大學(xué)物理實驗

前言

大學(xué)物理實驗課是理工科各專業(yè)學(xué)生必修的一門實驗課程，是本科生接受系統(tǒng)實驗方法和實驗技能訓(xùn)練的開端。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展和實驗教學(xué)改革的不斷深入，大學(xué)物理實驗課的教學(xué)從實驗內(nèi)容到實驗技術(shù)都在不斷更新變化。根據(jù)教育部頒發(fā)的《高等學(xué)校物理實驗課程基本要求》，為適應(yīng)21世紀(jì)高科技發(fā)展的需求，我們在實驗選材上既保留了物理學(xué)的基本內(nèi)容，又適當(dāng)增添了部分近代物理的內(nèi)容。這樣既保證了基本訓(xùn)練，又增強了學(xué)生的動手能力、實踐能力和培養(yǎng)提高了學(xué)生的創(chuàng)新意識。本書是我們在多年教學(xué)實踐的基礎(chǔ)上，經(jīng)過反復(fù)實踐、不斷改進、充實完善編寫而成的。全書共分為四部分，第一部分緒論講述.了測量誤差、不確定度和數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)知識。第二部分為基礎(chǔ)性實驗，共選編了30個力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)和光學(xué)實驗。第三部分為設(shè)計性實驗，共選編了10個實驗。第四部分為綜合性實驗，共選編了10個實驗，這是在學(xué)生做了一定數(shù)量的基本實驗，能對實驗方法、儀器使用等方面作出恰當(dāng)評’價后，為了培養(yǎng)學(xué)生自主地進行科學(xué)研究工作的能力而設(shè)置的。設(shè)計性實驗只提出實驗任務(wù)和基本要求，讓學(xué)生查閱相關(guān)資料，自行設(shè)計實驗方案，選擇儀器用具，完成實驗測試，以更多地發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性和創(chuàng)造性。綜合實驗則要求學(xué)生自行綜合已掌握的知識，或者學(xué)習(xí)某些學(xué)科的交叉知識，解決某一實際問題。這樣，既保證了學(xué)生的基礎(chǔ)實驗，又提高了物理實驗的綜合設(shè)計能力，促使學(xué)生更好地完成物理學(xué)實驗。考慮到物理實驗課的獨立性和面向低年級學(xué)生的特點，對于基本實驗，編寫時力求將實驗原理敘述清楚，計算公式推導(dǎo)完整，使學(xué)生在實驗預(yù)習(xí)時能掌握理論依據(jù)；實驗內(nèi)容與步驟亦盡可能具體，以加強對基本實驗技能和基本實驗方法的訓(xùn)練和指導(dǎo)。每個實驗后都附有思考題，以引導(dǎo)學(xué)生在實驗后進一步分析討論，鞏固和擴大所學(xué)知識。實驗教材離不開實驗室的建設(shè)和發(fā)展，這里凝聚了實驗指導(dǎo)老師和實驗技術(shù)人員的智慧和勞動。本書實際上是一項集體創(chuàng)作，除參加本次編寫的人員外，還凝聚了麗水學(xué)院物理系全體老師的心血，在此表示我們的衷心感謝。參加本書編寫工作的有吳紅玉，主要負責(zé)力學(xué)實驗部分的編寫；費金喜主要負責(zé)光學(xué)實驗部分的編寫；宋宇晨主要負責(zé)熱學(xué)實驗部分的編寫；雷軍主要負責(zé)電磁學(xué)實驗部分的編寫；黃培根主要負責(zé)緒論的編寫和部分插圖的繪制等工作。本書在編寫過程中除得到許多實驗指導(dǎo)教師的指導(dǎo)外，還參考并吸收了許多兄弟院校的有關(guān)資料和經(jīng)驗；在本書的編寫和出版過程中得到了數(shù)理學(xué)院、麗水學(xué)院教務(wù)處的大力支持，借此也表示我們的衷心感謝。由于編者水平有限，編寫時間倉促，書中難免有疏漏謬誤之處，懇請讀者批評指正。

內(nèi)容概要

　　《大學(xué)物理實驗》從強化基本訓(xùn)練人手，重視實驗的基本素質(zhì)和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)，探討研究性學(xué)習(xí)和實踐，特別是以創(chuàng)新精神對實踐性的基礎(chǔ)課教材的編寫做了認(rèn)真的探索。教材采用了實驗誤差理論-基礎(chǔ)實驗-設(shè)計實驗-綜合實驗的架構(gòu)，把內(nèi)容的更新和嚴(yán)格的基礎(chǔ)訓(xùn)練結(jié)合起來，編人了具有現(xiàn)代技術(shù)與應(yīng)用性較強的實驗項目，并將部分較為經(jīng)典的近代物理實驗收錄其中，體現(xiàn)了傳統(tǒng)實驗內(nèi)容的改進和時代特色。書中既考慮到多數(shù)學(xué)生的認(rèn)識規(guī)律和教學(xué)的基本要求；也兼顧了優(yōu)秀學(xué)生深入研究的需求，為因材施教提供了更多的教學(xué)層次和伸縮空間。　　《大學(xué)物理實驗》是眾多師生長期堅持教學(xué)改革的成果，全書共四個部分，精選了50個實驗，內(nèi)容適中，文字簡練，可作為高等院校理工科及師范類物理專業(yè)的基礎(chǔ)物理實驗課教材，也可作為其他有關(guān)專業(yè)的教學(xué)參考書。

