《材料物理专业实验1》教学大纲课程编号：B04010800课程名称：材料物理专业实验1英文名称：ProfessionalExperimentsforMaterialPhysics1课程性质：独立设课学时/学分：64/2考核方式：实验报告与闭卷考试选用教材：材料科学与工程学院实验讲义（自编教材）先修课程：材料科学基础、物理化学、材料热处理、纳米科学与技术后继课程：高分子加工工艺，材料性能学，功能材料，能源材料，生物材料适用专业及层次：材料物理专业本科生大纲执笔人：肖海连大纲审核人：王兆波一、教学目标本实验涉及了材料成型与加工、材料合成与制备、结构表征以及性能测试等四个大部分。通过本课程的学习，使学生具备下列能力：成型与加工实验：1、学习了解真空熔炼炉的工作原理，铸锭的铸造过程；2、掌握材料模拟软件的使用和简单的模型建立和实验条件的设定；3、热处理工艺得到的常规钢铁组织的特点：4、金属材料的焊接设备以及操作规范；5、清楚结晶以及长大过程，以及不同冷却条件形成的铸锭微观组织：6、学习掌握粉末冶金的优点和基本工艺流程。结构表征实验：1、学习了解大型测试设备的工作原理和简单的操作流程：2、掌握中小型设备的测试步骤；2、掌握各种金属材料的显微组织特征。性能测试实验：掌握材料常规性能的测试和评估方法，熟悉完成这些材料性能测试实验所要使用的仪器设备的主要结构和功能特点及操作方法。合成与制备实验：1、学习了解纳米金属材料，陶瓷薄膜的各种实践中的物理和化学的制备方法：2、掌握金属合金材料的制备工艺流程。二、课程目标与毕业要求的对应关系1
1 《材料物理专业实验 1》教学大纲 课程编号：B04010800 课程名称：材料物理专业实验 1 英文名称：Professional Experiments for Material Physics 1 课程性质：独立设课 学时/学分：64 /2 考核方式：实验报告与闭卷考试 选用教材：材料科学与工程学院实验讲义（自编教材） 先修课程：材料科学基础、物理化学、材料热处理、纳米科学与技术 后继课程：高分子加工工艺，材料性能学，功能材料，能源材料，生物 材料 适用专业及层次：材料物理专业本科生 大纲执笔人：肖海连 大纲审核人：王兆波 一、教学目标 本实验涉及了材料成型与加工、材料合成与制备、结构表征以及性能测试等 四个大部分。通过本课程的学习，使学生具备下列能力： 成型与加工实验：1、学习了解真空熔炼炉的工作原理，铸锭的铸造过程；2、 掌握材料模拟软件的使用和简单的模型建立和实验条件的设定；3、热处理工艺得 到的常规钢铁组织的特点；4、金属材料的焊接设备以及操作规范；5、清楚结晶 以及长大过程，以及不同冷却条件形成的铸锭微观组织；6、学习掌握粉末冶金的 优点和基本工艺流程。 结构表征实验：1、学习了解大型测试设备的工作原理和简单的操作流程；2、 掌握中小型设备的测试步骤；2、掌握各种金属材料的显微组织特征。 性能测试实验：掌握材料常规性能的测试和评估方法，熟悉完成这些材料性 能测试实验所要使用的仪器设备的主要结构和功能特点及操作方法。 合成与制备实验：1、学习了解纳米金属材料，陶瓷薄膜的各种实践中的物理 和化学的制备方法；2、掌握金属合金材料的制备工艺流程。 二、课程目标与毕业要求的对应关系
