精神培養(yǎng)0445光學實驗預備知識科學精神培養(yǎng)0446用光柵衍射測量光波波長科學精神培養(yǎng)0447用光分光計測量三棱鏡的折射率科學精神培養(yǎng)0448邁克爾遜干涉儀的調整和使用科學精神培養(yǎng)0449劈尖干涉科學精神培養(yǎng)04410用牛頓環(huán)測透鏡曲率半徑科學精神培養(yǎng)04411望遠鏡與顯微鏡的組裝科學精神培養(yǎng)04412液體折射率的測定科學精神培養(yǎng)04413光的偏振科學精神培養(yǎng)04414單縫衍射測波長科學精神培養(yǎng)04415邁克爾遜干涉儀測量空氣折射率科學精神培養(yǎng)044合計85664教學安排1.緒論教學要求：掌握數(shù)據處理的典型方法，掌握數(shù)據處理的基本要求，作圖的基本要求，不確定的評定。教學內容：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：講授南方科技大學的物理學家薛其坤在科學實驗上精益求精、追求極致的精神，最終首次從實驗上驗證了量子反?；魻栃陌咐?，借助此案例培養(yǎng)學生科學精神，激發(fā)學生愛國情懷。2.聲速的測量教學要求：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。教學內容：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要求：了解透鏡成像規(guī)律，光路調整和焦距測量的方法。教學內容：光學元件共軸等高調節(jié)技術，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.硅光電池特性實驗教學要求：了解PN結的形成原理及其工作機理，掌握硅光電池的工作原理及其工作特性，了解LED發(fā)光二極管的驅動電流與輸出光功率的關系。教學內容：硅光電池零偏和負偏時光電流與輸入光信號的關系，硅光電池輸出電壓與輸入光強度變化的關系，硅光電池伏安特性，硅光電池的頻率響應。重點難點：PN結單向導電原理5.光學實驗預備知識教學要求：掌握光學實驗基礎知識。教學內容：光學常用基本儀器介紹及注意事項，光學實驗操作規(guī)程。重點難點：各種儀表的使用方法，光學安全操作知識。6.用光柵衍射測量光波波長教學要求：了解分光計構造的基本原理，學習分光計的調整方法，掌握汞燈在可見光范圍內幾條光譜線波長的測量方法。教學內容：分光計的調整方法，用光柵測定汞燈光譜線的波長。重點難點：分光計的調節(jié)，測量汞燈譜線的衍射角。7.用光分光計測量三棱鏡的折射率教學要求：進一步掌握分光計的調節(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。教學內容：分光計的調節(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8.邁克爾遜干涉儀的調整和使用教學要求：了解邁克爾遜干涉儀的構造原理，掌握儀器的調節(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節(jié)，掌握光波波長的測定方法。教學內容：邁克爾干涉儀的調整，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：邁克爾干涉儀的調整9.劈尖干涉教學要求：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。教學內容：讀數(shù)顯微鏡的使用方法，用劈尖干涉測微小厚度或細絲的直徑。重點難點：用劈尖干涉測微小厚度或細絲直徑的方法10.用牛頓環(huán)測透鏡曲率半徑教學要求：進一步熟悉讀數(shù)顯微鏡的使用方法，練習用干涉法測量透鏡的曲率半徑。教學內容：讀數(shù)顯微鏡的調節(jié)，根據牛頓環(huán)測透鏡的曲率半徑。重點難點：牛頓環(huán)測透鏡的曲率半徑的方法11.望遠鏡與顯微鏡的組裝教學要求：了解望遠鏡和顯微鏡的構造及其原理，設計并組裝可以望遠和顯微的光學系統(tǒng)，分別測出放大倍數(shù)。教學內容：簡易望遠鏡和顯微系統(tǒng)的設計組裝及其放大倍數(shù)的測定。重點難點：望遠鏡和顯微系統(tǒng)的設計組裝12.液體折射率的測定教學要求：理解用折射極限法測液體折射率的原理何方法。教學內容：液體折射極限法的原理，消除角度測量誤差的方法。重點難點：液體折射率的測定13.光的偏振教學要求：理解光的偏振現(xiàn)象，掌握產生和檢驗偏振光的原理和方法，理解馬呂斯定律。教學內容：光的偏振的定義，偏振光的獲取方法，檢驗偏振光的方法，馬呂斯定律。重點難點：偏振光的產生和檢驗方法。14.單縫衍射測波長教學要求：理解單峰衍射現(xiàn)象，掌握單峰衍射相對光強分布的測量方法。教學內容：單峰衍射現(xiàn)象的實現(xiàn)，單峰衍射圖像相對光強分布的測量。重點難點：單峰衍射圖像相對光強分布的測量15.邁克爾遜干涉儀測量空氣折射率教學要求：理解邁克爾干涉儀的構造和原理，理解邁克爾干涉儀測量空氣折射率的方法。教學內容：邁克爾干涉儀的原理，邁克爾干涉儀的調節(jié)，空氣折射率的測量。重點難點：空氣折射率的測量五、課內實踐教學內容及要求表3：課內實踐教學內容及要求序號教學類型教學內容教學要求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實驗光學元件共軸等高調節(jié)技術，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，光路調整和焦距測量的方法。3實驗硅光電池零偏和負偏時光電流與輸入光信號的關系，硅光電池輸出電壓與輸入光強度變化的關系，硅光電池伏安特性，硅光電池的頻率響應。了解PN結的形成原理及其工作機理，掌握硅光電池的工作原理及其工作特性，了解LED發(fā)光二極管的驅動電流與輸出光功率的關系。4實驗分光計的調整方法，用光柵測定汞燈光譜線的波長。了解分光計構造的基本原理，學習分光計的調整方法，掌握汞燈在可見光范圍內幾條光譜線波長的測量方法。5實驗分光計的調節(jié)，最小偏向角的測量，三棱鏡折射率的計算。進一步掌握分光計的調節(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。6實驗邁克爾干涉儀的調整，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造原理，掌握儀器的調節(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節(jié)，掌握光波波長的測定方法。7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。8實驗讀數(shù)顯微鏡的調節(jié)，根據牛頓環(huán)測透鏡的曲率半徑。進一步掌握讀數(shù)顯微鏡的使用方法，掌握用干涉法測量透鏡的曲率半徑的方法。9實驗簡易望遠鏡和顯微系統(tǒng)的設計組裝及其放大倍數(shù)的測定。了解望遠鏡和顯微鏡的構造及其原理，理解望遠和顯微的光學系統(tǒng)的設計方法，掌握放大倍數(shù)的測定方法。10實驗液體折射極限法的原理，消除角度測量誤差的方法。理解用折射極限法測液體折射率的原理何方法。11實驗光的偏振的定義，偏振光的獲取方法，檢驗偏振光的方法，馬呂斯定律。理解光的偏振現(xiàn)象，掌握產生和檢驗偏振光的原理和方法，理解馬呂斯定律。12實驗單峰衍射現(xiàn)象的實現(xiàn)，單峰衍射圖像相對光強分布的測量。理解單峰衍射現(xiàn)象，掌握單峰衍射相對光強分布的測量方法。13實驗邁克爾干涉儀的原理，邁克爾干涉儀的調節(jié)，空氣折射率的測量。理解邁克爾干涉儀的構造和原理，理解邁克爾干涉儀測量空氣折射率的方法。六、課程考核與評價表4：成績評定方式表考核環(huán)節(jié)分值考