大學(xué)物理實驗

前言

　　本書是根據(jù)教育部高等學(xué)校物理學(xué)與天文學(xué)教學(xué)指導(dǎo)委員會物理基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會于2008年1月24日正式頒布的《理工科類大學(xué)物理課程教學(xué)基本要求》編寫而成的。以“加強基礎(chǔ)，重視應(yīng)用，開拓思維，培養(yǎng)能力，提高素質(zhì)”為改革指導(dǎo)思想，以省級示范實驗室建設(shè)為契機，結(jié)合多年的教學(xué)實踐和我校實驗設(shè)備的具體情況，廣泛吸取國內(nèi)同類教材的精華，編成此書。　　本書以分層次教學(xué)基本要求為出發(fā)點，結(jié)合物理實驗教學(xué)大綱，在教材體系上進行了新的嘗試，力求理論體系完整、實驗知識比較系統(tǒng)化、實驗項目層次分明。其主要特點為：　?。?）大學(xué)物理實驗作為獨立的必修基礎(chǔ)課程，是本科學(xué)生接受系統(tǒng)實驗方法和實驗技能訓(xùn)練的開端，不再依賴于物理學(xué)理論知識體系。因此，教材總體結(jié)構(gòu)不再按傳統(tǒng)的方式編排，在實驗項目分類上，按實驗訓(xùn)練的性質(zhì)和層次分為基礎(chǔ)實驗、提高實驗、綜合與近代實驗、設(shè)計與研究實驗四個層次。由簡單到復(fù)雜，由基礎(chǔ)、提高、綜合到設(shè)計與研究實驗，根據(jù)逐步提高的原則進行編排?！　。?）每個實驗項目提供一組主題詞，方便學(xué)生快速了解實驗的內(nèi)容，以便不同專業(yè)、不同興趣、不同要求的學(xué)生選擇實驗項目?！　。?）注重以學(xué)生為中心的基本理念，促使學(xué)生認真準(zhǔn)備，積極思考，加強了實驗原理部分的內(nèi)容，削弱了實驗步驟的表述，有利于拓展物理知識面，對大學(xué)物理課程起到一個互補的作用。大部分實驗編寫了思考題，有利于學(xué)生進行預(yù)習(xí)與實驗后的反思。　?。?）本教材共選用了57個實驗項目，遠遠超出了實驗教學(xué)要求規(guī)定的基本學(xué)時數(shù)，學(xué)生可根據(jù)專業(yè)要求與自身的實際情況進行取舍，所有實驗項目在一學(xué)年度內(nèi)均會開出?！　。?）將《理工科類大學(xué)物理實驗課程教學(xué)基本要求》作為附錄部分之一；實驗數(shù)據(jù)的基本處理方法單獨成章，供理論教學(xué)時參考，在相關(guān)的實驗項目中會進一步加強；將利用計算機進行數(shù)據(jù)處理的方法與實驗項目相結(jié)合?！　。?）大部分實驗項目中增加了拓展內(nèi)容，并進行了舉例說明，可供學(xué)有余力的學(xué)生使用。對于必做的實驗項目給出了考核的基本要求與實例?！　。?）為學(xué)生提供網(wǎng)絡(luò)資源表，方便學(xué)生進行網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)。同時提供了中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)仿真實驗項目的清單及上網(wǎng)仿真實驗的操作指南?！　”緯诰帉戇^程中參考了許多院校的相關(guān)教材、講義與精品課程網(wǎng)站資源，從中受益匪淺。湖南人文科技學(xué)院物理實驗室的全體教師為本書的出版付出了多年的辛勤勞動。湖南人文科技學(xué)院校領(lǐng)導(dǎo)、教務(wù)處領(lǐng)導(dǎo)及物理與信息工程系領(lǐng)導(dǎo)提供了大力支持與幫助，在此一并表示衷心感謝！

