大学物理实验教程_陈正武主编.pdf

责任编辑：王建华封面设计：小吉大学物理实验教程主编陈正武副主编李力舟张小丽甘肃人民出版社出版发行（730030兰州市南滨河东路 520 号）甘肃新华印刷厂印刷开本：787毫米1092毫米 1 16印张30插页1字数602千2010年12月第1版2010年12月第1次印刷印数：11 000ISBN 978-7-226-04028-7定价：58.00元图书在版编目（C I P）数据大学物理实验教程 陈正武主编.兰州：甘肃人民出版社，2010.11ISBN 978-7-226-04028-7I.大.陈.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219135号绪论物理学是一门实验科学，物理规律的发现和物理理论的建立，都必须以严格的物理实验为基础，并受到实践的检验。大学物理实验的一项重要任务是培养学生理论与实践相结合的科学态度；认真仔细，一丝不苟的工作作风；严密观察，勤于思考，寻求规律的探求精神。0.1物理实验的地位和作用物理学是研究物质运动规律及物质基本结构的科学。物理学的发展，以及物理学与其他自然学科的相互作用，对人类社会的发展、科技的进步、提供了巨大的推动力。物理学是现代科学的基石，也是现代前沿技术的先导和源泉。物理学的发展深刻影响着现代社会进步和发展，影响着人类生活的方方面面。物理学理论，是通过观察、实验、抽象、假说等研究方法，并通过实验的检验而建立起来的。观察和实验是物理学的重要研究方法。观察就是对自然界中发生的某种现象，在不改变自然条件的情况下，按照原来的样子加以观察研究。而实验则是人们按照一定的研究目的，借助特定的仪器设备，人为地控制或模拟现象，使自然现象以比较纯粹或典型的形式表现出来，进而对其进行反复地观察和测试，探索其内部规律的一种方法。物理学本质上是一门实验科学。首先，物理概念的建立、物理规律的发现依赖于物理实验，是以实验为基础的，物理学作为一门科学的地位是由物理实验予以确立的；其次，已有的物理定律、物理假说、物理理论必须接受实验的检验，如果正确就予以确定，如果不正确就予以否定，如果不完全正确就予以修正。在物理学的发展史上，伽利略用实验否定了亚里士多德“力是维持物体运动的原因”的论断；麦克斯韦根据电磁学的实验定律建立了电磁场理论，并预言了电磁波的存在；普朗克在黑体辐射实验的基础上提出了能量子概念；爱因斯坦通过分析光电效应现象提出了光量子；杨氏双缝干涉实验证实了光的波动假说的正确性。可以说，物理学的每一次进步都离不开实验。实验又是理论付诸于应用的桥梁，热核聚变理论指出，通过热核聚变可以获得巨大的能量，但是要想很好地利用它，还需要通过许多艰苦的实验才能实现。当然，科学实验既是理论研究的基础，又离不开理论的指导。实验研究课题的选择、实验的构思和设计、实验方法的确定、实验数据的处理以及由实验结果中提出的科学假设和科学结论等，都离不开理论指导。总之，历史表明，物理学的发展是在实验和理论两方面相互推动和密切结合下进行的。物理实验不仅在物理学的发展中占有重要的地位，而且在推动其他自然科学、工程1大学物理实验教程DAXUEWULISHIYANJIAOCHENG技术的发展中也起着重要作用。特别在不少交叉科学中，物理实验的构思、方法和技术与化学、生物学、天文学等学科的相互结合已取得丰硕成果。此外，物理实验还是众多高新技术发展的源泉。原子能、半导体、激光、超导和空间技术等最新科技成果，都与物理实验密切相关。科学技术的发展越来越体现出物理实验技术的重要性。大学物理实验是高等理工科院校对学生进行科学实验基本训练的必修通识课程，物理实验覆盖广泛的学科领域，具有多样化的实验方法和综合性很强的基本实验技能训练,它是培养学生创新意识和创新能力，引导学生确立科学思想和科学方法，提高学生科学素质的重要内容。0.2大学实验课程的教学目的和任务大学物理实验是学生进行科学实验训练的一门独立的实验基础课，是学生进入大学后，受到系统的实验方法和实验技能训练的开端，是学生学习后续课程实验和其他科学实验的基础。