《大学物理-基础实验》

绪论

物理实验教学中心

2020-3-26

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物理实验在科学发展上的重要性1

到校后的课程安排4

引言0

基础实验线上教学的课程安排3

物理实验教学的重要性2

基础实验的线上课程安排3

居家期间做6个实验（3月、4月）

2个必做（单摆单摆测重力加速度、时间测量中随机误差的分布规律）、加上4个自选实验。

• 力热学实验

单摆测重力加速度、时间测量中随机误差的分布规律、用Phyphox手机应用进

行非弹性碰撞实验、视频追踪法测加速度、向心加速度与角速度、多普勒效应、声速的测量、驻波实验、杨氏模量、表面张力、谷物密度测量、气体状态方程、固体表面的浸润、表面张力与曲率的关系。

• 电磁学实验地磁场测量、磁力电流计、磁力温度传感实验、手机心电图

• 光学实验生活中的透镜、自组显微镜和望远镜、小孔衍射

•自主设计课题

2020CUPT题目（17个）、自己设计一个手机物理实验、生活中物理现象的观察与探究

实验目的：用单摆测定当地的重力加速度

实验原理：当单摆角很小时 (α<5°)，单摆的运动为简谐运动，根据单摆周期

实验仪器：长约1m的细线一根，毫米刻度尺，手机（装有phyphox软件）

实验步骤：

1. 将细绳一端固定在竖直墙面上，另一端固定在手机上，让手机面与墙面平

行，做成一个摆。

2. 打开软件，下拉菜单找到mechanics下的Pendulum，让手机偏离平衡位置一

个小角度，点击运行按钮，放手后，软件会根据陀螺仪测量的数据自动记

录单摆的周期和频率。

3. 软件设置了几个功能：

• Results栏目可以反馈单摆的周期和频率；

• G栏目中可以输入摆长，系统会自动计算重力加速度g；

• Length栏目中，默认g值为9.81 m/s2，系统会自动计算摆长。注意：测量摆长时，应从悬点的位置测量到手机的中心，实验简易装置图和实验数据见下页。

g的相对误差：？

传统单摆测重力加速度使用金属小球，装置如下：

测量次数 球直径 (mm) 线长 (mm) 30T (s)

