本書是在福建師范大學(xué)國(guó)家級(jí)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心和大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)國(guó)家級(jí)教學(xué)團(tuán)隊(duì)幾十年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上編寫而成的，它同時(shí)是國(guó)家精品課程“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”的主講教材。本書以“階段化、單元化、現(xiàn)代化”的教學(xué)模式為指導(dǎo)，力圖把“物理實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與研究”、“物理實(shí)驗(yàn)方法”、“物理實(shí)驗(yàn)思想”貫穿于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的全過(guò)程。教材以大綱為依據(jù)，主要內(nèi)容包括測(cè)量的不確定度與數(shù)據(jù)處理，物理實(shí)驗(yàn)基本知識(shí)，基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)，力學(xué)、熱力學(xué)基本實(shí)驗(yàn)，電磁學(xué)基本實(shí)驗(yàn)，光學(xué)基本實(shí)驗(yàn)和近代物理基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)等。教材重視科研與教學(xué)的有機(jī)結(jié)合，特別引入了基于PASCO計(jì)算機(jī)傳感技術(shù)的8個(gè)數(shù)字化物理實(shí)驗(yàn)和10個(gè)與學(xué)科研究密切相關(guān)的創(chuàng)新性與研究性實(shí)驗(yàn)。
本書可用作高等院校理工類專業(yè)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課教材。
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目錄
序
前言
緒論 1
第1章 測(cè)量的不確定度與數(shù)據(jù)處理 5
1.1 測(cè)量的基本概念 5
1.1.1 測(cè)量及其表示 5
1.1.2 測(cè)量的分類 5
1.2 誤差的基本概念 6
1.2.1 真值與測(cè)量誤差 6
1.2.2 誤差的表示形式：絕對(duì)誤差與相對(duì)誤差 6
1.2.3 誤差的分類及來(lái)源 7
1.3 直接測(cè)量隨機(jī)誤差的估算 8
1.3.1 隨機(jī)誤差的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律 8
1.3.2 用算術(shù)平均值表示測(cè)量結(jié)果的最佳值 9
1.3.3 隨機(jī)誤差的表示與估算 9
1.3.4 t分布 10
1.3.5 粗差的剔除 11
1.4 測(cè)量不確定度簡(jiǎn)介 11
1.4.1 不確定度的概念 12
1.4.2 直接測(cè)量不確定度的估算 12
1.4.3 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度和展伸不確定度 13
1.4.4 間接測(cè)量不確定度的計(jì)算 14
1.4.5 不確定度計(jì)算的簡(jiǎn)化——微小誤差舍去原則 15
1.5 有效數(shù)字及其運(yùn)算規(guī)則 15
1.5.1 有效數(shù)字的概念 16
1.5.2 有效數(shù)字記錄與修約時(shí)必須注意的問(wèn)題 16
1.5.3 有效數(shù)字的運(yùn)算 17
1.6 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的常用方法 18
1.6.1 列表法 18
1.6.2 作圖法 19
1.6.3 逐差法 21
1.6.4 線性回歸法 22
第2章 物理實(shí)驗(yàn)基本知識(shí) 27
2.1 物理學(xué)中的基本物理量及其測(cè)量方法 27
2.1.1 物理學(xué)中的基本物理量概述 27
2.1.2 長(zhǎng)度 28
2.1.3 質(zhì)量 30
2.1.4 溫度 31
2.1.5 時(shí)間 32
2.1.6 電壓 32
2.1.7 電阻 33
2.1.8 磁場(chǎng) 34
2.1.9 光波波長(zhǎng) 35
2.1.10 折射率 36
2.2 物理實(shí)驗(yàn)常用基本儀器 38
2.2.1 力學(xué)、熱學(xué)實(shí)驗(yàn)常用儀器 38
2.2.2 電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)常用儀器 50
