大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教程

目 錄
緒論\t1
第1章 測(cè)量誤差與數(shù)據(jù)處理\t3
1．1 測(cè)量與有效數(shù)字\t3
1．1．1 測(cè)量\t3
1．1．2 有效數(shù)字\t3
1．1．3 有效數(shù)字記錄\t3
1．1．4 數(shù)值修約\t4
1．1．5 有效數(shù)字的運(yùn)算規(guī)則\t4
1．2 測(cè)量誤差\t6
1．2．1 真值\t6
1．2．2 誤差\t6
1．2．3 相對(duì)誤差\t6
1．2．4 誤差的分類\t7
1．3 系統(tǒng)誤差及其處理\t8
1．3．1 系統(tǒng)誤差的發(fā)現(xiàn)\t8
1．3．2 系統(tǒng)誤差的修正和消除\t8
1．4 隨機(jī)誤差及其估算\t9
1．4．1 隨機(jī)誤差的統(tǒng)計(jì)規(guī)律\t9
1．4．2 測(cè)量結(jié)果的最佳值――算術(shù)
平均值\t10
1．4．3 殘差\t10
1．4．4 隨機(jī)誤差的表示法\t11
1．4．5 有限次測(cè)量列的隨機(jī)誤差估算\t12
1．4．6 算術(shù)平均值標(biāo)準(zhǔn)偏差\t13
1．5 儀器誤差\t13
1．5．1 儀器的示值誤差\t13
1．5．2 儀器的標(biāo)準(zhǔn)誤差\t14
1．6 直接測(cè)量量及間接測(cè)量量的
誤差傳遞\t15
1．6．1 直接測(cè)量結(jié)果的表示\t15
1．6．2 間接測(cè)量結(jié)果的誤差傳遞\t17
1．6．3 間接測(cè)量的數(shù)據(jù)處理過(guò)程\t20
1．7 不確定度\t21
1．7．1 不確定度的概念\t22
1．7．2 不確定度評(píng)定的簡(jiǎn)化方法\t22
1．7．3 不確定度的計(jì)算\t23
1．8 數(shù)據(jù)處理方法\t25
1．8．1 列表法\t25
1．8．2 圖示法和圖解法\t26
1．8．3 逐差法\t29
1．8．4 最小二乘法（線性回歸）\t30
1．9 習(xí)題\t34
第2章 物理實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)\t36
2．1 基本實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)技術(shù)\t36
2．1．1 比較法\t36
2．1．2 放大法\t37
2．1．3 補(bǔ)償法\t38
2．1．4 轉(zhuǎn)換法\t39
2．1．5 模擬法\t41
2．1．6 基本光學(xué)實(shí)驗(yàn)方法\t42
2．2 基本物理實(shí)驗(yàn)儀器\t45
2．2．1 力學(xué)、熱學(xué)實(shí)驗(yàn)常用儀器\t45
2．2．2 電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)常用儀器\t51
2．2．3 光學(xué)實(shí)驗(yàn)常用儀器\t60
2．3 基本操作技術(shù)\t64
2．3．1 零位調(diào)整\t64
2．3．2 水平、鉛直調(diào)整\t65
2．3．3 共軸調(diào)整\t65
2．3．4 消視差\t65
2．3．5 逐次逼近調(diào)整\t66
2．4 物理實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范\t66
2．4．1 力學(xué)、熱學(xué)實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范\t66
2．4．2 電學(xué)實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范\t67
2．4．3 光學(xué)實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范\t67
第3章 基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)\t69
3．1 拉伸法測(cè)量楊氏模量\t69
3．1．1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康腬t69
3．1．2 實(shí)驗(yàn)儀器\t69
3．1．3 實(shí)驗(yàn)原理\t71
3．1．4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟\t72
3．1．5 數(shù)據(jù)處理\t73
3．1．6 思考題\t73
3．2 冷卻法測(cè)量金屬的比熱容\t73
3．2．1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康腬t73
3．2．2 實(shí)驗(yàn)儀器\t73
3．2．3 實(shí)驗(yàn)原理\t74
3．2．4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟\t75
3．2．5 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理\t75
3．2．6 思考題\t76
3．3 扭擺法測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量\t76
3．3．1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康腬t76
3．3．2 實(shí)驗(yàn)儀器\t76
3．3．3 實(shí)驗(yàn)原理\t76
3．3．4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟\t79
3．3．5 數(shù)據(jù)處理\t79
3．3．6 思考題\t80
3．4 電子束實(shí)驗(yàn)\t80
3．4．1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康腬t80
3．4．2 實(shí)驗(yàn)儀器\t80
3．4．3 實(shí)驗(yàn)原理\t80
3．4．4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟\t85
3．4．5 數(shù)據(jù)處理\t86
3．4．6 思考題\t86
3．5 單臂電橋測(cè)量中值電阻\t87
3．5．1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康腬t87
3．5．2 實(shí)驗(yàn)儀器\t87
3．5．3 實(shí)驗(yàn)原理\t87
3．5．4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟\t89
3．5．5 數(shù)據(jù)處理\t89
3．5．6 思考題\t90
3．6 雙臂電橋測(cè)量低值電阻\t90
