大学物理实验里的设计性实验怎么做
2研究型实验及其开设要求2.1研究型实验的基本内涵通常“研究型”物理实验是在综合性、设计性物理实验的基础上由学生自己选题、查阅文献、设计实验方案，在教师指导下完成实验。“研究型”实验通常是要求学生带着问题测取数据，摸索实验规律，然后带着问题查找资料、探寻答案，并试着对所观察到的现象进行理论分析，并做出合理的解释。这类实验的开设目的是全方位地锻炼学生实验研究的能力，充分调动学生的主动性和积极性，激发他们从事物理学研究的兴趣和热情，为以后从事科研工作打下良好的基础。2.2研究型实验的选题研究型实验要精心选题、科学设计。实验内容要新颖、有趣味性，物理现象比较明显和具有可研究性。同时还要考虑实验室条件和学生的水平与能力，能让学生在比较熟悉的理论基础上作初步的分析与发展。既要与已知的现象、理论和方法有联系又要有一定的深度和广度。作为基础物理实验，研究型实验内容不能过于复杂，要求不宜过高，要能通过分析、讨论和查阅资料等方式让学生可以比较容易地设计和实施实验方案。2.3如何开展研究型实验的教学与传统物理实验不同，研究型实验可以较充分地发挥学生的主观能动性去探索未知的领域。因此，开设此类实验项目的最好方式是利用实验室开放的形式，由学生自主选择和掌握实验时间。研究型实验项目可以有教师指定和学生自拟等形式，但无论那种形式，对实验指导教师都提出了更高的要求。指导教师要对学生所选的研究型实验项目在实施过程中可能出现的各种问题有充分的估计和认识，能够引导、启发和激励学生完成实验，并掌握能作进一步深入研究的空间。研究型实验更注重实验结果的分析、讨论和总结。因此，学生完成研究型实验后要求写出的实验报告可以不同于普通实验的报告，可以写成研究总结报告形式或研究论文形式，甚至可以采用学术报告的形式口头报告研究结果。3利用迈克耳逊干涉仪进行研究型实验项目的设计迈克耳逊干涉仪是一种典型的利用分振幅方法实现干涉的光学仪器，作为近代精密测量光学仪器之一，被广泛用于科学研究和检测技术等领域[4]。利用迈克耳逊干涉仪，能以极高的精度测量长度的微小变化及其与此相关的物理量。如果与CCD摄像、图象处理等现代监测技术结合，可以实时观测和分析各种干涉现象的变化，达到干涉检测和自动控制的目的[5,6]。因此，利用迈克耳逊干涉仪进行研究型实验设计具有变化多、内容丰富、研究性突出等特点。这里我们以“利用迈克耳逊干涉仪测量气体折射率”为题，作为一个研究型实验的案例，简述其实验设计与实施过程。3.1设计原理与实验装置实验时，可以向学生提供：迈克耳逊干涉仪、He-Ne激光器、带气压表的“气室”、CCD图象采集系统等实验器材，要求设计一个实验方案并测定空气等气体的折射率。这里简述实验基本原理：在传统的迈克耳逊干涉仪的一个测量光路上放置一个可充气的“气室”，干涉图的观测采用CCD和计算机进行图象采集与处理。如图1为利用迈克耳逊干涉仪测定气体折射率的实验光路图。图1实验光路图图中P为“气室”，它是由腔体、压力表和皮囊等组成。通过皮囊可以给气室中的气体增加压力，也可以通过皮囊的减压阀放气给气室减压，腔内气压可以通过压力表读出。图中接收屏W处放置一CCD摄像头，干涉图像可以通过计算机进行显示和处理。当激光束通过图1中M1前面的气室时，干涉图样随气室里气体气压的变化而变化：当气压增加时，干涉圆环从中心涌出；反之，干涉圆环向中心陷入。通过研究气体压强变化与条纹移动的关系可以得到气体折射率。在恒定温度下，气体折射率n与气压成正比：(1)式中p为气体压强，k为比例系数。在绝对真空下，则。对于常压条件下，则，当气室内压强改变时，由于折射率的变化引起光程差改变（），可以观测到条纹的移动个数N。各参数之间的关系为(2)式中L为气室的有效长度，由上述各式可以推得常压()下空气折射率为(3)3.2实验结果与分析利用图1的光路经仔细调节可以获得等倾干涉图象，图2是经CCD和计算机系统采集到的干涉图象。