《大学物理实验（1）》课程教学大纲
(实践课程)
一、课程说明
（一）课程概况
课程中文名称：《大学物理实验（1）》
课程英文名称： Physical Experiment（Ⅰ）
开课学院：理学院
适用专业/开课学期：物理学/第二学期
学分/周学时：2/2
《大学物理实验》是理工科物理类专业开设的一门独立的、必修的专业基础实验课，是学生进入大学后受到系统的实验技能训练的开端，是理工科类专业对学生进行科学实验训练的重要基础。物理实验教学和物理理论教学具有同等重要的地位，它们既有深刻的内在联系，又有各自的任务和作用。
本课程与相关课程的关系、教材体系特点及具体要求
物理实验的实验原理和方法、实验条件的确定、实验仪器及装置的选择和设计、实验技术、实验的数据处理及误差分析等方面都有自身的理论基础和教学内容，它与理论课程既有紧密的联系，又互相独立，是一门独立开设的课程。
（二）课程目标
大学物理实验通过对物理量的测量，能使学生进一步掌握物理实验的基本知识、基本方法和基本技能，并能运用物理学理论、物理实验方法研究物理现象和规律，加深对物理学理论的理解。同时培养和提高学生严谨的科学思维素质，实事求是的科学作风，严肃认真的工作态度，以及在实验过程中同学之间相互协作、共同探索的合作精神。《大学物理实验（一）》的教学目的是：以力学实验和基础型实验的开设为主，着重实验的基础知识、基本方法、基本技能的训练, 让学生受到严格的、系统的实验技能训练，使学生掌握物理实验的基本知识、方法和技巧，更主要的是要培养学生严谨的科学思维能力和创新精神，培养学生实际动手、分析判断、独立思考、理论联系实际、分析和解决实际问题等综合能力。为第二阶段的实验教学打下扎实的基础。
学完本课程后，应达到以下基本要求：
1、掌握基本量的测量方法，掌握各种基本仪器、装置的操作技能，熟练使用常用仪器。
2、掌握数据处理的基本方法及误差与不确定度的估算原则和基本方法，能够正确记录和处理实验数据，说明实验结果，撰写规范的实验报告。
3、通过对实验现象的观察、分析和对物理量的测量，学习物理实验知识，加深对物理学原理的理解。
4、具有理论联系实际和实事求是的科学作风，严肃认真的学习态度，主动研究的探索精神和遵守纪律、爱护公物、善于合作的优良品德。
（三）学时分配
| 序号
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项目
名称
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主要内容
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授课
地点
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项目类型
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学时分配
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每组人数
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项目类别
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| 1
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绪 论
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1.掌握测量及实验数据处理的基本概念。
2.掌握有效数字概念及其运算规则。
3.掌握实验数据处理的基本方法
4.了解物理实验的基本程序和要求
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|
3
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|
|
| 2
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长度的测量
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1.掌握游标卡尺，螺旋测微器及读数显微镜的原理及
正确的使用方法。
2.掌握有效数字、算术平均误差和相对误差的计算方法（包括多次等精度测量误差的估算、有效数字的基本运算与实验结果的正确表示），学习多次直接测和
间接测量的误差估算方法。
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力学实验室
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基础
