本书是依据《理工科类大学物理实验课程教学基本要求》(2010年版),以培养学生的基本实验技能、科学思维和创新意识,提高学生的科学素养和创造能力为目的,结合编者多年的物理实验教学与科研成果,在全国高等农林院校“十二五”规划教材的基础上重新编写而成的。内容包括大学物理实验课程简介,误差理论及实验数据的处理,基础物理实验,综合性、应用性与近代物理实验,专题研究、设计性与创新性实验,计算机模拟仿真实验等六章,按不同层次精选了12个基础物理实验,8个综合性、应用性与近代物理实验,6个专题研究、设计性与创新性实验和5个计算机模拟仿真实验,共计31个实验项目。
大学物理实验是理科非物理类和工、农、林、医等学科相关专业必修的基础课程,是本科生接受系统科学实验方法和实验技能训练的开端,是培养学生严谨的科学思维方式、创新意识、创新能力和实践能力的极其重要的教学环节。大学物理实验覆盖广泛的学科领域,有丰富的实验思想、方法、手段,以及综合性很强的基本实验技能训练,通过该课程的学习可培养学生的实验能力,提高其科学素质,从而在培养学生严谨的治学态度、活跃的创新意识、理论联系实际和适应科技发展的综合应用能力等方面具有其他实践类课程不可替代的作用和地位。
本书是以教育部高等学校物理学与天文学教学指导委员会物理基础课程教学指导分委员会编制的《理工科类大学物理实验课程教学基本要求》(2010年版)为指导,以安徽农业大学多年使用的、由洪炜宁主编的全国高等农林院校“十二五”规划教材为基础,结合安徽农业大学物理实验教学与科研成果和经验,重新编写而成的。全书共六章,包括26个操作实验和5个仿真实验,系统地介绍了误差与不确定度、有效数字运算和数据处理的基本知识。所涉及的实验分为基础性实验,综合性、应用性与近代物理实验,专题研究、设计性与创新性实验,计算机模拟仿真实验等,建设了体现农林特色的综合、设计、研究于一体,逐层提高的专题物理实验项目,力求在满足基础技能训练培养的基础上,将有限的教学时间集中到一个专题实验项目中进行系统教学,旨在通过专题实验的分层教学,逐层训练学生的实验应用能力与创新能力。
本书引入了模拟仿真等现代化的实验教学理念和实验方法,并配有数字化教学内容,在每个实验项目的实验原理、仪器介绍、实验内容等相应位置附有二维码,学生通过扫描二维码可以访问相应的电子教案或授课视频等辅助教学内容。除了基本教学内容外,还有相应的拓展与创新内容,供学有余力的同学进行探索性学习。每个层次的实验内容都覆盖力学、热学、电磁学、光学、原子物理等物理学的多个分支。本书注重教学内容的系统性和实验技能的严格训练,同时拓展加强了提高学生综合能力、培养创新精神等多方面的功能。
本书由洪炜宁任主编,钱良存、刘家菊、周爱毓任副主编,参编人员包括:洪炜宁(实验九、二十、二十三)、钱良存(第一章,第二章,实验六、十九)、李满兰(实验三、四、十八、二十一)、刘家菊(实验五、八、第六章)、周爱毓(实验二十二、二十四)、周倩(实验十一、十二、二十五)、袁兴红(实验一、二、十六、十七)、曹春斌(实验十、十三、十四)、穆姝慧(实验七、十五、二十六)。本书虽由以上同志执笔编写,实际上凝聚了集体的智慧,是全体教师辛勤劳动的成果。
在编写过程中,我们参考了大量的教学参考书和兄弟院校的物理实验教材,从中汲取了宝贵经验,并引用了部分内容。本书的出版得到了高等教育出版社和安徽农业大学教材中心的大力支持和关心,在此一并致谢。
尽管我们做出了努力,但因水平有限,书中的不妥之处在所难免,欢迎读者批评指正。
第一章 大学物理实验课程简介
第一节 大学物理实验课程的地位、作用、主要目的和任务
一、大学物理实验课程的地位和作用
二、大学物理实验课程的主要目的和任务
第二节 大学物理实验课程的教学体系和教学要求
一、大学物理实验课程的教学体系
二、大学物理实验课程的教学要求
第三节 大学物理实验教学与考核的主要环节
一、教学环节
二、考核环节
第一章 参考文献
第二章 误差理论及实验数据的处理
第一节 测量的基础知识
一、测量的定义
二、测量的分类
