大学物理实验教程_黄瑞强邹文强主编.pdf

主编:黄瑞强邹文强副主编:刘维清罗飞参编:刘云刘志勇刘燕勇夏英英刘超飞书书书大学物理实验教程主编:黄瑞强邹文强副主编:刘维清罗飞参编:刘云刘志勇刘燕勇夏英英刘超飞江西高校出版社书书书图书在版编目(C I P)数据大学物理实验教程/黄瑞强等主编 南昌:江西高校出版社，2010 11ISBN 978 7 5493 0109 6.大 .黄 .物理学 实验 高等学校 教材.04 33中国版本图书馆 CIP 数据核字(2010)第 213155 号出 版 发 行社址邮 政 编 码总编室电话销 售 电 话网址印刷照排经销开本印张字数版次印数书号定价江西高校出版社江西省南昌市洪都北大道 96 号330046(0791)8504319(0791)8513417www juacp com南昌市光华印刷有限责任公司江西太元科技有限公司照排部各地新华书店787mm 1092mm1/1617 5360 千字2010 年 11 月第 1 版第 1 次印刷1 3100 册ISBN 978 7 5493 0109 630 00 元赣版权登字 07 2010 249版权所有侵权必究学生实验守则1 学生必须在规定时间内按实验室安排的循环表中所规定的房间、组次及实验项目进行实验，不得无故缺席或迟到，实验时间若需要变动，须按学院教务处有关规定办理。2 实验前学生对实验内容必须进行预习，明确实验目的、原理、步骤、操作方法和注意事项，写好预习报告，设计记录表格，经教师检查后，方可进行实验。3 实验开始前根据讲义所列仪器进行核对，如有缺损，应及时向教师报告。不准擅自挪用别组的仪器。实验过程中，若遇仪器发生故障，须立即向教师报告。4 实验前细心观察仪器构造，操作时应谨慎细心，严格遵守操作规程及注意事项，尤其是电学实验，线路接好后要仔细检查，经教师许可后方可接通电源，以免发生意外。5 在实验进行中，学生必须严肃认真、一丝不苟地做实验，仔细观察，认真分析实验现象，总结实验规律，培养分析问题和解决问题的能力。6 在实验过程中，必须爱护仪器、设备，注意节约实验材料，培养爱护国家财产的优良品德。7 在实验中要培养实事求是的科学态度，独立完成实验，决不允许假造、拼凑和抄袭数据。8 注意保持实验室整洁、肃静，严禁在室内吸烟和随地吐痰，实验完毕应将仪器、桌椅恢复原状，放置整齐，并轮流打扫实验室。9 实验完毕将实验记录交教师审阅签字，此记录连同实验报告在下次上实验课时交给教师批改。10 仪器损坏时应及时向教师报告，说明损坏原因，并写出书面说明，根据学院规定办法赔偿。11 凡因病、因事不能参加实验者，应事先请假，病假要有医生证明，事假要持学院证明交任课教师备案。12 学生实验必需佩带校徽，严禁穿拖鞋、背心进实验室。前言本书根据教育部对非物理类理工科物理实验课程教学的基本要求，结合我校的专业特点以及实验室仪器设备具体情况，在不断探索教学改革与总结教学经验的基础上编写而成。物理学是整个自然科学的支柱，是人类文明、现代科技和工业的根基。实验作为物理学的基础，它反映了理工科实验的共性和普遍性的问题，在人才科学素质培养中起着不可替代的重要作用。20 世纪中叶以来，以计算机信息科学技术、生命科学、空间科学、材料科学等为代表的科学技术革命，极大地推动了科学技术的发展。各学科之间的相互交叉和渗透，新的综合化趋势已成为科学发展的主流。为适应时代的发展，物理实验课程体系在教学内容、教学方法和教学手段上应向开放型和创新型转变。大学物理实验作为大学生进校后的第一门科学实验课程，在让学生掌握科学实验的基本知识、方法和技巧的同时，更重要的是培养学生严谨的科学思维、创新精神，提高理论联系实际、分析和解决问题的能力。本书要求学生了解测量误差的基本知识和理论，掌握正确处理实验数据的基本技巧。包括:1 测量与误差的基本概念，初步学会区分误差性质，了解随机误差的统计意义;2 掌握直接测量结果误差表示和间接测量的误差计算;3 明确有效数字的概念，掌握有效数字的运算法则，正确用有效数字记录实验数据;4 掌握处理实验数据的一些重要方法，如列表法、作图法、逐差法及一元线性函数的最小二乘法等。