1 10.0 764.0 52.53

2 10.0 765.0 52.53

3 10.0 762.0 52.56

平均值 10.0 763.7 52.54

同一个单摆进行多次测量取平均值

相对误差：？

大角度单摆视频与追迹结果

钢球直径：3.11cm

绳到球中心距离：72.4cm

大角度视频Tracker

大角度单摆

大角度单摆

•小角度单摆对照

小角度视频Tracker

实验指导老师安排• 力热学实验单摆测重力加速度、时间测量中随机误差的分布规律（张宪峰）

用Phyphox手机应用进行非弹性碰撞实验、视频追踪法测加速度（赵霞）

向心加速度与角速度、多普勒效应（郭玉刚）

声速的测量、驻波实验（刘应玲）

杨氏模量（梁燕）

表面张力（蒋作宏）

谷物密度测量（浦其荣）

气体状态方程（赵伟）

固体表面的浸润、表面张力与曲率的关系（曲广媛）

• 电磁学实验地磁场测量、磁力电流计（陶小平）

磁力温度传感器（陆红琳）

手机心电图（韦先涛）

• 光学实验生活中的透镜、自组显微镜和望远镜（李恒一）

小孔衍射（代如成）

实验过程安排• 提供实验参考PPT（下载地址：https://jxzy.ustc.edu.cn/show_notice.aspx?id=218）

包括实验目的、实验原理，待研究问题（可分层次：基础、提升、进

阶或高阶内容）。附参考实验方法、实验仪器，实验视频等。鼓励大

家根据实际材料，自主设计完成相关实验。

• 利用交流答疑群指导实验

每个实验建有单独的QQ群或微信群，有老师和助教负责解答日常的

问题。

• 集中视频会议答疑

针对实验中的典型问题，择期进行集中在线视频答疑。

• 提交实验报告

每个实验提交一份实验报告，到校前在学校bb网络教学平台提交电子

版实验报告。必须附上自己和实验装置的合影。

实验软件工具及使用说明下载

下载地址：http://jxzy.ustc.edu.cn/show_notice.aspx?id=216

后面会根据实验需要不定期更新。

实验信息发布

物理实验教学中心网站

相关信息的发布和更新请及时关注以下板块：

1. 学校网络教学平台（https://www.bb.ustc.edu.cn/）

2. 物理实验教学中心网站的通知公告（http://jxzy.ustc.edu.cn/notice.aspx）

学校网络教学平台

优秀实验评选活动评选出约300份优秀实验报告

从提交的居家实验报告中分组评选优秀实验报告，每个实验评选出约10份优秀报告。适当提高自主设计课题的优秀率。

期末组织答辩竞赛

从300份优秀实验报告中精选出约30个优秀实验案例，期末进行答辩评比，评出特等奖、一等奖、二等奖约各10个。

优秀实验获得课程成绩加分

参加物理学术竞赛(CUPT)可以获得哪些奖励呢？

3.代表学校参加华东赛和安徽省赛(春学期)获得一等奖以上成绩时奖励每位同学800元。同时本学期（春学期）大学物理实验课成绩不低于95分！

1.参加校内赛同学所做CUPT题目可以替代相同数目的面上实验项目（春学期），通常成绩不低于85分，例如2019级（2018级）获奖同学负责2道题目，即可在一级（三级）实验中获得两个实验的85分以上成绩。完成6题以上的小组，鼓励参加安徽省CUPT比赛，参加小组数视省赛章程而定。

2.中国科大校内赛获得特等奖的队伍可获得3000元奖励，获得一等奖的队伍可获得2000元奖励，获得二等奖的队伍可获得1000元奖励。

校内赛，安徽省赛和华东赛：

包括奖金、相应年级大学物理实验课程单项实验满分成绩，课程整体满绩点成绩、院系负责人推荐海外高校、以及奖学金评定和推免研究生资格优先等相结合的综合奖励方式。

参加物理学术竞赛(CUPT)可以获得哪些奖励呢？

国家赛：

1.全国赛获得特等奖：奖励每位参赛同学2000元奖金，同时参赛同学可以获得下一级别物理实验课程4.3绩点免修成绩。

a)全国赛获得一等奖：奖励每位参赛同学1500元，同时参赛同学可以获得下一个级别物理实验课程4.3绩点免修成绩。

b)全国赛中获得一等奖及以上奖项的团队成员，在学院奖学金评审、严班资格及免试研究生指标考察时，同等条件下可以优先可虑！

c)全国赛中获得一等奖及以上奖项的团队成员申请海外高校深造时，可获院系负责人推荐。

d)全国赛获得二等奖：奖励每位参赛同学500元。e)国赛校队集训成员如后续学期没有物理实验课程，可选择

获得暑期小学期自主设计性实验课程85分以上成绩。

居家实验安全

安全第一，预防为主。

同学们在开展居家物理实验的过程中应具备良好的安全意识，

实验前须进行安全风险评估，找出即将开展的实验中存在的危险

有害因素，如高温、强电、切割、缠绕、激光、危化品、高台、

深坑、深水、高速等等，调整实验设计或改换其他实验，尽量避

免在实验中使用具有较大危险有害因素的设备或环境。当条件限

制无法避免时，实验操作人员应具备相关能力，阅读相关使用说

明书，采取针对性的风险控制措施，如屏蔽、减弱、隔离、遥控

、防护、勿单人操作等等，制定应急保障措施，确保人员和财产

安全。

常见的风险管控措施

1. 使用自行车等车辆做实验时，操作人员应具备相应驾驶技能，避免速度过快，且避开其他车辆和人员，确保安全。

2. 使用激光笔时应佩戴防护眼镜，避免其出射光或镜面反射光照射眼睛而损害视力。

3. 若使用强电，应确保安装空气开关和漏电保护装置，电器接地良好，保持干燥，避免超负荷用电，避免带电金属部位裸露，防止发生火灾或触电事故。

4. 清除冰箱、电吹风、饮水机、烤箱等电器周围的易燃物，防止发生火灾。

5. 使用高温、切割等设备时，应佩戴防护手套等装备，以免发生伤害事故。

6. 使用磁铁等物品时，应远离手机、手表、电脑等设备，以免损坏财物。

基础实验课程需要完成12个实验项目

到校后需要再完成6个现场实验项目（预计5、6月）

对居家期间未能完成6个实验的同学，需要再补齐相应数量的线下

现场实验项目，保证完成的实验总数为12个。

到校后的课程安排4

基础物理实验是大学生进入大学的第一门进行科学实验的课程，是同学们受到系统的实验思想方法和技能训练的开端，也是后续实验课程的基础。

一级物理实验（基础物理实验）的内容主要：

基本物理量的测量；

基本实验仪器的使用；

基本实验技能的训练；

基本测量方法与数据处理、分析；

涉及到力、热、电、光、近代物理的各个知识点，为普及性实验。

基础物理实验前瞻

基础物理实验前瞻• 14个实验室、共安排了42个实验、 上14周实验课。

• 学生：1879人， 19位教师 38位助教 5位技术教员

力、热学实验9个

液体表面张力

液体黏滞系数

密度的测量

拉伸法测量杨氏模量

测量切变模量

固体比热容测量

直线运动与碰撞

声速的测量

磁力摆

电、磁学实验7个

半导体温度计制作

示波器的使用

直流电源特性研究

整流滤波及应用

硅光电池的光电特性

配色实验

数字体温计

光学实验5个

透镜参数测量干涉法测微小量分光计的调节和使用显微镜使用衍射实验

光电效应测量普朗克常数

密歇根油滴实验（测量电子电荷）

近代物理实验2个

CUPT2020 (17个题目)