內(nèi)容概要

　　《大學(xué)物理實驗》是按照教育部高等學(xué)校物理基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會最新制定的《大學(xué)物理實驗課程教學(xué)基本要求》而編寫的大學(xué)物理實驗教材。全書共分為緒論、基礎(chǔ)實驗、提高實驗、綜合與近代實驗、設(shè)計與研究實驗和附錄六個部分。緒論部分主要介紹了測量結(jié)果的正確表達方式，常用的實驗數(shù)據(jù)處理方法，力求使學(xué)生在實驗時能夠準(zhǔn)確地處理數(shù)據(jù)。然后提供了57個實驗項目的基本講義，既有傳統(tǒng)的經(jīng)典實驗項目，又有大量與理工科專業(yè)相關(guān)的實驗項目，還有少量近代物理實驗及設(shè)計與研究性實驗項目?！　　逗鲜∈痉秾嶒炇医ㄔO(shè)教材·院級精品課程建設(shè)教材：大學(xué)物理實驗》可作為高等學(xué)校理工科專業(yè)的大學(xué)物理實驗教材，也可作為物理學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)物理實驗的參考書。

書籍目錄

1　緒論1.1　物理實驗課程的地位、作用與任務(wù)1.2　物理實驗課程的基本要求1.3　測量與誤差1.4　隨機誤差的分布規(guī)律與特點1.5　不確定度的評定與表示1.6　有效數(shù)字1.7　物理實驗中常用的數(shù)據(jù)處理方法2　基礎(chǔ)實驗實驗1　長度的測量實驗2　復(fù)擺實驗實驗3　弦振動的研究實驗4　氣墊導(dǎo)軌上運動定理的研究實驗5　剛體轉(zhuǎn)動的研究實驗6　液體黏滯系數(shù)的測定實驗7　固體線膨脹系數(shù)的測量實驗8　空氣比熱容比的測定實驗9　示波器的使用實驗10　電流場模擬靜電場實驗11　電子在電磁場中運動規(guī)律的研究實驗12　雙臂電橋測低值電阻實驗13　磁場的描繪實驗14　伏安法測電阻與電表內(nèi)阻實驗15　薄透鏡成像及其焦距的測量實驗16　用牛頓環(huán)測透鏡的曲率半徑實驗17　分光計的調(diào)節(jié)與使用實驗18　邁克爾遜干涉儀的調(diào)節(jié)和使用實驗19　光柵特性及光波波長測定3　提高實驗實驗20　不同介質(zhì)中聲速的測定實驗21　金屬材料楊氏模量的測定實驗22　驗證動量和能量守恒定律實驗23　用CCD測量楊氏彈性模量實驗24　液體表面張力系數(shù)的測定實驗25　用交直流電橋測RLC實驗26　霍耳效應(yīng)研究實驗27　RLC串聯(lián)電路的特性研究實驗28　鐵磁材料的磁化曲線和磁滯回線實驗29　全息照相實驗30　偏振光的產(chǎn)生與檢驗實驗31　光具組基點的測定實驗32　用阿貝折射儀測定物質(zhì)的折射率4　綜合與近代實驗實驗33　多普勒效應(yīng)綜合實驗實驗34　空氣熱機實驗實驗35　溫度傳感器實驗實驗36　晶體的聲光效應(yīng)研究實驗37　晶體的電光效應(yīng)實驗實驗38　法拉第磁光效應(yīng)實驗實驗39　密立根油滴實驗實驗40　　用光電效應(yīng)測定普朗克常量實驗42　液晶光開關(guān)的電光特性實驗實驗43　電子秤實驗實驗44　非良導(dǎo)體熱導(dǎo)率的測定實驗45　太陽能電池基本特性的研究實驗46　高溫超導(dǎo)材料特性測試和低溫溫度計實驗47　卡文迪許扭秤法測量萬有引力常量實驗48　透射式電子顯微鏡5　設(shè)計與研究實驗緒論實驗49　旋轉(zhuǎn)液體實驗實驗50　黑盒實驗實驗51　電表的改裝與校準(zhǔn)實驗52　差動變壓器特性研究與調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計實驗53　測定半波整流電容濾波電路中負載電阻上消耗的平均功率實驗54　單擺法測重力加速度的研究實驗55　光學(xué)系列實驗研究實驗56　用磁阻尼效應(yīng)測定氣墊導(dǎo)軌的等效電阻實驗57　線陣CCD成像研究參考文獻附錄附錄A　理工科類大學(xué)物理實驗課程教學(xué)基本要求(定稿)附錄B　一些常用的物理學(xué)量和數(shù)值附錄C　物理實驗教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺

