物理演示實(shí)驗(yàn)教程

前言

傳統(tǒng)意義上的物理演示實(shí)驗(yàn)是指在物理課堂上，密切結(jié)合課堂講授內(nèi)容，由教師操作給學(xué)生看的實(shí)驗(yàn).這些實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單、主題突出、操作簡(jiǎn)單、效果直觀、生動(dòng)形象、富有啟發(fā)性，在幫助學(xué)生理解、掌握相關(guān)物理概念，提高學(xué)習(xí)興趣方面有著十分重要的作用。近年來，隨著技術(shù)進(jìn)步，演示手段、演示儀器也在不斷創(chuàng)新，演示內(nèi)容早已超出了傳統(tǒng)的課堂教學(xué)內(nèi)容，新開發(fā)的演示儀器一般都有很強(qiáng)的時(shí)代性、趣味性和科普性，為了滿足通識(shí)教育和科普教育的需要，目前越來越多的高校將物理演示實(shí)驗(yàn)室建成了開放實(shí)驗(yàn)室，有的已經(jīng)接近于小型科技展覽館的規(guī)模，并面向所有理工科和文科類大學(xué)生開設(shè)了“物理演示實(shí)驗(yàn)”這門公共選修課.正是在這樣的環(huán)境下，我們根據(jù)多年來實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的成果和經(jīng)驗(yàn)，編寫了這本《物理演示實(shí)驗(yàn)教程》。本教程共分力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)和光學(xué)四個(gè)部分，每個(gè)部分又分為若干個(gè)類別，共計(jì)112個(gè)演示實(shí)驗(yàn)內(nèi)容.每個(gè)實(shí)驗(yàn)均按照“實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?、“?shí)驗(yàn)裝置”、“實(shí)驗(yàn)原理”、“實(shí)驗(yàn)步驟與演示效果”、“注意事項(xiàng)”和“思考題”組織編寫，此外，本教程還具有如下幾個(gè)顯著特點(diǎn)：1.實(shí)驗(yàn)原理部分力求通俗易懂，適合通識(shí)教育和科普教育根據(jù)多年來的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，選修“物理演示實(shí)驗(yàn)”課程的學(xué)生大多是大學(xué)低年級(jí)學(xué)生以及文科類學(xué)生，許多學(xué)生只有高中物理基礎(chǔ)，因此作者在編寫時(shí)盡量避免復(fù)雜、深?yuàn)W的數(shù)學(xué)公式，力求使用通俗易懂的科普語(yǔ)言和一些簡(jiǎn)單必要的物理定義式解釋實(shí)驗(yàn)原理，這樣既能使理工類的學(xué)生能加深對(duì)相關(guān)物理概念的理解，激發(fā)好奇心，提高學(xué)習(xí)興趣，又能對(duì)文科類學(xué)生起科普教育的作用。2.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容按類劃分，便于分類教學(xué)本教程共分四個(gè)部分，每一部分又分為若干個(gè)類別，在同一類別的實(shí)驗(yàn)中，我們將實(shí)驗(yàn)原理、演示主題基本相同的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)集中在一起，例如實(shí)驗(yàn)1.15～實(shí)驗(yàn)1.18都是受迫振動(dòng)與共振類演示實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)1.25～實(shí)驗(yàn)1.30都是駐波類演示實(shí)驗(yàn)，其中第一個(gè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理通常寫得比較具體詳細(xì)，特別適合學(xué)生閱讀，即使是對(duì)于沒有相關(guān)物理基礎(chǔ)的學(xué)生，也能通過閱讀本教程，理解相關(guān)概念和實(shí)驗(yàn)原理。

內(nèi)容概要

本書是國(guó)家級(jí)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心系列教材之一，該系列教材是在總結(jié)武漢大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心近十年實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革成果的基礎(chǔ)上編寫而成的，本書分為力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)和光學(xué)四個(gè)部分，每個(gè)部分又分為若干個(gè)類別，共112個(gè)演示實(shí)驗(yàn)，書中的演示實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不僅可以加深對(duì)物理知識(shí)的理解，同時(shí)還具有很強(qiáng)的趣味性和科普性。
本書可作為高等學(xué)校大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)課程的教材或參考書，也可供社會(huì)瀆者閱讀。