毕业要求指标点课程目标1.具有人文社会科学素3-1掌握材料合成3-1学习掌握纳米材料的各种实践养、社会责任感和工程职业与制备方面的基础中的物理和化学的制备方法：道德：知识、基本理论和2.掌握数学、物理、化基本实验技能。学等方面的基本理论和基本3-2掌握材料结构3-2学习大型测试设备的工作原理知识：与表征方面的基础和简单的操作流程：掌握中小型设3.掌握材料合成与制知识、基本理论和备的测试步骤：掌握各种金属材料备、材料结构与表征、材料基本实验技能。的显微组织特征。性能测试及材料成型与加工3-3掌握材料性能3-3掌握材料常规性能的测试和评应用等方面的基础知识、基测试方面的基础知估方法，熟悉完成这些材料性能测本理论和基本实验技能；识、基本理论和基试实验所要使用的仪器设备的主要4.了解相近专业的一本实验技能。结构和功能特点及操作方法。般原理和知识；3-4掌握材料成型3-4学习真空熔炼炉的工作原理：掌5.熟悉国家关于材料与加工方面的基础握材料模拟软件的使用和简单的模科学与工程研究、科技开发知识、基本理论和型建立和实验条件的设定：热处理及相关产业政策，国内外知基本实验技能。工艺得到的常规钢铁组织的特点：识产权等方面的法律法规；金属材料的焊接设备以及操作规6.了解材料物理的理范：论前沿、应用前景和最新发展动态，以及材料科学与工程产业的发展状况；7.掌握外文资料查询、文献检索以及运用现代信息技术获取相关信息的基本方法：具有一定的实验设计，实验条件创造，应用计算机进行材料设计及结构分析，归纳、整理、分析试验结果，撰写论文，参与学术交流的能力。三、教学基本内容实验一：情性气体蒸发法法制备纳米粉体（支撑课程目标3-1）1.主要仪器设备：情性气体蒸发法纳米粉体制备设备。2
2 毕业要求 指标点 课程目标 1.具有人文社会科学素 养、社会责任感和工程职业 道德； 2. 掌握数学、物理、化 学等方面的基本理论和基本 知识； 3. 掌握材料合成与制 备、材料结构与表征、材料 性能测试及材料成型与加工 应用等方面的基础知识、基 本理论和基本实验技能； 4. 了解相近专业的一 般原理和知识； 5. 熟悉国家关于材料 科学与工程研究、科技开发 及相关产业政策，国内外知 识产权等方面的法律法规； 6. 了解材料物理的理 论前沿、应用前景和最新发 展动态，以及材料科学与工 程产业的发展状况； 7. 掌握外文资料查询、 文献检索以及运用现代信息 技术获取相关信息的基本方 法；具有一定的实验设计， 实验条件创造，应用计算机 进行材料设计及结构分析， 归纳、整理、分析试验结果， 撰写论文，参与学术交流的 能力。 3-1 掌握材料合成 与制备方面的基础 知识、基本理论和 基本实验技能。 3-1 学习掌握纳米材料的各种实践 中的物理和化学的制备方法； 3-2 掌握材料结构 与表征方面的基础 知识、基本理论和 基本实验技能。 3-2 学习大型测试设备的工作原理 和简单的操作流程；掌握中小型设 备的测试步骤；掌握各种金属材料 的显微组织特征。 3-3 掌握材料性能 测试方面的基础知 识、基本理论和基 本实验技能。 3-3 掌握材料常规性能的测试和评 估方法，熟悉完成这些材料性能测 试实验所要使用的仪器设备的主要 结构和功能特点及操作方法。 3-4 掌握材料成型 与加工方面的基础 知识、基本理论和 基本实验技能。 3-4 学习真空熔炼炉的工作原理；掌 握材料模拟软件的使用和简单的模 型建立和实验条件的设定；热处理 工艺得到的常规钢铁组织的特点； 金属材料的焊接设备以及操作规 范； 三、教学基本内容 实验一：惰性气体蒸发法法制备纳米粉体（支撑课程目标 3-1） 1.主要仪器设备：惰性气体蒸发法纳米粉体制备设备
