《全國高等醫(yī)藥院校規(guī)劃教材:物理學實驗(第3版)》是理論教材《物理學》第3版的配套教材，是在2010年出版的《物理學實驗》第2版的基礎上，根據醫(yī)藥物理學教學大綱的要求，結合高等醫(yī)藥院校深化教學改革的需要，本著實驗教學與理論教學相輔相成、相對獨立的教學特點，在參考已有的其他同類醫(yī)藥院校物理學實驗教材的基礎上，由北京中醫(yī)藥大學牽頭，全國18所高等醫(yī)藥院校參編的第3版教材。全書共編排22個實驗，其中有6個實驗還涉及2種以上的實驗測量方法。書中還包含了實驗誤差理論及數據處理方法。在最后還附有實驗教學中常用到的物理量數據附表，可隨時查閱。
《全國高等醫(yī)藥院校規(guī)劃教材:物理學實驗(第3版)》適用于全國高等醫(yī)藥院校醫(yī)藥類各個專業(yè)使用，也可作為成人教育、生命科學、衛(wèi)生管理等相關專業(yè)的學生及相關實驗教學和研究人員的參考書。
《中國科學院教材建設專家委員會規(guī)劃教材：物理學實驗（第3版）》是理論教材《物理學》第3版的配套教材，是在科學出版社出版的中國科學院教材建設專家委員會規(guī)劃教材、全國高等醫(yī)藥院校規(guī)劃教材《物理學實驗》第2版的基礎上，吸收現有各種版本中、西醫(yī)實驗教材的合理創(chuàng)新之處，在北京中醫(yī)藥大學的牽頭組織和全國各個中醫(yī)藥院校的支持下聯(lián)合編寫而成的。《中國科學院教材建設專家委員會規(guī)劃教材：物理學實驗（第3版）》保留了第2版的主要實驗，并增加了兩個實驗，即“毛細管法測定液體表面張力系數”和“用光電比色計測定液體的濃度”。全書設計了基礎物理學實驗和綜合設計性實驗共31個，緒論在第2版的基礎上，更加嚴謹地重新歸納和總結了實驗誤差理論與實驗數據處理方法，突出物理實驗方法和思想的教學。
第3版前言
緒論
第一節(jié) 物理學實驗的目的和主要環(huán)節(jié)
第二節(jié) 測量誤差及數據處理
實驗一 基本測量
實驗二 轉動慣量的測量
方法一 剛體轉動慣量實驗儀(1)
方法二 剛體轉動慣量實驗儀(2)
附錄
實驗三 液體黏滯系數的測定
方法一 用烏氏黏度計測定乙醇溶液的黏滯系數
方法二 用奧氏黏度計測定乙醇溶液的黏滯系數
方法三 用斯托克斯公式測定液體的黏滯系數
方法四 用落球法測定液體的黏滯系數
附錄
實驗四 液體表面張力系數的測量
方法一 用焦利秤測量液體表面張力系數
方法二 用力敏傳感器測量液體表面張力系數
方法三 毛細管法測定液體表面張力系數
實驗五 模擬法測靜電場分布
方法一 導電紙法
方法二 導電微晶法
實驗六 電位差計的使用
方法一 測量電動勢和電位差
方法二 測量電動勢和電位差
實驗七 惠斯通電橋的原理和使用
實驗八 電表改裝與萬用電表的使用
實驗九 簡諧振動合成的演示
實驗十 用顯微鏡測量微小物體長度
實驗十一 示波器的原理與使用
實驗十二 旋光儀測量糖溶液的濃度
方法一 用比較法測量糖溶液濃度
方法二 φ-C曲線直接測定法
實驗十三 用分光計測定三棱鏡的折射率
實驗十四 用分光光度計分析醫(yī)藥學中常見溶液的吸收光譜
實驗十五 用光電比色計測定液體的濃度
實驗十六 糖溶液n-C曲線的描記與模擬尿糖的定標
實驗十七 牛頓環(huán)測量透鏡的曲率半徑
實驗十八 衍射光柵測量光波波長
實驗十九 氣體γ值的測定
實驗二十 常用醫(yī)療儀器的使用
實驗二十一 電流型集成溫度傳感器AD590的特性測量和應用
實驗二十二 超聲聲速測定
附表
緒論
物理學是研究物質運動最基本、最普遍的規(guī)律的科學，也是現代醫(yī)學的基礎，它的理論和實驗方法被廣泛地應用于醫(yī)學研究中，并且正在積極地推動著醫(yī)學的發(fā)展。物理學又是一門實驗科學，其規(guī)律的發(fā)現和理論的建立，都必須以嚴格的物理學實驗為基礎。因此，要掌握現代醫(yī)學科學知識和技術，就必須具備一定的物理學理論、物理實驗的方法和技能。在高等醫(yī)學院校中，“物理學實驗”是配合“物理學”而開設的相對獨立的一門課程。本課程除包含了常規(guī)大學物理實驗的一些基本內容外，還安排了一些與醫(yī)學、藥學、生命科學聯(lián)系較為密切的實驗內容。它與理論課相輔相成，開設目的在于培養(yǎng)學生們嚴謹的科學作風，使他們能獲得在今后實際工作和醫(yī)學理論研究中所必需的物理學知識、實驗技能；并為進一步運用這些知識和技能解決醫(yī)學實踐中的相關問題奠定基礎。
