大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)

前言

本書(shū)是按照國(guó)家教委原頒發(fā)的《非物理類(lèi)理工科大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)基本要求》，吸收了各高校物理實(shí)驗(yàn)的成果和經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我校物理實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備的實(shí)際情況，在我校原有《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)講義》的基礎(chǔ)上編寫(xiě)而成。全書(shū)共有38個(gè)實(shí)驗(yàn).緒論部分主要介紹物理實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)、地位和作用；物理實(shí)驗(yàn)課的目的和任務(wù)；物理實(shí)驗(yàn)的基本程序和要求以及物理實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意的安全事項(xiàng)，第一章比較系統(tǒng)地介紹了物理實(shí)驗(yàn)中測(cè)量的不確定度的評(píng)定與數(shù)據(jù)處理，第二章至第六章分別從力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)、近代物理等方面選編了一些相關(guān)的典型實(shí)驗(yàn)。本書(shū)在編寫(xiě)過(guò)程中力求做到：實(shí)驗(yàn)?zāi)康木唧w、突出，實(shí)驗(yàn)要求明確，實(shí)驗(yàn)原理敘述清楚，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟詳盡，方便學(xué)生學(xué)習(xí)和教師授課。本書(shū)各章的編寫(xiě)由高潭華（緒論、第1章、第5章），劉雪梅（第4章），鄭福昌（第3章），黨麗琴（第2章）和邱昌東（第6章）等完成，全書(shū)由高潭華、盧道明組織統(tǒng)稿，另外，吳禎云老師、許丹老師也為本書(shū)的編寫(xiě)提供了有關(guān)的資料。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是一項(xiàng)集體的事業(yè)，無(wú)論是實(shí)驗(yàn)儀器的安裝調(diào)試和使用維護(hù)，還是教材的編寫(xiě)，都是實(shí)驗(yàn)室全體工作人員智慧和勞動(dòng)的成果.本書(shū)編入的實(shí)驗(yàn)選題，匯聚了我物理實(shí)驗(yàn)中心全體工作人員多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和體會(huì).同時(shí)也廣泛參閱了兄弟院校的有關(guān)資料，從中吸收了富有啟發(fā)性的觀點(diǎn)和優(yōu)秀的內(nèi)容，在此表示衷心的感謝。隨著新技術(shù)、新方法不斷引入大學(xué)物理教學(xué)以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的逐步深入，書(shū)中難免存在不完善和不妥當(dāng)之處，真誠(chéng)地希望各位同行和使用本教材的教師和學(xué)生提出寶貴意見(jiàn)和建議。

內(nèi)容概要

本書(shū)是一些長(zhǎng)期在基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)室一線工作的教師多年教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和教學(xué)成果的結(jié)晶。全書(shū)共分6章：緒論、測(cè)量的不確定度與數(shù)據(jù)處理、力學(xué)實(shí)驗(yàn)、熱學(xué)實(shí)驗(yàn)、電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)、光學(xué)實(shí)驗(yàn)和近代物理實(shí)驗(yàn)。收入了力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)和近代物理學(xué)實(shí)驗(yàn)共38個(gè)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)都介紹了實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)儀器裝置、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并在其后附有思考題，為教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)提供了方便。    本書(shū)適合作為高等學(xué)校非物理專(zhuān)業(yè)的物理實(shí)驗(yàn)教材或教學(xué)參考書(shū)，也可作為實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員和有關(guān)課程教師的參考用書(shū)和其他讀者的自學(xué)參考書(shū)。

