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第1篇 实验理论与基础知识1

第1章 绪论1

1.1 大学物理实验的地位、作用、目的和任务1

1.2 大学物理实验教学体系和基本要求2

1.3 大学物理实验教学主要环节与基本规则4

1.4 小结：怎样学好大学物理实验、实验室主要规则7

第2章 误差与数据处理基础知识9

2.1 测量与误差的基本概念9

2.2 系统误差的理论分析和处理12

2.3 随机误差的理论分析和处理15

2.4 测量结果与不确定度（uncertainty）的评定23

2.5 有效数字的记录及其运算37

2.6 实验数据处理基本方法和结果表示40

2.7 计算机数据处理软件（Origin、 Excel等）、计算器统计功能简介53

2.8 练习题62

第3章 测量方法与仪器调整原则和技术65

3.1 实验的基本测量方法和技术65

3.2 仪器调整的基本原则71

3.3 物理实验常用仪器74

第2篇 基础性、综合性、应用性实验97

第4章 力学与热学实验97

实验1力学基本测量——长度、质量和物体密度ρ的测定97

练习一 规则物体尺寸的直接测量98

练习二 规则物体密度ρ的间接测量101

练习三 不规则物体、液体密度ρ的间接测量103

实验2用自由落体仪测定重力加速度g106

实验3用三线摆测物体的转动惯量Ⅰ108

实验4扭摆法测定物体转动惯量Ⅰ114

实验5气垫导轨实验（一、二、三）——“滑块碰撞”，滑块的简谐振动，滑块运动速度v、加速度a118

练习一（气轨）“滑块碰撞”——验证动量守恒定律119

练习二（气轨）滑块的简谐振动———测弹性系数k、周期T、能量E123

练习三（气轨）测量滑块运动速度v、加速度a——验证牛顿运动第二定律126

实验6弦振动特性研究（一、二）130

练习一用“驻波法”测（音叉）横波波长λ，频率f130

练习二 乐器（吉他）弦振动的研究135

实验7光杠杆镜尺法测定钢丝的杨氏弹性模量Y——微小长度变化的测量136

实验8用拉脱法测液体表面张力系数γ——微小力（用焦利秤）测量142

练习一 测定弹簧的弹性系数k143

练习二 测定液体（水）的表面张力系数γ145

实验9用落球法测液体的黏滞系数（黏度）η146

练习一“落球法”测常温液体黏滞系数η147

练习二“落球法”测变温液体黏滞系数η149

练习三 设计用“毛细管法”测液体黏滞系数η150

实验10气体（空气）比热容比γ的测定——用绝热膨胀法、压缩法、谐振法151

练习一 用传感器“绝热膨胀法、压缩法”测定比热容比γ153

练习二 用谐振方式“绝热法”测量空气比热容比Cp／Cv154

实验11稳态法测量不良导体导热系数λ156

实验12惯性秤实验159

第5章 电磁学实验162

实验13电学基本测量——测绘线性电阻和非线性电阻的伏安特性曲线162

练习一 测绘线性电阻的I- U伏安特性曲线164

练习二 测绘非线性电阻（二极管）的I-U伏安特性曲线166

练习三 测绘灯丝、发光二极管的I-U伏安特性曲线167

实验14直流单臂电桥（惠斯通电桥）测电阻168

练习一“滑线（板）式”单臂电桥测电阻Rx170

练习二“箱式”单臂电桥测电阻值Rx及其串、并联阻值173

练习三 自组惠斯通电桥测电阻值Rx及电桥灵敏度k174

练习四 用单臂电桥测电阻温度特性（R-t、R-T）175

实验15用双臂电桥（开尔文电桥）测小电阻R及温度系数α176

练习一 测量（铜棒、铝棒等）导体的电阻Rx及电阻率ρ179

练习二 测量（漆包线等）导体电阻的温度系数α181

实验16用电势差计测量电动势E183

实验17用模拟法测绘静电场188

实验18示波器的使用195

练习一 校准示波器、多种信号波形观测：Up-p、U有效值、周期T、频率f201

练习二 垂直振动合成——李萨如图形观测、测频率f203

实验19用示波器观测二极管伏安特性曲线204

实验20交流电路的谐振现象206

实验21用霍尔元件测量磁场B211

