目錄
第一篇緒論
第1章大學(xué)物理實驗課程的教學(xué)目的和要求 3
1.1大學(xué)物理實驗課程的定位 3
1.1.1大學(xué)物理實驗課程的定位和教學(xué)內(nèi)容 3
1.1.2大學(xué)物理實驗課程的教學(xué)要求 3
1.2大學(xué)物理實驗課程的教學(xué)環(huán)節(jié)和要求 4
1.2.1一個完整科學(xué)實驗需經(jīng)歷的基本環(huán)節(jié) 4
1.2.2物理教學(xué)實驗的分類 4
1.2.3大學(xué)物理實驗的分類 6
1.2.4大學(xué)物理實驗課程教學(xué)安排 6
第2章實驗測量、誤差和不確定度 9
2.1物理量的測量 9
2.1.1何為測量 9
2.1.2國際單位制和基本物理量 9
2.1.3測量模型和測量函數(shù) 9
2.1.4測量儀器的檢定和校準(zhǔn) 10
2.1.5測量的分類 10
2.2測量誤差 11
2.2.1測量誤差和不確定度的定義 11
2.2.2誤差的分類 12
2.2.3準(zhǔn)確度和精密度 13
2.3隨機誤差 13
2.3.1隨機誤差分布規(guī)律 13
2.3.2隨機誤差的計算方法及實例 16
2.3.3誤差均分原理和應(yīng)用 19
2.3.4有效數(shù)字 20
2.3.5測量儀器的準(zhǔn)確度等級和誤差 23
2.4系統(tǒng)誤差 23
2.4.1系統(tǒng)誤差的來源及確定方法 23
2.4.2消除或減小系統(tǒng)誤差的方法 24
2.5測量結(jié)果的不確定度 25
2.5.1不確定度概念的由來 25
2.5.2不確定度的概念和分類 26
2.5.3不考慮自由度時不確定度的評定 27
2.5.4考慮自由度時不確定度的評定 29
第3章實驗數(shù)據(jù)的處理與表達 35
3.1列表法和作圖法 35
3.1.1列表法 35
3.1.2作圖法 36
3.2線性化數(shù)據(jù)處理方法 40
3.2.1最小二乘法 41
3.2.2零偏差法 43
3.2.3回歸測量的平差修正法 44
3.2.4小范圍的線性化 44
3.2.5大范圍的線性化 45
3.3經(jīng)驗方程 45
3.3.1線型選擇 46
3.3.2單調(diào)型 46
3.3.3起伏型 47
3.3.4扭結(jié)型和波包型 47
3.3.5組合型 48
3.3.6數(shù)學(xué)在物理實驗中的重要性 48
3.4用計算機處理實驗數(shù)據(jù) 49
3.4.1通用數(shù)據(jù)處理軟件 50
3.4.2數(shù)學(xué)軟件 50
3.4.3編程語言 52
3.4.4專用仿真計算軟件 52
第二篇常用儀器與基本物理量測控
第4章電磁學(xué)實驗基礎(chǔ)知識 55
4.1電源 55
4.1.1電池 56
4.1.2直流電源 58
4.1.3直流高壓源 60
4.1.4大容量電容 60
4.1.5調(diào)壓器 61
4.2信號發(fā)生器 61
4.2.1交流信號相關(guān)參數(shù) 61
4.2.2函數(shù)信號發(fā)生器 63
4.3常用電學(xué)測量儀器 64
4.3.1數(shù)字萬用表 64
4.3.2交流毫伏表 65
4.3.3高壓表 66
4.3.4微電流表 66
4.3.5電荷計 67
4.3.6高阻表 68
4.3.7低阻表 69
4.3.8電橋 69
4.3.9示波器 72
4.4其他常用電學(xué)實驗裝置 77
4.4.1電路實驗板 77
4.4.2滑線變阻器 78
4.4.3電阻箱和標(biāo)準(zhǔn)電阻 79
