本書貫徹以學生為本的理念,全書分測量誤差、不確定度和數據處理、物理實驗的基本訓練、基礎性實驗、綜合性實驗、設計性實驗、研究性實驗。可作為高校理工科專業(yè)的大學物理實驗教材或教材參考書,也可供相關人員參考。
物理是美妙的,學物理是幸運的,教物理是崇高的。
物理是博大的。它大至寰宇,細于微末,直追光電……相對論穿越時空,熵函數道破天機……物理是精確的。它用嚴謹的數理邏輯推導出普適性的原理和算式,對自然法則進行簡明而深刻的描述。
物理是先行者。它領跑現代科技,創(chuàng)造新材料,發(fā)軔新技術,開啟新工藝。它是原理,是動力,是工業(yè)文明的發(fā)動機,是信息技術的電動勢。
物理是靈動的。它沒有死板的線條,沒有乏味的教義。它揭示風的來歷,跟蹤水的流向。它是省力的杠桿、指南的磁針、七彩的光譜、不倒的陀螺。它是電磁感應,是光電效應,是質能關系。
物理是人本的。它不僅能分辨女王皇冠的金銀配比,畫出天體運行的橢圓,它還要追尋聲音與振動,探索熱量與制冷,研究電波與通信。它減輕我們的勞動,豐富我們的生活,拉近空間的距離,實現聲像的記錄與回放。沒有誰比它更貼近生活,沒有什么比它更令人通暢、溫暖、舒適。
物理是辯證的。世界統(tǒng)一于物質,物質表現為運動,物理學是物質運動的哲學范本,是辯證法的集大成者。它是有形與無形的統(tǒng)一,是可見與不可見的統(tǒng)一,是有限與無限的統(tǒng)一,是精確性(低速宏觀)與不確定性(量子論)的統(tǒng)一,是定量與定性的統(tǒng)一,是規(guī)律與范疇的統(tǒng)一。
我愛物理的廣袤,迷戀對微觀的探求,對天宇的測度,更時常癡情地叩動“場”的大門。
我愛物理的深奧,鐘愛數學,敬重邏輯,更樂于跨躍量子跳墩,到愛因斯坦的時空里徜徉。
我愛物理的精密,希冀在傳授知識的同時,強化科學精神,培養(yǎng)學生嚴謹的治學態(tài)度。
我愛物理的辯證,企望捅開物理學與辯證法之間的薄薄窗紙,讓哲學的光芒照亮每個人的心靈。
我愛物理的美妙,喜歡用心去感受它的熱情與靈動。
我熱愛物理教學,熱愛我的學生。愿與大家分享物理,分享我的快樂。
張映輝2016年12月15日于大連本書出版7年來,承蒙各高校教學同行及廣大學生、物理愛好者、實驗愛好者的青睞,用作教材或參考書目,并被列為遼寧省首批“十二五”普通高等教育本科省級規(guī)劃教材,期間共印刷8次,計24000余冊。同時,我們也收到廣大同仁很多好的意見和建議。
此次再版,一是認真吸取了近幾年的教改經驗和最新科研成果,結合實驗教學理念更新和儀器、技術改進,吸收仿真實驗平臺和慕課資源建設經驗,在原有基礎上進行了較大幅度的充實、拓展和提升。二是按照新版教學基本要求關于增大設計性實驗和研究性實驗教學比重的規(guī)定,增加了固相法合成上轉換熒光粉及光譜測量、紅綠藍三基色長余輝發(fā)光材料制備、燃燒產生OH自由基的光譜實驗、可見分光光度計用于水中總殘余氧化劑的測定等十幾個貼近物理科學和技術發(fā)展前沿,貼近現代化建設和生產、生活實際的實驗題目。三是對于比較抽象、單純用語言文字表述難于讓學生理解的實驗方法、操作技術和實驗現象,增設了44個教學資源視頻演示二維碼,讀者可直接用手機掃碼觀看,實現了教材與仿真實驗平臺、網上教學資源的互聯互通。四是對每個實驗題目,都增設了進一步拓展研究的提示和要求,以期在提高實驗教學效果,幫助學生自主學習、自創(chuàng)題目、自設方案進行開創(chuàng)性實驗,培養(yǎng)學生實踐創(chuàng)新能力等方面起到較好的引導和啟發(fā)作用。
