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第一篇 实验理论与基础知识3

第1章 绪论3

1.1 大学物理实验的地位、作用、目的和任务3

1.2 大学物理实验教学体系和基本要求4

1.3 大学物理实验教学主要环节与基本规则6

1.4 小结：怎样学好大学物理实验、实验室主要规则9

第2章 误差与数据处理基础知识11

2.1 测量与误差的基本概念11

2.2 系统误差的理论分析和处理14

2.3 随机误差的理论分析和处理17

2.4 测量结果与不确定度的评定26

2.5 有效数字的记录及其运算41

2.6 实验数据处理基本方法和结果表示44

2.7 计算机数据处理软件、计算器统计功能简介59

2.8 练习题68

第3章 测量方法与仪器调整原则和技术72

3.1 实验的基本测量方法和技术72

3.2 仪器调整的基本原则78

3.3 物理实验常用仪器81

第二篇 基础性、综合性、应用性实验107

第4章 力学与热学实验107

实验1 力学基本测量107

练习一 规则物体尺寸的直接测量108

练习二 规则物体密度ρ的间接测量112

练习三 不规则物体、液体密度ρ的间接测量114

实验2 用自由落体仪测定重力加速度g119

实验3 用三线摆测物体的转动惯量I121

实验4 用扭摆法测定物体的转动惯量I129

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a133

练习一 （气轨）“滑块碰撞”——验证动量守恒定律134

练习二 （气轨）滑块的简谐振动——测劲度系数k、周期T、能量E139

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142

实验6 弦振动特性研究（一、二）146

练习一 用“驻波法”测（音叉）横波波长λ，频率f146

练习二 乐器（吉他）弦振动的研究153

实验7 光杠杆镜尺法测定钢丝的杨氏模量E——微小长度变化的测量153

实验8 用“拉脱法”测液体的表面张力系数γ——微小力（用焦利秤、力敏传感器）测量160

练习一 用“焦利秤”测定弹簧的劲度系数k162

练习二 用“焦利秤”测定液体（水）的表面张力系数γ164

练习三 用“力敏传感器”测定液体（水）的表面张力系数γ165

实验9 用落球法测液体的黏度η169

练习一 “落球法”测常温液体黏度η171

练习二 “落球法”测变温液体黏度η174

练习三 设计用“毛细管法”测液体黏度η174

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175

练习一 用传感器“绝热膨胀法、压缩法”测定比热容比γ176

练习二 用谐振方式“绝热法”测量空气比热容比γ180

实验11 稳态法测量不良导体导热系数λ182

实验12 惯性秤实验185

第5章 电磁学实验189

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189

练习一 测绘线性电阻的伏安特性曲线192

练习二 测绘非线性电阻（二极管）的伏安特性曲线194

练习三 测绘灯丝、发光二极管的伏安特性曲线195

实验14 直流单臂电桥（惠斯通电桥）测电阻196

练习一 “滑线（板）式”单臂电桥测电阻Rx198

练习二 “箱式”单臂电桥测电阻Rx及其串、并联阻值201

练习三 自组惠斯通电桥测电阻Rx及电桥灵敏度k202

练习四 用单臂电桥测电阻温度特性203

实验15 用双臂电桥（开尔文电桥）测小电阻R及温度系数α205

练习一 测量（铜棒、铝棒等）导体的电阻Rx及电阻率ρ208

练习二 测量（漆包线等）导体电阻的温度系数α210

实验16 用电势差计测量电动势E212

实验17 用模拟法测绘静电场218

练习一 用“导电微晶”静电场模拟仪器模拟静电场224

练习二 “自行组装”静电场模拟仪器模拟静电场（用导电纸）225

实验18 示波器的使用226

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f235

练习二 垂直振动合成——李萨如图形观测、测频率f237

实验19 用示波器观测二极管伏安特性曲线238

实验20 交流电路的谐振现象（一、二）241

练习一 RLC串联电路的谐振实验244

练习二 RLC并联电路的谐振实验245

实验21 用霍尔元件测量磁场B246

实验22 用“霍尔效应法”测螺线管磁场B251

实验23 用“电磁感应法”测磁场B255

实验24 电容器的充放电258

实验25 黑盒子实验——测量判定电阻R、电容C、电感L、二极管262

第6章 光学实验265

实验26 光学基本实验（一、二）——薄透镜焦距f的测定265

练习一 测量凸透镜的焦距f凸——“自准法”“物距像距法”“共轭法”269

练习二 测量凹透镜的焦距f凹——“自准法”“物距像距法”271

实验27 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273

练习一 组装显微镜273

练习二 组装望远镜275

练习三 组装透射式幻灯机（投影系统）277

实验28 分光计实验（一、二、三）281

练习一 分光计的调节和使用281

练习二 用分光计测定三棱镜顶角α288

练习三 用分光计测量绿光最小偏向角δmin和折射率n295

实验29 光栅衍射实验（一、二）——分光计实验（四、五）298

练习一 光栅常量d测定299

练习二 光波波长λ测量304

实验30 光的衍射实验（三）——单（多）缝（孔等）衍射的光强分布307

实验31 光的干涉实验（一、二）312

练习一 薄膜干涉——用牛顿环测曲率半径R313

练习二 劈尖干涉317

