普通物理实验（下）

General physics experiment

主撰：张琴               审核：             批准：

一、课程基本信息

二、课程性质与目的

光学是物理学的一个重要分支。光科学的发展离不开各门各类的光学实验，任何一个重要的光学分支都有着极雄厚的实验基础，光学实验是光科学发展的发祥地与策动力。 

光学实验课程是继普通物理实验（上），普通物理实验（中）之后为物理类专业二年级学生开设的一门独立的基础课程，它在培养学生光学技术基本功，如何使用光学仪器，光学系统研究光学现象与规律等方面起着重要作用。

三、教学目标及其对毕业要求的支撑

（一）教学目标

以人才培养目标为依据，把知识传播、能力培养和素质提高融为一体，并使之形成贯穿学生学习全过程、循序渐进的实验课程体系，满足人才培养要求。通过本实验的学习，使学生对应用光学有一个总体、全貌的了解与把握，掌握物理光学基本理论知识，能正确、合理地分析光学系统，初步具备对物理光学相应问题的解决能力

本课程为实验教学部分：

1．实验教学

在这一实践课程中，学生经过一定的光学测量和光电转换技术的基本训练后应具备光学实验的基本方法、技能和技巧，能够正确记录、处理数据，观察 、分析实验现象，正确规范地撰写完整的实验报告，具备从事光科学及相关领域工作的基本素质和能力。培养学生的探索精神，创新意识和工程素质，培养学生的职业道德，社会责任感和社会主义核心价值观。

教学目标具体要求如下：

（1）根据光学实践课程的专业教育要求，在讲授专业知识点的同时，有机融入学科背景，发展历程，典型案例，人物事迹等介绍，将我国社会主义核心价值观，中华优秀传统文化教育及爱国情怀，社会责任感，工匠精神等潜移默化引入课堂，在学生掌握专业知识的同时，激发其民族使命感，培养学生站在民族发展的高度解决自然科学的问题的能力。

（2）牢固掌握有关光的传播及其本性，包括干涉、衍射、偏振等基本现象、原理和规律，为后继课程奠定必要的基础。并了解它们在科研、生产和实践上的应用。 

 （3）牢固掌握几何光学的基本概念、成像规律和作图方法。熟悉典型助视光学仪器的基本结构及原理。 

  （4）了解现代光学的发展概况以及现代光学的基本概念、原理，研究的方法、手段，培养学生学习的兴趣。 

  （5）培养学生的学习能力、科学探究能力和分析解决问题的能力，培养学生实事求是、勇于探究的科学精神，提高学生的中华文化自信和对社会主义核心价值观的深入认识。

（二）教学目标对毕业要求的支撑矩阵

四、教学内容

（一）教学内容结构关系图

   

（二）具体教学内容

1．用双棱镜干涉测钠光波长（4学时）

（1）教学内容

观察双棱镜产生的双光束干涉现象，进一步理解产生干涉的条件。学会用双棱镜测定光波波长。

（2）对毕业要求的支撑

本知识点的讲授和学习，可支撑“毕业要求1获得知识”中的具有数学、物理学、工程基础的相关专业知识，并能够将其应用于解决本专业的实际科学和工程问题。“毕业要求2问题分析”：能够应用数学、物理学的基本原理，识别、表达，并通过文献研究分析本专业复杂的物理机制和应用等问题，以获得有效结论。以及“毕业要求4研究”：掌握坚实的应用物理学基础理论、较深入的应用物理专门知识、以及应用物理学的基本实验方法和技能；能够基于物理学原理、物理机制等对复杂的科学及应用技术等问题进行研究，包括设计实验、分析与处理数据，并能对实验结果进行评价。

（3）课程思政育人要素

在教学实践中，通过对光的波粒二象性，让学生理解其本质“对立统一”的内涵，光既是波，也是粒子，他们之间可以相互转换。在本实验中，光表现出来的是“波动性”，但“粒子性”仍然存在，只是“波动性”占主导。通过这样的“对立统一”思想，可以使学生在对光的本质深刻理解的基础上，提高到哲学的辨识度，认识到事物的发展趋势是前进的，但发展的道路是螺旋的，曲折的，发展过程是前进性和曲折性的对立统一。培养学生站在哲学的高度，运用对立统一的思想去解决问题的能力。

