大学物理实验教程(第2版普通高等教育十一五国家级规划教材)

本书是参照教育部大学物理课程教学指导委员会制定的“大学物理实验课程教学基本要求”(2010年版)，借鉴国内外近年来物理实验教学内容与课程体系的研究改革成果，结合北京科技大学物理系教师在建设教育部工科物理基础课程教学基地的八年时间当中取得的物理实验教学研究成果和科学研究成果编写而成的。全书共分为7章，包括物理实验基础知识和以层次划分的基础实验、综合性实验、设计性实验和应用物理实验。教材的编写注重了自主实验和研究性思想，提供了较为详尽的背景介绍、基本原理、实验装置、实验过程与操作步骤、实验过程中可能遇到的问题等方面的信息以及扩充课堂实验内容的研究性题目。本书可作为高等院校工科类各专业的基础物理实验教学用书或参考书，也可供其他专业参考使用。

序 前言 第1章绪论1 11物理实验课程的地位、作用和 教学任务1 12物理实验课程的三个基本环节2 13物理实验规则3 第2章测量误差与实验数据处理 基础知识5 21测量与测量误差5 22误差分类及其简要处理方法6 23直接测量结果的表示11 24间接测量结果的表示和 不确定度的合成12 25实验数据的有效位数13 26常用实验数据处理方法16 27实验数据的直线拟合18 第3章物理实验的基本测量方法与 基本调整、操作技术27 31物理实验的基本测量方法27 32物理实验中的基本调整与 操作技术31 第4章基础实验35 实验41用静态拉伸法测材料的 弹性模量35 实验42弹簧振子运动规律的 实验研究47 实验43用扭摆法测量物体的 转动惯量55 实验44空气比热容比的测定63 实验45液体表面张力系数的 测量71 实验46基本电表的使用以及 伏安特性的研究77 实验47用电桥测电阻91 实验48数字电表的组装及应用101 实验49用四端法测量Fe－Cr－Al丝的 电阻率117 实验410示波器的使用123 实验411声速的测量157 实验412多普勒效应165 实验413几何光学综合实验175 实验414分光仪的调节及三棱镜 折射率的测量193 实验415光的等厚干涉205 第5章综合性实验213 实验51受迫振动的研究213 实验52霍尔效应223 实验53PN结的特性233 实验54用落球法测定液体不同温度下的 黏度及温度的PID调节241 实验55用热波法测量良导体的 热导率251 实验56迈克耳孙干涉仪261 实验57全息照相271 实验58用光栅测量光波波长279 实验59光栅光谱仪的使用285 实验510光电效应295 实验511电子电荷e值的测定305 实验512弗兰克-赫兹实验317 实验513氢与氘原子光谱325 实验514微波光学实验334 实验515核磁共振344 实验516核蜕变的统计规律和物质 对β射线的吸收356 第6章设计性（研究性）实验367 实验61利用单摆测量重力加速度369 实验62弹簧质量对弹簧振子振动 周期的影响372 实验63橡皮筋测力计的研究374 实验64用混合法测量固体的 比热容375 实验65电阻温度计的设计与标定377 实验66磁场测量与磁阻特性的 研究379 实验67铁磁物质基本磁特性的 研究382 实验68测量薄钢片的体积384 实验69 测量固体的密度384 实验610测量音叉的固有频率384 实验611测量电风扇的转速384 实验612用CCD测量导线的 直径385 第7章应用物理实验386 实验71传感器信号的数据采集386 实验72用横振动法测量固体材料在 高温下的弹性模量409 实验73高温超导电性测量416 实验74超声波在物质中的传播与 超声成像425 实验75LiNbO3晶体音频信号横向 电光调制435 实验76低真空的获得、测量与用直流溅 射法制备金属薄膜445 实验77用多光束干涉方法测量 薄膜厚度457 实验78金属薄膜电阻率的测量465 实验79金属薄膜生长过程中电阻的 动态监测473 实验710用干涉方法测量薄膜应力481 实验711透明电极材料的研究486 实验712磁性薄膜的磁电阻测量493 实验713用高阻测量仪测量陶瓷薄膜 材料的电阻500 附录513 附录A常用物理学常数表513 附录B物理量的单位513