1.自己发明

设计一种利用热效应测量电流的仪器。该方法的准确度、精密度和局限性是什么？2.不起眼的瓶子

将点燃的蜡烛放在瓶子后面。如果你从蜡烛的对面吹瓶子，蜡烛同样可能熄灭，好像瓶子根本不在那里。解释这个现象。3.摇摆的声管

声管是一种玩具，由波纹塑料管组成，你可以旋转声管产生声音。研究这些玩具发出的声音的特性，以及它们如何受到相关参数的影响。4.“歌神”铁氧体

将铁氧体棒插入信号发生器供电的线圈中。在某些频率下，铁氧体棒开始发出声音。研究这一现象。5.甜蜜的海市蜃楼

法塔莫干纳是一种特殊形式的海市蜃楼的名字。而使用激光照射具有折射率梯度的流体时，也会产生类似的效果。研究这一现象。6.撒克逊碗

一个底部有洞的碗放在水中会下沉。撒克逊人用这个装置来计时。研究决定下沉时间的参数。

2020CUPT题目

7.绳子上的球

将绳子穿过一个带有洞的球，这样球就可以沿着绳子自由移动。把另一个球系在绳

子的一端。当你周期性地移动绳子的自由端时，你可以观察到两个球的复杂运动。研

究这一现象。

8.肥皂膜过滤器

一个重颗粒可以通过一个水平的肥皂膜而不会使其破裂。然而，轻粒子可能无法穿

透膜并可能停留在其表面上。研究这种膜过滤器的性能。

9.磁悬浮

在某些特定情况下，磁力搅拌器的“搅拌子”在搅拌时，能在粘性流体中稳定地上

升和悬浮。研究“搅拌子”动态稳定的起源，以及它如何依赖相关参数。

10.画出来的导线

用铅笔在纸上画的线可以导电。研究这种导线特性。

11.漂移的斑点

将激光束照射到黑暗的表面上。在斑点内可以看到颗粒状图案。当用相机或人眼观

察这个图案时，图案似乎在缓慢移动，图案相对于表面似乎在漂移。解释现象并研究

漂移如何取决于相关参数。

12.多边形涡流在瓶面附近装有旋转板的静止圆柱形容器中，部分装有液体。在一定条件下，液体

表面的形状会变成多边形。解释这一现象并研究其对相关参数的依赖性。

13.摩擦振子一个大块的物体被放置在两个相同的平行水平圆柱体上。两个圆柱各自以相同的角

速度旋转，但方向相反。研究物体在圆柱体上的运动如何依赖于相关参数。

14.下落的塔相同的圆盘，一个叠在另一个上面，形成一个独立的塔。当塔底部的圆盘通过施加

一个突然的水平力来移除，塔身的其余部分就会掉落到底面上，并依然保持直立状态。研究该现象并确定允许塔保持静止直立的条件。

15.胡椒罐如果你拿一个盐或胡椒罐，摇晃罐子，里面的东西就会慢慢地倒出来。然而，如果

一个物体沿罐底摩擦，则倒出速度会显著增加。解释这种现象，并研究倒出速度如何依赖于相关参数。

16.镍钛合金发动机将镍钛合金线圈绕在两个滑轮上，同时两个滑轮的轴彼此相距一定距离。如果其中

一个滑轮浸入热水中，金属丝就会变直，导致滑轮转动。研究这种发动机的性能。

17.玩纸牌一张标准的扑克牌只要在投掷的过程中旋转，就可以运动很长的一段距离。研究影

响距离和轨迹的参数

预习:认真阅读实验讲义，观看实验视频、查阅相关资料。

预习考核方式为随堂测验，不要求写预习报告（个别设计性实验除外）。

实验：

原始数据需要老师签字。记录原始数据不用铅笔！

不能抄数据、凑数据，按零分计算！

实验完毕必须整理仪器！

实验报告：

实验名称、实验目的、实验仪器、原始数据、

数据处理、思考题。计算要有过程。手写

物理实验课的基本程序和要求

成绩评定

预习测验 实验前10%

实验操作 实验中50%

报告正文实验后40%

基础实验成绩评定

实验报告

姓名 班级 年 月 日

实验名称

实验目的

实验仪器

测量记录

数据处理

误差分析、讨论、思考题

原始数据，教师签字

原始数据

报告正文

常规实验： 无需抄写实验原理部分。

设计性实验：需要给出详细的设计原理和测量方案。

• 报告提交与批阅

实验前检查预习情况

实验后一周内交完整的实验报告

再往后一周由老师批阅报告，上传成绩到教学信息

平台，请自己核查分数是否有误。

学生要按时交报告，老师要按时批阅报告，欢迎就

实验中的科学问题与老师交流。

到哪个实验室做实验就在该实验室交报告

下午：2:00-5:00

晚上：7:00-10:00

整点点名、实验报告点评：

下午：2:00~2:15

晚上：7:00~7:15

上课时间

迟到扣分标准：超过15分钟，不允许做实验！

