时间:2023-02-27 11:14:24
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大学物理实验(设计性实验)
指导老师:王建明
姓 名:张国生
学 号:XX0233
学 院:信息与计算科学学院
班 级:05信计2班
重力加速度的测定
一、实验任务
精确测定银川地区的重力加速度
二、实验要求
测量结果的相对不确定度不超过5%
三、物理模型的建立及比较
初步确定有以下六种模型方案:
方法一、用打点计时器测量
所用仪器为:打点计时器、直尺、带钱夹的铁架台、纸带、夹子、重物、学生电源等.
利用自由落体原理使重物做自由落体运动.选择理想纸带,找出起始点0,数出时间为t的p点,用米尺测出op的距离为h,其中t=0.02秒×两点间隔数.由公式h=gt2/2得g=2h/t2,将所测代入即可求得g.
方法二、用滴水法测重力加速度
调节水龙头阀门,使水滴按相等时间滴下,用秒表测出n个(n取50—100)水滴所用时间t,则每两水滴相隔时间为t′=t/n,用米尺测出水滴下落距离h,由公式h=gt′2/2可得g=2hn2/t2.
方法三、取半径为r的玻璃杯,内装适当的液体,固定在旋转台上.旋转台绕其对称轴以角速度ω匀速旋转,这时液体相对于玻璃杯的形状为旋转抛物面
重力加速度的计算公式推导如下:
取液面上任一液元a,它距转轴为x,质量为m,受重力mg、弹力n.由动力学知:
ncosα-mg=0 (1)
nsinα=mω2x (2)
两式相比得tgα=ω2x/g,又 tgα=dy/dx,dy=ω2xdx/g,
y/x=ω2x/2g. g=ω2x2/2y.
.将某点对于对称轴和垂直于对称轴最低点的直角坐标系的坐标x、y测出,将转台转速ω代入即可求得g.
方法四、光电控制计时法
调节水龙头阀门,使水滴按相等时间滴下,用秒表测出n个(n取50—100)水滴所用时间t,则每两水滴相隔时间为t′=t/n,用米尺测出水滴下落距离h,由公式h=gt′2/2可得g=2hn2/t2.
方法五、用圆锥摆测量
所用仪器为:米尺、秒表、单摆.
使单摆的摆锤在水平面内作匀速圆周运动,用直尺测量出h(见图1),用秒表测出摆锥n转所用的时间t,则摆锥角速度ω=2πn/t
摆锥作匀速圆周运动的向心力f=mgtgθ,而tgθ=r/h所以mgtgθ=mω2r由以上几式得:
g=4π2n2h/t2.
将所测的n、t、h代入即可求得g值.
方法六、单摆法测量重力加速度
在摆角很小时,摆动周期为:
则
通过对以上六种方法的比较,本想尝试利用光电控制计时法来测量,但因为实验室器材不全,故该方法无法进行;对其他几种方法反复比较,用单摆法测量重力加速度原理、方法都比较简单且最熟悉,仪器在实验室也很齐全,故利用该方法来测最为顺利,从而可以得到更为精确的值。
四、采用模型六利用单摆法测量重力加速度
摘要:
重力加速度是物理学中一个重要参量。地球上各个地区重力加速度的数值,随该地区的地理纬度和相对海平面的高度而稍有差异。一般说,在赤道附近重力加速度值最小,越靠近南北两极,重力加速度的值越大,最大值与最小值之差约为1/300。研究重力加速度的分布情况,在地球物理学中具有重要意义。利用专门仪器,仔细测绘各地区重力加速度的分布情况,还可以对地下资源进行探测。
伽利略在比萨大教堂内观察一个圣灯的缓慢摆动,用他的脉搏跳动作为计时器计算圣灯摆动的时间,他发现连续摆动的圣灯,其每次摆动的时间间隔是相等的,与圣灯摆动的幅度无关,并进一步用实验证实了观察的结果,为单摆作为计时装置奠定了基础。这就是单摆的等时性原理。
应用单摆来测量重力加速度简单方便,因为单摆的振动周期是决定于振动系统本身的性质,即决定于重力加速度g和摆长l,只需要量出摆长,并测定摆动的周期,就可以算出g值。
实验器材:
单摆装置(自由落体测定仪),钢卷尺,游标卡尺、电脑通用计数器、光电门、单摆线
实验原理:
单摆是由一根不能伸长的轻质细线和悬在此线下端体积很小的重球所构成。在摆长远大于球的直径,摆锥质量远大于线的质量的条件下,将悬挂的小球自平衡位置拉至一边(很小距离,摆角小于5°),然后释放,摆锥即在平衡位置左右作周期性的往返摆动,如图2-1所示。
f =p sinθ
f
θ
t=p cosθ
p = mg
l
图2-1 单摆原理图
摆锥所受的力f是重力和绳子张力的合力,f指向平衡位置。当摆角很小时(θ<5°),圆弧可近似地看成直线,f也可近似地看作沿着这一直线。设摆长为l,小球位移为x,质量为m,则
sinθ=
f=psinθ=-mg =-m x (2-1)
由f=ma,可知a=- x
式中负号表示f与位移x方向相反。
单摆在摆角很小时的运动,可近似为简谐振动,比较谐振动公式:a= =-ω2x
可得ω=
于是得单摆运动周期为:
t=2π/ω=2π (2-2)
t2= l (2-3)
或 g=4π2 (2-4)
利用单摆实验测重力加速度时,一般采用某一个固定摆长l,在多次精密地测量出单摆的周期t后,代入(2-4)式,即可求得当地的重力加速度g。
由式(2-3)可知,t2和l之间具有线性关系, 为其斜率,如对于各种不同的摆长测出各自对应的周期,则可利用t2—l图线的斜率求出重力加速度g。
试验条件及误差分析:
上述单摆测量g的方法依据的公式是(2-2)式,这个公式的成立是有条件的,否则将使测量产生如下系统误差:
1. 单摆的摆动周期与摆角的关系,可通过测量θ<5°时两次不同摆角θ1、θ2的周期值进行比较。在本实验的测量精度范围内,验证出单摆的t与θ无关。
实际上,单摆的周期t随摆角θ增加而增加。根据振动理论,周期不仅与摆长l有关,而且与摆动的角振幅有关,其公式为:
t=t0[1+( )2sin2 +( )2sin2 +……]
式中t0为θ接近于0o时的周期,即t0=2π
2.悬线质量m0应远小于摆锥的质量m,摆锥的半径r应远小于摆长l,实际上任何一个单摆都不是理想的,由理论可以证明,此时考虑上述因素的影响,其摆动周期为:
3.如果考虑空气的浮力,则周期应为:
式中t0是同一单摆在真空中的摆动周期,ρ空气是空气的密度,ρ摆锥 是摆锥的密度,由上式可知单摆周期并非与摆锥材料无关,当摆锥密度很小时影响较大。
关键词: 大学物理; 自动批阅; 实验报告; B/S结构
中图分类号: TN964?34 文献标识码: A 文章编号: 1004?373X(2013)12?0058?03
0 引 言
