本書是遼寧石油化工大學物理實驗中心在長期實驗教學的基礎(chǔ)上,結(jié)合教學內(nèi)容和課程體系改革成果編寫而成的。
全書由五部分組成,包括緒論、誤差理論及實驗數(shù)據(jù)處理、基礎(chǔ)實驗、近代及綜合實驗、設(shè)計性與研究性實驗。讀者可以在書末附錄中查找實驗內(nèi)容涉及的常用物理常數(shù)。為了適應(yīng)不同專業(yè)、不同層次學生的學習和能力培養(yǎng)要求,在實驗內(nèi)容的安排上,多數(shù)實驗都包括“必做內(nèi)容”和“選做內(nèi)容”兩部分,還有部分實驗安排了“實驗拓展”的內(nèi)容。這樣有層次的實驗內(nèi)容安排有利于學生個性發(fā)展和優(yōu)秀學生的深造。設(shè)計性與研究性實驗著重培養(yǎng)學生獨立查閱資料的能力、實驗過程的設(shè)計能力以及對實驗結(jié)果進行分析和研究的能力,激發(fā)學生的創(chuàng)新精神,為對物理學科有興趣、又具備學習能力的學生提供學習和成長空間。本書各章節(jié)的內(nèi)容和實驗項目既相對獨立,又相互配合,且循序漸進。
本書可作為高等工科院校相關(guān)專業(yè)的普通物理實驗教材或教學參考用書,并適合不同層次的教學需要。
本書是根據(jù)國家教育部《高等學校物理實驗基本要求》的規(guī)定,為了適應(yīng)物理實驗教學對人才培養(yǎng)的新要求和學分制下學生自由選課的新形勢,在結(jié)合遼寧石油化工大學理學院物理實驗中心多年物理教學實踐的基礎(chǔ)上,不斷充實近年來的教學成果和經(jīng)驗加以完善而成的物理實驗教材。
大學物理實驗課程是高等理工科院校學生進行科學實驗基本訓練的一門必修課;是學生在大學期間受到系統(tǒng)實驗技能訓練的開始。大學物理實驗以其“動腦與動手,理論與實際的有機結(jié)合”的特點,在培養(yǎng)學生運用實驗方法去發(fā)現(xiàn)、觀察、分析和研究、解決問題的能力方面,在提高學生科學實驗素質(zhì)、激發(fā)學生的創(chuàng)新精神、培養(yǎng)創(chuàng)新能力方面都起著十分重要的作用。為學生今后的學習、工作奠定良好的實驗能力基礎(chǔ)。
全書由五部分組成,包括緒論、誤差理論及實驗數(shù)據(jù)處理、基礎(chǔ)實驗、近代及綜合實驗、設(shè)計性與研究性實驗。為了學生能夠更加有效地使用App進行網(wǎng)絡(luò)選課,本書在緒論部分增加了學生物理實驗網(wǎng)絡(luò)選課App使用指南。在實驗內(nèi)容安排上,層次分明、由淺入深、循序漸進,既有對培養(yǎng)學生實驗能力行之有效的典型基礎(chǔ)實驗,又包括一些代表性的近代科技實驗、綜合性和設(shè)計性實驗項目,如應(yīng)用光纖技術(shù)原理設(shè)計的光纖煙霧報警設(shè)計實驗、應(yīng)用傳感器原理設(shè)計熱釋電報警器設(shè)計實驗、應(yīng)用光電轉(zhuǎn)換技術(shù)設(shè)計的光電報警設(shè)計實驗等。考慮到大學物理實驗課的獨立性和面向低年級學生的特點,在編寫基礎(chǔ)實驗時,力求將實驗原理敘述清楚,計算公式推導完整,使學生在預習時掌握理論依據(jù);實驗內(nèi)容和實驗步驟盡可能具體,以加強對基本實驗技能和基本實驗方法的訓練和指導。教材中列出的實驗涉及了力、熱、電、光和近代物理學的理論知識,范圍廣泛,內(nèi)容詳盡,教師可以根據(jù)不同專業(yè)不同層次的教學對象,選做其中部分實驗。除了“必做內(nèi)容”和“選做內(nèi)容”,部分實驗含有“實驗拓展”,這部分內(nèi)容鼓勵學有余力的優(yōu)秀學生選做。常用電磁學實驗儀器安排在多個實驗中反復使用,使學生能夠正確熟練地掌握這些常用儀器的調(diào)節(jié)和使用方法。同時,第2章還編排了電磁學實驗基本知識,學生可以通過閱讀來學習使用這些常用的電磁學儀器。本書選編了16個設(shè)計性與研究性實驗內(nèi)容,要求學生根據(jù)題目、要求和必要的提示,獨立查閱資料、自行選擇實驗儀器、設(shè)計實驗方案、步驟、記錄實驗數(shù)據(jù),解釋實驗現(xiàn)象、最終得出實驗結(jié)論。此類實驗內(nèi)容能夠促進學生自主學習和思考,培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和獨立解決實際問題能力。
參加本書編寫的為遼寧石油化工大學物理實驗中心教師。參編教師分工如下:許星光、宋昭遠(緒論,誤差理論及實驗數(shù)據(jù)處理,2.1~2.9),石鳳燕、王莉(2.10~2.14,2.21~2.24,3.1),于靜(2.15~2.20),王學慧、李帆、朱艷英、代玉杰(2.25~2.27,3.11),金瑩(3.2,3.3),張雷(3.4,3.5),黃艷茹(3.6),隋成玉(3.7,3.8),李向榮(3.9,3.10),趙波(3.12,3.13),張艷華(3.14,3.16,3.17),石曉玲(3.15),姜永健(3.18,3.19),趙杰、郭懷紅、王一男、張磊磊(3.20,4.1~4.11),龍文、黃金華(4.12~4.15,附錄)。主編王莉、許星光、宋昭遠負責組織編寫及統(tǒng)稿工作,副主編黃艷茹、代玉杰、金瑩協(xié)助完成實驗項目的選排和勘誤。全書由玉姣主審。
實驗教學是一項集體工作,本書凝聚了遼寧石油化工大學理學院物理實驗中心多年來所有從事物理教學的教師和技術(shù)人員的智慧和勞動成果。本書在編寫過程中參閱了我實驗中心教研室以前的大學物理實驗講義和許多兄弟院校的有關(guān)教材以及儀器生產(chǎn)廠家的說明書,吸取了寶貴經(jīng)驗,在此表示衷心的感謝!