一、大学物理实验的教学目的1.通过对实验现象的观察、分析和实验数据测量的学习，使学生掌握实验的基本知识、基本方法和基本技能，并通过实验加深对理论知识的理解，促进理论知识的学习。2.使学生学会常用的实验仪器的调整及仪器的正确使用方法。3.通过实验学习，使学生初步具备数据处理、实验结果分析、实验误差分析以及撰写实验报告的能力。4.通过设计性实验，初步使学生运用所学知识和掌握的实验能力进行再创造的创新能力。5.培养学生严谨的、一丝不苟的科学实验态度和实事求是的工作作风。二、大学物理实验的任务1.培养和提高学生的科学实验能力（1）能够通过阅读实验教材或资料，做好实验前的准备。（2）能够借助教材或仪器说明书正确使用常用仪器。（3）能够运用物理学理论对实验现象进行初步的分析判断。（4）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。（5）能够完成简单的具有设计性内容的实验。2 培养与提高学生创新思维、创新意识和创新能力通过物理实验，引导学生深入观察实验现象，建立合理的模型，定量研究物理规律；能够运用物理学理论对实验现象进行初步的分析判断，逐步学会提出问题、分析问题和解决问题的方法，激发学生创造性思维；能够完成符合规范要求的设计性内容的实验，进行简单的具有研究性或创造性内容的实验。3.培养和提高学生的科学素养2绪论NO.1计算机辅助与计算机模拟物理实验培养和提高学生科学实验的作风和素养。主要是理论联系实际、实事求是的工作作风，一丝不苟、严肃认真的工作态度，积极主动的探索精神，遵守纪律、团结协作、爱护公共财物的优良品德。比如，伦琴在研究阴极射线的时候，偶然观察到阴极射线管附近的荧光板发光，正是他实事求是、一丝不苟、严肃认真的品质才使他认识到了X射线的存在；开普勒在其老师弟谷大量的天文观测资料（700多颗星体）的基础上，经过近二十多年的不懈研究、分析计算才总结出了行星三大定律。在近现代物理学研究中，如果一个物理学工作者没有高度的合作精神，他是很难取得成就的。0.3大学物理实验的程序一、实验前的准备1.实验前必须认真阅读教材，做好预习。预习时要以实验目的为中心，搞清楚实验原理（包括测量公式）、操作要点、数据处理及其分析方法等；要反复思考实验原理、仪器装置及操作、数据处理等如何达到实验目的。2.对设计性实验，还要根据实验要求查阅有关资料。3.对实验中所使用仪器的原理、结构、操作规程和注意事项等要认真阅读学习，尤其对注意事项的要求必须牢记，避免实验操作中因错误操作而损坏仪器。4.实验前，在预习的基础上必须写好实验预习报告。做物理实验应始终在明确的理论指导下进行。预习报告要精心构思，内容包括：实验名称、实验目的、实验原理摘要、实验步骤、数据记录表格、坐标纸等。二、实验操作1.进入实验室，要遵守实验室规则。2.实验前要结合实验仪器实物，对照教材及仪器说明书，认识和熟悉实验仪器的结构并掌握正确使用方法，包括仪器的安装与调整。3.理顺实验操作程序，对整个实验操作程序必须做到心中条理清晰。4.仪器的安装与连接要便于实验中的实验操作及数据观测。仪器摆放合理，进行测量前必须将仪器调整到正常工作状态，如仪器的调零、水平调整等。5.实验测量应遵循如下原则：先定性、后定量，即先定性观察实验的全过程，以确定整个实验装置工作是否正常，对所测量内容做到心中有数，在可能的情况下，对数据的数量级和数据的走向做出估计后，再定量地读取和记录测量数据。6.实验过程中要集中精力，细心操作，对观察到的现象和测得数据要及时进行判断是否正常与合理。实验过程中出现故障时，要报告教师并在教师的指导下，分析、查找故障原因，培养排除故障的能力。实验完毕，做好仪器设备的整理工作。三、实验报告的书写撰写实验报告，是完成一个实验题目的最后程序，也是对实验进行全面总结分析的3大学物理实验教程DAXUEWULISHIYANJIAOCHENG一个过程，必须予以充分重视。