本书是按照教育部高等学校非物理类专业物理基础课程教学指导分委员会于2010年制定的《非物理类理工学科大学物理实验课程教学基本要求》, 结合人才培养的新要求和新的教学形势, 总结多年来大学物理实验课的教学改革与实践经验编写而成的。全书分为七章, 共有实验28个, 内容涵盖力学、热学、电磁学、光学、近代物理以及设计性实验。书末附录给出了物理常数表、中华人民共和国法定计量单位(摘录)。
本书可作为各类高等院校工科各专业和理科非物理类专业的本科或专科物理实验教材, 也可作为实验技术人员、相关课程教师及其他科技工作者的参考书。
本书按照教育部高等学校非物理类专业大学物理实验教学大纲, 并参照教育部高等学校非物理类专业物理基础课程教学指导分委员会于2010年制定的《非物理类理工学科大学物理实验课程教学基本要求》, 吸取国内同类教材的优点, 在编者长期教学经验的基础上, 结合物理实验教学的实际情况和一般工科院校专业的特点编写而成。
本书具有如下特点:
(1) 在选材内容的处理上, 注意起点低、终点高, 并注重对学生实验技能的培养和实验方法的训练。
(2) 按照国家计量技术规范JJF1059—2012的要求, 全面介绍了用测量不确定度表示和评定实验测量结果, 以及依据测量内容部分替代原测量结果中的测量误差表示。
(3) 合理地安排了基础物理实验、综合物理实验、设计性物理实验和创新物理实验。
(4) 部分实验介绍了几种不同的实验方法, 或选用不同的仪器对同一物理量进行测量。
(5) 结合具体实验, 适当介绍了相关的物理实验史料和物理实验在现代科学技术中的应用, 以开拓学生的视野, 提高学生的学习兴趣。
(6) 每个实验均备有思考题, 以启迪学生的思维, 巩固并加深对物理原理的理解与掌握。
在物理实验的教学过程中, 从实验室的建设、教材的编写到实验内容的改进、改革, 都凝聚着众多老师的心血。在本书的编写过程中, 西安科技大学物理实验教学中心的全体人员均参与其中。本书由班丽瑛主编, 其中班丽瑛编写绪论, 第1章, 第2章, 第5章, 第6章的6.1节和参考文献; 张爱君编写第6章的6.3、6.4节和附录; 田玉仙编写第3章的3.1、3.2、3.4、3.5、3.6节, 第4章的4.1、4.2、4.3、4.5节; 郭亚丽编写第7章; 苏敏编写第3章的3.3节, 第4章的4.4节, 第6章的6.2节。班丽瑛负责全书的统稿工作, 解忧教授对全稿进行了仔细的审阅。
物理实验教材的编写离不开物理实验室的建设, 物理实验教学也是一项集体事业。本书结合学生的实际学习情况, 总结了多年来物理实验课的教学改革与实践经验, 凝聚了众多教师的劳动成果。本书是在解忧、炎正馨、郭长立、王瑞平以及廖少俊等老师物理实验教学经验的指导下编写而成的, 在此向他们表示衷心的感谢。
由于时间有限, 书中难免有不足之处, 敬请读者批评指正。
编 者
2022年1月
绪论 1
第1章 测量误差、测量不确定度和实验数据处理 4
1.1 测量误差基本知识 4
1.1.1 测量 4
1.1.2 误差 5
1.1.3 随机误差的估算 8
1.1.4 间接测量的误差 11
1.2 测量不确定度评定与表示 13
1.2.1 测量不确定度的基本概念 13
1.2.2 测量不确定度的评定与表示 17
1.2.3 不确定度分析的意义及不确定度均分原理 20
1.2.4 不确定度计算实例 20
1.3 实验数据修约 25
1.3.1 有效位数的概念 25
1.3.2 测量不确定度的有效位数和修约规则 26
1.3.3 测量结果的有效位数和修约规则 26
1.3.4 实验数据有效位数的运算规则 27
1.4 实验数据处理方法 28
1.4.1 列表法 28
1.4.2 作图法 28
1.4.3 逐差法 30
1.4.4 最小二乘法 30
1.5 随机变量的统计分布 34
1.5.1 正态分布 34
1.5.2 t分布(学生分布) 34
1.5.3 均匀分布 34
1.5.4 三角分布 35
习题 36
第2章 物理实验的基本知识 38
2.1 物理实验常用测量方法 38
2.1.1 比较法 38
2.1.2 放大法 39
2.1.3 转换法 40
2.1.4 补偿法 41
2.1.5 平衡法 42
2.1.6 模拟法 42
2.1.7 干涉法 42
习题 42
2.2 物理实验常用仪器 43
2.2.1 力学、热学常用仪器 43
2.2.2 电磁学常用仪器 56
2.2.3 电磁学实验操作规程 63
2.2.4 光学常用仪器 63
2.3 游标卡尺和螺旋测微计的使用 66
第3章 力学和热学实验 69
3.1 拉伸法测定金属丝杨氏模量 69
3.2 用三线摆法测定刚体的转动惯量 74
3.3 模拟制冷系数的测定 78
3.4 示波器的调整与应用 85
3.4.1 用示波器显示正弦波形 85
3.4.2 用示波器显示李萨如图形 94
3.4.3 声速的测定 98
3.5 液体表面张力系数的测定 105
3.6 落球法测定液体的黏滞系数 110
第4章 电磁学实验 115
4.1 电位差计测电源电动势 115
4.2 惠斯通电桥测电阻 120
4.3 模拟法测绘静电场 124
4.4 磁聚焦法测定电子荷质比 130
4.5 利用霍尔效应测磁场 135
第5章 光学实验 141
5.1 干涉法测定透镜的曲率半径 141
5.2 分光仪的调整与使用 148
5.2.1 分光仪的调整 148
5.2.2 玻璃折射率的测定 154
5.2.3 利用光栅测量低压汞灯的波长 159
5.3 单缝衍射的光强分布 162
5.4 偏振法测定葡萄糖溶液的浓度 169
第6章 近代物理实验 176
6.1 用迈克尔逊干涉仪测定氦-氖激光器的波长 176
6.2 弗兰克-赫兹实验 185
6.3 利用光电效应测普朗克常数 190
6.4 密立根油滴实验 197
第7章 设计性实验 204
7.1 红汞水的散射现象 204
7.2 用激光显示李萨如图形 205
7.3 电磁感应与磁悬浮力 208
7.4 霍尔传感器测量杨氏模量 210
附录 214
附录A 物理常数表 214
附录B 中华人民共和国法定计量单位(摘录) 219
参考文献 222
书单推荐
