本書根據高等工業(yè)學校《理工科類大學物理實驗課程教學基本要求》(2010年版),結合近年來實驗理念的發(fā)展和風格演變編寫而成。本書共7章,前2章系統(tǒng)地介紹了與大學物理實驗相關的基本知識,包括實驗誤差和數(shù)據處理的基礎知識、物理實驗的常用方法和實驗技術、常規(guī)儀器的工作原理和使用方法。后面幾章包括銜接中學知識的預備性實驗、加深物理規(guī)律理解的基礎性實驗、開闊視野和提高實驗技能的近代物理與綜合性實驗、培養(yǎng)學生探索與創(chuàng)新精神的設計性實驗。
大學物理實驗課程是理工科學生進入大學后最先接觸的獨立的基礎實驗課程。雖然物理實驗必須以物理學的理論為基礎,需要運用物理學的原理進行實驗或研究,但它并不是“大學物理學”課程的分支或組成部分,它不是單純以驗證物理定律和加深物理規(guī)律的理解為主要目的,而是通過實驗學習物理實驗的基本技術和測量方法,培養(yǎng)大學生科學實驗的能力,提高其科學實驗的綜合素質。它是培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W實驗態(tài)度、活躍的創(chuàng)新意識的不可缺少的重要基礎課程。
我們根據《理工科類大學物理實驗課程教學基本要求》(2010年版),在杭州電子科技大學建校40年來大學物理實驗課程教學改革和實驗室建設以及參加浙江省大學生物理實驗技能與創(chuàng)新競賽的實踐基礎上,參考2017年高考改革浙江省普通工科院校對物理學的要求,結合我校相關專業(yè)的特色,繼承了2010年出版的《大學實驗物理教程》的優(yōu)點,編寫成適用于不同物理基礎的新生和通過自學參加實驗創(chuàng)新競賽的學生的多層次教材。
為適應時代的發(fā)展,充分利用互聯(lián)網的先進性和普遍性,本教材配套搭建了網站和手機APP,部分實驗的視頻、實驗擴充知識和拓展內容的閱讀資料在網站或手機APP中均可查看,通過打造立體化的教材,方便學生實驗前的預習及自學,并且增加教材的深度和廣度。教材的立體化為物理實驗的翻轉課堂提供必要的支撐。
我們在教材內容的編排上作了一定的調整,以適應不同層次學生的需求。新高考制度下物理作為選考內容,學生的物理基礎參差不齊。為此,本書設置部分簡單的基礎實驗作為中學和大學的銜接實驗,供學生選修。根據當前學科發(fā)展的現(xiàn)狀、市場需求,實驗教材在“保證基礎”的情況下,加強“面向應用”的內容,增加了新技術和新知識的介紹和相關的實驗,如包含傳感器技術和Pasco數(shù)據處理的Pasco綜合實驗、LED發(fā)光特性實驗、數(shù)字式示波器和數(shù)字萬用表的應用實驗等。新增單片機原理及其簡單應用、MATLAB在物理實驗中的應用等內容,供有需要的學生參考。
本書按實驗層次分成7章,包括:實驗誤差與數(shù)據處理基礎知識,物理實驗的常用方法與相關技術,預備性實驗,基礎實驗,近代物理與綜合實驗,設計性與研究性實驗,計算機輔助教學等,涵蓋物理學中力、熱、光、電的基礎與應用。
參加本教材編寫的有葛凡(前言,緒論,附錄),鄭飛躍(第1章,第2章,實驗21、23、24、43、44、47、49),徐嫣紅(實驗1、2、6、7、8、9、10、14、15、16、17,22、27、29、31、32、36、37、38、39、40、41、45、46),尤素萍(實驗3、11、12、18、20、28、33、35、42),黃華(實驗4、5、13、19、34),蔡本曉(實驗26、48、7.1、7.4),黃春云(實驗25、30、7.3),彭輝麗(7.2)。葛凡、鄭飛躍負責統(tǒng)稿和文字潤色。實驗PPT與視頻由編寫教材老師制作,尤素萍負責編輯加工。吳躍麗、石小燕、邵春強等老師參與了部分實驗視頻的錄制,在此表示衷心的感謝。
