本書根據(jù)教育部高等學校非物理類專業(yè)物理基礎課程教學指導分委員會頒布的《大學物理實驗課程教學基本要求》,并結合貴州大學物理實驗課程建設的實際經(jīng)驗編寫而成。本書注重強化實驗基本技能、基本方法和物理實驗思想的訓練,注重培養(yǎng)和提高學生的科學實驗素質(zhì),重點突出能力培養(yǎng)和創(chuàng)新意識的訓練。本書在編排上力求突出時代特色,采取由淺入深、循序漸進的方式編排實驗內(nèi)容,力求做到實驗原理簡明扼要,實驗方法清晰合理,數(shù)據(jù)處理要求規(guī)范。全書分為緒論、測量誤差和實驗數(shù)據(jù)處理、物理實驗的基本方法、基礎性實驗、綜合及研究性實驗和附錄六部分,分層次收錄了54個實驗,其中基礎性實驗31個(按力學、熱學、電磁學、光學順序排列)個、綜合及研究性實驗(含近代物理實驗)23個。本書為高等院校理、工、農(nóng)、林等各專業(yè)大學物理實驗課程的實驗教學用書,也可供其他有關專業(yè)選用。
大學物理實驗是高等學校理、工、農(nóng)、林、生等專業(yè)學生的重要基礎課程之一。隨著科學技術的高速發(fā)展,社會對高校本科畢業(yè)生科學素質(zhì)和創(chuàng)新能力的要求日益提高,科研單位、企業(yè)在對技術人才的評價考核方面,更加注重實踐能力和實驗動手能力方面的考核,而這些能力的培養(yǎng)和訓練正是大學物理實驗課程的主要教學內(nèi)容。因此,大學物理實驗課程在培養(yǎng)學生的實驗科學基礎理論、實驗操作技能、科學素養(yǎng)和動手創(chuàng)新能力方面起著其他課程不能替代的重要作用。同時,大學物理實驗課程本身的內(nèi)容和要求也應隨著社會的發(fā)展不斷改革與更新。本書正是在這樣的背景下,根據(jù)教育部高等學校物理基礎課程教學指導分委員會制定的《理工科類大學物理實驗課程教學基本要求》(2010年版),并結合貴州大學新校區(qū)實驗室建設及西部高校實力提升計劃實驗室專項建設,為適應高等教育發(fā)展對大學物理實驗課程與時俱進的新要求,針對貴州大學各專業(yè)本科人才培養(yǎng)計劃對大學物理實驗課程的需求而編寫的。
教學質(zhì)量的保證受限于區(qū)域經(jīng)濟和文化教育的背景。我校大部分生源來自農(nóng)村,學生的基礎參差不齊,為保證教學效率和教學質(zhì)量,本書保留了一些最基本的傳統(tǒng)實驗項目,用于實驗基本方法、基本操作技能的訓練,并設立了預備實驗項目,面向一年級新生開放。學生們通過自主學習,可以熟悉最基本的實驗操作和儀器使用。在第一階段基礎實驗內(nèi)容的教學中,保持基礎實驗在基本知識、基本方法、基本技能訓練的基礎上加強與現(xiàn)代技術的結合,減少單純驗證性實驗,適度增加具有專業(yè)特色的應用性實驗,重點學習和掌握物理實驗的基礎理論和實驗數(shù)據(jù)處理方法。第二階段設置了綜合性實驗項目,針對物理、電子科學、材料、冶金、化工、生命科學、電工、機械、礦業(yè)、資源環(huán)境、土建等理工科專業(yè),開設了涉及力、熱、電、磁、光、聲等綜合性和應用性較強的實驗項目。教學的重點是:了解各類電、光儀器設備的基本工作原理,理解實驗物理的基本理論知識;熟悉各類儀器的基本操作和元器件性能,訓練和提高學生的實驗操作能力;啟發(fā)對實驗興趣高的學生學習、組裝測量線路或組合搭建光路。這對培養(yǎng)學生的實驗科學素質(zhì)、提高學生的實驗動手能力至關重要。