当改变气室内的压强时可以看到干涉圆环从中心涌出或向中心陷入。实验中先向气室充气加压，然后缓慢放气并观测干涉圆环向中心陷入的条纹数。实验中用He-Ne激光作为光源（=632.8nm），所用气室的有效长度L=75mm，如果常压取标准大气压强760mmHg，则(3)式可以写成：(4)表1给出了气室内压强增加值与条纹移动数N和计算得到的折射率之间的关系。图2CCD和计算机系统采集到的干涉图象表1：气室内压强增加值、条纹移动数N和计算得到的折射率值/mmHg230210190170150130110N/个20.819.016.615.013.511.89.81.00029031.0029041.00028051.00028321.00028891.00029141.0002860对测量数据求平均值并计算不确定度，得到数据处理的方法还可以用作图软件，作出～N的关系曲线，通过求斜率计算得到折射率。空气折射率的标准值是1.0002926（对nm）[7]，测量误差主要来自条纹移动非整数部分的估读和气压表读数误差。另外，对气室的有效长度L和实验室的常压的测量也对实验结果引入误差。3.3实验内容和难度的拓展作为研究型实验，迈克耳逊干涉仪可以提供丰富的设计思想。例如，采用上述方法将气室与一充满不同气体的气囊（如氧气袋）相连，可以用于测量各种气体的折射率；如果对CCD采集图象进行计算机处理和编程可以实现条纹移动的自动记数；利用这一实验系统可以仔细观测、分析定域和非定域干涉现象[8]；如果采用面光源或扩束的平行光作为光源，在图1光路中气室P换成一个平板玻璃（或有机玻璃片、透明塑料片等），则可以检测玻璃表面平整度或介质内部的不均匀性；如果对有机玻璃片或透明塑料片等施加一定的应力，用上述方法可以分析透明介质的应力分布。等等这些内容经过精心设计均可作为研究型实验开设。值得一提的是根据综合性、设计性实验的不同要求，将上述研究型实验进行适当的教学设计，完全可以开设成综合性或设计性实验。
综合性实验，就是在实验过程中，可能要使用到多种实验技术，已完成最终的实验目的。设计性实验的实验目的主要是让你学会一种实验技术或者一种设备的使用方法，例如如何操纵显微镜，如何制片等。
综合性实验和设计性实验的区别在于：
综合性一般给定好的实验，然后让你根据问题来回答
设计性一般是想得到什么结论然后让你根据实际情况来进行可行性的设计，证明你想要的结论，这个更灵活一些。
实验设计的主要步骤可归纳为：根据研究目的提出假设；拟定验证假设的方法、程序；选择适当的处理、分析实验数据的统计方法。
试验设计，也称为实验设计。数理统计的一个分支。关于如何按照预定目标制订适当的实验方案，以利于对实验结果进行有效的统计分析的数学原理和实施方法。
一个实验的设计，即对实验的一种安排，需要考虑实验所要解决的问题类型、对结论赋予何种程度的普遍性、希望以多大功效作检验、试验单元的齐性、每次试验的耗资耗时等方面，选取适当的因子和相应的水平，从而给出实验实施的具体程序和数据分析的框架。
作用
试验设计在工业生产和工程设计中能发挥重要的作用，主要有：提高产量；减少质量的波动，提高产品质量水准；大大缩短新产品试验周期；降低成本；试验设计延长产品寿命。
在工农业生产和科学研究中，经常需要做试验，以求达到预期的目的。例如在工农业生产中希望通过试验达到高质、优产、低消耗，特别是新产品试验，未知的东西很多，要通过试验来摸索工艺条件或配方。如何做试验，其中大有学问。试验设计得好，会事半功倍，反之会事倍功半，甚至劳而无功。
如果要最有效地进行科学试验，必须用科学方法来设计。所谓试验的统计设计，就是设计试验的过程，使得收集的数据适合于用统计方法分析，得出有效的和客观的结论。如果想从数据作出有意义的结论，用统计方法作试验设计是必要的。