4.4.4電容箱和標(biāo)準(zhǔn)電容 80
4.4.5電感箱和標(biāo)準(zhǔn)電感 80
4.5電學(xué)實驗常用符號 81
4.6常用磁學(xué)實驗裝置 81
4.6.1磁場的表征參數(shù) 82
4.6.2磁場的獲得 82
4.6.3磁場的測量 84
4.7電磁學(xué)實驗安全注意事項 85
第5章力學(xué)實驗基礎(chǔ)知識 87
5.1長度測量儀器 87
5.1.1望遠鏡 87
5.1.2激光測距儀 87
5.1.3線紋尺 88
5.1.4游標(biāo)卡尺 88
5.1.5螺旋測微器 90
5.1.6千分表 91
5.1.7光學(xué)顯微測量 91
5.1.8光杠桿 94
5.1.9測厚儀 95
5.1.10其他長度測量設(shè)備 95
5.2重量和質(zhì)量測量儀器 96
5.2.1彈簧秤 96
5.2.2機械天平 96
5.2.3電子天平 97
5.3時間測量儀器 98
5.3.1秒表 98
5.3.2光電門 98
5.3.3高速攝像機 99
5.4角度測量儀器 99
5.4.1轉(zhuǎn)動傳感器 99
5.4.2轉(zhuǎn)速計 100
5.4.3分光計 100
第6章熱學(xué)實驗基礎(chǔ)知識 105
6.1溫標(biāo) 105
6.2溫度計 107
6.2.1玻璃棒式液體溫度計 107
6.2.2貝克曼溫度計 108
6.2.3熱電偶溫度計 109
6.2.4PN結(jié)溫度計 111
6.2.5固體電阻溫度計 111
6.2.6石英晶體溫度計 112
6.2.7集成電路溫度計 113
6.2.8非接觸式溫度計 113
6.3溫度控制 115
6.3.1杜瓦瓶 116
6.3.2恒溫液體浴 116
6.3.3恒溫金屬浴 117
6.3.4磁力攪拌器 117
6.3.5電熱套 118
6.3.6半導(dǎo)體制冷 118
第7章光學(xué)實驗基礎(chǔ)知識 119
7.1光學(xué)基本物理量和單位 120
7.1.1輻射度學(xué)參數(shù) 120
7.1.2光度學(xué)參數(shù) 121
7.1.3光譜學(xué)參數(shù) 122
7.1.4其他光學(xué)常用參數(shù) 123
7.2光源 125
7.2.1光源的分類 125
7.2.2連續(xù)譜光源 125
7.2.3線狀譜光源 128
7.2.4單色光源 129
7.2.5光纖耦合光源 130
7.3光學(xué)元件 130
7.3.1光闌 131
7.3.2濾光片 132
7.3.3反射鏡 134
7.3.4透鏡 135
7.3.5棱鏡 136
7.3.6偏振元件 137
7.3.7常見光學(xué)系統(tǒng) 139
7.4光檢測設(shè)備 140
7.4.1光傳感器 140
7.4.2光檢測儀器和設(shè)備 144
7.5光學(xué)平臺及調(diào)節(jié)附件 145
7.5.1底座 145
7.5.2套筒和支桿 149
7.5.3調(diào)節(jié)架 149
7.6光學(xué)實驗安全注意事項 154
7.6.1光學(xué)元件的正確使用與維護 154
7.6.2光學(xué)實驗的操作規(guī)則 155
第8章傳感器及通用物理實驗平臺 156
8.1傳感器及數(shù)據(jù)采集器 156
8.1.1傳感器的基本結(jié)構(gòu) 156
8.1.2傳感器的種類 157
8.1.3傳感器的基本特性 158
8.1.4傳感器實驗系統(tǒng) 158
8.2通用物理實驗平臺 159
8.2.1通用物理實驗系統(tǒng)構(gòu)成 159