書籍目錄

一 力學(xué)部分
 機(jī)械能守恒與轉(zhuǎn)換類
 實(shí)驗(yàn)1.1 錐體上滾
 實(shí)驗(yàn)1.2 滾擺(麥克斯韋滾)
 實(shí)驗(yàn)1.3 七聯(lián)球碰撞演示
 實(shí)驗(yàn)1.4 過山車
 角速度矢量合成類
 實(shí)驗(yàn)1.5 角速度矢量合成演示儀
 實(shí)驗(yàn)1.6 (球形剛體的)角速度矢量合成演示實(shí)驗(yàn)
 角動(dòng)量定理及角動(dòng)量守恒類
 實(shí)驗(yàn)1.7 茹科夫斯基轉(zhuǎn)椅演示角動(dòng)量守恒
 實(shí)驗(yàn)1.8 懸掛式角動(dòng)量守恒演示實(shí)驗(yàn)
 實(shí)驗(yàn)1.9 大型回轉(zhuǎn)定向儀
 實(shí)驗(yàn)1.10 角動(dòng)量合成演示實(shí)驗(yàn)
 實(shí)驗(yàn)1.11 陀螺的進(jìn)動(dòng)
 實(shí)驗(yàn)1.12 車輪的進(jìn)動(dòng)
 剛體的平面平行運(yùn)動(dòng)及轉(zhuǎn)動(dòng)定律類
 實(shí)驗(yàn)1.13 剛體的平面平行運(yùn)動(dòng)(斜面圓柱式)
 實(shí)驗(yàn)1.14 轉(zhuǎn)動(dòng)定理演示儀
 受迫振動(dòng)與共振類
 實(shí)驗(yàn)1.15 豎直方向彈簧振子的受迫振動(dòng)與共振演示
 實(shí)驗(yàn)1.16 多諧單擺的受迫振動(dòng)與共振演示
 實(shí)驗(yàn)1.17 彈簧片的受迫振動(dòng)與共振演示
 實(shí)驗(yàn)1.18 共振小娃演示實(shí)驗(yàn)
 振動(dòng)合成類
 實(shí)驗(yàn)1.19 簡(jiǎn)諧振動(dòng)的合成演示
 實(shí)驗(yàn)1.20 音叉
 實(shí)驗(yàn)1.21 激光李薩如圖形演示實(shí)驗(yàn)
 波動(dòng)類
 實(shí)驗(yàn)1.22 彈簧縱波演示儀
 實(shí)驗(yàn)1.23 水波盤演示儀
 實(shí)驗(yàn)1.24 弦駐波和環(huán)形駐波演示實(shí)驗(yàn)
 實(shí)驗(yàn)1.25 彈簧縱駐波演示實(shí)驗(yàn)
 實(shí)驗(yàn)1.26 液體駐波演示實(shí)驗(yàn)(昆特管)
 實(shí)驗(yàn)1.27 聲懸浮演示實(shí)驗(yàn)
 實(shí)驗(yàn)1.28 魚洗
 流體力學(xué)類
 實(shí)驗(yàn)1.29 伯努利懸浮器演示實(shí)驗(yàn)
 實(shí)驗(yàn)1.30 伯努利定律演示實(shí)驗(yàn)
 實(shí)驗(yàn)1.31 氣體流速與壓強(qiáng)的關(guān)系演示實(shí)驗(yàn)
 實(shí)驗(yàn)1.32 流體流線演示實(shí)驗(yàn)
 實(shí)驗(yàn)1.33 空氣的黏滯現(xiàn)象
 其他
 實(shí)驗(yàn)1.34 傅科擺
 實(shí)驗(yàn)1.35 轉(zhuǎn)動(dòng)液體中的壓強(qiáng)分布
 實(shí)驗(yàn)1.36 離心力演示
 實(shí)驗(yàn)1.37 大型混沌擺
二 熱學(xué)部分
 實(shí)驗(yàn)2.1 氣體動(dòng)理論的模擬演示
 實(shí)驗(yàn)2.2 氣體速率分布模擬演示實(shí)驗(yàn)
 實(shí)驗(yàn)2.3 熱聲制冷效應(yīng)演示實(shí)驗(yàn)
三 電磁學(xué)部分
 靜電類
 實(shí)驗(yàn)3.1 靜電跳球與靜電擺球
 實(shí)驗(yàn)3.2 幾種常見帶電體的電場(chǎng)線
 實(shí)驗(yàn)3.3 導(dǎo)體表面的場(chǎng)強(qiáng)大小與曲率的關(guān)系
 實(shí)驗(yàn)3.4 尖端放電系列實(shí)驗(yàn)
 實(shí)驗(yàn)3.5 避雷針
 實(shí)驗(yàn)3.6 靜電除塵
 實(shí)驗(yàn)3.7 “鳥籠”演示靜電屏蔽現(xiàn)象
 實(shí)驗(yàn)3.8 滴水自激感應(yīng)起電
 實(shí)驗(yàn)3.9 高壓帶電作業(yè)
 實(shí)驗(yàn)3.10 雅各布天梯
 實(shí)驗(yàn)3.11 輝光球
 實(shí)驗(yàn)3.12 電介質(zhì)的極化
 手觸電池與溫差電現(xiàn)象類
 實(shí)驗(yàn)3.13 手觸電池
 實(shí)驗(yàn)3.14 溫差電流演示實(shí)驗(yàn)
 實(shí)驗(yàn)3.15 溫差發(fā)電演示實(shí)驗(yàn)
 實(shí)驗(yàn)3.16 帕爾貼效應(yīng)演示實(shí)驗(yàn)
 實(shí)驗(yàn)3.17 溫差電磁鐵演示儀
 電路類
 實(shí)驗(yàn)3.18 基爾霍夫定律演示實(shí)驗(yàn)
 實(shí)驗(yàn)3.19 RC電路時(shí)間常數(shù)演示實(shí)驗(yàn)
