本書共分五章,第一章講述物理實驗基礎(chǔ)知識,主要包括測量誤差、不確定度、數(shù)據(jù)處理和常用實驗儀器介紹;第二章、第三章、第四章按照力學(xué)與熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)進行分類,介紹了31個基礎(chǔ)性物理實驗,以鞏固和加強學(xué)生的實驗技能訓(xùn)練;第五章介紹了25個綜合性與設(shè)計性實驗。
大學(xué)物理實驗課程是高等學(xué)校理、工、農(nóng)、醫(yī)等專業(yè)必修的基礎(chǔ)課程,是大學(xué)生進入大學(xué)后接受實驗方法和實驗技能系統(tǒng)訓(xùn)練的開始,是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實踐能力、提高學(xué)生科學(xué)素質(zhì)的極其重要的教學(xué)環(huán)節(jié)。武漢大學(xué)國家級物理實驗教學(xué)示范中心在“激發(fā)興趣、夯實基礎(chǔ)、增強能力、探索創(chuàng)新”的教學(xué)方針引導(dǎo)下,緊跟時代步伐,積極改革實驗教學(xué)內(nèi)容,大力引進新技術(shù)、新成果開設(shè)新實驗,使基礎(chǔ)實驗在與時俱進中不斷更新,取得了一定的效果。本教材就是總結(jié)這些經(jīng)驗并吸收兄弟院校的寶貴經(jīng)驗編寫而成的。
全書共分為五章,第一章講述了測量誤差、不確定度和數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)知識,以及常用物理實驗儀器和實驗安全常識,所涉及的內(nèi)容以本課程必須掌握的基本要求為主。第二至第四章為基礎(chǔ)物理實驗(共選編了31個實驗),包含了力、熱、電、磁、光方面的基本實驗內(nèi)容。第五章為綜合性與設(shè)計性實驗(共選編了25個實驗),這類實驗涉及相關(guān)的綜合知識或綜合性實驗方法、手段,是對學(xué)生的知識、能力、素質(zhì)形成的綜合培養(yǎng),特別是設(shè)計性實驗,是在學(xué)生做了一定數(shù)量的基本實驗,能對實驗方法、儀器使用等方面做出恰當(dāng)評價后,為培養(yǎng)學(xué)生自主地進行科學(xué)實驗的初步能力而設(shè)置的。這樣分層次的安排,既保證了基本訓(xùn)練,又提高了‘物理實驗的綜合性和實用性,既能促使學(xué)生更積極地完成實驗,又有利于學(xué)生的個性發(fā)展和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
本書主要面向高校非物理類的理、工、農(nóng)、醫(yī)等專業(yè)的學(xué)生,考慮到物理實驗課的獨立性和面向低年級學(xué)生的特點,對于基礎(chǔ)實驗(第二章至第四章),編寫時力求將實驗原理敘述清楚,計算公式推導(dǎo)完整,使學(xué)生在學(xué)習(xí)實驗時能掌握理論依據(jù);實驗內(nèi)容與步驟亦盡可能具體,以加強對基本實驗技能和基本實驗方法的指導(dǎo)和訓(xùn)練;另外,大部分基礎(chǔ)實驗項目還提供了不確定度的計算步驟。一般來說,每個基礎(chǔ)性實驗的課堂學(xué)習(xí)任務(wù)可在3~4學(xué)時內(nèi)完成,部分實驗有多個學(xué)習(xí)內(nèi)容,教師可在安排時進行取舍,也可供學(xué)有余力的優(yōu)秀學(xué)生選做。對于綜合性和設(shè)計性實驗,編寫時不局限在統(tǒng)一的格式上,有的重點放在新概念、新思路或原理的闡述上,有的則不過分強調(diào)理論上的完整,而將主要內(nèi)容放在實驗方法和技巧的指導(dǎo)上,特別是設(shè)計性實驗,有的只提出研究對象、實驗任務(wù)和基本要求,讓學(xué)生查閱相關(guān)資料,自行設(shè)計實驗方案,選擇儀器用具,完成實驗測試,以更多地發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性和創(chuàng)造性。這部分實驗根據(jù)各題目內(nèi)容的不同,一般可安排課內(nèi)4-12學(xué)時完成,當(dāng)然也允許有興趣的學(xué)生利用課外開放時間進一步深入探索。全書的多數(shù)實驗項目附有思考題和習(xí)題,以引導(dǎo)學(xué)生在預(yù)習(xí)時開展思考,實驗后進一步分析討論,鞏固和開闊所學(xué)知識。
武漢大學(xué)物理科學(xué)技術(shù)學(xué)院物理實驗教學(xué)中心經(jīng)歷幾十年的教學(xué)實踐,期間對物理實驗室和大學(xué)物理實驗項目進行多次調(diào)整、更新和擴充,才達到目前的規(guī)模和水平。實驗教材也在不斷更新,本教材是在武漢大學(xué)馬茂清教授主編的《物理實驗教程》、潘守清教授主編的《大學(xué)物理實驗》、周殿清教授主編的《大學(xué)物理實驗教程》以及李長真教授主編的《大學(xué)物理實驗教程》的基礎(chǔ)上,吸收我校近九年來物理實驗教學(xué)改革的成果和兄弟院校實驗教學(xué)的經(jīng)驗而編寫的。本書是集體創(chuàng)作的結(jié)晶,它凝聚了武漢大學(xué)物理實驗教學(xué)中心全體教師和實驗技術(shù)人員的智慧和辛勤勞動。參加本次編寫工作的教師除主編外,有鄒勇(第三章:實驗3.1、3.4、3.5、3.6、3.7、3.11、3.12,第五章:實驗5.7、5.10)、周嘉萍(第二章:實驗2.2、2.3、2.4、2.6、2.8,第五章:實驗5.1、5.3、5.5)、程放(第三章:實驗3.2,第五章:實驗5.2、5.4、5.8、5.13、5.14)、黃慧明(第四章:實驗4.2、4.3、4.4、4.6、4.8、4.9,第五章:實驗5.24)、艾志偉(第二章:實驗2.1、2.5、2.7、2.9)、蔡光旭(第四章:實驗4.1、4.10,第五章:實驗5.20、5.21、5.22、5.23、5.25)、王豪(第三章:實驗3.3、3.8、3.9、3.10,第五章:實驗5.6、5.9、5.11、5.12)。全書由林偉華統(tǒng)稿。
本書在編寫過程中征求了許多實驗指導(dǎo)教師的意見,參考并吸收了兄弟院校的有關(guān)資料和經(jīng)驗;武漢大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院的領(lǐng)導(dǎo)和許多資深教授對本書的編寫給予了極大的支持和鼓勵;高等教育出版社的編輯們?yōu)楸緯某霭孀隽司薮蟮呢暙I;借此表達對他們的誠摯敬意和衷心感謝!