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3
|
2
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必做
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| 3
|
固体和液体的密度测量
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1.学习物理天平的使用方法；
2.用流体静力称衡法测固体的密度。
3.用比重瓶法测液体的密度。
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力学实验室
|
基础
|
3
|
2
|
必做
|
| 4
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单摆实验
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1.验证摆长与周期之间的关系，求出重力加速度g。2.测量摆角与周期之间的关系，作2T-sin2(q/2)关系图，求出重力加速度g。
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力学实验室
|
基础
|
3
|
2
|
必做
|
| 5
|
简谐振动特性研究与弹簧劲度系数
测量
|
1.胡克定律的验证与弹簧劲度系数的测量。
2.测量弹簧的简谐振动周期，求得弹簧的劲度系数。
3.测量两个不同弹簧的劲度系数，加深对弹簧的劲度系数与它的线径、外径关系的了解。
4.了解并掌握集成霍耳开关传感器的基本工作原理和应用方法。
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力学实验室
|
基础
|
3
|
2
|
必做
|
| 6
|
牛顿第二定律的验证
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1．学习气垫导轨和光电计时器的调整方法。
2．验证牛顿第二定律。
3．学习在低摩擦情况下研究力学问题的方法。
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力学实验室
|
基础
|
3
|
2
|
必做
|
| 7
|
拉伸法测定金属丝的杨氏模量
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1.掌握用光杠杆测量微小长度变化的原理和方法，了解其应用。
2.掌握各种长度测量工具的选择和使用
3.学习用逐差法和作图法处理实验数据
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力学实验室
|
基础
|
3
|
2
|
必做
|
| 8
|
用三线摆测刚体转动惯量
|
1.了解本实验设计思想和解决具体测量问题的方法。
2.学习用三线扭摆测定物体的转动惯量。
3.学习正确测量时间的方法。
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力学实验室
|
基础
|
3
|
2
|
必做
|
| 9
|
限流电路与分压电路
|
1. 分压和限流电路连接方式。
2. 列表法和作图法处理数据。
3. 两种电路特性分析。
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电磁学实验室
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基础
|
3
|
2
|
必做
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| 10
|
惠斯登电桥测电阻
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1. 电桥平衡及平衡条件。
2. 使用自组电桥测电阻。
3. 使用箱式电桥测电阻。
4. 电桥灵敏度分析。
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力学实验室
|
基础
|
3
|
2
|
必做
|
| 11
|
薄透镜焦距的测定
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1. 用物距象距法测凸透镜的焦距。
2. 用两次成像的方法测凸透镜焦距。
3. 用自准直法测量凸透镜的焦距。
4. 用辅助透镜成像法测凹透镜的焦距。
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光学实验室
|
基础
|
3
|
2
|
必做
