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大學物理實驗教程(第三版) 版權信息
- ISBN：9787030728371
- 條形碼：9787030728371 ; 978-7-03-072837-1
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
大學物理實驗教程(第三版) 內容簡介
本書是在湖北工業大學大學物理實驗中心多年教學實踐的基礎上，依據教育部高等學校物理學與天文學教學指導委員會編制的《理工科類大學物理實驗課程教學基本要求》（2010年版）編寫而成的。本書除緒論外共5章，第1章和第2章分別介紹了測量誤差與數據處理和的相關內容、物理實驗基本知識和常用物理實驗儀器；第3章和第4章分別介紹了基礎性實驗和綜合應用實驗;第5章簡單介紹了設計性與研究性實驗的特點與流程、實驗方案的選擇和實驗儀器的配套；書后附有國際單位制的簡介及常用的物理常量。本書共安排了基礎性實驗8個、綜合性實驗21個、設計性實驗9個。本書可作為高等學校理工科各專業大學物理實驗課程的教材或參考書，也可供實驗技術人員和有關課程的教師參考。
大學物理實驗教程(第三版) 目錄
目錄Contents
第0章 緒論 1
0.1 物理實驗的重要性 2
0.2 物理實驗課程的教學目的 2
0.3 物理實驗課程的教學環節 2
第1章 誤差分析及數據處理 4
1.1 測量與誤差 5
1.1.1 測量與讀數 5
1.1.2 誤差 6
1.2 系統誤差與隨機誤差 7
1.2.1 系統誤差 7
1.2.2 隨機誤差 8
1.3 不確定度 10
1.3.1 不確定度的概念 10
1.3.2 不確定度與誤差 11
1.3.3 直接測量結果的不確定度 12
1.3.4 間接測量結果的不確定度 13
1.4 有效數字 15
1.4.1 有效數字的概念 15
1.4.2 有效數字的特征 15
1.4.3 有效數字的科學記數法 16
1.4.4 有效數字與不確定度 16
1.4.5 有效數字的運算 16
1.5 數據處理 18
1.5.1 列表法 18
1.5.2 作圖法 18
1.5.3 逐差法 19
1.5.4 線性回歸（直線擬合）法 20
1.6 實驗結果的計算機處理 21
習題與思考 21
第2章 常用儀器的原理及使用 23
2.1 游標卡尺 24
2.1.1 游標卡尺的構造 24
2.1.2 游標卡尺的讀數原理 24
2.2 螺旋測微器 25
2.2.1 螺旋測微器的構造 25
2.2.2 螺旋測微器的讀數原理及使用方法 26
2.3 物理天平 27
2.3.1 物理天平的結構 27
2.3.2 物理天平的性能指標與精度等級 28
2.3.3 物理天平的調節與使用 28
2.4 直流穩壓電源 29
2.5 讀數顯微鏡 31
2.5.1 讀數顯微鏡的結構 31
2.5.2 讀數顯微鏡的調節方法 32
2.6 測微目鏡 33
2.7 數字示波器 34
第3章 基礎性實驗 35
實驗一 液體表面張力系數的測量 36
實驗二 理想氣體定律實驗 41
實驗三 用電橋法測電阻 46
實驗四 畢薩儀測磁場 52
實驗五 PN結溫度傳感器的研究 58
實驗六 薄透鏡焦距的測量 63
實驗七 分光計的結構與調整 68
實驗八 用分光計測量三棱鏡的折射率 75
第4章 綜合與應用性實驗 81
實驗九 楊氏模量的測量 82
實驗十 超聲波在空氣中的傳播 89
實驗十一 多普勒效應綜合實驗 93
實驗1 多普勒效應驗證及聲速測量 94
實驗2 水平簡諧振動的測量 96
實驗3 設計性實驗：重力加速度的測量 98