書籍目錄

緒論上篇 大學(xué)物理基礎(chǔ)實驗實驗1.1 長度測量實驗1.2 單擺實驗1.3 密度的測量實驗1.4 精密稱衡實驗1.5 自由落體運動實驗1.6 弦振動的研究實驗1.7 楊氏模量的測定（拉伸法）實驗1.8 傾斜氣墊導(dǎo)軌上滑塊運動的研究實驗1.9 牛頓第二運動定律的驗證實驗1.10 空氣比熱容比的測定實驗1.11 液體表面張力系數(shù)的測定實驗1.12 混合法測量液體比汽化熱實驗1.13 金屬線脹系數(shù)的測量實驗1.14 導(dǎo)熱系數(shù)的測量實驗1.15 電烙鐵和萬用電表的使用實驗1.16 伏安法測電阻實驗1.17 二極管伏安特性的測定實驗1.18 惠斯登電橋測電阻實驗1.19 熱敏電阻的溫度特性研究實驗1.20 測量電池的電動勢和內(nèi)阻實驗1.21 用電磁感應(yīng)法測磁場分布實驗1.22 示波器的使用實驗1.23 用示波器觀測鐵磁材料的磁化曲線和磁滯回線實驗1.24 電子束偏轉(zhuǎn)實驗實驗1.25 薄透鏡焦距的測定實驗1.26 分光計調(diào)整與使用及測棱鏡的頂角實驗1.27 最小偏向角法測量棱鏡的折射率實驗1.28 測定衍射光柵的光柵常數(shù)實驗1.29 牛頓環(huán)實驗實驗1.30 夫瑯和費單縫衍射圖樣的光強分布測定中篇 大學(xué)物理設(shè)計實驗實驗2.1 混合法測定固體的比熱容實驗2.2 碰撞實驗實驗2.3 重力加速度的研究實驗2.4 慣性秤實驗2.5 簡諧振動的研究實驗2.6 毛細管法測定潤濕液體的表面張力系數(shù)實驗實驗2.7 光偏振現(xiàn)象的研究實驗2.8 用焦利氏秤測不規(guī)則物體的密度實驗2.9 望遠鏡的組裝實驗2.10 用光學(xué)方法測量細絲直徑下篇 大學(xué)物理綜合實驗實驗3.1 剛體轉(zhuǎn)動的研究實驗3.2 聲速的測量實驗3.3 電表改裝與校準(zhǔn)實驗3.4 動態(tài)法測楊氏模量實驗3.5 千分表法測金屬線膨脹系數(shù)實驗3.6 RLC串并聯(lián)諧振電路實驗3.7 密立根油滴實驗實驗3.8 夫蘭克一赫茲實驗實驗3.9 光電效應(yīng)實驗3.10 光速的測定參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：§1.1 物理實驗在物理學(xué)發(fā)展史上的重要性物理學(xué)是自然科學(xué)的基礎(chǔ)，一直是科學(xué)技術(shù)的前沿，它的發(fā)展與突破總是標(biāo)志著人類征服自然界的新的里程碑。同時，物理學(xué)也是建立在實驗基礎(chǔ)上的實驗科學(xué)。無論是物理概念的建立還是物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)都必須以嚴(yán)格的科學(xué)實驗為基礎(chǔ)，并通過之后不斷的科學(xué)實驗來證實。整個物理學(xué)的發(fā)展過程經(jīng)歷了積累和變革的交替發(fā)展過程，不論在哪一個階段，物理實驗都起著重要的作用。科學(xué)實驗方法的開創(chuàng)者和奠基人是16世紀(jì)意大利物理學(xué)家伽利略，在他設(shè)計的斜面實驗中，通過實驗觀測并運用推理概括的方法，最終得出了超越實驗本身的更為普遍的規(guī)律：物體在光滑水平面上的運動是等速直線運動；各種物體沿鉛直方向自由下落均作等加速直線運動，且具有相同的加速度。17世紀(jì)，英國科學(xué)家牛頓正是在伽利略、開普勒工作的基礎(chǔ)上，最終建立了完整的經(jīng)典力學(xué)理論。伽利略的豐富的實驗思想和實驗方法對我們當(dāng)今的物理實驗仍有著重要的啟示。對電磁學(xué)的研究，始于法國科學(xué)家?guī)靵?，他用自己研制出的各種測量儀器對靜電現(xiàn)象進行定量測量，于1785年總結(jié)出了電磁理論的基礎(chǔ)——庫侖定律。電與磁之間相互聯(lián)系的突破性實驗是丹麥的科學(xué)家奧斯特在1820年發(fā)現(xiàn)的，他在一次課堂教學(xué)中，觀察到通電導(dǎo)線會引起附近小磁針的偏轉(zhuǎn)，這個實驗轟動了整個歐洲。接著法國的科學(xué)家安培又設(shè)計研究了通電導(dǎo)線之間的相互作用，并在1822年建立了安培定律。既然電能產(chǎn)生磁，磁能否產(chǎn)生電呢？這理所當(dāng)然是當(dāng)時很多科學(xué)家的研究課題。其中英國科學(xué)家法拉第進行了10年之久的實驗研究，終于在1831年首次發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，總結(jié)出了電磁感應(yīng)定律，并建立了場的概念。愛爾蘭科學(xué)家麥克斯韋將電磁現(xiàn)象統(tǒng)一成完整的電磁場理論，且預(yù)言了電磁波的存在，并指出光也是一種電磁波，這是物理學(xué)史上一次重大的變革。但這只是一種假說，假說的證明還有待于實驗。德國科學(xué)家赫茲用了9年時間終于用實驗驗證了電磁波的存在，最終使電磁場理論的地位得以確立。在對光的本性的認(rèn)識中，牛頓倡導(dǎo)的微粒說和荷蘭物理學(xué)家惠更斯主張的波動說進行了長期的爭論。最后英國科學(xué)家托馬斯一楊在1800年發(fā)表了雙縫干涉實驗，才使波動說得以確認(rèn)。

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