第一章　绪　论

一、大学物理实验课程与人才培养

1.科学实验的地位与作用

人类改造自然的实践活动不外两种：一是生产实践，二是科学实验。所谓科学实验，是人们按照一定的研究目的，借助特定的仪器设备，人为地控制或模拟自然现象，突出主要因素，对自然事物和现象进行精密、反复的观察和测试，探索其内部的规律性。这种对自然的有目的、有控制、有组织的探索活动是现代科学技术发展的源泉。原子能、半导体、激光等科技成果仅仅依靠总结生产技术经验是发现不了的，只有在科学家的实验室里才会被发现。现代化的企业为了不断地改进生产过程和创新产品，也十分重视实验研究工作，都有相当规模的研究实验室。因而科学实验是科学理论的源泉，是自然科学的根本，是工程技术的基础，同时科学理论对实验起着指导作用。要处理好实验和理论的关系，重视科学实验，重视进行科学实验训练的实验课教学。

2.大学物理实验课程的地位与作用

物理学本身是一门实验科学，无论是物理规律的发现，还是物理理论的验证，都要取决于实验。例如，杨氏的干涉实验使光的波动学说得以确立，赫兹的电磁波实验使麦克斯韦的电磁波理论获得普遍承认，卢瑟福的α粒子散射实验揭开了原子的秘密，近代的高能粒子对撞实验使人们深入到物质的最深层——原子核和基本粒子内部来探索其规律性。在物理学发展过程中，人类积累了丰富的实验方法，创造出各种精密巧妙的仪器设备，涉及广泛的物理现象，因而使物理实验课有了充实的实验内容。

大学物理实验课程属性是科学实验方法基础，是对高校理工专业学生进行科学实验基本训练的一门独立的必修基础课程，是学生在高等学校受到系统实验技能训练的开端。大学物理实验所覆盖的知识面和信息量极为丰富，根据我们的实践和认识，大学物理实验课有如下特点：它是在误差理论思想指导下为达某项目标而进行的实验，是手脑并用的复杂劳动；它要有恰当的方法，以使所要观测的物理现象或过程能够实现，并达到符合一定准确度的定量测量要求；它需要技能，如实验方案的选择、仪器设备的调整与操作、物理现象的观察与分析等；它的语言是数据，实验的成功与失败，好与差，必须用数据来说明。所以大学物理实验的过程融理论、方法、技能和数据处理于一体，它在培养学生运用实验手段去分析、观察、发现乃至研究、解决问题的能力方面，在提高学生科学实验素质方面，都起着重要作用，为培养学生的科技创新能力提供了非常优越的条件。同时，它也将为学生今后的学习、工作奠定良好的基础。

3.大学物理实验课的教学培养目标

（1）学习和掌握物理实验的基本知识、基本方法和基本技能

① 掌握测量误差、有效数字、不确定度等基础知识。

② 掌握实验数据处理基本方法。

③ 掌握基本仪器的结构原理、使用方法和操作技术。

④ 掌握预习、实验操作和撰写实验报告等基本实验程序。

⑤ 掌握常用物理量基本测试方法，并能在实际工作中应用。

（2）培养与提高学生的科学实验能力

① 自学能力。能够自行阅读实验教材和参考资料，正确理解实验内容，作好实验前的准备。

② 动手实践能力。能够借助教材和仪器说明书，正确调整使用常用仪器。

③ 思维判断能力。能够运用物理学理论，对实验现象进行初步的分析和判断。

④ 表达书写能力。能够正确记录和处理实验数据，绘制图线，说明实验结果，撰写出有见解的实验报告。

⑤ 简单的实验设计能力。能够根据课题要求，确定实验方法和条件，合理选择仪器，拟定具体的实验程序。

（3）培养和提高学生从事科学实验的素质

① 理论联系实际和实事求是的科学作风。

② 严肃认真的工作态度，不怕困难、主动进取的探索精神。

③ 遵守操作规程、爱护公共财产的优良品德。

④ 在实验过程中相互协作、共同探索的合作精神。

二、大学物理实验课的教学环节和要求

做一个实验包括三个教学环节：课前预习，课堂实验操作，撰写实验报告。课堂实验操作是最基本的环节，预习是课堂操作的必要准备，撰写实验报告是实验成果的书面表达。

1.课前预习

实验教材是进行实验的指导书。它对每个实验的目的与要求、实验原理都做了明确的阐述。因此，在上实验课前都要认真阅读，必要时还应阅读有关参考资料。对于所涉及测量仪器，在预习时可阅读教材中有关该仪器的介绍，了解其构造原理、工作条件和操作规程等，必要时可到实验室去观察实物，并在此基础上写好预习报告。预习报告内容主要包括以下几个方面。