第一節(jié) 物理學實驗的目的和主要環(huán)節(jié)
一、物理學實驗的目的和任務
物理實驗課程的教學是以使學生掌握物理實驗的基本功，達到培養(yǎng)高素質創(chuàng)新型人才為目的的，概括起來，應達到以下三個基本要求：
（1）通過實驗使學生直接觀察物理現象，進一步分析和研究物理現象，探討其產生原因及規(guī)律，鞏固和加深對物理現象及規(guī)律的認識。
（2）通過實驗使學生熟悉儀器的結構性能和操作方法，學會正確地使用儀器，學會科學的處理實驗數據，掌握物理實驗的方法，提高實驗技能。本門課程所涉及的儀器大多都與醫(yī)藥學科研和實際工作有關，涉及的一些實驗方法也可以直接應用于醫(yī)藥學研究之中。因此，通過這些實驗，還應該為學生們的后續(xù)課程學習以及日后工作和科研打下良好的基礎。
（3）通過實驗培養(yǎng)學生嚴肅認真、細致謹慎、實事求是的科學態(tài)度。
高等醫(yī)藥院校中，學生們進行物理實驗也是真正理解和掌握物理理論的重要手段。只從書本上得到的知識往往是不完整的、不具體的。只有通過實驗，才能使抽象的概念和深奧的理論變成具體的知識和實際的經驗，變?yōu)榻鉀Q實際問題的有力工具。因此，要真正理解和掌握物理理論，只從課堂上學習是不夠的，還必須到實驗室去進一步學習。親自動手，親自體會，才能真正學到具體的、與醫(yī)藥學相關的，并且可以直接應用于醫(yī)藥學實際中的物理學。
二、物理學實驗的主要環(huán)節(jié)
與其他課程的學習有所不同，為了很好地完成每一次物理實驗，并有所收獲，需要掌握一定的方法。這些方法包括：實驗之前必須認真預習，實驗過程中應該認真操作，實驗之后認真總結，并提供完整準確的實驗報告。對這三個主要環(huán)節(jié)的具體要求如下：
1.課前預習
預習是上好實驗課的基礎和前提。沒有預習，或許可以聽好一堂理論課，但絕不可能完成好一次實驗課。預習的基本要求是：詳細閱讀實驗指導書，明確實驗目的，弄懂實驗原理，了解實驗方法；對實驗儀器的性能和使用方法有初步認識；明確實驗步驟和注意事項，避免盲目操作、損壞儀器。有些實驗還需要翻閱一些參考書。通過預習，應對即將做的實驗有一個初步的了解。然后寫好一份預習報告（包括實驗目的、原理、步驟、電路或光路圖及數據表格等）。預習報告中的數據表格很重要，通常是真正理解了如何做實驗時，才能畫好這個表格。表中要留有余地，以便有估計不到的情況發(fā)生時能夠記錄。直接測量的量和間接測量的量在表中要清楚地分開，不應混淆。
2.實驗室中的實驗操作
通過實驗操作，可以對物理現象進行觀察和研究，增強對理論知識的理解，促進實驗技能的提高。實驗操作過程也正是實驗課的主體環(huán)節(jié)。
進入實驗室必須詳細了解并嚴格遵守實驗室的各項規(guī)章制度。操作前先認識和熟悉實驗所用儀器，并認真檢查，了解儀器的性能和使用方法，按照實驗步驟進行操作。在儀器調節(jié)時，應先粗調后微調；讀數時，應先取大量程后取小量程。在涉及安全用電的實驗中，必須經教師檢查無誤后才可接通電源。將測量數據填寫在預習報告的表格內，再計算出必要的結果，若出現異常數據時，要增加測量次數。數據記錄必須真實，絕不可任意偽造和篡改。這是科學工作者的基本道德素養(yǎng)。在實驗過程中要十分注意各種實驗現象。不僅對主要的現象、預先估計到的現象，做認真觀察、仔細測量、工整記錄；對于一些次要的現象、預先沒有估計到的現象，也要注意觀察和如實記錄，最好還要進行分析和討論。實驗過程中要保持實驗室的清潔。實驗完成后，應整理好儀器設備，關好水、電、燃氣等，方可離開實驗室。
3.填寫實驗報告
填寫實驗報告是培養(yǎng)實驗研究人才的重要手段。實驗報告也是實驗全過程的最終總結。首先要認真細致地對實驗數據作出整理和計算，對結果加以分析，在此基礎上寫出實驗報告。實驗報告應當真實而全面地記錄實驗條件和實驗過程中得到全部信息。實驗報告應包括的內容有：實驗題頭（包括實驗題目、實驗日期、時段、實驗操作者及同組人姓名）；實驗器材（包括儀器設備和實驗材料等，要求寫明儀器設備名稱、型號、主規(guī)格和編號等，實驗材料的樣品名稱、來源及其編號等）；實驗目的（要求簡單明了地寫出幾條）；簡明的實驗原理（包括相應的原理、公式、算法和實驗方法，儀器設備的基本結構和測量原理等）；簡要的實驗步驟；實驗數據及其處理（應包括填寫于表格中的所測量數據，實驗結果的計算，誤差的計算等）；結果分析（必要時繪出圖線）；記錄實驗室的環(huán)境條件，如室溫、氣壓等與實驗有關的外部條件；討論總結；對相關問題的回答。