2分/5分钟； 5分/10分钟； 10分/15分钟

一级物理实验课表及循环方式

实验循环

实验室

1413 1210 1418 1424 1312 1429 1423 1419 1428 /

1433

1322 /

1324 1303 1402

主管教员

梁燕 曲广媛 陶小平浦其

荣李恒一 陆红琳 蒋作宏 黄双安 代如成 赵霞 韦先涛 张宪锋

实验员

王晨 曲广媛 胡勇 胡勇 郑虹 汪启昕 郭强 郭强 郭强 王晨 郑虹 郭强

实验名称

1.密度

的测

量

2.钢丝

杨氏

模量

1.显微

镜使用

2.衍射

实验

1.磁力

摆

2.数字

体温计

1.切变

模量

2.固体

比热

1.分光

计

2.干涉

法测微

小量

1.半导

体温度

计

2.示波

器的使

用

1.粘滞

系数

2.表面

张力

1.光电

效应

2.密立

根油滴

1.硅光

电池

2.RGB

配色

1.匀

加速

运动

2.声

速测

量

1.分光

计

2.透镜

参数测

量

1.直流

电源特

性

2.整流

滤波

X01组 X02组 X03组 X04组 X05组 X06组 X07组 X08组 X09组 X10组 X11组 X12组

各实验室教员固定，学生循环。

二下和五下的循环一

实验室 1413 1210 1418 1424 1312 1429 1423

主管教员

梁燕 曲广媛 陶小平 浦其荣 李恒一 陆红琳 蒋作宏

实验员 王晨 曲广媛 胡勇 胡勇 郑虹 汪启昕 郭强

实验名称

1.密度的

测量

2.钢丝杨

氏模量

1.显微镜

使用

2.衍射实

验

1.磁力摆

2.数字体

温计

1.切变模

量

2.固体比

热

1.分光计

2.干涉法

测微小量

1.半导体

温度计

2.示波器

的使用

1.粘滞系

数

2.表面张

力

X01组 X02组 X03组 X04组 X05组 X06组 X07组

各实验室教员固定，学生循环。

二下和五下的循环二

1、限二下、五下；

2、教员跟随学生循环。

实验室 1419 1428/1433 1322/1324 1303 1402 1401 1416

主管教员 黄双安 代如成 赵霞 韦先涛 张宪锋 王中平 陶小平

实验员 郭强 郭强 王晨 郑虹 郭强 王晨 郭强

实验名称

1. 光电效应

2. 密立根油滴

1. 硅光电池

2. RGB配色

1.匀加速运动

2.声速测量

1. 分光计

2. 透镜

参数测量

1. 直流电源特性2. 整流滤波

IYPT系列实验

X08组 X09组 X10组 X11组 X12组

名 单第一个实验

第二个实验

请提前预习两个实验。

每个实验室做两周实验（第一周组内前一半同学先做第1个实验，后一半同学做第

2个实验；第二周交换。）

两周实验后循环到下一个实验室

物理实验教学中心网站

网址：http:// jxzy.ustc.edu.cn

教学管理信息平台

学号

123

学生属性

平台登录（返校后启用）

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讲义下载

提示：讲义实时更新，请预习前再下载。

预习实验视频播放实验视频

预习实验视频

访问国家级精品课程共享网站

教务处 实践教学信息管理系统

网址：http://etis.ustc.edu.cn/。（仅限校内网访问）

统一身份认证登录 全校的实验类课程管理

实验纪律• 未预习或迟到15分钟以上不得做实验；

• 请假补课程序：

准备请假资料：请病假要出示病历，请事假要出示请假条（请假条须由院系教学主任或教务处领导（非班主任）签字）；

开补课单：找大物实验课程负责人安排补做实验。

• 院系级活动不得影响教学；

• 保持实验室卫生、不吃零食、不穿拖鞋、避免吵闹；

• 报告抄袭按零分处理；

• 若综合成绩不及格，须重修。

线上物理实验是新生事物请各位同学积极参与，反馈教学过程中的问题，师生一起共同改进、提升大学物理线上教学！

谢谢大家！

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