|
| 12
|
分光计的调节和使用
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1. 调节分光计。
2. 测棱镜的顶角。
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光学实验室
|
基础
|
3
|
2
|
必做
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| 13
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用刚体转动实验仪测刚体转动惯量
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1. 了解多功能计数，计时毫秒仪测量(时间)的基本方法。
2. 用刚体转动法测定物体的转动惯量。
3. 验证转动定律及平行轴定理。
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力学实验室
|
设计
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3
|
2
|
选做
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| 14
|
验证动量守恒定律
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1. 学习气垫导轨和光电计时器的调整方法。
2. 验证动量守恒定律。
3. 了解完全弹性碰撞和完全非弹性碰撞的特点。
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力学实验室
|
设计
|
3
|
2
|
选做
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| 15
|
碰撞打靶
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1. 观察电磁铁电源切断时，单摆小球只受重力及空气阻力时运动情况；
2. 观察二球碰撞前后的运动状态，测量二球碰撞的能量损失。
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力学实验室
|
设计
|
3
|
2
|
选做
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| 16
|
惯性质量测量
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1.掌握用惯性秤测定物体质量的原理和方法。
2.了解仪器的定标和使用。
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力学实验室
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设计
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3
|
2
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选做
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| 17
|
落球法测量液体粘滞系数
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1.用落球法测液体的粘滞系数。
2.研究液体粘滞系数对温度的依赖关系。
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力学实验室
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综合
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3
|
2
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选做
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| 18
|
用电位差计测量电源的电动势和内阻
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1.直流电位差计认识和应用。
2.补偿法测电动势的原理。
3.校准电路和测量电路连接。
4.测电源电动势和内阻。
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电磁学实验室
|