（1）实验题目　实验项目名称。

（2）仪器设备　实验中使用的主要仪器设备。

（3）实验原理　列出有关测量的计算式及条件（要明确哪些物理量是直接测量量，哪些物理量是间接测量量，用什么方法和测量仪器等），必要时需绘出电路图、光路图或设备示意图。

（4）实验步骤　把实验步骤写在纸面上，它就成了一张操作路线图，可以指导学生有条不紊的完成实验任务，操作者按此程序去做即可。

（5）数据记录表格　数据表与操作步骤是密切相关的。数据表中项目栏的排列顺序，应与操作步骤的顺序合理配合，这样，可以随时将实验数据按顺序填入表中，也可以随时观察和分析数据的规律性。有的学生喜欢将数据随便记在纸片上，这种做法反映了实验者心态的浮躁，很容易出错，这种做法在实验课堂上是不允许的。

2.课堂实验操作

进入实验室应遵守实验室规章制度和学生实验守则。认真听取指导教师讲解仪器设备使用注意事项和使用方法，在教师指导下正确使用仪器，注意爱护，稳拿妥放，防止损坏。对于电磁学实验，必须由指导教师检查电路的连接正确无误后，方可接通电源进行实验。

实验结束，要把原始实验数据记录交给指导教师检查签字，对不合理的实验数据还要补做或重做。离开实验室前要整理好使用过的仪器，做好清洁工作，填好实验记录，经教师同意后，方可离开实验室。为更好完成课堂实验，还要牢记以下事项。

（1）关于仪器　实验仪器放在实验台上的位置，以安全和方便为原则。例如，高压电源的输出端钮应远离操作者，经常需要操纵或调节的仪器，应放在便于操纵的位置上，如砝码盒应放在天平的砝码盘附近。一些电学实验，仪器部件较多，实验者首先要把这些仪器部件一一安排在合适的位置上，然后再连线。这样才能保证实验台上的仪器既安全又方便。实验完成后，应将所有仪器恢复原位。

仪器在使用过程中，难免发生故障，使得仪器不能正常工作，或数据失常，这时应立即停止实验，并设法排除故障。如果学生对所用仪器比较熟悉，可以独立地去排除，否则应报告指导教师，待故障排除后，才能恢复做实验。

（2）关于读数　测量仪器从被测对象获得的信息以各种形式输出，最常见的输出形式是，在标尺或仪表上得到读数。读数时要注意以下各点。

① 有效数字取位要合理，要读到有误差（可疑）的那一位。

② 读数时要注意消除视差。例如，在读取标尺示值时，眼睛要正对示值刻线的上方；在读取指针式仪表的示值时，眼睛要正对指针的上方等。

③ 读数时要有足够的耐心。尤其在做重复性测量时，不要以为后面的数据一定和前面的数据相同。当指示器再次临近前面的数据时，不要迫不及待的记录读数，因为指示器可能还在缓慢地移动。要实事求是，不要编造所谓“重复性”好的假数据。

④ 读数出现异常时，立即停止测量。这时应检查测量仪器是否失调，环境条件是否发生了异常突变。如一时找不到原因，应及时报告指导教师。

（3）关于原始实验数据记录　所有做过的实验都应该有完整的原始记录，它是记载物理实验全部操作过程的基础性资料。

① 用专用的原始实验记录本记录实验内容、现象和数据。在原始记录里，除实验数据外，还应载明实验日期、实验题目、仪器编号以及操作过程中出现的异常现象等，有时还需记下室温、大气压、湿度等环境条件。

② 实验数据应直接记录在表格里，数据表要单独一页。实验中每次读到一个数据，就把它填写到数据表内相应的空格中，可以使实验者始终保持清醒的头脑，随时知道已经测量了什么，还应测量什么。学会根据测量内容来绘制数据表，也是科技工作者必备的基本技能。如果在一个实验中，有两组以上的数据，则应绘制两个以上的数据表。