2.2.3 光學(xué)常用儀器 59
2.3 物理實(shí)驗(yàn)的基本測(cè)量方法 65
2.3.1 放大法 65
2.3.2 補(bǔ)償法 66
2.3.3 比較法 66
2.3.4 修正法 67
2.3.5 光學(xué)測(cè)量中的視差和等高共軸調(diào)節(jié) 68
2.3.6 轉(zhuǎn)換法 69
2.3.7 模擬法 70
2.4 物理實(shí)驗(yàn)思想 71
2.4.1 古代樸素的物理實(shí)驗(yàn)思想 72
2.4.2 經(jīng)典物理實(shí)驗(yàn)思想 73
2.4.3 現(xiàn)代物理實(shí)驗(yàn)思想 75
2.5 物理實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì) 78
2.5.1 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)概述 78
2.5.2 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)需要遵循的四個(gè)基本原則 79
2.5.3 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的典型分析 82
第3章 基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn) 85
實(shí)驗(yàn)1 長(zhǎng)度測(cè)量 85
實(shí)驗(yàn)2 密度測(cè)量 90
實(shí)驗(yàn)3 溫度和氣壓測(cè)量 93
實(shí)驗(yàn)4 金屬線脹系數(shù)測(cè)定 97
實(shí)驗(yàn)5 補(bǔ)償法測(cè)干電池的電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)阻 100
實(shí)驗(yàn)6 用惠斯通電橋測(cè)電阻 103
實(shí)驗(yàn)7 靜電場(chǎng)描繪 106
實(shí)驗(yàn)8 薄透鏡焦距測(cè)量 110
實(shí)驗(yàn)9 用牛頓環(huán)測(cè)定透鏡的曲率半徑 113
第4章 力學(xué)、熱力學(xué)基本實(shí)驗(yàn) 116
4.1 運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn) 116
實(shí)驗(yàn)10 速度和加速度的測(cè)量 116
實(shí)驗(yàn)11 碰撞中的動(dòng)量和動(dòng)能變化規(guī)律的研究 118
實(shí)驗(yàn)12 用單擺測(cè)定重力加速度 120
實(shí)驗(yàn)13 用自由落體法測(cè)定重力加速度 122
實(shí)驗(yàn)14 用可倒擺測(cè)定重力加速度 124
實(shí)驗(yàn)15 用復(fù)擺研究剛體轉(zhuǎn)動(dòng) 127
實(shí)驗(yàn)16 聲速測(cè)量 130
實(shí)驗(yàn)17 多普勒效應(yīng)實(shí)驗(yàn) 134
實(shí)驗(yàn)18 弦振動(dòng)的研究 136
實(shí)驗(yàn)19 物體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測(cè)量 139
4.2 氣體、液體和固體的力學(xué)、熱學(xué)特性測(cè)量 143
實(shí)驗(yàn)20 液體黏滯系數(shù)的測(cè)量 143
實(shí)驗(yàn)21 用焦利氏秤測(cè)量液體的表面張力系數(shù) 144
實(shí)驗(yàn)22 空氣比熱容比的測(cè)量 146
實(shí)驗(yàn)23 冰的熔解熱的測(cè)量 148
實(shí)驗(yàn)24 材料導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)量 150
實(shí)驗(yàn)25 金屬比熱容的測(cè)量 152
實(shí)驗(yàn)26 金屬材料楊氏模量的測(cè)量 153
第5章 電磁學(xué)基本實(shí)驗(yàn) 160
5.1 直流電學(xué)量的測(cè)量 160
實(shí)驗(yàn)27 非線性電阻元件伏安特性的研究 160
實(shí)驗(yàn)28 pn結(jié)正向壓降溫度特性研究 162
實(shí)驗(yàn)29 電容放電法測(cè)量高阻值電阻 165
實(shí)驗(yàn)30 用凱爾文電橋測(cè)銅棒的電阻率 167
實(shí)驗(yàn)31 非平衡直流電橋及其應(yīng)用 170
5.2 交流電學(xué)量的測(cè)量 173
實(shí)驗(yàn)32 用交流電橋測(cè)量元件的交流參數(shù) 173
實(shí)驗(yàn)33 用示波器測(cè)量交流信號(hào) 179
實(shí)驗(yàn)34 RLC串聯(lián)電路的暫態(tài)過(guò)程研究 182
