本書是高等學校理工科專業(yè)必修的物理實驗課的教材,共分基礎性實驗和設計性實驗兩個部分:第一部分是基礎性實驗,涵蓋力、熱、電、光等物理學常見的18個實驗,并對基本物理量的測量、基本實驗儀器的使用、基本實驗技能和基本測量方法、實驗數(shù)據(jù)處理的理論與方法做出闡述;第二部分是10個設計性實驗,屬于大學物理實驗的提高性內(nèi)容,根據(jù)給定的實驗題目、實驗要求和實驗條件,由學生自己設計實驗方案并獨立完成實驗。
周厚兵,理學博士,廣西師范大學物理科學與技術(shù)學院副教授,主要從事奇異原子核結(jié)構(gòu)和高自旋態(tài)核結(jié)構(gòu)的實驗研究。在《物理評論快報》等權(quán)威期刊上發(fā)表論文20余篇,主持國家級項目2項、省部級項目5項,獲自治區(qū)級教學改革成果獎1項。
緒 論1
基礎性實驗
實驗一 基本測量28
實驗1-1 長度測量28
實驗1-2 固體和液體密度的測定33
實驗二 重力加速度的測定40
實驗2-1 用單擺測重力加速度40
實驗2-2 用自由落體法測重力加速度44
實驗2-3 在氣墊導軌上測重力加速度47
實驗三 牛頓第二定律的驗證55
實驗四 物體比熱容的測定60
實驗4-1 金屬比熱容的測定(冷卻法) 60
實驗4-2 固體比熱容的測定(混合法) 69
實驗4-3 液體比熱容的測定(比較法) 73
實驗五 伏安法測電阻77
實驗六 非線性元件伏安特性的測量88
實驗七 用惠斯登電橋測電阻92
實驗八 示波器的使用100
實驗8-1 模擬示波器的使用100
實驗8-2 數(shù)字示波器的使用108
實驗九 薄透鏡焦距的測定120
實驗十 等厚干涉實驗130
實驗十一 楊氏模量的測定139
實驗11-1 用拉伸法測定楊氏模量139
實驗11-2 用CCD 成像法測定楊氏模量146
實驗十二 液體表面張力系數(shù)的測定152
實驗12-1 用拉脫法測定液體表面張力系數(shù)152
實驗12-2 用毛細管法測定液體表面張力系數(shù)157
實驗十三 剛體轉(zhuǎn)動慣量的測定160
實驗13-1 用三線擺測定剛體轉(zhuǎn)動慣量160
實驗13-2 用轉(zhuǎn)動慣量儀測定剛體轉(zhuǎn)動慣量167
實驗十四 金屬線脹系數(shù)的測定175
實驗14-1 用光杠桿法測量金屬線脹系數(shù)175
實驗14-2 用千分表法測量金屬線脹系數(shù)180
設計性實驗
實驗十五 彈簧振子運動規(guī)律的研究186
實驗十六 小功率直流穩(wěn)壓電源的設計與制作188
實驗十七 液體黏度與溫度關(guān)系的研究190
實驗十八 自組望遠鏡192
實驗十九 光拍頻法測量光速194
實驗二十 密立根油滴實驗196
主要參考文獻200
附錄A 常用物理常數(shù)(量)表201
附錄B 國際單位制
本套教材是根據(jù)教育部高等學校物理學與天文學教學指導委員會
等編制的《理工科類大學物理課程教學基本要求 理工科類大學物理
實驗課程教學基本要求》,以及《教育部關(guān)于印發(fā)〈高等學校課程思政建
設指導綱要〉的通知》(教高〔2020〕3 號),結(jié)合廣西區(qū)內(nèi)多所高校大學
物理實驗教學的實際情況及教學實踐改革成果,在2010 年覃以威教授
主編的《大學物理實驗》(Ⅰ、Ⅱ)教材的基礎上修訂而成的。
本套教材打破了力、熱、電磁、光、近代物理等傳統(tǒng)物理實驗項目獨
立分塊的界限,根據(jù)學生物理知識的認知過程和實驗能力發(fā)展規(guī)律,建
立由基礎到前沿、由接受知識型到培養(yǎng)綜合能力型的分層次教學思想,
