大学物理实验教程

出版时间：2011-12  出版社：科学出版社  作者：230  页数：230  

内容概要

　　《面向21世纪物理学课程与教学改革系列教材:大学物理实验教程》根据教育部《理工科类大学物理实验课程教学基本要求》（2010年版）的精神，在保留物理学中的一些基本实验内容的基础上，增设了应用性、设计性与综合性以及近代物理实验内容，同时根据实际教学情况，结合大学物理教学内容，开设了定性与半定量实验，主要内容包括13个基础实验、11个提高实验和32个观察与思考项目，层次逐渐提高。可满足不同层次学生的需求，《面向21世纪物理学课程与教学改革系列教材:大学物理实验教程》可作为高等学校理工科类本专科大学物理实验的教材，也可作为相关教学、研究和实际工作者的参考读物。

书籍目录

前言
绪论
第一章 数据处理基本知识
　第一节 测量与误差
　第二节 测量不确定度与结果评定
　第三节 有效数字
　第四节 数据处理
　习题
第二章 基本仪器的使用
　第一节 力学、热学　实验中的基本测量仪器
　第二节 电磁学　实验基本知识
　第三节 光学　实验的基本知识
第三章 基础　实验
　实验一 转动惯量的测量
　实验二 金属线膨胀系数的测量
　实验三 液体表面张力系数的测定
　实验四 伏安特性测量
　实验五 电表的改装和校正
　实验六 薄透镜焦距的测定
　实验七 分光计的调整与使用
　实验八 模拟静电场
　实验九 用自由落体法测定重力加速度
　实验十 电位差计测电动势
　实验十一 示波器的原理与使用
　实验十二 霍尔效应的研究
　实验十三 动态法测杨氏模量
第四章 提高　实验
　实验十四 导热系数的测定
　实验十五 声速的测量
　实验十六 密立根油滴　实验
　实验十七 电表的设计与应用
　实验十八 电位差计的设计与应用
　实验十九 迈克耳孙干涉仪的调整与使用
　实验二十 望远镜和显微镜的设计与组装
　实验二十一 光的干涉及应用
　实验二十二 衍射光栅的特性与光波波长的测量
　实验二十三 偏振光的研究
　实验二十四 全息照相
第五章 观察与思考
　实验一 锥体上滚
　实验二 离心节速器
　实验三 翻身陀螺
　实验四 回转仪
　实验五 儒可夫斯基凳
　实验六 感应起电机
　实验七 静电摆球
　实验八 富兰克林轮
　实验九 避雷针原理
　实验十 静电滚筒
　实验十一 静电植绒
　实验十二 静电除尘
　实验十三 手触蓄电池
　实验十四 温差电效应
　实验十五 洛伦兹力
　实验十六 电磁悬浮
　实验十七 电磁阻尼
　实验十八 电磁驱动
　实验十九 巴克豪森效应
　实验二十 热磁轮
　实验二十一 音叉与拍现象
　实验二十二 弦驻波
　实验二十三 垂直振动合成
　实验二十四 共振摆
　实验二十五 鱼洗
　实验二十六 两个点源波的干涉现象
　实验二十七 双缝干涉　实验
　实验二十八 双棱镜、双面镜、洛埃镜干涉　实验
　实验二十九 光的衍射现象
　实验三十 双折射现象
　实验三十一 人工双折射现象
　实验三十二 偏振光的干涉
附录A 基本物理常量
附录B 中华人民共和国法定计量单位
附录C 一些常用的物理数据
附录D 常用电子元器件参考资料
附录E 利用常用工具辅助处理　实验数据

