綜合專題實驗與第1頁，課件共59頁，創作于2023年2月本次課內容本學期的教學安排綜合專題實驗及小論文設計性實驗的一般程序本學期實驗項目簡介本學期實驗成績考核上學期實驗存在的問題第2頁，課件共59頁，創作于2023年2月一、本學期教學安排(1)上課內容（本學期計劃學時28學時.）實驗設計基礎知識講課4學時。

專題實驗1個系列（3個實驗）,分3次完成，每次4學時，共12學時。

設計性實驗1個，分3次完成，共12學時。

(2)實驗時間表(表格中數字為周次,共分3段)345789101112131415第五周實驗：28，29，30日照常進行（10月1～9日休息）10月1日的實驗－－10月10日進行10月2日的實驗－－10月11日進行最后一輪：周五不開第3頁，課件共59頁，創作于2023年2月（3）上課時間安排：周一到周五

下午2：10～5：30周三晚上不開晚上6：30～9：50(4)9月6開始中午12：00點網上選課。各實驗要求見講義中的“實驗指導”。學生個人原因錯選、漏選，速與實驗室聯系。購買報告紙時間（第一次集體購買在第二周周二一天）平時實驗選課問題咨詢：每周周三：下午2:00~5:007308張麗梅老師強調：不要隨意退！最后一輪：周五不開！第4頁，課件共59頁，創作于2023年2月

什么是綜合專題實驗由幾個內容相關的獨立實驗組合而成的系列實驗——同一個物理量用不同的方法研究：如光源光譜；——同一個物理現象的各種表現：如波的衍射；——較復雜的實驗分多次進行：如超聲波原理及應用；光纖專題；——用同一個儀器研究不同的物理現象：如邁克耳孫干涉儀系列實驗等等……

二、綜合專題實驗第5頁，課件共59頁，創作于2023年2月為什么要進行綜合專題實驗

——綜合實驗技能的訓練：在一個專題中使用多種儀器，運用多種實驗方法；

——對實驗結果進行歸納、綜合、分析能力的訓練

——多角度、全方位、深入地對物理本質進行探討

第6頁，課件共59頁，創作于2023年2月綜合性專題實驗超聲電子波動光譜原子核光電子基礎培養實驗綜合能力磁共振激光光纖1.棱鏡的色散；2.用光柵衍射法測定光源光譜；3.小型棱鏡攝譜儀測氫原子光譜；4.光柵光譜儀。1.超聲波的產生與傳播；2.固體彈性常數的測量；3.超聲波探測與成像基本原理。1.用密立根油滴儀測量電子電量；2.光電效應及普朗克常數測定；3.金屬逸出功的測定；4.電子在電場、磁場中的運動及電子比荷的測定。