章節(jié)摘錄

　　物理學(xué)是研究物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)、基本運動形式、相互作用及其轉(zhuǎn)化的自然科學(xué)。物理學(xué)家楊振寧教授曾題詞“物理學(xué)是以實驗為本的科學(xué)”，這是物理學(xué)界的共識。物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)和物理理論的建立都必須以實驗為基礎(chǔ)，物理學(xué)的每一項突破都與實驗密切相關(guān)。伽利略（Galileo Galilei，1564-1642）用新發(fā)明的望遠鏡觀察到木星有四個衛(wèi)星后，否定了地心說。普朗克（Max Planck，1858-1947）在黑體輻射實驗的基礎(chǔ)上提出了能量子概念。愛因斯坦（Albert Einstein，1879一1955）通過分析光電效應(yīng)現(xiàn)象提出了光量子。楊振寧、李政道于1956年提出基本粒子在“弱相互作用下的宇稱不守恒”理論，當(dāng)實驗物理學(xué)家吳健雄用實驗驗證后，才被物理學(xué)家們承認，從而才有可能獲得諾貝爾獎。物理實驗與物理理論始終是相互推動、相互制約、相得益彰的。沒有理論的實驗是具有一定的盲目性的，實驗必須經(jīng)過總結(jié)抽象上升為理論，才有其存在的價值；而理論靠實驗來檢驗，同時理論上的需要又促進實驗的發(fā)展。　　物理實驗是科學(xué)實驗的先驅(qū)，體現(xiàn)大多數(shù)科學(xué)實驗的共性，在實驗思想、實驗方法以及實驗手段等方面是各學(xué)科科學(xué)實驗的基礎(chǔ)。物理實驗是理工科大學(xué)生進校后首先接觸的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，是對學(xué)生進行科學(xué)實驗基本訓(xùn)練的必修基礎(chǔ)課程，是其接受系統(tǒng)實驗方法與實驗技能訓(xùn)練的開端。了解和掌握物理實驗的研究方法和技巧，對后續(xù)課程的學(xué)習(xí)十分重要，尤其是對培養(yǎng)將來從事實際工作所需要具備的獨立工作能力和創(chuàng)新能力等素質(zhì)是十分必要的?！　?0世紀(jì)50年代以前，世界各國對物理實驗課作用的認識停留在“物理實驗課程是物理學(xué)課程教學(xué)的一個環(huán)節(jié)”上。直到60年代初，人們才逐漸認識到科學(xué)實驗在尖端技術(shù)發(fā)展中的地位，因此，隨之而來的以“新物理運動”為出發(fā)點的改革浪潮，明確地提出了“加強基礎(chǔ)理論教學(xué)與加強基礎(chǔ)實驗教學(xué)并重”，于是物理實驗教學(xué)脫離了物理理論教學(xué)而單獨開設(shè)，并從實驗課程的特有規(guī)律出發(fā)強調(diào)實驗方法、實驗素質(zhì)的訓(xùn)練。實踐證明，物理實驗課程在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力、獨立從事科學(xué)技術(shù)工作的能力、理論聯(lián)系實際的分析綜合能力與思維和表達能力等方面均具有獨特的優(yōu)勢。所以說，“物理實驗”這門課程與物理理論課程既有密切的聯(lián)系，又有很大的區(qū)別，它不僅僅向?qū)W生傳授知識和技能，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生開拓性研究的能力。在科學(xué)研究中，常常是實驗中的某些物理現(xiàn)象為我們提供了種種線索，而要從這些線索中作出獨特的判斷，還需要有豐富的想象力去對蘊藏在所有線索后面令人驚訝的、簡單而又非常奇特的圖像進行猜測，然后再用實驗手段來驗證，這個想象過程是很難的，又是最具挑戰(zhàn)性的，然而，從想象的產(chǎn)生到猜測的驗證都是實驗在起著至關(guān)重要的作用。因此，同學(xué)們從一開始接觸實驗課就要認識到實驗課的意義，認識到從事科學(xué)實驗，動手能力和創(chuàng)新能力的形成是以實驗的基本知識、基本方法、基本技能的熟練掌握為基礎(chǔ)的，并在打好基礎(chǔ)的前提下，創(chuàng)造性地去講行實驗。

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