由于編者水平有限,編寫時間倉促,書中難免有疏漏謬誤之處,懇請讀者和同行專家批評指正。
緒論
第一章 物理實驗基礎(chǔ)知識
第1節(jié) 測量與誤差
第2節(jié) 測量不確定度
第3節(jié) 物理實驗有效數(shù)字處理
第4節(jié) 常用實驗數(shù)據(jù)處理方法
第5節(jié) 常用物理實驗儀器
第6節(jié) 物理實驗安全常識
習(xí)題
第二章 力學(xué)與熱學(xué)實驗
實驗2.1 用三線擺測物體的轉(zhuǎn)動慣量
實驗2.2 彈簧振子的簡諧振動
實驗2.3 聲速的測定
實驗2.4 光杠桿裝置測定鋼絲的楊氏模量
實驗2.5 用拉脫法測液體的表面張力系數(shù)
實驗2.6 液體黏度的測定
實驗2.7 冷卻法測量金屬的比熱容
實驗2.8 金屬線膨脹系數(shù)的測量
實驗2.9 熱電偶溫度計的標度
第三章 電磁學(xué)實驗
實驗3.1 電學(xué)元件伏安特性的測量
實驗3.2 電表的改裝與校正
實驗3.3 用補償法測量電壓、電流和電阻
實驗3.4 示波器的原理及應(yīng)用
實驗3.5 直流電橋測電阻
實驗3.6 交流電橋
實驗3.7 交流電路的諧振
實驗3.8 RLC串聯(lián)電路的測量與分析
實驗3.9 RLC電路的穩(wěn)態(tài)特性
實驗3.10 RLC電路的暫態(tài)特性
實驗3.11 用電磁感應(yīng)法測交變磁場
實驗3.12 霍耳效應(yīng)
第四章 光學(xué)實驗
實驗4.1 薄透鏡焦距的測定及透鏡成像的應(yīng)用
實驗4.2 分光計的調(diào)節(jié)與使用
實驗4.3 等厚干涉及應(yīng)用
實驗4.4 邁克耳孫干涉儀
實驗4.5 用雙棱鏡測定光波波長
實驗4.6 衍射光柵
實驗4.7 超聲光柵及應(yīng)用
實驗4.8 光的偏振
實驗4.9 光電效應(yīng)
實驗4.10 光電探測器基本特性的測量
第五章 綜合性與設(shè)計性實驗
實驗5.1 音叉的受迫振動
實驗5.2 超聲測厚
實驗5.3 楊氏模量的動態(tài)法測定
實驗5.4 多普勒效應(yīng)綜合實驗
實驗5.5 易溶于水的顆粒狀物質(zhì)的密度測定
實驗5.6 密立根油滴實驗
實驗5.7 氬原子第一激發(fā)電勢的測定
實驗5.8 pn結(jié)特性綜合實驗
實驗5.9 用非線性電路研究混沌現(xiàn)象
實驗5.10 非平衡直流電橋及應(yīng)用
實驗5.11 數(shù)字溫度計的設(shè)計與制作
實驗5.12 用示波器測量鐵磁材料的磁滯回線
實驗5.13 太陽能電池性能研究綜合實驗
實驗5.14 風(fēng)力發(fā)電實驗儀
實驗5.15 利用雙光柵Lau效應(yīng)測量折射率
實驗5.16 利用Lau效應(yīng)測量凸透鏡焦距
實驗5.17 利用雙光柵Lau效應(yīng)測量光波波長
實驗5.18 基于表面等離激元共振測量液體折射率
實驗5.19 空氣折射率的測定
實驗5.20 光學(xué)材料折射率的測定
實驗5.21 用光學(xué)多道分析器研究氫原子光譜
實驗5.22 光纖溫度傳感特性的研究
實驗5.23 光纖位移/壓力傳感特性的研究
實驗5.24 壓電器件特征參數(shù)的光學(xué)測定
實驗5.25 光拍頻法測量光速
附錄