第7頁，課件共59頁，創作于2023年2月本學期開設的綜合專題實驗題目超聲波原理及其應用專題：

1）超聲波的產生與傳播2）固體彈性的測量3）超聲波探測與成像基本原理

電子特性專題：

1）金屬電子逸出功的測定2）用密立根油滴儀測量電子電量3）電子在電場、磁場中的運動及電子比荷的測定

衍射專題1)透射光柵衍射2)光波的單縫及圓孔夫瑯禾費衍射3)微波布拉格衍射第8頁，課件共59頁，創作于2023年2月光源光譜專題1）棱鏡光譜與光柵光譜

2）小型棱鏡攝譜儀測氫原子光譜

3）光柵光譜儀測光譜

邁克爾孫干涉儀專題1）測量鈉光的雙線波長差

2）白光干涉現象測量平板玻璃的折射率

3）法布里-珀羅干涉儀測鈉雙線波長差

光纖技術專題1）光源與光纖特性

2）光信號傳輸

3）光纖傳感器

第9頁，課件共59頁，創作于2023年2月三個實驗同時預習，上課時到實驗室現場安排做實驗的順序。第一次課帶本專題三個實驗的預習報告，全部交給老師檢查。每次實驗完成后數據交教師簽字。最后一個實驗完成后，次周內交三個實驗報告及小論文（結合專題撰寫科技論文，而不是對實驗內容的簡單復述。論文不少于1500字）。交報告二周后到任課教師處取反饋報告。專題實驗教學一般要求第10頁，課件共59頁，創作于2023年2月找共性、找差異、找聯系怎樣綜合？小論文：題目背景理論實驗方法總結現象和結果擴展：方法、應用領域、內容不足與建議（關于內容、方法方面）科技小論文的形式和內容是開放性的，學生可以從各自不同的角度來綜合表述實驗的內容和結果，并展開討論。第11頁，課件共59頁，創作于2023年2月小論文格式示例（標題）×××××專業姓名學號（論文）摘要：關鍵詞：（正文）背景（正文）論述（正文）結論（撰寫時間）參考文獻第12頁，課件共59頁，創作于2023年2月1.光的衍射發展史；2.用金屬逸出功測量儀做設計性擴展實驗；3.光纖通訊技術的發展趨勢；4.光波衍射與變換光學概論；5.密立根油滴實驗過程的探討；6.棱鏡折射與光柵衍射的區別與聯系；………………..小論文第13頁，課件共59頁，創作于2023年2月根據給定的實驗題目、要求和實驗條件，由學生自己設計實驗方案并基本完成全過程的實驗。主要設計內容包括

1.建立物理模型（多種）;2.物理模型比較（選擇一種或幾種）;3.確定實驗方法（由相應模型確定）;4.選擇儀器設備（根據設計要求）;5.選擇最佳參數（包括實驗測量條件）;6.制定實驗步驟（包括實驗注意事項）。三、設計性實驗第14頁，課件共59頁，創作于2023年2月三種類型——測量型實驗：對某一物理量（如電容、折射率、靜態磁特性的測量等）進行測定，達到設計要求；

——研究型實驗：用實驗確定兩物理量或多物理量之間的關系（電源特性研究），并對其物理原理、外界條件的影響或應用價值等進行研究；

——制作型實驗：設計并組裝裝置，如萬用表、全息光柵等。第15頁，課件共59頁，創作于2023年2月設計性實驗一般要求第一次為準備實驗，要求先有方案和參考資料列表。課內了解所需實驗儀器性能和操作方法，進行試做，研究設計方案的可行性。第二次帶修改過的“可行的設計方案”，粗做實驗。第三次精做實驗，并完成實驗數據處理，下課時當堂交正式實驗報告（報告內應包括實驗總結或體會以及建議等）。第16頁，課件共59頁，創作于2023年2月設計性實驗的一般程序建立物理模型確定實驗方法選擇實驗儀器選擇實驗參數實驗操作處理數據撰寫實驗報告制定實驗步驟第17頁，課件共59頁，創作于2023年2月1.建立物理模型

根據實驗對象的物理性質，研究與實驗對象相關的物理過程原理及過程中各物理量之間的關系、推導數學公式。例：測量重力加速度g。

什么物理現象或物理過程與g有關？自由落體運動/物體在斜面上的滑動/拋體運動/單擺/……第18頁，課件共59頁，創作于2023年2月過程中的物理量有什么關系以“自由落體”為例第19頁，課件共59頁，創作于2023年2月2.物理模型比較與選擇測量量值估計：當S=2m，t約為0.6秒。

SS1S2哪個方案合適？速度測量：如何提高準確度？第20頁，課件共59頁，創作于2023年2月斜面上的滑動θ優點：增大時間值，方便測量；缺點：？所有自由落體公式均可套用：單擺模型估計L=1m，T≈2s。限制：小擺角——自由落體的變形第21頁，課件共59頁，創作于2023年2月絕對重力儀（美國）不確定度2×10-8m/s2第22頁，課件共59頁，創作于2023年2月第23頁，課件共59頁，創作于2023年2月朱棣文第24頁，課件共59頁，創作于2023年2月3.實驗方法的確定