此外,打“*”的實驗5.3.14~5.3.17為可供選擇的設計性實驗。本部分實驗只給出了實驗設計要求,由于沒有給出具體的測量原理和測量工具,因此測量的方法可能有很多種,這將給學生提供比較大的自由想象空間。學生可以根據已具備的物理知識,或查閱相關的文獻,提出自己的實驗方案(設計過程),包括實驗原理、實驗中使用儀器的確定、測量的具體方法和步驟等。
參加本書編寫的有:張映輝(緒論,第一章,第二章,第五章中5.1、5.2,實驗3.1、3.10、3.16、4.1、4.3、4.14、4.16、5.3.6、5.3.7、5.3.11、5.3.13~5.3.17及附錄A、B、C),張芝濤(實驗6.1、6.2),陳寶玖(實驗6.4、6.6),于濤(實驗6.5),羅昔賢(實驗6.7),尹鴻鳴(實驗6.8),陳季香(實驗3.13、4.11、4.15、5.3.5),孫佳石(實驗4.17),彭勇(實驗3.11、4.8、4.22、5.3.12),付姚(實驗4.2),郭彥青(實驗3.5、3.8、3.9),殷燕(實驗3.15、3.18、3.19、4.13、4.19、4.23~4.26、5.3.4、5.3.9),孫敏(實驗3.4、3.7、3.14、4.4、5.3.3),程軼(實驗4.20、5.3.8),荊波(實驗4.27、4.28),王軼卓(實驗4.5、4.10),邵穎(實驗3.6),盛德元(實驗4.9、4.21),劉開穎(實驗6.9、6.10),李香萍(實驗3.12、4.6、4.7、4.18),劉偉(實驗5.3.1),邢明銘(實驗3.2、3.3、5.3.2),張朋波(實驗3.17、4.12、5.3.10、6.11~6.13),俞哲(實驗6.3)。全書由張映輝負責統(tǒng)稿,劉開穎配合主編、副主編錄制編輯了教材中全部視頻資料。
由衷感謝霍劍青老師的不吝指教。再次感謝機械工業(yè)出版社張金奎等同志為本書編輯出版付出的辛勤勞動。感謝各位同仁的鼓勵和支持。
水平所限,疏漏之處在所難免,誠望包涵與指正。
序
再版感言
第2版前言
第1版前言
緒論1
第一章測量誤差、不確定度和數據
處理6
11測量6
111直接測量和間接測量6
112等精度測量和非等精度測量7
12測量的誤差7
121測量的誤差7
122測量誤差的分類7
123測量的精密度、準確度和精
確度11
13測量結果的不確定度11
131測量結果的不確定度的基本
概念12
132直接測量結果的不確定度評定16
133間接測量結果的不確定度合成17
14有效數字20
141測量值的有效數字20
142直接測量量有效數字的讀取20
143間接測量量有效數字的運算21
144有效數字的修約規(guī)則22
145不確定度及最佳值有效數字的
取位規(guī)則23
15常用數據處理方法24
151列表法24
152作圖法24
153最小二乘法27
154逐差法30
155Origin軟件在數據處理中的應用31
16物理實驗的基本方法36
161比較法36
162放大法37
163轉換法38
164模擬法39
習題40
第二章物理實驗的基本訓練42
21基本物理量的測量42
211長度測量42
212質量測量46
213時間測量47
214電學量的測量47
215溫度測量54
216發(fā)光強度測量55
22物理實驗的基本調整和操作技術57
23基本操作練習59
231長度與體積的測量59
232電學基本儀器使用62
第三章基礎性實驗65
實驗31用三線擺法測量物體的轉動
慣量65
實驗32物體密度的測量71
實驗33用焦利秤測量彈簧勁度系數74
實驗34弦線上的駐波實驗78
實驗35水浴加熱法測量金屬線膨脹
系數81
實驗36光杠桿法測量固體線膨脹系數85
