本书是中国农业大学非物理专业物理实验室在长期教学实践的基础上不断地总结教学、教改经验编写而成的。全书共分五章，第壹章测量的误差与不确定度；第二章预备知识；第三章基本实验；第四章近代物理测量分析方法与综合性实验；第五章设计性实验；书末附表介绍了有国际单位制及部分常用导出单位。本书可作为各类高等院校非物理(理、工、生命、农)专业的大学物理实验用书。
近二十年来, 随着科学技术的迅猛发展和物理实验教学改革的不断深入, 大学物理实验教学从教学理念、教学内容到实验技术都在不断更新变化。新的理念、新的方法、新的实验技术和科研领域中的新成果已逐步在物理实验课中得到反映。本书是我们在多年教学实践的基础上, 经过反复实践、积累经验、不断改进、充实完善编写而成的。本书可作为各类高等院校非物理学类(理、工、农、生命) 专业的大学物理实验用书。
全书共五章, 根据先易后难和循序渐进的原则, 将物理实验分为基础物理实验、近代物理测量分析方法与综合性实验和设计性实验三部分。第一章讲述了测量误差、不确定度和数据处理的基本知识, 这些内容是本课程必须掌握的基本内容。
第二章为预备知识, 介绍了电学实验和光学实验中的一些基础知识和注意事项。第三章为基础实验, 共选入29 个实验, 其中有些实验包括多个使用不同测量方法和装置的实验内容, 以供选择。第四章为近代物理测量分析方法与综合性实验, 共选入15 个实验。近代物理测量分析方法实验基本都是由计算机控制来采集和处理数据, 其中一部分在当前仍属于“高、精、尖” 技术, 但是, 这就是21 世纪的基本仪器和基本实验方法。第五章为设计性实验, 共选入7 个实验。设计性实验的一部分只给出研究对象、要求, 并给予适当的提示, 以培养学生的独立思考能力、应用物理知识的能力和创新能力; 另一部分仅给出题目, 限定了研究对象和方法, 给学生留下充分的空间以发挥其聪明才智。书末附录介绍了国际单位制及部分常用导出单位。
本书增加了一部分传感技术的内容。传感技术是现代信息技术的主要组成部分。现代信息技术系统包括三个主要部分: 传感器、通信系统和计算机。自动化程度愈高, 系统对传感器的依赖性就愈大。因此, 传感器对系统的功能起着决定性的作用。国内外都把传感技术列为尖端技术和重点发展技术。目前, 传感技术的95%是基于各种物理原理、物理性质和物理效应。传感技术是物理学与经济建设间的桥梁, 是检测技术的基础, 是仪器仪表的核心。作为当代大学生, 学习、掌握、应用传感技术是解决实际问题的有力工具。
20 世纪人类最伟大的科技成果———相对论和量子力学是近代物理的基础和重要组成部分。近代物理测量分析方法是在此基础上产生的, 并在近四十年有了惊人的进展。正是由于这样惊人的进展, 人们对物质的结构和组成有了较过去深入得多的认识。近代物理测量分析方法的优点是: ①速度快, 适合于复杂混合物样品的成批分析; ②信息多, 有利于结构分析; ③灵敏度高, 样品用量少; ④大部分可以实大学物理实验教程 第4 版Ⅳ 现非破坏性分析, 可以用少量样品进行多种分析; ⑤实现了自动化等。由于这些独特的优点, 近代物理测量分析方法已经和正在取代部分传统经典测量方法和相当部分的化学分析方法。近代物理测量分析方法主要包括: 激光测距、激光定位、激光测平、红外测温、红外成像、干涉成像、气相色谱、高效液相色谱、原子发射光谱、原子吸收光谱、紫外-可见分光吸收光谱、傅里叶红外吸收光谱、激光拉曼光谱、质谱、核磁共振、X 射线荧光谱、电子能谱、扫描隧道显微镜、电子显微镜,等等。先进的工具就是先进的生产力。21 世纪的高级人才, 无论是什么专业的,学习、了解、掌握这些先进的工具都是完全必要的。
物理实验内容必须与现代科学技术相结合, 只有这样才能激发学生的学习积极性和热情。物理实验在实验内容选择方面应该在兼顾基础的同时注意时代性和先进性, 只有这样才能缩小学校与企业、教学与科研的距离, 使学生独立科研的能力得到锻炼和提高。
基础物理实验部分要求学生能够掌握仪器的基本原理、基本结构、基本使用方法, 能够理解和运用物理学理论对实验现象进行初步分析与判断, 能正确记录和处理实验数据, 绘制曲线, 说明实验结果, 撰写合格的实验报告。
