本书是按照《理工科类大学物理实验课程教学基本要求》编写而成。全书共分为5章,内容涉及测量误差及数据处理、力学和热学实验、电磁学实验、光学实验、近代物理与综合性实验。书中比较详细地介绍了测量误差及数据处理的基本知识,介绍了实验的基本方法,在每个实验后面适当安排了思考题、实验方法和相关知识拓展。书末附录还有法定计量单位(SI单位制)和基本物理常数。
本书是理工科院校大学物理实验教学用书。
本书第一章比较详细地介绍了测量误差及数据处理的基本知识,适当引入不确定度的概念。在实验训练部分(第二章至第五章)编排了24个不同类型的实验,对每个实验原理都做了简明扼要的论述,并介绍了实验仪器的使用方法、实验内容和步骤,以便学生课前预习、设计合理的实验方案及进行实验。在每个实验后面都设有思考题,有的实验还提供实验方法和相关知识拓展,从而拓展学生视野,使学生的创新能力得到锻炼和提高。
全书实验训练内容分为力学和热学实验、电磁学实验、光学实验、近代物理与综合性实验四部分。在教学实施过程中,遵循由浅入深、由简到繁、循序渐进的原则,以利于培养并逐步提高学生的科学实验能力和素质。
本书的编写分工如下:桂林理工大学博文管理学院杨达莉编写绪论、第一章、不良导体导热系数的测量、电学元件伏安特性的测量、霍尔效应实验、薄透镜焦距的测定、光电效应实验及附录;桂林理工大学陈赛艳编写物体密度的测定、刚体转动惯量的测量、液体比热容的测定、直流单臂电桥测电阻、直流双臂电桥测低值电阻、分光计的调整和应用、硅光电池基本特性的研究;桂林理工大学博文管理学院王星编写拉伸法测量金属丝的弹性模量、测量热敏电阻的温度特性、示波器的原理及使用、光的等厚干涉实验(牛顿环)、弗兰克-赫兹实验、光纤传感器的设计与应用;桂林理工大学博文管理学院韦宁燕编写液体表面张力系数的测定、固定均匀弦振动的研究、动态法测定金属材料的弹性模量、迈克尔逊干涉仪的调节和使用、声光效应实验研究、光纤压力传感器实验。杨达莉负责统编和审稿。实验教材的编写实际上是同人们历年工作的总结,在编写本书时参阅了许多兄弟院校的相关教材,同时也得到本单位领导、物理教研室同行的热情帮助,在此表示衷心感谢。
由于编者知识水平和教学经验有限,书中错漏之处在所难免,恳请同行和广大读者批评指正。
编者2016年5月
杨达莉,女,1978年生,汉族,广西南宁人,理学学士、教育学硕士。1996~2000年就读于广西师范大学物理与电子科学系,2000~2004年于南宁第二十中学任教,2004~2007年于广西师范大学攻读硕士学位,同年留校工作两年。于2009年到桂林理工大学博文管理学院执教,担任物理教研室主任,教学效果良好,深受学生喜爱,曾获广西青年教师教学竞赛一等奖、微课比赛二等奖。研究方向为:物理教育。
绪论1
第一章数据处理基础知识3
第一节测量与误差3
第二节有效数字及其运算14
第三节数据处理的基本方法17
习题24
习题参考答案26
第二章力学和热学实验31
实验一物体密度的测定31
实验二液体表面张力系数的测定41
实验三刚体转动惯量的测量46
实验四固定均匀弦振动的研究52
实验五拉伸法测量金属丝的弹性模量60
实验六动态法测定金属材料的弹性模量66
实验七不良导体导热系数的测量72
实验八液体比热容的测定78
第三章电磁学实验84
实验一电学元件伏安特性的测量84
实验二测量热敏电阻的温度特性92
实验三直流单臂电桥测电阻97
实验四直流双臂电桥测低值电阻106
实验五霍尔效应实验112
实验六示波器的原理及使用120
第四章光学实验136
实验一薄透镜焦距的测定136
实验二分光计的调整和应用143
