本書是依據(jù)《理工科類大學(xué)物理實驗課程教學(xué)基本要求》(2010年版),以培養(yǎng)學(xué)生的基本實驗技能、科學(xué)思維和創(chuàng)新意識,提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)造能力為目的,結(jié)合編者多年的物理實驗教學(xué)與科研成果,在全國高等農(nóng)林院!笆濉币(guī)劃教材的基礎(chǔ)上重新編寫而成的。內(nèi)容包括大學(xué)物理實驗課程簡介,誤差理論及實驗數(shù)據(jù)的處理,基礎(chǔ)物理實驗,綜合性、應(yīng)用性與近代物理實驗,專題研究、設(shè)計性與創(chuàng)新性實驗,計算機模擬仿真實驗等六章,按不同層次精選了12個基礎(chǔ)物理實驗,8個綜合性、應(yīng)用性與近代物理實驗,6個專題研究、設(shè)計性與創(chuàng)新性實驗和5個計算機模擬仿真實驗,共計31個實驗項目。
大學(xué)物理實驗是理科非物理類和工、農(nóng)、林、醫(yī)等學(xué)科相關(guān)專業(yè)必修的基礎(chǔ)課程,是本科生接受系統(tǒng)科學(xué)實驗方法和實驗技能訓(xùn)練的開端,是培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維方式、創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力和實踐能力的極其重要的教學(xué)環(huán)節(jié)。大學(xué)物理實驗覆蓋廣泛的學(xué)科領(lǐng)域,有豐富的實驗思想、方法、手段,以及綜合性很強的基本實驗技能訓(xùn)練,通過該課程的學(xué)習(xí)可培養(yǎng)學(xué)生的實驗?zāi)芰,提高其科學(xué)素質(zhì),從而在培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、活躍的創(chuàng)新意識、理論聯(lián)系實際和適應(yīng)科技發(fā)展的綜合應(yīng)用能力等方面具有其他實踐類課程不可替代的作用和地位。
本書是以教育部高等學(xué)校物理學(xué)與天文學(xué)教學(xué)指導(dǎo)委員會物理基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)分委員會編制的《理工科類大學(xué)物理實驗課程教學(xué)基本要求》(2010年版)為指導(dǎo),以安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)多年使用的、由洪煒寧主編的全國高等農(nóng)林院!笆濉币(guī)劃教材為基礎(chǔ),結(jié)合安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)物理實驗教學(xué)與科研成果和經(jīng)驗,重新編寫而成的。全書共六章,包括26個操作實驗和5個仿真實驗,系統(tǒng)地介紹了誤差與不確定度、有效數(shù)字運算和數(shù)據(jù)處理的基本知識。所涉及的實驗分為基礎(chǔ)性實驗,綜合性、應(yīng)用性與近代物理實驗,專題研究、設(shè)計性與創(chuàng)新性實驗,計算機模擬仿真實驗等,建設(shè)了體現(xiàn)農(nóng)林特色的綜合、設(shè)計、研究于一體,逐層提高的專題物理實驗項目,力求在滿足基礎(chǔ)技能訓(xùn)練培養(yǎng)的基礎(chǔ)上,將有限的教學(xué)時間集中到一個專題實驗項目中進行系統(tǒng)教學(xué),旨在通過專題實驗的分層教學(xué),逐層訓(xùn)練學(xué)生的實驗應(yīng)用能力與創(chuàng)新能力。
