大学物理实验_邢凯丁琦主编.pdf

大学物理实验(第2版)主编 邢 凯 丁 琦主审 徐 行内 容 提 要本书是按照2 0 1 0年教育部高等学校物理基础课程教学指导分委员会编制的 高等学校理工科类大学物理实验课程教学基本要求，并结合西安航空学院大学物理实验教学中心近三年建设及实验教学成果编写而成.全书结构紧凑，实验内容丰富，设置了“预科实验”“基础实验”“综合与应用实验”三个层次共5章，由低到高以分层次递进模式实施实验教学，以便更好地达到物理实验教学的目的和任务.书中实验原理叙述清晰、方法内容具体、数据记录表格完善、数据处理要求明确，有利于学生学习、教师教学.本书可作为高等理工科院校非物理类专业大学物理实验课程的教材或参考书，也可供其他院校师生或社会读者阅读.图书在版编目(C I P)数据 大学物理实验/邢凯，丁琦主编.2版.上海：同济大学出版社，2 0 1 9.1 2 I S B N9 7 8-7-5 6 0 8-8 8 9 7-2 .大.邢丁.物理学-实验-高等学校-教材.O 4-3 3 中国版本图书馆C I P数据核字(2 0 1 9)第2 7 8 3 4 5号大学物理实验(第2版)主编 邢 凯 丁 琦主审 徐 行责任编辑 张崇豪 责任校对 徐春莲 封面设计 陈益平出版发行 同济大学出版社 w ww.t o n g j i p r e s s.c o m.c n(地址：上海市四平路1 2 3 9号邮编：2 0 0 0 9 2电话：0 2 1-6 5 9 8 5 6 2 2)经 销 全国各地新华书店印 刷 大丰市科星印刷有限责任公司开 本 7 8 7mm1 0 9 2mm 1/1 6印 张 1 7字 数 4 2 40 0 0版 次 2 0 1 9年1 2月第2版 2 0 1 9年1 2月第1次印刷书 号 I S B N9 7 8-7-5 6 0 8-8 8 9 7-2定 价 4 8.0 0元本书若有印装质量问题,请向本社发行部调换 版权所有 侵权必究前 言西安航空学院大学物理实验教学中心是陕西省高校实验教学示范中心，实验条件、开设的实验项目、使用的实验仪器设备等，均达到教育部高等学校物理基础课程教学指导分委员会编制的 高等学校理工科类大学物理实验课程教学基本要求 中规定的教学基本内容要求和能力培养基本要求，完全具备了开设基础性实验、综合性实验、设计性实验和部分创新性实验的分层次教学的基本条件，从而构建了多类型、分层次、开放式的大学物理实践教学体系，也为实现学院确立的“基础扎实、能力突出、素质优良、特色鲜明”的人才培养观奠定了坚实的基础.通过实验观察物理现象、研究物理规律，是大学物理实验课程的定位.按照“加强基础、循序渐进、因材施教、全面提高”的教改思想，同时也为了达到物理实验课程的教学目的，即培养学生自学能力、动手能力、解决问题能力、科学研究能力，本书将大学物理实验内容按课程教学顺序，分为预科实验、基础实验、综合与应用实验三个层次，使学生在做实验时由易到难，能力的培养循序渐进.全书共分5章，第1章，测量误差、不确定度及数据处理的基础知识；第2章，预科实验；第3章，基础实验；第4章，综合与应用实验；第5章，附录.其中，邢凯编写了绪论，第1章，3.7，3.8，3.9，4.4，4.9，4.1 3节以及第5章；丁琦编写了4.3，4.7，4.8，4.1 0，4.1 1，4.1 2节；韩鹏斌编写了2.2，2.4，3.4，3.5节；王武军编写了2.3，2.5，3.6，4.2节；王文成编写了2.1，3.1，3.2，3.3节；王玉明编写了4.1，4.5，4.6，4.1 4节.全书由邢凯、丁琦统稿，徐行担任本书的主审.本书自2 0 1 6年2月出版以来，得到了使用本书的教师和学生的肯定和建议，结合教学与学习的实际情况，在保证第1版特色的基础上，对“实验2.2 测定冰的熔解热”“实验2.3 示波器的原理与使用”“实验4.3 R L C串联电路的谐振”“实验4.8 A D 5 9 0特性测量及应用研究”等内容进行了丰富，同时也对一些实验中的个别叙述不妥之处进行了修订.