基础
|
3
|
2
|
选做
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| 19
|
自组透射式幻灯机
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1.组装的幻灯机，并测定其放大率。
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光学实验室
|
设计
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3
|
2
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选做
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| 20
|
夫郎和费圆孔衍射
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1.观察夫朗和费圆孔衍射图样。
2.测量艾里斑的直径。
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光学实验室
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基础
|
3
|
2
|
选做
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二、教学方法和手段
采用“分段式”教学模式，加强学生实验前的预习，力求通过预习了解实验的原理和方法，培养学生的实际操作技能，必要的示范可以使得学生准确掌握实验的要领。从仪器的操作，数据的记录及处理，实验报告的撰写都要力求规范化，为进一步学习物理实验知识打下坚实的基础。在实验教学中，采用自主化开放式的实验教学模式。理论与实践相结合、演示引导与动手实践相结合、发挥学生丰富想象空间等教学方法和手段。实验室采用重点开放和集中开放相结合的方式，一些实验项目是学生可以自主选择的题目，实验中心安排老师指导、答疑。
三、教学内容
项目一、长度的测量 （3学时）
一、教学目标
1.掌握游标卡尺，螺旋测微器及读数显微镜的原理及正确的使用方法。
2.掌握有效数字、算术平均误差和相对误差的计算方法（包括多次等精度测量误差的估算、有效数字的基本运算与实验结果的正确表示），学习多次直接测量和间接测量的误差估算方法。
二、教学重、难点
重点：游标卡尺测量原理与螺旋测微计测量原理；
难点：测量仪器的读数及数据记录。
三、教学内容
（一）主要仪器设备、材料、药品等
不锈钢直尺，物理天平，游标卡尺，螺旋测微器，读数显微镜和待测量的小工件。
（二）内容
1.用游标卡尺测量金属圆管的外径、内径、高并计算体积。
2.用螺旋测微计分别测量细钢丝、小钢球直径。
3.用读数显微镜细钢丝直径、毛细管内径。
项目二、固体和液体密度的测定（3学时）
一、教学目标
1. 学习物理天平的使用方法；
2. 用流体静力称衡法测固体的密度；
3. 用比重瓶法测液体的密度。
二、教学重、难点
重点：流体静力称衡法和比重瓶法的原理；
难点：天平的构造原理及使用方法。
三、教学内容
（一）主要仪器设备
物理天平，比重瓶，烧杯，细线，待测液体，待测固体等。
（二）内容
1.物理天平的调节。
2.用流体静力称衡法测铝块的密度。
3.用比重瓶法测金属小颗粒密度
项目三、用单摆测量重力加速度（3学时）
一、教学目标
1.验证摆长与周期之间的关系，求出重力加速度g。
2.测量摆角与周期之间的关系，作2T-sin2(q/2)关系图，求重力加速度g。
二、教学重、难点
重点：了解测量中的主要误差来源及减小误差的方法；
难点：计时与摆角控制。
三、实验内容
（一）主要仪器设备
单摆实验仪、霍耳传感器。
（二）内容
1.控制摆角小于5度，摆长从50厘米开始，每次增加10厘米，测量摆动50次的时间。
2.摆长固定（100厘米），摆球球心距铅垂线每次增加5厘米，测量摆动50次的时间。
实验四、简谐振动特性研究与弹簧劲度系数测量 （3学时）
一、教学目标
1.胡克定律的验证与弹簧劲度系数的测量；
2.测量弹簧的简谐振动周期，求得弹簧的劲度系数；
3.测量两个不同弹簧的劲度系数，加深对弹簧的劲度系数与它的线径、外径关系的了解；
4.了解并掌握集成霍耳开关传感器的基本工作原理和应用方法。
二、教学重、难点
重点：了解弹簧振动的性质，掌握用伸长法和测定振动周期的方法去求弹簧的劲度系数；
难点：焦利称装置的调节。
三、实验内容
（一）主要仪器设备
计时计数毫秒仪、集成霍耳开关传感器固定板及引线、新型焦利秤、砝码组。
（二）内容
测量弹簧简谐振动周期，计算弹簧的劲度系数。
项目五、 验证牛顿第二定律 （3学时）
一、教学目标
1.学习气垫导轨和光电计时器的调整方法。
2.验证牛顿第二定律。
