本書是在2009年出版的《大學物理實驗》和2011年出版的《大學物理實驗》(第2版)的基礎上,為了更好地適應我校人才培養的目標和定位,適應課程體系的變化,根據教育部高等學校物理學與天文學教學指導委員會物理基礎課程教學指導分委會2010年制定的《理工科類大學物理實驗課程教學基本要求》,整合新編實驗項目,結合編者多年從事大學物理實驗教學的實踐經驗編寫而成。全書共有45個實驗,以光學、熱學、電磁學及應用性項目為主,分成三個教學層次:一層次為基礎性實驗,由12個實驗組成,第二層次為綜合與應用性實驗,由14個實驗項目組成,第三層次為近代物理實驗和設計與創新性物理實驗,由19個實驗項目組成。書中既精選了應用性物理實驗,又適當引入近代物理實驗項目和設計創新性物理實驗項目,部分實驗或采用新的測量方法,或使用更為先進的測量儀器,在一定程度上反映出近幾年來大學物理實驗課程教學改革和發展的趨勢。
本書可作為高等工科院校各相關專業大學物理實驗課程的教材或參考書,也可供相關專業廣大科技工作者和工程技術人員參考。
2010年教育部高等學校物理學與天文學教學指導委員會物理基礎課程教學指導分委會制定了《理工科類大學物理實驗課教學基本要求》。按照這份文件的要求,2011年8月我們編寫并出版了《大學物理實驗》(第2版)。《大學物理實驗》(第2版)至今已經使用了五年多時間,一方面在實驗教學過程中發現其中存在一些問題需要修訂;另一方面,根據物理實驗中心的課程建設所開設的新實驗沒能包含在第2版教材中。因此,為了更好地適應我校人才培養的目標和定位,適應課程體系的變化,我們在第2版的基礎之上,對教材做了修訂。根據教學需要,新版分為兩冊出版:《大學物理實驗Ⅰ》和《大學物理實驗Ⅱ》。
本書為《大學物理實驗Ⅱ》,共編入45個實驗項目:一部分為經典的基礎實驗項目;另外部分則是近年來在我校物理實驗中心重點建設過程中新建的實驗項目,這些實驗項目融合了科研領域中的新成果和現代應用技術,使本書的內容在兼顧基礎的同時又具有時代性和先進性。根據我們的教學改革思路和我校現行的物理實驗課程體系,內容以光學、熱學、電磁學及應用性項目為主。本書在結構上將實驗項目按其性質劃分為三個層次:第一層次為基礎性實驗項目;第二層次為綜合與應用性實驗項目;第三層次為近代物理實驗和設計與創新性物理實驗項目。如此劃分層次,意在通過由淺入深、由易到難、由基礎到綜合和應用的物理實驗教學模式,使學生的科學實驗能力和創新能力能夠循序漸進地得到提高。
本書的編寫與我校物理實驗中心的建設與發展緊密相連,是全體實驗教師和實驗技術人員長期以來辛勤耕耘、努力工作、不斷改革創新的結果,是集體智慧的結晶。本書在編寫和修訂過程中得到了校內外許多同仁的關心和幫助,并借鑒了兄弟院校教學改革的經驗和參閱了有關的優秀教材,在此一并致以衷心感謝。同時也非常感謝機械工業出版社的編輯對本書出版發行給予的大力支持。
物理實驗教學改革是一項長期的任務,隨著教學改革的不斷深入,以及新的實驗內容和新的實驗技術手段的不斷出現,加之編者水平有限,書中難免會有不夠完善和不妥當之處,懇請各位同仁及廣大讀者提出寶貴意見。
編者2016年12月
前言
第一章第一層次實驗1
實驗一邁克爾遜干涉儀(一)1
邁克爾遜干涉儀(二)5
實驗二衍射光柵9
實驗三直流電橋與電阻的測量16
實驗四不良導體導熱系數的測定19
實驗五非線性元件伏安特性的研究24
實驗六太陽電池伏安特性的測量29
實驗七電阻應變傳感器33
實驗八集成電路溫度傳感器的特性測量及應用41
實驗九光電傳感器基本特性的測量44
實驗十磁性材料基本特性的研究49
實驗十一霍爾效應及其應用55
實驗十二霍爾傳感器測量鐵磁材料的磁滯回線和磁化曲線62
第二章第二層次實驗70
實驗十三磁電阻傳感器實驗70
實驗十四巨磁電阻效應及應用78
實驗十五CCD微機密立根油滴實驗91
實驗十六夫蘭克赫茲實驗96
實驗十七利用聲光器件測定光速及透明介質中的聲速100
(一)光速的測定100
(二)透明介質里的聲速測量105
實驗十八液晶電光效應特性研究108
實驗十九壓電陶瓷特性及振動的干涉測量113
實驗二十光纖傳感器設計與應用116
實驗二十一物體色度值的測量123
實驗二十二用光學多通道分析器研究氫原子光譜133
實驗二十三電子束的電偏轉和磁偏轉研究139
實驗二十四磁聚焦法測定電子荷質比148
實驗二十五光纖通信原理158
實驗二十六音頻信息的光纖通信174
第三章第三層次實驗180
(一)近代物理實驗180
實驗二十七微波電子順磁共振實驗180
實驗二十八熱重法分析物質固相反應192
實驗二十九紅外分光光度計的使用194
實驗三十拉曼光譜實驗200
實驗三十一原子力顯微鏡(AFM)觀察光柵表面形貌204
實驗三十二掃描隧道顯微鏡(STM)觀察光柵表面形貌209
實驗三十三低溫巨磁阻效應實驗213
實驗三十四真空鍍膜系列實驗217
(一)真空技術及蒸發鍍膜217
(二)離子濺射鍍膜224
(三)真空的獲得與真空鍍膜227
(二)設計性實驗241
實驗三十五亥姆霍茲線圈磁場分布規律的研究241
實驗三十六利用硅光電池測量高錳酸鉀濃度與透射率關系242
實驗三十七均勻毫特斯拉級弱磁場的建立及其直接測量243
實驗三十八光電二極管伏安特性的計算機數據采集245
實驗三十九磁性材料居里溫度計算機數據采集246
實驗四十RC電路暫穩態的研究248
實驗四十一薄膜制備技術及性能測試249
實驗四十二坡莫合金磁阻傳感器特性研究和應用250
實驗四十三PN結物理特性的測量252
實驗四十四模擬電冰箱制冷系數的測量254
實驗四十五硅光電池特性的研究256
附錄不確定度和數據處理基礎知識257
附錄A測量與誤差257
附錄B測量的不確定度和測量結果的表示259
附錄C有效數字及其運算規則265
附錄D數據處理的基本方法267
參考文獻273