物理实验中心基本情况
物理实验中心副教授1人,工程师8人,助理工程师3人,其中硕士研究生学历7人。林树老师有30年的物理理论及实践教学经验,在物理实验教学上有自己独特的教学方法。另外,物理实验中心编写了《大学物理实验》教材(机械工业出版社出版),该教材为本校学生物理实验指导用书。
物理实验中心现有实验室28间,其中大学物理实验室24间、科学体验馆1间,大学物理拓展实验室2间,研究生实验室1间。物理实验中心的总面积约2811平方米。物理实验中心每学年完成对航海、轮机、船电、能源、数学、设计、物流、交运、交工、网络、电控、机电、机械、通信、计算机、网络、港航、船舶、安全、电气、测控、自动化、电信、材料、工物、工业、环境等理工科专业70个行政班级大学物理实验教学。
《物理实验》课程现已开设的实验项目有:绪论,长度测量,RLC电路,空气比热容比的测定,偏振光的仿真实验,光学等厚干涉实验,三线摆法测物理转动惯量,示波器的使用,用光栅法测光波波长,单摆测量重力加速度,金属丝的弹性模量的测量,迈克逊干涉实验,夫兰克-赫兹实验,密立根油滴实验,惠斯登电桥实验,霍尔效应实验,电位差计测电动势实验,粘滞系数实验,多量程电表的设计实验,演示性实验。
物理实验中心下的实验室
1、基础实验室内所完成的实验项目为实验绪论课和长度测量实验。
实验结论课主要介绍大学物理实验的要求、评分标准、物理实验课的基本要求、测量与误差、.实验不确定度评定、有效数字及其运算以及个别情况如何处理等问题。
图一 物理实验课绪论课课堂
长度测量实验内容:⑴用游标卡尺测量矽钢片的外部尺寸。⑵用螺旋测微计测量金属丝的直径和薄板的厚度。⑶用米尺测量铜丝的长度。⑷实验结果的数据处理。⑸安全教育,学习实验室安全手册,进行突发应急事件逃生消防演习。
图二 长度测量实验室
2、设计性实验室内所完成的实验项目为多量程表的设计性实验。
设计性实验内容:⑴将100µA 的直流电流表设计成0—1mA 、0-50 mA、0-100 mA、0-1000 mA的多量程直流电流表。⑵将100µA 的直流电流表设计成0-1V、0-5V、0-10V、0-25V的多量程直流电压表。⑶实施制作并校正电流表和电压表。
图三 设计性实验室
图四 设计性实验元配件
3、RLC电路实验室所完成的实验项目为RLC电路特性的研究实验。
RLC电路特性的研究实验内容:⑴了解RLC串联电路的相频特性和幅频特性。⑵观察和研究RLC电路的串联谐振现象。
图五 RLC电路实验室
4、空气比热容比实验室所完成的实验项目为测量空气比热容比实验。
空气比热容比测定实验内容:用绝热膨胀法测定空气的比热容比,熟练掌握大气压的读数方法,掌握气压计的使用,并了解测量比热容比的误差产生原因。
图六 空气比热容比实验室
5、仿真实验室所完成的实验项目为偏振光的仿真实验。
偏振光研究(仿真)实验内容:通过计算机仿真软件,在计算机上完成偏振光原理的研究,了解偏振光形成的机理并对偏振光现象进行分析记录。
图七 仿真实验室
6、等厚干涉实验室所完成的实验项目为等厚圆环及等厚劈尖干涉实验。
等厚干涉实验内容:利用牛顿环干涉现象测定牛顿环装置中平凸透镜的曲率半径,并且利用劈尖干涉来测量细丝的直径,并计算结果。
图八 等厚干涉实验室
7、示波器实验室所完成的实验项目为示波器及信号发生器的使用实验。
示波器的使用实验内容:⑴熟悉示波器及信号发生器各种使用并熟练掌握各个功能;⑵观察各种波形并正确绘制与图纸上;⑶观察李萨如图形并正确绘制相应的图形;
图九 示波器实验室
8、光栅实验室所完成的实验项目为用光栅法测量光波波长实验。
用光栅测定光波的波长实验内容: 用分光仪和光栅测定水银灯主要光波紫、绿、黄的波长,并且把计算结果和公认值对比得出相对不确定度。
图十 光栅实验室
9、弹性模量实验室所完成的实验项目为测定金属丝的杨氏模量实验。
测定金属丝的杨氏模量实验内容: 实验测出在外力F作用下钢丝伸长量Δι,从而验证定律中Δι与F线性关系,并由测得的F; Δι及钢丝原长L;钢丝横截面积S,利用公式计算出金属丝的杨氏弹性模量。
图十一 杨氏模量实验室
10、夫兰克赫兹实验室所完成的实验项目为夫兰克赫兹实验。
夫兰克—赫兹实验内容:了解夫兰克—赫兹实验的原理和实验方法,了解夫兰克-赫兹实验仪的原理以及接线并记录相应数据。
图十二 夫兰克赫兹实验室
11、粘滞系统实验室所完成的实验项目为测量液体粘滞系数实验。
落球法测定液体粘滞系数实验内容:本实验仪器应用现代金属探测技术和单片机计时方法测量小球下落时间,测量方法先进、测量精度高,克服了“落针霍尔法”测量误差大和“激光落球法”实验难的缺点,而且可以测量不透明的液体。
图十三 粘滞系数实验室
