大学物理实验

绪论 1

第一章 物理实验基本知识 4

1.1 观察与分析 4

1.2 测量及其误差 6

1.2.1 量、测量和单位 6

1.2.2 直接测量与间接测量 6

1.2.3 测量误差及其分类 6

1.2.4 系统误差 7

1.2.5 随机误差 8

1.3 测量结果的最佳值与随机误差的估算 9

1.3.1 随机误差的统计规律 9

1.3.2 测量结果的最佳值——算术平均值 10

1.3.3 随机误差的表示法 10

1.3.4 随机误差的估算 13

1.3.5 平均值的标准误差 13

1.4 仪器误差 14

1.4.1 仪器的最大误差 14

1.4.2 仪器的标准误差 15

1.5 间接测量的误差传递 16

1.5.1 误差的一般传递公式 16

1.5.2 标准误差的传递公式 17

1.5.3 有限次测量的间接测量标准误差 18

1.6 不确定度 18

1.6.1 不确定度 19

1.6.2 不确定度的简化估算方法 19

1.6.3 合成不确定度 20

1.6.4 测量结果有效数字取舍原则 21

1.7 有效数字及其运算 22

1.7.1 有效数字的概念 22

1.7.2 有效数字运算规则 24

1.8 测量和数据处理程序 25

1.8.1 直接测量及其数据处理的程序 26

1.8.2 间接测量及其数据处理的程序 26

1.9 数据处理的基本方法 26

1.9.1 列表法 26

1.9.2 图示法和图解法 27

1.9.3 逐差法 32

1.9.4 最小二乘法和线性拟合 33

第二章 物理实验基本训练 37

2.1 物理实验的基本测量方法 37

2.1.1 比较法 37

2.1.2 放大法 39

2.1.3 转换测量法 41

2.1.4 模拟法 42

2.2 物理实验的基本仪器 43

2.2.1 力学基本仪器 43

2.2.2 电学基本仪器 49

2.2.3 光学基本仪器 58

2.3 物理实验中的基本调整与操作技术 65

2.3.1 零位调整 65

2.3.2 水平、竖直调整 66

2.3.3 消除视差 66

2.3.4 共轴调整 68

2.3.5 逐次逼近法 68

2.3.6 先定性、后定量原则 68

2.3.7 电学实验的操作规程 69

2.3.8 光学实验的操作要点 70

2.4 微机与微型计算器在物理实验中的应用 70

实验1 微小长度变化的测量——光杠杆镜尺法 72

实习1 金属的杨氏模量的测量 73

实习2金属线膨胀率的测量 78

实验2速度与加速度的研究 81

实验3电桥法测中、低值电阻 93

实验4补偿原理和电势差计 102

实验5光路调整和透镜焦距测量 111

实验6分光计 118

实验7碰撞实验——验证动量守恒定律 130

实验8液体表面张力系数的测量 133

实验9转动惯量的测量 140

实习1三线摆 140

实习2扭摆 145

实验10静电场测绘 148

实验11 电表改装与校正 154

实验12胡克定律及弹簧的能量存储实验 158

实验13弦振动与驻波 164

实验14气体比热容比的测定 170

第三章 物理实验基本技术 173

3.1 非电学量电测技术 173

3.1.1 热电转换技术 173

3.1.2 力电转换技术 177

3.1.3 光电转换技术 178

3.2 测磁技术 183

3.2.1 冲击法 183

3.2.2 感应法 186

3.2.3 霍尔效应法 187

3.2.4 核磁共振法 189

3.3 电学测量动态显示技术 191

3.3.1 阴极射线示波器 191

3.3.2 电子电势差计 192

3.3.3 x-y函数记录仪 192

3.4 光学测量基本技术 193

3.4.1 干涉测量技术 194

3.4.2 衍射测量技术 197

3.4.3 偏振测量技术 198

3.5 照相和暗室技术 202

实验15示波器实验 203

实习1 阴极射线示波器 203

实习2数字示波器 213

实验16霍尔法测磁场 226

实习1 通电螺线管内磁场分布的测量 227

实习2铁磁质材料的磁化曲线和磁滞回线测量 229

实验17光的干涉——牛顿环 235

实验18衍射光栅 239

实习1汞光谱波长测量 239

实习2氢原子光谱研究 243

实验19单缝衍射的光强分布 245

实验20光的偏振与旋光 249

实习1光的偏振 249

实习2旋光 255

实验21迈克耳孙干涉仪 258

实验22非电学量电测（一）——温度电测法 267

实习1 电阻温度计与不平衡电桥 267

实习2 热电偶标定与测温 269

实验23非电学量电测（二）——声速测量 272

实验24用波尔共振仪研究受迫振动 278

实验25太阳能电池伏安特性的测量 286

实验26金属逸出电势的测定 291

实验27光电效应 295

实验28元电荷测定——密立根油滴实验 299

实验29传感器的应用——位移量测量组合实验 307

实习1光纤传感器 309

实习2 霍尔式传感器 310

实习3 电涡流式传感器 311

实习4 电容式传感器 312

实习5电阻应变片传感器 313

实验30照相技术 316

实习1 黑白照相 316

实习2数码摄影 323

实验31全息照相 333

实习1 激光再现全息照相 333

实习2 白光再现全息照相 338

实验32冷却法测量金属的比热容 341

实验33空气热机实验 346

实验34动态法测量良导体的热导率 350

第四章 设计性实验 357

4.1 设计性实验的性质与任务 357

4.1.1 科学实验的全过程 357

4.1.2 设计性实验的特点 358

4.2 处理系统误差的一般知识 358

4.2.1 系统误差的分类 358

4.2.2 系统误差的处理 360

4.3 实验方案的选择和实验仪器的配套 365

4.3.1 实验方案的选择 365

4.3.2 测量方法的选择 365

4.3.3 测量仪器的选择 366

4.3.4 测量条件的选择 368

4.3.5 数据处理方法与实验方案的选择 369

4.3.6 实验仪器的配套 371

实验35 误差分配和实验仪器的选择 372

实验36 重力加速度的研究 374

实验37 简谐振动的研究 375

实验38 落球法测定液体的黏度 378

实验39 变阻器的使用与电路控制 381

实验40 电势差计校准电表和测定电阻 386

实验41 非线性电阻特性研究 388

实验42 动态物理过程的实时测量 391

实验43 动态悬挂法测定金属材料的杨氏模量 397

实验44 硅光电池特性的研究 401

实验45 光栅特性的研究 404

实验46 熵的测定 406

实验47 非线性电路中的混沌现象 408

第五章 课题研究性实验 412

实验48 蜡烛火焰熄灭后水面升高的现象研究 412

实验49 高斯炮中磁相互作用的研究 413

实验50 挥动绳子发声机理的探究 415

实验51 探究盛液瓶子的滚动规律 416

实验52 罐中罐冰箱的制作与研究 417

实验53 开尔文静电发生器 418

总附录 421

1.中华人民共和国法定计量单位 421

2.一些常用的物理常量 424