三級物理實驗教程

前言

大學物理實驗課程是理工科非物理專業(yè)的必修課程。通過本課程的學習，應使學生掌握以下內(nèi)容：①接受基本實驗理論和實驗操作技能的訓練，養(yǎng)成良好的實驗習慣和嚴謹?shù)目茖W作風，具有刻苦鉆研、勇于探索和創(chuàng)新開拓的精神；②掌握基本物理量的測量原理和常用的測量方法，能合理選擇儀器和正確使用實驗儀器；③能正確、熟練運用有效數(shù)字、誤差分析和基本的數(shù)據(jù)處理方法，對實驗結(jié)果進行分析和判斷，寫出符合要求的實驗報告；④能夠理論聯(lián)系實際，正確地應用理論知識指導實驗，提高觀察實驗現(xiàn)象和分析問題的能力，加深對物理概念、物理規(guī)律及理論的理解和應用，提高實驗技能，具有獨立研究工作的基本能力。為了加強學生實驗技能的培養(yǎng)，本書在實驗內(nèi)容的安排上進行了改革。改變了傳統(tǒng)的按照力學、熱學、電磁學和光學、近代物理學實驗內(nèi)容的編排順序，以循序漸進培養(yǎng)學生的實驗技能為基礎，將實驗內(nèi)容按不同層次、不同要求分三個部分編寫，相應地設為一級、二級和三級物理實驗。每一級物理實驗內(nèi)容覆蓋了力學、熱學、電磁學、光學和近代物理學各部分，后一級實驗內(nèi)容比前一級有所提高，同時將現(xiàn)代化科技成果及方法陸續(xù)應用于實驗教學中。在實驗項目選題上減少驗證性實驗，增加設計性、綜合性實驗，增加比例隨實驗級別遞增而提高。理工科不同專業(yè)根據(jù)本專業(yè)培養(yǎng)人才的要求，選擇一～三級物理實驗中不同的內(nèi)容進行教學。三級物理實驗教程由張昌莘、王德明和方運良負責編寫。張昌莘負責全書的策劃和統(tǒng)稿。李富全教授參加編寫并負責對全書的審稿。長期擔任物理實驗教學的教師也參加了本書的編寫工作。張昌莘編寫第一章、實驗2、4、8、9、13（三、四）、19、31、34、40（五、六）；王德明編寫第二章、實驗1、13（一）、21、23、25、26（五、六）、35；方運良編寫實驗3、6、7、10、15、20、26（一～四）、38、39、40（二～四）、附錄；李富全編寫實驗13（二）、17、27、32；席偉編寫實驗5、18、28；陳麗娜編寫實驗12、24、30；鄧鋰強編寫實驗16、33、36、40（一、七）；梁一機編寫實驗22-1、22-2、37；陳海波編寫實驗11、14、29。本書的出版得到新世紀廣東省高等教育教學改革工程項目和茂名學院質(zhì)量工程經(jīng)費的資助，作者在此一并表示感謝。由于編者水平有限，不足之處在所難免，敬請廣大讀者批評指正。

內(nèi)容概要

本書根據(jù)《高等學校非物理專業(yè)基礎物理實驗教學基本要求》以及學校實驗儀器和設備的實際情況編寫而成。    本書共分五章。第一章緒論，著重介紹了物理實驗課程的學習特點、要求、誤差理論和數(shù)據(jù)處理的有關內(nèi)容。第二章物理實驗基本儀器，介紹了物理實驗中常用儀器的使用方法和注意事項等。第三章一級物理實驗，包括了力學、熱學、電磁學、光學和近代物理學的13個實驗項目、16個實驗課題。第四章二級物理實驗，包括了力學、熱學、電磁學、光學和近代物理學13個實驗項目、19個實驗課題。第五章三級物理實驗，包括了力學、熱學、電磁學、光學和近代物理學14個實驗項目、20個實驗課題。    三級物理實驗中每一級物理實驗都有驗證性實驗和設計性、綜合性實驗。后一級物理實驗內(nèi)容的難度和實驗技能比前一級有所提高，實驗項目的編排和教學過程體現(xiàn)了逐步培養(yǎng)及提高學生實驗技能的思想。    本書可作為應用型高等理工科院校非物理專業(yè)的物理實驗教材或教學參考書。

