近二十年來, 隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展和物理實驗教學(xué)改革的不斷深入, 大學(xué)物理實驗教學(xué)從教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容到實驗技術(shù)都在不斷更新變化。新的理念、新的方法、新的實驗技術(shù)和科研領(lǐng)域中的新成果已逐步在物理實驗課中得到反映。本書是我們在多年教學(xué)實踐的基礎(chǔ)上, 經(jīng)過反復(fù)實踐、積累經(jīng)驗、不斷改進(jìn)、充實完善編寫而成的。本書可作為各類高等院校非物理學(xué)類(理、工、農(nóng)、生命) 專業(yè)的大學(xué)物理實驗用書。
全書共五章, 根據(jù)先易后難和循序漸進(jìn)的原則, 將物理實驗分為基礎(chǔ)物理實驗、近代物理測量分析方法與綜合性實驗和設(shè)計性實驗三部分。第一章講述了測量誤差、不確定度和數(shù)據(jù)處理的基本知識, 這些內(nèi)容是本課程必須掌握的基本內(nèi)容。
第二章為預(yù)備知識, 介紹了電學(xué)實驗和光學(xué)實驗中的一些基礎(chǔ)知識和注意事項。第三章為基礎(chǔ)實驗, 共選入29 個實驗, 其中有些實驗包括多個使用不同測量方法和裝置的實驗內(nèi)容, 以供選擇。第四章為近代物理測量分析方法與綜合性實驗, 共選入15 個實驗。近代物理測量分析方法實驗基本都是由計算機(jī)控制來采集和處理數(shù)據(jù), 其中一部分在當(dāng)前仍屬于“高、精、尖” 技術(shù), 但是, 這就是21 世紀(jì)的基本儀器和基本實驗方法。第五章為設(shè)計性實驗, 共選入7 個實驗。設(shè)計性實驗的一部分只給出研究對象、要求, 并給予適當(dāng)?shù)奶崾? 以培養(yǎng)學(xué)生的獨立思考能力、應(yīng)用物理知識的能力和創(chuàng)新能力; 另一部分僅給出題目, 限定了研究對象和方法, 給學(xué)生留下充分的空間以發(fā)揮其聰明才智。書末附錄介紹了國際單位制及部分常用導(dǎo)出單位。
本書增加了一部分傳感技術(shù)的內(nèi)容。傳感技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)的主要組成部分。現(xiàn)代信息技術(shù)系統(tǒng)包括三個主要部分: 傳感器、通信系統(tǒng)和計算機(jī)。自動化程度愈高, 系統(tǒng)對傳感器的依賴性就愈大。因此, 傳感器對系統(tǒng)的功能起著決定性的作用。國內(nèi)外都把傳感技術(shù)列為尖端技術(shù)和重點發(fā)展技術(shù)。目前, 傳感技術(shù)的95%是基于各種物理原理、物理性質(zhì)和物理效應(yīng)。傳感技術(shù)是物理學(xué)與經(jīng)濟(jì)建設(shè)間的橋梁, 是檢測技術(shù)的基礎(chǔ), 是儀器儀表的核心。作為當(dāng)代大學(xué)生, 學(xué)習(xí)、掌握、應(yīng)用傳感技術(shù)是解決實際問題的有力工具。
20 世紀(jì)人類最偉大的科技成果———相對論和量子力學(xué)是近代物理的基礎(chǔ)和重要組成部分。近代物理測量分析方法是在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生的, 并在近四十年有了驚人的進(jìn)展。正是由于這樣驚人的進(jìn)展, 人們對物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和組成有了較過去深入得多的認(rèn)識。