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大學(xué)物理實驗(英文版)
本書為大學(xué)物理實驗的英文教材。本書的內(nèi)容共5 章,第1章和第2章介紹物理實驗的基礎(chǔ)知識,包括測量與誤差的概念、不確定度的計算和評定、數(shù)據(jù)處理方法和常用儀器的介紹;第3章和第4章分別介紹基礎(chǔ)性實驗和綜合實驗,涉及力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)、聲學(xué)、熱學(xué)及近代物理實驗;第5 章簡單介紹兩個設(shè)計性實驗。本書共安排了22個實驗并配有思考題,附錄是國際單位制的簡介及一些常用的物理量常數(shù),以供讀者查閱。 本書可作為在華留學(xué)生、中外合作項目和雙語教學(xué)各專業(yè)大學(xué)物理實驗課程的教材或參考書,也可作為教師或科技工作者的參考書。
李季平,副教授,畢業(yè)于南京航空航天大學(xué)測試計量技術(shù)及儀器專業(yè),博士。2015年在加拿大麥吉爾大學(xué)(McGill University)做訪問學(xué)者一年,2008年在美國馬里蘭大學(xué)(University of Maryland)訪問學(xué)者四個月。長期從事物理類課程和大學(xué)物理實驗的教學(xué),研究領(lǐng)域為測試計量技術(shù)及儀器、光學(xué)檢測、激光技術(shù)與應(yīng)用。主講《大學(xué)物理》、《大學(xué)物理實驗》、《基礎(chǔ)物理實驗》《近代物理實驗》、《現(xiàn)代光學(xué)實驗》和《微機(jī)原理及應(yīng)用》等本科生課程。主持和參與國家自然科學(xué)基金、航空基金、國家重點研發(fā)計劃等多項科研項目。參編《大學(xué)物理實驗》、《基礎(chǔ)物理實驗》等多部教材。先后獲國防科技三等獎,江蘇省科技進(jìn)步二等獎、三等獎。
CHAPTER 1 Error Theory and Data Processing ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1
1.1 Measurement ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 1.1.1 Measurement Concept ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 1.1.2 Classification of Measurement??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 1.2 Theory of Error??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????2 1.2.1 Error Definition and Expression ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????2 1.2.2 Classification of Errors ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????4 1.2.3 The Processing of Random Error ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????5 1.2.4 Evaluation of Measurement Result ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????8 1.3 Significant Digits ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????9 1.3.1 Definition of Significant Digits??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.10 1.3.2 Rules for the Operation of Significant Digits ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.11 1.4 The Evaluation of Measurement Results―Uncertainty????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.14 1.4.1 Definition of Uncertainty ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.14 1.4.2 The Uncertainty Calculation of Direct Measurement ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.15 1.4.3 Comprehensive Synthesis of Indirect Measurement Result ??????????????????????????????????????????????????????????????????????.17 1.4.4 Expression of Measurement Result ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.17 1.5 Data Processing ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.19 1.5.1 Tabulation Method????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.19 1.5.2 Graphic Method????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.20 1.5.3 Successive Differential Method ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.23 1.5.4 Least Squares Method??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.24 EXERCISE??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.26 CHAPTER 2 Instruments and Accessories ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.28 2.1 Measurement of Basic Physical Quantities ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.28 2.1.1 Basic Mechanical Instruments ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.28 2.1.2 Electromagnetic Instruments??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.33 2.2 Basic Adjustment and Operation Techniques ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.38 2.2.1 Initial State of the Instruments ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.38 2.2.2 Zero Adjustment ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.39 2.2.3 Horizontal and Vertical Adjustment ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.39 2.2.4 Coaxial Adjustment ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.39 2.2.5 Eliminating Parallax ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.40 2.2.6 Eliminating Space Error????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.40 2.3 Rules for Operation????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.40 2.3.1 Rules for Operating Electrical Experiment????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.40 2.3.2 Rules for Operating Optical Experiment ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.41 CHAPTER 3 Basic Experiments??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.43 3.1 Determination of the Solid Density ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.43 3.2 Simple Pendulum Experiment????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.46 3.3 Moment of Inertia ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.50 3.4 Young’s Modulus??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.56 3.5 Measurement of Volt-Ampere Characteristic of Resistance Element????????????????????????????????????????????????????????????????.60 3.6 Resistance Measurement with Bridge Circuit??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.64 3.7 Digital Storage Oscilloscope????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.68 3.8 Simple Harmonic Vibration and Spring Stiffness Coefficient Experiment????????????????????????????????????????????????.76 3.9 Newton’s Rings ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.81 3.10 Measurement of Focal Length of Thin Lens??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.85 CHAPTER 4 Comprehensive Experiments????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.95 4.1 Measurement of Ultrasonic Velocity ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.95 4.2 Measurement of Magnetic Field by the Hall Effect ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.102 4.3 Potentiometer??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.108 4.4 Thermoelectric Effect ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.112 4.5 The Hysteresis Loop and Magnetic Properties ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.117 4.6 The Bohr Resonator ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.122 4.7 Doppler Effect Comprehensive Experiment ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.128 4.8 The Michelson Interferometer????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.133 4.9 Oil Drop ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.139 4.10 Steady-State Measurement of Thermal Conductivity ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.143 CHAPTER 5 Design Experiments ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.148 5.1 Calibration of Milliammeter with Potentiometer????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.148 5.2 Measuring Resistance with Voltmeter-Ammeter ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.152 Appendix ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.158 Appendix A: Legal Unit of Measurement of China??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.158 Appendix B: Common Physical Data ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.160 References
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