章节摘录

第一章数据处理基本知识 第一节测量与误差 一、测量 1。测量对物理量进行测量是物理实验的重要任务之一,测量就是要找出有关物理量之间的定量关系。测量是将待测的物理量与规定作为标准的同类物理量(标准量)进行比较,得出它们之间的倍数关系。作为标准的同类量称之为单位,倍数称为测量数值。因此,一个物理量的测量值等于测量数值与单位的乘积。 2。单位 各物理量的单位采用中华人民共和国法定计量单位规定的国际单位制(SI)为基本单位。即以米、千克、秒、安培、开尔文、摩尔、坎德拉作为基本单位,其他量都由以上七个基本单位导出,称为国际单位导出单位。 二、测量分类 在科学实验中会用到各种类型的测量,可以从不同的角度对测量进行分类:按测量方法,可以分为直接测量和间接测量;按测量条件,可以分为等精度测量和不等精度测量。 1。直接测量和间接测量 直接测量:直接由测量仪器或量具读数的测量值,称为直接测量。例如,用游标卡尺测量长度,用天平称质量,用秒表测时间,用电流表测电流等。间接测量:由一组直接测量结果通过一定的函数关系(计算公式)计算出实验结果的测量称为间接测量。例如,测量某种圆柱体材料的密度时,我们可以先测出它的高h和直径d,再用天平称它的质量M,则由圆柱体密度公式ρ=MV=4Mπd2h求测量结果密度的大小。 2。等精度测量和不等精度测量 等精度测量:在相同条件下,对同一个物理量进行多次测量。例如,在测量人员、测量工具、测量方法、测量环境等测量条件都相同的情况进行的测量,每次测量的可靠程度相同,称为等精度测量。 不等精度测量:在不同条件下对某一物理量进行多次测量。例如,仪器不同、方法不同、测量人员不同,各次测量结果的可靠程度自然也不相同。称为不等精度测量。 三、测量误差 1。真值 在一定的条件下,任何一个物理量的大小是客观存在的,是物理量所具有的客观的真实量值,这个客观存在的量值称为物理量的真值。 2。误差 实验工作主要就是测量这个真值。但事实是,实验时,由于实验仪器性能的局限性,测量方法不完善,环境条件的不稳定,实验人员的技术水平的限制,实验原理的近似性等等,使测量值与真值之间总存在着差异,这个差异称为测量误差。即 测量误差=测量值-真值 或Δx=x-x0(111) 式中,x为测量值;x0为被测量的真值;Δx为测量误差。 一个测量结果的误差,不是正值(正误差)就是负值(负误差),它取决于这个结果是大于还是小于真值。 四、误差分类 在实验中测量时所得的测量值与真值之间总是存在着差异,因此误差也就存在于一切测量之中。在测量中,我们应力求使测量误差最小,并对可能产生的误差作出估算,为此,我们必须进一步了解误差的性质及其产生的原因。误差按其性质分为系统误差和随机误差两类。 1。系统误差 在同一条件下多次测量同一物理量时,测量结果出现固定的误差,测量值对真值的偏离(包括大小与方向)保持恒定或可预知,或在测量条件改变时,误差也按一定规律在变化,这类误差称为系统误差。 系统误差来源有下列几个方面: (1)实验仪器设计、制造、装配等方面引起的误差。例如,仪器不够精密,刻度不准,零点不对,砝码未校准,天平臂不等长,安装调整不妥,应该水平放置的仪器没有放水平等。 (2)实验测量方法不完善而引起的误差。如所引用的理论与实验条件不符,例如,在空气中称质量没有考虑空气浮力的影响,测电压时没有考虑电压表内阻对电路的影响,标准电池的电动势未作温度修正,量热时没有考虑热量的散失等等。 (3)测量人员习惯引起的误差。例如,有人习惯侧壁斜视读、眼睛辨色能力差等,使测量值偏大或偏小。 实验时,应尽可能采取措施将系统误差降低到最小程度,比如将仪器进行校正,纠正不良实验习惯,改变实验方法,在计算加入一些修正值消除有些因素对实验结果的影响等等。 在实验中,由于条件的限制,不可能完全消除系统误差,在评价实验结果时,应认真对系统误差进行分析。 2。随机误差 在消除或修正系统误差或系统误差小到可以忽略之后,在相同的条件下对同一物理量进行多次测量时,每次测量的误差时大时小,对某一次测量值来说,其误差的大小和正负都没有办法预知,没有规律,纯属偶然,这类误差称为随机误差(也叫偶然误差)。 随机误差(偶然误差)来源有下列几个方面: (1)由于人的感觉器官(视觉、听觉、触觉等)的灵敏程度的限制。例如,用米尺测量长度时,人眼睛分辨能力的限制和不同,在读数时就会产生各不相同的误差。 (2)在多次测量时的条件有无法控制的微小变化。例如,电磁波的干扰、温度与气压的涨落、地壳震动、光的闪动、电压电流的波动等。 (3)测量物体本身的不均匀性。例如,圆柱体在不同处的直径各不相同,有大有小等。 实验中,随机误差不可避免,也不能消除;但根据随机误差理论可以估计其可能出现的大小,随机误差在单次测量时可大可小,可正可负,当测量次数足够多时,即n→∞时随机误差服从统计分布(正态分布)规律,可以用统计学方法估算随机误差。按照教学要求,我们仅简要地介绍随机误差的正态分布。如图111所示。 设在相同的条件对某一物理量进行多次测量,得x1,x2,x3,…,xn,其各次测量值的误差为 Δxi=xi-x0(i=1,2,3,…,n) 式中,xi为各次测量值;x0为该物理量的真值。当 测量次数n→∞时,误差出现服从统计规律如图111所示。图中横坐标Δx为误差,纵坐标G(Δx)为一个与误差出现的概率有关的概率密度分布函数。坐标原点Δx=0处是对应于真值的位置。应用概率论的数学方法得出: G(Δx)=12πσe-(Δx)22σ2(112) 式中,σ为一个取决于具体测量条件的常数,称为标准误差。这种分布称为正态分布。误差概率密度分布函数G(Δx)的意义是:在误差Δx附近,单位误差区间内误差出现的概率。图111中阴影部分所包含的面积元表示误差出现在Δx~Δx+d(Δx)区间内的概率G(Δx)・d(Δx)。误差Δx在-∞

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《面向21世纪物理学课程与教学改革系列教材:大学物理实验教程》包括测量误差与数据处理、基本仪器使用技能训练、常规实验（涵盖国、热、光、电及近代物理）、设计性实验及探索与研究实验五个组成部分。