全書內(nèi)容分為七部分,包括緒論、誤差理論與數(shù)據(jù)處理、基礎(chǔ)性實驗、近代物理和綜合性實驗、設(shè)計性(或研究性)實驗,考慮到現(xiàn)代實驗技術(shù)中,計算機仿真已經(jīng)日益成為一種重要的實驗方法,還列入了部分計算機仿真物理實驗的內(nèi)容。
《大學(xué)物理實驗教程》可作為理、工科高等院校各專業(yè)大學(xué)物理實驗教學(xué)用書及其他專業(yè)的教學(xué)參考書,也可作為廣大實驗工作者的參考資料。
為適應(yīng)當(dāng)前高等院校教學(xué)改革的需要,根據(jù)教育部《非物理類理工學(xué)科大學(xué)物理實驗課程教學(xué)基本要求》和《高等教育面向21世紀(jì)教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革計劃》的精神,遵循“加強基礎(chǔ)、重視應(yīng)用、開拓思維、培養(yǎng)能力、提高素質(zhì)”的指導(dǎo)思想,我們結(jié)合近年來國內(nèi)外大學(xué)物理實驗課程教學(xué)實踐和改革成果編寫了本教程。本書共包括實驗項目約54個,涵蓋了力、熱、電、光和近代物理學(xué)的大量內(nèi)容,涉及范圍比較廣泛,內(nèi)容比較詳盡而且深入淺出,并體現(xiàn)了當(dāng)前物理實驗技術(shù)一些較新的成果和方法。
大學(xué)物理實驗是高等理工科院校對學(xué)生進行科學(xué)實驗訓(xùn)練的必修基礎(chǔ)課。為了使學(xué)生在較短時間內(nèi)學(xué)習(xí)豐富的實驗思想,接受系統(tǒng)實驗方法和技能的訓(xùn)練,培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和活躍的創(chuàng)新意識,提高科學(xué)實驗?zāi)芰退刭|(zhì),為后續(xù)課程奠定基礎(chǔ),本教程在編寫過程中,打破了傳統(tǒng)實驗教學(xué)體系,采用基礎(chǔ)性實驗、近代物理和綜合性實驗、設(shè)計性(或研究性)實驗的三級模式。此外,還列入了部分計算機仿真實驗,為充分利用多媒體教學(xué)軟件等現(xiàn)代教育技術(shù)、豐富教學(xué)資源、拓寬教學(xué)時間和空間提供了條件。多年的教學(xué)實踐證明,采取這種教學(xué)模式,既能使學(xué)生理論聯(lián)系實際,更好地理解和掌握理論知識;同時又能為開展個性化教學(xué)、倡導(dǎo)自主學(xué)習(xí)、提高學(xué)生科學(xué)實驗素質(zhì)提供一個有效的教學(xué)平臺。
本教程主要內(nèi)容包括緒論、測量誤差與實驗不確定度、實驗數(shù)據(jù)處理的基本方法、基礎(chǔ)性實驗、近代物理與綜合性實驗、設(shè)計性(或研究性)實驗和計算機仿真實驗等。教程列入的實驗內(nèi)容,能基本滿足學(xué)生未來從事科學(xué)研究和工程技術(shù)工作時所需的基本知識和基本技能,為培養(yǎng)厚基礎(chǔ)、寬口徑、高素質(zhì)、強能力的復(fù)合型人才提供科學(xué)知識、方法和能力的保證。
緒論簡要介紹了大學(xué)物理實驗課程地位、任務(wù)和要求;介紹了課程主要教學(xué)環(huán)節(jié)和實驗室規(guī)則,幫助學(xué)生對“為什么要上大學(xué)物理實驗課”,“怎么上好這門課”建立正確的感性認(rèn)識。
第1章、第2章主要介紹誤差理論及數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)知識。以較大篇幅重點介紹了不確定度理論,此外,還列入較多例題供學(xué)生閱讀和思考。通過對測量誤差的估計、數(shù)據(jù)記錄和處理、誤差分析方法的運用,能培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和實事求是的科學(xué)精神。
第3章是基礎(chǔ)性實驗。涉及力、熱、電、光、近代物理等各個領(lǐng)域的內(nèi)容,對基本實驗儀器、基本實驗技能和基本測量方法作了系統(tǒng)介紹,在每個實驗項目中都對教學(xué)目標(biāo)和原理作了簡要論述,并提出了誤差估計與不確定度計算的要求,使學(xué)生容易理解重點、明確思路、掌握方法,加深對物理理論知識的理解,提高學(xué)生獨立分析和解決問題的能力。
緒論
第1章 測量誤差與實驗不確定度
1.1 測量與測量誤差
1.2 不確定度及其有關(guān)概念
1.3 B類不確定度的估算
1.4 直接測量結(jié)果與不確定度的估算
1.5 間接測量結(jié)果與不確定度的合成
1.6 有效數(shù)字與近似計算
第2章 實驗數(shù)據(jù)處理的基本方法
2.1 實驗數(shù)據(jù)處理的基本方法之一——列表法
2.2 實驗數(shù)據(jù)處理的基本方法之二——作圖法
2.3 實驗數(shù)據(jù)處理的基本方法之三——逐差法
2.4 實驗數(shù)據(jù)處理的基本方法之四——線性回歸法
第3章 基礎(chǔ)性實驗
3.1 固體和液體密度的測量
3.2 液體黏滯系數(shù)的測量(落球法)
3.3 速度和加速度的測量
3.4 驗證牛頓第二定律
3.5 動量守恒定律的實驗研究
3.6 金屬絲楊氏彈性模量的測量
3.7 轉(zhuǎn)動慣量的測量(扭擺法)
3.8 轉(zhuǎn)動慣量的測量(轉(zhuǎn)動法)
3.9 準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)法測導(dǎo)熱系數(shù)及比熱容
