本書是中國農(nóng)業(yè)大學(xué)非物理專業(yè)物理實(shí)驗(yàn)室在長期教學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)上不斷地總結(jié)教學(xué)、教改經(jīng)驗(yàn)編寫而成的。全書共分五章，第壹章測(cè)量的誤差與不確定度；第二章預(yù)備知識(shí)；第三章基本實(shí)驗(yàn)；第四章近代物理測(cè)量分析方法與綜合性實(shí)驗(yàn)；第五章設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)；書末附表介紹了有國際單位制及部分常用導(dǎo)出單位。本書可作為各類高等院校非物理(理、工、生命、農(nóng))專業(yè)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)用書。
近二十年來, 隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展和物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的不斷深入, 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)從教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容到實(shí)驗(yàn)技術(shù)都在不斷更新變化。新的理念、新的方法、新的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和科研領(lǐng)域中的新成果已逐步在物理實(shí)驗(yàn)課中得到反映。本書是我們?cè)诙嗄杲虒W(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)上, 經(jīng)過反復(fù)實(shí)踐、積累經(jīng)驗(yàn)、不斷改進(jìn)、充實(shí)完善編寫而成的。本書可作為各類高等院校非物理學(xué)類(理、工、農(nóng)、生命) 專業(yè)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)用書。
全書共五章, 根據(jù)先易后難和循序漸進(jìn)的原則, 將物理實(shí)驗(yàn)分為基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)、近代物理測(cè)量分析方法與綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)三部分。第一章講述了測(cè)量誤差、不確定度和數(shù)據(jù)處理的基本知識(shí), 這些內(nèi)容是本課程必須掌握的基本內(nèi)容。
第二章為預(yù)備知識(shí), 介紹了電學(xué)實(shí)驗(yàn)和光學(xué)實(shí)驗(yàn)中的一些基礎(chǔ)知識(shí)和注意事項(xiàng)。第三章為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn), 共選入29 個(gè)實(shí)驗(yàn), 其中有些實(shí)驗(yàn)包括多個(gè)使用不同測(cè)量方法和裝置的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容, 以供選擇。第四章為近代物理測(cè)量分析方法與綜合性實(shí)驗(yàn), 共選入15 個(gè)實(shí)驗(yàn)。近代物理測(cè)量分析方法實(shí)驗(yàn)基本都是由計(jì)算機(jī)控制來采集和處理數(shù)據(jù), 其中一部分在當(dāng)前仍屬于“高、精、尖” 技術(shù), 但是, 這就是21 世紀(jì)的基本儀器和基本實(shí)驗(yàn)方法。第五章為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn), 共選入7 個(gè)實(shí)驗(yàn)。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的一部分只給出研究對(duì)象、要求, 并給予適當(dāng)?shù)奶崾? 以培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力、應(yīng)用物理知識(shí)的能力和創(chuàng)新能力; 另一部分僅給出題目, 限定了研究對(duì)象和方法, 給學(xué)生留下充分的空間以發(fā)揮其聰明才智。書末附錄介紹了國際單位制及部分常用導(dǎo)出單位。
本書增加了一部分傳感技術(shù)的內(nèi)容。傳感技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)的主要組成部分�，F(xiàn)代信息技術(shù)系統(tǒng)包括三個(gè)主要部分: 傳感器、通信系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)。自動(dòng)化程度愈高, 系統(tǒng)對(duì)傳感器的依賴性就愈大。因此, 傳感器對(duì)系統(tǒng)的功能起著決定性的作用。國內(nèi)外都把傳感技術(shù)列為尖端技術(shù)和重點(diǎn)發(fā)展技術(shù)。目前, 傳感技術(shù)的95%是基于各種物理原理、物理性質(zhì)和物理效應(yīng)。傳感技術(shù)是物理學(xué)與經(jīng)濟(jì)建設(shè)間的橋梁, 是檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ), 是儀器儀表的核心。作為當(dāng)代大學(xué)生, 學(xué)習(xí)、掌握、應(yīng)用傳感技術(shù)是解決實(shí)際問題的有力工具。