書(shū)籍目錄

前言緒論  0.1  物理實(shí)驗(yàn)的地位和作用  0.2  物理實(shí)驗(yàn)課的目的和基本程序  0.3  物理實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意的安全事項(xiàng)1  測(cè)量的不確定度與數(shù)據(jù)處理  1.1  測(cè)量與誤差    1.1.1  測(cè)量及其分類(lèi)    1.1.2  誤差與偏差    1.1.3  相對(duì)誤差    1.1.4  誤差的分類(lèi)及來(lái)源    1.1.5  測(cè)量的精密度、準(zhǔn)確度和精確度    1.1.6  隨機(jī)誤差的估算    1.1.7  算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差    1.1.8  標(biāo)準(zhǔn)偏差σx    1.1.9  粗大誤差的剔除  1.2  測(cè)量結(jié)果的評(píng)定和不確定度    1.2.1  不確定度的概念    1.2.2  直接測(cè)量的不確定度    1.2.3  間接測(cè)量結(jié)果的合成不確定度  1.3  有效數(shù)字及其運(yùn)算法則    1.3.1  有效數(shù)字的概念    1.3.2  直接測(cè)量的有效數(shù)字記錄及修約規(guī)則    1.3.3  有效數(shù)字的運(yùn)算法則  1.4  實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的常用方法    1.4.1  列表法    1.4.2  作圖法    1.4.3  圖解法    1.4.4  逐差法    1.4.5  用最小二乘法求經(jīng)驗(yàn)方程    1.4.6  用函數(shù)計(jì)算器處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)  1.5  實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)處理    1.5.1  Excel的主要功能及特點(diǎn)    1.5.2  Excel處理物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)舉例2  力學(xué)實(shí)驗(yàn)  2.1  長(zhǎng)度測(cè)量  2.2  單擺法測(cè)量重力加速度  2.3  天平的使用及密度的測(cè)量  2.4  楊氏彈性模量的測(cè)量(伸長(zhǎng)法)  2.5  自由落體法測(cè)定重力加速度  2.6  剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測(cè)定  2.7  三線擺  2.8  慣性秤  2.9  振動(dòng)的研究  2.10  聲速測(cè)量  2.11  焦利氏秤在力學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用    2.11.1  焦利氏秤簡(jiǎn)介    2.11.2  簡(jiǎn)諧振動(dòng)的研究    2.11.3  表面張力系數(shù)的研究  2.12  氣墊導(dǎo)軌上滑塊運(yùn)動(dòng)的研究    2.12.1  氣墊導(dǎo)軌簡(jiǎn)介    2.12.2  重力加速度的測(cè)定    2.12.3  牛頓第二定律的驗(yàn)證    2.12.4  守恒定律的研究3  熱學(xué)實(shí)驗(yàn)  3.1  金屬比熱容的測(cè)定  3.2  固體的比熱容測(cè)定  3.3  導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)量  3.4  熱功當(dāng)量的測(cè)定(用電熱法)  3.5  PID在熱學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用研究    3.5.1  PID調(diào)節(jié)    3.5.2  落球法測(cè)定液體在不同溫度的黏度    3.5.3  固體線膨脹系數(shù)的測(cè)定4  電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)  4.1  電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)預(yù)備知識(shí)    4.1.1  電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)的目的和要求    4.1.2  電磁測(cè)量的方法    4.1.3  電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)中常用儀器簡(jiǎn)單介紹    4.1.4  電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)操作規(guī)程  4.2  學(xué)習(xí)使用萬(wàn)用電表  4.3  用惠斯登電橋測(cè)電阻  4.4  電表改裝與校準(zhǔn)  4.5  靜電場(chǎng)的描繪  4.6  電子在電磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究  4.7  電阻元件伏安特性的測(cè)定  4.8  用電磁感應(yīng)法測(cè)交變磁場(chǎng)  4.9  示波器的使用  4.10  霍爾效應(yīng)  4.11  電位差計(jì)的使用    4.11.1  電位差計(jì)的原理與使用    4.11.2  用電位差計(jì)測(cè)量微小電壓    4.11.3  用電位差計(jì)校正電表    4.11.4  用十一線電位差計(jì)測(cè)量干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻  4.12  RLC電路研究    4.12.1  RLC電路穩(wěn)態(tài)特性的研究    4.12.2  RLC電路暫態(tài)特性的研究5  光學(xué)實(shí)驗(yàn)  5.1  光學(xué)實(shí)驗(yàn)預(yù)備知識(shí)    5.1.1  光學(xué)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)    5.1.2  常用光源  5.2  牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)  5.3  