力热实验 课程教学大纲
一、课程说明
（一）课程名称、所属专业、课程性质、学分
课程名称:力热实验
所属专业：物理科学与技术学院、核科学与技术学院、萃英学院、药学院、基础医学院、临床医学院、口腔医学院、信息科学与工程学院、化学化工学院、资源环境学院、地质科学与地矿资源学院、草地农业科技学院、生命科学学院、大气科学学院所设置的各专业
课程性质：专业基础实验课（物理类）；公共基础实验课（非物理类） 课程学分： ４（物理类）；２（非物理类）
（二）课程简介、目标与任务
课程简介：
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自然科学。它的基本理论渗透在自然科学的各个领域，应用于生产技术的许多部门，是其他自然科学和工程技术的基础。
物理学本质上是一门实验科学。物理实验是科学实验的先驱，体现了大多数科学实验的共性，在实验思想、实验方法以及实验手段等方面是各学科科学实验的基础。
力热实验课是高等理工科院校对学生进行科学实验基本训练的必修基础课程，是本科生接受系统实验方法和实验技能训练的开端。力热实验课覆盖面广，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。
目标与任务：
实验课是在教师的指导下，学生亲自进行实验的一种实践活动。因此，本课程的目标与任务是：
１. 对学生进行实验方法和实验技能的基本训练，使学生了解力热实验的基
本思想；熟悉基本物理量常用的测量方法及减小误差的方法；懂得常用仪器的基本原理和性能，掌握其方法，包括安装、调节、正确操作和读数。
２. 通过实验现象的观察、实验数据的测量及分析，从理论和实际相结合，深入认识物理现象，加深对物理概念和物理规律的理解，把学得的理论知识用于指导实验、分析实验。
３. 初步掌握实验科学的思想和方法。培养学生的科学思维和创新意识，使学生掌握实验研究的基本方法，提高学生的分析能力和创新能力。
４. 提高学生的科学素养，培养学生理论联系实际和实事求是的科学作风，认真严谨的科学态度，积极主动的探索精神，遵守纪律，团结协作，爱护公共财产的优良品德。
（三）先修课程要求：
物理类：《力热》、《热学》
非物理类（非医学类专业）：《物理学》（上、下册）； 非物理类（医学类专业）：《医用物理学》；
（四）教材与主要参考书：
教材：
《基础物理实验》（第一、二册）， 李健等， 兰州大学出版社，2012年. 参考书：
1. 《大学物理实验》，霍剑清等，高等教育出版社，2001年. 2. 《基础物理实验》，沈元华等，高等教育出版社，2003年. 3. 《基础物理实验》，吕斯骅等，北京大学出版社，2002年. 4. 《大学物理实验》，浦天舒等，清华大学出版社，2011年. 5. 《大学物理实验》，周殿清等，武汉大学出版社，2002年. 6. 《力学》， 赵凯华 罗蔚茵，高等教育出版社，2004年. 7. 《物理学》（上、下册），刘克哲等，高等教育出版社，2012年.
二、课程内容与安排
（一）教学方法与学时分配
教学方法：
１. 教师讲解并简单示范，学生独立动手操作完成实验并撰写实验报告的形式。
２. 针对力学、热学相关内容老师设立小课题，３－５学生组成课题组，在老师的指导下，完成相应的课题。
学时及实验项目分配：
物理类：64学时。每学年开设实验内容时，根据物理学自身学科发展的特点及当代科技发展的热点问题，从力热实验项目中选择6个基础实验、6个拔高实验和4个创新实验。
非物理类：32学时。每学年开设实验内容时，根据当代科技发展的热点问题及相关专业的特点，从力热实验项目中选择3个基础实验、3个拔高实验和2个创新实验。
课程安排：
物理类：每学年第二学期2－17周完成实验。学生分6组，每组10人，每人每次完成一个实验。
非物理类：根据不同专业，每学期2－9周或10－17周完成实验。学生分6组，每组10—15人，每2人每次完成一个实验。
（二）内容及基本要求
实验要求：
1 课前预习：课前预习是上好实验课的基础和前提。课前预习的基本要求是认真阅读教材中的有关内容（必要时还需要查阅有关的参考资料）、弄清要观测哪些物理量、测量哪些物理量、明确哪些物理量是直接测量、哪些物理量是间接测量、用什么样的方法和仪器测量等等。在此基础上写出预习报告。
预习报告：预习报告要求简要写出实验原理、实验公式，画出主要的示意图，设计表格用以在实验过程中记录数据，没有预习或未提交预习报告者将视情节扣分或取消本次实验成绩；
2 课堂实习：课堂实习是实验课的重要环节，学生进入实验室后按下列要求进行实验：
(1) 认真听取教师对本实验的要求、重点、难点和注意事项的讲解；对照仪器，仔细阅读有关仪器的使用说明和操作注意事项；进一步明确本实验的具体要求。
