第一章　緒論

一、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程與人才培養(yǎng)

1.科學(xué)實(shí)驗(yàn)的地位與作用

人類改造自然的實(shí)踐活動(dòng)不外兩種：一是生產(chǎn)實(shí)踐，二是科學(xué)實(shí)驗(yàn)。所謂科學(xué)實(shí)驗(yàn)，是人們按照一定的研究目的，借助特定的儀器設(shè)備，人為地控制或模擬自然現(xiàn)象，突出主要因素，對(duì)自然事物和現(xiàn)象進(jìn)行精密、反復(fù)的觀察和測(cè)試，探索其內(nèi)部的規(guī)律性。這種對(duì)自然的有目的、有控制、有組織的探索活動(dòng)是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的源泉。原子能、半導(dǎo)體、激光等科技成果僅僅依靠總結(jié)生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)是發(fā)現(xiàn)不了的，只有在科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)室里才會(huì)被發(fā)現(xiàn)。現(xiàn)代化的企業(yè)為了不斷地改進(jìn)生產(chǎn)過程和創(chuàng)新產(chǎn)品，也十分重視實(shí)驗(yàn)研究工作，都有相當(dāng)規(guī)模的研究實(shí)驗(yàn)室。因而科學(xué)實(shí)驗(yàn)是科學(xué)理論的源泉，是自然科學(xué)的根本，是工程技術(shù)的基礎(chǔ)，同時(shí)科學(xué)理論對(duì)實(shí)驗(yàn)起著指導(dǎo)作用。要處理好實(shí)驗(yàn)和理論的關(guān)系，重視科學(xué)實(shí)驗(yàn)，重視進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練的實(shí)驗(yàn)課教學(xué)。

2.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的地位與作用

物理學(xué)本身是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，無論是物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，還是物理理論的驗(yàn)證，都要取決于實(shí)驗(yàn)。例如，楊氏的干涉實(shí)驗(yàn)使光的波動(dòng)學(xué)說得以確立，赫茲的電磁波實(shí)驗(yàn)使麥克斯韋的電磁波理論獲得普遍承認(rèn)，盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)揭開了原子的秘密，近代的高能粒子對(duì)撞實(shí)驗(yàn)使人們深入到物質(zhì)的最深層——原子核和基本粒子內(nèi)部來探索其規(guī)律性。在物理學(xué)發(fā)展過程中，人類積累了豐富的實(shí)驗(yàn)方法，創(chuàng)造出各種精密巧妙的儀器設(shè)備，涉及廣泛的物理現(xiàn)象，因而使物理實(shí)驗(yàn)課有了充實(shí)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程屬性是科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法基礎(chǔ)，是對(duì)高校理工專業(yè)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)基本訓(xùn)練的一門獨(dú)立的必修基礎(chǔ)課程，是學(xué)生在高等學(xué)校受到系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練的開端。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)所覆蓋的知識(shí)面和信息量極為豐富，根據(jù)我們的實(shí)踐和認(rèn)識(shí)，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課有如下特點(diǎn)：它是在誤差理論思想指導(dǎo)下為達(dá)某項(xiàng)目標(biāo)而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，是手腦并用的復(fù)雜勞動(dòng)；它要有恰當(dāng)?shù)姆椒?，以使所要觀測(cè)的物理現(xiàn)象或過程能夠?qū)崿F(xiàn)，并達(dá)到符合一定準(zhǔn)確度的定量測(cè)量要求；它需要技能，如實(shí)驗(yàn)方案的選擇、儀器設(shè)備的調(diào)整與操作、物理現(xiàn)象的觀察與分析等；它的語言是數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)的成功與失敗，好與差，必須用數(shù)據(jù)來說明。所以大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的過程融理論、方法、技能和數(shù)據(jù)處理于一體，它在培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用實(shí)驗(yàn)手段去分析、觀察、發(fā)現(xiàn)乃至研究、解決問題的能力方面，在提高學(xué)生科學(xué)實(shí)驗(yàn)素質(zhì)方面，都起著重要作用，為培養(yǎng)學(xué)生的科技創(chuàng)新能力提供了非常優(yōu)越的條件。同時(shí)，它也將為學(xué)生今后的學(xué)習(xí)、工作奠定良好的基礎(chǔ)。

