《大學物理實驗教程:公共基礎平臺與模塊化實驗》是為適應普通高等院校非物理專業的大學物理實驗教學的需要而編寫的實驗教材,分為兩篇。第一篇為公共基礎平臺實驗,內容貫穿“基礎性實驗一近代與綜合性實驗一設計性實驗”三大層次,共選取力學、熱學、光學和電學等經典物理實驗23個,其中基礎性實驗9個,近代與綜合性實驗10個,設計性實驗4個。第二篇為模塊化實驗,精選了力學、熱學、電學和光學的15個實驗,將實驗內容分成4個模塊,即力學模塊、熱學模塊、電學模塊和光學模塊,各模塊均采用層層遞進、螺旋式上升的實驗小循環形式。
該書的特點是:①按照“平臺+模塊”的實驗體系編寫實驗內容:②遵循學生的認知規律,注重學生知識學習的先易后難、循序漸進以及實驗知識的連貫性:③注重培養學生的創新能力。此外,該書還編入了適合農林專業的物理實驗,如液體表面張力系數的測定、環境振動與低頻噪聲頻譜分析、傳感器的原理與使用(含生物傳感器實驗)等。
《大學物理實驗教程:公共基礎平臺與模塊化實驗》既可作為農林類院校本科專業和理工類院校非物理本科專業的大學物理實驗教材,還可作為大學物理實驗課的教學參考用書。
浙江農林大學物理實驗教學中心在浙江省物理實驗教學示范中心的支持下,根據浙江農林大學創新創業型人才培養的目標定位,針對學科大類招生和大學物理實驗課程的特點,對大學物理實驗課程體系進行了全面規劃,創建并實施了“平臺+模塊”的實驗課程教學新體系。該實驗課程教學體系中的“平臺”是指“公共基礎平臺實驗”,主要包括力學、熱學、光學和電學等經典物理實驗;“模塊”是指“專業提高實驗教學模塊”,主要包含力學模塊、熱學模塊、電學模塊和光學模塊,適合在學科大類招生下的專業學習需要,不同專業可以根據自己的專業需求選擇相應的模塊學習,各模塊均采用層層遞進、螺旋式上升的實驗小循環形式。
針對“平臺+模塊”的實驗課程教學新體系,本書分為兩篇。第一篇為公共基礎平臺實驗,該篇內容分為七章。第一章緒論,簡要介紹了物理實驗的概況;第二章物理實驗的基本知識,介紹了測量誤差和數據處理的基本知識,并引入不確定度概念,旨在讓學生從進入大學就開始接受規范的實驗訓練,使其能夠嚴格按照實驗數據處理的規范要求完成整個物理實驗教學過程;第三章物理實驗的基本測量方法,簡明扼要地總結了物理實驗的基本測量方法,介紹了誤差等作用原則及測量方法、測量儀器和條件的選擇,為學生進行設計性實驗打下一定的基礎。第四章虛擬仿真實驗平臺的使用介紹。虛擬仿真實驗平臺引導學生進行模擬操作和實驗數據處理,是理論教學與實驗教學相結合的物理實驗教學軟件。第五章至第七章為具體實驗,內容貫穿“基礎性實驗一近代與綜合性實驗一設計性實驗”三大層次,精選了23個經典物理實驗,其中基礎性實驗9個,近代與綜合性實驗10個,設計性實驗4個。第一層次為基礎性實驗。該層次以驗證性實驗為主,突出一些重要的、經典的基礎實驗,可以培養學生的基本實驗體驗。第二層次為近代與綜合性實驗。該層次將處于近代科學前沿的實驗和綜合性實驗引入實驗課程教學,可以培養學生綜合運用所學知識和實驗方法、實驗技能分析和解決問題的能力,拓展了學生的視野。本書在編寫時刪去了原始數據記錄表格,要求學生在通過第一層次基礎性實驗的訓練后自己設計實驗數據記錄表格。第三層次為設計性實驗。該層次要求學生動腦動手完成一個既定實驗課題,由學生自己設計并實施實驗方案,最后獨立完成一篇設計小論文,可以培養學生自主實驗的組織能力和探索精神。此外,本篇還編入了大量適合農林專業的物理實驗,如液體表面張力系數的測定、環境振動與低頻噪聲頻譜分析、傳感器的原理與使用(含生物傳感器實驗)等。
第二篇為模塊化實驗。該篇精選了力學、熱學、電學和光學的15個實驗,將實驗內容分成四個模塊一一力學模塊、熱學模塊、電學模塊和光學模塊,在每一個實驗模塊之前增加了相關的實驗基礎知識,以便于學生更加規范地完成實驗。各實驗模塊的內容按照儀器基本操作一應用儀器進行測量一設計方案進行實驗3個階段進行編排設計。通過做實基礎、活學活用,達到探究式教學的目的,激發學生的創新意識,拓展學生的創新思維,增長學生的創新技能,涵養學生的創新品格。