第三階段以研究性或設計性實驗項目為載體,主要培養(yǎng)學生的自主創(chuàng)新能力,通過對實驗室現(xiàn)有儀器、元器件的不同組合,實現(xiàn)新的測量內(nèi)容,并對實驗測量結果給出合理的定性或定量解釋,或通過物理學發(fā)展史上具有代表性的典型實驗的學習實踐,介紹這些實驗的歷史背景和對傳統(tǒng)認識的挑戰(zhàn),強調(diào)對學生進行創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。
根據(jù)教學任務和培養(yǎng)目標,本書分為緒論、四個實驗章節(jié)以及附錄。第1章物理測量的數(shù)據(jù)處理,可以分兩個階段完成:實驗開始前和實驗中,開始主要介紹實驗的基礎理論和數(shù)據(jù)處理的基本方法,通過第一階段基礎實驗后,再講授實驗全過程中的數(shù)據(jù)處理,使學生真正體會到數(shù)據(jù)處理對于整個實驗設計、實驗操作、實驗結果的重要性,這有利于培養(yǎng)學生尊重科學和實事求是的作風。第2章預備性實驗(開放性),指導學生自主學習最基本、最簡單的實驗儀器的使用和操作;第3章基礎性實驗,指導學生完成基本知識、基本方法、基本Ⅳ技能的訓練;第4章綜合性實驗,指導學生了解各種電、光儀器設備的基本工作原理,熟悉各類儀器和元器件性能,并正確使用儀器設備;第5章研究性實驗,指導、啟發(fā)和提高學生的實驗綜合素質(zhì)及創(chuàng)新能力。
為了使學生在實驗知識、實驗方法、實驗技能和誤差與數(shù)據(jù)處理各方面都能夠得到由淺入深、由易到難、由簡到繁、循序漸進的系統(tǒng)訓練,達到培養(yǎng)學生進行科學實驗的能力,提高學生科學實驗素養(yǎng)的目的,基礎性實驗寫得比較細致、具體,給出了有關的數(shù)據(jù)記錄表格、數(shù)據(jù)處理要求以及誤差計算和結果表示,以便于學生參考學習。在綜合性、研究性實驗中,重點突出實驗原理和思路,將一些細節(jié)問題留給學生去思考和探索,以利于學生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
本書編寫人員如下:白光富(緒論、物理測量的數(shù)據(jù)處理、實驗4.16、實驗5.7、實驗5.8)、白忠臣(實驗3.14、實驗4.14、實驗59、實驗5.10、實驗5.11)、胡林(前言、附錄)、何麗(實驗2.4、實驗4.4、實驗4.5、實驗4.9、實驗4.15)、姜加梅(實驗3.1、實驗4.2)、景江紅(實驗2.2)、蔣曉英(實驗3.8、實驗3.9、實驗4.8)、劉大衛(wèi)(實驗3.6、實驗4.18、實驗4.19、實驗5.2)、劉樹成(實驗4.6、實驗4.7)、劉毅(實驗3.13、實驗4.13、實驗5.1、實驗5.3、實驗5.4、實驗5.12)、邰貴江(實驗3.4、實驗3.5、實驗3.15、實驗3.16)、湯燕(實驗4.17、實驗5.5、實驗5.6、實驗5.13)、余克儉(實驗2.3、實驗3.10、實驗4.3)、曾慶豐(實驗3.2、實驗3.3、實驗3.12)、張敏園(實驗2.5、實驗2.6、實驗4.10、實驗4.11、實驗4.12)、張鵬(實驗3.7、實驗4.1)、詹瓊(實驗2.1、實驗3.11、實驗4.20)。
限于編者的經(jīng)驗和水平,書中難免有欠妥和不足之處,懇請讀者不吝指正。