综合性实验和设计性实验用以提高学生的综合实验能力并激发学生学习近代物理的热情, 使学生不仅在根据测量条件及精度要求来确定实验方法、选择实验仪器等方面受到初步训练, 而且要训练学生应用已经学习过的物理知识, 经过查阅文献、比较分析完成有一定难度的设计性实验, 同时让学生学习、了解一些近代物理测量分析仪器的测量对象、测量精度、结构原理, 学习基本操作, 并会用计算机采集数据和处理数据。
综合性实验的近代物理测量分析方法部分已经开有激光测距仪( +电子经纬仪)、扫描隧道显微镜、红外测温仪、紫外-可见分光光谱仪、傅里叶变换红外吸收光谱仪等实验。通过这些实验, 不仅要让学生学习和了解这些仪器的基本原理、基本结构、基本使用方法, 还要让学生了解近代物理知识与当代检测技术之间的密切关系, 让他们从这些仪器的原理结构设计中学习、领会丰富的物理思想和灵活多变的物理方法。
A. 傅里叶变换红外吸收光谱仪: 过去开的“迈克耳孙干涉仪” 实验, 让学生数几百条干涉条纹, 学生觉得枯燥乏味, 并且“迈克耳孙干涉仪” 涉及的物理知识面也较窄。我们现在选用的是傅里叶变换红外吸收光谱仪(波长1. 0~25μm, 波数10000~400cm-1 ), 由计算机控制、采集、处理、显示
前言
绪论 1
第一章 测量误差与数据处理的基础知识 5
第一节 测量与误差 5
第二节 误差的分类及其特点 6
第三节 测量结果的不确定度评定 10
第四节 有效数字的记录与运算 14
第五节 用作图法处理实验数据 16
第六节 实验数据的直线拟合 17
第二章 预备知识 21
第一节 电学实验预备知识 21
第二节 光学实验预备知识 24
第三节 信号处理 26
第三章 基础实验 29
实验A1 长度与固体密度测量 29
实验A2 用拉伸法测金属丝的弹性模量 36
实验A3 碰撞 40
实验A4 用单摆测重力加速度 46
实验A5 驻波 48
实验A6 测定空气的比热容比 51
实验A7 液体表面张力系数的测定 53
实验A8 用奥氏黏度计测液体的黏度 56
实验A9 用转筒法和落球法测液体的黏度 58
实验A10 刚体转动惯量的测定 63
实验A11 用惠斯通电桥研究金属的电阻温度系数 68
实验A12 用补偿法测电池的电动势 73
实验A13 利用霍尔效应测磁场 77
实验A14 等厚干涉 用牛顿环测曲率半径 82
实验A15 单缝衍射实验 86
实验A16 用旋光仪测定糖溶液的浓度 89
实验A17 光的偏振 93
实验A18 阴极射线示波器 96
实验A19 分光计应用一———用光栅测定光波的波长 100
实验A20 分光计应用二———用棱镜测定光波的波长 108
实验A21 迈克耳孙干涉仪 111
实验A22 利用光电效应测定普朗克常量 117
实验A23 全息照相 120
实验A24 声速的测定 123
实验A25 基本电学量的测量 127
实验A26 用椭偏仪测量薄膜厚度 131
实验A27 金属热膨胀系数的测量 137
实验A28 夫兰克-赫兹实验 141
实验A29 微波分光仪实验 148
第四章 近代物理测量分析方法与综合性实验 152
实验B1 用单色仪测定介质的吸收曲线 152
实验B2 测量光电元件相对光谱特性 156
实验B3 紫外-可见吸收光谱 158
实验B4 温度测量的综合性实验 165
实验B5 用电位差计研究温差电偶的特性 171
实验B6 傅里叶变换红外(FTIR) 吸收光谱仪 176
实验B7 扫描隧道显微镜(STM) 182
实验B8 激光测距 188
实验B9 长度测量的综合性实验 193
实验B10 用共振法测量弹性模量 196
实验B11 脉冲傅里叶变换核磁共振 199
实验B12 光镊微操纵实验———光的力学效应及光阱力的测量 206
实验B13 激光喇曼谱 211
实验B14 超声波及其应用 217
实验B15 红外波的物理特性及其应用 224
第五章 设计性实验 232
实验C1 误差配套 233
实验C2 电表的改装和校正 235
实验C3 用谐振子测重力加速度 240
实验C4 用伏安法测电阻 242
实验C5 实验仪器的选择和误差分配 246
实验C6 望远镜的设计 248
实验C7 显微镜的设计 249
附录 251
附录A 国际单位制(SI) 介绍 251
附录B 部分实验的“数据记录与处理” 表 255
参考文献 289
书单推荐
