目錄
第一篇緒論
第1章大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)目的和要求 3
1.1大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的定位 3
1.1.1大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的定位和教學(xué)內(nèi)容 3
1.1.2大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)要求 3
1.2大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)環(huán)節(jié)和要求 4
1.2.1一個(gè)完整科學(xué)實(shí)驗(yàn)需經(jīng)歷的基本環(huán)節(jié) 4
1.2.2物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)的分類 4
1.2.3大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的分類 6
1.2.4大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)安排 6
第2章實(shí)驗(yàn)測(cè)量、誤差和不確定度 9
2.1物理量的測(cè)量 9
2.1.1何為測(cè)量 9
2.1.2國際單位制和基本物理量 9
2.1.3測(cè)量模型和測(cè)量函數(shù) 9
2.1.4測(cè)量儀器的檢定和校準(zhǔn) 10
2.1.5測(cè)量的分類 10
2.2測(cè)量誤差 11
2.2.1測(cè)量誤差和不確定度的定義 11
2.2.2誤差的分類 12
2.2.3準(zhǔn)確度和精密度 13
2.3隨機(jī)誤差 13
2.3.1隨機(jī)誤差分布規(guī)律 13
2.3.2隨機(jī)誤差的計(jì)算方法及實(shí)例 16
2.3.3誤差均分原理和應(yīng)用 19
2.3.4有效數(shù)字 20
2.3.5測(cè)量儀器的準(zhǔn)確度等級(jí)和誤差 23
2.4系統(tǒng)誤差 23
2.4.1系統(tǒng)誤差的來源及確定方法 23
2.4.2消除或減小系統(tǒng)誤差的方法 24
2.5測(cè)量結(jié)果的不確定度 25
2.5.1不確定度概念的由來 25
2.5.2不確定度的概念和分類 26
2.5.3不考慮自由度時(shí)不確定度的評(píng)定 27
2.5.4考慮自由度時(shí)不確定度的評(píng)定 29
第3章實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理與表達(dá) 35
3.1列表法和作圖法 35
3.1.1列表法 35
3.1.2作圖法 36
3.2線性化數(shù)據(jù)處理方法 40
3.2.1最小二乘法 41
3.2.2零偏差法 43
3.2.3回歸測(cè)量的平差修正法 44
3.2.4小范圍的線性化 44
3.2.5大范圍的線性化 45
3.3經(jīng)驗(yàn)方程 45
3.3.1線型選擇 46
3.3.2單調(diào)型 46
3.3.3起伏型 47
3.3.4扭結(jié)型和波包型 47
3.3.5組合型 48
3.3.6數(shù)學(xué)在物理實(shí)驗(yàn)中的重要性 48
3.4用計(jì)算機(jī)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 49
3.4.1通用數(shù)據(jù)處理軟件 50
3.4.2數(shù)學(xué)軟件 50
3.4.3編程語言 52
3.4.4專用仿真計(jì)算軟件 52
第二篇常用儀器與基本物理量測(cè)控
第4章電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí) 55
4.1電源 55
4.1.1電池 56
4.1.2直流電源 58
4.1.3直流高壓源 60
4.1.4大容量電容 60
4.1.5調(diào)壓器 61
4.2信號(hào)發(fā)生器 61
4.2.1交流信號(hào)相關(guān)參數(shù) 61
4.2.2函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 63
4.3常用電學(xué)測(cè)量儀器 64
4.3.1數(shù)字萬用表 64
4.3.2交流毫伏表 65
4.3.3高壓表 66
4.3.4微電流表 66
4.3.5電荷計(jì) 67
4.3.6高阻表 68
4.3.7低阻表 69
4.3.8電橋 69
4.3.9示波器 72
4.4其他常用電學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置 77
4.4.1電路實(shí)驗(yàn)板 77
4.4.2滑線變阻器 78
4.4.3電阻箱和標(biāo)準(zhǔn)電阻 79
4.4.4電容箱和標(biāo)準(zhǔn)電容 80
4.4.5電感箱和標(biāo)準(zhǔn)電感 80
4.5電學(xué)實(shí)驗(yàn)常用符號(hào) 81