近代物理測量分析方法的優(yōu)點是: ①速度快, 適合于復(fù)雜混合物樣品的成批分析; ②信息多, 有利于結(jié)構(gòu)分析; ③靈敏度高, 樣品用量少; ④大部分可以實大學(xué)物理實驗教程　第4 版Ⅳ　現(xiàn)非破壞性分析, 可以用少量樣品進(jìn)行多種分析; ⑤實現(xiàn)了自動化等。由于這些獨特的優(yōu)點, 近代物理測量分析方法已經(jīng)和正在取代部分傳統(tǒng)經(jīng)典測量方法和相當(dāng)部分的化學(xué)分析方法。近代物理測量分析方法主要包括: 激光測距、激光定位、激光測平、紅外測溫、紅外成像、干涉成像、氣相色譜、高效液相色譜、原子發(fā)射光譜、原子吸收光譜、紫外-可見分光吸收光譜、傅里葉紅外吸收光譜、激光拉曼光譜、質(zhì)譜、核磁共振、X 射線熒光譜、電子能譜、掃描隧道顯微鏡、電子顯微鏡,等等。先進(jìn)的工具就是先進(jìn)的生產(chǎn)力。21 世紀(jì)的高級人才, 無論是什么專業(yè)的,學(xué)習(xí)、了解、掌握這些先進(jìn)的工具都是完全必要的。
物理實驗內(nèi)容必須與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)相結(jié)合, 只有這樣才能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和熱情。物理實驗在實驗內(nèi)容選擇方面應(yīng)該在兼顧基礎(chǔ)的同時注意時代性和先進(jìn)性, 只有這樣才能縮小學(xué)校與企業(yè)、教學(xué)與科研的距離, 使學(xué)生獨立科研的能力得到鍛煉和提高。
基礎(chǔ)物理實驗部分要求學(xué)生能夠掌握儀器的基本原理、基本結(jié)構(gòu)、基本使用方法, 能夠理解和運用物理學(xué)理論對實驗現(xiàn)象進(jìn)行初步分析與判斷, 能正確記錄和處理實驗數(shù)據(jù), 繪制曲線, 說明實驗結(jié)果, 撰寫合格的實驗報告。
綜合性實驗和設(shè)計性實驗用以提高學(xué)生的綜合實驗?zāi)芰Σ⒓ぐl(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)近代物理的熱情, 使學(xué)生不僅在根據(jù)測量條件及精度要求來確定實驗方法、選擇實驗儀器等方面受到初步訓(xùn)練, 而且要訓(xùn)練學(xué)生應(yīng)用已經(jīng)學(xué)習(xí)過的物理知識, 經(jīng)過查閱文獻(xiàn)、比較分析完成有一定難度的設(shè)計性實驗, 同時讓學(xué)生學(xué)習(xí)、了解一些近代物理測量分析儀器的測量對象、測量精度、結(jié)構(gòu)原理, 學(xué)習(xí)基本操作, 并會用計算機(jī)采集數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)。
綜合性實驗的近代物理測量分析方法部分已經(jīng)開有激光測距儀( +電子經(jīng)緯儀)、掃描隧道顯微鏡、紅外測溫儀、紫外-可見分光光譜儀、傅里葉變換紅外吸收光譜儀等實驗。通過這些實驗, 不僅要讓學(xué)生學(xué)習(xí)和了解這些儀器的基本原理、基本結(jié)構(gòu)、基本使用方法, 還要讓學(xué)生了解近代物理知識與當(dāng)代檢測技術(shù)之間的密切關(guān)系, 讓他們從這些儀器的原理結(jié)構(gòu)設(shè)計中學(xué)習(xí)、領(lǐng)會豐富的物理思想和靈活多變的物理方法。
A. 傅里葉變換紅外吸收光譜儀: 過去開的“邁克耳孫干涉儀” 實驗, 讓學(xué)生數(shù)幾百條干涉條紋, 學(xué)生覺得枯燥乏味, 并且“邁克耳孫干涉儀” 涉及的物理知識面也較窄。我們現(xiàn)在選用的是傅里葉變換紅外吸收光譜儀(波長1. 0~25μm, 波數(shù)10000~400cm-1 ), 由計算機(jī)控制、采集、處理、顯示