書籍目錄

第一章  緒論  一、物理實驗課程的地位、作用和任務  二、物理實驗課的學習特點和要求  三、測量誤差及數(shù)據(jù)處理第二章  物理實驗基本儀器  一、力熱實驗常用儀器  二、電磁學實驗常用儀器  三、光學實驗常用儀器第三章  一級物理實驗  實驗1  長度的測量  實驗2  固體和液體密度的測定  實驗3  氣墊導軌上滑塊運動的研究  實驗4  用三線擺測剛體的轉(zhuǎn)動慣量  實驗5  拉伸法測定金屬絲的楊氏彈性模量  實驗6  金屬線膨脹系數(shù)的測定  實驗7  落球法測定液體在不同溫度的黏度  實驗8  非線性元件伏安特性的測量  實驗9  惠斯登電橋測電阻  實驗10  模擬法測繪靜電場  實驗11  薄透鏡焦距的測定  實驗12  用牛頓環(huán)測定透鏡的曲率半徑  實驗13  設計性實驗(1)    一、135照相膠片密度的測定    二、物體在液體中的運動研究    三、小燈泡伏安特性的研究    四、高值電阻的測量第四章  二級物理實驗  實驗14  弦線振動的研究  實驗15  碰撞實驗  實驗16  聲速的測量  實驗17  冷卻法金屬比熱容  實驗18  液體表面張力系數(shù)的測定  實驗19  雙臂電橋測低電阻  實驗20  電位差計測電源電動勢  實驗21  陰極射線示波器  實驗22—1  霍爾效應法測量通電螺線管內(nèi)部磁場  實驗22—2  亥姆霍茲線圈的磁場測定  實驗23  霍爾傳感器測量鐵磁材料的磁滯回線和磁化曲線  實驗24  分光儀的調(diào)節(jié)與使用  實驗25  基本電荷的測量  實驗26  設計性實驗(2)    一、弦線振動法測定液體密度    二、用焦利氏秤測量彈簧的有效質(zhì)量    三、用電磁打點計時器測定電容量    四、表頭參數(shù)的測定    五、用鋼板尺測量激光的波長    六、CD-R光盤軌道密度的測定第五章  三級物理實驗  實驗27  穩(wěn)態(tài)法測量不良導體的熱導率  實驗28  空氣比熱容比cp／CV的測定  實驗29  電表的改裝與校正  實驗30  液體折射率的測定  實驗31  用透射光柵測量光波波長  實驗32  超聲光柵實驗  實驗33  邁克爾遜干涉儀的調(diào)節(jié)與使用  實驗34  光強分布的研究  實驗35  光譜的拍攝(觀測)與測量  實驗36  全息照相技術(shù)  實驗37  光電效應與普朗克常數(shù)的測定  實驗38  夫蘭克一赫茲實驗  實驗39  液晶的電光效應  實驗40  設計性實驗(3)    一、用熱敏電阻改裝溫度計    二、將微安表改裝成多量程電流表并進行初校    三、用邁克爾遜干涉儀測透明介質(zhì)的折射率    四、用邁克爾遜干涉儀測量金屬絲的楊氏模量    五、光的色散研究    六、分光計測反射光的偏振特性    七、白光再現(xiàn)全息照相附錄  附錄1  基本物理常數(shù)  附錄2  國際單位制簡介  附錄3  常見固體、液體、氣體的密度  附錄4  表面張力系數(shù)  附錄5  液體的黏滯系數(shù)  附錄6  海平面上不同緯度處的重力加速度  附錄7  聲速  附錄8  物質(zhì)的比熱容  附錄9  固體、液體的膨脹系數(shù)  附錄10  熱導率  附錄11  顯影液和定影液配方  附錄12  一些常用譜線波長  附錄13  一些物質(zhì)的旋光率  附錄14  某些物質(zhì)的折射率(入n=589．3nm)  附錄15  一些單、雙軸晶體的光學常數(shù)  附錄16  某些金屬、合金的電阻率及其溫度系數(shù)參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：第一章 緒論一、物理實驗課程的地位、作用和任務在16世紀之前，物理學還不是一門獨立的學科，是屬于自然哲學的一部分。