本書的編寫力求做到以下幾點:①目的明確,使學生明確實驗要求、完成預定任務:②原理敘述準確清晰,力求深入淺出,使學生在實驗預習時就能掌握基本理論依據;③實驗內容由詳到簡,旨在逐步提高學生的實驗技能和動手能力,部分實驗還安排了用不同方法來測量同一物理量,以適應不同專業及學有余力學生的需要;④數據記錄與結果分析,由淺入深,在基礎性實驗中給出基本完整的數據記錄及具體的誤差分析方法,而在綜合性實驗中則要求學生自己設計實驗數據記錄表格,并獨立進行實驗數據的誤差分析。在每一個實驗之前都附有一段提要,概述本實驗的主要內容及擴充與本實驗有關的知識。在每個實驗之后均列有思考題,供學生在實驗之后分析討論和鞏固提高。不另辟專章講述實驗儀器、物理量的單位和物理常數,而是將它們融于相關的實驗教學中,使學生在進入實驗室之后能夠很快地獨立擬定合理的實驗步驟,并能夠正確地使用實驗儀器,在既定的時間內基本可以獨立地完成實驗。通過以上各環節著重培養學生在實驗方法、實驗技能、誤差分析和總結報告等方面的能力,以及嚴謹的科研作風。
大學物理實驗課教學是一項集體工作,因此本書的編寫凝聚了浙江農林大學物理實驗教學中心全體實驗老師和實驗技術人員的智慧和汗水。本書既是對以往物理實驗教學成果的總結,也是未來物理實驗教學的新起點。戴朝卿、王悅悅負責本書的組織編寫與統稿工作,具體編寫分工如下:戴朝卿編寫第一、二章及實驗一、三、十九、三十六、三十七、三十八;王悅悅編寫實驗九、十、十一、十三、十五;汪小剛編寫第三章及實驗十七;陳均朗編寫實驗四、二十七、二十八、二十九;徐一清編寫實驗七、二十、二十一、二十二、二十三;周國泉編寫第四章及實驗八;倪涌舟編寫實驗十二、三十三、三十四、三十五;儲修祥編寫實驗二;陳亮編寫實驗二十四、二十五、二十六;鄭軍編寫實驗三十、三十一、三十二;樊艷編寫實驗五、六;張中衛編寫實驗十八;周益民編寫實驗十四;余定國編寫實驗十六。
在編寫本書過程中得到了浙江農林大學教務處和理學院領導的大力支持,在此表示衷心的感謝!
由于編者水平有限,加之編寫時間倉促,書中難免存在不妥之處,懇請讀者批評指正。
第一篇 公共基礎平臺實驗
第一章 緒論
第二章 物理實驗的基礎知識
第一節 測量和誤差
第二節 不確定度和測量結果的表示
第三節 有效數字及其表示
第四節 物理實驗中常用的數據處理方法
第三章 物理實驗的基本測量方法
第一節 基本實驗方法
第二節 誤差等作用原則,測量方法、測量儀器和條件的選擇
第三節 最有利測量條件的選擇
第四章 虛擬仿真實驗平臺
第一節 仿真實驗平臺的操作方法
第二節 部分虛擬仿真實驗目錄
第五章 基礎性實驗
實驗一 力學基本測量實驗
實驗二 用動態懸掛法測定金屬楊氏彈性模量
實驗三 液體表面張力系數的測定
實驗四 空氣比熱容比測定
實驗五 電學基本測量實驗
實驗六 電表的改裝及校準
實驗七 示波器的原理和使用
實驗八 光的等厚干涉現象及應用
實驗九 分光計的調整和使用
第六章 近代與綜合性實驗
實驗十 邁克耳孫干涉儀的調節和使用
實驗十一 傳感器的原理與使用
實驗十二 環境振動與噪聲頻譜分析
實驗十三 全息照相
實驗十四 利用眼鏡蛇實驗儀研究電容特性
實驗十五 密立根油滴實驗
實驗十六 電子荷質比的測定
實驗十七 利用光電效應測定普朗克常數
實驗十八 夫蘭克一赫茲實驗
實驗十九 微波基本系統的了解和使用
第七章 設計性實驗
實驗二十 組裝整流器
實驗二十一 二極管特性曲線的測量
實驗二十二 分壓電路與制流電路
實驗二十三 黑盒子實驗
第二篇 模塊化實驗
第八章 力學模塊物理實驗——物體運動的研究
實驗二十四 用氣墊導軌研究物體的運動
實驗二十五 多普勒效應綜合實驗
實驗二十六 用多普勒效應研究物體運動的設計與實現
第九章 熱學模塊物理實驗——溫度的測定
實驗二十七 電橋法測電阻
實驗二十八 用非平衡電橋測鉑電阻的溫度系數
實驗二十九 電子溫度計的設計與實現
第十章 電學模塊物理實驗——示波器的應用
實驗三十 RC電路相頻特性的研究
實驗三十一 RLC串聯諧振電路的研究
實驗三十二 用示波器測電容
第十一章 光學模塊物理實驗一——分光計的應用
實驗三十三 用最小偏向角法測三棱鏡的折射率
實驗三十四 用掠入射法測三棱鏡折射率
實驗三十五 液體折射率測定的設計與實現
第十二章 光學模塊物理實驗二——光學平臺實驗
實驗三十六 薄凸透鏡焦距的測定
實驗三十七 用菲涅耳雙棱鏡測鈉光波長
實驗三十八 簡易望遠鏡的設計與組裝
附錄 物理量的單位
參考文獻