3.学习在低摩擦情况下研究力学问题的方法。
二、教学重、难点
重点：物体的速度、加速度的测量；难点：气垫导轨的调平。
三、教学内容
（一）主要仪器设备
气垫导轨、滑块、光电计时器、砝码。
（二）内容
1.保持物体所受拉力不变，测量不同系统质量所对应的加速度。
2.保持系统质量不变，改变合外力测量对应的加速度。
项目六、 拉伸法测定金属丝的杨氏模量 （3学时）
一、教学目标
1.掌握用光杠杆测量微小长度变化的原理和方法，了解其应用。
2.掌握各种长度测量工具的选择和使用。
3.学习用逐差法和作图法处理实验数据。
二、教学重、难点
重点：光杠杆法测微小长度的变化；
难点：望远镜，光杠杆，标尺组成的测量系统的调节。
三、教学内容
（一）主要仪器设备
金属丝杨氏模量测定仪、钢卷尺、米尺、螺旋测微计等。
（二）内容
1.给钢丝加依次加砝码后伸长量的测量
2光杠杆常数，钢丝原长，镜尺间距等参数的测量
项目 七、 用三线摆测刚体转动惯量 （3学时）
一、教学目标
1.了解本实验设计思想和解决具体测量问题的方法；
2. 学习用三线扭摆测定物体的转动惯量；
3. 学习正确测量时间的方法。
二、教学重、难点
重点：转动惯量的不确定度分析；
难点：三线摆的调节与使用。
三、教学内容
（一）主要仪器设备
三线摆、停表、物理天平及砝码、钢卷尺、水准仪、游标卡尺、待测物是金属圆环。
（二）内容
1.三线摆底盘摆动周期的测量；
2.底盘加待测圆环后摆动周期的测量；
3.将两个相同圆柱体对称地加在下园盘上测量摆动周期，验证平行轴定律。
项目 八、 限流电路与分压电路 （3学时）
一、教学目标
1.了解电磁学实验的基本仪器的性能和使用方法；
2.认识滑动变阻器的结构和作用；
3.研究限流与分压两种电路的连接方法、性能和特点。
二、教学重、难点
重点：电路的基本组成与连接；
难点：电测仪表的读数。
三、教学内容
（一）主要仪器设备
直流毫伏表、直流伏特表、万用电表、直流稳压电源、滑线变阻器、电阻箱、开关、导线。
（二）内容
1.将滑动变阻器串联接入电路，改变滑动头的位置测量回路电流值，研究滑动变阻器不同不同接入长度对电流的影响。
2.将滑动变阻器连接电源活动端负端与测量电路并联，改变活动端的位置测量外电路的电压值，研究滑动变阻器对电压的影响。
项目 九、 惠斯登电桥测电阻 （3学时）
一、教学目标
1.学习和掌握惠斯登电桥测电阻的原理和方法；
2.学会正确使用箱式电桥和自组电桥测电阻的方法；
3.学习消除系统误差的一种方法——交换测量法；
4.用箱式电桥测电阻。
二、教学重、难点
重点：惠斯通电桥的原理和特点及对电阻的测量方法
难点：电桥的灵敏度及提高灵敏度的方法。
三、教学内容
（一）主要仪器设备
QJ23A型直流电桥、电源、滑线变阻器、电阻箱、AC5型检流计、属膜电阻开关、导线、待测金
（二）内容
１.用电阻箱自组电桥测电阻。
２.电桥灵敏度的测定。
３.用成品电桥重新测量前述三个电阻。
项目 十、 簿透镜焦距的测定 （3学时）
一、教学目标
1.掌握簿透镜焦距的几种测量方法
2.观察薄透镜成像规律、并论证物像关系式
3.光具座上各元件的共轴调节
二、教学重、难点
重点：1.透镜成像的基本原理
2.透镜焦平面及光的可逆性原理
难点：光学元件的共轴调节方法。
三、教学内容
（一）主要仪器设备
WSZ-715A型光具座、8Ｖ9Ｗ的光源、凸透镜、凹透镜、平面镜、物屏、像屏等
（二）内容
1.用自准法凸测透镜焦距。
2用位移法测透镜焦距。
3.用物距像距法测凹透镜焦距
4.研究凸透镜的成像规律。
项目 十一、 分光计的调节及使用 （3学时）
一、教学目标
1.了解分光计的结构，各个组件的作用；
2.掌握分光计的调节和使用方法；
3.掌握测定棱镜角的方法。
二、教学重、难点
重点: 1.介绍分光计结构，掌握调节和使用分光计的方法
2.自准法测三棱镜顶角。
难点：调节望远镜与分光计转轴垂直。
三、教学内容
（一）主要仪器设备
ＪＪＹ型分光计、 双面反射镜、三棱镜、钠光灯。
（二）内容
１.分光计的调节；
２.三棱镜顶角的测量(自准法和分光束法)。
项目 十二、用刚体转动实验仪测刚体转动惯量 （3学时）
一、教学目标
1.了解多功能计数，计时毫秒仪测量时间的基本方法；
2.用刚体转动法测定物体的转动惯量；
3.验证转动定律及平行轴定理。
二、教学重、难点
重点：刚体的质量和质量分布对转动惯量的影响；
难点：砝码下降时间的测量。
三、教学内容
（一）主要仪器设备
刚体转动实验仪、电脑计时器。
（二）内容
1. 测量承物台（塔轮）的转动惯量；
2. 测量待测物试样的转动惯量；
3. 将圆柱体按（1，5＇）（2，4＇）（3，3＇）（4,，2＇）（5，1＇）放置，测量转动惯量，
验证平行轴定理
项目 十三、 验证动量守恒定律 （3学时）
一、教学目标
1. 学习气垫导轨和光电计时器的调整方法；
2. 验证动量守恒定律；
3. 了解完全弹性碰撞和完全非弹性碰撞的特点。
