大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)

前言

　　物理學(xué)的精髓是悟物窮理，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)精神，理論與實(shí)踐相結(jié)合。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)作為一門獨(dú)立設(shè)置的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程，是理工科專業(yè)學(xué)生從事科學(xué)實(shí)驗(yàn)和研究工作的入門向?qū)?，是一系列后續(xù)專業(yè)實(shí)踐課程的重要基礎(chǔ)。物理實(shí)驗(yàn)體現(xiàn)了科學(xué)實(shí)驗(yàn)的共性，側(cè)重于學(xué)生科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛯?shí)驗(yàn)技能的基本訓(xùn)練，樹立良好的科學(xué)實(shí)驗(yàn)規(guī)范和創(chuàng)新意識(shí)，既是學(xué)生系統(tǒng)地學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)方法、儀器操作、數(shù)據(jù)處理和總結(jié)報(bào)告等的綜合訓(xùn)練平臺(tái)，也是增強(qiáng)分析和解決實(shí)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?！　?shí)驗(yàn)基礎(chǔ)、邏輯體系、數(shù)學(xué)表達(dá)、思想方法和應(yīng)用價(jià)值是物理學(xué)的五個(gè)基本特征，現(xiàn)象、概念、定律、事實(shí)、物理量等都必然涉及科學(xué)實(shí)驗(yàn)、物理思想或邏輯思維、數(shù)學(xué)演繹或定量表達(dá)等要素。正如帕斯卡所說，研究真理可以有三個(gè)目的：當(dāng)我們探索時(shí)，就要發(fā)現(xiàn)真理；當(dāng)我們找到時(shí)，就要證明真理；當(dāng)我們審查時(shí)，就要把它與謬誤區(qū)別開來。這也正是物理實(shí)驗(yàn)的魅力所在。　　本書以教育部頒發(fā)的《高等學(xué)?；A(chǔ)課實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》推薦的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為依據(jù)，參照《理工科類大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)基本要求》以及《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)基本要求（基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)部分）》，針對(duì)理工科院校的專業(yè)特點(diǎn)，結(jié)合多年的教學(xué)實(shí)踐編寫而成?！　【帉憰r(shí)，力求深入淺出，承上啟下，體現(xiàn)理工科教育的特點(diǎn)。在注重物理概念準(zhǔn)確性及介紹實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，融入了實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想和物理學(xué)史，使物理實(shí)驗(yàn)適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的需要，跨入一個(gè)新臺(tái)階。從實(shí)驗(yàn)思想、實(shí)驗(yàn)方法以及實(shí)驗(yàn)手段等方面培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立實(shí)驗(yàn)、分析和研究問題、理論聯(lián)系實(shí)際以及創(chuàng)新的能力。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涉及力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)等知識(shí)，主要分為實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)理論和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)刹糠?，包括基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性與研究性實(shí)驗(yàn)，以及仿真實(shí)驗(yàn)、演示與探究性實(shí)驗(yàn)等。書中介紹了測(cè)量與誤差、數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)知識(shí)，并引入不確定度的概念。部分實(shí)驗(yàn)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(jìn)實(shí)驗(yàn)者積極思考，加深理解，幫助總結(jié)。要求在實(shí)驗(yàn)前畫出完整的原始數(shù)據(jù)記錄表，并在實(shí)驗(yàn)后及時(shí)地進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，求出測(cè)量結(jié)果及其誤差（或不確定度），繪制實(shí)驗(yàn)曲線，寫出完整規(guī)范的實(shí)驗(yàn)報(bào)告?！　【帉憰r(shí)參閱了兄弟院校的教材，吸收了寶貴經(jīng)驗(yàn)，特此深表謝意。感謝在廈門理工學(xué)院物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)中辛勤耕耘和無私奉獻(xiàn)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(dòng)；感謝廈門理工學(xué)院教材建設(shè)基金項(xiàng)目為本書出版提供的資助。　　由于水平和經(jīng)驗(yàn)所限，加之時(shí)間緊促，對(duì)一些實(shí)驗(yàn)的理解還不夠深入，因此完稿時(shí)仍感到有很多不足和疏漏，甚至錯(cuò)誤之處，懇請(qǐng)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(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》推薦的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為依據(jù)，參照《理工科類大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)基本要求》以及《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)基本要求(基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)部分)》，針對(duì)理工科院校的專業(yè)特點(diǎn)，結(jié)合多年的教學(xué)實(shí)踐編寫而成。     實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涉及力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)等知識(shí)，主要分為實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)理論和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)刹糠?，包括基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性與研究性實(shí)驗(yàn)，以及仿真實(shí)驗(yàn)、演示與探究性實(shí)驗(yàn)等。書中介紹了測(cè)量與誤差、數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)知識(shí)，并引入不確定度的概念。部分實(shí)驗(yàn)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(jìn)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)的重要性  1.2  如何學(xué)好大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)  1.3  如何進(jìn)行大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)——大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告參考格式  1.4  科學(xué)研究與實(shí)驗(yàn)方法  1.5  實(shí)驗(yàn)室安全知識(shí)2  實(shí)驗(yàn)基本理論  2.1  測(cè)量與有效數(shù)字  2.2  誤差基礎(chǔ)  2.3  實(shí)驗(yàn)不確定度的評(píng)定  2.4  實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的基本方法  練習(xí)題3  實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與項(xiàng)目  3.1  基本長(zhǎng)度的測(cè)量  3.2  固體質(zhì)量與密度的測(cè)量  3.3  單擺法測(cè)量重力加速度  3.4  自由落體法測(cè)量重力加速度  3.5  金屬絲楊氏彈性模量的測(cè)定  3.6  金屬線膨脹系數(shù)的測(cè)量  3.7  熱電偶的定標(biāo)與測(cè)溫  3.8  空氣比熱容比的測(cè)定  3.9  落球法測(cè)量液體的粘度  3.10  電學(xué)基本實(shí)驗(yàn)與電工儀表儀器的使用——電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)操作規(guī)則與常用儀器  3.11  靜電場(chǎng)的模擬與描繪  3.12  電橋法測(cè)量電阻  3.13  電位差計(jì)測(cè)量干電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻  3.14  熱敏電阻的溫度特性測(cè)量  3.15  電子束在電場(chǎng)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(cè)量  3.18  霍耳效應(yīng)與螺線管磁場(chǎng)的測(cè)量  3.19  基于光學(xué)平臺(tái)測(cè)量薄凸透鏡焦距——光學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)  3.20  光的等厚干涉與牛頓環(huán)  3.21  分光計(jì)的調(diào)整與應(yīng)用  3.22  用分光計(jì)測(cè)定光柵常數(shù)  3.23  用超聲光柵測(cè)定液體中的聲速  3.24  用阿貝折射計(jì)測(cè)定液體的折射率  3.25  用旋光儀測(cè)定糖溶液的旋光度  3.26  光敏電阻基本特性的測(cè)量  3.27  雙光柵測(cè)量微弱振動(dòng)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(cè)量空氣折射率  3.30  密立根油滴實(shí)驗(yàn)  3.31  光電效應(yīng)與普朗克常數(shù)的測(cè)定  3.32  基于計(jì)算機(jī)觀測(cè)電阻伏安特性曲線  3.33  基于計(jì)算機(jī)測(cè)定單縫衍射的光強(qiáng)分布  3.34  基于計(jì)算機(jī)測(cè)定雙縫干涉的光強(qiáng)分布  3.35  計(jì)算機(jī)仿真單擺測(cè)量重力加速度——計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介4  設(shè)計(jì)性與研究性實(shí)驗(yàn)  4.1  設(shè)計(jì)性與研究性實(shí)驗(yàn)及其基本方法  4.2  非線性電阻伏安特性曲線的測(cè)定  4.3  用電位差計(jì)校準(zhǔn)直流電表  4.4  溫度的測(cè)量及其方法研究  4.5  利用示波器觀測(cè)伏安特性曲線  4.6  物質(zhì)折射率測(cè)量方法研究  4.7  薄凸透鏡焦距的測(cè)定  4.8  基于計(jì)算機(jī)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(yuǎn)鏡的組裝5  物理演示與探究性實(shí)驗(yàn)  5.1  物理演示與探究性實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介  5.2  音叉的共鳴與拍音  5.3  斯特林熱機(jī)  5.4  氣體流速與壓強(qiáng)的關(guān)系  5.5  輝光球  5.6  維氏感應(yīng)起電機(jī)  5.7  范德格拉夫起電機(jī)  5.8  溫差熱電勢(shì)演示實(shí)驗(yàn)  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(jiǎn)介  6.3  物理學(xué)史上最漂亮的十大物理實(shí)驗(yàn)  6.4  歷屆諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)與物理學(xué)技術(shù)  6.5  科學(xué)技術(shù)的百個(gè)重大發(fā)現(xiàn)與發(fā)明7  附錄  7.1  國(guó)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(shí)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(shí)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(zhǎng)練習(xí)題參考答案