第二節(jié) 測量誤差及數據處理
一、物理量的測量及測量誤差
1.測量的分類
物理定律和定理反映了物理現象的規(guī)律性。然而，這些規(guī)律通常由各種物理量間的數值關系來表達，驗證和建立物理定律和定理通常要對物理量進行正確測量。所謂測量就是將待測的物理量與選定的同類單位量相比較。廣義上講，測量是人類認識世界和改造世界的基本手段。通過測量，人們對客觀事物可以獲得定量的概念，總結出它們的規(guī)律性，從而建立起相應的理論。
測量分為直接測量與間接測量兩種類型。直接測量是直接用儀器或儀表讀出測量的數值。例如，用米尺測量物體長度，用秒表測量時間，用溫度計測量溫度等。間接測量是由已知的定律、公式間接計算出的待測量。例如，通過直接測量出單擺的擺長l，由公式T＝2πgl 求出單擺的周期T，大多數物理量都是通過間接測量得到的。
2.測量的誤差及分類
理論上講，物理量應該存在著客觀上絕對準確的數值，稱為真值。然而，實際測量時得到的結果值稱為測量值。由于測量儀器、實驗條件以及觀察者的感官和測量環(huán)境的限制等諸多因素的影響，測量不可能無限精確，因此測量值只是近似值，測量值與客觀存在的真值之間總是有一定的差異，我們把這一差異稱為測量的誤差。誤差存在于一切測量之中，存在于測量過程的始終。討論誤差的來源、消除或減少測量的誤差，是提高測量的準確程度，使測量結果更為可信的關鍵。測量誤差按其產生的原因和性質可分為系統(tǒng)誤差和偶然誤差兩類。
（1）系統(tǒng)誤差：這種誤差是由于儀器本身缺陷（如刻度不均勻，零點不準等）、公式和定律本身不夠嚴密、實驗者自身的生理等因素造成的。系統(tǒng)誤差可以通過校正儀器，改進測量方法，修正公式和定律，改善實驗條件和糾正不正確習慣等辦法盡可能加以減少。在通常的實驗室中，實驗條件一旦確定，系統(tǒng)誤差也隨之客觀地確定了，多次重復測量不可能發(fā)現更不可能減少系統(tǒng)誤差。
（2）偶然誤差：這種誤差是由許多不穩(wěn)定的偶然因素引起的。例如，測量環(huán)境的溫度、濕度和氣壓的起伏，電源電壓的波動，電磁場的干擾，不規(guī)律的機械振動，以及測量者感覺器官的隨機錯覺等偶然因素產生的誤差。誤差偶然的存在使得每次測量值具有偶然性，即每一次測量時產生的誤差大小和正負是不確定的，是一種無規(guī)則的漲落，看不出它們的規(guī)律性。對于同一被測物理量，在相同條件下進行多次測量，當測量的次數足夠多時，則正負誤差出現的機會或概率相等。或者說在測量的次數足夠多的情況下，偶然誤差服從一定的統(tǒng)計規(guī)律，測量結果總是在真值附近漲落。由于這種誤差的偶然性，它是不可消除的，但是增加重復測量的次數，可以盡可能減少測量的偶然誤差。
需要指出的是，誤差和錯誤是兩個完全不同的概念。錯誤是由實驗者對儀器使用不正確、實驗方法不合理，或者違犯操作規(guī)程、粗心大意讀錯數據、運算不準等原因導致的。客觀上存在的誤差可以設法減少，但是主觀的錯誤和失誤必須避免，相應的測量數據也應予以剔除。
二、直接測量量誤差的計算
由于測量誤差的存在，所以在直接測量中不可能確切地測出物理量的真值。為了確保測量的準確，要通過理論公式引入修正值、消除系統(tǒng)誤差產生的因素、改進測量方法等手段盡可能對系統(tǒng)誤差加以減少和修正。同時為了盡量減少偶然誤差的影響，還需要進行反復多次的測量。一般情況下，各次測得的結果不同，那么什么量最接近真值，測量的準確程度怎么樣，這些都是我們要討論的問題。下面僅就偶然誤差的情況進行討論。
1.算術平均值
前面說過，偶然誤差雖然具有偶然性，但是在測量的次數足夠多時，其整體服從一定的統(tǒng)計學規(guī)律，具體地說就是：
（1）各次測量之間沒有直接關系，互相獨立；
（2）各次測量的結果都落在真值附近，與真值偏離較大的機會很少；
（3）由于誤差的偶然性，測量結果比真值大的機會與比真值小得機會相等，而當測量的次數足夠多時，所得測量結果比真值大的和比真值小的數目相同。
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