4.6常用磁學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置 81
4.6.1磁場的表征參數(shù) 82
4.6.2磁場的獲得 82
4.6.3磁場的測(cè)量 84
4.7電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)安全注意事項(xiàng) 85
第5章力學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí) 87
5.1長度測(cè)量儀器 87
5.1.1望遠(yuǎn)鏡 87
5.1.2激光測(cè)距儀 87
5.1.3線紋尺 88
5.1.4游標(biāo)卡尺 88
5.1.5螺旋測(cè)微器 90
5.1.6千分表 91
5.1.7光學(xué)顯微測(cè)量 91
5.1.8光杠桿 94
5.1.9測(cè)厚儀 95
5.1.10其他長度測(cè)量設(shè)備 95
5.2重量和質(zhì)量測(cè)量儀器 96
5.2.1彈簧秤 96
5.2.2機(jī)械天平 96
5.2.3電子天平 97
5.3時(shí)間測(cè)量儀器 98
5.3.1秒表 98
5.3.2光電門 98
5.3.3高速攝像機(jī) 99
5.4角度測(cè)量儀器 99
5.4.1轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器 99
5.4.2轉(zhuǎn)速計(jì) 100
5.4.3分光計(jì) 100
第6章熱學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí) 105
6.1溫標(biāo) 105
6.2溫度計(jì) 107
6.2.1玻璃棒式液體溫度計(jì) 107
6.2.2貝克曼溫度計(jì) 108
6.2.3熱電偶溫度計(jì) 109
6.2.4PN結(jié)溫度計(jì) 111
6.2.5固體電阻溫度計(jì) 111
6.2.6石英晶體溫度計(jì) 112
6.2.7集成電路溫度計(jì) 113
6.2.8非接觸式溫度計(jì) 113
6.3溫度控制 115
6.3.1杜瓦瓶 116
6.3.2恒溫液體浴 116
6.3.3恒溫金屬浴 117
6.3.4磁力攪拌器 117
6.3.5電熱套 118
6.3.6半導(dǎo)體制冷 118
第7章光學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí) 119
7.1光學(xué)基本物理量和單位 120
7.1.1輻射度學(xué)參數(shù) 120
7.1.2光度學(xué)參數(shù) 121
7.1.3光譜學(xué)參數(shù) 122
7.1.4其他光學(xué)常用參數(shù) 123
7.2光源 125
7.2.1光源的分類 125
7.2.2連續(xù)譜光源 125
7.2.3線狀譜光源 128
7.2.4單色光源 129
7.2.5光纖耦合光源 130
7.3光學(xué)元件 130
7.3.1光闌 131
7.3.2濾光片 132
7.3.3反射鏡 134
7.3.4透鏡 135
7.3.5棱鏡 136
7.3.6偏振元件 137
7.3.7常見光學(xué)系統(tǒng) 139
7.4光檢測(cè)設(shè)備 140
7.4.1光傳感器 140
7.4.2光檢測(cè)儀器和設(shè)備 144
7.5光學(xué)平臺(tái)及調(diào)節(jié)附件 145
7.5.1底座 145
7.5.2套筒和支桿 149
7.5.3調(diào)節(jié)架 149
7.6光學(xué)實(shí)驗(yàn)安全注意事項(xiàng) 154
7.6.1光學(xué)元件的正確使用與維護(hù) 154
7.6.2光學(xué)實(shí)驗(yàn)的操作規(guī)則 155
第8章傳感器及通用物理實(shí)驗(yàn)平臺(tái) 156
8.1傳感器及數(shù)據(jù)采集器 156
8.1.1傳感器的基本結(jié)構(gòu) 156
8.1.2傳感器的種類 157
8.1.3傳感器的基本特性 158
8.1.4傳感器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 158
8.2通用物理實(shí)驗(yàn)平臺(tái) 159
8.2.1通用物理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)成 159
8.2.2通用物理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)使用方法 160
8.2.3視頻分析功能 163
8.3基于虛擬儀器的物理實(shí)驗(yàn)平臺(tái) 164
8.3.1虛擬儀器 164
8.3.2虛擬儀器技術(shù) 165
8.3.3LabVIEW開發(fā)環(huán)境 166
8.3.4虛擬儀器實(shí)驗(yàn)平臺(tái) 168
8.4智能手機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái) 171
8.4.1智能手機(jī)中的傳感器 171
8.4.2智能手機(jī)物理實(shí)驗(yàn)軟件 172
第三篇學(xué)科共性實(shí)驗(yàn)
第9章力學(xué)實(shí)驗(yàn) 175