实验32 光的干涉实验（三）——双棱镜干涉实验测波长λ319

实验33 光偏振及其应用325

练习一 用分光计进行偏振光实验328

练习二 用光具座进行偏振光实验330

第7章 近代物理与信息处理综合性、应用性实验333

实验34 迈克耳孙干涉仪的调节与使用333

练习一 用等倾干涉测激光波长（λHe-Ne≈632.8 nm）339

练习二 用等倾干涉测钠黄光波长（λNa≈589.3 nm）341

练习三 用迈克耳孙干涉原理测空气折射率n343

实验35 微波迈克耳孙干涉和布拉格衍射346

练习一 用迈克耳孙微波干涉法测波长349

练习二 微波布拉格衍射强度分布测量（I-α、I-θ曲线）351

实验36 密立根油滴实验——测电子电荷量354

练习一 “平衡法”测电子电荷量（“动态法”特例）359

练习二 “动态法”测电子电荷量360

练习三 “变电荷法”测电子电荷量（选做）361

实验37 弗兰克-赫兹实验——测原子第一激发电势V0361

实验38 全息照相368

实验39 用超声光栅测定液体中的声速v373

实验40 声学实验（一、二）——用超声传感器、音叉共鸣管测声速v378

练习一 用超声传感器“共振法”“相位法”测声速v379

练习二 用音叉共鸣管“共振法”测声速v385

实验41 光电效应及普朗克常量h测量387

实验42 氢原子光谱及里德伯常量RH测定393

实验43 盖革-米勒实验——G-M计数管及核衰变的统计规律399

练习一 用实时数据采集装置自动测量核衰变统计规律405

练习二 手动测量核衰变统计规律（略）406

第三篇 设计性、研究性实验409

设计性、研究性实验概述409

第8章 力学实验414

实验44 设计用“单摆”测重力加速度g414

实验45 设计测固体、液体密度ρ419

练习一 设计用“流体静力称衡法”测定轻质固体、液体密度ρ419

练习二 设计用“比重瓶法”测定液体、固体小颗粒物体密度ρ421

实验46 设计测量固体（金属）材料线膨胀系数α（一、二）423

练习一 设计用“光杠杆”测量固体（金属）的线膨胀系数α423

练习二 设计用“千分表（尺）”测量固体（金属）的线膨胀系数α426

实验47 研究测定刚体转动惯量I431

练习一 用转动惯量仪测定物体的转动惯量I431

练习二 设计测定偏心轮绕定轴的转动惯量I437

练习三 设计用“气垫法”测定物体的转动惯量I437

实验48 碰撞打靶实验439

第9章 热学实验441

实验4 9设计测定气体比热容比γ＝cp/cV441

实验50 设计测量不良导体的导热系数λ443

实验51 冰的熔化热L测量445

实验52 空气热机原理实验447

第10章 电学、电磁学实验452

实验53 设计用“伏安法”（补偿原理）测电阻Rx452

实验54 电表内阻R内测量设计454

实验55 制流电路与分压电路特性实验（用滑线变阻器或电阻箱）455

实验56 电势差计应用设计实验（一、二）458

练习一 设计用电势差计测电阻Rx458

练习二 设计用电势差计校准毫安表、电压表459

实验57 电表的改装与校准设计461

实验58 万用表组装设计462

实验59 设计用“霍尔效应”测量霍尔元件基本参量：电导率σ、霍尔系数KH463

实验60 电子束的偏转、聚焦实验467

练习一 电子束的偏转467

练习二 电子束的聚焦470

第11章 光学实验474

实验61 设计用分光计测定液体折射率n474

实验62 阿贝折射仪的原理和应用设计475

实验63 暗室技术——黑白照片的冲洗、印制与放大476

第12章 传感器技术应用与设计实验478

实验64 压力传感器特性测量及应用设计478

实验65 温度传感器特性测量及应用设计481

练习一 测量温度传感器的伏安特性、温度特性482

练习二 利用温度传感器，设计一个测温或控温装置（数显或指针式温度计）483

实验66 霍尔开关、光电传感器特性测量及应用设计485

实验67 霍尔位置传感器与弯曲法测量杨氏模量E488

实验68 用磁阻传感器测量地磁场B491

第13章 近代物理与信息处理实验496

实验69 波尔共振实验496

实验70 液晶电光效应实验研究500

第14章 计算机在物理量测量中的应用探索简介507

14.1 非电量电测技术应用简介507

14.2 传感器和实验数据采集装置简介509

14.3 计算机在物理测量中的应用探索提要514

14.4 计算机模拟仿真技术简介514

14.5 计算机模拟仿真物理实验简介515

14.6 计算机数值模拟与数据处理实验516

参考文献518

附录 物理学常用数据表519

附录1 常用物理常量表519

附录2 部分物质的密度ρ520

附录3 重力加速度g（中国部分城市、海平面上不同纬度）520

附录4 20 ℃时某些金属的杨氏模量E521

附录5 某些物质中的声速v521

附录6 20℃时某些液体、不同温度的水与空气接触的表面张力系数γ522

附录7 液体的黏度η523

附录8 20℃时金属及合金的电阻率p及其温度系数α523

附录9 部分物质的折射率n524

附录10 部分固体和液体的比热容524

附录11 常用气体比热容、比重（空气密度1.2 9 kg/m3）525

附录12 饱和蒸汽压力p、温度T对照表525

附录13 某些材料的导热系数λ526

附录14 某些材料的线膨胀系数α527

附录15 国际单位制、常用单位换算表528

附录16 电磁波频谱表（无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线、宇宙射线）531

附录17 常用光源谱线的波长λ531

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）532

附录19 物理实验中常见的仪器△分度值、仪器基本误差限值△ins532