（4）作业及课外学习要求

作业一：本实验数据处理。

2．透镜及透镜组基点的测量（4学时）

（1）教学内容

学习光具座上各元件的共轴调节方法；掌握测定薄透镜焦距的几种基本方法；了解厚透镜及透镜组基点的一般特性；学会测量厚透镜及透镜组基点的方法；验证单个透镜基点与透镜组基点的关系。

（2）对毕业要求的支撑

本知识点的讲授和学习，可支撑“毕业要求1获得知识”中的具有数学、物理学、工程基础的相关专业知识，并能够将其应用于解决本专业的实际科学和工程问题。“毕业要求2问题分析”：能够应用数学、物理学的基本原理，识别、表达，并通过文献研究分析本专业复杂的物理机制和应用等问题，以获得有效结论。以及“毕业要求4研究”：掌握坚实的应用物理学基础理论、较深入的应用物理专门知识、以及应用物理学的基本实验方法和技能；能够基于物理学原理、物理机制等对复杂的科学及应用技术等问题进行研究，包括设计实验、分析与处理数据，并能对实验结果进行评价。

（3）作业及课外学习要求

作业一：本实验数据处理。

3．偏振光综合实验（4学时）

（1）教学内容

观察光的偏振现象，并验证马吕斯定律。了解1/2,1/4波片的作用。掌握椭圆偏振光，圆偏振光的产生与检测。

（2）对毕业要求的支撑

本知识点的讲授和学习，可支撑“毕业要求1获得知识”中的具有数学、物理学、工程基础的相关专业知识，并能够将其应用于解决本专业的实际科学和工程问题。“毕业要求2问题分析”：能够应用数学、物理学的基本原理，识别、表达，并通过文献研究分析本专业复杂的物理机制和应用等问题，以获得有效结论。以及“毕业要求4研究”：掌握坚实的应用物理学基础理论、较深入的应用物理专门知识、以及应用物理学的基本实验方法和技能；能够基于物理学原理、物理机制等对复杂的科学及应用技术等问题进行研究，包括设计实验、分析与处理数据，并能对实验结果进行评价。

（3）课程思政育人要素

在实践教学中，引入人类日常生活中的偏振光的例子，如立体电影，液晶显示器，偏光太阳镜，汽车挡风玻璃等，也可以引入偏振光在科学技术中的应用，如偏振遥感探测，电光开关，探测外部星体等。引入这些例子，让学生认识到物理学既有趣又有用，提高学生的学习兴趣，提升学生对专业的认可度，坚定学习物理的决心和信心，提升学生作为物理人的价值感。

（4）作业及课外学习要求

作业一：本实验数据处理

4. 光学系统像差实验（4学时）

（1）教学内容：

掌握七种几何像差的产生条件及其基本规律。了解色差的产生原理，掌握用平行光管测量球差镜头的色差。掌握用星点法观测各种相差。

（2）对毕业要求的支撑

本知识点的讲授和学习，可支撑“毕业要求1获得知识”中的具有数学、物理学、工程基础的相关专业知识，并能够将其应用于解决本专业的实际科学和工程问题。“毕业要求2问题分析”：能够应用数学、物理学的基本原理，识别、表达，并通过文献研究分析本专业复杂的物理机制和应用等问题，以获得有效结论。以及“毕业要求4研究”：掌握坚实的应用物理学基础理论、较深入的应用物理专门知识、以及应用物理学的基本实验方法和技能；能够基于物理学原理、物理机制等对复杂的科学及应用技术等问题进行研究，包括设计实验、分析与处理数据，并能对实验结果进行评价。

（3）课程思政育人要素

在实践教学中引入光学知识的最早记录--春秋战国时期墨翟的《墨经》，记载着光的直线传播和光的镜面反射等，比欧几里德的《光学》还早了一百多年。通过第一台望远镜的诞生，引入引入中国的“天眼”--500米口径球面射电望远镜。该工程首席科学家南仁东先生为此奉献了24载，为我国的天文事业作出了伟大的贡献和卓越的成绩。让学生体会国家科学技术的进步和团队的巨大力量，鼓励学生把国家，民族，个人作为一个命运共同体，从而投身于中华民族的伟大复兴中。