本書引入了模擬仿真等現(xiàn)代化的實驗教學(xué)理念和實驗方法,并配有數(shù)字化教學(xué)內(nèi)容,在每個實驗項目的實驗原理、儀器介紹、實驗內(nèi)容等相應(yīng)位置附有二維碼,學(xué)生通過掃描二維碼可以訪問相應(yīng)的電子教案或授課視頻等輔助教學(xué)內(nèi)容。除了基本教學(xué)內(nèi)容外,還有相應(yīng)的拓展與創(chuàng)新內(nèi)容,供學(xué)有余力的同學(xué)進行探索性學(xué)習(xí)。每個層次的實驗內(nèi)容都覆蓋力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)、原子物理等物理學(xué)的多個分支。本書注重教學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)性和實驗技能的嚴(yán)格訓(xùn)練,同時拓展加強了提高學(xué)生綜合能力、培養(yǎng)創(chuàng)新精神等多方面的功能。
本書由洪煒寧任主編,錢良存、劉家菊、周愛毓任副主編,參編人員包括:洪煒寧(實驗九、二十、二十三)、錢良存(第一章,第二章,實驗六、十九)、李滿蘭(實驗三、四、十八、二十一)、劉家菊(實驗五、八、第六章)、周愛毓(實驗二十二、二十四)、周倩(實驗十一、十二、二十五)、袁興紅(實驗一、二、十六、十七)、曹春斌(實驗十、十三、十四)、穆姝慧(實驗七、十五、二十六)。本書雖由以上同志執(zhí)筆編寫,實際上凝聚了集體的智慧,是全體教師辛勤勞動的成果。
在編寫過程中,我們參考了大量的教學(xué)參考書和兄弟院校的物理實驗教材,從中汲取了寶貴經(jīng)驗,并引用了部分內(nèi)容。本書的出版得到了高等教育出版社和安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)教材中心的大力支持和關(guān)心,在此一并致謝。
盡管我們做出了努力,但因水平有限,書中的不妥之處在所難免,歡迎讀者批評指正。
第一章 大學(xué)物理實驗課程簡介
第一節(jié) 大學(xué)物理實驗課程的地位、作用、主要目的和任務(wù)
一、大學(xué)物理實驗課程的地位和作用
二、大學(xué)物理實驗課程的主要目的和任務(wù)
第二節(jié) 大學(xué)物理實驗課程的教學(xué)體系和教學(xué)要求
一、大學(xué)物理實驗課程的教學(xué)體系
二、大學(xué)物理實驗課程的教學(xué)要求
第三節(jié) 大學(xué)物理實驗教學(xué)與考核的主要環(huán)節(jié)
一、教學(xué)環(huán)節(jié)
二、考核環(huán)節(jié)
第一章 參考文獻
第二章 誤差理論及實驗數(shù)據(jù)的處理
第一節(jié) 測量的基礎(chǔ)知識
一、測量的定義
二、測量的分類
三、測量的基本方法和儀器調(diào)整的基本原則
第二節(jié) 測量結(jié)果的有效數(shù)字
一、有效數(shù)字的定義
二、直接測量數(shù)據(jù)的讀取及有效數(shù)字的意義
三、有效數(shù)字的運算法則
四、有效數(shù)字尾數(shù)的取舍規(guī)則
五、科學(xué)記數(shù)法
第三節(jié) 誤差的基礎(chǔ)知識
一、誤差的定義和表示法
二、誤差的分類
三、隨機誤差的分布規(guī)律與特點
四、多次測量的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差
五、過失誤差(粗差)的剔除
六、測量的精密度、準(zhǔn)確度和精確度
第四節(jié) 直接測量結(jié)果的表示和不確定度的評定
一、不確定度的基本知識
二、單次直接測量結(jié)果的表示
三、多次直接測量結(jié)果的表示
四、不確定度取位規(guī)定及實例
第五節(jié) 間接測量結(jié)果的表示和不確定度的評定
第六節(jié) 實驗數(shù)據(jù)處理的常用方法
一、列表法
二、作圖法
三、逐差法
四、一元線性回歸法(最小二乘擬合法)
五、KENKO-82TL計算器的統(tǒng)計功能的使用