用什么方法、裝置實現物理模型，每個物理量怎么測量。測轉動慣量時恒力矩怎么實現？

f固定，半徑r固定，則力矩fr固定；

速度怎么測？用很短時間的平均速度近似瞬時速度；第25頁，課件共59頁，創作于2023年2月電源的短路電流怎么測？AEBARgA、B間壓降I0Rg≠0。Rg為電表內阻。——當I0=I’時，UAB=0，AB間相當短路。ARI0GE’EABI’補償法第26頁，課件共59頁，創作于2023年2月4.實驗儀器的選擇與配套根據量值和準確度要求選擇儀器種類；例：測時間用什么儀表？對待測物理量的值進行估計，以選擇儀表的量程；按不確定度均分原則選擇儀表的準確度。用什么儀器，準確度與量程。誤差分配計算第27頁，課件共59頁，創作于2023年2月E(P)2~(1%)2=0.00014E(U)2~0.00005，E(U)~0.35%選0.2級電壓表。E(R)2~0.00005，E(R)~0.7%，選0.5級電橋。舉例：測量功率。公式0.00010.000050.00005用電壓表測電壓，用電橋測電阻。要求不確定度≤1%。第28頁，課件共59頁，創作于2023年2月5.測量條件與最佳參數的確定實驗方法、實驗儀器選定后，選擇有利的實驗條件及參數范圍，以最大限度的減小誤差。如單擺長度的測量（擺線、小球……）指針式儀表量程選擇在滿度的2/3處選擇合適的測量環境：溫度、濕度、氣壓、電磁場……第29頁，課件共59頁，創作于2023年2月6.擬定實驗實施方案1)根據物理模型及實驗方法，畫出相應的實驗裝置圖或電路圖、光路圖；2)擬定詳細的實驗步驟；3)設計實驗數據表格；4)實驗儀器、設備的名稱，規格，使用條件等。第30頁，課件共59頁，創作于2023年2月7.撰寫準備報告實驗題目一、實驗任務二、實驗要求三、實驗方案1、物理模型的比較與選擇2、實驗方法的比較與選擇3、儀器的選擇與配套（系統誤差分析）1）誤差公式的推導2）儀器的選擇4、測量條件與最佳參數的確定1）測量條件2）最佳參數四、實驗步驟（簡略）五、實驗注意事項六、參考文獻第31頁，課件共59頁，創作于2023年2月資料搜集

在設計過程中要查閱足夠的參考資料：例如:

大學物理、物理實驗教科書（不同版本）；有關測量、傳感器方面的教材和專著；儀器、儀表、器件手冊；儀器說明書；國家標準、行業標準、技術規范等。第32頁，課件共59頁，創作于2023年2月完成實驗設計后，方可到實驗室實地考查儀器情況并進行準備性實驗。將實驗方案交給指導老師檢查。

通過第一次實驗檢查設計方案是否可行，根據實驗室儀器設備情況、實驗條件，進一步完善設計方案，即可進入實測。

實測一般分兩次進行：粗測、精測。粗測中根據測量數據檢查是否滿足實驗要求，可再次調整實驗方案，最后精測，完成實驗。8.實驗操作第33頁，課件共59頁，創作于2023年2月9.數據處理及撰寫報告

完成設計實驗后，在實驗準備報告的基礎上繼續完成以下兩項：

數據處理與分析實驗數據、數據計算、誤差估算、誤差分析

實驗總結包括對本實驗的總結；實驗中的體會、收獲；對實驗選題的建議、意見等。第34頁，課件共59頁，創作于2023年2月設計舉例一測量型實驗任務：測定金屬材料的楊氏模量E。要求：測量結果的相對不確定度不超過5%。物理模型的建立及比較：1）

外力作用下，發生形變，在彈性限度內有

2）

圓棒狀樣品用兩條細線懸吊起來，共振時

3）

聲波在連續媒質內傳播，其聲速，則有

第35頁，課件共59頁，創作于2023年2月采用模型一。采用金屬絲的伸長測楊氏模量E，反射鏡杠桿架ΔS導出測量公式為按均分原則，E(D)~1%,其余約為2%。鋼絲直徑：0.8mm，千分尺測量，保證E(D)~0.01/0.8=1.2％。彈性極限>200MPa,F~100N。逐差法測量，中間分段，Fm=50N。用多個1kg砝碼累加加載。E量級2×1011Pa，可以計算出ΔL/L~0.0005。取L=1m，則ΔL=0.5mm。第36頁，課件共59頁，創作于2023年2月光杠桿放大光杠桿望遠鏡豎尺DSS0S1d2d1DLqqqq放大倍數=2d1/d2，取d1=2m，d2=80mm，放大50倍，ΔS=25mm。用尺讀。u(ΔS)=0.5mm，E(ΔS)=2%。d1用卷尺測，E(d1)=0.005/2=0.25%<2%；L用卷尺測，E(L)=0.005/1=0.5%<2%；d2用板尺測，E(d2)=0.5/80=0.6%<2%；校核：第37頁，課件共59頁，創作于2023年2月物理量量值Nu（N）E（N）物理量量值Nu（N）E（N）m(kg)1.000±0.0050.5%D(×10-3m)0.80±0.011.2%L(m)1.000±0.0050.5.%d2(×10-3m)80.0±0.50.6%d1(m)2.00±0.0050.25%DS(×10-3m)25±0.52%設計舉例二研究型實驗任務：研究某二極管的伏安特性。要求：電流準確度在±0.5mA，電壓準確度在±0.1V。特點：二極管電阻為非線性、正反向電阻不一樣。方案一：伏安法測電阻根據阻值大小，確定采用內接或外接法。圖中用K2

