基本信息
内容简介
目录
前 言.
绪 论
第一章 测量误差与数据处理的基础知识
第一节 测量与误差
第二节 误差的分类及其特点
第三节 测量结果的不确定度评定
第四节 有效数字的记录与运算
第五节 用作图法处理实验数据
第六节 实验数据的直线拟合
第二章 预备知识
第一节 电学实验预备知识
第二节 光学实验预备知识
第三节 信号处理
第三章 基础实验
实验A1 长度与固体密度测量
实验A2 用拉伸法测金属丝的弹性模量
实验A3 碰撞
实验A4 用单摆测重力加速度
实验A5 驻波
实验A6 测定空气的比热容比
绪 论
第一章 测量误差与数据处理的基础知识
第一节 测量与误差
第二节 误差的分类及其特点
第三节 测量结果的不确定度评定
第四节 有效数字的记录与运算
第五节 用作图法处理实验数据
第六节 实验数据的直线拟合
第二章 预备知识
第一节 电学实验预备知识
第二节 光学实验预备知识
第三节 信号处理
第三章 基础实验
实验A1 长度与固体密度测量
实验A2 用拉伸法测金属丝的弹性模量
实验A3 碰撞
实验A4 用单摆测重力加速度
实验A5 驻波
实验A6 测定空气的比热容比
前言
近20年来，随着科学技术的迅猛发展和物理实验教学改革的不断深入，大学物理实验教学从教学理念、教学内容到实验技术都在不断更新变化。新的理念、新的方法、新的实验技术和科研领域中的新成果已逐步在物理实验课中得到反映。本书是我们在多年教学实践的基础上，经过反复实践、积累经验、不断改进、充实完善编写而成的。本书可作为各类高等院校非物理(理、工、农、生命)专业的大学物理实验用书。.
全书共分五章，根据先易后难和循序渐进的原则，将物理实验分为基础物理实验、近代物理测量分析方法及综合性实验和设计性实验三部分。第一章讲述了测量误差、不确定度和数据处理的基本知识，这些内容是本课程必须掌握的基本内容。第二章为预备知识，介绍了电学实验和光学实验中的一些基础知识和注意事项。第三章为基础实验，共选入24个实验，其中，有些实验包括多个使用不同测量方法和装置的实验内容，以供选择。第四章为近代物理测量分析方法与综合性实验，共选入10个实验。近代物理测量分析方法实验基本都是由计算机控制采集、处理数据，其中一部分在当前仍属于“高、精、尖”技术，但是，这就是21世纪的基本仪器和基本实验方法。第五章为设计性实验，共选入16个实验。设计性实验的一部分只给出研究对象、要求，并给予适当的提示，以培养学生的独立思考能力、应用物理知识的能力和创新能力；另一部分仅给出题目，限定了研究对象和方法，给学生留下充分的空间以发挥其聪明才智。书末附表介绍了国际单位制及部分常用导出单位。
本书增加了一部分传感技术的内容。传感技术是现代信息技术的主要组成部分。现代信息技术系统包括三个主要部分：传感器、通信系统和计算机。自动化程度愈高，系统对传感器的依赖性就愈大。因此，传感器对系统的功能起着决定性的作用。国内外都把传感技术列为尖端技术和重点发展技术。目前，传感技术的95％是基于各种物理原理、物理性质和物理效应。传感技术是物理学与经济建设间的桥梁，是检测技术的基础，是仪器仪表的核心。作为当代大学生，学习、掌握、应用传感技术是解决实际问题的有力工具。
20世纪人类最伟大的科技成果——相对论和量子力学是近代物理的基础和重要组成部分。近代物理测量分析方法是在此基础上产生的，并在近四十年有了惊人的进展。正是由于这种惊人的进展，人们对物质的结构和组成有了较过去深入得多的认识。近代物理测量分析方法的优点是：(1)速度快，适合于复杂混合物样品的成批分析；(2)信息多，有利于结构分析；(3)灵敏度高，样品用量少；(4)大部分可以实现非破坏性分析，可以用少量样品进行多种分析；(5)实现了自动化等。由于这些独特的优点，近代物理测量分析方法已经和正在取代部分传统经典测量方法和相当部分的化学分析方法。近代物理测量分析方法主要包括：激光测距、激光定位、激光测平、红外测温、红外成像、干涉成像、气相色谱、高效液相色谱、原子发射光谱、原子吸收光谱、紫外-可见分光吸收光谱、傅里叶红外吸收光谱、激光拉曼光谱、质谱、核磁共振、X射线荧光谱、电子能谱、扫描隧道显微镜、电子显微镜，等等。先进的工具就是先进的生产力。21世纪的高级人才，无论是什么专业的，学习、了解、掌握这些先进的工具都是完全必要的。
物理实验内容必须与现代科学技术相结合，只有这样才能激发学生的学习积极性和热情。物理实验在实验内容选择方面应该在兼顾基础的同时注意时代性和先进性。只有这样才能缩小学校与企业、教学与科研的距离，使学生独立科研的能力得到锻炼和提高。
基础物理实验部分要求学生能够掌握仪器的基本原理、基本结构、基本使用，能够理解和运用物理学理论对实验现象进行初步分析与判断，能正确记录和处理实验数据，绘制曲线，说明实验结果，撰写合格的实验报告。..