近年来,随着Internet 的迅猛发展,结合在实际教学工作中的需要,利用信息技术手段辅助教师教学和管理已逐步得以广泛运用。由于大学物理实验需要测量的实验参数多、实验组数多、实验数据量大,且实验报告中经常需要将数据进行统计或绘制成各类图形,教师在批改实验报告时需要花费大量时间进行计算,以检查报告中的计算过程和结果,因此批改物理实验报告是一件十分繁琐的工作。在此情况下,“大学物理实验报告自动批阅系统”(以下简称“自动批阅系统”)应运而生了。自动批阅系统的研发旨在减轻实验教师的教学负担,改变传统实验报告的手工批阅方式,提高大学物理实验报告的批阅效率和准确性,同时,方便学生可以随时随地通过网络提交物理实验数据[1?2]。
1 自动批阅系统的设计
考虑到Microsoft Visual Studio具有丰富命令、函数,同时又可使用大批的外部函数,无论是对图形、图像、动画的处理,还是对音频、视频的处理能力都很强大,因此笔者选择了Microsoft Visual Studio 2005开发平台,并利用Microsoft SQL Server 2005数据库工具来开发本系统[3]。
1.1 系统开发环境
学生和教师模块采用和 Visual 2005语言开发,并融入了Microsoft Office,Flash和图片等相关素材,而后台数据的存储模块则应用SQL Server 2005数据库开发。
1.2 技术架构[4]
为更方便于管理员、学生和教师3种不同身份的用户对系统的使用,本项目采用了B/S结构进行开发。B/S结构最大的优点就是可以在任何地方进行操作而不用安装任何专门的软件,只要有一台能上网的电脑就能使用,客户端零安装、零维护,因此它具有更好的跨平台性,可扩展性,降低系统运行成本,更好的满足不同用户的需求。
由于整个系统开发性特点,系统采用三层B/S结构:用户界面层、应用服务层和数据访问层。用户界面层主要完成用户交互功能。客户端以Web网页方式访问,提供管理员、学生和教师3种不同角色登录,根据用户名、密码和选择的角色来判断用户的权限,登录不同的界面。应用服务层是系统的核心,主要包括:实验录入数据、查看实验分数、提出问题、自动批改与自动打分等弄能。数据访问层通过服务层中的数据访问组件与数据库交互。数据库是整个系统的基础,主要由用户信息库和数据信息库组成。
1.3 系统设计目标
通过系统设计实现,减轻授课教师的教学负担,改变传统实验报告的手工批阅方式,提高实验报告的批阅效率和准确性,同时,学生可以随时随地通过网络提交物理实验数据。
2 系统的功能模块设计
本项目是在Microsoft Visual Studio 2005和SQL Server 2005环境下、使用和Visual 语言开发基于网络的学生网上提交物理实验数据、教师后台处理和管理学生物理实验数据并对成绩进行自动存储、统计、查询等功能的网站[1]。该系统采用了三层B/S体系结构,使用和Visual 进行开发,并以SQL Server 2005作为后台数据库,通过技术来链接和访问数据库,以网站的形式。根据不同角色的功能可以把自动批阅系统分为学生、教师和后台管理3大模块。
2.1 学生模块
按实验进行的时序分为实验前、实验中和实验后3个部分。
(1)实验前:学生是通过浏览网页,了解实验目的、实验原理、实验要求和实验所需器材等。
(2)实验中:做好实验测量和数据采集工作,并把实验数据录入系统;也可向教师提出自己在试验中遇到的问题,寻求教师解答。
(3)实验后:学生可以在系统中查看自己的实验分数和教师对于疑问的解答。
2.2 教师模块
(1)查阅学生提交的实验数据,并利用系统自动计算学生所提交的实验数据,再与精确值对比后,自动打分。
(2)回答学生在实验中所遇到的疑难问题,给出自己的解析。
(3)导出和打印实验分数,便于教师对实验情况做出评估。
2.3 后台管理模块
(1)后台管理员可以对访问系统的学生或者教师用户进行添加、删除、修改等操作。
(2)对每年的实验数据进行清理,减轻服务器压力。
3 系统的特点和创新之处
3.1 系统特点
“自动批阅系统”可以处理目前大学物理实验课程的基本实验数据,覆盖绝大多数物理实验项目。
(1)学生只需要访问实验网站,在网页上选择实验内容和实验题目,便可进入不同实验项目子窗口,并通过网络提交实验数据和实验中所遇到的问题;
(2)教师在登录实验网站后选择教师模块,即可进入物理实验数据处理系统主控窗口,在主控窗口实验内容菜单选择实验项目,进入不同实验项目子窗口,按不同的实验要求和题目对学生提交的实验数据进行自动处理并显示结果和自动评分,教师还可以给学生的实验报告进行点评和解答学生疑问。
3.2 系统创新之处
(1)“自动批阅系统”将高效的计算机与产生大量数据的大学物理实验教学相结合,开创了我校实验教学中实验报告的新模式。
(2)系统将学生的操作测量数据在线提交,教师通过后台管理程序对实验数据进行自动计算,这种实验报告批阅方式,提高了实验报告的批阅效率和准确性,推进了实验教学的信息化管理。
(3)系统使用数据库访问技术,使得自动批阅系统有较高的性能。
4 系统实现的关键技术
4.1 数据库访问[5]
本系统采用SQL Server 2005来存储数据,多数情况下数据访问都是采用直接在SQLConnection中写入调用ConnectionString的属性。但是在项目开发中以类的形式来组织,封装一些常用的方法和事件,不仅可以提高代码的重用率,也大大方便代码的管理。本系统中创建一个公共类EditData,主要用来访问SQL Server 2005数据库,数据库操作主要的功能是连接数据库。
4.2 角色权限管理
本系统共设学生、教师和管理员三个角色的单入口登录界面,在数据库的用户表中也给不同的角色设置了不同的权限,因此在登录界面中输入用户名、密码,和在角色下拉框中选择自己的角色后,在登录过程中,系统会自动对用户名、密码和角色进行判断是否正确,是则进入相应的页面和赋予相应的操作权限,否则给出相关提示。这样即可以限制不同用户对网站的访问权限,也保证了数据库中数据的安全性[4]。
5 结 语
大学物理实验报告自动批阅系统的运用,实现了高效的计算机和大学物理实验教学的结合,开创了大学物理实验教学中实验报告的新模式。利用不厌其烦的计算机来辅助物理实验教学,更好地减轻教师的负担,提高实验报告的批阅效率和准确性,同时也推进了物理实验教学的信息化管理。本系统使用方便,操作简单,使用性强,从运行情况看,系统反馈比较快,错误提示简洁明了,批改结果准确,现已在我校物理实验教学中使用,取得了良好的效果。同时为开发其他程序设计课程的自动批改系统提供了参考模型,具有一定的参考价值[1,6]。
参考文献
[1] 赵龙.大学物理实验报告自动批阅系统设计[J].船海工程,2009,38(2):98?100.