本教材在編寫中參考了國內一些兄弟院校的教材,在此謹對相關作者表示衷心的感謝。
大學物理實驗教學是一項集體工作,教學內容和教材的形成凝聚了杭州電子科技大學全體同仁長年努力工作的心血。
限于我們的學識和教學經驗,書中還會存在不足和差錯之處,敬請讀者提出寶貴意見與建議,以便修正。
緒論
第1章 實驗誤差和數(shù)據處理基礎知識
1.1 測量與誤差
1.2 隨機誤差和測量結果的表示
1.3 有效數(shù)字及其運算
1.4 實驗數(shù)據處理的基本方法
習題
第2章 物理實驗的常用方法與相關技術
2.1 物理實驗的常用測量方法
2.2 物理實驗的常用儀器
2.3 物理實驗中的調整與操作技術
2.4 物理實驗中的基本技術
第3章 預備性實驗
實驗01 密度的測量
實驗02 單擺測重力加速度
實驗03 數(shù)字萬用表的使用
實驗04 用模擬法測繪靜電場
實驗05 示波器的使用
實驗06 滑線變阻器的限流與分壓
實驗07 薄透鏡焦距的測量
第4章 基礎性實驗
實驗08 用拉伸法測量金屬絲的楊氏模量
實驗09 用扭擺法測量剛體的轉動慣量
實驗10 液體表面張力系數(shù)的測量
實驗11 液體黏度的測定
實驗12 固定均勻弦振動的研究
實驗13 動力學的實驗研究
實驗14 空氣比熱容比的測量
實驗15 導熱系數(shù)的測定
實驗16 金屬線脹系數(shù)的測量
實驗17 電子束的偏轉與聚焦及電子比荷的測定
實驗18 電勢差計的原理和使用
實驗19 霍耳效應及其應用
實驗20 硅光電池的特性及其應用
實驗21 惠斯通電橋測電阻
實驗22 RLC電路諧振特性的研究
實驗23 RC串聯(lián)電路的穩(wěn)態(tài)過程
實驗24 單縫和雙縫衍射的光強分布
實驗25 光的等厚干涉——牛頓環(huán)、劈尖
實驗26 分光計的調整及棱鏡折射率的測定
實驗27 用雙棱鏡干涉測光波波長
實驗28 光的偏振
實驗29 光柵的衍射
第5章 近代物理和綜合性實驗
實驗30 邁克耳孫干涉儀的調整和使用
實驗31 Nd:YAG激光器的調整技術
實驗32 激光器特性的測定
實驗33 光電效應法測普朗克常量
實驗34 聲速的測定
實驗35 用波爾共振儀研究受迫振動
實驗36 全息照相
實驗37 密立根油滴儀測量電子的電荷量
實驗38 弗蘭克一赫茲實驗
實驗39 熱輻射與紅外掃描成像實驗
第6章 設計性與研究性實驗
實驗40 誤差分配和實驗儀器的選擇
實驗41 重力加速度的研究
實驗42 電表的改裝與校準
實驗43 簡諧振動的研究
實驗44 伏安法測非線性電阻
實驗45 簡易歐姆表的設計
實驗46 光柵特性的研究
實驗47 望遠鏡與顯微鏡的組裝
實驗48 LED電流與光通量關系曲線的測量
實驗49 電子溫度計的制作
第7章 計算機輔助教學與智能化實驗
7.1 虛擬仿真實驗
7.2 PASCO系統(tǒng)在物理實驗中的應用
7.3 MATLAB在物理實驗教學中的應用
7.4 單片機技術應用
附錄 常用物理數(shù)據簡表
Ⅰ 中華人民共和國法定計量單位
Ⅱ 一些常用的物理數(shù)據