《大学物理实验/高等学校“十三五”规划教材》根据教育部颁发的《理工科类大学物理实验课程教学基本要求》,总结衢州学院大学物理实验课程教学改革的实践经验编写而成。
全书共三篇八章。第一篇为物理实验基本知识、方法和技能,分为误差理论及数据处理基础、常用测量方法和物理实验基本技能;第二篇为大学物理实验,分为基础性实验、综合性实验和设计性实验;第三篇为拓展物理实验,分为趣味性物理演示实验和计算机仿真物理实验。在附录中介绍了世界十大经典物理实验、诺贝尔物理学奖及卡文迪许实验室等。该书的定位是基础性实验课程,在总体设计上力求贯彻“以生为本,能力为重”的教育理念,注重培养和发挥学生学习的积极性、主动性与创造性,有利于实施“以导引学,先学后教,多学少教,会学不教”的课堂教学方式,既保证基本训练,又使学生的创新意识和能力受到启发与训练。
该书既可作为各类高等学校工科专业和理科非物理专业大学物理实验教材,也可供其他专业参考使用。
大学物理实验课是高等学校理工科类专业学生的必修基础课程,是本科生接受系统实验方法和实验技能训练的开端,是一系列后续专业实验课程的重要基础。它在培养学生严谨的治学态度、活跃的创新意识、理论联系实际和适应科技发展的综合应用能力等方面具有其他实践类课程不可替代的作用。
为贯彻落实教育部颁发的《理工科类大学物理实验课程教学基本要求》(下称《基本要求》),适应21世纪高素质、强能力的多层次人才需求,体现把我校建设成为一所以工为主、特色鲜明的应用型本科院校的办学理念,我们编写了这本适合于“二本”培养层次、具有广阔覆盖面和足够实验项目的大学物理实验教材。本教材的编写具有以下几个特点:
在体系编排上,突破了传统的以力学、热学、电磁学、光学和近代物理知识为顺序且各成系统的课程框架结构,建立了和《基本要求》相适应的多模块、多层次的大学物理实验课程体系。教材按实验基本知识、基础性实验、综合性实验、设计性实验、趣味物理演示实验和计算机仿真实验等模块分层次编排,以更好地体现分类指导与因材施教的原则。
在内容选取上,教材定位在基础性实验课程,精选那些比较经典、相对稳定,又具有迁移价值的物理实验项目。同时,为了调动和发挥学生学习的主动性、自主性和创造性,加大了综合性与设计性实验的比重。例如,教材选入了在化学、生物、环境、食品卫生、医疗和制药等领域得到广泛应用,现已成为一种新型光电检测技术的表面等离子体共振实验;具有设计性、趣味性、开放性和拓展性特点的电磁学自主设计性系列实验和传感器自主设计性系列实验。这样既保证了基本训练,又提高了实验的综合性以及与现代高科技发展的衔接性。
在实验指导上,每一个实验的开头都简要地叙述了该实验的意义或提供一些背景知识,尽可能地介绍一些与实验相关的实验技术、应用情况及其展望,以期激发学生的学习热情。实验原理的论述力求简明扼要、深入浅出和通俗易懂。实验仪器的介绍每个项目都配有实物全景图片,并有较为详尽的文字叙述。实验内容大都说明得比较具体详细,以便学生独立完成实验。在结尾处给出思考题,促使学生在预习过程中积极思考。有些实验除基本要求外,还附有一些较灵活的提高内容,在书中以“*”号的形式表示,供有潜力的学生作进一步的钻研。核心内容或需特别注意处都用黑体突出显示。
在数据处理上,对基础性实验,每个实验均给出了完整的数据记录表格及数据处理要求,以规范学生的实验行为。对综合性和设计性实验,有些实验只给出部分或不给出数据记录表格,要求学生自行根据实验内容去设计。数据处理的技术平台定位在Excel软件,专门列出一节详细介绍如何用它来处理物理实验数据。此外,我们特别设计了与本教材相配套的实验报告册,每次实验课都要求学生课前完成实验预习报告,课中如实填写实验原始数据,课后写出完整规范的实验报告。通过以上各环节来培养学生在实验方法、实验技能、误差分析和总结报告等各方面初步的能力以及严谨的科研作风。
在素质培养上,我们注意到理工科教材的主要功能是培养和提高学生的业务素质,但也应该兼具培养其他多方面素质的功能。为此我们在教材中编入一些既与课程内容相关,又有一定知识性和广延性的内容,如“世界十大经典物理实验”、“诺贝尔物理学奖与物理实验”和“物理实验室的典范——卡文迪许实验室”等。篇幅不大,只起一个引导作用。
本教材的编写,得到了衢州学院教务处、教师教育学院领导的大力支持,以及浙江工业大学物理实验中心主任隋成华教授、副主任魏高尧高级工程师的鼎力相助。在此,编者谨向他们表示诚挚的敬意和衷心的感谢!
由于成书时间匆忙和编者水平所限,书中难免有疏漏、错误之处,敬请读者批评指正,并在使用过程中,把您的意见和建议告诉我们,以利于我们今后作进一步的修订。
绪论
一、物理学与物理实验
二、课程的地位、作用和任务
三、课程的教学环节
四、物理实验报告
五、物理实验室守则
第一篇 物理实验基本知识、方法和技能
第一章 误差理论及数据处理基础
一、测量与误差
二、有效数字及其规则
三、测量结果的不确定度评定
四、实验数据处理方法
附大学物理实验基础知识自测题
第二章 常用测量方法
一、比较法
二、放大法
三、转换法
四、补偿法
五、平衡法
六、模拟法
七、干涉、衍射法
第三章 物理实验基本技能
一、游标卡尺和螺旋测微计的正确使用与快速读数
二、仪器基本调整和操作技术
三、电磁学实验常用仪器及操作规范
四、光学仪器的正确使用与维护
五、用Excel软件处理实验数据
第二篇 大学物理实验
第四章 基础性实验
项目1 气垫导轨验证牛顿第二定律
项目2 三线摆法测定物体转动惯量
项目3 气体比热容比测定
项目4 电学元件的伏安特性测量
项目5 电磁感应法测磁场分布
项目6 分光计测定三棱镜材料折射率
第五章 综合性实验
项目7 金属丝杨氏模量测定
项目8 声速测量
项目9 固体导热系数测定
项目10 温度传感器特性研究
项目11 示波器的原理和使用
项目12 电表的改装及校准
项目13 光的等厚干涉
项目14 迈克尔逊干涉仪测定激光波长
项目15 霍尔效应及其应用
项目16 光电效应测定普朗克常数
项目17 弗兰克-赫兹实验
项目18 表面等离子体共振实验
第六章 设计性实验
项目19 电磁学自主设计性系列实验
项目20 传感器自主设计性系列实验
第三篇 拓展物理实验
第七章 趣味物理演示实验
一、力学演示实验
二、热学演示实验
三、电磁学演示实验
四、光学演示实验
五、其他演示实验
第八章 计算机仿真实验
仿真1 凯特摆测定重力加速度
仿真2 动态磁滞回线测量
仿真3 太阳能电池的特性测量
仿真4 密立根油滴实验
附录
附录A 世界十大经典物理实验
附录B 诺贝尔物理学奖与相关实验
附录C 物理实验室的典范——卡文迪许实验室
附录D 中华人民共和国法定计量单位
附录E 物理学常用数表
参考文献
大学物理实验基础知识自测题参考答案与评分标准