2.要求学生：了解情性气体蒸发法制备纳米粉体的实验原理。掌握情性气体蒸发法制备纳米铜粒子的制备过程。了解情性气体实验中对实验结果影响的各因素，并对实验结果会表征分析。实验二：综合热分析仪实验（支撑课程目标3-2）1.主要仪器设备：综合热分析仪2.要求学生：了解综合热分析仪的组成及各部分的功能。掌握利用综合热分析仪研究材料热稳定性的方法。实验三：直接甲醇燃料电池催化剂性能测试（支撑课程目标3-3）1.主要仪器设备：电化学工作站：玻碳工作电极：Ag/AgCI参比电极；铂丝电极：高纯氮气浓硫酸甲醇乙醇2.要求学生：掌握用循环伏安法测定直接甲醇燃料电池催化性能的方法。了解直接甲醇燃料电池的工作原理。了解CHI电化学工作站的设定方法。实验四：膨胀计法测试自由基聚合反应速率的测试（支撑课程目标3-3）1.主要仪器设备：电子天平、超级恒温水浴、膨胀计、机械秒表、温度计2.要求学生：掌握膨胀计法测定聚合反应速率的原理和方法。了解动力学实验数据的处理和计算方法。实验五：聚合物的电性能测试（支撑课程目标3-3）1.主要仪器设备：高阻计、游标卡尺、测厚计2.要求学生：了解超高阻微电流计的使用方法和实验原理。测出高聚物样品的体积电阻率及表面电阻率，分析这些数据与聚合物分子结构的内在联系。实验六：金属材料的硬度实验（支撑课程目标3-3）1.主要仪器设备：洛氏硬度计、布氏硬度计、读书放大镜2.要求学生：了解硬度测试的基本原理及应用范围。了解落氏和布氏硬度试验机的主要结构及操作方法。实验七：材料拉伸强度的测试（支撑课程目标3-3）1.主要仪器设备：万能拉伸机2.要求学生：掌握拉伸试样的制备、拉伸性能的测试内容、测试原理。了解电子拉力机的结构。熟悉电子拉力试验机的工作原理、操作过程。掌握实验结果的分析。掌握影响拉伸性能的因素。实验八：相差显微镜观察聚合物共混物的形态（支撑课程目标3-2）3
3 2.要求学生：了解惰性气体蒸发法制备纳米粉体的实验原理。掌握惰性气体 蒸发法制备纳米铜粒子的制备过程。了解惰性气体实验中对实验结果影响的各因 素，并对实验结果会表征分析。 实验二：综合热分析仪实验（支撑课程目标 3-2） 1.主要仪器设备：综合热分析仪 2.要求学生：了解综合热分析仪的组成及各部分的功能。掌握利用综合热分 析仪研究材料热稳定性的方法。 实验三：直接甲醇燃料电池催化剂性能测试（支撑课程目标3-3） 1.主要仪器设备：电化学工作站；玻碳工作电极；Ag/AgCl 参比电极；铂丝 电极；高纯氮气浓硫酸甲醇乙醇 2.要求学生：掌握用循环伏安法测定直接甲醇燃料电池催化性能的方法。了 解直接甲醇燃料电池的工作原理。了解CHI电化学工作站的设定方法。 实验四：膨胀计法测试自由基聚合反应速率的测试（支撑课程目标 3-3） 1.主要仪器设备：电子天平、超级恒温水浴、膨胀计、机械秒表、温度计 2.要求学生：掌握膨胀计法测定聚合反应速率的原理和方法。了解动力学实 验数据的处理和计算方法。 实验五：聚合物的电性能测试（支撑课程目标 3-3） 1.主要仪器设备：高阻计、游标卡尺、测厚计 2.要求学生：了解超高阻微电流计的使用方法和实验原理。测出高聚物样品 的体积电阻率及表面电阻率，分析这些数据与聚合物分子结构的内在联系。 实验六：金属材料的硬度实验（支撑课程目标3-3） 1.主要仪器设备：洛氏硬度计、布氏硬度计、读书放大镜 2.要求学生：了解硬度测试的基本原理及应用范围。了解洛氏和布氏硬度试 验机的主要结构及操作方法。 实验七：材料拉伸强度的测试（支撑课程目标 3-3） 1.主要仪器设备：万能拉伸机 2.要求学生：掌握拉伸试样的制备、拉伸性能的测试内容、测试原理。了解 电子拉力机的结构。熟悉电子拉力试验机的工作原理、操作过程。掌握实验结果 的分析。掌握影响拉伸性能的因素。 实验八：相差显微镜观察聚合物共混物的形态（支撑课程目标 3-2）