综合性实验和设计性实验用以提高学生的综合实验能力并激发学生学习近代物理的热情，使学生不仅在根据测量条件及精度要求来确定实验方法、选择实验仪器等方面受到初步的训练，而且要训练学生应用已经学习过的物理知识，经过查阅文献、比较分析完成有一定难度的设计性实验，还要让学生学习、了解一些近代物理测量分析仪器的测量对象、测量精度、结构原理，学习基本操作，并会用计算机采集数据、处理数据。
综合性实验的近代物理测量分析方法部分已经开出有激光测距仪(+电子经纬仪)、扫描隧道显微镜、红外测温仪、紫外-可见分光光谱仪、傅里叶变换红外吸收光谱仪等实验。通过这些实验不仅要让学生学习了解这些仪器的基本原理、基本结构、基本使用，还要让学生了解近代物理知识与当代检测技术之间的密切关系，同时让大学生们从这些仪器的原理结构设计中学习、领会丰富的物理思想和灵活多变的物理方法。
A．傅里叶变换红外吸收光谱仪：过去我们开“迈克尔逊干涉仪”的实验，让学生数几百条干涉条纹，学生觉得枯燥乏味，而“迈克尔逊干涉仪”涉及的物理知识面又较窄。我们现在选用的是傅里叶变换红外吸收光谱仪(波长1．0～25μm，波数10000～400cm-1)，由计算机控制、采集、处理、显示、打印光谱。傅里叶变换红外吸收光谱仪的核心部分是干涉仪，它涉及到的物理知识有：普朗克黑体辐射、分子振动能量量子化、物质对电磁波的选择吸收、郎伯-比尔定理、振动的分解——傅里叶变换、光谱分析等。该光谱仪中的干涉仪是迈克尔逊干涉仪的变型——折射干涉仪，其中用角反射器代替平面镜，用光楔改变光程差，用He-Ne激光器的干涉图谱作基尺。
B．激光测距仪(+电子经纬仪)：量程3km，误差小于6mm，斜距、水平距、高差同时数字显示。它提供了一种速度快、精度高的大长度测量手段。
C．红外测温仪：量程-32～900℃，分辨率0．1℃，距离系数60，响应时间0．5s，测量结果数字显示。与其他测温方法相比，它具有不接触、不影响被测物的温度场、远距离、响应快、重复性好、分辨率高等特点。
D．紫外—可见分光光谱仪：核心部分是单色仪，波长190～900nm，由计算机控制、采集、处理、显示、打印光谱，并要求厂家按照我们的设计对原紫外-可见分光光谱仪进行改造，使之既可以作物质成分的定量分析，又可以用作各种光源、光电器件和介质的光谱分析。
E．扫描隧道显微镜：工作原理是基于量子力学中的隧道效应，在平行和垂直于样品表面方向的分辨率分别可达0．1nm和0．01nm，是纳米技术中进行表面分析的最佳工具。扫描隧道显微镜使物理实验的长度测量向小量程扩展到了纳米。
通过这些实验，让学生感受到数字时代的测量精度，感受到当代大型仪器的使用方法，感受到近代物理与当代检测技术之间的紧密联系。这些实验所用的观察和测量方法是从宏观进入微观，从直接进入间接，包含着种种推理和计算。实际上这也正是现代科学实验的一般趋势。我们希望学生在经过这样的实验训练后，能够在方法论和认识论上有一个质的演变和升华。
实验教材离不开实验室的建设和发展，经过几十年的教学实践，经过多次调整、更新和扩充，我们才达到目前的规模和水平。这里面凝聚了几代教师和实验技术人员的智慧和劳动。本书多数实验都包含着许多同事的先后的贡献，这里难以逐一记载他们的业绩。近几年来参加原实验教材编写工作的主要人员有沈人德、盛毅、祁铮、左淑华、常清英、刘小云、刘红疆、申兵辉、王卫、张建军等老师。参加本书编著工作的有贾贵儒(绪论、第二章、第四章的部分和第五章)，戴允玢(第一章、第三章的部分、第四章的部分)，张连娣(第三章的部分、第四章的部分)，王家慧、沈人德、韩萍(第三章的部分)，宋敏(第四章的部分)。
本书不仅包含了中国农业大学五十年来物理实验教学实践的积累，还吸收了、兄弟院校的优秀教改成果，展现了近几年来我们对物理实验教学新体系探索的尝试。
本书出版前吴孔宝教授审阅了书稿，作者在此表示感谢。
书中难免会有错漏之处，谨请读者指教，以便改进；作者将不胜感激。...