實(shí)驗(yàn)35 RLC電路的穩(wěn)態(tài)特性研究 187
實(shí)驗(yàn)36 RLC電路的諧振特性研究 193
實(shí)驗(yàn)37 “黑盒子暠問(wèn)題的研究 198
5.3 磁材料與磁場(chǎng)測(cè)量 199
實(shí)驗(yàn)38 霍爾效應(yīng)研究及磁場(chǎng)測(cè)量 199
實(shí)驗(yàn)39 半導(dǎo)體材料的磁電阻效應(yīng)研究 202
實(shí)驗(yàn)40 地磁場(chǎng)水平分量的測(cè)量 204
實(shí)驗(yàn)41 磁滯回線和磁化曲線的測(cè)量 209
第6章 光學(xué)基本實(shí)驗(yàn) 212
6.1 焦距與助視儀器放大率測(cè)量 212
實(shí)驗(yàn)42 用平行光管測(cè)量透鏡焦距 212
實(shí)驗(yàn)43 透鏡組基點(diǎn)的測(cè)定 216
實(shí)驗(yàn)44 助視儀器放大率測(cè)量 219
6.2 折射率與光強(qiáng)的測(cè)量 223
實(shí)驗(yàn)45 用分光計(jì)測(cè)量玻璃棱鏡折射率 223
實(shí)驗(yàn)46 掠入射法測(cè)量液體的折射率 225
實(shí)驗(yàn)47 用邁克耳孫干涉儀測(cè)定空氣的折射率 227
實(shí)驗(yàn)48 發(fā)光強(qiáng)度與光照度的測(cè)量 228
6.3 波長(zhǎng)測(cè)量 230
實(shí)驗(yàn)49 用雙棱鏡干涉測(cè)定鈉光波長(zhǎng) 230
實(shí)驗(yàn)50 用邁克耳孫干涉儀測(cè)定鈉光波長(zhǎng) 235
實(shí)驗(yàn)51 用透射光柵測(cè)量光波波長(zhǎng) 239
實(shí)驗(yàn)52 單色儀的定標(biāo)和濾光片光譜透射率的測(cè)定 240
實(shí)驗(yàn)53 用法布里珀羅干涉儀測(cè)定鈉光雙線波長(zhǎng)差 245
6.4 偏振、旋光效應(yīng)及其應(yīng)用 247
實(shí)驗(yàn)54 偏振現(xiàn)象的觀察與研究 247
實(shí)驗(yàn)55 用旋光效應(yīng)測(cè)定糖溶液的濃度 251
實(shí)驗(yàn)56 液晶電光效應(yīng)實(shí)驗(yàn) 253
實(shí)驗(yàn)57 衍射法測(cè)量光纖包層外徑 257
實(shí)驗(yàn)58 用超聲光柵測(cè)量聲速 260
第7章 近代物理基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn) 264
實(shí)驗(yàn)59 阿貝成像原理與空間濾波 264
實(shí)驗(yàn)60 電子比荷測(cè)定 267
實(shí)驗(yàn)61 光電效應(yīng)研究 269
實(shí)驗(yàn)62 弗蘭克赫茲實(shí)驗(yàn) 271
實(shí)驗(yàn)63 光譜定性分析 273
實(shí)驗(yàn)64 密立根油滴實(shí)驗(yàn) 276
第8章 數(shù)字化物理實(shí)驗(yàn) 279
引言 279
實(shí)驗(yàn)65 牛頓第二定律的驗(yàn)證 285
實(shí)驗(yàn)66 滑動(dòng)摩擦系數(shù)的測(cè)量 288
實(shí)驗(yàn)67 阻尼振動(dòng)研究 290
實(shí)驗(yàn)68 空氣熱機(jī)實(shí)驗(yàn)研究 293
實(shí)驗(yàn)69 變阻器控制電路的研究 296
實(shí)驗(yàn)70 光的干涉與衍射現(xiàn)象的研究 300
實(shí)驗(yàn)71 透明介質(zhì)布儒斯特角的測(cè)定 304
實(shí)驗(yàn)72 細(xì)桿直徑的測(cè)量 306
第9章 創(chuàng)新性與研究性實(shí)驗(yàn) 309
引言 309
實(shí)驗(yàn)73 ITO薄膜的制備及其特性測(cè)量 310
實(shí)驗(yàn)74 利用原子力顯微鏡觀測(cè)薄膜的表面形貌 312
實(shí)驗(yàn)75 太陽(yáng)能集熱器原理及其特性測(cè)量 316
實(shí)驗(yàn)76 太陽(yáng)能光伏電池原理及其特性測(cè)量 318
實(shí)驗(yàn)77 LED光強(qiáng)分布和光束角測(cè)量 321
實(shí)驗(yàn)78 用LED伏安曲線計(jì)算發(fā)射波長(zhǎng) 323
實(shí)驗(yàn)79 磁控濺射法制備薄膜材料 324
實(shí)驗(yàn)80 鋰離子電池正極材料LiNi0.5Mn1.5O4的制備及其電化學(xué)性能研究 327
實(shí)驗(yàn)81 鋰離子電池分析——循環(huán)伏安和交流阻抗 329
實(shí)驗(yàn)82 新型磁制冷材料 331
參考文獻(xiàn) 336
附錄 物理常量表 339
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