實驗十二 基于冷卻法的金屬比熱容測量 100
實驗十三 金屬熱膨脹系數的測量 105
實驗十四 熱機效率綜合實驗 109
實驗十五 電位差計的校準與使用 116
實驗十六 靜電場的模擬 123
實驗十七 RLC振蕩電路特性研究 129
實驗十八 密立根油滴實驗 134
實驗十九 霍爾效應綜合實驗 144
實驗1 測量霍爾電壓UH與電流IS的關系 146
實驗2 測量霍爾電壓UH與磁場B的關系 148
實驗3 測量霍爾元件電導率σ 149
實驗二十 光柵的衍射 151
實驗二十一 用雙棱鏡測量光波的波長 154
實驗二十二 用牛頓環測透鏡的曲率半徑 158
實驗二十三 用邁克耳孫干涉儀測光波波長 162
實驗二十四 用單縫衍射測量光波波長 166
實驗二十五 微波光學綜合實驗 170
實驗1 認識微波天線（選做） 171
實驗2 微波的反射 173
實驗3 微波在棱鏡中的折射 174
實驗4 微波的偏振 175
實驗5 布拉格衍射 176
實驗二十六 用光電效應測定普朗克常量 179
實驗二十七 弗蘭克-赫茲實驗 185
實驗二十八 黑體輻射實驗 194
第5章 設計性與研究性實驗 199
實驗二十九 動力學綜合設計性實驗 200
實驗1 研究單擺的運動特性 200
實驗三十 電表的改裝 203
實驗三十一 巨磁電阻效應及其應用 206
實驗三十二 太陽能電池特性的研究 214
實驗三十三 數字稱量器的設計制作 217
實驗三十四 溫度報警器的設計制作 225
實驗三十五 電機轉速的測量 229
實驗三十六 微小長度測量綜合實驗 233
實驗1 微小長度的多途徑測量 236
實驗2 雙光柵測量微弱振動位移量 237
實驗三十七 顯微鏡和望遠鏡的設計與組裝 242
實驗三十八 計算機實測物理實驗 246
實驗1 用計算機實測技術研究冷卻規律 251
參考文獻 256
第0章 緒論 1
0.1 物理實驗的重要性 2
0.2 物理實驗課程的教學目的 2
0.3 物理實驗課程的教學環節 2
第1章 誤差分析及數據處理 4
1.1 測量與誤差 5
1.1.1 測量與讀數 5
1.1.2 誤差 6
1.2 系統誤差與隨機誤差 7
1.2.1 系統誤差 7
1.2.2 隨機誤差 8
1.3 不確定度 10
1.3.1 不確定度的概念 10
1.3.2 不確定度與誤差 11
1.3.3 直接測量結果的不確定度 12
1.3.4 間接測量結果的不確定度 13
1.4 有效數字 15
1.4.1 有效數字的概念 15
1.4.2 有效數字的特征 15
1.4.3 有效數字的科學記數法 16
1.4.4 有效數字與不確定度 16
1.4.5 有效數字的運算 16
1.5 數據處理 18
1.5.1 列表法 18
1.5.2 作圖法 18
1.5.3 逐差法 19
1.5.4 線性回歸（直線擬合）法 20
1.6 實驗結果的計算機處理 21
習題與思考 21
第2章 常用儀器的原理及使用 23
2.1 游標卡尺 24
2.1.1 游標卡尺的構造 24
2.1.2 游標卡尺的讀數原理 24
2.2 螺旋測微器 25
2.2.1 螺旋測微器的構造 25
2.2.2 螺旋測微器的讀數原理及使用方法 26
2.3 物理天平 27
2.3.1 物理天平的結構 27
2.3.2 物理天平的性能指標與精度等級 28
2.3.3 物理天平的調節與使用 28
2.4 直流穩壓電源 29
2.5 讀數顯微鏡 31
2.5.1 讀數顯微鏡的結構 31
2.5.2 讀數顯微鏡的調節方法 32
2.6 測微目鏡 33
2.7 數字示波器 34
第3章 基礎性實驗 35
實驗一 液體表面張力系數的測量 36