1.主要仪器设备：控温电炉、光学显微镜、电子摄相系统、数字控温仪2.要求学生：了解相差显微镜的原理和使用方法。制备聚苯乙烯（PS）/聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）合金薄膜。用相差显微镜观察不同配比的PS/PMMA合金薄膜的相结构。实验九：气相质谱仪系统实验（支撑课程目标3-2）1.主要仪器设备：气相质谱仪2.要求学生：了解气相质谱仪的组成和结构：了解气体分析系统性能技术指标和应用范围；掌握气相质谱仪的工作原理及操作方法；了解气相质谱谱图的分析方法。实验十：偏光显微镜观察高分子的球晶（支撑课程目标3-2）1.主要仪器设备：封闭式控温电炉、偏光显微镜、电子摄相系统、数字控温仪、2.要求学生：了解偏光显微镜的结构及使用方法。观察聚合物的结晶形态估算聚丙烯球晶大小。实验十一：有机化合物的紫外吸收光谱研究（支撑课程目标3-2）1.主要仪器设备：紫外-可见-近红外分光光度计2.要求学生：了解紫外-可见分光光度法的原理及应用范围。紫外-可见分光光度计的基本构造及设计原理。苯及衍生物的紫外吸收光谱及鉴定方法。观察溶剂对吸收光谱的影响。实验十二：金相光学显微镜的构造及使用方法（支撑课程目标3-2）1.主要仪器设备：金相显微镜2.要求学生：了解金相显微镜的结构及原理。熟悉并掌握金相显微镜的使用与维护方法。实验十三：金属材料热处理（支撑课程目标3-4）1.主要仪器设备：热处理加热炉、洛氏硬度计2.要求学生：通过实验加深对钢热处理原理、工艺、组织与性能关系的理解。熟悉常用热处理设备及仪器的使用方法。提高学生的热处理实践能力。实验十四：陶瓷素干压成型与烧结（支撑课程目标3-4）1.主要仪器设备：分析天平、分子筛、塘瓷托盘、研钵、球磨罐、玛瑙球、球磨机、压片机、恒温干燥烘箱、马弗炉2.要求学生：掌握陶瓷料方计算：熟悉并掌握陶瓷干压成型的工艺过程：熟4
4 1.主要仪器设备：控温电炉、光学显微镜、电子摄相系统、数字控温仪 2.要求学生：了解相差显微镜的原理和使用方法。制备聚苯乙烯（PS）/聚甲 基丙烯酸甲酯（PMMA）合金薄膜。用相差显微镜观察不同配比的 PS/PMMA 合 金薄膜的相结构。 实验九：气相质谱仪系统实验（支撑课程目标 3-2） 1.主要仪器设备：气相质谱仪 2.要求学生：了解气相质谱仪的组成和结构；了解气体分析系统性能技术指 标和应用范围；掌握气相质谱仪的工作原理及操作方法；了解气相质谱谱图的分 析方法。 实验十：偏光显微镜观察高分子的球晶（支撑课程目标 3-2） 1.主要仪器设备：封闭式控温电炉、偏光显微镜、电子摄相系统、数字控温 仪、 2.要求学生：了解偏光显微镜的结构及使用方法。观察聚合物的结晶形态， 估算聚丙烯球晶大小。 实验十一：有机化合物的紫外吸收光谱研究（支撑课程目标 3-2） 1.主要仪器设备：紫外-可见-近红外分光光度计 2.要求学生：了解紫外-可见分光光度法的原理及应用范围。紫外-可见分光光 度计的基本构造及设计原理。苯及衍生物的紫外吸收光谱及鉴定方法。观察溶剂 对吸收光谱的影响。 实验十二：金相光学显微镜的构造及使用方法（支撑课程目标 3-2） 1.主要仪器设备：金相显微镜 2.要求学生：了解金相显微镜的结构及原理。熟悉并掌握金相显微镜的使用 与维护方法。 实验十三：金属材料热处理（支撑课程目标 3-4） 1.主要仪器设备：热处理加热炉、洛氏硬度计 2.要求学生：通过实验加深对钢热处理原理、工艺、组织与性能关系的理解。 熟悉常用热处理设备及仪器的使用方法。提高学生的热处理实践能力。 实验十四：陶瓷素坯干压成型与烧结（支撑课程目标 3-4） 1.主要仪器设备：分析天平、分子筛、搪瓷托盘、研钵、球磨罐、玛瑙球、 球磨机、压片机、恒温干燥烘箱、马弗炉 2.要求学生：掌握陶瓷料方计算；熟悉并掌握陶瓷干压成型的工艺过程； 熟