(2) 熟悉仪器结构，将实验仪器调节至水平或垂直等正确使用的状态。 (3) 实验中必须仔细观察、积极思维、认真操作、防止急躁。要在实验所具备的客观条件下(如温度、压力、仪器精度等），进行认真实事求是的观察和测量。要初步学会分析实验，遇到问题时应冷静地分析和处理；仪器发生故障时也
要在教师的指导下学习排除故障的方法；在实验中有意识的培养自己的独立工作能力。
(4) 实验记录是计算结果和分析问题的依据，在实际工作中则是宝贵的资料。要把实验数据细心的记录在预习报告的数据表格内。此外，还应记录环境温度、湿度、气压等实验件，仪器型号规格与编号，以及实验现象等。
3 课后小结：在充分分析实验现象、结果，理解实验原理的基础上写出实验报告。实验报告是实验工作的总结，是交流实验经验的材料，要求字体工整，文理通顺，图表规矩，结论明确，逐步培养以书面形式分析总结科学实验结果的能力。实验报告的基本内容：
（1）实验名称、实验者姓名、实验日期。 （2）实验目的。
（3）实验原理 用自己的语言对实验所依据的理论做透彻叙述，不要照抄书本，并附有必要的公式和原理图。
（4）实验内容 概括地、条理分明地说明实验所进行的主要程序，观察了哪些物理现象，测量了哪些物理量，并说明这些观测中所采用的方法。
（5）数据记录与处理 将原始记录数据转记于报告上（原始数据也应附在报告上），该列表的列表，该作图的作图。计算按照有效数字的运算法则进行，并求出结果的不确定度，正确运用不确定度表示实验结果。
（6）结果的评价及讨论 该部分要明确给出实验结果，并对结果进行有效讨论（如实验中观察到的现象分析、误差来源分析、实验中存在的问题讨论、回答实验思考题等）。也可对实验本身的设计思想、实验仪器的改进等提出建设性的意见。
（7）完成课后实验问题 实验内容 （1）基础实验
实验一、绪 论
【目的与要求】：
了解：力热实验课的特点及其重要性。
掌握：误差的概念、学习误差的分析及减小误差的方法。 难点：有效数字的修约规则、不确定度的评定方法。
实验二、单摆测定重力加速度
【目的与要求】：
了解：米尺、游标卡尺及秒表的正确使用。 掌握：正确评价A类不确定及B类不确定度。
难点：“误差的等贡献分配原则”及其在其原则下如何选择测量工具
实验三、固体密度的测定
【目的与要求】：
了解：学会物理天平的正确使用。
掌握：流体静力称衡法测定固体的密度的基本方法。
难点：“误差的等贡献分配原则”及其在其原则下如何选择测量工具
实验四、二维驻波特性的研究
【目的与要求】：
了解：观察驻波现象，了解驻波形成的条件。 掌握：张力、频率、线密度及驻波波长之间的关系。
难点：分析特殊状态下驻波的一些现象以及用电脑软件数据处理
实验五、液体表面张力系数的测定
【目的与要求】：
了解：朱李氏秤的调节和使用方法。 掌握：拉脱法测定液体的表面张力系数。
难点：通过分子之间的作用力、液体表面能的角度分析表面张力形成的机制。
实验六、液体粘滞系数的测定
【目的与要求】：
了解：测量显微镜的使用。
掌握：观察液体的内摩擦现象，分析内摩擦力形成的机制及影响因素。 难点：总结经验公式、通过实验数据对理论模型的正确修正。
实验七、冰的溶解热的测定
【目的与要求】：
了解：了解热学实验中的最基本问题——量热和计温。 掌握：孤立系统、绝热系统和封闭系统的概念及相互区别。 难点：依据牛顿散热公式用图解法作散热修正的方法。
实验八、扭摆法测定刚体的转动惯量
【目的与要求】：
了解：刚体的转动惯量与质量、质量分布及转轴位置间的关系。
掌握：刚体转动惯量的叠加性、转动定律、平行轴定律、正交定律。
难点：用已知转动惯量的刚体对理论模型进行定标及其用电脑左图方法处理实验数据。
实验九、气垫导轨上物体运动状态的研究
【目的与要求】：
了解：观测匀速直线运动和匀加速直线运动的规律。
掌握：气垫导轨的调节和使用方法以及光电门测量时间间隔的方法。 难点：自行设计实验，用不同的方法验证运动学三方程。
实验十、气垫导轨上守恒定律的研究
【目的与要求】：
了解：动量守恒定律及能量守恒定律。
掌握：气垫导轨的调节和使用方法以及光电门测量时间间隔的方法。 难点：自行设计实验，用不同的方法验证运动学三方程。 （２）拔高实验
实验一、动态法测定良导体的热导率
【目的与要求】：
了解：动态法测量热导率的优劣性。 掌握：教材中介绍的三种数据处理方法。
难点：如何实现热量的一维传播及如何确定热端温度随时间按简谐形式变化的边界条件。
实验二、超声波在空气中传播速度的测定
【目的与要求】：
了解：次声波、可闻声波及超声波的特点及生活当中的应用。 掌握：利用声速测定仪及示波器测量声速的两种测量方法。 难点：谐振频率的确定及实验数据的处理。