（4）作业及课外学习要求

作业一：本实验数据处理

5.用旋光仪测溶液的浓度（4学时）

（1）教学内容：

学习偏振光的基本概念；观察光的偏振现象，熟悉偏振的基本规律； 观察线偏振光通过旋光物质的旋光现象；了解旋光仪的结构原理并掌握使用方法； 测量糖溶液的旋光率及浓度。

（2）对毕业要求的支撑

本知识点的讲授和学习，可支撑“毕业要求1获得知识”中的具有数学、物理学、工程基础的相关专业知识，并能够将其应用于解决本专业的实际科学和工程问题。“毕业要求2问题分析”：能够应用数学、物理学的基本原理，识别、表达，并通过文献研究分析本专业复杂的物理机制和应用等问题，以获得有效结论。以及“毕业要求4研究”：掌握坚实的应用物理学基础理论、较深入的应用物理专门知识、以及应用物理学的基本实验方法和技能；能够基于物理学原理、物理机制等对复杂的科学及应用技术等问题进行研究，包括设计实验、分析与处理数据，并能对实验结果进行评价。

（3）作业及课外学习要求

作业一：本实验数据处理

6. 阿贝折射仪（4学时）

（1）教学内容：

了解阿贝折射仪的工作原理及使用方法；掌握用全反射法测定固体和液体折射率的原理和方法；测量几种液体的折射率和平均色散并测定糖溶液的浓度。

（2）对毕业要求的支撑

本知识点的讲授和学习，可支撑“毕业要求1获得知识”中的具有数学、物理学、工程基础的相关专业知识，并能够将其应用于解决本专业的实际科学和工程问题。“毕业要求2问题分析”：能够应用数学、物理学的基本原理，识别、表达，并通过文献研究分析本专业复杂的物理机制和应用等问题，以获得有效结论。以及“毕业要求4研究”：掌握坚实的应用物理学基础理论、较深入的应用物理专门知识、以及应用物理学的基本实验方法和技能；能够基于物理学原理、物理机制等对复杂的科学及应用技术等问题进行研究，包括设计实验、分析与处理数据，并能对实验结果进行评价。

（3）课程思政育人要素

通过光的全反射引入光纤全反射的知识点的同时引入光纤之父—高锟，2009诺贝尔物理学奖获得者。他用他发明的光纤为人类联通了信息时代。在很多高科技被封锁的时代，高锟选择放弃“光纤专利”，他选择让全球人民免费享受光纤传输的快速和便捷！通过此案例，让学生了解物理学家在科学探究过程中展现的不怕挫折，奉献科学的人格魅力之美。可以培养学生实事求是的科学态度和不断创新的科学精神，激励学生以科学家的人格力量为楷模，树立辩证唯物主义世界观。

（4）作业及课外学习要求

作业一：本实验数据处理。

7. 超声光栅测声速（4学时）

（1）教学内容：

掌握超声光栅产生的原理。掌握声波如何对光信号进行调制。通过对液体（非电解质溶液）中的声速的测定，加深对其概念的理解。

（2）对毕业要求的支撑

本知识点的讲授和学习，可支撑“毕业要求1获得知识”中的具有数学、物理学、工程基础的相关专业知识，并能够将其应用于解决本专业的实际科学和工程问题。“毕业要求2问题分析”：能够应用数学、物理学的基本原理，识别、表达，并通过文献研究分析本专业复杂的物理机制和应用等问题，以获得有效结论。以及“毕业要求4研究”：掌握坚实的应用物理学基础理论、较深入的应用物理专门知识、以及应用物理学的基本实验方法和技能；能够基于物理学原理、物理机制等对复杂的科学及应用技术等问题进行研究，包括设计实验、分析与处理数据，并能对实验结果进行评价。