3．6．1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康腬t90
3．6．2 實(shí)驗(yàn)儀器\t90
3．6．3 實(shí)驗(yàn)原理\t90
3．6．4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟\t92
3．6．5 數(shù)據(jù)處理\t93
3．6．6 思考題\t94
3．7 靜電場(chǎng)的模擬\t94
3．7．1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康腬t95
3．7．2 實(shí)驗(yàn)儀器\t95
3．7．3 實(shí)驗(yàn)原理\t95
3．7．4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟\t98
3．7．5 數(shù)據(jù)處理\t99
3．7．6 思考題\t99
3．8 用直流電位差計(jì)測(cè)熱電偶溫差
電動(dòng)勢(shì)\t99
3．8．1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康腬t99
3．8．2 實(shí)驗(yàn)儀器\t100
3．8．3 實(shí)驗(yàn)原理\t100
3．8．4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟\t103
3．8．5 數(shù)據(jù)處理\t104
3．8．6 思考題\t104
3．9 示波器的調(diào)節(jié)及應(yīng)用\t104
3．9．1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康腬t105
3．9．2 實(shí)驗(yàn)儀器\t105
3．9．3 實(shí)驗(yàn)原理\t105
3．9．4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟\t112
3．9．5 數(shù)據(jù)處理\t113
3．9．6 思考題\t113
3．10 整流濾波電路的特性\t114
3．10．1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康腬t114
3．10．2 實(shí)驗(yàn)儀器\t115
3．10．3 實(shí)驗(yàn)原理\t115
3．10．4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟\t117
3．10．5 數(shù)據(jù)處理\t117
3．10．6 思考題\t117
3．11 鐵磁材料的磁滯回線\t118
3．11．1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康腬t118
3．11．2 實(shí)驗(yàn)儀器\t118
3．11．3 實(shí)驗(yàn)原理\t118
3．11．4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟\t127
3．11．5 數(shù)據(jù)處理\t127
3．11．6 思考題\t128
3．12 沖擊電流計(jì)測(cè)量磁滯回線\t128
3．12．1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康腬t128
3．12．2 實(shí)驗(yàn)儀器\t128
3．12．3 實(shí)驗(yàn)原理\t128
3．12．4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟\t131
3．12．5 數(shù)據(jù)處理\t132
3．12．6 思考題\t132
3．13 分光計(jì)的調(diào)節(jié)與使用\t133
3．13．1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康腬t133
3．13．2 實(shí)驗(yàn)儀器\t133
3．13．3 實(shí)驗(yàn)原理\t133
3．13．4 實(shí)驗(yàn)步驟\t141
3．13．5 注意事項(xiàng)\t143
3．13．6 思考題\t143
3．14 等厚干涉\t143
3．14．1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康腬t144
3．14．2 實(shí)驗(yàn)儀器\t144
3．14．3 實(shí)驗(yàn)原理\t144
3．14．4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟\t147
3．14．5 數(shù)據(jù)處理\t149
3．14．6 思考題\t149
3．15 用透射光柵測(cè)定光波波長(zhǎng)\t149
3．15．1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康腬t149
3．15．2 實(shí)驗(yàn)儀器\t150
3．15．3 實(shí)驗(yàn)原理\t150
3．15．4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟\t150
3．15．5 數(shù)據(jù)處理\t151
3．15．6 思考題\t152
第4章 綜合性物理實(shí)驗(yàn)\t153
4．1 邁克爾遜干涉儀\t153
4．1．1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康腬t153
4．1．2 實(shí)驗(yàn)儀器\t153
4．1．3 實(shí)驗(yàn)原理\t153
4．1．4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟\t156
4．1．5 數(shù)據(jù)處理\t158
4．1．6 思考題\t158
4．2 光電效應(yīng)――普朗克常數(shù)的
測(cè)定\t158
4．2．1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康腬t159
4．2．2 實(shí)驗(yàn)儀器\t159
4．2．3 實(shí)驗(yàn)原理\t159
4．2．4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟\t161
4．2．5 數(shù)據(jù)處理\t163
4．2．6 思考題\t164
4．3 夫蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)\t164
4．3．1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康腬t164
4．3．2 實(shí)驗(yàn)儀器\t164
4．3．3 實(shí)驗(yàn)原理\t164
4．3．4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟\t167