實驗二 理想氣體定律實驗 41
實驗三 用電橋法測電阻 46
實驗四 畢薩儀測磁場 52
實驗五 PN結溫度傳感器的研究 58
實驗六 薄透鏡焦距的測量 63
實驗七 分光計的結構與調整 68
實驗八 用分光計測量三棱鏡的折射率 75
第4章 綜合與應用性實驗 81
實驗九 楊氏模量的測量 82
實驗十 超聲波在空氣中的傳播 89
實驗十一 多普勒效應綜合實驗 93
實驗1 多普勒效應驗證及聲速測量 94
實驗2 水平簡諧振動的測量 96
實驗3 設計性實驗：重力加速度的測量 98
實驗十二 基于冷卻法的金屬比熱容測量 100
實驗十三 金屬熱膨脹系數的測量 105
實驗十四 熱機效率綜合實驗 109
實驗十五 電位差計的校準與使用 116
實驗十六 靜電場的模擬 123
實驗十七 RLC振蕩電路特性研究 129
實驗十八 密立根油滴實驗 134
實驗十九 霍爾效應綜合實驗 144
實驗1 測量霍爾電壓UH與電流IS的關系 146
實驗2 測量霍爾電壓UH與磁場B的關系 148
實驗3 測量霍爾元件電導率σ 149
實驗二十 光柵的衍射 151
實驗二十一 用雙棱鏡測量光波的波長 154
實驗二十二 用牛頓環測透鏡的曲率半徑 158
實驗二十三 用邁克耳孫干涉儀測光波波長 162
實驗二十四 用單縫衍射測量光波波長 166
實驗二十五 微波光學綜合實驗 170
實驗1 認識微波天線（選做） 171
實驗2 微波的反射 173
實驗3 微波在棱鏡中的折射 174
實驗4 微波的偏振 175
實驗5 布拉格衍射 176
實驗二十六 用光電效應測定普朗克常量 179
實驗二十七 弗蘭克-赫茲實驗 185
實驗二十八 黑體輻射實驗 194
第5章 設計性與研究性實驗 199
實驗二十九 動力學綜合設計性實驗 200
實驗1 研究單擺的運動特性 200
實驗三十 電表的改裝 203
實驗三十一 巨磁電阻效應及其應用 206
實驗三十二 太陽能電池特性的研究 214
實驗三十三 數字稱量器的設計制作 217
實驗三十四 溫度報警器的設計制作 225
實驗三十五 電機轉速的測量 229
實驗三十六 微小長度測量綜合實驗 233
實驗1 微小長度的多途徑測量 236
實驗2 雙光柵測量微弱振動位移量 237
實驗三十七 顯微鏡和望遠鏡的設計與組裝 242
實驗三十八 計算機實測物理實驗 246
實驗1 用計算機實測技術研究冷卻規律 251
參考文獻 256
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大學物理實驗教程(第三版) 節選
第0章緒論 0.1 物理實驗的重要性 物理學是人類認識自然界的基礎，它揭示與闡述物質世界基本構成及其運動和相互作用的基本規律。物理學對人類社會的發展起到了極大的推動作用，是現代科學的基石，也是當代前沿科學的源泉。從改變人類生活模式的手機、電視、筆記本電腦、無人駕駛汽車，到提高人類健康水平的超聲波、CT技術等各種診療設備，再到影響人類生存和開拓的登月工程、火星探索、核武器、核能源等，都深深根植于物理科學的成就之上。 物理學也是一門實驗科學。發現新的物理現象、探索新的物理規律、驗證新的物理理論，都離不開物理實驗。縱觀整個物理學的發展歷史就會發現，實驗對理論的建立起著十分強大的支撐作用。從伽利略（Galileo）的自由落體實驗發現的力學規律，到卡文迪什（Cavendish）實驗驗證靜電力與距離的平方反比規律、法拉第（Faraday）的電磁感應實驗，再到托馬斯 楊（Thomas Young）的雙縫干涉實驗驗證光的波粒二象性等經典實驗，用*簡單的儀器和設備，發現了*根本、*單純的科學本質，開辟了對自然界嶄新的認識，也閃爍著物理學家們思想的光芒，在物理學發展史上豎立起一座座豐碑。