電鍵轉換。第38頁，課件共59頁，創作于2023年2月物理量量值Nu（N）E（N）物理量量值Nu（N）E（N）m(kg)1.000±0.0050.5%D(×10-3m)0.80±0.011.2%L(m)1.000±0.0050.5.%d2(×10-3m)80.0±0.50.6%d1(m)2.00±0.0050.25%DS(×10-3m)25±0.52%

I=ID

當RA<<RD，

VD

≈VⅠ。反向或正向初段，VD≈VⅡ。用公式VD=V-IRA計算，需要先測電流表內阻RA

AD2。VIID

V=VD

當RV>>RD，ID≈IⅠ。正向導通或高阻電壓表，近似用ID≈IⅡ。用公式計算，需要先測電壓表內阻RV

VAD1。I第39頁，課件共59頁，創作于2023年2月精度要求較高時用補償法測電壓AGVR0R’E’EI0I’調R’使G中無電流，ID＝IA補償法測電壓，電壓表上不分流，相當內阻無窮大。第40頁，課件共59頁，創作于2023年2月粗測曲線電源輸出大于15V，E選穩壓電源。0.6U(V)I(mA)808R0通過分壓來調電壓。若選R0為100Ω，負載電流0.1A，加二極管負載，最大電流0.2A，要求電源輸出大于0.5A。I’很小，E’選大電阻，小電動勢電源。第41頁，課件共59頁，創作于2023年2月檢流計選量程為±250μA的1級電流表，誤差在±5μA之內，完全符合要求。電流表最大量程0.1A，準確到0.5mA，用0.5級表。正向電壓表量程10V，準確到0.1V，用1級表。第42頁，課件共59頁，創作于2023年2月四、實驗內容介紹綜合專題實驗01超聲波原理及其應用（共15套）1）超聲波的產生與傳播（7220室）2）固體彈性常數的測量（7220室）3）超聲波探測與成像基本原理（7220室）預習要求：認真閱讀實驗講義，復習示波器的使用，寫出三個實驗的預習報告介紹第43頁，課件共59頁，創作于2023年2月超聲波是頻率在2104Hz1012Hz的聲波。本專題簡單介紹超聲波的產生方法、傳播規律和測試原理，通過對固體彈性常數的測量了解超聲波在測試方面應用的特點；通過對試塊尺寸的測量和人工反射體定位了解超聲波在檢驗和探測方面的應用。超聲波測試把超聲波作為一種信息載體，在很多領域發揮著不可取代的獨特作用：1）探測魚群或冰山、潛艇導航或傳送信息、地形地貌測繪和地質勘探；2）檢驗固體材料內部的缺陷、材料尺寸測量、物理參數測量等；3）進行人體內部器官的組織結構掃描（B超診斷）和血流速度的測量（彩超診斷）等。第44頁，課件共59頁，創作于2023年2月02光源光譜專題（共15套）1）棱鏡光譜與光柵光譜（5306室）2）小型棱鏡攝譜儀測氫原子光譜（5306室）3）光柵光譜儀測光譜（5306室）預習要求：認真閱讀實驗講義；復習分光計的使用。參考測量三棱鏡最小偏向角的方法學習觀察汞燈的三棱鏡光譜。寫出三個實驗的預習報告綜合專題實驗介紹第45頁，課件共59頁，創作于2023年2月很多光源發出的光是由多種不同顏色（波長）的光組成的。通過儀器我們可以將這些不同波長的光分開，形成“光譜”，可以幫助我們可以了解發光物體本身的許多其他物理、化學性質。