悉并掌握小型手动压机的使用方法。确定模型、素坏及其尺寸，以使产品尺寸准确：熟悉并掌握干燥箱和程序控制电炉的使用：实验十五：钢铁材料表面化学镀镍工艺（支撑课程目标3-1）1.主要仪器设备：电子天平、恒温水浴锅、电子天平2.要求学生：掌握化学镀镍的基本原理：熟悉活性表面化学镀镍的一般操作步骤：了解化学镀镍的应用及镀层的特性：实验十六：化学还原法制备金属纳米筷催化剂（支撑课程目标3-1）1.主要仪器设备：恒温磁力搅拌器、微波炉、分析天平、台秤、旋转蒸发仪、加热装置、升降台2.要求学生：本实验采用化学还原法制备金属纳米簇。通过实验操作，使学生了解并掌握化学还原法制备金属纳米簇的基本原理和基本步骤。四、教学重点与难点实验一：情性气体蒸发法法制备纳米粉体教学重点：情性气体蒸发法制备纳米粉体的实验原理。情性气体蒸发法制备纳米铜粒子的制备过程。情性气体实验中对实验结果影响的各因素。教学难点：设备气密性检测。实验二：综合热分析仪实验教学重点：综合热分析仪的组成及各部分的功能。利用综合热分析仪研究材料热稳定性的方法。教学难点：图谱分析。实验三：直接甲醇燃料电池催化剂性能测试教学重点：循环伏安法测定直接甲醇燃料电池催化性能的方法。直接甲醇燃料电池的工作原理。CHI电化学工作站的设定方法。教学难点：电化学催化原理：甲醇电化学氧化反应过程。实验四：膨胀计法测试自由基象合反应速率的测试教学重点：膨胀计法测定聚合反应速率的原理和方法。动力学实验数据的处理和计算方法。教学难点：实验原理的理解。实验五：聚合物的电性能测试教学重点：超高阻微电流计的使用方法和实验原理。测出高聚物样品的体积5
5 悉并掌握小型手动压机的使用方法。确定模型、素坯及其尺寸，以使产品尺寸准 确；熟悉并掌握干燥箱和程序控制电炉的使用； 实验十五：钢铁材料表面化学镀镍工艺（支撑课程目标 3-1） 1.主要仪器设备：电子天平、恒温水浴锅、电子天平 2.要求学生：掌握化学镀镍的基本原理；熟悉活性表面化学镀镍的一般操作步骤； 了解化学镀镍的应用及镀层的特性； 实验十六：化学还原法制备金属纳米簇催化剂（支撑课程目标 3-1） 1.主要仪器设备：恒温磁力搅拌器、微波炉、分析天平、台秤、旋转蒸发仪、 加热装置、升降台 2.要求学生：本实验采用化学还原法制备金属纳米簇。通过实验操作，使学 生了解并掌握化学还原法制备金属纳米簇的基本原理和基本步骤。 四、教学重点与难点 实验一：惰性气体蒸发法法制备纳米粉体 教学重点：惰性气体蒸发法制备纳米粉体的实验原理。惰性气体蒸发法制备 纳米铜粒子的制备过程。惰性气体实验中对实验结果影响的各因素。 教学难点：设备气密性检测。 实验二：综合热分析仪实验 教学重点：综合热分析仪的组成及各部分的功能。利用综合热分析仪研究材 料热稳定性的方法。 教学难点：图谱分析。 实验三：直接甲醇燃料电池催化剂性能测试 教学重点：循环伏安法测定直接甲醇燃料电池催化性能的方法。直接甲醇燃 料电池的工作原理。CHI电化学工作站的设定方法。 教学难点：电化学催化原理；甲醇电化学氧化反应过程。 实验四：膨胀计法测试自由基聚合反应速率的测试 教学重点：膨胀计法测定聚合反应速率的原理和方法。动力学实验数据的处 理和计算方法。 教学难点：实验原理的理解。 实验五：聚合物的电性能测试 教学重点：超高阻微电流计的使用方法和实验原理。测出高聚物样品的体积