大學物理實驗

前言

大學物理實驗是學生進入大學后接觸的第一門較為系統(tǒng)、完整的實驗課程。它對學生的基本實驗技能、科學實驗素質(zhì)和創(chuàng)新思維習慣等諸多方面的培養(yǎng)具有不可替代的作用。學生能夠從中領略到物理學家為物理學的發(fā)展和社會的進步所作出的杰出貢獻，學到他們卓越的物理思想、巧妙的實驗設計和精彩的分析問題及解決問題的方法，以及鍥而不舍、嚴謹求實的科學精神。這些思想、方法和精神本身已經(jīng)超越了物理學的范疇，對所有從事科學研究的工作者都具有普遍的指導作用，學習這些思想、方法和精神將會使學生終生受益。編者結合多年實驗教學和課程改革的實踐經(jīng)驗，在廣泛吸取國內(nèi)同類教材精華的基礎上，參照教育部高等學校物理基礎課程教學指導委員會于2008年1月制定的《理工科大學物理實驗課程教學基本要求》編寫了本教材。本教材具有以下三個特點：（1）低起點、分層次。全書將課程實驗分為三個層次。第一層次為基礎性實驗（共11個項目），教學重點是物理實驗基本操作技能和操作規(guī)程的訓練。通過這些基礎性實驗項目，讓學生熟悉物理實驗的常用儀器和設備，掌握正確的操作程序，熟悉基本的調(diào)試技巧，熟悉數(shù)據(jù)處理的基本方法，建立不確定度評定的概念。第二層次為提高性實驗（共17個項目），教學重點是培養(yǎng)學生綜合運用物理實驗方法的能力。通過這些經(jīng)典實驗項目，使學生從中領略精湛的實驗設計思想和巧妙的實驗技術，學習常用的物理實驗方法和測量方法，增強學生將物理實驗原理與實際工程應用有機結合的思維和意識，強化學生實踐動手能力。第三層次為設計性實驗（共2個項目），考慮到大學物理實驗教學一般在學生進入大學的第一到第四學期之間進行，學生的理論和專業(yè)知識相對較薄弱，不宜安排過多的設計性實驗。教學重點是讓學生了解科學實驗的程序和全過程，培養(yǎng)學生獨立思考和解決問題的能力，為以后的科學研究打下基礎。（2）教材精選了部分傳統(tǒng)的經(jīng)典物理實驗，在測量方法上引入了現(xiàn)代的新技術和新器件，如在力學、熱學及電磁學類實驗中大量引入了數(shù)字式儀表、光電傳感器、力敏傳感器、熱電偶和集成溫度傳感器。這有利于學生在學習傳統(tǒng)實驗方法的同時，又可了解現(xiàn)代的測量技術。

內(nèi)容概要

本書是根據(jù)教育部最新制定的《理工科大學物理實驗課程教學基本要求》編寫的大學物理實驗教材，全書共分五章，包括緒論、誤差理論基礎知識與實驗數(shù)據(jù)處理、基礎性實驗、提高性實驗、設計性實驗以霹附錄。全書以培養(yǎng)學生從事科學實驗的基本技能為主線，突出實驗設計思想，強調(diào)實驗的規(guī)范性和完整性。原理部分由淺入深，便于自學；操作部分簡明扼要，有利于學生預習。    本書可作為高等院校非物理類專業(yè)的大學物理實驗教材或參考書。

書籍目錄

第一章  緒論第二章  誤差理論基礎知識與實驗數(shù)據(jù)處理  第一節(jié)  測量與誤差  第二節(jié)  不確定度的估算  第三節(jié)  有效數(shù)字及其運算  第四節(jié)  實驗數(shù)據(jù)處理的基本方法  第五節(jié)  實驗中的基本測量方法和操作技術第三章  基礎性實驗  實驗一  長度與質(zhì)量的測量  實驗二  伏安法測電阻  實驗三  示波器的使用  實驗四  薄透鏡焦距的測量  實驗五  驗證牛頓第二定律  實驗六  單擺法測重力加速度  實驗七  電表的改裝與校準  實驗八  霍爾效應測磁場  實驗九  牛頓環(huán)  實驗十  邁克爾遜干涉儀的調(diào)節(jié)與使用  實驗十一  分光計的調(diào)節(jié)與使用第四章  提高性實驗  實驗十二  動量守恒和機械能守恒研究  實驗十三  動態(tài)法測材料的楊氏模量  實驗十四  三線擺法測轉動慣量  實驗十五  水的比汽化熱的測定  實驗十六  冷卻法測金屬的比熱容  實驗十七  拉脫法測液體的表面張力系數(shù)  實驗十八  穩(wěn)態(tài)法測不良導體的導熱系數(shù)  實驗十九  RLC電路暫態(tài)特性研究  實驗二十  RLC電路穩(wěn)態(tài)特性研究  實驗二十一  RLC電路諧振特性研究  實驗二十二  交流電橋的原理和應用  實驗二十三  自組望遠鏡  實驗二十四  自組投影儀  實驗二十五  楊氏雙縫干涉實驗  實驗二十六  光速的測定  實驗二十七  密立根油滴實驗  實驗二十八  夫蘭克-赫茲實驗第五章  設計性實驗  設計性實驗概述  實驗二十九  重力加速度的測量  實驗三十  萬用表的設計、制作與校準附錄  附錄A  中華人民共和國法定計量單位  附錄B  基本物理常數(shù)和部分常用物理量數(shù)值  附錄C  重要物理實驗編年史（至1996年）參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：人類的一切生產(chǎn)活動都離不開測量。測量結果的質(zhì)量如何，要用誤差理論來計算和評定。誤差越小，測量結果越接近真值，其質(zhì)量越高，使用價值也越高。隨著科學技術的進步，一些生產(chǎn)活動對測量誤差的要求也越來越苛刻。例如，某些大型計算機的一張芯片上就有成千上萬個元件，每個元件的定位精度不能超過一根發(fā)絲的1／10，而一旦超過了這個限度，這張芯片就將報廢。石油鉆井的鉆頭，其形位誤差必須控制在幾個微米之內(nèi)，否則將嚴重折損其使用壽命。在核醫(yī)學技術中，用Co-60照射病灶，是為了殺滅癌細胞，若不足某一劑量，毫無療效；若超過這一劑量，不僅不能殺滅癌細胞，反而會誘發(fā)癌細胞。在這一領域中，嚴格控制照射劑量的測量誤差，成了人命關天的大事。測量誤差必須正確計算和評定。誤差評定過大，錯誤地夸大了誤差范圍，會使本來合格的產(chǎn)品被宣判為廢品，使本來合格的工程增加不必要的再投資；誤差評定過小，會使本來不合格的產(chǎn)品或工程投入使用，給國家和人民生命財產(chǎn)帶來危害。長期以來，國際上、各部門間評定誤差的方法各不相同，給科技成果的互相交流和利用帶來極大的困難，也給國際貿(mào)易的平等互利帶來障礙。1980年，國際計量局在征求各國意見的基礎上，提出了《實驗不確定度的說明建議書》INC.I（1980）。1990年，我國國家技術監(jiān)督局頒布了JJF 1059-1999《測量不確定度的評定與表示》國家計量技術規(guī)范。本章以這兩份文件為基礎，根據(jù)《理工科大學物理實驗課程教學基本要求》，對上述兩份文件作了大量的簡化而編寫成的。本?？茖W生通過學習，對一些簡單的物理測量，能夠順利地進行數(shù)據(jù)處理和誤差計算，從而能夠撰寫出合格的實驗報告。

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