研究物理問題主要是用數(shù)學的方法。到了16世紀，物理學家伽利略開創(chuàng)性地把科學實驗方法應用于物理現(xiàn)象的研究，并取得一系列偉大成果，物理學也隨之成為一門獨立的學科。通過物理實驗發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律，進而形成物理理論。到了19世紀末，在物理實驗研究的基礎上物理學取得巨大的成就，并推動了社會的發(fā)展。如18世紀由熱學實驗而產(chǎn)生的熱機應用于社會生產(chǎn)，導致了第一次工業(yè)革命，社會生產(chǎn)力得到快速發(fā)展。19世紀由電磁學實驗而產(chǎn)生的電動機、發(fā)電機應用于社會生產(chǎn)，導致了第二次工業(yè)革命，社會經(jīng)濟得到迅猛發(fā)展。隨著科學技術(shù)的發(fā)展突飛猛進，各種新技術(shù)、新發(fā)明層出不窮。新的物理實驗不斷地出現(xiàn)，如光電效應、黑體輻射、X射線、原子光譜、a粒子散射實驗等，對這些物理實驗的研究又推動了物理學理論的發(fā)展，20世紀初誕生了近代物理學。20世紀以來以物理學理論和實驗為基礎而發(fā)展起來的多門學科及高新技術(shù)對社會的發(fā)展產(chǎn)生了巨大的推動作用。如原子能開發(fā)和應用、半導體技術(shù)、電子計算機、激光技術(shù)、光纖通信、“神舟”系列載人飛船成功上天等一大批高新技術(shù)和科技成果與物理學理論、實驗技術(shù)是密不可分的。由此可看出物理學的本質(zhì)是一門實驗科學，物理學的突破都依賴于物理實驗的重大發(fā)現(xiàn)，物理實驗是物理學發(fā)展動力和源泉。物理學的發(fā)展對社會的進步產(chǎn)生深刻的影響。物理學理論和物理實驗是物理學中既緊密聯(lián)系又相互獨立的兩門課程。學生通過物理實驗課程的學習，可以在實驗室中自己動手組建測量系統(tǒng)，得到被測量的量值及其變化規(guī)律，從而加強了對物理概念和規(guī)律的理解和認識。物理實驗在培養(yǎng)學生運用實驗手段觀察、分析、發(fā)現(xiàn)、研究和解決問題，進行科學實驗基本訓練，提高動手能力和科學實驗素養(yǎng)等方面都起著重要的作用。同時也為學生在今后的學習、工作方面奠定良好的實驗基礎。物理實驗課的主要任務如下。①通過對實驗現(xiàn)象的觀察、分析和對物理量的測量，學習有關實驗的基本知識、基本方法和基本技能，加深對物理學原理的理解。②培養(yǎng)學生的科學實驗能力。包括能夠通過閱讀實驗教材或資料，做好實驗前的準備工作；能夠正確安裝、調(diào)整和使用儀器，正確設計和安排實驗方法、步驟；能夠運用物理學原理對實驗現(xiàn)象進行觀察、分析和判斷，正確記錄和處理實驗數(shù)據(jù)，繪制圖表，撰寫合格的實驗報告。加深對物理學基本概念和基本規(guī)律的理解與掌握。③培養(yǎng)學生的探索精神、創(chuàng)新精神和嚴格、細致、實事求是、一絲不茍的科學態(tài)度，培養(yǎng)與提高學生的自主學習能力和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學生善于動手、樂于動手、遵守操作規(guī)程、愛護國家財產(chǎn)、注意安全等良好的科學習慣。二、物理實驗課的學習特點和要求實驗課與理論課在學習方法和過程上是有所區(qū)別的，實驗課的學習特點是學生在教師的指導下自己動手操作，獨立地完成實驗任務。在物理實驗過程中，學生應注重以下幾點。

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