4．3．5 數(shù)據(jù)處理\t169
4．3．6 思考題\t169
4．4 密立根油滴實(shí)驗(yàn)測(cè)電子電荷\t170
4．4．1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康腬t170
4．4．2 實(shí)驗(yàn)儀器\t170
4．4．3 實(shí)驗(yàn)原理\t170
4．4．4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟\t174
4．4．5 數(shù)據(jù)處理\t176
4．4．6 思考題\t177
4．5 波爾共振實(shí)驗(yàn)\t177
4．5．1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康腬t177
4．5．2 實(shí)驗(yàn)儀器\t177
4．5．3 實(shí)驗(yàn)原理\t177
4．5．4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟\t181
4．5．5 數(shù)據(jù)處理\t184
4．5．6 思考題\t185
4．6 氣體中聲速的測(cè)定\t185
4．6．1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康腬t185
4．6．2 實(shí)驗(yàn)儀器\t185
4．6．3 實(shí)驗(yàn)原理\t186
4．6．4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟\t188
4．6．5 數(shù)據(jù)處理\t190
4．6．6 思考題\t191
4．7 超聲光柵測(cè)量聲速\t191
4．7．1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康腬t191
4．7．2 實(shí)驗(yàn)儀器\t191
4．7．3 實(shí)驗(yàn)原理\t191
4．7．4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟\t193
4．7．5 數(shù)據(jù)處理\t194
4．7．6 思考題\t195
4．8 應(yīng)變式傳感器\t195
4．8．1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康腬t196
4．8．2 實(shí)驗(yàn)儀器\t196
4．8．3 實(shí)驗(yàn)原理\t196
4．8．4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟\t197
4．8．5 數(shù)據(jù)處理\t199
4．8．6 思考題\t200
4．9 電容式傳感器實(shí)驗(yàn)\t200
4．9．1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康腬t200
4．9．2 實(shí)驗(yàn)儀器\t200
4．9．3 實(shí)驗(yàn)原理\t200
4．9．4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟\t202
4．9．5 數(shù)據(jù)處理\t202
4．9．6 思考題\t202
4．10 霍爾傳感器\t202
4．10．1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康腬t203
4．10．2 實(shí)驗(yàn)儀器\t203
4．10．3 實(shí)驗(yàn)原理\t203
4．10．4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟\t206
4．10．5 數(shù)據(jù)處理\t207
4．10．6 思考題\t208
4．11 計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)之一：霍爾效應(yīng)
測(cè)磁場(chǎng)\t208
4．11．1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康腬t208
4．11．2 實(shí)驗(yàn)儀器\t208
4．11．3 實(shí)驗(yàn)原理\t209
4．11．4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟\t210
4．11．5 數(shù)據(jù)處理\t212
4．11．6 思考題\t212
4．12 光敏傳感器光電特性研究\t212
4．12．1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康腬t213
4．12．2 實(shí)驗(yàn)儀器\t213
4．12．3 實(shí)驗(yàn)原理\t213
4．12．4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟\t218
4．12．5 數(shù)據(jù)處理\t222
4．12．6 思考題\t223
4．12．7 附錄1：光學(xué)暗筒桿、
標(biāo)尺示意圖\t223
4．12．8 附錄2：光敏傳感器實(shí)驗(yàn)
裝置暗筒相對(duì)照度參考表\t223
4．13 光纖傳感器\t223
4．13．1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康腬t224
4．13．2 實(shí)驗(yàn)儀器\t224
4．13．3 實(shí)驗(yàn)原理\t224
4．13．4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟\t227
4．13．5 數(shù)據(jù)處理\t229
4．13．6 思考題\t229
4．14 計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)之二：
導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)量\t229
4．14．1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康腬t230
4．14．2 實(shí)驗(yàn)儀器\t230
4．14．3 實(shí)驗(yàn)原理\t230
4．14．4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟\t231
4．14．5 數(shù)據(jù)處理\t232
4．14．6 思考題\t232
4．15 PN結(jié)正向特性的研究和應(yīng)用\t232
4．15．1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康腬t232
4．15．2 實(shí)驗(yàn)儀器\t233
4．15．3 實(shí)驗(yàn)原理\t233