12、密立根实验室所完成的实验项目为密立根实验测定电子基本电量实验。
密立根油滴实验内容:通过对美国实验物理学家密立根教授油滴实验的巧妙设计,体会一种微观量的宏观测量方法,了解密立根油滴仪的使用。
图十四 密立根油滴实验室
13、惠思登电桥实验室所完成的实验项目为利用惠思登电桥法测量电阻阻值实验。
惠斯登电桥测电阻实验内容: ⑴了解用滑线式电桥测量求知电阻的电路图并自己接线测量电阻。⑵用箱式惠斯登电桥测量求知电阻,了解箱式惠斯登电桥的使用方法并测量相应的电阻。
图十五 惠斯登电桥实验室
14、霍尔效应实验室所完成的实验项目为利用霍尔元件测量磁场强度实验。
霍尔效应实验内容:⑴了解霍尔效应原理及霍尔元件有关参数的含义和作用。⑵测绘霍尔元件的VH—Is,VH—IM曲线,了解霍尔电势差VH与霍尔元件工作电流Is,磁场应强度B及励磁电流和IM之间的关系。⑶计算霍尔元件的霍尔灵敏度,测量样品的电导率。
图十六 霍尔效应实验室
15、电位差计实验室所完成的实验项目为利用电位差计法测量电势差实验。
电位差计测电动势实验内容: ⑴研究滑线式电位差原理并接线。⑵测量未知电动势。⑶用电位差计校正电压表并作校正曲线。
图十七 电位差计实验室
16、迈克尔干涉实验室所完成的实验项目为迈克尔逊干涉实验。
迈克尔逊干涉实验内容: 调节迈克尔逊干涉仪并观察到干涉条纹,根据要求对迈克尔逊干涉仪读数,并求出He-Ne激光的波长。
图十八 迈克尔逊干涉实验室
17、科学体验馆为学生提供物理演示实验。科学体验馆并用作为外事接待参观实验室。校园开放日和实验室开放日都有对外开放接待校内外学生家长参观。科学体验馆每年校内参观学生大约在2800人,校外参观人数大约在300人。周边学校事业单位都有来参观,接待过上海中学东校,临港一小,南汇中学,海音幼儿园,浦东新区残联等单位。
图十九 浦东新区残联参观科学体验馆
图二十 模拟龙卷风演示仪
物理实验中心正在建设项目《基于虚实验结合的开放式实验系统平台》,该项目建成后物理实验中心可以进行开展开放式实验教学试点改革。开放式教学主要特色是将网络虚拟实验和实验室实物实验结合起来,对学生进行“以实为主,能实不虚,以虚补实,以虚辅实,虚实结合”的教学。其特点主要有以下几个方面:
(1)利用网络平台进行虚拟实验,为实物实验做预习准备。传统实验的预习基本上是通过书本形式完成。这样做很难让学生在实验前见到实验仪器设备,很难做到实验前就熟析实验操作等等。而网络虚拟实验就可以在学生实物实验前先在网络上进行虚拟实验熟析实验操作及实验数据记录。
(2)利用虚拟实验弥补因场地、环境、经费等因素造成实验实验项目不足的缺陷。传统实验实验需要一定的场地,而有些实验仪器造价及维护成本都很高,特别是一些贵重仪器设备和具有一定危险性的实验项目都很难真正实现每个学生都动手做实验。而虚拟实验在这方面就具有天生优势。虚拟实验利用网络平台可以以更低成本进行更多实验项目,而且还不受地点限制,只要有网络和电脑就可以进行虚拟仿真实验。
(3)项目平台为实验室开放提供支持。学生通过系统平台进行网上虚拟实验预习,达到实物实验的预习要求后便可以预约实验项目。实验项目的预约得到实验老师通过后,在实验老师授权下学生便可以在老师陪同下通过门禁系统进行实验。这样学生便可以在课外时间进行实验,可以安全有效进一步提高实验室利用率。
(4)利用虚拟实验进一步验证实物实验。学生在完成实物实验后,往往会有再重新做一轮验证实验的想法。利用虚拟实验便可以在实物实验结束后,利用网络平台进行虚拟实验进一步验证实物实验所得到的实验结论。
(5)利用项目平台可以对全体学生进行虚拟实验操作考试。传统实验课程考试往往以卷面考试形式为主。传统实验往往由于受到场地及师资力量的限制,实验教课考试很难进行实物实验操作考试,而利用项目平台则可以让学生在同一时间集中进行虚拟实验操作考试。
另外物理实验中心利用学习通平台,圆满完成了由于疫情影响造成的课程补课工作,录制了一共8个实验的视频并放置在学习通平台上供学生观看并到线下实验室完成相关实验,最大限度把疫情对学生课程的影响降到最低,取得了良好的效果。
物理实验中心目前完成了单摆测重力加速度、三线摆测转动惯量、RLC串联电路谐振实验、空气比热容比测定实验共四个实验项目的更新,并完成了相关实验讲义的更新工作,全校理工科专业学生上课的反响较好,取得了良好的效果和显著的成就。
物理实验中心开放教学所面向学生专业有航海、轮机、船电、能源、数学、设计、物流、交运、交工、网络、电控、机电、机械、通信、计算机、网络、港航、船舶、安全、电气、测控、自动化、电信、材料、工物、工业、环境等理工科专业学生。同时,科学体验馆对全校学生开放。另外,物理实验开放教学还可以为对物理实验感兴趣的文科及经济类学生开放。