实验22用感应法测量磁场B216

实验23用“霍尔效应法”测螺线管磁场B219

实验24用电磁感应法测磁场B222

实验25铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线的测绘225

实验26电容器的充放电228

实验27灵敏电流计基本特性研究232

实验28黑盒子实验——测量判定电阻R、电容C、电感L、二极管234

第6章 光学实验236

实验29光学基本实验（一、二）——薄透镜焦距f的测定236

练习一 测量凸透镜焦距f凸——“自准法”、“物距像距法”、“共轭法”240

练习二 测量凹透镜的焦距f凹——“自准法”、“物距像距法”241

实验30光学基本实验（三、四、五）——组装显微镜、望远镜、幻灯机及放大倍数测量243

练习一 组装显微镜243

练习二 组装望远镜244

练习三 组装透射式幻灯机（投影系统）247

实验31分光计实验（一、二、三）248

练习一 分光计的调节和使用248

练习二用“分光计”测定三棱镜顶角α256

练习三 用分光计测量绿光最小偏向角δmin和折射率n261

实验32光栅衍射实验（一、二）——分光计实验（四、五）264

练习一 光栅常数d测定265

练习二 光波波长λ测量269

实验33光的衍射实验（三）——单（多）缝（孔等）衍射的光强分布272

实验34光的干涉实验（一、二）278

练习一 薄膜干涉—牛顿环测曲率半径R278

练习二 劈尖干涉282

实验35光的干涉实验（三）——双棱镜干涉实验测波长λ284

实验36光偏振及其应用289

练习一 用分光计进行偏振光实验292

练习二 用光具座进行偏振光实验293

第7章 近代物理与信息处理综合性、应用性实验296

实验37迈克耳孙干涉仪的调节与使用296

练习一 用等倾干涉测激光波长（λHeNe≈632.8 nm）301

练习二 用等倾干涉测钠黄光波长（λNa ≈ 589.3 nm）304

练习三 用迈克耳孙干涉原理测空气折射率n306

实验38微波迈克耳孙干涉和布拉格衍射309

练习一 用迈克耳孙微波干涉法测波长312

练习二 微波布拉格衍射强度分布测量（Ⅰ-α,Ⅰ-θ曲线）314

练习三 微波单缝衍射实验316

练习四 微波双缝干涉实验317

实验39密立根油滴实验—测电子电量e317

练习一“平衡法”测电子电量e（“动态法”特例）322

练习二“动态法”测电子电量e323

练习三“变电荷法”测电子电量（选做）324

实验40夫兰克—赫兹实验——测原子第一激发电势V0.324

实验41全息照相331

实验42用超声光栅测定液体中的声速v335

实验43声学实验（一、二）——用超声传感器、音叉共鸣管测声速v341

练习一 用超声传感器“共振法”、“相位法”测声速v341

练习二 用音叉共鸣管“共振法”测声速v347

实验44光电效应和普朗克常量h测量349

实验45光信息的调制与解调实验354

实验46氢原子光谱及里德伯常量RH的测定359

实验47盖革-米勒实验——G-M计数器和核衰变的统计规律365

第3篇 设计性、研究性实验371

设计性、研究性实验概述371

第8章 力学实验376

实验48设计用“单摆”测重力加速度g376

实验49设计测固体、液体密度ρ380

练习一 设计用“流体静力称衡法”测定轻质固体、液体密度ρ380

练习二 设计用“比重瓶法”测定液体、固体小块颗粒物密度ρ382

实验50设计测量固体（金属）材料线膨胀系数α（一、二）383

练习一 设计用“光杠杆”测量固体（金属）的线膨胀系数α383

练习二 设计用“千分表（尺）”测固体（金属）线膨胀系数α387

实验51设计用“焦利秤”测弹簧的有效质量m391

实验52设计测定偏心轮绕定轴的转动惯量Ⅰ391

实验53设计用“气垫法”测定物体的转动惯量Ⅰ392

实验54碰撞打靶394

第9章 热学实验395

实验55设计测定气体比热容比γ＝Cp／Cv395

实验56设计测量不良导体的导热系数λ397