[2] 夏强.Excel VBA应用开发与实例精讲[M].北京:科学出版社,2006.
[3] 赵龙.大学物理实验教学与考核系统的设计[J].教育论坛,2010(3):17?19.
[4] 严良达,朱晓鸣,余凤钢环境下在线考试系统的设计与实现[J].办公自动化杂志,2011(7):53?55.
预习报告:
1.试验目的。(这个大学物理试验书上抄,哪个试验就抄哪个)。
2。实验仪器。照着书上抄。
3.重要物理量和公式:把书上的公式抄了:一般情况下是抄结论性的公式。再对这个公式上的物理量进行分析,说明这些物理量都是什么东东。这是没有充分预习的做法,如果你充分地看懂了要做的试验,你就把整个试验里涉及的物理量写上,再分析。
4.试验内容和步骤。抄书上。差不多抄半面多就可以了。
5.试验数据。做完试验后的记录。这些数据最好用三线图画。注意标上表号和表名。EG:表1.紫铜环内外径和高的试验数据。
6.试验现象.随便写点。
试验报告:
1.试验目的。方法同上。
2.试验原理。把书上的归纳一下,抄!差不多半面纸。在原理的后面把试验仪器写上。
3。试验数据及其处理。书上有模板。照着做。一般情况是求平均值,标准偏差那些。书上有。注意:小数点的位数一定要正确。
4.试验结果:把上面处理好的数据处理的结果写出来。
5.讨论。如果那个试验的后面有思考题就把思考提回答了。如果没有就自己想,写点总结性的话。或者书上抄一两句比较具有代表性的句子。
实验报告大部分是抄的。建议你找你们学长学姐借他们当年的实验报告。还有,如果试验数据不好,就自己捏造。尤其是看到坏值,什么都别想,直接当没有那个数据过,仿着其他的数据写一个。
不知道。建议还是借学长学姐的比较好,网络上的不一定可以得高分。每个老师对报告的要求不一样,要照老师的习惯写报告。我现在还记得我第一次做迈克尔逊干涉仪实验时我虽然用心听讲,但是再我做时候却极为不顺利,因为我调节仪器时怎么也调不出干涉条纹,转动微调手轮也不怎么会用,最后调出干涉条纹了却掌握不了干涉条纹“涌出”或“陷入个数、速度与调节微调手轮的关系。测量钠光双线波长差时也出现了类似的问题,实验仪器用的非常不熟悉,这一切都给我做实验带来了极大的不方便,当我回去做实验报告的时候又发现实验的误差偏大,可庆幸的是计算还顺利。总而言之,第一个实验我做的是不成功,但是我从中总结了实验的不足之处,吸取了很大的教训。因此我从做第二个实验起,就在实验前做了大量的实验准备,比如说,上网做提前预习、认真写好预习报告弄懂实验原理等。因此我从做第二个实验起就在各个方面有了很大的进步,实验仪器的使用也熟悉多了,实验仪器的读数也更加精确了,仪器的调节也更加的符合实验的要求。就拿夫-赫实验/双光栅微振实验来说,我能够熟练调节ZKY-FH-2智能夫兰克—赫兹实验仪达到实验的目的和测得所需的实验数据,并且在实验后顺利地处理了数据和精确地画出了实验所要求的实验曲线。在实验后也做了很好的总结和个人体会,与此同时我也学会了列表法、图解法、函数表示法等实验数据处理方法,大大提高了我的实验能力和独立设计实验以及创造性地改进实验的能力等等。
下面我就谈一下我在做实验时的一些技巧与方法。首先,做实验要用科学认
实验者:张子科、刘开鑫 实验时间: 2000/4/17
气温: 21.7 ℃ 大气压: 101.7 kpa
实验一 恒温水浴的组装及其性能测试
1目的要求
了解恒温水浴的构造及其构造原理,学会恒温水浴的装配技术; 测绘恒温水浴的灵敏度曲线; 掌握贝克曼温度计的调节技术和正确使用方法。
2仪器与试剂
5升大烧杯 贝克曼温度计 精密温度计 加热器
水银接触温度计 继电器 搅拌器 调压变压器
3数据处理:
实验时间
4/17/2000
室温 ℃
21.7
大气压pa
101.7*10^3
1
2.950
2.840
2.770
2.640
2.510
2.650
2.620
2.530
2.420
2.310
2.560
2.510
2.420
2.310
2.200
2
3.130
2.980
2.950
3.110
2.930
3.730
3.090
2.930
3.600
3.050
2.880
3.220
2.970
3.150
3.170
3
2.860
2.950
3.210
2.860
2.940
3.150
2.840
2.920
3.040
2.930
2.910
3.040
2.910
2.860
2.970
曲线图:
4思考:
深圳大学物理化学实验报告
实验者:赖凯涛 实验时间:5月15日
气温:23.0℃ 大气压:100900pa
实验六:双液系的气----液平衡相图
一:目的要求
绘制在p下环已烷-乙醇双液系的气----液平衡图,了解相图和相率的基本概念 掌握测定双组分液系的沸点的方法 掌握用折光率确定二元液体组成的方法 二:仪器 试剂
恒沸点仪
精密温度计
调压变压器
阿贝折光仪
超级恒温水浴
量筒、漏斗
滴管、大烧杯
无水乙醇
环己烷
含环己烷各为10、30、50、70、90、95%(重量百分数)的乙醇溶液。(用棕色试剂瓶盛装)含环己烷各为 0%、20%、40%、60%、80%、100%的标准乙醇溶液。 (用白滴瓶盛装)
三:数据分析
双液系汽-液平衡相图
实验者
张志诚
实验时间
2000/15/5
室温 ℃
23.0
大气压pa
100900
环己烷/乙醇标准溶液
浓度 %
折光率
1.3620
10
1.3630
20
1.3635
30
1.3650
40
1.3675
50
1.3730
60
1.3655
70
1.3940
80
1.4210
90
1.4258
100
1.4260
拟合方程式参数
a
6.0e-07
b
6.0e-04
c
1.3601
环己烷 %
10
30
50
70
90
95
100
沸点 ℃
77.40
73.20
67.20
64.30
63.70
64.90
79.40
79.80
气相折光率
1.3628
1.3722
1.3938
1.4010
1.4030
1.4195
1.4260
1.4261
液相折光率
1.3616
1.3639
1.3702
1.3819
1.4018
1.422
1.4265
1.4262
气相浓度
4
20
53
64
67
91
100
100
液相浓度
2
6
17
35
65
94
101
100
低恒沸溶液
沸点 ℃
组成 %
64.1
67
四:实验讨论。
在测定沸点时,溶液过热或出现分馏现象,将使绘出的相图图形发生什么变化? 答:当溶液出现过热或出现分馏现象,会使测沸点偏高,所以绘出的相图图形向上偏移。
压力和温度的测量都有随机误差,试导出h的误差传递表达式. 答:由h的定义式 h=u+pv 可得,
→ dh=du+pdv+vdp
→ dh=(?u/?t)v dt+(?u/?v)tdv+pdv+vdp