实验三、复摆周期曲线的研究
【目的与要求】：
了解：复摆的定义及其复摆的特性。
掌握：复摆振动周期的变化与旋转轴至重心距离的关系。
难点：通过复摆周期曲线的研究确定其等值摆长、振动周期，从而确定回
转半径和重力加速度。
实验四、杨氏模量的测定
【目的与要求】：
了解：杨氏模量、剪切模量及扭曲模量间的定义及三者之间的关系。 掌握：光光杆法、CCD法及千分表法测量微小长度变化的方法。
难点：仪器的调节及用电脑软件处理实验数据。
实验五、液体表面性能的研究
【目的与要求】：
了解：学会用卧式表面张力仪测定液体的表面张力系数。 掌握：卧式表面张力仪的调整和使用。
难点：掺杂对液体表面性能影响机制的理解及杂质浓度对表面性能影响
的变化规律。
实验六、受迫振动的研究
【目的与要求】：
了解：用频闪法测定运动物体的某些量的方法，如相位差。 掌握：玻尔共振仪中弹性摆轮受迫振动的幅频特性和相频特性。
难点：不同阻尼力矩对受迫振动影响的理解以及在实验上如何实现对共振
频率的测量。
实验七、不良导体热导率的测量
【目的与要求】：
了解：一种测定材料热物性参数的方法——闪光法。 掌握：了解热物性参数测量中的基本问题。
难点：学习正确使用高压脉冲光源和光路调节技术以及用微机控制实验
和采集处理数据。
实验八、驻波特性的研究
【目的与要求】：
了解：观察两端被固定的弦线上形成的驻波，了解弦线达到共振和形成稳定驻波的条件。
掌握：用实验的方法确定弦线作受迫振动时的共振频率与驻波波腹的个数、弦线有效的长度、张力及弦线线密度之间的关系。
难点：测定弦线上横波的传播速度。
实验九、旋转水面法测定重力加速度
【目的与要求】：
了解：通过旋转水面形成凹面镜验证成像规律。 掌握：验证凹面镜焦距与曲率半径的关系。
难点：光学方法测量力学量——重力加速度。
实验十、向心加速度的研究
【目的与要求】：
了解：激光测角系统及匀速圆周运动的相关理论知识。 掌握：旋转水面上的水滴元的运动特点。
难点：圆周运动的向心加速度与圆半径和角速度的关系。
（３）创新实验
实验一、金属线胀系数的测定
【目的与要求】：
了解：GXZ-3型金属线膨胀系数测量仪的工作原理。 掌握：测量微小位移的方法。
难点：金属线膨胀系数与体膨胀系数的理解及如何制作测量样品。
实验二、液体比汽化热的测定
【目的与要求】：
了解：液体比汽化热的定义。
掌握：学习集成线性温度传感器AD590的定标方法，熟悉其精确测量的实验过程。
难点：学习液体比汽化热的非电量电测的方法，精确测量水的比汽化热。
实验三、材料表面的摩擦性能研究
【目的与要求】：
了解：摩擦因数的定义及影响因素。
掌握：DHKFC-1型静、动摩擦因数测定仪测量摩擦因数。
难点：材料的种类、运动速度等对摩擦因数的影响。
实验四、金属比热容的测定
【目的与要求】：
了解：热电偶测温方法。
掌握：掌握DH4603型冷却法测量金属比热容仪的使用。
难点：熟悉利用牛顿冷却定律测量比热容的方法。
实验五、不良导体导热系数的测定
【目的与要求】：
了解：用稳态法测定不良导体导热系数的原理和方法。 掌握：掌握热电偶测温原理及导热系数测定仪的使用方法。
难点：学会根据材料的导热系数判断其导热能力并进行导热计算。
实验六、空气热机效率的研究
【目的与要求】：
了解：理解热机原理及循环过程。
掌握：测量不同冷热端温度时的热功转换值，验证卡诺定理。
难点：测量热机输出功率随负载及转速的变化关系，计算热机实际效率。
实验七、空气比热容比的研究
【目的与要求】：
了解：了解压力传感器和电流型集成温度传感器的使用方法及特征。 掌握：绝热膨胀法测定空气比热容比。
难点：热力学过程中状态变化及系统状态变化过程的特征。
实验八、流体流动阻力的研究
【目的与要求】：
了解：皮托管测流速和流量的方法。
掌握：孔板流量计流量系数和文丘里流量计流量系数的测定。
难点：实验上粘滞阻力与压差阻力之间参数的界定以及阻力与流动速度之
间相关参数的测量。
实验九、弹性势能研究
【目的与要求】：
了解：碰撞过程中系统的质心运动的规律。 掌握：验证系统的动量守恒。
难点：弹性碰撞系统总能量守恒。
实验十、磁力与磁性势能研究
【目的与要求】：
了解：磁相互作用力与间距的变化关系。 掌握：磁势能与间距间的变化关系。
难点：磁相互作用势能与其他能量间的相互转换。
实验十一、水波的观察与波速的测量
【目的与要求】：
了解：观察水面传播的平面波和脉冲波的特点。 掌握：测量单色平面波的相速度与脉冲波的群速度。
难点：研究平面波的相速度与脉冲波的群速度与频率的关系。
制定人：王心华 审定人： 批准人：
日 期：2016.06.30