氣體原子發光來源于電子在原子內部能級間的躍遷。固體發光還和固體的能帶結構有關。所以對物質發光光譜的研究將有助于我們認識已知發光物質的微觀性質。另外，不同元素的原子有著自己特有的光譜特征，通過對光譜研究也可以幫助我們分析物質的組成成分。現代光譜技術是物理、化學、材料學、天文學、考古學等研究中不可缺少的手段。

本專題研究主要色散元件棱鏡和光柵的色散性質，并利用小型棱鏡攝譜儀和光柵光譜儀進行光譜測量。

第46頁，課件共59頁，創作于2023年2月

03波的衍射專題（共15套）1）透射光柵衍射（7319室）2）光波的單縫及圓孔夫瑯禾費衍射（7319室）3）微波布拉格衍射（7319室）預習要求：認真閱讀實驗講義；復習分光計的使用。寫出三個實驗的預習報告綜合專題實驗介紹第47頁，課件共59頁，創作于2023年2月電磁波和物質波都是波，具有波的干涉、衍射等共性。通過對干涉、衍射現象的研究，可以更深刻地認識電磁波和物質波的本質。另一方面，在人們充分掌握了波動性質后，又能利用干涉、衍射現象做為手段研究、探查其他物理現象。

本專題從光波的衍射性質入手，先了解衍射的一般性質，再學習各種波的衍射在測試和物質結構分析方面的應用。第48頁，課件共59頁，創作于2023年2月

04光纖技術專題（共15套）（1）光源與光纖特性（7305室）（2）光信號傳輸（7305室）（3）光纖傳感器（7305室）預習要求：認真閱讀實驗講義：了解相關儀器的使用方法。寫出三個實驗的預習報告綜合專題實驗介紹第49頁，課件共59頁，創作于2023年2月光纖全稱為光導纖維，是一種導引光波的波導，是一種新的傳輸介質。光纖通訊是以光波為載波，以光導纖維為傳輸媒質的一種通訊方式。

目前，光纖在通訊、傳感、激光治療儀、激光加工機等許多方面都獲得了應用，但其最主要的應用領域是光纖通訊和光纖傳感器。相對于無線電通訊來說，光纖通訊具有傳輸帶寬、通訊容量大、中繼距離遠、抗干擾能力強、無串音、輕便、材料資源豐富、成本低等優點。

本專題從半導體激光器和光纖入手，先了解半導體激光器的電光特性及光纖的結構和一般性質，再學習光纖的耦合、傳輸特性及在通訊和傳感領域中的應用。第50頁，課件共59頁，創作于2023年2月05

邁克爾孫干涉專題（共15套）（1）測量鈉光的雙線波長差（7304室）（2）白光干涉現象測量平板玻璃的折射率（7304室）（3）法布里-珀羅干涉儀測鈉雙線波長差（7304室）預習要求：認真閱讀上學期講義“邁克爾孫干涉儀”實驗寫出三個實驗的預習報告。綜合專題實驗第51頁，課件共59頁，創作于2023年2月

06

電子特性專題（共15套）1）金屬電子逸出功的測定（7306室）2）用密立根油滴儀測量電子電量（7306室）3）電子在電場、磁場中的運動及電子比荷的測定（7306室）預習要求：認真閱讀實驗講義；寫出三個實驗的預習報告綜合專題實驗介紹第52頁，課件共59頁，創作于2023年2月本專題從認識電子的基本屬性，即測定電子的電荷值入手，然后進一步研究電子的發射、電子在電場和磁場中的運動情況，從而對電子的特性有一個全面的認識，能夠理解電子所涉及問題的廣泛性和深刻性。

電子與其它粒子一樣，具有粒子性和波動性，它的波長，其中h是普朗克常數，v是電子的速度。當用100KV電壓加速電子時，其電子波長?，它是可見光波長的十萬分之一，因此用電子束照射樣品的電子顯微鏡可以觀察物體的微觀結構，其分辨率可接近1?。電子束在電場加速下，可獲得很大的能量，這種高能電子束可用來熔化、蒸發、焊接各種材料。在加速器中，用加速到極高能量的電子束轟擊原子核和其它粒子進行高能物理的各種現象的研究。第53頁，課件共59頁，創作于2023年2月07全息光柵的制作（14套）（5304室）