編者
前言
緒論 1
第1 章 物理測量的數(shù)據(jù)處理 3
。. 1 測量與誤差 3
。. 2 不確定度與分類 5
。. 3 有效數(shù)字及其運算 10
1. 4 物理實驗數(shù)據(jù)處理的基本方法 12
。. 5 對不確定度的幾點說明 16
第2 章 預備性實驗 19
實驗2. 1 力學基本物理量的測量 19
實驗2. 2 用氣墊導軌測速度和加速度 26
實驗2. 3 電學基礎實驗 31
實驗2. 4 萬用電表的組裝和使用 39
實驗2. 5 分光計的基本操作 44
實驗2. 6 薄透鏡焦距的測定 49
第3 章 基礎性實驗 57
實驗3. 1 液體表面張力系數(shù)的測定 57
實驗3. 2 弦振動實驗 60
實驗3. 3 剛體轉動慣量的測定 66
實驗3. 4 用拉伸法測金屬絲的彈性模量 71
實驗3. 5 用單擺法測重力加速度 75
實驗3. 6 氣體比熱容比的測定 77
實驗3. 7 用冷卻法測量金屬的比熱容 80
實驗3. 8 用惠斯通電橋測電阻 84
實驗3. 9 用開爾文電橋測低電阻 87
實驗3. 10 示波器的使用 90
實驗3. 11 用彎曲法測量橫梁的彈性模量 98
實驗3. 12 晶體硅基本特性的測定 102
實驗3. 13 霍爾效應實驗 107
實驗3. 14 光學基礎綜合實驗 113
實驗3. 15 牛頓環(huán) 117
實驗3. 16 單縫衍射 122
第4 章 綜合性實驗 128
實驗4. 1 導熱系數(shù)的測量 128
實驗4. 2 用落球法測定液體的黏度 131
實驗4. 3 聲速的測定 136
實驗4. 4 電位差計的應用 140
實驗4. 5 電表的擴程與校準 146
實驗4. 6 混沌現(xiàn)象的實驗研究 150
實驗4. 7 利用玻爾共振研究受迫振動 156
實驗4. 8 交流電橋 164
實驗4. 9 利用非平衡電橋研究熱敏電阻特性 168
實驗4. 10 三棱鏡頂角的測定 173
實驗4. 11 光柵衍射 175
實驗4. 12 利用分光計測介質(zhì)折射率和色散曲線 178
實驗4. 13 邁克耳孫干涉儀及其應用 183
實驗4. 14 激光調(diào)腔實驗 191
實驗4. 15 聲光衍射與液體中聲速的測定 195
實驗4. 16 金屬電子逸出功的測定 199
實驗4. 17 塞曼效應 204
實驗4. 18 電子順磁共振 211
實驗4. 19 核磁共振實驗 215
實驗4. 20 動力學綜合設計性實驗 221
第5 章 研究性實驗 234
實驗5. 1 密立根油滴實驗 234
實驗5. 2 黑體實驗研究 238
實驗5. 3 變溫霍爾效應實驗 245
實驗5. 4 鐵電體電滯回線測量 247
實驗5. 5 傳感器實驗 252
實驗5. 6 多普勒效應及聲速的測試與應用 260
實驗5. 7 利用光電效應測普朗克常量 267
實驗5. 8 夫蘭克.赫茲實驗 272
實驗5. 9 光的偏振特性 275
實驗5. 10 用橢圓偏振方法測量透明介質(zhì)薄膜厚度 282
實驗5. 11 用橢圓偏振儀測量金屬薄膜的復折射率 287
實驗5. 12 激光全息照相 291
實驗5. 13 法拉第效應與磁光調(diào)制實驗 296
附錄 305
附錄A 常用物理基本常數(shù) 305
附錄B 常用物理量的符號、SI 單位 306
附錄C 常用物理數(shù)據(jù) 307
參考文獻 314