前言本书是在北京科技大学物理系多年物理实验教学实践和历届物理实验教材与讲义的基础上编写的，融入了大量近年来物理系实验教师的物理实验教学研究成果和科学研究成果，集中了历年物理系物理实验教师和实验技术人员的集体智慧。 诺贝尔物理学奖获得者、物理学家丁肇中在一次演讲中谈到实验精神在科学上的重要性时说：“科学发展的历史告诉我们，新的知识只能通过实地实验而得到，不是由自我检讨或哲理的清谈就可求到的……我觉得真正的格物致知精神，不但是在研究学术中不可缺少，而且在应付今天的世界环境中也是不可少的。在今天一般的教育里，我们需要培养实验的精神。就是说，不管研究科学，研究人文学，或者在个人行动上，我们都要保留一个怀疑求真的态度，要靠实践来发现事物的真相。”     物理学本质上是一门实验科学。但是学生在学习物理的过程中，常常较多重视理论课，而忽视实验课。但从实际从事相关工作的人数分布来看，从事与实验有关工作的人数要大大多于从事理论工作的人数，许多学生在后来从事实际工作时又不得不回头补相关的实验知识、方法和技能。因此，我们希望本书的编写能够体现一些实验精神，注重对学生运用实验的方法和手段进行研究的基本素养与能力的培养和训练，多多少少担起一些采用实验研究的手段教授物理（即实验物理教学）的重任。 本书在实验项目、实验内容的选择上，不仅注意了重要物理现象与规律的研究，也注意了学生未来发展的需要。在编写上注重了采用实验的手段来教授物理（即实验物理教学）的理念，强化了学生的自主实验和探索研究。每一个实验都提供了较为详尽的相关物理现象介绍、基本研究思路和方法、实验装置、实验过程与操作步骤以及实验过程中可能遇到的问题等方面的信息，以使学生在课前能够通过仔细的阅读和认真的思考，对要研究的问题、解决问题的思路、实验方案的设计、实验的具体展开等做好充分的准备，这样学生才有可能在课堂上尽可能地自主实验，并充分发挥他们的创造性。为了帮助学生在预习时抓住主要问题，书中设立了“预习提示”栏目，提出了学生预习时要思考和搞清楚的基本问题或关键问题，引导学生带着问题预习，提高预习质量。每个实验的最后都设有“研究性题目”栏目，这些研究性题目是教师根据多年的教学实践，在考虑了大学一、二年级学生的知识水平、实验技能和实验室的实验条件的基础上提出的，希望能够逐步地培养学生的研究意识，让学生有更大的自主探索的空间。 本书在编写形式上采用了科学论文通常所用的形式，即主要标题包括“引言”、“实验目的”、“实验仪器”、“实验原理”、“测量及数据处理”、“讨论”、“结论”、“参考文献”等，以使学生在阅读实验教材和撰写实验报告时熟悉科学论文的写作方式。“引言”部分简略介绍了与相关实验有关的应用背景、在物理学发展史中的作用等知识，以提高学生的学习兴趣和探索自然奥秘的积极性，开阔学生的眼界。我们特别设置了“讨论”栏目，提示学生从自己感兴趣的角度，查阅相关文献，对实验现象和实验数据加以分析和讨论。设置这个栏目的目的是希望促进学生自主思考，激励学生展示他们的独特视点，个性化思考和创造性思维，逐步提高他们提出问题、分析问题、解决问题的能力，进而培养他们的创新意识和创新能力。“结论”部分则提示学生对实验现象和数据的分析、讨论进行概括总结，提炼结论。 本书配套设计与制定了与主、客观评价相结合的网络化实验报告智能评判系统，有力地控制了实验报告的评判质量，促进了教学目标的落实。 本书的编写参考了大量我国物理实验教学工作者编著的教材、著作和最新研究成果，有些已在参考文献中列出，有些未能一一列出，在此向他们一并表示衷心的感谢。 参加本书编写的有：吴平（第1章、第2章、实验41~45、实验414、实验415、实验54、实验55、实验57~516、实验72、实验75~78、实验710）、张师平(实验46~49、实验411、实验412、实验52、实验56、实验74、实验711、实验713)、赵雪丹（第3章、实验51、实验53、实验78、实验712）、陈森（实验410、实验413、实验79），孙明明（实验71），第6章为丁红胜和赵雪丹共同编写，常用物理学常数表和物理量单位由赵雪丹整理。教材框架、实验项目及内容方案确定、统稿和定稿由吴平完成。实验报告智能评判方案的设计与制定由吴平、张师平完成。实验报告智能评判方案和系统的实施由吴平、陈森、张师平完成。李莉、任菡、刘尚、李亚男、李向龙、李梦茁、高丽娜、李岩、冀冰、杨金光等在网络智能报告系统的测试与试用方面做了大量工作。2012级和2013级材料实验班、理科实验班、黄昆英才班、部分工科专业和2014级应用物理专业的学生参加了新版教材内容的试用。 由于我们的水平有限，教材中难免存在错误和不妥之处，恳请读者批评指正。 编者