三、测量的基本方法和仪器调整的基本原则
第二节 测量结果的有效数字
一、有效数字的定义
二、直接测量数据的读取及有效数字的意义
三、有效数字的运算法则
四、有效数字尾数的取舍规则
五、科学记数法
第三节 误差的基础知识
一、误差的定义和表示法
二、误差的分类
三、随机误差的分布规律与特点
四、多次测量的平均值和标准偏差
五、过失误差(粗差)的剔除
六、测量的精密度、准确度和精确度
第四节 直接测量结果的表示和不确定度的评定
一、不确定度的基本知识
二、单次直接测量结果的表示
三、多次直接测量结果的表示
四、不确定度取位规定及实例
第五节 间接测量结果的表示和不确定度的评定
第六节 实验数据处理的常用方法
一、列表法
二、作图法
三、逐差法
四、一元线性回归法(最小二乘拟合法)
五、KENKO-82TL计算器的统计功能的使用
六、Excel数据处理软件简介
第七节 习题
第八节 大学物理实验预习报告撰写导航
一、网上物理实验预习的重点
二、以“牛顿环测量透镜的曲率半径”为例给出撰写预习报告的模板
第二章 参考文献
第三章 基础物理实验
实验一 用落球法测定液体的黏度
实验二 金属线膨胀系数的测量
实验三 刚体转动惯量的测量
一、用恒力矩转动法测定物体的转动惯量
二、用三线摆法测定物体的转动惯量
实验四 杨氏模量的测定
一、用光杠杆通过拉伸法测杨氏模量
二、用数显近距杨氏模量仪通过拉伸法测杨氏模量
实验五 用直流电势差计测定电源电动势
一、线式电势差计测量电源电动势
二、箱式直流电势差计测定电动势
实验六 示波器的原理和使用
实验七 用示波器测量铁磁材料的磁滞回线
实验八 交流电桥
实验九 用霍尔效应法测量磁场及霍尔元件特性的研究
一、用霍尔效应法测量电磁铁的磁场及霍尔元件特性的研究
二、用霍尔效应法测量亥姆霍兹线圈磁场和螺线管的磁场
实验十 等厚干涉
实验十一 分光计的调节和折射率的测定
一、分光计的调节
二、用分光计测量三棱镜的折射率
三、用分光计测量液体的折射率
实验十二 用分光计和光栅测定光栅常量和光波波长
第四章 综合性、应用性与近代物理实验
实验十三 密立根油滴实验测量元电荷
实验十四 太阳能电池特性研究与应用
实验十五 超声波声速测量
实验十六 迈克耳孙干涉仪的调整和使用
实验十七 用迈克耳孙干涉仪测空气折射率
实验十八 弗兰克-赫兹实验
实验十九 光电效应物理量测量及应用
实验二十 核磁共振及应用
第五章 专题研究、设计性与创新性实验
实验二十一 液体表面张力系数测定与研究系列实验
一、用焦利弹簧秤测定液体的表面张力系数
二、用硅压阻式力敏传感器测定液体的表面张力系数
三、用毛细管法测定液体的表面张力系数
四、液体表面张力系数与温度或浓度关系的研究
实验二十二 直流电系列实验
一、基础电学设计性实验
二、晶体二极管的伏安特性研究
三、直流电桥组装及研究
四、热敏电阻温度计的设计与研究
五、补偿原理的研究及应用
六、恒温控制电路的研究
实验二十三 交流电路系列实验
一、正弦交流电路中R、L、C元件阻抗频率特性研究
二、RC、RL串联电路的稳态特性研究
三、RLC串联电路的稳态特性研究
四、RC、RL串联电路的暂态特性研究
实验二十四 传感器系列实验
一、电阻应变式传感器灵敏度特性的研究
二、差动变压器式(互感式)传感器的特性研究
三、电涡流式传感器的特性研究
四、霍尔传感器的特性研究
五、变面积式电容传感器的特性研究
实验二十五 数字化创新系列实验
一、数字化光学综合实验系统
二、数字化热学综合实验系统——热机循环
三、数字化电磁学综合实验系统
实验二十六 波动光学系列实验
一、用超声光栅测定液体中的声速
二、设计与研究用三种方法测量细丝直径
三、设计与研究用三种方法测量液体的折射率
第六章 计算机模拟仿真实验
第一节 计算机模拟仿真技术简介及软件使用方法
第二节 计算机模拟仿真物理实验
一、密立根油滴实验
二、迈克耳孙干涉仪
三、偏振光的研究
四、交流谐振电路及介电常量的测量
五、超声速的测量
附录一 中华人民共和国法定计量单位
附录二 常用物理量