3.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)

（1）學(xué)習(xí)和掌握物理實(shí)驗(yàn)的基本知識(shí)、基本方法和基本技能

①掌握測(cè)量誤差、有效數(shù)字、不確定度等基礎(chǔ)知識(shí)。

②掌握實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理基本方法。

③掌握基本儀器的結(jié)構(gòu)原理、使用方法和操作技術(shù)。

④掌握預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作和撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告等基本實(shí)驗(yàn)程序。

⑤掌握常用物理量基本測(cè)試方法，并能在實(shí)際工作中應(yīng)用。

（2）培養(yǎng)與提高學(xué)生的科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?/p>

①自學(xué)能力。能夠自行閱讀實(shí)驗(yàn)教材和參考資料，正確理解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，作好實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備。

②動(dòng)手實(shí)踐能力。能夠借助教材和儀器說明書，正確調(diào)整使用常用儀器。

③思維判斷能力。能夠運(yùn)用物理學(xué)理論，對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行初步的分析和判斷。

④表達(dá)書寫能力。能夠正確記錄和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制圖線，說明實(shí)驗(yàn)結(jié)果，撰寫出有見解的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

⑤簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。能夠根據(jù)課題要求，確定實(shí)驗(yàn)方法和條件，合理選擇儀器，擬定具體的實(shí)驗(yàn)程序。

（3）培養(yǎng)和提高學(xué)生從事科學(xué)實(shí)驗(yàn)的素質(zhì)

①理論聯(lián)系實(shí)際和實(shí)事求是的科學(xué)作風(fēng)。

②嚴(yán)肅認(rèn)真的工作態(tài)度，不怕困難、主動(dòng)進(jìn)取的探索精神。

③遵守操作規(guī)程、愛護(hù)公共財(cái)產(chǎn)的優(yōu)良品德。

④在實(shí)驗(yàn)過程中相互協(xié)作、共同探索的合作精神。

二、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)環(huán)節(jié)和要求

做一個(gè)實(shí)驗(yàn)包括三個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)：課前預(yù)習(xí)，課堂實(shí)驗(yàn)操作，撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。課堂實(shí)驗(yàn)操作是最基本的環(huán)節(jié)，預(yù)習(xí)是課堂操作的必要準(zhǔn)備，撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告是實(shí)驗(yàn)成果的書面表達(dá)。

1.課前預(yù)習(xí)

實(shí)驗(yàn)教材是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的指導(dǎo)書。它對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)的目的與要求、實(shí)驗(yàn)原理都做了明確的闡述。因此，在上實(shí)驗(yàn)課前都要認(rèn)真閱讀，必要時(shí)還應(yīng)閱讀有關(guān)參考資料。對(duì)于所涉及測(cè)量?jī)x器，在預(yù)習(xí)時(shí)可閱讀教材中有關(guān)該儀器的介紹，了解其構(gòu)造原理、工作條件和操作規(guī)程等，必要時(shí)可到實(shí)驗(yàn)室去觀察實(shí)物，并在此基礎(chǔ)上寫好預(yù)習(xí)報(bào)告。預(yù)習(xí)報(bào)告內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面。

（1）實(shí)驗(yàn)題目　實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱。

（2）儀器設(shè)備　實(shí)驗(yàn)中使用的主要儀器設(shè)備。

（3）實(shí)驗(yàn)原理　列出有關(guān)測(cè)量的計(jì)算式及條件（要明確哪些物理量是直接測(cè)量量，哪些物理量是間接測(cè)量量，用什么方法和測(cè)量?jī)x器等），必要時(shí)需繪出電路圖、光路圖或設(shè)備示意圖。

（4）實(shí)驗(yàn)步驟　把實(shí)驗(yàn)步驟寫在紙面上，它就成了一張操作路線圖，可以指導(dǎo)學(xué)生有條不紊的完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，操作者按此程序去做即可。

（5）數(shù)據(jù)記錄表格　數(shù)據(jù)表與操作步驟是密切相關(guān)的。數(shù)據(jù)表中項(xiàng)目欄的排列順序，應(yīng)與操作步驟的順序合理配合，這樣，可以隨時(shí)將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)按順序填入表中，也可以隨時(shí)觀察和分析數(shù)據(jù)的規(guī)律性。有的學(xué)生喜歡將數(shù)據(jù)隨便記在紙片上，這種做法反映了實(shí)驗(yàn)者心態(tài)的浮躁，很容易出錯(cuò)，這種做法在實(shí)驗(yàn)課堂上是不允許的。