合理地減少了驗證性實驗,以創(chuàng)造更大空間增加綜合性、設計性實驗。
除增大綜合性、設計性實驗的比例外,還設有自選研究性實驗,讓學生
根據(jù)自己的興趣、愛好、特長進行自主學習,為學生個性化發(fā)展提供自
主的學習空間,使學生切身體會到“實踐是檢驗真理的唯一標準”。
本套教材分為《大學物理實驗(基礎類)》和《大學物理實驗(專業(yè)
類)》兩冊。前者的內(nèi)容包括基礎性實驗和設計性實驗兩部分,突出基
礎性和通用性的特點,適用于本科物理學專業(yè)或相近專業(yè)第一層次物
理實驗教學使用和本科非物理理工科類專業(yè)大學物理實驗教學;后者
的內(nèi)容分為基礎性實驗和設計性實驗兩大模塊,側(cè)重專業(yè)性和綜合性,
主要供本科物理學專業(yè)或相近專業(yè)第二層次物理實驗教學使用,具有
較強的針對性。兩冊教材均吸收了廣西師范大學、玉林師范學院、河池
學院、廣西科技師范學院、百色學院、柳州工學院以及桂林師范高等專
科學校等廣西區(qū)內(nèi)多所高校的大學物理實驗教學教師代表共同參與建
設,融合了各高校近年來物理實驗教學研究的成果和課程思政建設的
內(nèi)容,既體現(xiàn)了創(chuàng)新性又具有很強的應用性,既突出了目前高校物理實
驗教學改革的方向,又適合各高校的具體情況,是一套具有民族地區(qū)地
2 · 大學物理實驗(基礎類)
方特色的教材。
本套教材在修訂過程中繼續(xù)保持了其多年來形成的自身特色,并
結(jié)合各校的實際情況,對教材中的實驗內(nèi)容進行了調(diào)整和優(yōu)化。
本套教材的修訂過程中,得到了廣西師范大學物理科學與技術(shù)學
院魏代會院長的大力支持和幫助;廣西師范大學物理科學與技術(shù)學院
胡君輝教授,物理實驗教學中心沈洪濤、朱長明、孔文婕等老師提出了
許多寶貴意見;廣西師范大學出版社唐丹寧編審自始至終都給予了大
力的支持和幫助。在此一并致以衷心的感謝。
本套教材雖經(jīng)多次研討、審核,但難免存在疏漏或不足之處,敬請
各位讀者提出寶貴的意見和建議,以便我們進一步改進。
編者
2021 年11 月
本套教材是根據(jù)教育部高等學校物理學與天文學教學指導委員會等編制的《理工科類大學物理課程教學基本要求 理工科類大學物理實驗課程教學基本要求》,以及《教育部關(guān)于印發(fā)〈高等學校課程思政建設指導綱要〉的通知》(教高〔2020〕3 號),結(jié)合廣西區(qū)內(nèi)多所高校大學物理實驗教學的實際情況及教學實踐改革成果,在2010 年覃以威教授主編的《大學物理實驗》(Ⅰ、Ⅱ)教材的基礎上修訂而成的。
實驗是科學探究的重要形式,測量是科學實驗的重要環(huán)節(jié)。物理量的測量首先
是要規(guī)定它的標準并以之作為單位,科學的測量不僅在物理學中占據(jù)著重要的地位,
而且對于整個人類社會都至關(guān)重要。測量不僅包括一些基本的概念和測量原理,最
重要的是要求學生能利用測量儀器完成測量任務,這就需要學生熱愛測量工作,并具
備實事求是的做事態(tài)度以及一定的團隊意識??茖W的測量能夠促進學生養(yǎng)成良好的
科學發(fā)展觀,樹立正確的人生觀和價值觀,提高學生的科學素養(yǎng)。
實驗1-1 長度測量
【實驗目的】
(1)熟悉游標卡尺、螺旋測微器的結(jié)構(gòu)原理,掌握其使用方法。
(2)掌握有效數(shù)字和誤差的概念及計算方法。
【儀器和用具】
米尺、游標卡尺、螺旋測微器、待測圓管、長方體金屬塊。
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