→ δvhm=(?u/?t)vδt+vδp
讨论本实验的主要误差来源。 答:本实验的主要来源:给双液体系加热而产生的液相的组成并不固定,而且加热的时间长短不十分固定,因此而使测定的折光率产生误差。另外,温度计水银球的位置并不固定,有时比较靠近电热丝,测得的温度稍微偏高。
top
深圳大学物理化学实验报告
实验者:张志诚 实验时间:5月15日
气温:23.0℃ 大气压:100900pa
实验六:双液系的气----液平衡相图
一:目的要求
绘制在p下环已烷-乙醇双液系的气----液平衡图,了解相图和相率的基本概念 掌握测定双组分液系的沸点的方法 掌握用折光率确定二元液体组成的方法 二:仪器 试剂
恒沸点仪
精密温度计
调压变压器
阿贝折光仪
超级恒温水浴
量筒、漏斗
滴管、大烧杯
无水乙醇
环己烷
含环己烷各为10、30、50、70、90、95%(重量百分数)的乙醇溶液。(用棕色试剂瓶盛装)含环己烷各为 0%、20%、40%、60%、80%、100%的标准乙醇溶液。 (用白滴瓶盛装)
双液系汽-液平衡相图
实验者
张志诚
实验时间
2000/15/5
室温 ℃
23.0
大气压pa
100900
环己烷/乙醇标准溶液
浓度 %
折光率
1.3620
10
1.3630
20
1.3635
30
1.3650
40
1.3675
50
1.3730
60
1.3655
70
1.3940
80
1.4210
90
1.4258
100
1.4260
拟合方程式参数
a
6.0e-07
b
6.0e-04
c
1.3601
环己烷 %
10
30
50
70
90
95
100
沸点 ℃
77.40
73.20
67.20
64.30
63.70
64.90
79.40
79.80
气相折光率
1.3628
1.3722
1.3938
1.4010
1.4030
1.4195
1.4260
1.4261
液相折光率
1.3616
1.3639
1.3702
1.3819
1.4018
1.422
1.4265
1.4262
气相浓度
4
20
53
64
67
91
100
100
液相浓度
2
6
17
35
65
94
101
100
低恒沸溶液
沸点 ℃
组成 %
64.1
67
实验讨论。
在测定沸点时,溶液过热或出现分馏现象,将使绘出的相图图形发生变化? 答:当溶液出现过热或出现分馏现象,会使测沸点偏高,所以绘出的相图图形向上偏移。
讨论本实验的主要误差来源。 答:本实验的主要来源是在于,给双液体系加热而产生的液相的组成并不固定,而是视加热的时间长短而定 因此而使测定的折光率产生误差。
三,被测体系的选择 本实验所选体系,沸点范围较为合适。由相图可知,该体系与乌拉尔定律比较存在严重偏差。作为有最小值得相图,该体系有一定的典型义意。但相图的液相较为平坦,再有限的学时内不可能将整个相图精确绘出。
四,沸点测定仪 仪器的设计必须方便与沸点和气液两相组成的测定。蒸汽冷凝部分的设计是关键之一。若收集冷凝液的凹形半球容积过大,在客观上即造成溶液得分馏;而过小则回因取太少而给测定带来一定困难。连接冷凝和圆底烧瓶之间的连接管过短或位置过低,沸腾的液体就有可能溅入小球内;相反,则易导致沸点较高的组分先被冷凝下来,这样一来,气相样品组成将有偏差。在华工实验中,可用罗斯平衡釜测的平衡、测得温度及气液相组成数据,效果较好。
五,组成测定 可用相对密度或其他方法测定,但折光率的测定快速简单,特别是需要样品少,但为了减少误差,通常重复测定三次。当样品的折光率随组分变化率较小,此法测量误差较大。
六,为什么工业上常生产95%酒精?只用精馏含水酒精的方法是否可能获得无水酒精?
答:因为种种原因在此条件下,蒸馏所得产物只能得95%的酒精。不可能只用精馏含水酒精的方法获得无水酒精,95%酒精还含有5%的水,它是一个沸点为的共沸物,在沸点时蒸出的仍是同样比例的组分,所以利用分馏法不能除去5%的水。工业上无水乙醇的制法是先在此基础上加入一定量的苯,再进行蒸馏。
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深圳大学物理化学实验报告
实验者: 史炜 汤菲菲 实验时间: 2000/5/17
气温: 24.2 ℃ 大气压: 100.80 kpa
二组分固-液相图的绘制
目的要求 用热分析法测绘铅-锡二元金属相图,了解固-液相图的基本特点 学会热电偶的制作,标定和测温技术 掌握自动平衡记录仪的使用方法
仪器与试剂 自动平衡记录仪,热电偶,电炉,泥三角 ,坩锅钳,纯sn、含sn为20%、40%、60%、和80%的snpb合金以及纯pb(坩锅上的记号分别为1、2、3、4、5、6)
实验数据及其处理
双液系汽-液平衡相图
实验者
史炜
汤菲菲
实验时间
5月17日
室温 ℃
24.2
大气压pa
100800
环己烷/乙醇标准溶液
浓度 %
折光率
1.3619
10
1.3631
20
1.3637
30
1.3658
40
1.3680
50
1.3725
60
1.3850
70
1.3940
80
1.4192
90
1.4255
100
1.3620
拟合方程式参数
a
6.0e-07
b
6.0e-04
c
1.3601
环己烷 %
10
30
50
70
90
95
100
沸点 ℃
77.40
72.30
67.20
64.40
63.70
63.80
79.00
79.80
气相折光率
1.3623
1.3792
1.3900
1.3996
1.4035
1.4204
1.4224
1.4252
液相折光率
1.363
1.365
1.369
1.369
1.402
1.4241
1.4255
1.4252
气相浓度
4
31
48
62
68
92
95
99
液相浓度
5
8
15
15
66
97
99
99
4 实验讨论。
1.1重理论知识理解与验证,轻实验实践能力培养
在大学物理实验课教学过程中,往往只重视物理理论知识的理解,将重心放在大学生物理知识的获取与验证,忽视大学生实验实践能力的培养,偏离了大学物理实验课的培养方向和培养目标.
1.2实验教材偏理论性,实验思想和方法不足
大学物理实验教材是大学物理实验教学的基础工具,直接影响着大学物理实验教学质量.但是,目前我国大学物理实验教材大多理论性偏强,物理实验思想和物理实验方法不能很好的体现.大学物理实验更应注重物理实验思想和物理实验方法的教育.
1.3多以验证性实验为主,综合性设计性实验为辅
目前我国各高校开设的大学物理实验多以验证性实验为主,验证性实验相对于新技术和新方法运用类型的实验更容易使学生感到枯燥无味,课堂氛围会比较呆板沉闷,不能够很好地激发学生的求知欲望,很大一部分学生只满足于测出所需的实验数据,完成格式化的实验报告.