通过物理实验的基本训练，要求学生做到:1 能够自行完成预习、进行实验和撰写实验报告;2 了解并掌握物理实验中基本的实验方法和测量手段;3 掌握常用实验装置的基本操作技术，并熟练测量一些常用的物理量。如:力、长度、质量、时间、温度、速度、介电常数、电流、电压、电动势、电阻、磁感应强度、光波波长、折射率等。在进行上述各项基本训练的 过程中，要重视对物理现象的观察和分析，引导学生运用已掌握 的 物理理论知识，借助现有仪器设备自行设计实验方案，完成实验任务。同时鼓励学生在实验中运用计算机知识，拓展实验手段。本书由黄瑞强、邹文强主编，刘维清、罗飞副主编。具体分工为:第一部分实验 8、9、14、15、19、23 及第二部分实验 7、绪论及附录由黄瑞强编写;第一部分实验 7、10、11、13、18 及第二部分实验 4、实验 5 由邹文强编写;第一部分实验 27 及第二部分实验 1、实验 2、实验 3、实验 6 由刘维清编写;第一部分实验 6、20、24、25、26 由罗飞编写;第一部分实验 12、21 由刘云编写;第一部分实验 4、5 由刘志勇编写;第一部分实验 2、22 由夏英英编写;第一部分实验16、17 由刘燕勇编写;第一部分实验 1、3 由刘超飞编写。全书由黄瑞强统稿。本书的编写凝聚着江西理工大学物理教研室及实验室全体教师与技术人员长期辛勤劳动成果，并参考了许多兄弟院校的同类教材，在此一并表示感谢。由于编者的认识水平有限，时间较仓促，书中难免有不足之处，敬请读者批评指正。编者2010 年 10 月目录绪论0测量误差与数据处理第一部分实验 1杨氏弹性模量的测定实验 2气轨上守恒定律的研究实验 3固体热膨胀系数的测定实验 4用扭摆法测定物体的转动惯量实验 5单双臂两用直流电桥测电阻实验 6用直流电位差计测热电偶温差电动势实验 7电子束实验实验 8示波器的调节及应用实验 9气体中声速的测定实验 10冲击电流计测定铁磁介质的磁滞回线实验 11整流滤波电路的设计实验 12应变式传感器实验 13电容式传感器的位移特性实验实验 14密立根油滴实验测电子电荷实验 15波尔共振实验实验 16干涉法测微小量实验 17分光计的调节与使用实验 18用透射光栅测定光波波长实验 19超声光栅测声速实验实验 20冷却法测量金属的比热容实验 21静电场的模拟实验 22气轨上简谐振动的研究实验 23电表的改装实验 24霍尔传感器实验 25光电效应 普朗克常数的测定实验 26夫兰克 赫兹实验实验 27偏振光的研究1目录第二部分实验 1电视信号的采集与处理实验 2信号的传送(流媒体网络传输)实验 3非线性混沌电路实验实验 4铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线实验 5二阶电路的响应研究实验 6卫星电视信号的地面接收实验 7迈克尔逊干涉仪的调节和使用附录2大学物理实验教程书书书绪论 物理实验课的目的和任务物理学从本质上说是一门实验科学，尽管物理学本身可以在一定限度内从理论上用逻辑推理的方法获得新理论，但最终还要靠实验提供的精确材料来验证。如果新理论与实验事实不一致，则无论理论体系本身在数学上多么严密，都不能不进行修正，甚至被否定。事实也是如此，在物理学史上，许多关键问题的解决，最后都诉诸于实验。例如杨氏的光干涉实验对于证实光的波动说；迈克尔逊莫雷实验对于证实“以太”不存在；赫兹实验对于证实麦克斯电磁场理论，等等，实验都起了决定性的作用，近代物理的例子就更多了。对于从事科学的工作者来说，物理实验的知识和技能是必不可少的，物理学的原理、物理实验的方法以及物理测量仪器已被广泛地运用到几乎一切现代的科学研究、生产技术领域中。大学物理实验课是高等工科院校的一门独立开设的必修基础课程。它是以物理理论为指导，以实践为基础，以实验操作为手段，以能力培养为主要目的的课程。