2.課堂實(shí)驗(yàn)操作

進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室應(yīng)遵守實(shí)驗(yàn)室規(guī)章制度和學(xué)生實(shí)驗(yàn)守則。認(rèn)真聽取指導(dǎo)教師講解儀器設(shè)備使用注意事項(xiàng)和使用方法，在教師指導(dǎo)下正確使用儀器，注意愛護(hù)，穩(wěn)拿妥放，防止損壞。對(duì)于電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)，必須由指導(dǎo)教師檢查電路的連接正確無誤后，方可接通電源進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)束，要把原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄交給指導(dǎo)教師檢查簽字，對(duì)不合理的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)還要補(bǔ)做或重做。離開實(shí)驗(yàn)室前要整理好使用過的儀器，做好清潔工作，填好實(shí)驗(yàn)記錄，經(jīng)教師同意后，方可離開實(shí)驗(yàn)室。為更好完成課堂實(shí)驗(yàn)，還要牢記以下事項(xiàng)。

（1）關(guān)于儀器　實(shí)驗(yàn)儀器放在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的位置，以安全和方便為原則。例如，高壓電源的輸出端鈕應(yīng)遠(yuǎn)離操作者，經(jīng)常需要操縱或調(diào)節(jié)的儀器，應(yīng)放在便于操縱的位置上，如砝碼盒應(yīng)放在天平的砝碼盤附近。一些電學(xué)實(shí)驗(yàn)，儀器部件較多，實(shí)驗(yàn)者首先要把這些儀器部件一一安排在合適的位置上，然后再連線。這樣才能保證實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的儀器既安全又方便。實(shí)驗(yàn)完成后，應(yīng)將所有儀器恢復(fù)原位。

儀器在使用過程中，難免發(fā)生故障，使得儀器不能正常工作，或數(shù)據(jù)失常，這時(shí)應(yīng)立即停止實(shí)驗(yàn)，并設(shè)法排除故障。如果學(xué)生對(duì)所用儀器比較熟悉，可以獨(dú)立地去排除，否則應(yīng)報(bào)告指導(dǎo)教師，待故障排除后，才能恢復(fù)做實(shí)驗(yàn)。

（2）關(guān)于讀數(shù)　測(cè)量?jī)x器從被測(cè)對(duì)象獲得的信息以各種形式輸出，最常見的輸出形式是，在標(biāo)尺或儀表上得到讀數(shù)。讀數(shù)時(shí)要注意以下各點(diǎn)。

①有效數(shù)字取位要合理，要讀到有誤差（可疑）的那一位。

②讀數(shù)時(shí)要注意消除視差。例如，在讀取標(biāo)尺示值時(shí)，眼睛要正對(duì)示值刻線的上方；在讀取指針式儀表的示值時(shí)，眼睛要正對(duì)指針的上方等。

③讀數(shù)時(shí)要有足夠的耐心。尤其在做重復(fù)性測(cè)量時(shí)，不要以為后面的數(shù)據(jù)一定和前面的數(shù)據(jù)相同。當(dāng)指示器再次臨近前面的數(shù)據(jù)時(shí)，不要迫不及待的記錄讀數(shù)，因?yàn)橹甘酒骺赡苓€在緩慢地移動(dòng)。要實(shí)事求是，不要編造所謂“重復(fù)性”好的假數(shù)據(jù)。

④讀數(shù)出現(xiàn)異常時(shí)，立即停止測(cè)量。這時(shí)應(yīng)檢查測(cè)量?jī)x器是否失調(diào)，環(huán)境條件是否發(fā)生了異常突變。如一時(shí)找不到原因，應(yīng)及時(shí)報(bào)告指導(dǎo)教師。

（3）關(guān)于原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄　所有做過的實(shí)驗(yàn)都應(yīng)該有完整的原始記錄，它是記載物理實(shí)驗(yàn)全部操作過程的基礎(chǔ)性資料。