（3）作业及课外学习要求

作业一：本实验数据处理。

8. 用分光计测光波的波长及棱镜的折射率（4学时）

（1）教学内容：

掌握分光计的构造及测量的基本原理；学会分光计的调节方法；掌握分光计测角的方法，用分光计测光波波长及测定玻璃三棱镜折射率

（2）对毕业要求的支撑

本知识点的讲授和学习，可支撑“毕业要求1获得知识”中的具有数学、物理学、工程基础的相关专业知识，并能够将其应用于解决本专业的实际科学和工程问题。“毕业要求2问题分析”：能够应用数学、物理学的基本原理，识别、表达，并通过文献研究分析本专业复杂的物理机制和应用等问题，以获得有效结论。以及“毕业要求4研究”：掌握坚实的应用物理学基础理论、较深入的应用物理专门知识、以及应用物理学的基本实验方法和技能；能够基于物理学原理、物理机制等对复杂的科学及应用技术等问题进行研究，包括设计实验、分析与处理数据，并能对实验结果进行评价。

（3）课程思政育人要素

在实践教学中，通过光的衍射现象的研究过程是以牛顿代表的微粒说和惠更斯代表的波动说的光的本质的争论，通过这一段历史发展过程，表达了科学家为追求真理，实事求是，不惧权威的科学精神。对激发学生的人格力量，培养学生道德情操方面具有积极的作用。培养了学生探索未知、追求真理、勇攀科学高峰的责任感和使命感

（4）作业及课外学习要求

作业一：本实验数据处理。

9. 等厚干涉-牛顿环，劈尖干涉（4学时）

（1）教学内容：

掌握分振幅法产生等厚干涉现象的方法，掌握等厚干涉原理；观察等厚干涉现象及特点；用显微镜测平凸透镜曲率半径和薄片厚度。

（2）对毕业要求的支撑

本知识点的讲授和学习，可支撑“毕业要求1获得知识”中的具有数学、物理学、工程基础的相关专业知识，并能够将其应用于解决本专业的实际科学和工程问题。“毕业要求2问题分析”：能够应用数学、物理学的基本原理，识别、表达，并通过文献研究分析本专业复杂的物理机制和应用等问题，以获得有效结论。以及“毕业要求4研究”：掌握坚实的应用物理学基础理论、较深入的应用物理专门知识、以及应用物理学的基本实验方法和技能；能够基于物理学原理、物理机制等对复杂的科学及应用技术等问题进行研究，包括设计实验、分析与处理数据，并能对实验结果进行评价。

（3）作业及课外学习要求

作业一：本实验数据处理。

10. 迈克尔逊干涉仪的调节与波长的测量（4学时）

（1）教学内容：

了解迈克尔逊干涉仪的构造和工作原理，掌握其调整方法。观察非定域干涉图样及特点；观察等倾、等厚干涉图样及特点；测He-Ne激光的波长 。

（2）对毕业要求的支撑

本知识点的讲授和学习，可支撑“毕业要求1获得知识”中的具有数学、物理学、工程基础的相关专业知识，并能够将其应用于解决本专业的实际科学和工程问题。“毕业要求2问题分析”：能够应用数学、物理学的基本原理，识别、表达，并通过文献研究分析本专业复杂的物理机制和应用等问题，以获得有效结论。以及“毕业要求4研究”：掌握坚实的应用物理学基础理论、较深入的应用物理专门知识、以及应用物理学的基本实验方法和技能；能够基于物理学原理、物理机制等对复杂的科学及应用技术等问题进行研究，包括设计实验、分析与处理数据，并能对实验结果进行评价。

（3）课程思政育人要素

在实践中教学中，通过迈克尔逊干涉实验对“以太漂移”的否定，强烈冲击了牛顿力学的时空观，为爱因斯坦相对论提供实验依据。实验中迈克尔逊独到的眼光，明确的目的，坚强的毅力，再加上科学的方法和手段是他取得成功的要素。通过此实验过程，让学生在感受科学探究的过程中，获得更多的启发，从而拓展了他们的思维，开阔了他们的视野，使他们的实验素养和创新能力得到了培养。