由于水平有限,書中難免存在不當之處,望讀者和專家批評指正。
編者
2017年10月
0緒論1
0.1物理實驗的地位與作用1
0.2物理實驗課的任務(wù)及主要教學環(huán)節(jié)1
0.3學生App操作指南2
0.4實驗室規(guī)則6
1誤差理論及實驗數(shù)據(jù)處理7
1.1測量與誤差7
1.2不確定度和測量結(jié)果的表示11
1.3數(shù)據(jù)處理的基本知識15
2基礎(chǔ)實驗21
2.1長度和質(zhì)量的測量21
2.2用拉伸法測金屬絲的楊氏彈性模量25
2.3固體線脹系數(shù)的測定29
2.4弦駐波實驗31
2.5落球法測定液體的黏度34
2.6冷卻法測量金屬的比熱容37
2.7音叉的受迫振動與共振實驗41
2.8碰撞打靶實驗45
2.9聲速的測量49
2.10電磁學實驗基本知識56
2.11用電位差計測電動勢63
2.12惠斯登電橋測電阻67
2.13示波器的使用69
2.14介質(zhì)介電常數(shù)的測定75
2.15電表的改裝與校準79
2.16霍爾效應(yīng)實驗84
2.17RLC電路穩(wěn)態(tài)特性的研究89
2.18RLC電路暫態(tài)特性的研究94
2.19光學實驗基本知識98
2.20用牛頓環(huán)測透鏡的曲率半徑100
2.21分光計的調(diào)節(jié)和應(yīng)用104
2.22透鏡焦距的測定109
2.23旋光率的測量114
2.24偏振光現(xiàn)象的研究118
2.25三棱鏡頂角和最小偏向角的測量122
2.26邁克爾遜干涉儀的調(diào)節(jié)和使用129
2.27阿貝折射儀測定物質(zhì)折射率134
3近代及綜合實驗139
3.1光電效應(yīng)測定普朗克常數(shù)139
3.2夫蘭克-赫茲實驗145
3.3液晶的電光效應(yīng)151
3.4太陽能電池基本特性測定實驗160
3.5阿貝成像原理和空間濾波164
3.6密立根油滴法測電子電量169
3.7霍爾效應(yīng)法測磁場177
3.8電子射線和場的研究179
3.9核磁共振185
3.10用邁克爾遜干涉儀測玻璃折射率191
3.11數(shù)字電表原理及萬用表設(shè)計與組裝實驗195
3.12光纖轉(zhuǎn)速傳感器實驗205
3.13綜合傳感器實驗一208
3.14綜合傳感器實驗二213
3.15溫度傳感技術(shù)綜合實驗219
3.16數(shù)字信號光纖傳輸技術(shù)實驗227
3.17音頻信號光纖傳輸技術(shù)實驗232
3.18熱敏器件測試及變換實驗238
3.19熱釋電探測器實驗244
3.20計算機實測物理實驗248
4設(shè)計性與研究性實驗269
4.1三個探討性實驗269
4.2“碰撞打靶”實驗中能量損失的分析271
4.3奇妙的紅汞水——散射光研究273
4.4“風洞”實驗274
4.5液體黏滯系數(shù)與溫度關(guān)系的研究275
4.6邁克爾遜干涉儀的深入研究278
4.7設(shè)計和組裝望遠鏡280
4.8設(shè)計和組裝顯微鏡282
4.9浮水硬幣實驗——表面張力研究285
4.10組裝邁克爾遜干涉儀測空氣折射率287
4.11光電報警設(shè)計實驗292
4.12光纖煙霧報警設(shè)計實驗296
4.13PSD位移測試設(shè)計實驗299
4.14光電測距設(shè)計實驗302
4.15光纖位移測量系統(tǒng)設(shè)計實驗305
附錄308
附錄A常用物理數(shù)據(jù)308
附錄B銅-康銅熱電偶分度表313