3.10 空氣比熱容比的測量
3.11 模擬法測量靜電場的分布
3.12 電表的改裝與校正
3.13 電子束在電場和磁場中的運動
3.14 示波器的使用
3.15 鐵磁材料動態(tài)磁滯回線的觀測與研究
3.16 霍耳效應(yīng)法測量磁感應(yīng)強度
3.17 薄透鏡焦距的測量
3.18 平行光管法測量薄透鏡的焦距及分辨力
3.19 棱鏡角和材料折射率的測量
3.20 光柵常數(shù)及角色散率的測量
3.21 等厚干涉的實驗研究
3.22 雙棱鏡干涉測量光波波長
3.23 弦線上波的傳播規(guī)律的實驗研究
第4章 近代物理與綜合性實驗
4.1 聲速的測量
4.2 多普勒效應(yīng)
4.3 半導(dǎo)體熱敏電阻特性的研究
4.4 電位差計測量溫差電動勢
4.5 電子電荷的測量(密立根油滴法)
4.6 夫蘭克-赫茲實驗
4.7 液晶的電光效應(yīng)
4.8 邁克爾遜干涉儀
4.9 全息照片的拍攝
4.10 小型棱鏡攝譜儀的使用
4.11 用光柵光譜儀測量氦燈波長
4.12 光電效應(yīng)和普朗克常量的測量
4.13 超聲光柵測量液體中的聲速
4.14 光速測量
4.15 玻爾共振實驗
4.16 單縫衍射相對光強分布及縫寬的測量
第5章 設(shè)計性(或研究性)實驗
5.1 氣墊導(dǎo)軌上簡諧振動的實驗研究
5.2 電路元件伏安特性的研究
5.3 偏振光的研究
5.4 衍射法測量細(xì)絲直徑
5.5 全息光柵的設(shè)計制作與檢測
5.6 重力加速度的實驗研究
5.7 光敏電阻光電特性的研究
5.8 自動聚光太陽能充電器的研究
5.9 超聲波技術(shù)應(yīng)用設(shè)計
5.10 硅光電池光照伏安特性的測量與研究
第6章 計算機仿真實驗
6.1 凱特擺測重力加速度
6.2 示波器實驗
6.3 法布里-泊羅標(biāo)準(zhǔn)具實驗
6.4 核磁共振(NMR)
6.5 半導(dǎo)體溫度計的設(shè)計
參考文獻
物理學(xué)是一門實驗科學(xué)。在研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)、物質(zhì)運動形式及相互作用的過程中,物理概念的建立、物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn),都以嚴(yán)格實驗事實作基礎(chǔ),并且不斷地受到實驗事實的檢驗?梢院敛豢鋸埖卣f,實驗是物理科學(xué)的基礎(chǔ),是物理知識的源泉,是物理科學(xué)理論的試金石。不僅如此,物理實驗還是科學(xué)實驗的先驅(qū),它充分體現(xiàn)了大多數(shù)科學(xué)實驗的共性,在實驗思想、實驗方法以及實驗手段等方面是各學(xué)科科學(xué)實驗的基礎(chǔ)。
縱觀物理學(xué)發(fā)展的歷程不難發(fā)現(xiàn),實驗不僅為物理科學(xué)開拓新理論、新領(lǐng)域奠定基礎(chǔ),同時也為拓展物理學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域提供了有力武器。最近幾十年來,物理學(xué)在各個領(lǐng)域發(fā)展迅速,尤其在核物理、新能源、激光、傳感與自動控制、新型材料、電子技術(shù)和計算機技術(shù)等方面,更是反映了物理實驗技術(shù)發(fā)展的新水平。
科學(xué)技術(shù)發(fā)展越來越體現(xiàn)出物理實驗技術(shù)的重要性,基于以上原因,在高等理工科院校開設(shè)《大學(xué)物理實驗》課程,可以使本科生系統(tǒng)接受豐富的實驗思想、方法和技能訓(xùn)練;提高獲取知識的自學(xué)能力、運用知識的綜合分析能力、動手實踐能力、設(shè)計創(chuàng)新能力;培養(yǎng)嚴(yán)肅認(rèn)真的作風(fēng)、實事求是的科學(xué)態(tài)度、理論聯(lián)系實際和適應(yīng)科技發(fā)展的綜合素質(zhì)。學(xué)好《大學(xué)物理實驗》課程,是新一代科技工作者培養(yǎng)良好科學(xué)素養(yǎng)、樹立正確科學(xué)世界觀的重要途徑。一、大學(xué)物理實驗的主要任務(wù)《大學(xué)物理實驗》是高等理工科院校對學(xué)生進行科學(xué)實驗基本訓(xùn)練的必修基礎(chǔ)課,是學(xué)生接受系統(tǒng)實驗方法和技能訓(xùn)練的開端。它有如下的主要任務(wù)。
1.培養(yǎng)科學(xué)實驗的基本素質(zhì)
要求學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中,通過了解或使用儀器,正確地進行測量、處理數(shù)據(jù)、分析結(jié)果以及撰寫實驗報告等環(huán)節(jié),以獲得必要的實驗知識和操作技能;掌握實驗研究的科學(xué)思想和基本方法;培養(yǎng)科學(xué)思維和創(chuàng)新意識;提高分析能力和創(chuàng)新能力。
2.培養(yǎng)實事求是的科學(xué)作風(fēng)
要求學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中,嚴(yán)格細(xì)致、實事求是、刻苦鉆研和一絲不茍,培養(yǎng)認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度,積極主動的探索精神;培養(yǎng)遵守紀(jì)律,團結(jié)協(xié)作,愛護公共財產(chǎn)的優(yōu)良品德。