二、 教学重、难点
重点：用观察法研究弹性碰撞和非弹性碰撞的特点，完全弹性碰撞与完全非弹性碰撞的区别；
难点：验证动量守恒定律以及考察直线碰撞过程所满足的条件。
三、教学内容
（一）主要仪器设备
气垫导轨、滑块、尼龙胶带、挡光片、光电计时器、砝码等。
（二）内容
测量滑块弹性碰撞和非弹性碰撞前后的速度验证动量守恒定律。
项目 十四、 碰撞打靶 （3学时）
一、教学目标
1.了解自然界中物体的碰撞现象；
2．利用碰撞前的单摆运动以及碰撞后的平抛运动利用已学到的力学定律去解决打靶的实验问题；
3.预习实验原理的各个力学规律；
4.了解整个实验的过程，即从理论值到实际值的过程。
二、教学重、难点
重点：通过两个球体的碰撞、碰撞前的单摆运动以及碰撞后的平抛运动，应用力学定律解决问题，从而更深入地了解力学原理；
难点：自行设计实验分析各种损失的相对大小，研究实验过程中能量损失的来源。
三、教学内容
（一）主要仪器设备
碰撞打靶实验仪，被撞球3个（铁球，铜球，铝球，其中铁球和撞击球质量相等）。
（二）内容
观察二个不同质量的钢球碰撞前后的运动状态，测量碰撞前后的能量损失。
1.实验设计要求
2.能量损失分析
项目 十五、 惯性质量测量 （3学时）
一、教学目标
1．掌握用惯性秤测定物体质量的原理和方法；
2．了解仪器的定标和使用。
二、教学重、难点
重点：掌握用惯性秤测量物体惯性质量的原理和方法；
难点：仪器的定标和使用。
三、教学内容
（一）主要仪器设备
惯性秤，周期测定仪，用于仪器的定标采用的标准质量块，待测圆柱体
（二）内容
1.测定惯性称水平放置时的定标曲线。
2.待测圆柱体惯性质量的测定
3.垂直放置惯性称，研究重力对惯性称测量的影响。
项目 十六 、 落球法测量液体粘滞系数 （3学时）
一、教学目标
1.用落球法测液体的粘滞系数；
2.研究液体粘滞系数对温度的依赖关系。
二、教学重、难点
重点：实验过程的误差分析。
难点：掌握测量仪器的使用
三、教学内容
（一）主要仪器设备
液体粘滞系数实验仪、小钢球、蓖麻油、物理天平、直尺、千分尺。
（二）内容
测量金属球在筒内甘油中降落一段距离所用的时间，计算甘油的粘滞系数
项目 十七、 用电位差计测量电源电动势和内阻 （3学时）
一、教学目标
1.学习“补偿法”在实验中的应用。
2.掌握电位差计的工作原理及其测量的基本方法。
3.学习对实验电路参数的估算及校准方法。
二、教学重、难点
重点：补偿法测电动势和内阻的方法和原理；
难点：线路的连接，调节检流计指零。
三、教学内容
（一）主要仪器设备：DH325型十一线电位差计、标准与待测电动势、电源、检流计
（二）内容
1.正确的用导线接实验仪器；
2.工作电流标准化；
3.测量给定电源的电动势。
4.测量给定电源的内阻。
项目 十八、 自组透射式幻灯机 （3学时）
一、教学目标
1.了解幻灯机的原理和聚光镜的作用；
2.掌握投影系统的具体的光路的调节。
二、教学重、难点
重点：1.幻灯机的放大投影原理；2.聚光镜的作用。
难点：各光学元件位置的确定及光路调节。
三、教学内容
（一）主要仪器设备
光具座、聚光镜、单凸透镜、幻灯片、光源、影屏
（二）内容
组装一放大倍率为10倍的幻灯机。
项目 十九、 夫朗和费圆孔衍射 （3学时）
一、教学目标
观察夫朗和费圆孔衍射图样。
二、教学重、难点
重点：了解衍射图样获取方法；
难点：实验装置的使用。
三、教学内容
（一）主要仪器设备
钠光灯（加圆孔光栏），多孔架（Φ=1mm，）凸透镜，测微目镜等。
（二）内容
1. 观察和研究夫琅和费圆孔衍射现象；
2. 验证爱里斑计算公式。
四、考核办法
（一）考核方式
《大学物理实验(一)》是一门单独设置的必修实验课程，独立进行成绩考核。
考核内容应包括平时成绩（预习报告、实验操作情况、实验报告等），学期考试成绩（理论闭卷考试、实验操作考试）两个部分。
理论考试重点考核学生对所做实验的基本原理、实验方法以及实验现象的观察；实验操作考试采用抽签进行，重点考核学生对某一个实验题目在规定的时间（一般为一个小时）内独立操作，完成仪器的调试、数据测量及处理及实验报
（二）评分办法
本课程的学习成绩由平时成绩（70%）、学期考试成绩（30%）两部分构成。
成绩考核采用百分制。考试成绩在60分以上取得该实验课程的学分，对于考试成绩不及格的学生，重修学分。
五、使用教材及主要参考书目、参考文献等
（一）教材：
物理实验教学中心自编《大学物理实验（一）》讲义。
（二）参考书目：
［1］ 杨述武. 普通物理实验第四版［Ｍ］．北京: 高等教育出版社，2007
［2］ 周殿清．大学物理实验［Ｍ］．武汉：武汉大学出版社，2002．
［3］ 朱鹤年．基础物理实验实验教程［Ｍ］．北京：高等教育出版社，2005．
［4］ 吴伟明．大学物理实验［Ｍ］．北京：科学出版社，2010．
［5］ 沈元华 陆申龙．基础物理实验［Ｍ］．北京： 高等教育出版社，2003.