①用專用的原始實(shí)驗(yàn)記錄本記錄實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、現(xiàn)象和數(shù)據(jù)。在原始記錄里，除實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)外，還應(yīng)載明實(shí)驗(yàn)日期、實(shí)驗(yàn)題目、儀器編號(hào)以及操作過程中出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象等，有時(shí)還需記下室溫、大氣壓、濕度等環(huán)境條件。

②實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)直接記錄在表格里，數(shù)據(jù)表要單獨(dú)一頁。實(shí)驗(yàn)中每次讀到一個(gè)數(shù)據(jù)，就把它填寫到數(shù)據(jù)表內(nèi)相應(yīng)的空格中，可以使實(shí)驗(yàn)者始終保持清醒的頭腦，隨時(shí)知道已經(jīng)測(cè)量了什么，還應(yīng)測(cè)量什么。學(xué)會(huì)根據(jù)測(cè)量?jī)?nèi)容來繪制數(shù)據(jù)表，也是科技工作者必備的基本技能。如果在一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，有兩組以上的數(shù)據(jù)，則應(yīng)繪制兩個(gè)以上的數(shù)據(jù)表。

③數(shù)據(jù)表應(yīng)有表序和表名。表序是按數(shù)據(jù)表在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中出現(xiàn)的次序用阿拉伯?dāng)?shù)字所做的編號(hào)，從“表1”開始，一直編到最后。若實(shí)驗(yàn)報(bào)告中只有一個(gè)數(shù)據(jù)表，仍然用“表1”表示。表名應(yīng)能確切表達(dá)數(shù)據(jù)表的特定內(nèi)容。例如，測(cè)量一個(gè)細(xì)長(zhǎng)鋼棒的體積，其數(shù)據(jù)表的表名可擬為“細(xì)長(zhǎng)鋼棒的幾何尺寸”，如例1-1所示。

【例1-1】

④實(shí)驗(yàn)室提供的數(shù)據(jù)、儀器誤差、關(guān)鍵的實(shí)驗(yàn)條件等應(yīng)列在表格之上。

⑤用鋼筆或圓珠筆記錄數(shù)據(jù)，不要用鉛筆。數(shù)據(jù)應(yīng)占空格中一半位置，如例1-1中表1所示。發(fā)現(xiàn)了錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，應(yīng)及時(shí)改正，但不允許涂改，更不準(zhǔn)用橡皮擦去。正確的方法是，在錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)上，輕輕劃一斜杠，并在上邊寫上正確的數(shù)據(jù)，如例1-1所示。留下錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的筆跡，可能對(duì)日后分析測(cè)量結(jié)果時(shí)有參考價(jià)值。

3.撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告

實(shí)驗(yàn)報(bào)告是學(xué)生完成某一實(shí)驗(yàn)題目的實(shí)驗(yàn)總結(jié)，是學(xué)生展示自己的科學(xué)素養(yǎng)和實(shí)驗(yàn)技能、發(fā)表實(shí)驗(yàn)見解的學(xué)習(xí)性報(bào)告，也是培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行科技寫作的有效形式之一。根據(jù)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)，并參照國(guó)家關(guān)于科技論文寫作的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，建議在撰寫物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)，應(yīng)包括如下內(nèi)容：實(shí)驗(yàn)名稱、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理?jiǎn)述、實(shí)驗(yàn)方法、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)處理與結(jié)果分析、實(shí)驗(yàn)總結(jié)與討論七個(gè)部分。

下面分別對(duì)“報(bào)告”中各部分的寫法提出一些要求。

（1）關(guān)于“實(shí)驗(yàn)名稱”和“實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹薄∫话銘?yīng)與教材中提法一致。

（2）關(guān)于“原理簡(jiǎn)述”　應(yīng)該是在理解原理的基礎(chǔ)上用自己的語言簡(jiǎn)要敘述，要求做到簡(jiǎn)明扼要，圖（原理圖、光路圖、電路圖）文并茂，并列出測(cè)量和計(jì)算所依據(jù)的公式，注明公式中各量的物理意義及公式的適用條件。

（3）關(guān)于“實(shí)驗(yàn)方法”　只要寫出關(guān)鍵性的調(diào)整方法和測(cè)量技巧，不是具體操作步驟的敘述，而是個(gè)人理解的簡(jiǎn)述，可簡(jiǎn)可詳。