实验57电子温度计的组装设计398

实验58冰的熔解热L测量398

实验59空气热机原理实验400

第10章 电学、电磁学实验404

实验60设计用“伏安法”（补偿原理）测电阻Rx404

实验61自组惠斯通电桥测电阻Rx406

实验62电表内阻R内测量设计407

实验63电容C的测量设计407

实验64制流电路与分压电路特性实验（用滑线变阻器或电阻箱）407

实验65电势差计应用设计实验（一、二）410

练习一 设计用电势差计测电阻Rx410

练习二 设计用电势差计校准毫安表、伏特表411

实验66电表的改装与校准设计412

实验67万用表组装设计413

实验68设计用电流场模拟静电场E414

实验69设计用“霍尔效应”测量霍尔元件基本参数：电导率σ、霍尔系数KH415

实验70设计用“霍尔开关”测量弹簧的劲度系数419

实验71设计用“冲击法”测磁场强度B420

练习一用“冲击法”测地磁场强度B420

练习二用“冲击法”测螺线管磁场B421

实验72双踪示波器的应用设计422

实验73电子束的偏转、聚焦实验422

练习一 电子束的偏转422

练习二 电子束的聚焦425

第11章 光学实验428

实验74设计用“分光计”测定液体折射率n428

实验75阿贝折射仪的原理和应用设计429

实验76用平行光法测透镜焦距f429

实验77暗室技术——黑白照片的冲洗、印制与放大430

第12章 传感器技术应用与设计实验432

实验78压力传感器特性测量及应用设计432

实验79 PN结温度传感器测温设计435

实验80温度传感器特性测量及应用设计436

实验81霍尔开关、光电传感器特性测量及应用设计439

实验82硅光电池特性研究与应用设计442

实验83霍尔位置传感器与弯曲法测量杨氏模量Y442

实验84用磁阻传感器测量地磁场B446

实验85传感器系统实验仪449

实验86超声波技术应用设计456

实验87用“拉脱法”测液体表面张力系数γ——用力敏传感器测定微小力456

第13章 近代物理与信息处理实验460

实验88用“弦驻波法”测量交流电频率f的装置460

实验89自组迈克耳孙干涉仪测量某种单色光波长λ460

实验90玻尔共振实验460

实验91全息光栅的制作与检验464

实验92液晶电光效应实验研究465

第14章 计算机在物理量测量中的应用探索简介472

14.1 非电量电测技术应用简介472

14.2 传感器和实验数据采集装置简介474

14.3 计算机在物理测量中的应用探索提要478

14.4 计算机模拟仿真技术简介479

14.5 计算机模拟仿真物理实验简介480

14.6 计算机数值模拟与数据处理实验481

参考文献483

附录 物理学常用数表484

附录1常用物理常量484

附录2部分物质的密度ρ（103 kg·m-3）485

附录3重力加速度g（m·s- 2）（中国部分城市、海平面上不同纬度）485

附录4 20℃时某些金属的杨氏弹性模量Y（Pa）486

附录5某些物质中的声速v（m·s-1）486

附录6 20℃时某些液体、不同温度T的水与空气接触的表面张力系数γ（N·m-1）486

附录7液体的黏度（黏滞系数）η（Pa·s）487

附录8金属和合金的电阻率ρ及其温度系数α（℃-1）487

附录9部分物质的折射率n487

附录10部分固体和液体的比热容488

附录11常用气体比热、比重表（空气密度1.29 kg／m3）488

附表12饱和蒸汽压力p、温度T对照表489

附录13某些材料的导热系数λ（W／mK）489

附录14某些材料的线膨胀系数α （℃-1）490

附录15国际单位制、常用单位换算表491

附录16电磁波频谱表（无线电波、微波、红外光、可见光、紫外光、X射线、γ射线、宇宙射线）493

附录17常用光源的谱线波长λ（nm）494

附录18 tp因子表——常用不同置信概率p及n （自由度v＝n—1）下的tp（或t）494

附录19物理实验中常见的仪器△分度值、仪器基本误差限值△ins494