本书再版修订，得到了西安航空学院教务处、理学院领导大力支持与帮助；同济大学出版社编辑张崇豪老师为本书的修订创造了积极的条件并付出了辛劳.在此谨致谢忱.限于编者的学识，错误和不妥之处在所难免，敬请广大读者和同仁指正.编 者2 0 1 9年1 0月第1版前言随着西安航空学院大学物理实验教学中心建设的完成，实验条件得到改善、开设的实验项目有所增加、使用的实验仪器设备也有所更新，达到了教育部高等学校物理基础课程教学指导分委员会编制的 高等学校理工科类大学物理实验课程教学基本要求 规定的教学基本内容要求和能力培养基本要求，初步具备了开设基础性实验、综合性实验、设计性实验和部分研究性实验的分层次教学的基本条件，从而构建了较为完整的大学物理实验教学体系，也为实现学院确立的“基础扎实、能力突出、素质优良、特色鲜明”的人才培养观奠定了坚实的基础.实验教材作为实践教学的重要载体，就是要将学校的办学宗旨、培养模式、质量标准等有机地结合起来，培养出具有本校特色的高素质应用型人才，以适应社会的需要.本书依据 高等学校理工科类大学物理实验课程教学基本要求，结合学校学科专业培养目标、理学院建设发展规划以及实验设施等编写.按照“加强基础、循序渐进、因材施教、全面提高”这一教改思想，考虑到大学物理实验课的定位、特点以及面向本科低年级学生，为了有利学生学习、教师教学，本书将大学物理实验内容按课程中的教学顺序分为预科实验(5个)、基础实验(9个)、综合与应用实验(1 4个)三个层次，使学生在做实验时由易到难，能力的培养循序渐进.对于每一个实验，实验原理叙述清楚，计算公式推导完整，使学生在实验预习时掌握理论依据；实验内容与方法尽可能具体，以加强对基本实验技能和基本实验方法的训练和指导；为规范学生数据记录及处理，每一实验都有数据记录表格及相应的处理方法、要求；在分析与思考中，有预习思考题、实验思考题，便于学生自查预习，加深对实验的理解以及知识拓展.本书共分5章，第1章，测量误差、不确定度及数据处理的基础知识；第2章，预科实验；第3章，基础实验；第4章，综合与应用实验；第5章，附录.其中邢凯编写了绪论、第1章、3.7，3.8，3.9，4.4，4.9，4.1 3节以及第5章；丁琦编写了4.3，4.7，4.8，4.1 0，4.1 1，4.1 2节；韩鹏斌编写了2.2，2.4，3.4，3.5节；王武军编写了2.3，2.5，3.6，4.2节；王文成编写了2.1，3.1，3.2，3.3节；王玉明编写了4.1，4.5，4.6，4.1 4节.全书由邢凯、丁琦统稿，徐行担任本书的主审工作.实验教材离不开实验室的建设和发展，本书凝聚了全体实验教师的智慧和劳动.本书在编写过程中，还参考并吸收了许多其他本科院校的相关资料和经验；西安航空学院教务处、理学院相关领导对本书的编写给予了极大的支持和鼓励；同济大学出版社的编辑们为本教材的出版创造了积极的条件和努力.借此表示诚挚的敬意和衷心感谢.由于编者的学识和教学经验所限，书中定会有一些疏漏或不妥之处，还请使用者指出，以便进一步修改、完善.编 者2 0 1 6年1月目 录前 言第1版前言绪 论10.1 物理实验的重要性10.2 物理实验课的要求20.3 如何进行物理实验30.4 物理实验课学生守则3第1章 测量误差、不确定度及数据处理的基础知识51.1 测量及其分类5 1.1.1 测量5 1.1.2 直接测量和间接测量5 1.1.3 等精度测量和非等精度测量61.2 误差及其分类6 1.2.1 误差的定义6 1.2.2 误差的分类71.3 随机误差的分布规律8 1.3.1 正态分布(高斯分布)9 1.3.2 均匀分布1 11.4 测量结果及其不确定度1 1 1.4.1 不确定度的概念1 1 1.4.2 直接测量量不确定度计算及结果表示1 2 1.4.3 间接测量量不确定度计算及结果表示1 41.5 有效数字及其运算规则1 7 1.5.1 