本書是依據(jù)《理工科類大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)基本要求》(2010年版),以培養(yǎng)學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)技能、科學(xué)思維和創(chuàng)新意識(shí),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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)課程簡介,誤差理論及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理,基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn),綜合性、應(yīng)用性與近代物理實(shí)驗(yàn),專題研究、設(shè)計(jì)性與創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn),計(jì)算機(jī)模擬仿真實(shí)驗(yàn)等六章,按不同層次精選了12個(gè)基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn),8個(gè)綜合性、應(yīng)用性與近代物理實(shí)驗(yàn),6個(gè)專題研究、設(shè)計(jì)性與創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)和5個(gè)計(jì)算機(jī)模擬仿真實(shí)驗(yàn),共計(jì)31個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。
大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)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(shí)、創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的極其重要的教學(xué)環(huán)節(jié)。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)覆蓋廣泛的學(xué)科領(lǐng)域,有豐富的實(shí)驗(yàn)思想、方法、手段,以及綜合性很強(qiáng)的基本實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練,通過該課程的學(xué)習(xí)可培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ岣咂淇茖W(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(shí)、理論聯(lián)系實(shí)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(shí)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(huì)物理基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)編制的《理工科類大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)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)林院校“十二五”規(guī)劃教材為基礎(chǔ),結(jié)合安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科研成果和經(jīng)驗(yàn),重新編寫而成的。全書共六章,包括26個(gè)操作實(shí)驗(yàn)和5個(gè)仿真實(shí)驗(yàn),系統(tǒng)地介紹了誤差與不確定度、有效數(shù)字運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理的基本知識(shí)。所涉及的實(shí)驗(yàn)分為基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn),綜合性、應(yīng)用性與近代物理實(shí)驗(yàn),專題研究、設(shè)計(jì)性與創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn),計(jì)算機(jī)模擬仿真實(shí)驗(yàn)等,建設(shè)了體現(xiàn)農(nóng)林特色的綜合、設(shè)計(jì)、研究于一體,逐層提高的專題物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)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(shí)間集中到一個(gè)專題實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中進(jìn)行系統(tǒng)教學(xué),旨在通過專題實(shí)驗(yàn)的分層教學(xué),逐層訓(xùn)練學(xué)生的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)教學(xué)理念和實(shí)驗(yàn)方法,并配有數(shù)字化教學(xué)內(nèi)容,在每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)原理、儀器介紹、實(shí)驗(yàn)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(jìn)行探索性學(xué)習(xí)。每個(gè)層次的實(shí)驗(yàn)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(gè)分支。本書注重教學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)性和實(shí)驗(yàn)技能的嚴(yán)格訓(xùn)練,同時(shí)拓展加強(qiáng)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(shí)驗(yàn)九、二十、二十三)、錢良存(第一章,第二章,實(shí)驗(yàn)六、十九)、李滿蘭(實(shí)驗(yàn)三、四、十八、二十一)、劉家菊(實(shí)驗(yàn)五、八、第六章)、周愛毓(實(shí)驗(yàn)二十二、二十四)、周倩(實(shí)驗(yàn)十一、十二、二十五)、袁興紅(實(shí)驗(yàn)一、二、十六、十七)、曹春斌(實(shí)驗(yàn)十、十三、十四)、穆姝慧(實(shí)驗(yàn)七、十五、二十六)。本書雖由以上同志執(zhí)筆編寫,實(shí)際上凝聚了集體的智慧,是全體教師辛勤勞動(dòng)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(shí)驗(yàn)教材,從中汲取了寶貴經(jīng)驗(yàn),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(píng)指正。
第一章 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程簡介
第一節(jié) 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的地位、作用、主要目的和任務(wù)
一、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的地位和作用
二、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的主要目的和任務(wù)
第二節(jié) 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)體系和教學(xué)要求
一、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)體系
二、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)要求