諾貝爾物理學獎從1901年開始獲獎的150多位獲獎者中，因物理實驗方面的偉大發現或發明而獲獎的占2/3以上。毫不夸張地說，沒有物理實驗就沒有物理學。 科學的迅猛發展使得有些知識很快陳舊，但是物理實驗揭示的規律和基本原理仍然在物理學及其衍生分化開來的其他學科中得到廣泛應用。在探索與開拓新的科技領域中，物理實驗仍然是強有力的工具和基礎。在探索新理論、新材料、新工藝的研究中，必須進行大量的科學實驗，而物理實驗提供了實驗原理設計、數據處理、常用儀器選擇等基礎知識。物理實驗作為理工科學生必修的基礎課，是學生接受系統科學訓練和技能培養的開端，在培養學生發現、觀察、分析、研究、解決問題的能力方面，在培養思維和創造能力、激發求知欲望、養成嚴謹科研作風等方面都有著不可或缺的重要作用。 0.2 物理實驗課程的教學目的 本課程的教學目的如下： （1）培養學生的科學實驗技能、科學思維和創新意識，提高學生科研實驗素質，使學生初步掌握科學實驗的思想和方法； （2）培養學生嚴謹務實的科學作風，實事求是的科學態度，積極主動的探索欲望，遵章守紀、團結協作的科學精神； （3）讓學生掌握物理實驗的基本理論和基本方法，初步培養學生的實驗研究能力； （4）使學生熟悉各種常用儀器的結構、性能及使用方法，培養其正確進行實驗操作、準確測量的能力； （5）讓學生掌握正確處理實驗數據、分析與估算實驗誤差的基本理論和方法，培養學生撰寫能夠正確反映實驗過程和結果的實驗報告的能力。 0.3 物理實驗課程的教學環節 物理實驗課程包括實驗預習、實驗操作和完成實驗報告三個基本環節。 1.實驗預習 實驗預習是實驗成功與否的先決條件。學生應該在上課前仔細閱讀相關實驗全部內容，掌握實驗原理；了解實驗內容和步驟，明確要觀察的物理現象和需要測量的物理量及測量方法；了解實驗儀器的使用方法和操作程序。要求通過預習，整理出實驗要點，提交預習報告。 預習報告主要包括實驗目的、原理、內容、儀器、步驟，以及數據記錄表格等內容。 2.實驗操作 實驗操作是實驗課的中心環節。學生應該根據實驗教材要求，在教師的指導下，獨立完成實驗操作的全過程。 學生進入實驗室后，首先要做好以下兩項工作。 （1）清點儀器。對照實驗項目檢查實驗桌上的儀器設備，如有短缺或損壞，應及時向老師反映，予以補充或更換。實驗中如有丟失或損壞儀器的情況，應及時向老師報告，必要時還應填寫書面報告。 （2）認識儀器。清點無誤后，要對儀器充分觀察，了解儀器的結構、特性，以及調節與使用方法。在此基礎上，進行儀器的安裝調試、電路連接、光路調整等工作，為測量實驗數據做好充分準備。 測量實驗數據時，要注意是否滿足實驗條件，是否正確執行操作規范，是否采用正確的讀數方法，是否準確記錄實驗數據等。對實驗中出現的問題應認真分析、思考，要將其看成學習的良好機會，嘗試獨立排除故障或解決問題。 真實記錄實驗數據，如實描述實驗過程，是一個科學工作者基本的職業道德要求。在實驗過程中，當實驗結果與已知值或公認值出現偏差時，不允許篡改或偽造數據。實驗過程比結果更重要。 實驗完成后，把記錄的原始數據呈交指導老師審閱，經認可后學生可結束實驗。學生整理好實驗儀器、清理干凈桌面方可離開實驗室。 3.實驗報告 實驗報告是對實驗過程的全面總結，由學生在課后獨立完成。實驗報告除預習報告的所有內容外，還包括數據記錄、數據處理、誤差及誤差分析、實驗結果或結論，以及問題與討論等。 第1章誤差分析及數據處理 1.1 測量與誤差 1.1.1 測量與讀數 1.測量 將被測物理量與作為標準的物理量進行比較，以突出被測物理量為標準物理單位多少倍的過程稱為測量，它是實驗的基礎，是人們對物理現象、規律、特性由感性認識上升為理性認識的必然過程。