分光計(jì)的調(diào)整與使用    5.3.1  分光計(jì)的結(jié)構(gòu)    5.3.2  棱鏡玻璃折射率的測(cè)定    5.3.3  用透射光柵測(cè)量光波波長(zhǎng)及角色散率  5.4  光具座及相關(guān)實(shí)驗(yàn)    5.4.1  光具座簡(jiǎn)介    5.4.2  薄透鏡焦距的測(cè)定    5.4.3  光具組基點(diǎn)的測(cè)定  5.5  邁克耳孫干涉儀的調(diào)節(jié)和使用    5.5.1  邁克耳孫干涉儀介紹    5.5.2  激光波長(zhǎng)的測(cè)定    5.5.3  鈉光的雙線波長(zhǎng)差的測(cè)定  5.6  CCD單縫衍射相對(duì)光強(qiáng)分布的測(cè)量6  近代物理實(shí)驗(yàn)  6.1  密立根油滴實(shí)驗(yàn)  6.2  夫蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)  6.3  全息照相技術(shù)  6.4  塞曼效應(yīng)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：1 測(cè)量的不確定度與數(shù)據(jù)處理物理實(shí)驗(yàn)離不開(kāi)測(cè)量，對(duì)物理現(xiàn)象、狀態(tài)或過(guò)程的各種量的準(zhǔn)確測(cè)量，是實(shí)驗(yàn)物理的關(guān)鍵工作，而對(duì)事物定量地描述又離不開(kāi)數(shù)學(xué)方法和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理，因此，誤差分析和數(shù)據(jù)處理是物理實(shí)驗(yàn)課的基礎(chǔ)，本章將從測(cè)量及誤差的定義開(kāi)始，逐步介紹有關(guān)誤差和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的方法和基本知識(shí)，誤差理論及數(shù)據(jù)處理是一切實(shí)驗(yàn)結(jié)果中不可缺少的內(nèi)容，是不可分割的兩部分，誤差理論是一門(mén)獨(dú)立的學(xué)科，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，近年來(lái)，誤差理論基本的概念和處理方法也有了很大發(fā)展，誤差理論是以數(shù)理統(tǒng)計(jì)和概率論為其數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，研究誤差性質(zhì)、規(guī)律及如何消除誤差，實(shí)驗(yàn)中的誤差分析，其目的是對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果做出評(píng)定，最大限度地減小實(shí)驗(yàn)誤差，或指出減小實(shí)驗(yàn)誤差的方向，提高測(cè)量質(zhì)量，提高測(cè)量結(jié)果的可信程度，由于這部分內(nèi)容尚未形成很?chē)?yán)密的公理化體系，并且較為復(fù)雜，本章僅限于介紹誤差分析的初步知識(shí)，著重點(diǎn)放在幾個(gè)重要概念及最簡(jiǎn)單情況下的誤差處理方法，不進(jìn)行嚴(yán)密的數(shù)學(xué)論證，通過(guò)本章的學(xué)習(xí)和今后各個(gè)實(shí)驗(yàn)中的運(yùn)用，要求達(dá)到以下幾點(diǎn)：（1）建立誤差與不確定度的概念，正確估算不確定度，懂得如何正確、完整地表示實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果。（2）掌握有效數(shù)字的概念及運(yùn)算規(guī)則，了解有效數(shù)字與不確定度的關(guān)系。（3）了解系統(tǒng)誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，學(xué)習(xí)發(fā)現(xiàn)某些系統(tǒng)誤差、減小系統(tǒng)誤差及削弱其影響的方法。（4）掌握列表法、作圖法、逐差法和線性擬合回歸法等常用的數(shù)據(jù)處理方法。（5）學(xué)習(xí)利用計(jì)算機(jī)軟件處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。1.1測(cè)量與誤差1.1.1 測(cè)量及其分類(lèi)測(cè)量是用實(shí)驗(yàn)方法獲得量的量值的過(guò)程，量值一般是由一個(gè)數(shù)乘以計(jì)量單位所表示的特定量的大小，可測(cè)量的量是“現(xiàn)象、物體或物質(zhì)的可以定性區(qū)別和定量確定的屬性”，在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中，對(duì)物理量的測(cè)量，就是在一定的條件下，借助于儀器，通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法，把測(cè)量和作為計(jì)量單位的標(biāo)準(zhǔn)相比較的過(guò)程，例如，物體的質(zhì)量可通過(guò)與規(guī)定用kg作為標(biāo)準(zhǔn)單位的標(biāo)準(zhǔn)砝碼進(jìn)行比較而得出測(cè)量結(jié)果；物體運(yùn)動(dòng)速度的測(cè)定則必須通過(guò)與兩個(gè)不同的物理量，即長(zhǎng)度和時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)單位進(jìn)行比較而獲得，比較的結(jié)果記錄下來(lái)就叫做實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，測(cè)量得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)包含測(cè)量值的大小和單位，二者是缺一不可的。國(guó)際上規(guī)定了七個(gè)物理量的單位為基本單位，七個(gè)基本量分別是長(zhǎng)度、質(zhì)量、時(shí)間、電流、熱力學(xué)溫度、物質(zhì)的量和發(fā)光強(qiáng)度，其他物理量的單位則是由以上基本單位按一定的計(jì)算關(guān)系式導(dǎo)出的，因此，除基本單位之外的其余單位均稱(chēng)為導(dǎo)出單位，如以上提到的速度以及經(jīng)常遇到的力、電壓、電阻等物理量的單位都是導(dǎo)出單位。

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