1.撰写实验报告的目的培养学生以书面形式总结工作和科学实验结果的能力。报告要文字通顺，字迹工整，数据完整，图表规范，结果正确。2.实验报告的内容实验报告的内容包括：实验名称、实验目的、实验原理、实验步骤、原始数据记录、实验数据处理、实验结论以及实验的时间、地点、实验合作者等。（1）实验的年、月、日和具体时间，实验地点，天气、温度、气压和共同实验者。（2）实验题目（3）实验目的说明本实验的目的，即在实验中要解决的问题。（4）实验原理：要经过阅读、研究、归纳和整理，在理解教材的基础上，用自己的语言简要地阐述实验原理，切忌整篇照抄，力求做到图文并茂，画出实验原理图、电路图。写出实验所用的主要公式，说明式中各物理量的意义和单位，以及公式适用条件（或实验必要条件）。（5）实验仪器：写明实验中所用的仪器、材料和工具的名称，对实验所用主要仪器还要写清型号、规格、编号和性能指标。记录仪器编号是一个很好的工作习惯，便于以后对实验进行复查。记录仪器规格可以培养选用仪器的能力。（6）实验内容或实验步骤：主要画出实验原理图，阐述实验流程、关键仪器调整方法和测量技巧，并设计出实验数据记录表格。不要照抄教程上的全部实验步骤。（7）实验记录。此部分在实验课上完成，应记录内容有：过程：实验内容和观测现象记录。数据：数据记录应整洁、清晰、有条理，便于计算与复核，达到省工省时的目的，在标题栏内要注明单位。数据不得任意涂改。在数据表格中记录数据时，要留有一定的空间，以备修改时使用。实验中，确定测错的数据不要任意删去，可在原错误数据上划一横线，保持能够看清原测量数据，在其上方重新记录补测数据。如在实验后进行数据处理时发现的坏值，要予以剔除并分析产生的原因。（8）数据处理与计算。此部分在实验后进行，包括如下内容：计算结果与误差计算：写出数据处理的依据公式及主要过程，画出图表，给出最后的实验结果，并依据误差传递原理进行误差分析。按准确形式写出实验结果。在必要时，注明结果的实验条件。（9）实验讨论及作业：对实验结果进行分析讨论，要具体深入，要有分析、有见解，防止泛泛而谈。一般对实验中观察到的实验现象、特别是对实验中出现的问题进行分析，对4绪论NO.1计算机辅助与计算机模拟物理实验实验结论和实验误差进行分析，写出实验心得，最好能够对实验方案提出改进意见和建议，完成教师指定的作业题。实验报告是实验工作的总结，是经过对实验操作、观察测量和数据分析以后得到的永久性的科学记录。撰写实验报告有助于锻炼逻辑思维能力，把在实验中的思维活动变成有形的文字记录，发表自己对本次实验结果的评价和收获。实验报告可供他人借鉴，促进学术交流。因此，编写实验报告要求做到书写清晰、字迹端正、数据记录整洁、图表合适、文理通顺、内容简明扼要。0.4怎样学好大学物理实验大学物理实验是一门与理论课程并行的独立课程，它不但要求学生掌握物理实验的基本知识，更重要的是培养学生的科学实验能力。而该课程的学时及内容有限，要打下坚实的实验基础和培养较强的科学实验能力，学生必须主动地、积极地、创造性地去学习。必须认识到通过实验绝不是仅仅为了得到几个实验数据，而是要通过实验去学习探索研究问题的方法，培养与锻炼科学实验的能力。怎样才能学好这门课程呢？实验不同于理论，有其自身的规律和特点，学习方法也应有所不同。1.认真进行实验预习预习至关重要，它决定着实验能否顺利进行以及收获的大小。因此，学生在实验前必须认真预习，做好实验前的准备工作,做到有的放矢。可以通过阅读教材、上网或到图书馆查阅有关的实验内容，了解实验的全貌，明确该实验的目的要求、实验原理、具体操作步骤及其测量哪些数据，并对所用仪器的构造原理、操作方法和注意事项做到心中有数，在此基础上根据实验要求画好数据记录的表格。2.认真进行实验学生进入实验室做实验，首先要遵守实验室的操作规程和安全规则。做实验时，要胆大心细，一丝不苟，按照要求正确操作仪器，细心观察实验现象，认真记录数据。如在实验过程中遇到问题，不要出现畏难情绪或马上求助于教师或抄几个数据草草了事，