当问题涉及到受试验误差影响的数据时，只有统计方法才是客观的分析方法。这样一来，任一试验问题就存在两个方面：试验的设计和数据的统计分析。这两个课题是紧密相连的，因为分析方法直接依赖于所用的设计。
实验设计的三个基本原则是随机、对照和重复。对照原则是为了控制非处理因素对实验结果的影响，并将处理措施的效应充分地显现出来，在确定接受处理措施的实验组的同时，应设立对照组，并通过比较，将效应的差异归因于处理措施。
重复是指在相同实验条件下进行多次实验或观察，以提高实验结果的可靠性。随机化不仅使大量难以控制的非处理因素对实验组和对照组的影响相当，并归于实验误差之中，而且也是对样本数据进行统计推断的前提，各种统计分析方法都是建立在随机化基础之上的。
实验设计的“三要素”
1、实验对象。
实验所用的材料即为实验对象。如用小鼠做实验，小鼠就是本次实验的实验对象，或称为受试对象。实验对象选择的合适与否直接关系到实验实施的难度，以及别人对实验新颖性和创新性的评价。
2、实验因素。
所有影响实验结果的条件都称为影响因素，实验研究的目的不同，对实验的要求也不同。影响因素有客观与主观，主要与次要因素之分。
3、实验效应。
实验因素取不同水平时在实验单位上所产生的反应称为实验效应。实验效应是反映实验因素作用强弱的标志，它必须通过具体的指标来体现。要结合专业知识，尽可能多地选用客观性强的指标，在仪器和试剂允许的条件下，应尽可能多选用特异性强、灵敏度高、准确可靠的客观指标。
广义的实验设计指科学研究的一般程序的知识，它包括从问题的提出、假说的形成、变量的选择等等一直到结果的分析、论文的写作一系列内容。它给研究者展示如何进行科学研究的概貌，试图解决研究的全过程。
狭义
狭义的实验设计特指实施实验处理的一个计划方案以及与计划方案有关的统计分析。
狭义的实验设计着重解决的是从如何建立统计假说到作出结论这一段。
实验研究的三个基本要素是干预措施、受试对象、试验效应。
1、干预措施
在社区干预试验中把根据研究目的而施加的特定试验措施称为干预措施。多数指外部施加的因素，如药物、手术、预防及保健措施等。干预措施可分不同等级，称为水平，如不同强度的体育锻炼。干预措施及各水平应在整个试验过程中，按设计好的统一标准进行，始终如一，避免引起偏倚。
2、受试对象
是指被选入参加试验的人。如果受试对象是病人则其诊断必须明确可靠，它就是预期要用于临床的适应证。用以判定受试对象的指标，称为诊断指标，包括疾病种类、病型分期、病情轻重、合并症，以及年龄、性别等指标。
3、试验效应
是指干预措施在受试对象身上产生的预期效应。用以判断效应的指标，称为效果指标。
诊断指标和效果指标都应有可靠性和有效性分析。诊断指标的可靠性差，可能会引起错分误差；诊断指标的有效性差，则会影响试验结果的外推有效性；效果指标可靠性差，会造成试验效力下降，还可能引起测量性偏倚；效果指标的有效性差，则直接影响结论的内在有效性。
扩展资料：
试验设计的基本原则分别是：
1、科学性原则
实验是人为控制条件下研究事物(对象)的一种科学方法；是依据假设，在人为条件下对实验变量的变化和结果进行捕获、解释的科学方法。 。
2、可行性原则
在实验设计时，从原理、实验实施到实验结果的产生，都实际可行。
3、简便性原则
实验设计时，要考虑到实验材料要容易获得，实验装置简单，实验药品较便宜，实验操作较简便，实验步骤较少，实验时间较短。
4、可重复性
重复、对照、随机是保证实验结果准确的三大原则。任何实验都必须有足够的实验次数才能判断结果的可靠性，设计实验只能进行一次而无法重复就得出“正式结论”是草率的。
5、单一变量原则
不论一个实验有几个实验变量，都应确定一个实验变量对应观测一个反应变量，这就是单一变量原则，它是处理实验中的复杂关系的准则之一。
6、对照性原则
实验中的无关变量很多，必须严格控制，要平衡和消除无关变量对实验结果的影响，对照实验的设计是消除无关变量影响的有效方法。