章節(jié)摘錄

　　3.7熱電偶的定標(biāo)與測(cè)溫　　溫度會(huì)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(jì)。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(diǎn)，即可對(duì)溫度計(jì)進(jìn)行定標(biāo)?！　犭娕伎芍苯影褱囟绒D(zhuǎn)換為電動(dòng)勢(shì)，非常適合于溫度測(cè)量和控溫系統(tǒng)。構(gòu)成溫差電技術(shù)基礎(chǔ)的三個(gè)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(shí)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(shí)將產(chǎn)生電壓，測(cè)量此電壓即可計(jì)算出輻射能，特別是紅外輻射，即熱輻射可以用這種方法測(cè)量?！　夭铍妱?dòng)勢(shì)信號(hào)微弱，負(fù)載能力極小，不宜采用內(nèi)阻不高的一般儀表（如普通電壓表或萬(wàn)用表）直接測(cè)量。若用傳統(tǒng)的電位差計(jì)，還需配置相應(yīng)規(guī)格的檢流計(jì)（或平衡指示儀）。本實(shí)驗(yàn)采用數(shù)字電位差計(jì)，直接讀數(shù)，直觀準(zhǔn)確，符合要求。　　【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹俊　?.掌握數(shù)字電位差計(jì)的使用方法，學(xué)會(huì)測(cè)定未知電壓?！　?.確定熱電偶的溫差電動(dòng)勢(shì)與溫度關(guān)系，繪制熱電偶定標(biāo)曲線。　　【實(shí)驗(yàn)原理】　　1.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(gè)接點(diǎn)，形成閉合回路，如圖1所示。當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)溫度不同時(shí)，則回路中就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)通常不為零的直流電動(dòng)勢(shì)，該電動(dòng)勢(shì)的方向與大小取決于兩個(gè)導(dǎo)體及其接點(diǎn)的溫度差，與兩導(dǎo)體的粗細(xì)、長(zhǎng)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(cè)量。

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