本書是按照《理工科類大學物理實驗課程教學基本要求》編寫而成。全書共分為5章,內(nèi)容涉及測量誤差及數(shù)據(jù)處理、力學和熱學實驗、電磁學實驗、光學實驗、近代物理與綜合性實驗。書中比較詳細地介紹了測量誤差及數(shù)據(jù)處理的基本知識,介紹了實驗的基本方法,在每個實驗后面適當安排了思考題、實驗方法和相關(guān)知識拓展。書末附錄還有法定計量單位(SI單位制)和基本物理常數(shù)。
本書是理工科院校大學物理實驗教學用書。
本書第一章比較詳細地介紹了測量誤差及數(shù)據(jù)處理的基本知識,適當引入不確定度的概念。在實驗訓練部分(第二章至第五章)編排了24個不同類型的實驗,對每個實驗原理都做了簡明扼要的論述,并介紹了實驗儀器的使用方法、實驗內(nèi)容和步驟,以便學生課前預習、設(shè)計合理的實驗方案及進行實驗。在每個實驗后面都設(shè)有思考題,有的實驗還提供實驗方法和相關(guān)知識拓展,從而拓展學生視野,使學生的創(chuàng)新能力得到鍛煉和提高。
全書實驗訓練內(nèi)容分為力學和熱學實驗、電磁學實驗、光學實驗、近代物理與綜合性實驗四部分。在教學實施過程中,遵循由淺入深、由簡到繁、循序漸進的原則,以利于培養(yǎng)并逐步提高學生的科學實驗能力和素質(zhì)。
本書的編寫分工如下:桂林理工大學博文管理學院楊達莉編寫緒論、第一章、不良導體導熱系數(shù)的測量、電學元件伏安特性的測量、霍爾效應實驗、薄透鏡焦距的測定、光電效應實驗及附錄;桂林理工大學陳賽艷編寫物體密度的測定、剛體轉(zhuǎn)動慣量的測量、液體比熱容的測定、直流單臂電橋測電阻、直流雙臂電橋測低值電阻、分光計的調(diào)整和應用、硅光電池基本特性的研究;桂林理工大學博文管理學院王星編寫拉伸法測量金屬絲的彈性模量、測量熱敏電阻的溫度特性、示波器的原理及使用、光的等厚干涉實驗(牛頓環(huán))、弗蘭克-赫茲實驗、光纖傳感器的設(shè)計與應用;桂林理工大學博文管理學院韋寧燕編寫液體表面張力系數(shù)的測定、固定均勻弦振動的研究、動態(tài)法測定金屬材料的彈性模量、邁克爾遜干涉儀的調(diào)節(jié)和使用、聲光效應實驗研究、光纖壓力傳感器實驗。楊達莉負責統(tǒng)編和審稿。實驗教材的編寫實際上是同人們歷年工作的總結(jié),在編寫本書時參閱了許多兄弟院校的相關(guān)教材,同時也得到本單位領(lǐng)導、物理教研室同行的熱情幫助,在此表示衷心感謝。
由于編者知識水平和教學經(jīng)驗有限,書中錯漏之處在所難免,懇請同行和廣大讀者批評指正。
編者2016年5月
楊達莉,女,1978年生,漢族,廣西南寧人,理學學士、教育學碩士。1996~2000年就讀于廣西師范大學物理與電子科學系,2000~2004年于南寧第二十中學任教,2004~2007年于廣西師范大學攻讀碩士學位,同年留校工作兩年。于2009年到桂林理工大學博文管理學院執(zhí)教,擔任物理教研室主任,教學效果良好,深受學生喜愛,曾獲廣西青年教師教學競賽一等獎、微課比賽二等獎。研究方向為:物理教育。
緒論1
第一章數(shù)據(jù)處理基礎(chǔ)知識3
第一節(jié)測量與誤差3
第二節(jié)有效數(shù)字及其運算14
第三節(jié)數(shù)據(jù)處理的基本方法17
習題24
習題參考答案26
第二章力學和熱學實驗31
實驗一物體密度的測定31
實驗二液體表面張力系數(shù)的測定41
實驗三剛體轉(zhuǎn)動慣量的測量46
實驗四固定均勻弦振動的研究52
實驗五拉伸法測量金屬絲的彈性模量60
實驗六動態(tài)法測定金屬材料的彈性模量66
實驗七不良導體導熱系數(shù)的測量72
實驗八液體比熱容的測定78
第三章電磁學實驗84
實驗一電學元件伏安特性的測量84
實驗二測量熱敏電阻的溫度特性92
實驗三直流單臂電橋測電阻97
實驗四直流雙臂電橋測低值電阻106
實驗五霍爾效應實驗112
實驗六示波器的原理及使用120
第四章光學實驗136
實驗一薄透鏡焦距的測定136
實驗二分光計的調(diào)整和應用143
實驗三光的等厚干涉實驗(牛頓環(huán))153
實驗四邁克爾遜干涉儀的調(diào)節(jié)和使用159