编著者
2006年6月
全书共分五章，根据先易后难和循序渐进的原则，将物理实验分为基础物理实验、近代物理测量分析方法及综合性实验和设计性实验三部分。第一章讲述了测量误差、不确定度和数据处理的基本知识，这些内容是本课程必须掌握的基本内容。第二章为预备知识，介绍了电学实验和光学实验中的一些基础知识和注意事项。第三章为基础实验，共选入24个实验，其中，有些实验包括多个使用不同测量方法和装置的实验内容，以供选择。第四章为近代物理测量分析方法与综合性实验，共选入10个实验。近代物理测量分析方法实验基本都是由计算机控制采集、处理数据，其中一部分在当前仍属于“高、精、尖”技术，但是，这就是21世纪的基本仪器和基本实验方法。第五章为设计性实验，共选入16个实验。设计性实验的一部分只给出研究对象、要求，并给予适当的提示，以培养学生的独立思考能力、应用物理知识的能力和创新能力；另一部分仅给出题目，限定了研究对象和方法，给学生留下充分的空间以发挥其聪明才智。书末附表介绍了国际单位制及部分常用导出单位。
本书增加了一部分传感技术的内容。传感技术是现代信息技术的主要组成部分。现代信息技术系统包括三个主要部分：传感器、通信系统和计算机。自动化程度愈高，系统对传感器的依赖性就愈大。因此，传感器对系统的功能起着决定性的作用。国内外都把传感技术列为尖端技术和重点发展技术。目前，传感技术的95％是基于各种物理原理、物理性质和物理效应。传感技术是物理学与经济建设间的桥梁，是检测技术的基础，是仪器仪表的核心。作为当代大学生，学习、掌握、应用传感技术是解决实际问题的有力工具。
20世纪人类最伟大的科技成果——相对论和量子力学是近代物理的基础和重要组成部分。近代物理测量分析方法是在此基础上产生的，并在近四十年有了惊人的进展。正是由于这种惊人的进展，人们对物质的结构和组成有了较过去深入得多的认识。近代物理测量分析方法的优点是：(1)速度快，适合于复杂混合物样品的成批分析；(2)信息多，有利于结构分析；(3)灵敏度高，样品用量少；(4)大部分可以实现非破坏性分析，可以用少量样品进行多种分析；(5)实现了自动化等。由于这些独特的优点，近代物理测量分析方法已经和正在取代部分传统经典测量方法和相当部分的化学分析方法。近代物理测量分析方法主要包括：激光测距、激光定位、激光测平、红外测温、红外成像、干涉成像、气相色谱、高效液相色谱、原子发射光谱、原子吸收光谱、紫外-可见分光吸收光谱、傅里叶红外吸收光谱、激光拉曼光谱、质谱、核磁共振、X射线荧光谱、电子能谱、扫描隧道显微镜、电子显微镜，等等。先进的工具就是先进的生产力。21世纪的高级人才，无论是什么专业的，学习、了解、掌握这些先进的工具都是完全必要的。
物理实验内容必须与现代科学技术相结合，只有这样才能激发学生的学习积极性和热情。物理实验在实验内容选择方面应该在兼顾基础的同时注意时代性和先进性。只有这样才能缩小学校与企业、教学与科研的距离，使学生独立科研的能力得到锻炼和提高。
基础物理实验部分要求学生能够掌握仪器的基本原理、基本结构、基本使用，能够理解和运用物理学理论对实验现象进行初步分析与判断，能正确记录和处理实验数据，绘制曲线，说明实验结果，撰写合格的实验报告。..
