大學(xué)物理實驗

前言

　　物理學(xué)的精髓是悟物窮理，培養(yǎng)實驗精神，理論與實踐相結(jié)合。大學(xué)物理實驗作為一門獨立設(shè)置的基礎(chǔ)實驗課程，是理工科專業(yè)學(xué)生從事科學(xué)實驗和研究工作的入門向?qū)В且幌盗泻罄m(xù)專業(yè)實踐課程的重要基礎(chǔ)。物理實驗體現(xiàn)了科學(xué)實驗的共性，側(cè)重于學(xué)生科學(xué)實驗?zāi)芰蛯嶒灱寄艿幕居?xùn)練，樹立良好的科學(xué)實驗規(guī)范和創(chuàng)新意識，既是學(xué)生系統(tǒng)地學(xué)習(xí)實驗方法、儀器操作、數(shù)據(jù)處理和總結(jié)報告等的綜合訓(xùn)練平臺，也是增強分析和解決實際問題的能力、學(xué)習(xí)物理思想以及提高綜合素質(zhì)的有效途徑?！　嶒灮A(chǔ)、邏輯體系、數(shù)學(xué)表達、思想方法和應(yīng)用價值是物理學(xué)的五個基本特征，現(xiàn)象、概念、定律、事實、物理量等都必然涉及科學(xué)實驗、物理思想或邏輯思維、數(shù)學(xué)演繹或定量表達等要素。正如帕斯卡所說，研究真理可以有三個目的：當(dāng)我們探索時，就要發(fā)現(xiàn)真理；當(dāng)我們找到時，就要證明真理；當(dāng)我們審查時，就要把它與謬誤區(qū)別開來。這也正是物理實驗的魅力所在。　　本書以教育部頒發(fā)的《高等學(xué)校基礎(chǔ)課實驗教學(xué)示范中心建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》推薦的實驗項目為依據(jù)，參照《理工科類大學(xué)物理實驗課程教學(xué)基本要求》以及《大學(xué)物理實驗課程教學(xué)基本要求（基礎(chǔ)實驗部分）》，針對理工科院校的專業(yè)特點，結(jié)合多年的教學(xué)實踐編寫而成。　　編寫時，力求深入淺出，承上啟下，體現(xiàn)理工科教育的特點。在注重物理概念準(zhǔn)確性及介紹實驗內(nèi)容的基礎(chǔ)上，融入了實驗的設(shè)計思想和物理學(xué)史，使物理實驗適應(yīng)時代發(fā)展的需要，跨入一個新臺階。從實驗思想、實驗方法以及實驗手段等方面培養(yǎng)學(xué)生獨立實驗、分析和研究問題、理論聯(lián)系實際以及創(chuàng)新的能力。實驗內(nèi)容涉及力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)等知識，主要分為實驗基礎(chǔ)理論和實驗項目兩部分，包括基礎(chǔ)性實驗、綜合性實驗、設(shè)計性與研究性實驗，以及仿真實驗、演示與探究性實驗等。書中介紹了測量與誤差、數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)知識，并引入不確定度的概念。部分實驗給出了數(shù)據(jù)記錄表格以及誤差分析方法，供參考。編寫了思考與練習(xí)題，以促進實驗者積極思考，加深理解，幫助總結(jié)。要求在實驗前畫出完整的原始數(shù)據(jù)記錄表，并在實驗后及時地進行數(shù)據(jù)處理，求出測量結(jié)果及其誤差（或不確定度），繪制實驗曲線，寫出完整規(guī)范的實驗報告?！　【帉憰r參閱了兄弟院校的教材，吸收了寶貴經(jīng)驗，特此深表謝意。感謝在廈門理工學(xué)院物理教學(xué)實驗中辛勤耕耘和無私奉獻的所有老師；感謝廈門大學(xué)出版社眭蔚老師付出的辛勤勞動；感謝廈門理工學(xué)院教材建設(shè)基金項目為本書出版提供的資助?！　∮捎谒胶徒?jīng)驗所限，加之時間緊促，對一些實驗的理解還不夠深入，因此完稿時仍感到有很多不足和疏漏，甚至錯誤之處，懇請廣大師生和同行不吝指正（E-mail：xitpd@163.com），作者將不勝感謝。