4．15．4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟\t237
4．15．5 數(shù)據(jù)處理\t238
4．15．6 思考題\t239
4．16 太陽(yáng)能電池基本特性的測(cè)量\t239
4．16．1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康腬t240
4．16．2 實(shí)驗(yàn)儀器\t240
4．16．3 實(shí)驗(yàn)原理\t240
4．16．4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟\t241
4．16．5 數(shù)據(jù)處理\t244
4．16．6 思考題\t245
第5章 設(shè)計(jì)研究性實(shí)驗(yàn)\t246
5．1 設(shè)計(jì)研究性實(shí)驗(yàn)概述\t246
5．2 設(shè)計(jì)研究性實(shí)驗(yàn)的任務(wù)和測(cè)量
對(duì)象\t246
5．3 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的方法選擇\t247
5．3．1 實(shí)驗(yàn)方法的選擇\t247
5．3．2 測(cè)量方法的選擇\t248
5．3．3 測(cè)量方法的選擇原則\t249
5．4 選擇測(cè)量?jī)x器及測(cè)量條件\t250
5．4．1 測(cè)量?jī)x器的選擇\t250
5．4．2 測(cè)量條件的選擇\t251
5．5 重力加速度的測(cè)量研究\t252
5．5．1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康腬t252
5．5．2 實(shí)驗(yàn)儀器\t252
5．5．3 實(shí)驗(yàn)要求\t253
5．5．4 實(shí)驗(yàn)提示\t253
5．5．5 數(shù)據(jù)處理\t254
5．5．6 思考題\t254
5．6 溫度傳感器的溫度特性研究\t254
5．6．1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康腬t254
5．6．2 實(shí)驗(yàn)儀器\t254
5．6．3 實(shí)驗(yàn)原理\t254
5．6．4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟\t258
5．6．5 數(shù)據(jù)處理\t262
5．6．6 思考題\t262
5．6．7 附錄1：物理設(shè)計(jì)性（熱學(xué)）
實(shí)驗(yàn)裝置使用說(shuō)明書\t262
5．6．8 附錄2：智能溫度控制器使用
說(shuō)明\t264
5．7 非平衡電橋的原理和設(shè)計(jì)應(yīng)用\t264
5．7．1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康腬t264
5．7．2 實(shí)驗(yàn)儀器\t265
5．7．3 實(shí)驗(yàn)原理\t265
5．7．4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟\t271
5．7．5 數(shù)據(jù)處理\t272
5．7．6 思考題\t273
5．8 電表的改裝\t273
5．8．1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康腬t273
5．8．2 實(shí)驗(yàn)儀器\t273
5．8．3 實(shí)驗(yàn)原理\t273
5．8．4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟\t276
5．8．5 注意事項(xiàng)\t277
5．8．6 思考題\t277
5．9 數(shù)字萬(wàn)用表的設(shè)計(jì)和校準(zhǔn)\t277
5．9．1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康腬t277
5．9．2 實(shí)驗(yàn)儀器\t278
5．9．3 實(shí)驗(yàn)原理\t278
5．9．4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟\t287
5．9．5 注意事項(xiàng)\t296
5．9．6 思考題\t296
5．10 二階電路的響應(yīng)研究\t297
5．10．1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康腬t297
5．10．2 實(shí)驗(yàn)儀器\t297
5．10．3 實(shí)驗(yàn)原理\t297
5．10．4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟\t299
5．10．5 數(shù)據(jù)處理\t299
5．10．6 思考題\t299
5．11 新型能源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與
研究實(shí)驗(yàn)\t300
5．11．1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康腬t301
5．11．2 實(shí)驗(yàn)儀器\t301
5．11．3 實(shí)驗(yàn)原理\t301
5．11．4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟\t308
5．11．5 數(shù)據(jù)處理\t314
5．11．6 思考題\t315
5．12 聲光電路的特性研究與設(shè)計(jì)\t315
5．12．1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康腬t315
5．12．2 實(shí)驗(yàn)儀器\t315
5．12．3 實(shí)驗(yàn)原理\t315
5．12．4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟\t317
5．12．5 數(shù)據(jù)處理\t318
5．12．6 思考題\t318
5．13 直流可調(diào)穩(wěn)壓電源的特性研究
和設(shè)計(jì)\t318
5．13．1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康腬t319
5．13．2 實(shí)驗(yàn)儀器\t319
5．13．3 實(shí)驗(yàn)原理\t319
5．13．4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟\t321
5．13．5 數(shù)據(jù)處理\t322
5．13．6 思考題\t322
附錄A 國(guó)際單位制\t323
附錄B 常用的物理常量\t325
參考文獻(xiàn)\t329