它将使学生得到系统实验方法和实验技能的训练，了解科学实验的主要过程和基本方法，给今后的学习和工作奠定良好的基础。大学物理实验课的具体任务是：（）通过对实验现象的观察、分析和对物理量的测量，学习物理实验知识，加深对物理学原理的理解。（）培养与提高学生的科学实验能力，其中包括：能够通过阅读实验教材或资料，做好实验前的准备；能够借助教材或仪器说明书，正确使用常用仪器；能够运用物理学理论，对实验现象进行初步分析判断；能够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；能够完成简单的具有设计性内容的实验。（）培养与提高学生的科学实验素养。要求学生具有理论联系实际和实事求是的科学作风，严肃认真的工作态度，主动研究的探索精神，遵守纪律，团结协作和爱护公物的优良品质。物理实验课的基本程序（）实验前的预习为了在规定时间内，高质量地完成实验任务，充分发挥每位学生的主观能动性，一定要做好实验前的预习。绪论认真阅读实验教材，搞清实验内容、目的、要求，实验原理（包括主要计算公式）和注意事项，实验步骤和操作方法。写好预习报告，也就是正式报告的前面部分，包括：实验名称、实验目的、实验原理、实验仪器、实验内容和步骤，注意事项以及原始数据记录表格，以便上课前教师检查。为了使测量数据条理清楚，明确测量哪些物理量，要求预习时设计好原始数据记录表格。（）实验操作进入实验室首先要了解实验规则及注意事项，其次就是熟悉仪器和安装调整仪器（例如天平调水平和平行光路调同轴等）。准备就绪后，按实验内容及步骤开始测量，测量的原始数据（一定不要加工或修改）应用钢笔或圆珠笔如实地记录在原始数据表上。有效位数表示要正确，数据之间适当留有间隙，以便补充，如确是记录错误，应用单划线划掉，在旁边写上正确值，不允许涂改数据，更不允许抄袭他人数据，不要忘记记录有关实验环境条件、仪器的精度、规格及测量量的单位。原始数据的优劣，决定着实验的成败，读数时务必认真仔细。实验一人一组仪器，如需两人同做一组实验，要互相配合，分工协作，既不要其中一人处于被动，更不要一人包办代替。不要用铅笔记录，给自己留有涂抹的余地。切忌将数据记录在草稿纸上或书上，然后再抄写在记录表格内，这样容易出错，况且，这已不是原始记录了。要注意纠正自己的不良习惯，不断养成良好的科学作风。实验结束时，暂不要破坏测试条件，将记录的数据请教师审阅签字，如发现错误数据时，要重新进行测量。最后整理好仪器，经教师同意后才能离开实验室。（）实验报告实验报告是实验工作的总结，要用简明的形式将实验工作完整而又准确地表达出来。实验报告要求文字通顺、字迹端正、图表规矩、结果正确、讨论认真。应养成实验完成后尽早写出实验报告的习惯，因为这样做可以收到事半功倍的效果。完整的实验报告应包括下面几部分内容：实验名称。实验目的。实验原理：简明扼要地说明实验原理，并列出实验所要用的主要公式、电路图或光路图，若教材内容与实际有所不符，应采用实际的。实验仪器：列出主要仪器名称及其型号、规格、精度（或分度值）。实验步骤：按实验过程，扼要地说明实验的关键步骤和安全注意事项。实验数据记录：实验中全部有用的原始数据要尽量以表格的形式列出，并正确地表示出有效数字和单位。数据处理：根据要求计算出最后的测量结果，可采用列表法和作图法，在计算过程中，应写出相应的计算公式，然后代入相应数据进行运算。实验结果：最后的结果应包括测量值、误差和单位。如果实验是为了观察某一物理现象或者观察某一物理规律，可只扼要地写出实验结论。大学物理实验教程讨论与分析：回答实验思考题；描述实验中观察到的异常现象及可能的解释；分析实验误差的主要来源；对实验仪器和实验方法的建议等，还可以谈谈实验的心得体会。以上是对报告的一般要求，不同实验可根据具体情况有所侧重和取舍，不必千篇一律。上述三部分为物理实验课的三个基本程序，也是物理实验课三个教学环节。绪论 测量误差与数据处理 测量与误差 测量在科学实验中，一切物理量都是通过测量得到的。所谓测量就是将被测的物理量与规定作为标准单位的同类物理量（或称为标准量）通过一