1.4实验教学方法单一,学生实验较为被动
目前我国大学物理实验课程的教学形式相对固定,教学方法比较单一,忽视各学科之间的兼容性和互补性.由于教学形式的固定,教学方法的单一使大学生做大学物理实验时比较被动消极.
1.5强调按规定的实验步骤操作,忽视灵活性与创新能力培养
大学物理实验教学应适应时代和科学发展的要求,应不断求思、求变和求新,要给大学生营造和创设自由发挥的空间和时间.但是,目前我国大学物理实验课程教学比较强调按规定的实验步骤操作,严重忽视大学生灵活性与创新能力的培养.
2大学物理实验教学的五维一体改革
基于创新人才培养大学物理实验教学五维一体综合改革由大学物理实验教学理念改革维度、大学物理实验教学内容改革维度、大学物理实验教学方法改革维度、大学物理实验报告改革维度和大学物理实验成绩评定改革维度这五个维度构建形成一个综合改革体.
2.1大学物理实验教学理念改革
大学物理实验教学要以大学生为主体,以创新人才培养为导向,从传统的学生接受性学习转移到学生自主学习、探究学习及合作学习相结合的学习方式,充分激发大学生在大学物理实验教学中的主动性和积极性.贯彻以大学生为主体,以创新人才培养为导向的大学物理实验教学改革理念,使大学生能够将大学物理实验中学习到的理论、思想、方法和技能等运用于其专业领域,并逐步培养大学生的探索精神、创新意识和创新能力.针对大学物理实验教学中存在的学生实践能力培养不足,学生学习主动性和积极性低,探究性实验、综合性实验和设计性实验少,忽视创新能力培养等问题,通过学习、反思与讨论,提出行之有效的改革方案(其中包括教学模式、教学内容、教学方法、实验报告撰写及实验成绩评定方式改革等内容).加强对学生的引导、启发和帮助,减少实验中对学生思维能力及动手能力的束缚,以提高大学生做大学物理实验的主动性和积极性,提高团队合作意识,开发大学生的创新意识和创新能力为主要目标。
2.2大学物理实验教学内容改革
改变目前我国大学物理实验仍以验证性实验为主,以探究性实验和设计性实验为辅的局面,过多的验证性实验会束缚大学生的探究能力和创新能力.大力开发探究性实验、综合性实验和设计性实验,增加探究性实验、综合性实验和设计性实验的开设比例,提高综合性实验和设计性实验的开设质量,使学生能够根据自己的专业需求及其兴趣特长选择实验,切实有效地培养大学生的探索精神、创新意识和创新能力.针对大学物理实验教学内容开展调研,通过座谈会、问卷调查方式向实验教师和实验学生进行大学物理实验教学内容改革调研,以更好的设计并确定适合本校的大学物理实验教学内容改革方案.开设了尊重学生求知欲和兴趣的“基础实验,综合应用实验,设计研究实验”课程体系.开设的压力传感器实验、半导体温度传感器实验、电表的设计和改装等综合性及设计性实验改变了学生实验热情不高的状况,激发了学生的兴趣和动力.很多学生还将大学物理实验与自己的专业背景结合,深入研究探索,在学术期刊上发表与设计性实验相关的研究论文.大学物理实验教学内容改革效果显著.
2.3大学物理实验教学方法改革
目前我国大学物理实验教学更多的采用教师讲解→教师演示示范→学生自己操作→教师总结点评→学生完成实验报告→教师批改实验报告的教学流程,教学方法固定单一,教学效果不佳,特别不利于学生的探索精神、创新意识和创新能力的培养.要更多的采用实验探究法、提问解问法、小组研讨法、课题引领法、课内课外融合法、师生团队法和设计创新法等教学方法,更加灵活多变,具有创新因子,有效地提高大学物理实验教学质量,进一步培养大学生的探索精神、创新意识和创新能力.针对教学方法也开展了一系列改革.首先,建立了信息平台,实现了学生根据自己的意向自主选择实验时间、实验教师及实验内容;其次,教师实现了网上评定成绩、网上教学质量分析;另外,针对创新意识及能力较强,且对科研具有较高热情的学生选择性地开设与目前科学研究的前沿课题相关的研究性演示实验,向学生展示更多的学科前沿实验内容,展示物理实验的思想和方法,进一步培养学生的科研兴趣和科研能力,并为学生将来走上其专业相关的研究领域及研发岗位培养浓厚的兴趣,奠定良好的科研基础.通过大学物理实验教学改革,切实高效地培养学生的创新意识、创新精神和创新能力,以达到培养创新人才的目标.
2.4大学物理实验报告改革
在大学物理实验教学中,实验报告的撰写是一个重要环节,教师能够通过大学生撰写的实验报告了解学生的实验完成情况,实验报告也是对学生进行实验成绩评定的重要依据.目前,在大学物理实验教学中所采用的传统实验报告书写格式相对固定,都是格式化的模板,大学生依次填入实验名称、实验目的、实验原理、实验仪器、实验步骤、实验数据及处理、误差分析与讨论以及对实验的体会就完成了实验报告的撰写.有特色、有创新的实验报告很难见到,很难体现出学生的探究与创新,面对雷同的实验报告,实验教师也很难给出科学恰当的评定成绩.要结合本校的条件和特色,对具体形式不做过多固定要求,不采用格式化的实验报告模板,采用形式多样化的开放式实验报告形式,增加实验探究、实验发现、实验提问、实验扩展、实验改进、实验设计、实验综合和实验创新等板块,还可设置一定比例的按照科技小论文写作格式与写作方法来完成实验报告.目前对于少部分设计性实验鼓励有能力的学生采用开放式实验报告.以硅光电池特性研究实验及核磁共振实验为例,学生可以在教师的指导和引导下,根据自己的兴趣提出问题,设计实验,并最终以小论文形式完成实验报告.这和传统的实验报告撰写方式相比,能够更多地开发学生的创造能力.目前,这种实验报告完成方式有必要进一步推广扩大,但这必须建立在实验教师队伍的素质提高和数量的扩充上.