8.2.2通用物理實驗系統(tǒng)使用方法 160
8.2.3視頻分析功能 163
8.3基于虛擬儀器的物理實驗平臺 164
8.3.1虛擬儀器 164
8.3.2虛擬儀器技術(shù) 165
8.3.3LabVIEW開發(fā)環(huán)境 166
8.3.4虛擬儀器實驗平臺 168
8.4智能手機實驗平臺 171
8.4.1智能手機中的傳感器 171
8.4.2智能手機物理實驗軟件 172
第三篇學(xué)科共性實驗
第9章力學(xué)實驗 175
實驗A1長度、重量、密度的測量及不確定度分析 175
實驗A2用力敏傳感器測量液體表面張力系數(shù) 176
實驗A3用光杠桿測量金屬絲的靜態(tài)楊氏模量 180
實驗A4基于轉(zhuǎn)動傳感器的玻爾振動綜合實驗 182
實驗A5基于智能手機的振動實驗 188
實驗A6基于視頻分析的運動學(xué)實驗 191
第10章熱學(xué)實驗 195
實驗B1溫度傳感器溫度特性的測量 195
實驗B2不良熱導(dǎo)體熱導(dǎo)率的測量 198
實驗B3基于溫度傳感器的熱電
當(dāng)量實驗 203
實驗B4基于氣壓傳感器測量空氣的比熱容比 206
第11章電磁學(xué)實驗 209
實驗C1用示波器測量交流信號的基本參數(shù) 209
實驗C2交流信號的頻譜及常用電子元器件的I-V特性 212
實驗C3RLC串聯(lián)電路交流穩(wěn)態(tài)和諧振特性 215
實驗C4用交流電橋測電感和電容 221
實驗C5巨磁電阻效應(yīng)實驗 225
實驗C6利用霍爾效應(yīng)測量磁場 232
第12章光學(xué)實驗 236
實驗D1透鏡和透鏡組基本參數(shù)的測量 236
實驗D2自組雙透鏡光學(xué)系統(tǒng) 243
實驗D3用分光計測量液體的折射率 249
實驗D4光柵常量及光波波長的測量 253
實驗D5邁克耳孫干涉實驗及應(yīng)用 256
實驗D6單縫衍射相對光強分布 262
實驗D7圓孔衍射實驗 266
第13章原子物理學(xué)實驗 271
實驗E1光電效應(yīng)實驗測普朗克常量 271
實驗E2密立根油滴實驗測電子電荷 276
實驗E3弗蘭克-赫茲實驗測原子的激發(fā)能量 284
實驗E4基于光柵光譜儀的原子發(fā)射光譜實驗 289
實驗E5基于光纖光譜儀的原子吸收光譜實驗 294
第四篇學(xué)科特色實驗
第14章醫(yī)科物理實驗 301
實驗F1生物醫(yī)學(xué)圖像的顯微采集
與測量 301
實驗F2生物傳感器實驗 306
實驗F3心電圖機的使用及人體心電圖的測量 312
實驗F4眼睛成像模型實驗 319
第15章工科物理實驗 325
實驗G1溫度測控儀的設(shè)計和組裝 325
實驗G2基于LabVIEW的虛擬儀器實驗 329
實驗G3基于CompactDAQ的多通道溫度采集實驗 333
實驗G4基于Multisim的RLC電路和電橋仿真實驗 335
實驗G5基于空間光調(diào)制器的光學(xué)成像畸變實驗 340
實驗G6光纖耦合及光纖傳感器實驗 346
第16章理科物理實驗 356
實驗H1超聲光柵測聲速 356
實驗H2橢圓偏振光測薄膜厚度 359
實驗H3基于COMSOL的電阻加熱仿真實驗 365
實驗H4基于Multisim的混沌電路實驗 369
實驗H5基于Seelight的光學(xué)衍射仿真實驗 373
實驗H6空間頻譜和傅里葉光學(xué)基礎(chǔ)實驗 376
參考資料 383
附錄 386
附錄At分布在不同概率p與自由度v下的tp(v)值 386
附錄B實驗室常用參數(shù)表 387