本書是按照教育部高等學(xué)校非物理類專業(yè)物理基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)于2010年制定的《非物理類理工學(xué)科大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)基本要求》, 結(jié)合人才培養(yǎng)的新要求和新的教學(xué)形勢(shì), 總結(jié)多年來(lái)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)改革與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)編寫而成的。全書分為七章, 共有實(shí)驗(yàn)28個(gè), 內(nèi)容涵蓋力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)、近代物理以及設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。書末附錄給出了物理常數(shù)表、中華人民共和國(guó)法定計(jì)量單位(摘錄)。
本書可作為各類高等院校工科各專業(yè)和理科非物理類專業(yè)的本科或?qū)？莆锢韺?shí)驗(yàn)教材, 也可作為實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員、相關(guān)課程教師及其他科技工作者的參考書。
本書按照教育部高等學(xué)校非物理類專業(yè)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱, 并參照教育部高等學(xué)校非物理類專業(yè)物理基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)于2010年制定的《非物理類理工學(xué)科大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)基本要求》, 吸取國(guó)內(nèi)同類教材的優(yōu)點(diǎn), 在編者長(zhǎng)期教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上, 結(jié)合物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)際情況和一般工科院校專業(yè)的特點(diǎn)編寫而成。
本書具有如下特點(diǎn):
(1) 在選材內(nèi)容的處理上, 注意起點(diǎn)低、終點(diǎn)高, 并注重對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的培養(yǎng)和實(shí)驗(yàn)方法的訓(xùn)練。
(2) 按照國(guó)家計(jì)量技術(shù)規(guī)范JJF1059—2012的要求, 全面介紹了用測(cè)量不確定度表示和評(píng)定實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果, 以及依據(jù)測(cè)量?jī)?nèi)容部分替代原測(cè)量結(jié)果中的測(cè)量誤差表示。
(3) 合理地安排了基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)、綜合物理實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性物理實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)。
(4) 部分實(shí)驗(yàn)介紹了幾種不同的實(shí)驗(yàn)方法, 或選用不同的儀器對(duì)同一物理量進(jìn)行測(cè)量。
(5) 結(jié)合具體實(shí)驗(yàn), 適當(dāng)介紹了相關(guān)的物理實(shí)驗(yàn)史料和物理實(shí)驗(yàn)在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用, 以開拓學(xué)生的視野, 提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
(6) 每個(gè)實(shí)驗(yàn)均備有思考題, 以啟迪學(xué)生的思維, 鞏固并加深對(duì)物理原理的理解與掌握。
在物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過程中, 從實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)、教材的編寫到實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的改進(jìn)、改革, 都凝聚著眾多老師的心血。在本書的編寫過程中, 西安科技大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的全體人員均參與其中。本書由班麗瑛主編, 其中班麗瑛編寫緒論, 第1章, 第2章, 第5章, 第6章的6.1節(jié)和參考文獻(xiàn); 張愛君編寫第6章的6.3、6.4節(jié)和附錄; 田玉仙編寫第3章的3.1、3.2、3.4、3.5、3.6節(jié), 第4章的4.1、4.2、4.3、4.5節(jié); 郭亞麗編寫第7章; 蘇敏編寫第3章的3.3節(jié), 第4章的4.4節(jié), 第6章的6.2節(jié)。班麗瑛負(fù)責(zé)全書的統(tǒng)稿工作, 解憂教授對(duì)全稿進(jìn)行了仔細(xì)的審閱。