测量结果的有效数字1 8 1.5.2 有效数字的运算规则1 91.6 实验数据处理的常用方法2 0 1.6.1 列表法2 0 1.6.2 作图法2 1 1.6.3 逐差法(差数平均值法)2 41 1.6.4 最小二乘原理及线性回归法处理数据2 6第2章 预科实验3 12.1 固体密度的测量3 1 2.1.1 实验目的3 1 2.1.2 实验原理3 1 2.1.3 实验仪器3 2 2.1.4 实验内容与方法3 5 2.1.5 原始数据记录及处理3 6 2.1.6 分析与思考3 72.2 测定冰的熔解热3 8 2.2.1 实验目的3 8 2.2.2 实验原理3 8 2.2.3 实验仪器4 0 2.2.4 实验内容与方法4 0 2.2.5 原始数据记录及处理4 1 2.2.6 分析与思考4 22.3 示波器的原理与使用4 3 2.3.1 实验目的4 3 2.3.2 实验原理4 3 2.3.3 实验仪器4 8 2.3.4 实验内容和方法5 3 2.3.5 原始数据记录及处理5 5 2.3.6 分析与思考5 72.4 薄透镜焦距的测量5 8 2.4.1 实验目的5 8 2.4.2 实验原理5 8 2.4.3 实验仪器6 1 2.4.4 实验内容与方法6 1 2.4.5 原始数据记录及处理6 3 2.4.6 分析与思考6 4 2.4.7 附录6 52.5 元件电阻及其伏安特性测量6 6 2.5.1 实验目的6 62 2.5.2 实验原理6 6 2.5.3 实验仪器6 9 2.5.4 实验内容与方法7 1 2.5.5 原始数据记录及处理7 2 2.5.6 分析与思考7 3 2.5.7 附录7 4第3章 基础实验7 63.1 拉伸法测钢丝杨氏模量7 6 3.1.1 实验目的7 6 3.1.2 实验原理7 6 3.1.3 实验仪器7 8 3.1.4 实验内容与方法8 0 3.1.5 原始数据记录及处理8 3 3.1.6 分析与思考8 5 3.1.7 附录8 53.2 钢体转动惯量的测量8 7 3.2.1 实验目的8 7 3.2.2 实验原理8 7 3.2.3 实验仪器8 9 3.2.4 实验内容与方法8 9 3.2.5 原始数据记录及处理9 0 3.2.6 分析与思考9 03.3 落球法测液体黏滞系数9 2 3.3.1 实验目的9 2 3.3.2 实验原理9 2 3.3.3 实验仪器9 3 3.3.4 实验内容与方法9 3 3.3.5 原始数据记录及处理9 4 3.3.6 分析与思考9 63.4 固体线膨胀系数的测量9 7 3.4.1 实验目的9 7 3.4.2 实验原理9 7 3.4.3 实验仪器9 83 3.4.4 实验内容与方法9 9 3.4.5 原始数据记录及处理1 0 0 3.4.6 分析与思考1 0 1 3.4.7 附录1 0 13.5 冷却法测固体的比热容1 0 2 3.5.1 实验目的1 0 2 3.5.2 实验原理1 0 2 3.5.3 实验仪器1 0 3 3.5.4 实验内容与方法1 0 4 3.5.5 原始数据记录与处理1 0 5 3.5.6 分析与思考1 0 63.6 直流电桥测电阻1 0 7 3.6.1 实验目的1 0 7 3.6.2 实验原理1 0 7 3.6.3 实验仪器1 0 9 3.6.4 实验内容与方法1 1 2 3.6.5 原始数据记录及处理1 1 3 3.6.6 分析与思考1 1 5 3.6.7 附录1 1 53.7 电容特性研究1 1 8 3.7.1 实验目的1 1 8 3.7.2 实验原理1 1 8 3.7.3 实验仪器1 2 0 3.7.4 实验内容与方法1 2 0 3.7.5 原始数据记录及处理1 2 1 3.7.6 分析与思考1 2 2 3.7.7 附录1 2 33.8 分光计的调节和使用1 2 4 3.8.1 实验目的1 2 4 3.8.2 实验原理1 2 4 3.8.3 实验仪器1 2 8 3.8.4 实验内容与方法1 2 8 3.8.5 原始数据记录及处