20 世紀(jì)人類最偉大的科技成果———相對(duì)論和量子力學(xué)是近代物理的基礎(chǔ)和重要組成部分。近代物理測(cè)量分析方法是在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生的, 并在近四十年有了驚人的進(jìn)展。正是由于這樣驚人的進(jìn)展, 人們對(duì)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和組成有了較過去深入得多的認(rèn)識(shí)。近代物理測(cè)量分析方法的優(yōu)點(diǎn)是: ①速度快, 適合于復(fù)雜混合物樣品的成批分析; ②信息多, 有利于結(jié)構(gòu)分析; ③靈敏度高, 樣品用量少; ④大部分可以實(shí)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教程 第4 版Ⅳ 現(xiàn)非破壞性分析, 可以用少量樣品進(jìn)行多種分析; ⑤實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化等。由于這些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn), 近代物理測(cè)量分析方法已經(jīng)和正在取代部分傳統(tǒng)經(jīng)典測(cè)量方法和相當(dāng)部分的化學(xué)分析方法。近代物理測(cè)量分析方法主要包括: 激光測(cè)距、激光定位、激光測(cè)平、紅外測(cè)溫、紅外成像、干涉成像、氣相色譜、高效液相色譜、原子發(fā)射光譜、原子吸收光譜、紫外-可見分光吸收光譜、傅里葉紅外吸收光譜、激光拉曼光譜、質(zhì)譜、核磁共振、X 射線熒光譜、電子能譜、掃描隧道顯微鏡、電子顯微鏡,等等。先進(jìn)的工具就是先進(jìn)的生產(chǎn)力。21 世紀(jì)的高級(jí)人才, 無論是什么專業(yè)的,學(xué)習(xí)、了解、掌握這些先進(jìn)的工具都是完全必要的。
物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容必須與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)相結(jié)合, 只有這樣才能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和熱情。物理實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容選擇方面應(yīng)該在兼顧基礎(chǔ)的同時(shí)注意時(shí)代性和先進(jìn)性, 只有這樣才能縮小學(xué)校與企業(yè)、教學(xué)與科研的距離, 使學(xué)生獨(dú)立科研的能力得到鍛煉和提高。
基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)部分要求學(xué)生能夠掌握儀器的基本原理、基本結(jié)構(gòu)、基本使用方法, 能夠理解和運(yùn)用物理學(xué)理論對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行初步分析與判斷, 能正確記錄和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù), 繪制曲線, 說明實(shí)驗(yàn)結(jié)果, 撰寫合格的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。
綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)用以提高學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Σ⒓ぐl(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)近代物理的熱情, 使學(xué)生不僅在根據(jù)測(cè)量條件及精度要求來確定實(shí)驗(yàn)方法、選擇實(shí)驗(yàn)儀器等方面受到初步訓(xùn)練, 而且要訓(xùn)練學(xué)生應(yīng)用已經(jīng)學(xué)習(xí)過的物理知識(shí), 經(jīng)過查閱文獻(xiàn)、比較分析完成有一定難度的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn), 同時(shí)讓學(xué)生學(xué)習(xí)、了解一些近代物理測(cè)量分析儀器的測(cè)量對(duì)象、測(cè)量精度、結(jié)構(gòu)原理, 學(xué)習(xí)基本操作, 并會(huì)用計(jì)算機(jī)采集數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)。
綜合性實(shí)驗(yàn)的近代物理測(cè)量分析方法部分已經(jīng)開有激光測(cè)距儀( +電子經(jīng)緯儀)、掃描隧道顯微鏡、紅外測(cè)溫儀、紫外-可見分光光譜儀、傅里葉變換紅外吸收光譜儀等實(shí)驗(yàn)。通過這些實(shí)驗(yàn), 不僅要讓學(xué)生學(xué)習(xí)和了解這些儀器的基本原理、基本結(jié)構(gòu)、基本使用方法, 還要讓學(xué)生了解近代物理知識(shí)與當(dāng)代檢測(cè)技術(shù)之間的密切關(guān)系, 讓他們從這些儀器的原理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中學(xué)習(xí)、領(lǐng)會(huì)豐富的物理思想和靈活多變的物理方法。
A. 傅里葉變換紅外吸收光譜儀: 過去開的“邁克耳孫干涉儀” 實(shí)驗(yàn), 讓學(xué)生數(shù)幾百條干涉條紋, 學(xué)生覺得枯燥乏味, 并且“邁克耳孫干涉儀” 涉及的物理知識(shí)面也較窄。我們現(xiàn)在選用的是傅里葉變換紅外吸收光譜儀(波長1. 0~25μm, 波數(shù)10000~400cm-1 ), 由計(jì)算機(jī)控制、采集、處理、顯示
前言
緒論 1