2.5大学物理实验成绩评定改革
目前我国多数高校的大学物理实验成绩评定一般分为平时成绩和实验成绩两部分,平时成绩考核参考出勤、预习报告等情况给出成绩;实验成绩的评定则根据实验操作、实验原始数据记录和实验报告撰写等给出.这往往使大部分学生忽视探究问题能力的提高.大学物理实验成绩的评定要增加以下内容:(1)要求学生在预习报告中写出自己对于本实验的理解,并提出自己思考的问题;(2)实验中可以4名学生组成一个实验小组(每位学生都有一套完整的实验仪器和设备,每位学生都要完成整个实验),针对不同实验,学生轮流进行实验讲解,并进行小组讨论,培养学生的科学思维能力、科学语言的表达能力以及团队协作意识.实验教师根据学生参与实验讨论的情况判断学生对于实验的预习程度及学习积极性,据此给出相应成绩;(3)实验完成后,激励学生把实验改进、实验与自己专业的联系、实际应用链接、实验设计及实验创新等写入实验报告,以增强学生的创新意识和创新能力.目前,已进行与实验教学体系改革相适应的成绩评定方式,针对不同层次的实验采取不同的方式评定成绩.基础实验仍根据预习、操作和报告三个模块评定成绩;综合性及设计性实验则通过实验选题、实验方案设计、实验操作、实验报告或小论文和简短答辩方式综合评定实验成绩.这样既能训练学生的基本功,打好基础,又能够进一步满足不同专业、不同兴趣爱好学生的需求,有的放矢地进行大学物理实验教学.小论文和答辩方式成绩评定的进一步大范围推广也有赖于实验教师素质的提高和数量的扩充.从实验教学模式、实验教学内容、实验教学方法、实验报告撰写和实验成绩评定方式方面全面进行大学物理实验教学改革实践,并通过反馈信息进一步进行改革——实践——再改革的循环,将大学物理实验教学改革经验进行推广,对其他专业课实验课教学改革起到辐射和推动作用.
3结论
关键词: 大学物理实验 应用型本科院校 教学手段
随着我国国民经济快速发展和工业化进程不断推进,地方经济对高等教育本科人才类型的需求趋向多元化,特别是对应用型人才的需求越来越大,高等教育正在从精英教育走向以培养应用型人才为主的多元化教育。这种形势下,作为基础实验课的大学物理实验应如何适应形势发展呢?笔者作为有多学科背景(本硕博专业不一样)的教学人员,在大学物理实验教学实践中有诸多体会,并对目前大学物理实验教学中存在的问题和对策进行一系列思考。
一、对大学物理实验和理论课教学进行整合同步,改变理论与实验割裂的现状
目前大学物理和大学物理实验是两门独立课程,往往是同时开设的,造成很多实验在做的时候,实验原理在理论上还没有学习,极大影响实验效果。应根据大学物理课程的教学进度,调整大学物理实验项目顺序,让大物实验在该实验涉及的理论讲授后一周内进行,使学生通过实验及时验证所学理论知识,同时用学习的理论解释实验现象,达到理论联系实践的效果。
建议本着教育以人为本的原则,将大学物理课程理论教学与实验教学统筹协调安排,可能的话将大学物理实验和理论课整合成一门课,实验作为整个课程一个不可割裂的部分看待(就像其他课程一样),有利于任课教师整体考虑理论与实验的关系。
二、对大学物理实验内容、实验管理方式、实验教学方法和手段进行改革
1.实验内容改革
目前大学物理实验项目较多,而学时一再压缩,要想都做不现实。那么哪些实验该做,哪些实验选做甚至不做,才能达到最佳效果呢?教学实践中应根据不同专业后续课程的需要,对大学物理实验进行取舍。如对机械工程专业来说,力学类实验最有用,应该都做,而像弗兰克-赫兹实验就没必要做。对电子科学与技术专业来说,力学类很多实验如单摆测重力加速度就没必要做,而弗兰克-赫兹实验应该做。还有些实验,如长度测量和误差处理,应该所有专业都应该做,因为基本测量方法和误差处理所有专业都会涉及,也是所有实验的基础。可以根据不同专业分成必做实验和选做实验,必做实验是与本专业后续课程密切相关的,所以必须做,而选做实验是学生根据个人情况有选择性地做。具体是机械类专业力学类实验全做,部分光学实验如牛顿环测厚必做,电学和热学部分实验选做;而电子信息类专业电学和光学实验全做,力学和热学部分实验选做等,总之大学物理实验项目应充分征求各专业的专业课老师的意见,利用好有限的大学物理实验学时,以做到学以致用。
另外大学物理实验课程教学内容应注重与最新科研、工程和社会应用实践的联系,融入科技创新和实验教学改革成果。
2.实验管理方式改革
目前我国应用型本科院校大学物理实验课有规范化教学和开放式教学两种模式。规范化教学是由实验指导教师指导学生在规定的上课时间内完成既定实验项目;而开放式教学是将实验全部摆出,学生根据自身情况预约时间选择实验项目到实验室完成,实验教师只在实验室值班和答疑。目前大多数应用型本科院校由于人力物力的原因采用规范化教学;少数条件好的学校采用开放式教学。教学实践中发现这两种模式的单一采用已不能适应需要,应采用二者结合的方式。学生初学这门课的时候采用规范化教学,通过几次规范化实验课,让学生掌握一些基本实验技能、实验方法与处理数据技巧,使其初步具有独立操作能力。然后将部分实验开放,由学生自由选择项目做。如电学实验,先采用规范化教学法,让学生熟悉电流表和电压表等仪器的用法,掌握基本技能,再采用开放式教学,将惠斯通电桥的应用、电表改装及校准等实验需要的仪器摆出,由学生选做。学生自己设计实验方案,自己挑选仪器。这样学生既受到规范化工程训练,又提高学生物理学思维和独立工作能力,为今后专业实验奠定扎实基础。
建议有条件的应用型本科院校的大学物理实验室建立自己的教学网站,学生在网上根据每学期实验设置情况选择实验项目和实验时间,同时允许学生退选和补选实验,给学生一定的回旋余地。学生通过网络及时了解实验成绩,通过网络社区与老师讨论,这种“交互式”师生关系能充分调动学生的学习积极性和主观能动性,激发学生对实验的兴趣,培养学生创新意识和能力。
3.实验教学方法和手段改进
大学物理实验要重视演示实验的功能,增强学生的学习兴趣。对一些实际生活中难以见到的物理现象,演示实验能增强理论讲授的说服力。而与生活生产密切相关的高科技含量较高的演示实验对引导学生了解科学前沿具有重要意义。对一些不易实物演示的,则可通过计算机模拟,如微观的、宏观的、极慢的、极快的物理过程采用计算机进行逼真模拟,放大或缩小物理场景,将物理过程形象地展示在学生面前,使学生透彻理解物理本质。建议教师自制一些演示实验的工具,学校投入一定经费购置一些演示仪器,供大学物理实验教学使用。
大学物理实验同样重视仿真实验,如用有关软件模拟电场线,磁力线的分布,让学生通过仿真实验获得对物理知识的感性认识。部分大学物理实验还可考虑与专业实验对接,如三线摆测物体的转动惯量可以考虑和理论力学或者机械原理的有关专业实验对接,以达到提高学生知识水平和能力的目的。
