本書是遼寧石油化工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心在長期實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基礎(chǔ)上,結(jié)合教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革成果編寫而成的。
全書由五部分組成,包括緒論、誤差理論及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、近代及綜合實(shí)驗(yàn)、設(shè)計性與研究性實(shí)驗(yàn)。讀者可以在書末附錄中查找實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涉及的常用物理常數(shù)。為了適應(yīng)不同專業(yè)、不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)和能力培養(yǎng)要求,在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的安排上,多數(shù)實(shí)驗(yàn)都包括“必做內(nèi)容”和“選做內(nèi)容”兩部分,還有部分實(shí)驗(yàn)安排了“實(shí)驗(yàn)拓展”的內(nèi)容。這樣有層次的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容安排有利于學(xué)生個性發(fā)展和優(yōu)秀學(xué)生的深造。設(shè)計性與研究性實(shí)驗(yàn)著重培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立查閱資料的能力、實(shí)驗(yàn)過程的設(shè)計能力以及對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和研究的能力,激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神,為對物理學(xué)科有興趣、又具備學(xué)習(xí)能力的學(xué)生提供學(xué)習(xí)和成長空間。本書各章節(jié)的內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目既相對獨(dú)立,又相互配合,且循序漸進(jìn)。
本書可作為高等工科院校相關(guān)專業(yè)的普通物理實(shí)驗(yàn)教材或教學(xué)參考用書,并適合不同層次的教學(xué)需要。
本書是根據(jù)國家教育部《高等學(xué)校物理實(shí)驗(yàn)基本要求》的規(guī)定,為了適應(yīng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)對人才培養(yǎng)的新要求和學(xué)分制下學(xué)生自由選課的新形勢,在結(jié)合遼寧石油化工大學(xué)理學(xué)院物理實(shí)驗(yàn)中心多年物理教學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)上,不斷充實(shí)近年來的教學(xué)成果和經(jīng)驗(yàn)加以完善而成的物理實(shí)驗(yàn)教材。
大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程是高等理工科院校學(xué)生進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)基本訓(xùn)練的一門必修課;是學(xué)生在大學(xué)期間受到系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練的開始。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)以其“動腦與動手,理論與實(shí)際的有機(jī)結(jié)合”的特點(diǎn),在培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用實(shí)驗(yàn)方法去發(fā)現(xiàn)、觀察、分析和研究、解決問題的能力方面,在提高學(xué)生科學(xué)實(shí)驗(yàn)素質(zhì)、激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神、培養(yǎng)創(chuàng)新能力方面都起著十分重要的作用。為學(xué)生今后的學(xué)習(xí)、工作奠定良好的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰A(chǔ)。
全書由五部分組成,包括緒論、誤差理論及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、近代及綜合實(shí)驗(yàn)、設(shè)計性與研究性實(shí)驗(yàn)。為了學(xué)生能夠更加有效地使用App進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)選課,本書在緒論部分增加了學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)選課App使用指南。在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容安排上,層次分明、由淺入深、循序漸進(jìn),既有對培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰π兄行У牡湫突A(chǔ)實(shí)驗(yàn),又包括一些代表性的近代科技實(shí)驗(yàn)、綜合性和設(shè)計性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,如應(yīng)用光纖技術(shù)原理設(shè)計的光纖煙霧報警設(shè)計實(shí)驗(yàn)、應(yīng)用傳感器原理設(shè)計熱釋電報警器設(shè)計實(shí)驗(yàn)、應(yīng)用光電轉(zhuǎn)換技術(shù)設(shè)計的光電報警設(shè)計實(shí)驗(yàn)等。考慮到大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課的獨(dú)立性和面向低年級學(xué)生的特點(diǎn),在編寫基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)時,力求將實(shí)驗(yàn)原理敘述清楚,計算公式推導(dǎo)完整,使學(xué)生在預(yù)習(xí)時掌握理論依據(jù);實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)步驟盡可能具體,以加強(qiáng)對基本實(shí)驗(yàn)技能和基本實(shí)驗(yàn)方法的訓(xùn)練和指導(dǎo)。教材中列出的實(shí)驗(yàn)涉及了力、熱、電、光和近代物理學(xué)的理論知識,范圍廣泛,內(nèi)容詳盡,教師可以根據(jù)不同專業(yè)不同層次的教學(xué)對象,選做其中部分實(shí)驗(yàn)。除了“必做內(nèi)容”和“選做內(nèi)容”,部分實(shí)驗(yàn)含有“實(shí)驗(yàn)拓展”,這部分內(nèi)容鼓勵學(xué)有余力的優(yōu)秀學(xué)生選做。常用電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器安排在多個實(shí)驗(yàn)中反復(fù)使用,使學(xué)生能夠正確熟練地掌握這些常用儀器的調(diào)節(jié)和使用方法。同時,第2章還編排了電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)基本知識,學(xué)生可以通過閱讀來學(xué)習(xí)使用這些常用的電磁學(xué)儀器。本書選編了16個設(shè)計性與研究性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,要求學(xué)生根據(jù)題目、要求和必要的提示,獨(dú)立查閱資料、自行選擇實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案、步驟、記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、最終得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。此類實(shí)驗(yàn)內(nèi)容能夠促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和思考,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和獨(dú)立解決實(shí)際問題能力。
參加本書編寫的為遼寧石油化工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心教師。參編教師分工如下:許星光、宋昭遠(yuǎn)(緒論,誤差理論及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理,2.1~2.9),石鳳燕、王莉(2.10~2.14,2.21~2.24,3.1),于靜(2.15~2.20),王學(xué)慧、李帆、朱艷英、代玉杰(2.25~2.27,3.11),金瑩(3.2,3.3),張雷(3.4,3.5),黃艷茹(3.6),隋成玉(3.7,3.8),李向榮(3.9,3.10),趙波(3.12,3.13),張艷華(3.14,3.16,3.17),石曉玲(3.15),姜永健(3.18,3.19),趙杰、郭懷紅、王一男、張磊磊(3.20,4.1~4.11),龍文、黃金華(4.12~4.15,附錄)。主編王莉、許星光、宋昭遠(yuǎn)負(fù)責(zé)組織編寫及統(tǒng)稿工作,副主編黃艷茹、代玉杰、金瑩協(xié)助完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的選排和勘誤。全書由玉姣主審。
實(shí)驗(yàn)教學(xué)是一項(xiàng)集體工作,本書凝聚了遼寧石油化工大學(xué)理學(xué)院物理實(shí)驗(yàn)中心多年來所有從事物理教學(xué)的教師和技術(shù)人員的智慧和勞動成果。本書在編寫過程中參閱了我實(shí)驗(yàn)中心教研室以前的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)講義和許多兄弟院校的有關(guān)教材以及儀器生產(chǎn)廠家的說明書,吸取了寶貴經(jīng)驗(yàn),在此表示衷心的感謝!