 磁力類
 實(shí)驗(yàn)3.20 磁力演示實(shí)驗(yàn)
 實(shí)驗(yàn)3.21 磁力懸球演示實(shí)驗(yàn)
 實(shí)驗(yàn)3.22 安培力演示實(shí)驗(yàn)
 實(shí)驗(yàn)3.23 巴比輪演示儀演示磁力矩
 磁介質(zhì)類
 實(shí)驗(yàn)3.24 順磁質(zhì)磁化的模擬演示
 實(shí)驗(yàn)3.25 巴克豪森效應(yīng)演示實(shí)驗(yàn)
 實(shí)驗(yàn)3.26 熱磁輪
 實(shí)驗(yàn)3.27 光點(diǎn)反射磁致伸縮演示實(shí)驗(yàn)
 電磁感應(yīng)類
 實(shí)驗(yàn)3.28 電磁感應(yīng)演示實(shí)驗(yàn)
 實(shí)驗(yàn)3.29 楞次定律及磁懸浮演示實(shí)驗(yàn)
 實(shí)驗(yàn)3.30 跳環(huán)式楞次定律演示儀
 實(shí)驗(yàn)3.31 渦電流演示實(shí)驗(yàn)
 實(shí)驗(yàn)3.32 互感音頻演示儀
 實(shí)驗(yàn)3.33 電磁驅(qū)動(dòng)
 實(shí)驗(yàn)3.34 單相旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)演示實(shí)驗(yàn)
 實(shí)驗(yàn)3.35 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與感應(yīng)電機(jī)演示實(shí)驗(yàn)
 實(shí)驗(yàn)3.36 渦流熱效應(yīng)
 實(shí)驗(yàn)3.37 渦流阻尼擺
 其他
 實(shí)驗(yàn)3.38 趨膚效應(yīng)演示實(shí)驗(yàn)
 實(shí)驗(yàn)3.39 電磁波的發(fā)射與接收演示實(shí)驗(yàn)
 實(shí)驗(yàn)3.40 亥姆霍茲線圈磁場(chǎng)演示實(shí)驗(yàn)
四 光學(xué)部分
 幾何光學(xué)類
 實(shí)驗(yàn)4.1 薄透鏡的成像規(guī)律
 實(shí)驗(yàn)4.2 薄透鏡焦距的快速測(cè)定
 實(shí)驗(yàn)4.3 透鏡像差系列實(shí)驗(yàn)
 實(shí)驗(yàn)4.4 彎曲的激光束
 實(shí)驗(yàn)4.5 光學(xué)幻影
 實(shí)驗(yàn)4.6 窺視無窮——反射多像簇的動(dòng)態(tài)變幻
 光的顏色
 實(shí)驗(yàn)4.7 光的色散現(xiàn)象
 實(shí)驗(yàn)4.8 三基色合成演示實(shí)驗(yàn)
 光通信
 實(shí)驗(yàn)4.9 光通信演示實(shí)驗(yàn)
 光的干涉類
 實(shí)驗(yàn)4.10
四個(gè)雙光速干涉的演示實(shí)驗(yàn)——楊氏雙縫、菲涅耳雙面鏡、雙棱鏡、勞埃德鏡
 實(shí)驗(yàn)4.11 薄膜干涉實(shí)驗(yàn)1——薄云母片的等傾干涉
 實(shí)驗(yàn)4.12
薄膜干涉實(shí)驗(yàn)2——兩平晶間空氣膜的等厚和等傾干涉(激光照射)
 實(shí)驗(yàn)4.13 薄膜干涉實(shí)驗(yàn)3——牛頓環(huán)(激光束照射，反射到屏幕)
 實(shí)驗(yàn)4.14 薄膜干涉實(shí)驗(yàn)4——肥皂膜的等厚干涉
 實(shí)驗(yàn)4.15 細(xì)玻璃管的干涉
 實(shí)驗(yàn)4.16 用邁克耳孫干涉儀演示等傾、等厚干涉條紋
 光的衍射類
 實(shí)驗(yàn)4.17
光的菲涅耳衍射實(shí)驗(yàn)——圓屏衍射、圓孔衍射、針尖衍射、十字孔衍射、直邊衍射
 實(shí)驗(yàn)4.18 夫瑯禾費(fèi)衍射1——單縫、單絲、雙縫、多縫、圓孔、圓屏
 實(shí)驗(yàn)4.19 夫瑯禾費(fèi)衍射2——一維光柵、正弦光柵、二維正交光柵
 實(shí)驗(yàn)4.20 菲涅耳衍射與夫瑯禾費(fèi)衍射的區(qū)別
 實(shí)驗(yàn)4.21 波帶片
 實(shí)驗(yàn)4.22 全息照相
 實(shí)驗(yàn)4.23 阿貝成像原理與空間濾波
 實(shí)驗(yàn)4.24 θ調(diào)制演示實(shí)驗(yàn)
 光的偏振類
 實(shí)驗(yàn)4.25 偏振儀上的起偏與檢偏實(shí)驗(yàn)
 實(shí)驗(yàn)4.26 反射與折射的偏振實(shí)驗(yàn)——布儒斯特定律
 實(shí)驗(yàn)4.27 晶體的雙折射及雙折射引起的偏振現(xiàn)象
 實(shí)驗(yàn)4.28 波片圓、橢圓偏振光的產(chǎn)生與檢驗(yàn)
 實(shí)驗(yàn)4.29 顯色偏振
 實(shí)驗(yàn)4.30 會(huì)聚偏振光的干涉
 實(shí)驗(yàn)4.31 旋光現(xiàn)象及旋光色散
 其他
 實(shí)驗(yàn)4.32 激光合成圖案演示實(shí)驗(yàn)

