《大學物理實驗/高等學!笆濉币(guī)劃教材》根據(jù)教育部頒發(fā)的《理工科類大學物理實驗課程教學基本要求》,總結衢州學院大學物理實驗課程教學改革的實踐經驗編寫而成。
全書共三篇八章。第一篇為物理實驗基本知識、方法和技能,分為誤差理論及數(shù)據(jù)處理基礎、常用測量方法和物理實驗基本技能;第二篇為大學物理實驗,分為基礎性實驗、綜合性實驗和設計性實驗;第三篇為拓展物理實驗,分為趣味性物理演示實驗和計算機仿真物理實驗。在附錄中介紹了世界十大經典物理實驗、諾貝爾物理學獎及卡文迪許實驗室等。該書的定位是基礎性實驗課程,在總體設計上力求貫徹“以生為本,能力為重”的教育理念,注重培養(yǎng)和發(fā)揮學生學習的積極性、主動性與創(chuàng)造性,有利于實施“以導引學,先學后教,多學少教,會學不教”的課堂教學方式,既保證基本訓練,又使學生的創(chuàng)新意識和能力受到啟發(fā)與訓練。
該書既可作為各類高等學校工科專業(yè)和理科非物理專業(yè)大學物理實驗教材,也可供其他專業(yè)參考使用。
大學物理實驗課是高等學校理工科類專業(yè)學生的必修基礎課程,是本科生接受系統(tǒng)實驗方法和實驗技能訓練的開端,是一系列后續(xù)專業(yè)實驗課程的重要基礎。它在培養(yǎng)學生嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、活躍的創(chuàng)新意識、理論聯(lián)系實際和適應科技發(fā)展的綜合應用能力等方面具有其他實踐類課程不可替代的作用。
為貫徹落實教育部頒發(fā)的《理工科類大學物理實驗課程教學基本要求》(下稱《基本要求》),適應21世紀高素質、強能力的多層次人才需求,體現(xiàn)把我校建設成為一所以工為主、特色鮮明的應用型本科院校的辦學理念,我們編寫了這本適合于“二本”培養(yǎng)層次、具有廣闊覆蓋面和足夠實驗項目的大學物理實驗教材。本教材的編寫具有以下幾個特點:
在體系編排上,突破了傳統(tǒng)的以力學、熱學、電磁學、光學和近代物理知識為順序且各成系統(tǒng)的課程框架結構,建立了和《基本要求》相適應的多模塊、多層次的大學物理實驗課程體系。教材按實驗基本知識、基礎性實驗、綜合性實驗、設計性實驗、趣味物理演示實驗和計算機仿真實驗等模塊分層次編排,以更好地體現(xiàn)分類指導與因材施教的原則。
在內容選取上,教材定位在基礎性實驗課程,精選那些比較經典、相對穩(wěn)定,又具有遷移價值的物理實驗項目。同時,為了調動和發(fā)揮學生學習的主動性、自主性和創(chuàng)造性,加大了綜合性與設計性實驗的比重。例如,教材選入了在化學、生物、環(huán)境、食品衛(wèi)生、醫(yī)療和制藥等領域得到廣泛應用,現(xiàn)已成為一種新型光電檢測技術的表面等離子體共振實驗;具有設計性、趣味性、開放性和拓展性特點的電磁學自主設計性系列實驗和傳感器自主設計性系列實驗。這樣既保證了基本訓練,又提高了實驗的綜合性以及與現(xiàn)代高科技發(fā)展的銜接性。
在實驗指導上,每一個實驗的開頭都簡要地敘述了該實驗的意義或提供一些背景知識,盡可能地介紹一些與實驗相關的實驗技術、應用情況及其展望,以期激發(fā)學生的學習熱情。實驗原理的論述力求簡明扼要、深入淺出和通俗易懂。實驗儀器的介紹每個項目都配有實物全景圖片,并有較為詳盡的文字敘述。實驗內容大都說明得比較具體詳細,以便學生獨立完成實驗。在結尾處給出思考題,促使學生在預習過程中積極思考。有些實驗除基本要求外,還附有一些較靈活的提高內容,在書中以“*”號的形式表示,供有潛力的學生作進一步的鉆研。核心內容或需特別注意處都用黑體突出顯示。