综合性实验和设计性实验用以提高学生的综合实验能力并激发学生学习近代物理的热情，使学生不仅在根据测量条件及精度要求来确定实验方法、选择实验仪器等方面受到初步的训练，而且要训练学生应用已经学习过的物理知识，经过查阅文献、比较分析完成有一定难度的设计性实验，还要让学生学习、了解一些近代物理测量分析仪器的测量对象、测量精度、结构原理，学习基本操作，并会用计算机采集数据、处理数据。
综合性实验的近代物理测量分析方法部分已经开出有激光测距仪(+电子经纬仪)、扫描隧道显微镜、红外测温仪、紫外-可见分光光谱仪、傅里叶变换红外吸收光谱仪等实验。通过这些实验不仅要让学生学习了解这些仪器的基本原理、基本结构、基本使用，还要让学生了解近代物理知识与当代检测技术之间的密切关系，同时让大学生们从这些仪器的原理结构设计中学习、领会丰富的物理思想和灵活多变的物理方法。
A．傅里叶变换红外吸收光谱仪：过去我们开“迈克尔逊干涉仪”的实验，让学生数几百条干涉条纹，学生觉得枯燥乏味，而“迈克尔逊干涉仪”涉及的物理知识面又较窄。我们现在选用的是傅里叶变换红外吸收光谱仪(波长1．0～25μm，波数10000～400cm-1)，由计算机控制、采集、处理、显示、打印光谱。傅里叶变换红外吸收光谱仪的核心部分是干涉仪，它涉及到的物理知识有：普朗克黑体辐射、分子振动能量量子化、物质对电磁波的选择吸收、郎伯-比尔定理、振动的分解——傅里叶变换、光谱分析等。该光谱仪中的干涉仪是迈克尔逊干涉仪的变型——折射干涉仪，其中用角反射器代替平面镜，用光楔改变光程差，用He-Ne激光器的干涉图谱作基尺。
B．激光测距仪(+电子经纬仪)：量程3km，误差小于6mm，斜距、水平距、高差同时数字显示。它提供了一种速度快、精度高的大长度测量手段。
C．红外测温仪：量程-32～900℃，分辨率0．1℃，距离系数60，响应时间0．5s，测量结果数字显示。与其他测温方法相比，它具有不接触、不影响被测物的温度场、远距离、响应快、重复性好、分辨率高等特点。
D．紫外—可见分光光谱仪：核心部分是单色仪，波长190～900nm，由计算机控制、采集、处理、显示、打印光谱，并要求厂家按照我们的设计对原紫外-可见分光光谱仪进行改造，使之既可以作物质成分的定量分析，又可以用作各种光源、光电器件和介质的光谱分析。
E．扫描隧道显微镜：工作原理是基于量子力学中的隧道效应，在平行和垂直于样品表面方向的分辨率分别可达0．1nm和0．01nm，是纳米技术中进行表面分析的最佳工具。扫描隧道显微镜使物理实验的长度测量向小量程扩展到了纳米。
通过这些实验，让学生感受到数字时代的测量精度，感受到当代大型仪器的使用方法，感受到近代物理与当代检测技术之间的紧密联系。这些实验所用的观察和测量方法是从宏观进入微观，从直接进入间接，包含着种种推理和计算。实际上这也正是现代科学实验的一般趋势。我们希望学生在经过这样的实验训练后，能够在方法论和认识论上有一个质的演变和升华。
实验教材离不开实验室的建设和发展，经过几十年的教学实践，经过多次调整、更新和扩充，我们才达到目前的规模和水平。这里面凝聚了几代教师和实验技术人员的智慧和劳动。本书多数实验都包含着许多同事的先后的贡献，这里难以逐一记载他们的业绩。近几年来参加原实验教材编写工作的主要人员有沈人德、盛毅、祁铮、左淑华、常清英、刘小云、刘红疆、申兵辉、王卫、张建军等老师。参加本书编著工作的有贾贵儒(绪论、第二章、第四章的部分和第五章)，戴允玢(第一章、第三章的部分、第四章的部分)，张连娣(第三章的部分、第四章的部分)，王家慧、沈人德、韩萍(第三章的部分)，宋敏(第四章的部分)。
本书不仅包含了中国农业大学五十年来物理实验教学实践的积累，还吸收了、兄弟院校的优秀教改成果，展现了近几年来我们对物理实验教学新体系探索的尝试。
本书出版前吴孔宝教授审阅了书稿，作者在此表示感谢。
书中难免会有错漏之处，谨请读者指教，以便改进；作者将不胜感激。...
编著者
2006年6月