③ 数据表应有表序和表名。表序是按数据表在实验报告中出现的次序用阿拉伯数字所做的编号，从“表1”开始，一直编到最后。若实验报告中只有一个数据表，仍然用“表1”表示。表名应能确切表达数据表的特定内容。例如，测量一个细长钢棒的体积，其数据表的表名可拟为“细长钢棒的几何尺寸”，如例1-1所示。

【例1-1】

④ 实验室提供的数据、仪器误差、关键的实验条件等应列在表格之上。

⑤ 用钢笔或圆珠笔记录数据，不要用铅笔。数据应占空格中一半位置，如例1-1中表1所示。发现了错误的数据，应及时改正，但不允许涂改，更不准用橡皮擦去。正确的方法是，在错误的数据上，轻轻画一斜杠，并在上边写上正确的数据，如例1-1所示。留下错误数据的笔迹，可能对日后分析测量结果时有参考价值。

3.撰写实验报告

实验报告是学生完成某一实验题目的实验总结，是学生展示自己的科学素养和实验技能、发表实验见解的学习性报告，也是培养学生进行科技写作的有效形式之一。根据物理实验教学的特点，并参照国家关于科技论文写作的有关标准和规范，建议在撰写物理实验报告时，应包括如下内容：实验名称、实验目的、原理简述、实验方法、数据记录、数据处理与结果分析、实验总结与讨论七个部分。

下面分别对“报告”中各部分的写法提出一些要求。

（1）关于“实验名称”和“实验目的”　一般应与教材中提法一致。

（2）关于“原理简述”　应该是在理解原理的基础上用自己的语言简要叙述，要求做到简明扼要，图（原理图、光路图、电路图）文并茂，并列出测量和计算所依据的公式，注明公式中各量的物理意义及公式的适用条件。

（3）关于“实验方法”　只要写出关键性的调整方法和测量技巧，不是具体操作步骤的叙述，而是个人理解的简述，可简可详。

（4）关于“数据记录”　一般要求以列表形式来反映完整而清晰的原始测量数据。

（5）关于“数据处理与结果分析”　要求写出数据处理的主要过程、图线、误差分析等，在计算处理完成以后，必须以醒目的方式完整地表示出实验结果。

（6）关于“实验总结与讨论”　内容不受限制，可以是对观察到的实验现象进行分析，对结论和误差原因进行分析，也可以对实验方案及其改进意见进行讨论评述。这是实验报告中最开放、最灵活的部分，重在说理，能反映实验者观察和分析能力的高低。

总之，物理实验课有着自己的特点和规律，要学好这门课不是件容易的事情。希望同学们在学习过程中不断提高对它的兴趣，打好基础，注意培养自己成为优秀的科学技术人才。

三、物理实验学生守则

（1）要爱护实验室一切公物，保持实验室安静、整洁，遵守纪律。

（2）遵守上课时间。迟到超过10分钟及以上者，不允许进入实验室。

（3）不允许携带任何食品进入实验室。进入实验室后，要将书包等物品放在指定位置，不许放在实验台上。

（4）学生进入实验室后，要将写好的预习报告交指导教师检查，经教师检查同意后方可进行实验。不写实验预习报告者不允许做实验。

（5）实验前要仔细检查所用实验仪器是否齐全、完好。如果有缺损，要及时报告教师处理，不得擅自搬弄其他组仪器。

（6）做实验时，要严格遵守所用仪器的操作规程和注意事项，不得擅自拆仪器，以防发生人身事故和仪器损坏。对违反操作规程而损坏仪器的学生，教师按学校有关规定处理。完成实验后，要将实验仪器设备整理还原。

（7）实验数据记录在数据表格中。记录完成的实验数据要交指导教师审查，合格的指导教师签字通过；数据不合格的要求学生重测数据直至合格，并由指导教师签字通过。未经指导教师签字的数据无效。

（8）实验报告要在完成实验的下一周内交给实验组长，由实验组长统一交指导教师批改。迟交实验报告将酌情降低实验成绩。

（9）有事或有病者必须有相应的有效假条（医院出具的诊断书、有主管系书记签字的证明等），课前向任课教师请假，在约定的时间补做。少做实验项目者期末无总成绩。

（10）在实验过程中，对严重违反实验纪律和伪造实验数据者，实验成绩按零分计，教师有权终止本次实验。

（11）抄袭实验报告、雷同实验报告、替做实验等实验成绩记为零分。