測量所得物理量稱為測量量，它必須包括數值和單位兩個部分。 依據操作方法的不同，測量大致可分為如下兩類。 1）直接測量 能從儀器、量具上直接讀出測量量的測量稱為直接測量，用這種方法獲得的物理量稱為直接測量量。例如，用游標卡尺測量長度、用物理天平測量質量、用秒表測量時間等都屬于直接測量，它們所獲得的物理量，如長度、質量、時間等均為直接測量量。 2）間接測量 依據某些物理原理（函數關系式），將可直接測量的物理量代入函數關系式進行計算才能獲得待測物理量的測量稱為間接測量。例如，圓周長的測量、重力加速度的測量（用單擺）等都屬于間接測量。因為圓周長L的測量須先直接測出圓半徑r，然后代入關系式 來計算；重力加速度g的測量須先測出單擺的周期T和擺長 ，然后代入公式 來計算。圓周長L、重力加速度g都是間接測量量。 2.讀數 從儀器、量具上獲取待測物理量的過程稱為讀數，它是物理實驗中的重要環節，對實驗的精確度有著一定的影響。 依據獲取數據方法的差異，讀數有直讀與估讀之分。 1）直讀 從儀器、量具上直接讀取數據的過程稱為直讀，其優點是直觀、快捷，多用在能夠“對準”的儀器、量具上（如游標卡尺）。此外，數字儀表（如旋轉式電阻箱）也用直讀。 2）估讀 有些儀表，如螺旋測微器（千分尺）等，因構造問題而不能直讀，只好估讀。估讀，就是必須通過估算才能得出*后結果的一種讀數方法，其要點是先直讀儀器*小分格的整數部分（其值稱為可靠讀數），然后用估算法估出*小分格以下的部分（只取一位數，其值稱為可疑值或存疑值）。可靠讀數與存疑值之和即為測量的結果。螺旋測微器的讀數就是一種估讀，實際上它是直讀與估算的一種混合讀數。 1.1.2 誤差 任何物體在一定條件下都有一個能反映自身某種特性的、客觀存在的、不以人們意志為轉移的物理量的真實值，稱為真值（用A表示），實驗目的就是設法獲取真值。但是，由于各種原因，測量值 與真值A之間總是或多或少地存在差別，這種差別（亦稱偏差）稱為誤差，常用 來表示，即 （1-1-1） 這樣定義的誤差反映了測量值對真值大小及方向的偏離，亦稱絕對誤差，其值越小，測量結果就越精確。 絕對誤差有正、負之分：若，則稱正性誤差，說明測量結果大于真值；若，則稱負性誤差，說明測量結果小于真值。 順便指出，從測量的角度來說，真值是個理想的概念，一般來說是不知道的，因此，在實際測量中通常多用該物理量的多次重復測量的平均值（稱約定真值）來取代真值A（即令），于是式（1-1-1）也可改成 （1-1-2） 式中： （1-1-3） 為平均值；為第次的測量值。 考慮到絕對誤差的正負性，實驗的測量值又可表示為 （1-1-4） 式（1-1-4）說明，被測物理量在至的范圍內（式中為絕對誤差值，后同），換言之，絕對誤差 給出了被測量的范圍： 越小，實驗測量值就越接近于真值。 但是，絕對誤差不能用來對不同測量結果優劣（或精確度）進行比較。例如，某人測量1m長的物體的絕對誤差為0.2mm，另一人測量10m長的物體的絕對誤差也是0.2mm，顯然，后者測量的精確度要高（優）于前者。這說明，為了便于對不同測量結果優劣進行比較，必須要考慮被測物理量本身的大小，于是，引入相對誤差的概念，其定義為絕對誤差 與物理量本身大小 之比，即 （1-1-5） 相對誤差越小，實驗的精確度就越高。 例1-1-1 某人用游標卡尺（參見第3章實驗一）測量兩個物體的長度分別為（60.04±0.02）mm和（10.02±0.02）mm。求兩次測量的絕對誤差和相對誤差。
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