大学物理实验

这里有具有三味(科学、军事以及趣味)、以建模为特色的实验原理介绍的授课视频,更有可视化虚拟实验设备和环境。可通过鼠标操控,得到与在校学生实体实验类似的数据以及与物理规律一致的客观结果。网上完…

国家精品物理
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国防科技大学
中国大学MOOC
  • 完成时间大约为 22
  • 初级
  • 中文
注:因开课平台的各种因素变化,以上开课日期仅供参考

课程概况

实验内容涉及误差理论、基本物理仪器使用、基本实验技能训练以及科学素养养成等;覆盖力学、光学、热学以及电磁学等知识领域;一些经典却仍在现代科学技术中发挥巨大作用的实验思想、方法以及技术等要素贯穿所有实验。

在本实验课程的项目背景、原理、仪器、总结与探讨的视频介绍中融入“三味” 即品位(科学性)、趣味以及军味(军事应用)。品位:如“拉伸法测量金属丝杨氏模量”实验中古老的光杠杆法,在用极微弱的原子间相互作用力来研究物质的表面结构及性质的实验中仍焕发着青春与活力。趣味:以与实验项目相关的历史或者与身边物理相关且易于实践的故事为出发点引入实验。军味:力图将实验背景和运用和军事运用紧密结合。

本课程关注学生在中学和大学学习实践思维方式的差异,注重大学学习和实践模式的转变,力图使学生从所谓“计算公式”的“解题战术”中跳出来,以物理思想和方法为指导建立“测量模型”。虽然两种称呼对应的是同一种公式,背后意义截然不同。因此,对于物理实验原理的讲授,摈弃平铺直叙,采取先明确实验思想,再以提供的实验仪器和条件为基础,以设问、推理方式环环相扣,得到最终的测量模型的方式进行。

我们还将给有兴趣的同学提供自主实验和思想实验平台。

课程大纲

大学物理实验MOOC课程教学大纲
物理学是研究物质的基本结构、基本运动形式、相互作用及其转化规律的学科,它的基本理论渗透在自然科学的各个领域,是自然科学和工程技术的基础。
物理学是一门以实验为基础的科学。物理实验是科学实验的先驱,它的实验思想、方法和技术是各学科科学实验的基础,对学生实验能力的培养、科学素养的养成具有重要的作用。
一、课程的地位、作用和任务
大学物理实验课程是高校许多专业独立设置的必修课程,是学生系统接受科学实验的基本知识、基本方法和基本技能训练的开端。
物理实验覆盖面广,具有丰富的实验思想、方法、手段,同时能提供综合性很强的基本实验技能训练,是培养学生科学实验能力、提高科学素质的重要基础。它在培养学生严谨的治学态度、活跃的创新意识、理论联系实际和适应科技发展的综合应用能力等方面具有其他实践类课程不可替代的作用。
本课程的具体任务是:
1.掌握物理实验的基本知识。通过对物理实验现象的观察、分析和物理量的测量,学习和掌握物理实验的基本知识、基本方法和基本技术。
2.培养学生的实践能力。通过基础性实验、综合性实验、设计性和研究性实验的系统训练,培养学生的独立实验能力、理论联系实际能力、分析解决问题能力、创新和团队协作意识。
3.提高学生的科学实验素养。通过严格的实验素养训练,培养学生求实严谨的科学作风,严肃认真的科学态度,勇于探索的科学精神,以及遵章守纪的优良品德。
二、教学内容基本要求
1.理解测量误差的基本概念,掌握有效数字的运算法则;理解测量不确定度的基本概念,掌握实验结果不确定度的评定及表示方法;掌握处理实验数据的一些基本方法,如列表法、作图法和最小二乘法等。
2.了解常用仪器的性能,并掌握其使用方法。如测长仪器、计时仪器、测温仪器、变阻器、电表、直流电桥、直流电位差计、通用示波器、低频信号发生器、分光计、干涉仪、常用电源和光源等。
3.掌握常用的实验方法。如比较法、放大法、转换法、模拟法、补偿法、平衡法和干涉、衍射法等。
4.掌握基本物理量的测量方法。如长度、质量、时间、热量、温度、电压、电动势、电阻、磁感应强度、折射率、焦距、普朗克常量、电子电荷等常用物理量和物性参数的测量,注意加强数字化测量技术和计算技术在物理实验教学中的应用。
5.掌握常用的实验操作技术。如零位调整、水平和铅直调整、光路的共轴调整、消视差调节、逐次逼近调节及根据给定的电路图正确接线、简单的电路故障检查与排除。
三、能力培养基本要求
1.独立自主实验的能力。通过阅读教材、仪器使用说明书、参考资料等,能够自主完成实验预习,正确理解实验原理,掌握基本物理量的测量方法,正确调整和使用常用仪器,独立完成实验,得出实验结果,撰写合格的实验报告,逐步形成自主实验的基本能力。
2.分析和研究的能力。通过融合实验原理、设计思想、实验方法及相关的理论知识,在实验结果的分析、判断、归纳与总结的过程中,初步培养学员的分析与研究能力。
3.理论联系实际的能力。能够在实验中发现问题、分析问题并学习解决问题的科学方法,逐步提高学员综合运用所学知识和技能解决实际问题的能力。
4.创新和协作意识。通过综合性、设计性的实验,初步培养学员的创新意识;通过小组协作模式的研究性实验,培养学员的团队协作意识。
四、教学实施基本要求
1.教学内容介绍一览表1
因篇幅关系放于公告栏中,标题为“教学内容介绍一览表”
2.实验教学选课以及实验要求和学时分配一览表1
序号
实验项目名称
学时
类型
备注
0
绪论(基础物理实验基本知识)
6
讲座视频
“1-16”序号中任选6个实验,再加上第“0”号内容为本课程的基本要求。
1
用单摆法测量重力加速度
3
虚拟
2
拉伸法测金属丝的杨氏模量
3
虚拟
3
自主式直流电桥测量电阻
3
虚拟
4
示波器的使用
3
虚拟
5
分光计实验
3
虚拟
6
用牛顿环测量平凸透镜曲率半径
3
虚拟
7
热敏电阻温度特性研究
3
虚拟
8
半导体温度计
3
虚拟
9
霍尔效应及其应用
3
虚拟
10
声速的测定
3
虚拟
11
迈克尔逊干涉仪实验
3
虚拟
12
密立根油滴实验
3
虚拟
13
光电效应和普朗克常量的测定
3
虚拟
14
偏振光的研究
3
虚拟
15
非良导体热导率的测定
3
虚拟
16
三线摆测量刚体的转动惯量
3
虚拟
合计
48
*虚拟仿真实验(本实验在另一个平台上,见公告)有一个可视化的虚拟实验环境,将实验室中各种仪器设备的工作原理、实验步骤、操作过程、实验现象、实验结果和数据处理等有关信息通过软件仿真模拟,学生可在远程客户机上,通过鼠标的点击以及拖曳操作,进行虚拟的实验,并及时撰写和上传实验报告。实验中待测的物理量可以随机产生,对实验可能产生的误差也进行了模拟,以评价实验质量的优劣。
*自主实验
本课程鼓励有兴趣的学生做自主实验。同学们可以根据身边易得的实验器材完成相应的题目,题目自提。完成后写出完整的实验报告,并可上传实验过程的视频。比如:“用钢尺自制实验观察李莎茹图形”,“确定CD和DVD的轨道距”等。
*理想实验
本课程鼓励有兴趣的学生做思想实验。思想实验与真实可操作的科学实验是有区别的。可操作性的科学实验是实践活动的一种形式,是通过物化过程而进行的实验;思想实验则是一种思维活动,是人们在创造性思维活动中设想出来的,是现实中没有条件物化的实验。希望同学们在体验我们课程中关于物理大师们实验精髓之后,自提题目设计并完成。完成后写出完整的实验报告,并可上传实验过程的视频。
3.实验成绩评定办法
以实名制方式申报本课程的学生,如按要求完成全部内容(见实验教学选课以及实验要求和学时分配一览表),均可以获得2个学分,如果选做了自主实验或思想实验,可适当加分。成绩以百分制按如下方式给出:

项目
分值
备注
1
绪论测试题
10
2
实验测试题
18
实验预习(6´3)
3
交流
5
讨论区交流
4
结业考试
67
虚拟仿真实验操作(6´13)。
总分
100
4.教学模式
绪论(物理实验基础知识),各实验原理理论部分、部分实物仪器、总结和讨论,背景以及应用主要以授课视频方式介绍。虚拟仿真实验的实验预习同仿真实验方式相同,但不提交实验报告。

预备知识

高等数学和高中物理

参考资料

1)《大学物理实验》,何焰兰,彭刚主编;刘振祥,沈志,邓正才副主编,高等教育出版社,2017.7。
2)《大学物理实验》,何焰蓝,杨俊才等,机械工业出版社,2009.7。
3)《大学物理实验》(第二版),霍剑青等,高等教育出版社,2005。
4)《大学物理实验》,赵志芳,清华大学出版社,2005.9。

常见问题

问:我要如何进行实验啊?
答:需要进入大学物理虚拟仿真实验网站。网址为:Vlab.nudt.edu.cn. 课程的新注册用户一个星期后凭注册帐号按照附件操作流程可进行虚拟仿真实验,见附件1(虚拟实验使用说明)。
问:我在上班,有时候出差或者忙,可能不能按时进行实验,怎么办?
答:因为实验课程是案例性教学,我们在每一个阶段所有实验同时开放,保证同学们在自己合适的时间内完成虚拟仿真实验。
问:我如何进行自主实验项目?
答:自主实验项目所需配件仪器一般以自己在网上或者生活中寻找为主。如确实需要,可以通过委托购买的方式,由我们代为采购。请将需求发至邮箱:penggang@nudt.edu.cn。
问:如果我提出了建设性意见或新实验,能获得什么奖励啊?
答: 一经采用,我们会颁发特制证书。并在适当时候邀请参加我们举办的《大学物理实验》MOOC研讨会(包食宿,并能见到许多新朋友)!

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