实验数据处理和作图是大学物理实验中的重要环节。部分实验数据繁杂,计算量大,手工绘图粗糙,处理结果偏差较大,使学生花大量时间用于数据计算而忽视实验本身的物理内涵,本末倒置,因此建议在大学物理实验教学中引入相关软件,如Excel、Matlab或Origin用于数据处理和绘图。
4.在实验中引进物理学史教育
注意在大学物理实验课中引入物理学史教育,可以受到良好的教学效果。做实验时,介绍一下该实验在物理学中的历史地位和影响、最初思路方法、做该实验的第一个科学家,道出相关理论的源流、发展、验证和形成过程,激发学生好奇心和兴趣,使下面的讲解变得容易,实验效果无疑非常好。同时通过物理学史的介绍将相关理论知识联系在一起形成知识面,从而加深学生对理论知识的理解和掌握,对科学家事迹的介绍有利于培养学生实事求是的科学态度和严谨认真的科学精神。所以,大学物理实验课中引入物理学史教育具有重要意义。
三、在大学物理实验教学中贯穿安全教育和爱护设备教育
1.培养学生安全意识
安全意识是当代大学生的基本素养之一,但在大学物理实验教学实践中,发现很多学生安全意识淡薄,这一点在电学实验中尤为突出。特别做交流电实验的时候,有同学图省事改动线路时不切断电源,带电操作,这是非常危险的事情,极易产生人身伤害。建议大物实验时,把实验安全问题放在首要地位,树立学生的安全意识,告诫学生按照实验规程操作。还有些同学纪律散漫,在实验过程中打打闹闹,很容易跌倒,地上有开关,弄不好碰破了头会导致人身伤害,所以在大学物理实验教学的同时要贯穿安全教育。
2.培养学生爱护实验设备、爱护公物的意识
在大学物理实验教学中,发现很多同学对实验设备不爱惜,如电学实验中,个别人不按要求,将电压一个劲儿往上调,导致白炽灯烧掉了,还有个别同学野蛮操作,特别对示波器的探头线,经常硬拉强拽,造成不必要损坏。对导线的插拔有时不按照要求捏住根部进行,而是强拉线身,导致很多导线看似是好的,实际上已经不导通了。
针对这个问题,应该对学生展开爱护实验设备教育,在给学生演示示波器探头线和导线插拔的正确方法时,严肃实验室纪律和操作规程,让他们明白只能将电压调到实验指导书允许的上限就不能再上调了,另外引导学生想一想,为什么现在实验室的好多设备不能用,有那么多故障,是什么原因造成的?师兄师姐们过去是不是也像我们现在这样不爱惜设备,导致现在很多实验开展起来困难重重?如果我们继续不爱惜实验设备,那我们的师弟师妹们以后做这些实验的时候不是情况更糟吗?很多同学都表示一定要爱惜设备,不能给师弟师妹们留下烂摊子。
经过几次实验时的安全教育和爱护设备教育过后,学生的安全意识有了明显提高,操作设备温柔多了,在做光学实验的时候,都知道不能用手捏透镜,收到良好效果。
四、在大学物理实验教学中贯穿素质教育和育人功能
1.组织纪律性、协作精神和团队意识培养
大学物理实验教学的根本目的是培养人,组织性、纪律性、协作精神和团队意识是新时代大学生必备的素质,大学物理实验教学中,发现不少学生组织性纪律性很差,协作能力很差,实验前不预习,实验过程中毫无头绪,大声喧哗,实验课迟到缺勤现象严重。教学实践中,我通过班干部和部分同学了解到班上哪些同学学习比较认真,态度比较端正,指定他们担任各个小组的组长,让他们在实验前督促同组人提前预习,来实验室时互相提醒不迟到,实验后及时写实验报告。另外指定动手能力比较强的同学轮流演示实验,具体措施是自己主动报名加其他同学民主推荐,排定每次实验演示的同学,这些同学在实验前认真预习,吃透实验精神,有什么问题在实验前事先和我沟通,并且提前将实验预做一下,总结出现的问题并准备解决预案。正式上实验课的时候,让这个同学演示给其他同学看,我在旁边讲解,提醒大家注意事项,以及可能出现的现象和解决办法,在确认同学们都弄明白的情况下,让他们2~3人一组分组实验,实验中出现的问题让他们及时举手向我提问,我及时帮他们观察出现的问题,引导他们用书本上的理论知识进行分析,找出症结,并最终顺利完成实验。
2.规范性实验报告和应用文写作能力培养
实验报告是对一项实验工作做出规范的、全面的、实事求是的总结,并以书面形式表达出来。撰写完整规范的物理实验报告是教学的重要环节,也是当工科大学生的基本技能技巧。但在大学物理实验教学实践过程中发现很多大二学生居然不知道完整的实验报告怎么写,这些学生的实验报告往往是将测得的实验数据一罗列,就没下文了:没有分析,没有结论,没有思考。
针对这个问题我以“怎样写实验报告”为题在实验前给每个小组都详细讲解一遍:应该如何写,包括哪几个部分,要注意哪些东西,然后结合部分实验报告进行点评。并且提醒同学们实验报告是一种应用文写作,以后工作中,还可能有类似报告要写,虽然有所差别,但大同小异,套路是一样的,今天写实验报告,将来在工程技术工作实践中就可能要写研究报告、工程技术报告,所以同学们要高度重视它,切实提高应用文写作能力,为今后工作打下基础。
经过几次大学物理实验,学生的实验水平明显提高,一般问题都能自己解决,完整的数据表格也能轻松搞定,而且学生问的问题也上了档次,实验报告写得越来越认真,图表都很清楚、明显规范。很多同学都表示通过大学物理实验课,确实学到了不少东西,加深了对书本知识的理解,弄清楚了很多概念,而且改掉了过去散漫的作风,养成了严谨的工作态度,提高了协作精神,团队意识明显提高,受益匪浅,达到了素质教育的目的。
五、改进大学物理实验考核体系
改进实验考核方法,旨在提高教与学的积极性。目前大学物理实验考核由平时成绩与课期末考试成绩两块组成。平时成绩包括出勤率和实验报告撰写,期末考试成绩《大学物理实验(上)》是考核学生处理实验数据方法的掌握,而《大学物理实验(下)》是考核实验原理,导致学生实验过程中不认真对待,数据抄袭现象严重。不少同学在大学物理实验结束后做专业课实验,连万用表都不会用。为了保证实验课教学质量,建议对《大学物理实验(下)》进行实验操作考核。抽签决定考试项目并单人操作,当场评分。由于有期末单人操作考试的压力,因此学生的实验态度发生了根本性变化,由以往只注重实验结果向注重实验操作步骤及实验报告转变,态度积极认真,效果良好。
在对学生的考核上,强化平时成绩,平时成绩占80%,同时注重考查学生自学能力(预习报告,20%)、表达能力(数据处理和分析,20%)和操作能力(20%)。考核方式除笔试、抽签操作外,还应建立多元化实验考核方法,如学生自制实验器材的,或者改进实验方案的都可以折算成平时成绩的一部分,大大激发学生学习兴趣和创新能力。另外为了提高学生实际操作能力,缺做实验的学生允许补做或重做。
随着时代进步和教育改革深化,大学物理实验教学实践中还会面临更新形势,还会遇到更多问题,但我相信,只要秉承一颗责任心,坚持教书的同时育好人的原则,遇到问题想办法解决,甚至创造条件解决,就能不断提高大学物理实验的教学水平,推动大学物理实验教学进步。
参考文献:
[1]徐翠艳,符伟.工科大学物理实验教学模式的探讨[J].锦州师范学院学报(自然科学版),2001,21(4):66-67.