（4）作业及课外学习要求

作业一：本实验数据处理。

11. 自组迈克尔逊干涉仪测空气的折射率（4学时）

（1）教学内容：

掌握迈克尔逊干涉光路的原理，组装和调节方法。 学会调出非定域干涉条纹、等倾干涉条纹、等厚干涉条纹。 学习利用自组迈克尔逊干涉光路测量常温下空气的折射率。

（2）对毕业要求的支撑

本知识点的讲授和学习，可支撑“毕业要求1获得知识”中的具有数学、物理学、工程基础的相关专业知识，并能够将其应用于解决本专业的实际科学和工程问题。“毕业要求2问题分析”：能够应用数学、物理学的基本原理，识别、表达，并通过文献研究分析本专业复杂的物理机制和应用等问题，以获得有效结论。以及“毕业要求4研究”：掌握坚实的应用物理学基础理论、较深入的应用物理专门知识、以及应用物理学的基本实验方法和技能；能够基于物理学原理、物理机制等对复杂的科学及应用技术等问题进行研究，包括设计实验、分析与处理数据，并能对实验结果进行评价。

（3）作业及课外学习要求

作业一：本实验数据处理。

五、教学方法

本实验课程为物理学专业学生进行科学实验进一步训练的一门必修课，与理论课具有同等重要的地位。主要实行教师课堂上讲解实验原理，由学生自己独立进行实验，老师对有问题的学生进行当堂指导。本课程旨在培养学生的科学实验素质。包括：自学教材，查阅资料，理解原理，独立进行实验并能完成实验。借助说明书及有关资料，正确使用一般量具及仪器。能使用量具及仪器正确测量常用物理量。能正确分析实验过程中的物理现象。能正确记录和处理实验数据，能写合格的实验报告。

（一）．对本实验课的基本要求为：1.能够调整常用实验装置，并掌握基本的操作技术。例如，水平、调节，零位校准，光路的共轴等高调整，视差的消除等方法。2.能够掌握处理实验数据的初步能力。其中包括：测量误差的基本概念，随机误差的估算，系统误差的发现和处理，测量不确定度，直接和间接测量的结果表示，有效数字，实验数据处理的常用方法等。3.熟练并掌握光学仪器的调节与使用方法；掌握分光计等的原理及应用；掌握光学平台及相关配件的原理及使用等。4.仪器应该轻拿轻放，防尘，不准用手触摸仪器的光学面。 

（二）．实验素养 

实验素养包括：1.理论联系实际、实事求是、严谨务实的科学态度。 2.良好的实验习惯。3.安全意识 4.环保意识 5.团队意识和协作精神。 

（三）．能力培养 

注重以下方面能力的培养：1.查阅文献的能力 2.设计实验方案、观察实验现象、分析和解决问题的能力 3.正确、科学、合理地绘实验仪器装置图的能力 4.科学规范地撰写实验报告能力 5.合作能力 6.创新意识和创新能力。

六、考核及成绩评定

课程成绩由平时成绩和期终考试两个环节的成绩综合评定产生。各评价环节所占比例及对教学目标的支撑如下表所示。其中，期终考试采取闭卷形式，内容涉及课程的基本概念和基本方法，题型包括操作题、选择题、简答题、填空题、设计题等。

通过平时操作、课后实验报告处理与期终考试等对学生发现与解决问题、方案创新设计、实践动手、书面表达、团队合作、理论联系实际，创新意识和创新等能力进行考核，对学生是否能科学规范地撰写完整的实验报告能力进行考核。

即对毕业要求1中的相关指标点的达成度进行评估。

七、实验项目的设置及学时分配（详见授课日历）

八、教材及参考书

1、《大学物理实验教程》第2版，主编施卫，北京：机械工业出版社，2010

2、《光学实验讲义》，自编教材，bat365在线平台，2009.

九、执行大纲应注意的问题

1、实验教学中应注重理论知识、基本原理的讲授，注意精讲多练。

2、做好实验指导工作，重视学生实践能力的培养。要求学生亲自动手进行实验，并认真完成实验报告。

3、教学内容的顺序及其安排仅供参考，教师可根据情况作适当调