六、Excel數(shù)據(jù)處理軟件簡介
第七節(jié) 習(xí)題
第八節(jié) 大學(xué)物理實驗預(yù)習(xí)報告撰寫導(dǎo)航
一、網(wǎng)上物理實驗預(yù)習(xí)的重點
二、以“牛頓環(huán)測量透鏡的曲率半徑”為例給出撰寫預(yù)習(xí)報告的模板
第二章 參考文獻
第三章 基礎(chǔ)物理實驗
實驗一 用落球法測定液體的黏度
實驗二 金屬線膨脹系數(shù)的測量
實驗三 剛體轉(zhuǎn)動慣量的測量
一、用恒力矩轉(zhuǎn)動法測定物體的轉(zhuǎn)動慣量
二、用三線擺法測定物體的轉(zhuǎn)動慣量
實驗四 楊氏模量的測定
一、用光杠桿通過拉伸法測楊氏模量
二、用數(shù)顯近距楊氏模量儀通過拉伸法測楊氏模量
實驗五 用直流電勢差計測定電源電動勢
一、線式電勢差計測量電源電動勢
二、箱式直流電勢差計測定電動勢
實驗六 示波器的原理和使用
實驗七 用示波器測量鐵磁材料的磁滯回線
實驗八 交流電橋
實驗九 用霍爾效應(yīng)法測量磁場及霍爾元件特性的研究
一、用霍爾效應(yīng)法測量電磁鐵的磁場及霍爾元件特性的研究
二、用霍爾效應(yīng)法測量亥姆霍茲線圈磁場和螺線管的磁場
實驗十 等厚干涉
實驗十一 分光計的調(diào)節(jié)和折射率的測定
一、分光計的調(diào)節(jié)
二、用分光計測量三棱鏡的折射率
三、用分光計測量液體的折射率
實驗十二 用分光計和光柵測定光柵常量和光波波長
第四章 綜合性、應(yīng)用性與近代物理實驗
實驗十三 密立根油滴實驗測量元電荷
實驗十四 太陽能電池特性研究與應(yīng)用
實驗十五 超聲波聲速測量
實驗十六 邁克耳孫干涉儀的調(diào)整和使用
實驗十七 用邁克耳孫干涉儀測空氣折射率
實驗十八 弗蘭克-赫茲實驗
實驗十九 光電效應(yīng)物理量測量及應(yīng)用
實驗二十 核磁共振及應(yīng)用
第五章 專題研究、設(shè)計性與創(chuàng)新性實驗
實驗二十一 液體表面張力系數(shù)測定與研究系列實驗
一、用焦利彈簧秤測定液體的表面張力系數(shù)
二、用硅壓阻式力敏傳感器測定液體的表面張力系數(shù)
三、用毛細(xì)管法測定液體的表面張力系數(shù)
四、液體表面張力系數(shù)與溫度或濃度關(guān)系的研究
實驗二十二 直流電系列實驗
一、基礎(chǔ)電學(xué)設(shè)計性實驗
二、晶體二極管的伏安特性研究
三、直流電橋組裝及研究
四、熱敏電阻溫度計的設(shè)計與研究
五、補償原理的研究及應(yīng)用
六、恒溫控制電路的研究
實驗二十三 交流電路系列實驗
一、正弦交流電路中R、L、C元件阻抗頻率特性研究
二、RC、RL串聯(lián)電路的穩(wěn)態(tài)特性研究
三、RLC串聯(lián)電路的穩(wěn)態(tài)特性研究
四、RC、RL串聯(lián)電路的暫態(tài)特性研究
實驗二十四 傳感器系列實驗
一、電阻應(yīng)變式傳感器靈敏度特性的研究
二、差動變壓器式(互感式)傳感器的特性研究
三、電渦流式傳感器的特性研究
四、霍爾傳感器的特性研究
五、變面積式電容傳感器的特性研究
實驗二十五 數(shù)字化創(chuàng)新系列實驗
一、數(shù)字化光學(xué)綜合實驗系統(tǒng)
二、數(shù)字化熱學(xué)綜合實驗系統(tǒng)——熱機循環(huán)
三、數(shù)字化電磁學(xué)綜合實驗系統(tǒng)
實驗二十六 波動光學(xué)系列實驗
一、用超聲光柵測定液體中的聲速
二、設(shè)計與研究用三種方法測量細(xì)絲直徑
三、設(shè)計與研究用三種方法測量液體的折射率
第六章 計算機模擬仿真實驗
第一節(jié) 計算機模擬仿真技術(shù)簡介及軟件使用方法
第二節(jié) 計算機模擬仿真物理實驗
一、密立根油滴實驗
二、邁克耳孫干涉儀
三、偏振光的研究
四、交流諧振電路及介電常量的測量
五、超聲速的測量
附錄一 中華人民共和國法定計量單位
附錄二 常用物理量