物理實(shí)驗(yàn)教材的編寫離不開物理實(shí)驗(yàn)室的建設(shè), 物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)也是一項(xiàng)集體事業(yè)。本書結(jié)合學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)情況, 總結(jié)了多年來(lái)物理實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)改革與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn), 凝聚了眾多教師的勞動(dòng)成果。本書是在解憂、炎正馨、郭長(zhǎng)立、王瑞平以及廖少俊等老師物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的指導(dǎo)下編寫而成的, 在此向他們表示衷心的感謝。
由于時(shí)間有限, 書中難免有不足之處, 敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。
編 者
2022年1月
緒論 1
第1章 測(cè)量誤差、測(cè)量不確定度和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理 4
1.1 測(cè)量誤差基本知識(shí) 4
1.1.1 測(cè)量 4
1.1.2 誤差 5
1.1.3 隨機(jī)誤差的估算 8
1.1.4 間接測(cè)量的誤差 11
1.2 測(cè)量不確定度評(píng)定與表示 13
1.2.1 測(cè)量不確定度的基本概念 13
1.2.2 測(cè)量不確定度的評(píng)定與表示 17
1.2.3 不確定度分析的意義及不確定度均分原理 20
1.2.4 不確定度計(jì)算實(shí)例 20
1.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)修約 25
1.3.1 有效位數(shù)的概念 25
1.3.2 測(cè)量不確定度的有效位數(shù)和修約規(guī)則 26
1.3.3 測(cè)量結(jié)果的有效位數(shù)和修約規(guī)則 26
1.3.4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有效位數(shù)的運(yùn)算規(guī)則 27
1.4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法 28
1.4.1 列表法 28
1.4.2 作圖法 28
1.4.3 逐差法 30
1.4.4 最小二乘法 30
1.5 隨機(jī)變量的統(tǒng)計(jì)分布 34
1.5.1 正態(tài)分布 34
1.5.2 t分布(學(xué)生分布) 34
1.5.3 均勻分布 34
1.5.4 三角分布 35
習(xí)題 36
第2章 物理實(shí)驗(yàn)的基本知識(shí) 38
2.1 物理實(shí)驗(yàn)常用測(cè)量方法 38
2.1.1 比較法 38
2.1.2 放大法 39
2.1.3 轉(zhuǎn)換法 40
2.1.4 補(bǔ)償法 41
2.1.5 平衡法 42
2.1.6 模擬法 42
2.1.7 干涉法 42
習(xí)題 42
2.2 物理實(shí)驗(yàn)常用儀器 43
2.2.1 力學(xué)、熱學(xué)常用儀器 43
2.2.2 電磁學(xué)常用儀器 56
2.2.3 電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)操作規(guī)程 63
2.2.4 光學(xué)常用儀器 63
2.3 游標(biāo)卡尺和螺旋測(cè)微計(jì)的使用 66
第3章 力學(xué)和熱學(xué)實(shí)驗(yàn) 69
3.1 拉伸法測(cè)定金屬絲楊氏模量 69
3.2 用三線擺法測(cè)定剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 74
3.3 模擬制冷系數(shù)的測(cè)定 78
3.4 示波器的調(diào)整與應(yīng)用 85
3.4.1 用示波器顯示正弦波形 85
3.4.2 用示波器顯示李薩如圖形 94
3.4.3 聲速的測(cè)定 98
3.5 液體表面張力系數(shù)的測(cè)定 105
3.6 落球法測(cè)定液體的黏滯系數(shù) 110
第4章 電磁學(xué)實(shí)驗(yàn) 115
4.1 電位差計(jì)測(cè)電源電動(dòng)勢(shì) 115
4.2 惠斯通電橋測(cè)電阻 120
4.3 模擬法測(cè)繪靜電場(chǎng) 124
4.4 磁聚焦法測(cè)定電子荷質(zhì)比 130
4.5 利用霍爾效應(yīng)測(cè)磁場(chǎng) 135
第5章 光學(xué)實(shí)驗(yàn) 141
5.1 干涉法測(cè)定透鏡的曲率半徑 141
5.2 分光儀的調(diào)整與使用 148
5.2.1 分光儀的調(diào)整 148
5.2.2 玻璃折射率的測(cè)定 154
5.2.3 利用光柵測(cè)量低壓汞燈的波長(zhǎng) 159
5.3 單縫衍射的光強(qiáng)分布 162
5.4 偏振法測(cè)定葡萄糖溶液的濃度 169
第6章 近代物理實(shí)驗(yàn) 176
6.1 用邁克爾遜干涉儀測(cè)定氦-氖激光器的波長(zhǎng) 176
6.2 弗蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn) 185
6.3 利用光電效應(yīng)測(cè)普朗克常數(shù) 190
6.4 密立根油滴實(shí)驗(yàn) 197
第7章 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn) 204
7.1 紅汞水的散射現(xiàn)象 204
7.2 用激光顯示李薩如圖形 205
7.3 電磁感應(yīng)與磁懸浮力 208
7.4 霍爾傳感器測(cè)量楊氏模量 210
附錄 214
附錄A 物理常數(shù)表 214
附錄B 中華人民共和國(guó)法定計(jì)量單位(摘錄) 219
參考文獻(xiàn) 222
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