在數(shù)據(jù)處理上,對基礎性實驗,每個實驗均給出了完整的數(shù)據(jù)記錄表格及數(shù)據(jù)處理要求,以規(guī)范學生的實驗行為。對綜合性和設計性實驗,有些實驗只給出部分或不給出數(shù)據(jù)記錄表格,要求學生自行根據(jù)實驗內容去設計。數(shù)據(jù)處理的技術平臺定位在Excel軟件,專門列出一節(jié)詳細介紹如何用它來處理物理實驗數(shù)據(jù)。此外,我們特別設計了與本教材相配套的實驗報告冊,每次實驗課都要求學生課前完成實驗預習報告,課中如實填寫實驗原始數(shù)據(jù),課后寫出完整規(guī)范的實驗報告。通過以上各環(huán)節(jié)來培養(yǎng)學生在實驗方法、實驗技能、誤差分析和總結報告等各方面初步的能力以及嚴謹?shù)目蒲凶黠L。
在素質培養(yǎng)上,我們注意到理工科教材的主要功能是培養(yǎng)和提高學生的業(yè)務素質,但也應該兼具培養(yǎng)其他多方面素質的功能。為此我們在教材中編入一些既與課程內容相關,又有一定知識性和廣延性的內容,如“世界十大經典物理實驗”、“諾貝爾物理學獎與物理實驗”和“物理實驗室的典范——卡文迪許實驗室”等。篇幅不大,只起一個引導作用。
本教材的編寫,得到了衢州學院教務處、教師教育學院領導的大力支持,以及浙江工業(yè)大學物理實驗中心主任隋成華教授、副主任魏高堯高級工程師的鼎力相助。在此,編者謹向他們表示誠摯的敬意和衷心的感謝!
由于成書時間匆忙和編者水平所限,書中難免有疏漏、錯誤之處,敬請讀者批評指正,并在使用過程中,把您的意見和建議告訴我們,以利于我們今后作進一步的修訂。
緒論
一、物理學與物理實驗
二、課程的地位、作用和任務
三、課程的教學環(huán)節(jié)
四、物理實驗報告
五、物理實驗室守則
第一篇 物理實驗基本知識、方法和技能
第一章 誤差理論及數(shù)據(jù)處理基礎
一、測量與誤差
二、有效數(shù)字及其規(guī)則
三、測量結果的不確定度評定
四、實驗數(shù)據(jù)處理方法
附大學物理實驗基礎知識自測題
第二章 常用測量方法
一、比較法
二、放大法
三、轉換法
四、補償法
五、平衡法
六、模擬法
七、干涉、衍射法
第三章 物理實驗基本技能
一、游標卡尺和螺旋測微計的正確使用與快速讀數(shù)
二、儀器基本調整和操作技術
三、電磁學實驗常用儀器及操作規(guī)范
四、光學儀器的正確使用與維護
五、用Excel軟件處理實驗數(shù)據(jù)
第二篇 大學物理實驗
第四章 基礎性實驗
項目1 氣墊導軌驗證牛頓第二定律
項目2 三線擺法測定物體轉動慣量
項目3 氣體比熱容比測定
項目4 電學元件的伏安特性測量
項目5 電磁感應法測磁場分布
項目6 分光計測定三棱鏡材料折射率
第五章 綜合性實驗
項目7 金屬絲楊氏模量測定
項目8 聲速測量
項目9 固體導熱系數(shù)測定
項目10 溫度傳感器特性研究
項目11 示波器的原理和使用
項目12 電表的改裝及校準
項目13 光的等厚干涉
項目14 邁克爾遜干涉儀測定激光波長
項目15 霍爾效應及其應用
項目16 光電效應測定普朗克常數(shù)
項目17 弗蘭克-赫茲實驗
項目18 表面等離子體共振實驗
第六章 設計性實驗
項目19 電磁學自主設計性系列實驗
項目20 傳感器自主設計性系列實驗
第三篇 拓展物理實驗
第七章 趣味物理演示實驗
一、力學演示實驗
二、熱學演示實驗
三、電磁學演示實驗
四、光學演示實驗
五、其他演示實驗
第八章 計算機仿真實驗
仿真1 凱特擺測定重力加速度
仿真2 動態(tài)磁滯回線測量
仿真3 太陽能電池的特性測量
仿真4 密立根油滴實驗
附錄
附錄A 世界十大經典物理實驗
附錄B 諾貝爾物理學獎與相關實驗
附錄C 物理實驗室的典范——卡文迪許實驗室
附錄D 中華人民共和國法定計量單位
附錄E 物理學常用數(shù)表
參考文獻
大學物理實驗基礎知識自測題參考答案與評分標準