實(shí)驗(yàn)A1長度、重量、密度的測(cè)量及不確定度分析 175
實(shí)驗(yàn)A2用力敏傳感器測(cè)量液體表面張力系數(shù) 176
實(shí)驗(yàn)A3用光杠桿測(cè)量金屬絲的靜態(tài)楊氏模量 180
實(shí)驗(yàn)A4基于轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器的玻爾振動(dòng)綜合實(shí)驗(yàn) 182
實(shí)驗(yàn)A5基于智能手機(jī)的振動(dòng)實(shí)驗(yàn) 188
實(shí)驗(yàn)A6基于視頻分析的運(yùn)動(dòng)學(xué)實(shí)驗(yàn) 191
第10章熱學(xué)實(shí)驗(yàn) 195
實(shí)驗(yàn)B1溫度傳感器溫度特性的測(cè)量 195
實(shí)驗(yàn)B2不良熱導(dǎo)體熱導(dǎo)率的測(cè)量 198
實(shí)驗(yàn)B3基于溫度傳感器的熱電
當(dāng)量實(shí)驗(yàn) 203
實(shí)驗(yàn)B4基于氣壓傳感器測(cè)量空氣的比熱容比 206
第11章電磁學(xué)實(shí)驗(yàn) 209
實(shí)驗(yàn)C1用示波器測(cè)量交流信號(hào)的基本參數(shù) 209
實(shí)驗(yàn)C2交流信號(hào)的頻譜及常用電子元器件的I-V特性 212
實(shí)驗(yàn)C3RLC串聯(lián)電路交流穩(wěn)態(tài)和諧振特性 215
實(shí)驗(yàn)C4用交流電橋測(cè)電感和電容 221
實(shí)驗(yàn)C5巨磁電阻效應(yīng)實(shí)驗(yàn) 225
實(shí)驗(yàn)C6利用霍爾效應(yīng)測(cè)量磁場 232
第12章光學(xué)實(shí)驗(yàn) 236
實(shí)驗(yàn)D1透鏡和透鏡組基本參數(shù)的測(cè)量 236
實(shí)驗(yàn)D2自組雙透鏡光學(xué)系統(tǒng) 243
實(shí)驗(yàn)D3用分光計(jì)測(cè)量液體的折射率 249
實(shí)驗(yàn)D4光柵常量及光波波長的測(cè)量 253
實(shí)驗(yàn)D5邁克耳孫干涉實(shí)驗(yàn)及應(yīng)用 256
實(shí)驗(yàn)D6單縫衍射相對(duì)光強(qiáng)分布 262
實(shí)驗(yàn)D7圓孔衍射實(shí)驗(yàn) 266
第13章原子物理學(xué)實(shí)驗(yàn) 271
實(shí)驗(yàn)E1光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)普朗克常量 271
實(shí)驗(yàn)E2密立根油滴實(shí)驗(yàn)測(cè)電子電荷 276
實(shí)驗(yàn)E3弗蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)測(cè)原子的激發(fā)能量 284
實(shí)驗(yàn)E4基于光柵光譜儀的原子發(fā)射光譜實(shí)驗(yàn) 289
實(shí)驗(yàn)E5基于光纖光譜儀的原子吸收光譜實(shí)驗(yàn) 294
第四篇學(xué)科特色實(shí)驗(yàn)
第14章醫(yī)科物理實(shí)驗(yàn) 301
實(shí)驗(yàn)F1生物醫(yī)學(xué)圖像的顯微采集
與測(cè)量 301
實(shí)驗(yàn)F2生物傳感器實(shí)驗(yàn) 306
實(shí)驗(yàn)F3心電圖機(jī)的使用及人體心電圖的測(cè)量 312
實(shí)驗(yàn)F4眼睛成像模型實(shí)驗(yàn) 319
第15章工科物理實(shí)驗(yàn) 325
實(shí)驗(yàn)G1溫度測(cè)控儀的設(shè)計(jì)和組裝 325
實(shí)驗(yàn)G2基于LabVIEW的虛擬儀器實(shí)驗(yàn) 329
實(shí)驗(yàn)G3基于CompactDAQ的多通道溫度采集實(shí)驗(yàn) 333
實(shí)驗(yàn)G4基于Multisim的RLC電路和電橋仿真實(shí)驗(yàn) 335
實(shí)驗(yàn)G5基于空間光調(diào)制器的光學(xué)成像畸變實(shí)驗(yàn) 340
實(shí)驗(yàn)G6光纖耦合及光纖傳感器實(shí)驗(yàn) 346
第16章理科物理實(shí)驗(yàn) 356
實(shí)驗(yàn)H1超聲光柵測(cè)聲速 356
實(shí)驗(yàn)H2橢圓偏振光測(cè)薄膜厚度 359
實(shí)驗(yàn)H3基于COMSOL的電阻加熱仿真實(shí)驗(yàn) 365
實(shí)驗(yàn)H4基于Multisim的混沌電路實(shí)驗(yàn) 369
實(shí)驗(yàn)H5基于Seelight的光學(xué)衍射仿真實(shí)驗(yàn) 373
實(shí)驗(yàn)H6空間頻譜和傅里葉光學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn) 376
參考資料 383
附錄 386
附錄At分布在不同概率p與自由度v下的tp(v)值 386
附錄B實(shí)驗(yàn)室常用參數(shù)表 387