[2]陈冬颖,任红.工科大学物理实验教学改革研究[J].合肥学院学报(自然科学版),2007,17(4):81-83.
大学物理实验是理工科学生在大一、大二开设的一门公共基础课,是学生进入大学后系统接受实验方法和实验技能训练的开端。它将为学生学习后续的实验课程打下坚实的基础。而实验绪论课是实验课程的第一堂课,绪论课教学效果的好坏直接影响到后面实验课的教学。由于实验绪论课教学内容繁多,教学时数有限,又鉴于大一、大二学生的数理知识有限,因此,笔者在教学中突出了以下几个方面,取得了较好的教学效果。
二、绪论课在物理实验课中的重要性
(一)让学生明确大学物理实验课的地位和作用
许多学生有重理论轻实验的传统思想,不明白为什么大学物理实验要单独设课,把大学物理实验和大学物理这两门公共基础课混为一谈,或者认为大学物理实验和自己的专业相去甚远,感觉这门课用处不大。教师要利用绪论课的机会及时纠正学生的认识误区。大学物理实验是学生系统接受实验方法和实验技能训练的开端,通过传授科学实验的基本知识、方法和技巧,培养学生严谨的科学思维能力和创新精神,培养学生理论联系实际及分析问题和解决实际问题的能力。因此大学物理实验成为了第一门被国家教委列为单独设课的实践类课程,同时也是国家教委指定验收的基础课中唯一的实验课,说明了大学物理实验教学与理论教学有着同样的地位和作用。
(二)明确提出实验课的基本要求和实验的程序
在绪论课中让学生明确物理实验课的基本要求和程序为实验课作好准备。实验课有三个重要的环节:课前预习、实验操作和实验报告。预习是做好实验的基础。认真阅读教材中的有关内容,明白实验的目的和要求,正确理解实验原理和实验步骤,初步了解仪器的基本性能和操作规程。实验操作是实验课的主要内容。实验中,正确调节和使用仪器,及时记录实验数据和实验现象。数据记录要做到整洁、清晰和有条理,实验的原始数据经老师检查后签字认可。实验报告的书写要规范,数据处理要有详细的过程,对所得的数据进行不确定度的分析,并能用有效数字正确表示。最后的结果应包括测量值、不确定度和单位。最后出示学生写得好的实验报告样板,让学生对怎样写实验报告有一个初步的概念。
三、采用分散式教学提高教学效果
多年来,笔者在上绪论课时采用分散式教学,即精讲部分内容而将其他问题留到后续的实验中讲解。具体做法是:讲解实验的基本程序和要求;精讲有效数字及其运算、测量误差的估算、测量结果的表示等。而将基本仪器的调整、基本测量方法和数据处理方法等放到具体的实验中去讲解,就是在做某个实验前讲述所用到仪器的调整和使用方法、注意事项以及该实验用到的数据处理方法。
四、将绪论课内容纳入实验成绩考核中
大学物理绪论课中所介绍的理论知识贯穿整个实验课程中,对于理工科学生来说,在后续专业课程、工程实验和今后高层次科研工作中都会用到误差分析及数据处理知识。绪论课的知识掌握不好,将会直接影响到学生实验技能的培养。所以在绪论课教学时,笔者有意让学生明确大学物理实验考核方式。我们对大学物理实验课的考核方式采用多元化、综合评定的考核方式。大学物理实验总评成绩由平时成绩和期末成绩两部分组成。主要包括:1.平时考核占50%,包括四项:课前预习10%、实验操作50%、实验报告30%、综合素质10%;2.期末考核占50%,为期末笔试或者操作考试;3.参加科技活动作为加分项。考核评定结果分为:优秀、良好、中、及格和不及格五档。期末考核采用笔试和操作考试两种方式,每学期采用一种方式考核。第一学期在学习了“测量误差及数据处理”基本理论、基础实验和一般仪器的使用方法等后安排考核笔试。大学物理实验课程笔试与理论课程考试类似,全面考查学生掌握误差理论知识、实验原理、仪器操作使用方法、数据处理的方法和测量结果表示等等。绪论课的内容在试卷中占有一定的比例,突出绪论课的重要性。
五、采用及时反馈的方法进行教学
大学物理实验绪论课是物理实验课的第一堂课,教学时数只有3个学时,内容有误差理论及数据处理的方法,还要介绍基本测量工具的使用,尽管在绪论课教学时采用了一些行之有效的方法,但是在后面做实验时以及所写的实验报告中可以发现,学生对绪论课的内容掌握并不是很理想,表现在实验报告中数据处理时,不清楚计算平均值时应该保留几位有效数字,分不清相对误差和绝对误差,测量结果表示平均值末位与不确定度误差位不对齐等等。
六、充分利用多媒体设备进行教学
气温: 21.6 ℃ 大气压: 101.1 kpa
实验七:二组分固枣液相图的测绘
一.目的要求
1)、分析法测绘铅-锡二元金属相图,了解固-液相图的基本特点
2)、学会热电偶的制作、标定和测温技术
3)、掌握自动平衡记录仪的使用方法
二.仪器 试剂
自动平衡记录仪
热电偶
电炉、泥三角 、坩锅钳
纯sn、含sn为20%、40%、60%、和80%的snpb合金以及纯pb(坩锅上的记号分别为1、2、3、4、5、6)
三.实验数据及处理
热电偶工作曲线
pb
sn
h2o
相变温度 ℃
323
232
100
平台高度 格
61.9
47.3
28.1
曲线斜率
6.6118
曲线截距
-84.269
步冷曲线
pb %
20
40
60
80
100
折点高度 格
47.4
43.8
41.2
47.5
56.5
62.3
平台高度 格
40.5
40.5
40.4
40
39.9
39.9
折点温度 ℃
229
205
188
230
289
328
平台温度 ℃
228
184
183
180
180
325
热电偶工作曲线
pb~sn相图
四.提问思考
1.步冷曲线各段的斜率以及水平段的长度与哪些因素有关?
答:对于斜率来说,与平衡记录仪的走纸速度和混合物中各物质的比例有关;对于水平长度来说,与控制冷却速度有关。
2.根据实验结果讨论各步冷曲线的降温速率控制是否得当。
答:在本次实验中,我们并没有采取降温控制,不过各平台明显,所以,由此看来,我们操作得当!
3.如果用差热分析法或差示扫描发来绘制相图,是否可行?
答:由于样品在吸热中相变较多,造成热容变化很大,与参比物相差甚远,造成基线发生漂移,因此,用以上两种方法不可行。
4.试从实验方法比较测绘气—液相图的异同点。