第一章 測(cè)量誤差與數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)知識(shí) 5
第一節(jié) 測(cè)量與誤差 5
第二節(jié) 誤差的分類及其特點(diǎn) 6
第三節(jié) 測(cè)量結(jié)果的不確定度評(píng)定 10
第四節(jié) 有效數(shù)字的記錄與運(yùn)算 14
第五節(jié) 用作圖法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 16
第六節(jié) 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的直線擬合 17
第二章 預(yù)備知識(shí) 21
第一節(jié) 電學(xué)實(shí)驗(yàn)預(yù)備知識(shí) 21
第二節(jié) 光學(xué)實(shí)驗(yàn)預(yù)備知識(shí) 24
第三節(jié) 信號(hào)處理 26
第三章 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn) 29
實(shí)驗(yàn)A1 長度與固體密度測(cè)量 29
實(shí)驗(yàn)A2 用拉伸法測(cè)金屬絲的彈性模量 36
實(shí)驗(yàn)A3 碰撞 40
實(shí)驗(yàn)A4 用單擺測(cè)重力加速度 46
實(shí)驗(yàn)A5 駐波 48
實(shí)驗(yàn)A6 測(cè)定空氣的比熱容比 51
實(shí)驗(yàn)A7 液體表面張力系數(shù)的測(cè)定 53
實(shí)驗(yàn)A8 用奧氏黏度計(jì)測(cè)液體的黏度 56
實(shí)驗(yàn)A9 用轉(zhuǎn)筒法和落球法測(cè)液體的黏度 58
實(shí)驗(yàn)A10 剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測(cè)定 63
實(shí)驗(yàn)A11 用惠斯通電橋研究金屬的電阻溫度系數(shù) 68
實(shí)驗(yàn)A12 用補(bǔ)償法測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì) 73
實(shí)驗(yàn)A13 利用霍爾效應(yīng)測(cè)磁場(chǎng) 77
實(shí)驗(yàn)A14 等厚干涉 用牛頓環(huán)測(cè)曲率半徑 82
實(shí)驗(yàn)A15 單縫衍射實(shí)驗(yàn) 86
實(shí)驗(yàn)A16 用旋光儀測(cè)定糖溶液的濃度 89
實(shí)驗(yàn)A17 光的偏振 93
實(shí)驗(yàn)A18 陰極射線示波器 96
實(shí)驗(yàn)A19 分光計(jì)應(yīng)用一———用光柵測(cè)定光波的波長 100
實(shí)驗(yàn)A20 分光計(jì)應(yīng)用二———用棱鏡測(cè)定光波的波長 108
實(shí)驗(yàn)A21 邁克耳孫干涉儀 111
實(shí)驗(yàn)A22 利用光電效應(yīng)測(cè)定普朗克常量 117
實(shí)驗(yàn)A23 全息照相 120
實(shí)驗(yàn)A24 聲速的測(cè)定 123
實(shí)驗(yàn)A25 基本電學(xué)量的測(cè)量 127
實(shí)驗(yàn)A26 用橢偏儀測(cè)量薄膜厚度 131
實(shí)驗(yàn)A27 金屬熱膨脹系數(shù)的測(cè)量 137
實(shí)驗(yàn)A28 夫蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn) 141
實(shí)驗(yàn)A29 微波分光儀實(shí)驗(yàn) 148
第四章 近代物理測(cè)量分析方法與綜合性實(shí)驗(yàn) 152
實(shí)驗(yàn)B1 用單色儀測(cè)定介質(zhì)的吸收曲線 152
實(shí)驗(yàn)B2 測(cè)量光電元件相對(duì)光譜特性 156
實(shí)驗(yàn)B3 紫外-可見吸收光譜 158
實(shí)驗(yàn)B4 溫度測(cè)量的綜合性實(shí)驗(yàn) 165
實(shí)驗(yàn)B5 用電位差計(jì)研究溫差電偶的特性 171
實(shí)驗(yàn)B6 傅里葉變換紅外(FTIR) 吸收光譜儀 176
實(shí)驗(yàn)B7 掃描隧道顯微鏡(STM) 182
實(shí)驗(yàn)B8 激光測(cè)距 188
實(shí)驗(yàn)B9 長度測(cè)量的綜合性實(shí)驗(yàn) 193
實(shí)驗(yàn)B10 用共振法測(cè)量彈性模量 196
實(shí)驗(yàn)B11 脈沖傅里葉變換核磁共振 199
實(shí)驗(yàn)B12 光鑷微操縱實(shí)驗(yàn)———光的力學(xué)效應(yīng)及光阱力的測(cè)量 206
實(shí)驗(yàn)B13 激光喇曼譜 211
實(shí)驗(yàn)B14 超聲波及其應(yīng)用 217
實(shí)驗(yàn)B15 紅外波的物理特性及其應(yīng)用 224
第五章 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn) 232
實(shí)驗(yàn)C1 誤差配套 233
實(shí)驗(yàn)C2 電表的改裝和校正 235
實(shí)驗(yàn)C3 用諧振子測(cè)重力加速度 240
實(shí)驗(yàn)C4 用伏安法測(cè)電阻 242
實(shí)驗(yàn)C5 實(shí)驗(yàn)儀器的選擇和誤差分配 246
實(shí)驗(yàn)C6 望遠(yuǎn)鏡的設(shè)計(jì) 248
實(shí)驗(yàn)C7 顯微鏡的設(shè)計(jì) 249
附錄 251
附錄A 國際單位制(SI) 介紹 251
附錄B 部分實(shí)驗(yàn)的“數(shù)據(jù)記錄與處理” 表 255
參考文獻(xiàn) 289
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