內(nèi)容概要

本書以教育部頒發(fā)的《高等學(xué)?；A(chǔ)課實驗教學(xué)示范中心建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》推薦的實驗項目為依據(jù)，參照《理工科類大學(xué)物理實驗課程教學(xué)基本要求》以及《大學(xué)物理實驗課程教學(xué)基本要求(基礎(chǔ)實驗部分)》，針對理工科院校的專業(yè)特點，結(jié)合多年的教學(xué)實踐編寫而成。     實驗內(nèi)容涉及力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)等知識，主要分為實驗基礎(chǔ)理論和實驗項目兩部分，包括基礎(chǔ)性實驗、綜合性實驗、設(shè)計性與研究性實驗，以及仿真實驗、演示與探究性實驗等。書中介紹了測量與誤差、數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)知識，并引入不確定度的概念。部分實驗給出了數(shù)據(jù)記錄表格以及誤差分析方法，供參考。編寫了思考與練習(xí)題，以促進實驗者積極思考，加深理解，幫助總結(jié)。

書籍目錄

前言1  緒論  1.1  物理實驗的重要性  1.2  如何學(xué)好大學(xué)物理實驗  1.3  如何進行大學(xué)物理實驗——大學(xué)物理實驗報告參考格式  1.4  科學(xué)研究與實驗方法  1.5  實驗室安全知識2  實驗基本理論  2.1  測量與有效數(shù)字  2.2  誤差基礎(chǔ)  2.3  實驗不確定度的評定  2.4  實驗數(shù)據(jù)處理的基本方法  練習(xí)題3  實驗內(nèi)容與項目  3.1  基本長度的測量  3.2  固體質(zhì)量與密度的測量  3.3  單擺法測量重力加速度  3.4  自由落體法測量重力加速度  3.5  金屬絲楊氏彈性模量的測定  3.6  金屬線膨脹系數(shù)的測量  3.7  熱電偶的定標(biāo)與測溫  3.8  空氣比熱容比的測定  3.9  落球法測量液體的粘度  3.10  電學(xué)基本實驗與電工儀表儀器的使用——電磁學(xué)實驗操作規(guī)則與常用儀器  3.11  靜電場的模擬與描繪  3.12  電橋法測量電阻  3.13  電位差計測量干電池電動勢和內(nèi)阻  3.14  熱敏電阻的溫度特性測量  3.15  電子束在電場中的偏轉(zhuǎn)  3.16  模擬式示波器的原理與使用  3.17  聲波速度的測量  3.18  霍耳效應(yīng)與螺線管磁場的測量  3.19  基于光學(xué)平臺測量薄凸透鏡焦距——光學(xué)實驗基礎(chǔ)知識  3.20  光的等厚干涉與牛頓環(huán)  3.21  分光計的調(diào)整與應(yīng)用  3.22  用分光計測定光柵常數(shù)  3.23  用超聲光柵測定液體中的聲速  3.24  用阿貝折射計測定液體的折射率  3.25  用旋光儀測定糖溶液的旋光度  3.26  光敏電阻基本特性的測量  3.27  雙光柵測量微弱振動位移量  3.28  邁克耳孫干涉儀的調(diào)整與使用  3.29  用邁克耳孫干涉儀測量空氣折射率  3.30  密立根油滴實驗  3.31  光電效應(yīng)與普朗克常數(shù)的測定  3.32  基于計算機觀測電阻伏安特性曲線  3.33  基于計算機測定單縫衍射的光強分布  3.34  基于計算機測定雙縫干涉的光強分布  3.35  計算機仿真單擺測量重力加速度——計算機仿真實驗簡介4  設(shè)計性與研究性實驗  4.1  設(shè)計性與研究性實驗及其基本方法  4.2  非線性電阻伏安特性曲線的測定  4.3  用電位差計校準(zhǔn)直流電表  4.4  溫度的測量及其方法研究  4.5  利用示波器觀測伏安特性曲線  4.6  物質(zhì)折射率測量方法研究  4.7  薄凸透鏡焦距的測定  4.8  基于計算機研究光電器件的基本特性  4.9  液位控制方法研究  4.10  電容充放電特性的觀察與研究  4.11  顯微鏡與望遠鏡的組裝5  物理演示與探究性實驗  5.1  物理演示與探究性實驗簡介  5.2  音叉的共鳴與拍音  5.3  斯特林熱機  5.4  氣體流速與壓強的關(guān)系  5.5  輝光球  5.6  維氏感應(yīng)起電機  5.7  范德格拉夫起電機  5.8  溫差熱電勢演示實驗  5.9  視覺暫留  5.10  旋光色散  5.11  偏振光干涉演示  5.12  光學(xué)幻影  5.13  光柵視鏡系統(tǒng)6  閱讀材料  6.1  蘇頌及其杰出成就  6.2  2005世界物理年簡介  6.3  物理學(xué)史上最漂亮的十大物理實驗  6.4  歷屆諾貝爾物理學(xué)獎與物理學(xué)技術(shù)  6.5  科學(xué)技術(shù)的百個重大發(fā)現(xiàn)與發(fā)明7  附錄  7.1  國際單位制(SI)的基本單位和輔助單位  7.2  基本常數(shù)表  7.3  水的密度與溫度的關(guān)系(12～35℃)  7.4  海平面上不同緯度處重力加速度  7.5  不同海拔高度的重力加速度g  7.6  20℃時常用金屬的楊氏彈性模量  7.7  常見熱電偶的特性與銅一康銅熱電偶分度表  7.8  25℃時材料的線膨脹系數(shù)  7.9  常見物質(zhì)粘度與溫度的關(guān)系  7.10  聲波在不同媒質(zhì)中的傳播速度  7.11  各種氣體的折射率  7.12  汞燈發(fā)射光譜波長練習(xí)題參考答案