第五章近代物理與綜合性實驗169
實驗一光電效應實驗169
實驗二弗蘭克-赫茲實驗176
實驗三硅光電池基本特性的研究181
實驗四聲光效應實驗研究187
實驗五光纖傳感器的設(shè)計與應用193
實驗六光纖壓力傳感器實驗199
參考文獻204
附錄1中華人民共和國法定計量單位(節(jié)選)205
附錄2常用基本物理常數(shù)(節(jié)選)208
附錄3部分常用數(shù)值210
物理學從本質(zhì)上說是一門實驗科學。物理規(guī)律的研究一般都是以實驗事實為基礎(chǔ),并不斷接受實驗的檢驗。物理學中的許多基本定律,如牛頓運動定律、動量守恒定律、庫侖定律、法拉第電磁感應定律等,都是在大量實驗的基礎(chǔ)上總結(jié)出來的。因此,物理實驗在物理學的發(fā)展過程中起著十分重要的作用。物理實驗課與理論課教學具有同等重要的地位,兩者既有深刻的內(nèi)在聯(lián)系,又有各自的任務和作用。
物理實驗是對理工科大學生系統(tǒng)地進行實驗方法和實驗技能訓練的開端,也是對學生進行科學實驗訓練的重要基礎(chǔ)。大學物理實驗課將對學生進行基礎(chǔ)實驗方法和技能的訓練,特別是有效數(shù)字概念和誤差理論的學習、運用和訓練。物理實驗教學的基本教學內(nèi)容,如實驗數(shù)據(jù)處理、誤差分析與計算以及物理量的測量方法等基本訓練,在理論課教學中是無法學到的。通過實驗課的學習還有助于鞏固和加深對理論課所學內(nèi)容的理解。
一、物理實驗課的目的
通過觀察物理現(xiàn)象、模擬物理過程、測量物理量、探討物理技術(shù),使學習者:了解科學實驗的基本組成和實驗程序,掌握物理實驗的基礎(chǔ)知識;通過實驗全過程(預習、操作和寫實驗報告)的訓練,培養(yǎng)實驗設(shè)計的基本能力、提出問題、分析和解決問題的能力、知識的應用能力以及報告的撰寫能力;養(yǎng)成嚴肅認真的實驗作風(遵守紀律、實事求是、一絲不茍、科學分析、認真細致)。
二、做好實驗的三個步驟及要求
。ㄒ唬┱n前預習
上課操作實驗之前要明確實驗目的,清楚實驗內(nèi)容、實驗原理、儀器的工作原理和儀器的正確使用方法,并準備好實驗所需測量數(shù)據(jù)原始記錄表格。
(二)上課操作
做好實驗并記錄原始數(shù)據(jù)(填在表格中)。
1 考勤
按上課時間提前5~10分鐘進入實驗室,進實驗室時要帶教材,要交上次實驗的實驗報告,并在《實驗室教學日志》上簽到。一般不得請假,特殊情況(如生。┬璩鼍咦C明(班主任或輔導員在請假條上簽字并蓋院系公章)。
2 按實驗步驟規(guī)范操作
實驗前先檢查實驗儀器,儀器完好無損時,在《實驗室儀器使用(借用)記錄表》上簽字;實驗過程中如果儀器有問題應該及時報告教師,不得擅自換實驗儀器。否則出現(xiàn)儀器損壞情況,將按有關(guān)規(guī)定予以處罰并降低本次實驗成績。實驗前,認真聽教師做簡要的講解。實驗操作過程中要認真仔細,特別要注意儀器的正確使用方法和注意事項,若因操作不當造成器材損壞或儀器嚴重磨損的,要按規(guī)定賠償。
3 整個實驗過程中不能隨意走動,不能講話影響他人
每組單獨完成實驗操作,并且每人都能夠單獨完成實驗。若有不清楚的地方及時請教教師,切不可盲目從事。
4 認真記錄好原始數(shù)據(jù),記錄的實驗數(shù)據(jù)要整潔
偽造或抄襲他人數(shù)據(jù)的,其數(shù)據(jù)無效。數(shù)據(jù)記錄要經(jīng)過教師檢查無誤并簽字才能生效。
5 保持實驗室清潔,不允許在實驗室內(nèi)進食
實驗完畢,整理好實驗儀器,關(guān)閉電源,擺放好座椅。經(jīng)教師允許后方可離開。
。ㄈ┱n后進行數(shù)據(jù)處理,完成實驗報告
實驗報告要統(tǒng)一寫在專用的實驗報告紙上,字跡工整、文句簡明、版面美觀。一份完整的實驗報告應包括實驗名稱、實驗目的、實驗儀器、實驗原理、實驗數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)處理、小結(jié)等幾項內(nèi)容。
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