章節(jié)摘錄

插圖：如果將一根導(dǎo)體棒的一端加熱，實(shí)驗(yàn)表明，在導(dǎo)體棒的兩端將會(huì)出現(xiàn)電勢(shì)差，這是因?yàn)榻饘僦械淖杂呻娮雍蜌怏w分子一樣，在溫度不均勻時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱擴(kuò)散，自由電子會(huì)從高溫端擴(kuò)散到底溫端，在導(dǎo)體的低溫端積累起來，從而在導(dǎo)體兩端產(chǎn)生電勢(shì)差，這表明，導(dǎo)體兩端溫度不同時(shí)，導(dǎo)體上也有電動(dòng)勢(shì)存在，這稱為湯姆孫電動(dòng)勢(shì)，如圖3.14.2所示，湯姆孫電動(dòng)勢(shì)的大小與導(dǎo)體的材料和兩端的溫度差有關(guān)，不過，如果用同一種金屬構(gòu)成一個(gè)閉合回路，不管回路上的溫度差為多大，回路中湯姆孫電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和為零，所以回路中不會(huì)形成電流。如果將兩個(gè)不同的金屬導(dǎo)體相互接觸，在兩導(dǎo)體上也會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差，這表明兩導(dǎo)體互相接觸時(shí)，在接觸面上也會(huì)產(chǎn)生一種電動(dòng)勢(shì)，稱為帕爾貼電動(dòng)勢(shì)，如圖3.14.3所示，其大小與兩導(dǎo)體的性質(zhì)和接觸點(diǎn)的溫度有關(guān)，這是因?yàn)樵诓煌膶?dǎo)體內(nèi)部，自由電子的密度不同，通過擴(kuò)散現(xiàn)象，自由電子密度n較大的導(dǎo)體內(nèi)因失去電子而帶正電荷，自由電子密度n較小的導(dǎo)體內(nèi)因得到電子而帶負(fù)電，所以在兩導(dǎo)體的接觸面上就會(huì)形成一個(gè)電勢(shì)差，如果用幾個(gè)不同的導(dǎo)體構(gòu)成一個(gè)閉合回路，則在每個(gè)接頭處都會(huì)產(chǎn)生帕爾貼電勢(shì)差，但是如果導(dǎo)體上各處的溫度一致，整個(gè)回路上的帕爾貼電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和也為零，所以，也不會(huì)在回路中形成電流。

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《物理演示實(shí)驗(yàn)教程》：普通高等教育“十一五”規(guī)劃教材,國(guó)家級(jí)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心系列教材

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