（4）關(guān)于“數(shù)據(jù)記錄”　一般要求以列表形式來反映完整而清晰的原始測(cè)量數(shù)據(jù)。

（5）關(guān)于“數(shù)據(jù)處理與結(jié)果分析”　要求寫出數(shù)據(jù)處理的主要過程、圖線、誤差分析等，在計(jì)算處理完成以后，必須以醒目的方式完整地表示出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

（6）關(guān)于“實(shí)驗(yàn)總結(jié)與討論”　內(nèi)容不受限制，可以是對(duì)觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析，對(duì)結(jié)論和誤差原因進(jìn)行分析，也可以對(duì)實(shí)驗(yàn)方案及其改進(jìn)意見進(jìn)行討論評(píng)述。這是實(shí)驗(yàn)報(bào)告中最開放、最靈活的部分，重在說理，能反映實(shí)驗(yàn)者觀察和分析能力的高低。

總之，物理實(shí)驗(yàn)課有著自己的特點(diǎn)和規(guī)律，要學(xué)好這門課不是件容易的事情。希望同學(xué)們?cè)趯W(xué)習(xí)過程中不斷提高對(duì)它的興趣，打好基礎(chǔ)，注意培養(yǎng)自己成為優(yōu)秀的科學(xué)技術(shù)人才。

三、物理實(shí)驗(yàn)學(xué)生守則

（1）要愛護(hù)實(shí)驗(yàn)室一切公物，保持實(shí)驗(yàn)室安靜、整潔，遵守紀(jì)律。

（2）遵守上課時(shí)間。遲到超過10分鐘及以上者，不允許進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室。

（3）不允許攜帶任何食品進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室。進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后，要將書包等物品放在指定位置，不許放在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上。

（4）學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后，要將寫好的預(yù)習(xí)報(bào)告交指導(dǎo)教師檢查，經(jīng)教師檢查同意后方可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。不寫實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告者不允許做實(shí)驗(yàn)。

（5）實(shí)驗(yàn)前要仔細(xì)檢查所用實(shí)驗(yàn)儀器是否齊全、完好。如果有缺損，要及時(shí)報(bào)告教師處理，不得擅自搬弄其他組儀器。

（6）做實(shí)驗(yàn)時(shí)，要嚴(yán)格遵守所用儀器的操作規(guī)程和注意事項(xiàng)，不得擅自拆儀器，以防發(fā)生人身事故和儀器損壞。對(duì)違反操作規(guī)程而損壞儀器的學(xué)生，教師按學(xué)校有關(guān)規(guī)定處理。完成實(shí)驗(yàn)后，要將實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備整理還原。

（7）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在數(shù)據(jù)表格中。記錄完成的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)要交指導(dǎo)教師審查，合格的指導(dǎo)教師簽字通過；數(shù)據(jù)不合格的要求學(xué)生重測(cè)數(shù)據(jù)直至合格，并由指導(dǎo)教師簽字通過。未經(jīng)指導(dǎo)教師簽字的數(shù)據(jù)無效。

（8）實(shí)驗(yàn)報(bào)告要在完成實(shí)驗(yàn)的下一周內(nèi)交給實(shí)驗(yàn)組長(zhǎng)，由實(shí)驗(yàn)組長(zhǎng)統(tǒng)一交指導(dǎo)教師批改。遲交實(shí)驗(yàn)報(bào)告將酌情降低實(shí)驗(yàn)成績(jī)。

（9）有事或有病者必須有相應(yīng)的有效假條（醫(yī)院出具的診斷書、有主管系書記簽字的證明等），課前向任課教師請(qǐng)假，在約定的時(shí)間補(bǔ)做。少做實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目者期末無總成績(jī)。

（10）在實(shí)驗(yàn)過程中，對(duì)嚴(yán)重違反實(shí)驗(yàn)紀(jì)律和偽造實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)者，實(shí)驗(yàn)成績(jī)按零分計(jì)，教師有權(quán)終止本次實(shí)驗(yàn)。

（11）抄襲實(shí)驗(yàn)報(bào)告、雷同實(shí)驗(yàn)報(bào)告、替做實(shí)驗(yàn)等實(shí)驗(yàn)成績(jī)記為零分。