第三節(jié) 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)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(xiàn)
第二章 誤差理論及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理
第一節(jié) 測(cè)量的基礎(chǔ)知識(shí)
一、測(cè)量的定義
二、測(cè)量的分類
三、測(cè)量的基本方法和儀器調(diào)整的基本原則
第二節(jié) 測(cè)量結(jié)果的有效數(shù)字
一、有效數(shù)字的定義
二、直接測(cè)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(yùn)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(shí)
一、誤差的定義和表示法
二、誤差的分類
三、隨機(jī)誤差的分布規(guī)律與特點(diǎn)
四、多次測(cè)量的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差
五、過失誤差(粗差)的剔除
六、測(cè)量的精密度、準(zhǔn)確度和精確度
第四節(jié) 直接測(cè)量結(jié)果的表示和不確定度的評(píng)定
一、不確定度的基本知識(shí)
二、單次直接測(cè)量結(jié)果的表示
三、多次直接測(cè)量結(jié)果的表示
四、不確定度取位規(guī)定及實(shí)例
第五節(jié) 間接測(cè)量結(jié)果的表示和不確定度的評(píng)定
第六節(jié) 實(shí)驗(yàn)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(jì)算器的統(tǒng)計(jì)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(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告撰寫導(dǎo)航
一、網(wǎng)上物理實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)的重點(diǎn)
二、以“牛頓環(huán)測(cè)量透鏡的曲率半徑”為例給出撰寫預(yù)習(xí)報(bào)告的模板
第二章 參考文獻(xiàn)
第三章 基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)一 用落球法測(cè)定液體的黏度
實(shí)驗(yàn)二 金屬線膨脹系數(shù)的測(cè)量
實(shí)驗(yàn)三 剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測(cè)量
一、用恒力矩轉(zhuǎn)動(dòng)法測(cè)定物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
二、用三線擺法測(cè)定物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
實(shí)驗(yàn)四 楊氏模量的測(cè)定
一、用光杠桿通過拉伸法測(cè)楊氏模量
二、用數(shù)顯近距楊氏模量儀通過拉伸法測(cè)楊氏模量
實(shí)驗(yàn)五 用直流電勢(shì)差計(jì)測(cè)定電源電動(dòng)勢(shì)
一、線式電勢(shì)差計(jì)測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)
二、箱式直流電勢(shì)差計(jì)測(cè)定電動(dòng)勢(shì)
實(shí)驗(yàn)六 示波器的原理和使用
實(shí)驗(yàn)七 用示波器測(cè)量鐵磁材料的磁滯回線
實(shí)驗(yàn)八 交流電橋
實(shí)驗(yàn)九 用霍爾效應(yīng)法測(cè)量磁場及霍爾元件特性的研究
一、用霍爾效應(yīng)法測(cè)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(cè)量亥姆霍茲線圈磁場和螺線管的磁場
實(shí)驗(yàn)十 等厚干涉
實(shí)驗(yàn)十一 分光計(jì)的調(diào)節(jié)和折射率的測(cè)定
一、分光計(jì)的調(diào)節(jié)
二、用分光計(jì)測(cè)量三棱鏡的折射率
三、用分光計(jì)測(cè)量液體的折射率
實(shí)驗(yàn)十二 用分光計(jì)和光柵測(cè)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(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)十三 密立根油滴實(shí)驗(yàn)測(cè)量元電荷
實(shí)驗(yàn)十四 太陽能電池特性研究與應(yīng)用
實(shí)驗(yàn)十五 超聲波聲速測(cè)量
實(shí)驗(yàn)十六 邁克耳孫干涉儀的調(diào)整和使用
實(shí)驗(yàn)十七 用邁克耳孫干涉儀測(cè)空氣折射率
實(shí)驗(yàn)十八 弗蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)十九 光電效應(yīng)物理量測(cè)量及應(yīng)用
實(shí)驗(yàn)二十 核磁共振及應(yīng)用
第五章 專題研究、設(shè)計(jì)性與創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)二十一 液體表面張力系數(shù)測(cè)定與研究系列實(shí)驗(yàn)
一、用焦利彈簧秤測(cè)定液體的表面張力系數(shù)
二、用硅壓阻式力敏傳感器測(cè)定液體的表面張力系數(shù)
三、用毛細(xì)管法測(cè)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(shí)驗(yàn)二十二 直流電系列實(shí)驗(yàn)
一、基礎(chǔ)電學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)
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(jì)的設(shè)計(jì)與研究
五、補(bǔ)償原理的研究及應(yīng)用
六、恒溫控制電路的研究
實(shí)驗(yàn)二十三 交流電路系列實(shí)驗(yàn)
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(shí)驗(yàn)二十四 傳感器系列實(shí)驗(yàn)
一、電阻應(yīng)變式傳感器靈敏度特性的研究
二、差動(dòng)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(shí)驗(yàn)二十五 數(shù)字化創(chuàng)新系列實(shí)驗(yàn)
一、數(shù)字化光學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
二、數(shù)字化熱學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)——熱機(jī)循環(huán)
三、數(shù)字化電磁學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
實(shí)驗(yàn)二十六 波動(dòng)光學(xué)系列實(shí)驗(yàn)
一、用超聲光柵測(cè)定液體中的聲速
二、設(shè)計(jì)與研究用三種方法測(cè)量細(xì)絲直徑
三、設(shè)計(jì)與研究用三種方法測(cè)量液體的折射率
第六章 計(jì)算機(jī)模擬仿真實(shí)驗(yàn)
第一節(jié) 計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)簡介及軟件使用方法
第二節(jié) 計(jì)算機(jī)模擬仿真物理實(shí)驗(yàn)
一、密立根油滴實(shí)驗(yàn)
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(cè)量
五、超聲速的測(cè)量
附錄一 中華人民共和國法定計(jì)量單位
附錄二 常用物理量