本書依據(jù)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》編寫而成。教材的編寫借鑒了兄弟院校物理實驗教學中的寶貴經驗和新形勢下特色化實驗教材中的優(yōu)秀做法,融入了近年來南京航空航天大學物理實驗教學改革的系列成果。
本書分為緒論、基礎理論、預備知識、基礎測量與訓練、綜合應用與提高五部分。在總體設計上,本書貫徹了以學生成長和發(fā)展為中心的教學指導理念,注重課程的入門引導和價值引領,注重基礎理論鞏固與綜合實踐訓練的高度結合,注重信息化教學資源建設與教材建設的深度融合,多維度引導學生學習實驗基礎知識,培養(yǎng)學生的基本實驗素質,提高學生的綜合實踐能力。
本書可作為高等院校各專業(yè)的物理實驗課教材,也可作為實驗技術人員或相關課程教師的參考用書。
大學物理實驗是理工科大學普遍開設的一門基礎性實驗課程,是學生進入大學后較早開始學習的一門系統(tǒng)的實踐課程,在人才培養(yǎng)中具有其他課程不可替代的重要作用。對于大學新生而言,很多學生鮮有在實驗室系統(tǒng)學習物理實驗相關知識的經歷。因此,大學物理實驗教材的建設應注重課程的入門引導和價值引領,適度考慮高中和高校兩個階段實驗課程的差異以及不同生源地學生實驗基礎的差別。
20世紀80年代初,南京航空航天大學的“大學物理實驗”從原來的“大學物理”課程中分離出來,獨立形成一門課程。隨著科學技術的不斷發(fā)展,人們越來越認識到物理實驗的重要性以及在高等教育教學階段對學生加強物理實驗訓練的必要性。實驗教學的根本目的是“培養(yǎng)學生科學實驗能力,提高學生科學實驗素質”。教材的編寫正是以此為目的,同時融入豐富的信息化資源和信息化管理手段,以使學生系統(tǒng)地獲得物理實驗基本知識、基本方法和基本技能,并以此為基礎使學生具備一定的科學實驗能力和創(chuàng)新能力。
多年來,我們一貫重視大學物理實驗課程建設和教學改革,逐步形成了以“開放管理、交叉培養(yǎng)、多元融合、協(xié)同育人”為導向的教學理念和育人模式。在課程的開設中注重教學管理與信息技術的深度融合,育人模式與形勢發(fā)展的高度結合,并依據(jù)實踐類課程特點、課程內容結構、學生學習規(guī)律以及課堂組織形式,深入推進大學物理實驗教學改革和課程建設。其中,“交叉培養(yǎng)”要實現(xiàn)“課程分級、教材分層、實驗分類”的建設任務。在教材分層建設方面,針對不同的課程對象和培養(yǎng)目標,分層次建設大學物理實驗系列教程。
本書的編寫基于分層建設教材的需要,在穩(wěn)步推進課程建設方面具有積極的促進作用。教材注重“兩高”階段實驗課程的銜接和過渡;注重課程的入門引導和價值引領;注重學生科學素養(yǎng)和實驗能力的漸進式培養(yǎng)和提高,力求使學生 “學有所知、學有所值、學有所至”。
本書分為緒論、基礎理論、預備知識、基礎測量與訓練、綜合應用與提高五部分。第1章緒論主要介紹了實驗課的目的與任務以及大學物理實驗課的教學流程;第2章物理實驗基礎理論比較系統(tǒng)地介紹了測量誤差、不確定度和實驗數(shù)據(jù)處理的基本知識;第3章物理實驗預備知識簡要介紹了基本儀器的構造原理與使用方法、基本調整與操作技術、基本測量方法等;第4章物理實驗基礎測量與訓練設置了力學、電學、熱學及光學中的部分基礎實驗,共有10個實驗項目;第5章物理實驗綜合應用與提高包括8個綜合應用性實驗項目。
本書的編寫任務分工如下:張廣斌編寫了內容簡介、前言、緒論、第1章、第2章、第3章、實驗5.2、實驗5.5、附錄及參考文獻;王長順編寫了實驗4.1、實驗4.3、實驗5.8;盛偉編寫了實驗4.2、實驗5.1;鮑軍委編寫了實驗4.10、實驗5.7; 袁婷編寫了實驗4.6、實驗5.6; 孫凡編寫了實驗4.9、實驗5.4;許凌云編寫了實驗4.4、實驗4.7;孔實編寫了實驗4.8、實驗5.3;潘燕飛編寫了實驗4.5。全書由張廣斌負責統(tǒng)稿。
本書的編寫是實驗室全體老師集體勞動的結晶。歷年來在物理實驗中心工作過的許多老師,如劉小廷、李香蓮、管堯興等對于教材的編寫和出版也提出了寶貴的意見,在此表示誠摯的感謝。
我校大學物理實驗教學實行開放式管理模式,既注重課程內容的豐富性,又注重學生的個性化發(fā)展。中心依據(jù)課程教學要求和培養(yǎng)計劃安排實驗開放課堂,學生可以通過微信公眾號或物理實驗中心的網址登錄選課系統(tǒng),并根據(jù)自己專業(yè)、興趣和空余時間靈活自主地預約實驗課。物理實驗中心的網址為:http://phylab.nuaa.edu.cn。
由于編者水平有限,書中難免有錯誤和疏漏之處,懇請讀者批評指正。
編 者
前 言
第1章 緒論1
1.1 物理實驗的作用和地位
1
1.2 大學物理實驗課的目的與任務
2
1.3 大學物理實驗教學的基本環(huán)節(jié)
2
1.4 實驗室規(guī)則
4
第2章 物理實驗基礎理論5
2.1 物理量的測量
5
2.2 誤差的基本認識
6
2.3 隨機誤差的處理
10
2.4 有效數(shù)字及其運算規(guī)則
13
2.5 測量結果的不確定度評定
15
2.6 數(shù)據(jù)的表示與處理
20
第3章 物理實驗預備知識31
3.1 物理實驗基本測量方法
31
3.2 物理實驗基本儀器
33
3.3 物理實驗基本調整與操作技術
46
第4章 物理實驗基礎測量與訓練49
實驗4.1 長度測量與數(shù)據(jù)處理
49
實驗4.2 用單擺測量重力加速度
53
實驗4.3 簡諧振動與彈簧勁度系數(shù)的測量
57
實驗4.4 扭擺法測量物體的轉動慣量
61
實驗4.5 拉伸法測量金屬絲的彈性模量
67
實驗4.6 惠斯通電橋測電阻
72
實驗4.7 電位差計的原理及應用
78
實驗4.8 示波器的調節(jié)與使用
83
實驗4.9 落球法測量液體的黏度
89
實驗4.10 用牛頓環(huán)測定透鏡的曲率半徑
95
第5章 物理實驗綜合應用與提高100
實驗5.1 超聲聲速的測量
100
實驗5.2 用電位差計校準毫安表
106
實驗5.3 霍爾效應法測磁場
111
實驗5.4 穩(wěn)態(tài)法測定不良導體的導熱系數(shù)
118
實驗5.5 分光計的調節(jié)與應用
123
實驗5.6 邁克耳孫干涉儀的調節(jié)與使用
137
實驗5.7 密立根油滴實驗
144
實驗5.8 光電效應及普朗克常量的測定
150
附錄 中華人民共和國法定計量單位與物理常數(shù)157
附錄A 中華人民共和國法定計量單位157
附錄B 物理常數(shù)159
參考文獻165