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大学物理实验(英文版)
本书为大学物理实验的英文教材。本书的内容共5 章,第1章和第2章介绍物理实验的基础知识,包括测量与误差的概念、不确定度的计算和评定、数据处理方法和常用仪器的介绍;第3章和第4章分别介绍基础性实验和综合实验,涉及力学、电学、光学、磁学、声学、热学及近代物理实验;第5 章简单介绍两个设计性实验。本书共安排了22个实验并配有思考题,附录是国际单位制的简介及一些常用的物理量常数,以供读者查阅。 本书可作为在华留学生、中外合作项目和双语教学各专业大学物理实验课程的教材或参考书,也可作为教师或科技工作者的参考书。
李季平,副教授,毕业于南京航空航天大学测试计量技术及仪器专业,博士。2015年在加拿大麦吉尔大学(McGill University)做访问学者一年,2008年在美国马里兰大学(University of Maryland)访问学者四个月。长期从事物理类课程和大学物理实验的教学,研究领域为测试计量技术及仪器、光学检测、激光技术与应用。主讲《大学物理》、《大学物理实验》、《基础物理实验》《近代物理实验》、《现代光学实验》和《微机原理及应用》等本科生课程。主持和参与国家自然科学基金、航空基金、国家重点研发计划等多项科研项目。参编《大学物理实验》、《基础物理实验》等多部教材。先后获国防科技三等奖,江苏省科技进步二等奖、三等奖。
CHAPTER 1 Error Theory and Data Processing ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1
1.1 Measurement ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 1.1.1 Measurement Concept ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 1.1.2 Classification of Measurement??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 1.2 Theory of Error??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????2 1.2.1 Error Definition and Expression ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????2 1.2.2 Classification of Errors ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????4 1.2.3 The Processing of Random Error ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????5 1.2.4 Evaluation of Measurement Result ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????8 1.3 Significant Digits ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????9 1.3.1 Definition of Significant Digits??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.10 1.3.2 Rules for the Operation of Significant Digits ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.11 1.4 The Evaluation of Measurement Results―Uncertainty????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.14 1.4.1 Definition of Uncertainty ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.14 1.4.2 The Uncertainty Calculation of Direct Measurement ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.15 1.4.3 Comprehensive Synthesis of Indirect Measurement Result ??????????????????????????????????????????????????????????????????????.17 1.4.4 Expression of Measurement Result ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.17 1.5 Data Processing ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.19 1.5.1 Tabulation Method????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.19 1.5.2 Graphic Method????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.20 1.5.3 Successive Differential Method ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.23 1.5.4 Least Squares Method??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.24 EXERCISE??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.26 CHAPTER 2 Instruments and Accessories ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.28 2.1 Measurement of Basic Physical Quantities ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.28 2.1.1 Basic Mechanical Instruments ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.28 2.1.2 Electromagnetic Instruments??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.33 2.2 Basic Adjustment and Operation Techniques ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.38 2.2.1 Initial State of the Instruments ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.38 2.2.2 Zero Adjustment ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.39 2.2.3 Horizontal and Vertical Adjustment ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.39 2.2.4 Coaxial Adjustment ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.39 2.2.5 Eliminating Parallax ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.40 2.2.6 Eliminating Space Error????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.40 2.3 Rules for Operation????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.40 2.3.1 Rules for Operating Electrical Experiment????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.40 2.3.2 Rules for Operating Optical Experiment ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.41 CHAPTER 3 Basic Experiments??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.43 3.1 Determination of the Solid Density ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.43 3.2 Simple Pendulum Experiment????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.46 3.3 Moment of Inertia ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.50 3.4 Young’s Modulus??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.56 3.5 Measurement of Volt-Ampere Characteristic of Resistance Element????????????????????????????????????????????????????????????????.60 3.6 Resistance Measurement with Bridge Circuit??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.64 3.7 Digital Storage Oscilloscope????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.68 3.8 Simple Harmonic Vibration and Spring Stiffness Coefficient Experiment????????????????????????????????????????????????.76 3.9 Newton’s Rings ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.81 3.10 Measurement of Focal Length of Thin Lens??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.85 CHAPTER 4 Comprehensive Experiments????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.95 4.1 Measurement of Ultrasonic Velocity ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.95 4.2 Measurement of Magnetic Field by the Hall Effect ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.102 4.3 Potentiometer??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.108 4.4 Thermoelectric Effect ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.112 4.5 The Hysteresis Loop and Magnetic Properties ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.117 4.6 The Bohr Resonator ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.122 4.7 Doppler Effect Comprehensive Experiment ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.128 4.8 The Michelson Interferometer????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.133 4.9 Oil Drop ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.139 4.10 Steady-State Measurement of Thermal Conductivity ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.143 CHAPTER 5 Design Experiments ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.148 5.1 Calibration of Milliammeter with Potentiometer????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.148 5.2 Measuring Resistance with Voltmeter-Ammeter ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.152 Appendix ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.158 Appendix A: Legal Unit of Measurement of China??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.158 Appendix B: Common Physical Data ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.160 References
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