實驗37靜態(tài)法測定金屬絲的彈性模量88
實驗38冷卻法測量金屬的比熱容91
實驗39空氣比熱容比的測定95
實驗310用補償法測量電池電動勢98
實驗311電阻元件伏安特性的研究104
實驗312磁場的測量107
實驗3121霍爾法測磁場107
實驗3122亥姆霍茲線圈磁場的
測量111
實驗313示波器的使用114
實驗314平衡電橋與非平衡電橋特性的
研究118
實驗315分光計的調節(jié)與使用121
實驗316等厚干涉實驗125
實驗317阿貝折射儀測折射率和色散130
實驗318偏振光的觀測與研究135
實驗319薄凸透鏡焦距的測定140
大學物理實驗第2版目錄第四章綜合性實驗144
實驗41液體表面張力系數的測定144
實驗42穩(wěn)態(tài)平板法測量材料導熱
系數148
實驗43超聲速的測定153
實驗44中和熱(焓)測定157
實驗45模擬法測繪靜電場163
實驗46熱敏電阻的溫度特性研究166
實驗47光敏傳感器的光電特性研究169
實驗48磁阻效應及磁阻傳感器的特性
研究174
實驗49RLC串聯諧振電路特性的
研究178
實驗410鐵磁材料磁化曲線及居里點的
測定181
實驗411邁克耳孫干涉儀實驗186
實驗412邁克耳孫干涉儀測量氣體
折射率191
實驗413黑體輻射實驗193
實驗414光電效應法測普朗克常量198
實驗415用密立根油滴儀測量電子
電荷206
實驗416夫蘭克赫茲實驗211
實驗417金屬電子逸出功的測定215
實驗418法拉第效應實驗219
實驗419阿貝成像空間濾波和θ調制223
實驗420光纖通信系統(tǒng)系列實驗228
實驗4201多模光纖數值孔徑特性
研究228
實驗4202光纖分束器特性研究229
實驗4203光衰減器特性研究231
實驗4204光纖隔離器特性研究232
實驗4205光纖光柵溫度傳感器特性
研究234
實驗4206摻鉺光纖放大器特性
研究236
實驗421音頻信號光纖傳輸技術實驗239
實驗422PN結的特性玻爾茲曼常數
的測定245
實驗423菲涅耳雙棱鏡測量光的波長249
實驗424用分光計測三棱鏡頂角和
折射率253
實驗425衍射光柵的研究256
實驗426液體旋光率的測定259
實驗427晶體聲光效應實驗263
實驗428晶體的電光效應266
第五章設計性實驗271
51制定設計性實驗方案的原則271
52設計舉例275
53設計性實驗選題276
531重力加速度的測定(自由
落體法)276
532重力加速度的測定(單擺法)278
533電表內阻的測量279
534電表的改裝281
535設計熱敏電阻溫度計284
536直流控制電路輸出特性研究286
537RC串聯電路充放電特性研究291
538測定電子荷質比295
539顯微鏡和望遠鏡的設計和組裝296
5310細絲直徑的測量和工件表面
平整度的檢測298
5311非線性相位調制假彩色編碼300
5312傳感器特性研究303
5313利用霍爾傳感器設計實驗
裝置305
*5314物質折射率的測量306
*5315空氣中的物理量測量306
*5316非接觸測距306
*5317太陽能電池參數測量裝置的
設計及參數的測量306
第六章研究性實驗307
61大氣壓下電暈放電的產生與伏安
特性307
62低溫等離子體參量的雙探針診斷314
63電荷電壓法測量介質阻擋放電功率317
64玻璃材料的設計與制備321
65液晶電光效應實驗327
66固相法合成上轉換熒光粉及光譜
測量331
67紅、綠、藍三基色長余輝發(fā)光材料
制備333
68燃燒產生OH自由基的光譜