实验三光的等厚干涉实验(牛顿环)153
实验四迈克尔逊干涉仪的调节和使用159
第五章近代物理与综合性实验169
实验一光电效应实验169
实验二弗兰克-赫兹实验176
实验三硅光电池基本特性的研究181
实验四声光效应实验研究187
实验五光纤传感器的设计与应用193
实验六光纤压力传感器实验199
参考文献204
附录1中华人民共和国法定计量单位(节选)205
附录2常用基本物理常数(节选)208
附录3部分常用数值210
物理学从本质上说是一门实验科学。物理规律的研究一般都是以实验事实为基础,并不断接受实验的检验。物理学中的许多基本定律,如牛顿运动定律、动量守恒定律、库仑定律、法拉第电磁感应定律等,都是在大量实验的基础上总结出来的。因此,物理实验在物理学的发展过程中起着十分重要的作用。物理实验课与理论课教学具有同等重要的地位,两者既有深刻的内在联系,又有各自的任务和作用。
物理实验是对理工科大学生系统地进行实验方法和实验技能训练的开端,也是对学生进行科学实验训练的重要基础。大学物理实验课将对学生进行基础实验方法和技能的训练,特别是有效数字概念和误差理论的学习、运用和训练。物理实验教学的基本教学内容,如实验数据处理、误差分析与计算以及物理量的测量方法等基本训练,在理论课教学中是无法学到的。通过实验课的学习还有助于巩固和加深对理论课所学内容的理解。
一、物理实验课的目的
通过观察物理现象、模拟物理过程、测量物理量、探讨物理技术,使学习者:了解科学实验的基本组成和实验程序,掌握物理实验的基础知识;通过实验全过程(预习、操作和写实验报告)的训练,培养实验设计的基本能力、提出问题、分析和解决问题的能力、知识的应用能力以及报告的撰写能力;养成严肃认真的实验作风(遵守纪律、实事求是、一丝不苟、科学分析、认真细致)。
二、做好实验的三个步骤及要求
(一)课前预习
上课操作实验之前要明确实验目的,清楚实验内容、实验原理、仪器的工作原理和仪器的正确使用方法,并准备好实验所需测量数据原始记录表格。
(二)上课操作
做好实验并记录原始数据(填在表格中)。
1 考勤
按上课时间提前5~10分钟进入实验室,进实验室时要带教材,要交上次实验的实验报告,并在《实验室教学日志》上签到。一般不得请假,特殊情况(如生病)需出具证明(班主任或辅导员在请假条上签字并盖院系公章)。
2 按实验步骤规范操作
实验前先检查实验仪器,仪器完好无损时,在《实验室仪器使用(借用)记录表》上签字;实验过程中如果仪器有问题应该及时报告教师,不得擅自换实验仪器。否则出现仪器损坏情况,将按有关规定予以处罚并降低本次实验成绩。实验前,认真听教师做简要的讲解。实验操作过程中要认真仔细,特别要注意仪器的正确使用方法和注意事项,若因操作不当造成器材损坏或仪器严重磨损的,要按规定赔偿。
3 整个实验过程中不能随意走动,不能讲话影响他人
每组单独完成实验操作,并且每人都能够单独完成实验。若有不清楚的地方及时请教教师,切不可盲目从事。
4 认真记录好原始数据,记录的实验数据要整洁
伪造或抄袭他人数据的,其数据无效。数据记录要经过教师检查无误并签字才能生效。
5 保持实验室清洁,不允许在实验室内进食
实验完毕,整理好实验仪器,关闭电源,摆放好座椅。经教师允许后方可离开。
(三)课后进行数据处理,完成实验报告
实验报告要统一写在专用的实验报告纸上,字迹工整、文句简明、版面美观。一份完整的实验报告应包括实验名称、实验目的、实验仪器、实验原理、实验数据和数据处理、小结等几项内容。
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