由于水平有限,書中難免存在不當(dāng)之處,望讀者和專家批評指正。
編者
2017年10月
0緒論1
0.1物理實(shí)驗(yàn)的地位與作用1
0.2物理實(shí)驗(yàn)課的任務(wù)及主要教學(xué)環(huán)節(jié)1
0.3學(xué)生App操作指南2
0.4實(shí)驗(yàn)室規(guī)則6
1誤差理論及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理7
1.1測量與誤差7
1.2不確定度和測量結(jié)果的表示11
1.3數(shù)據(jù)處理的基本知識15
2基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)21
2.1長度和質(zhì)量的測量21
2.2用拉伸法測金屬絲的楊氏彈性模量25
2.3固體線脹系數(shù)的測定29
2.4弦駐波實(shí)驗(yàn)31
2.5落球法測定液體的黏度34
2.6冷卻法測量金屬的比熱容37
2.7音叉的受迫振動與共振實(shí)驗(yàn)41
2.8碰撞打靶實(shí)驗(yàn)45
2.9聲速的測量49
2.10電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)基本知識56
2.11用電位差計測電動勢63
2.12惠斯登電橋測電阻67
2.13示波器的使用69
2.14介質(zhì)介電常數(shù)的測定75
2.15電表的改裝與校準(zhǔn)79
2.16霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)84
2.17RLC電路穩(wěn)態(tài)特性的研究89
2.18RLC電路暫態(tài)特性的研究94
2.19光學(xué)實(shí)驗(yàn)基本知識98
2.20用牛頓環(huán)測透鏡的曲率半徑100
2.21分光計的調(diào)節(jié)和應(yīng)用104
2.22透鏡焦距的測定109
2.23旋光率的測量114
2.24偏振光現(xiàn)象的研究118
2.25三棱鏡頂角和最小偏向角的測量122
2.26邁克爾遜干涉儀的調(diào)節(jié)和使用129
2.27阿貝折射儀測定物質(zhì)折射率134
3近代及綜合實(shí)驗(yàn)139
3.1光電效應(yīng)測定普朗克常數(shù)139
3.2夫蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)145
3.3液晶的電光效應(yīng)151
3.4太陽能電池基本特性測定實(shí)驗(yàn)160
3.5阿貝成像原理和空間濾波164
3.6密立根油滴法測電子電量169
3.7霍爾效應(yīng)法測磁場177
3.8電子射線和場的研究179
3.9核磁共振185
3.10用邁克爾遜干涉儀測玻璃折射率191
3.11數(shù)字電表原理及萬用表設(shè)計與組裝實(shí)驗(yàn)195
3.12光纖轉(zhuǎn)速傳感器實(shí)驗(yàn)205
3.13綜合傳感器實(shí)驗(yàn)一208
3.14綜合傳感器實(shí)驗(yàn)二213
3.15溫度傳感技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)219
3.16數(shù)字信號光纖傳輸技術(shù)實(shí)驗(yàn)227
3.17音頻信號光纖傳輸技術(shù)實(shí)驗(yàn)232
3.18熱敏器件測試及變換實(shí)驗(yàn)238
3.19熱釋電探測器實(shí)驗(yàn)244
3.20計算機(jī)實(shí)測物理實(shí)驗(yàn)248
4設(shè)計性與研究性實(shí)驗(yàn)269
4.1三個探討性實(shí)驗(yàn)269
4.2“碰撞打靶”實(shí)驗(yàn)中能量損失的分析271
4.3奇妙的紅汞水——散射光研究273
4.4“風(fēng)洞”實(shí)驗(yàn)274
4.5液體黏滯系數(shù)與溫度關(guān)系的研究275
4.6邁克爾遜干涉儀的深入研究278
4.7設(shè)計和組裝望遠(yuǎn)鏡280
4.8設(shè)計和組裝顯微鏡282
4.9浮水硬幣實(shí)驗(yàn)——表面張力研究285
4.10組裝邁克爾遜干涉儀測空氣折射率287
4.11光電報警設(shè)計實(shí)驗(yàn)292
4.12光纖煙霧報警設(shè)計實(shí)驗(yàn)296
4.13PSD位移測試設(shè)計實(shí)驗(yàn)299
4.14光電測距設(shè)計實(shí)驗(yàn)302
4.15光纖位移測量系統(tǒng)設(shè)計實(shí)驗(yàn)305
附錄308
附錄A常用物理數(shù)據(jù)308
附錄B銅-康銅熱電偶分度表313