章節(jié)摘錄

　　3.7熱電偶的定標(biāo)與測溫　　溫度會使物質(zhì)的某些物理特性發(fā)生改變，利用溫度傳感器可制成溫度計。根據(jù)物質(zhì)的物理性質(zhì)隨溫度的改變而發(fā)生單調(diào)的、顯著的變化的特點，即可對溫度計進行定標(biāo)?！　犭娕伎芍苯影褱囟绒D(zhuǎn)換為電動勢，非常適合于溫度測量和控溫系統(tǒng)。構(gòu)成溫差電技術(shù)基礎(chǔ)的三個基本效應(yīng)為塞貝克效應(yīng)、珀耳帖效應(yīng)和湯姆孫效應(yīng)，分別由塞貝克（Seebeck，1770-1831）、珀耳帖（Peltier，1785-1845）和湯姆孫（W.Thomson，1824-1907）于1821年、1834年和1845年發(fā)現(xiàn)。其中，珀耳帖效應(yīng)為塞貝克效應(yīng)的逆效應(yīng)。這三種熱電效應(yīng)可以在兩種金屬組成的回路中同時出現(xiàn)。　　熱電偶為基于溫差電效應(yīng)的熱電式傳感元件，其優(yōu)良的性能使之在工業(yè)上得到廣泛的應(yīng)用。例如，熱電偶被輻射時將產(chǎn)生電壓，測量此電壓即可計算出輻射能，特別是紅外輻射，即熱輻射可以用這種方法測量?！　夭铍妱觿菪盘栁⑷酰撦d能力極小，不宜采用內(nèi)阻不高的一般儀表（如普通電壓表或萬用表）直接測量。若用傳統(tǒng)的電位差計，還需配置相應(yīng)規(guī)格的檢流計（或平衡指示儀）。本實驗采用數(shù)字電位差計，直接讀數(shù)，直觀準(zhǔn)確，符合要求?！　　緦嶒?zāi)康摹俊　?.掌握數(shù)字電位差計的使用方法，學(xué)會測定未知電壓?！　?.確定熱電偶的溫差電動勢與溫度關(guān)系，繪制熱電偶定標(biāo)曲線?！　　緦嶒炘怼俊　?.溫差電效應(yīng)與熱電偶　　將兩種不同導(dǎo)體A和B組成兩個接點，形成閉合回路，如圖1所示。當(dāng)兩個接點溫度不同時，則回路中就會出現(xiàn)一個通常不為零的直流電動勢，該電動勢的方向與大小取決于兩個導(dǎo)體及其接點的溫度差，與兩導(dǎo)體的粗細、長短無關(guān)，這種現(xiàn)象稱為溫差電效應(yīng)。金屬中這種效應(yīng)較小，做成熱電偶，用于溫度測量。

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