大学物理实验教程

目 录
绪论\t1
第1章 测量误差与数据处理\t3
1．1 测量与有效数字\t3
1．1．1 测量\t3
1．1．2 有效数字\t3
1．1．3 有效数字记录\t3
1．1．4 数值修约\t4
1．1．5 有效数字的运算规则\t4
1．2 测量误差\t6
1．2．1 真值\t6
1．2．2 误差\t6
1．2．3 相对误差\t6
1．2．4 误差的分类\t7
1．3 系统误差及其处理\t8
1．3．1 系统误差的发现\t8
1．3．2 系统误差的修正和消除\t8
1．4 随机误差及其估算\t9
1．4．1 随机误差的统计规律\t9
1．4．2 测量结果的最佳值――算术
平均值\t10
1．4．3 残差\t10
1．4．4 随机误差的表示法\t11
1．4．5 有限次测量列的随机误差估算\t12
1．4．6 算术平均值标准偏差\t13
1．5 仪器误差\t13
1．5．1 仪器的示值误差\t13
1．5．2 仪器的标准误差\t14
1．6 直接测量量及间接测量量的
误差传递\t15
1．6．1 直接测量结果的表示\t15
1．6．2 间接测量结果的误差传递\t17
1．6．3 间接测量的数据处理过程\t20
1．7 不确定度\t21
1．7．1 不确定度的概念\t22
1．7．2 不确定度评定的简化方法\t22
1．7．3 不确定度的计算\t23
1．8 数据处理方法\t25
1．8．1 列表法\t25
1．8．2 图示法和图解法\t26
1．8．3 逐差法\t29
1．8．4 最小二乘法（线性回归）\t30
1．9 习题\t34
第2章 物理实验基础\t36
2．1 基本实验方法和实验技术\t36
2．1．1 比较法\t36
2．1．2 放大法\t37
2．1．3 补偿法\t38
2．1．4 转换法\t39
2．1．5 模拟法\t41
2．1．6 基本光学实验方法\t42
2．2 基本物理实验仪器\t45
2．2．1 力学、热学实验常用仪器\t45
2．2．2 电磁学实验常用仪器\t51
2．2．3 光学实验常用仪器\t60
2．3 基本操作技术\t64
2．3．1 零位调整\t64
2．3．2 水平、铅直调整\t65
2．3．3 共轴调整\t65
2．3．4 消视差\t65
2．3．5 逐次逼近调整\t66
2．4 物理实验操作规范\t66
2．4．1 力学、热学实验操作规范\t66
2．4．2 电学实验操作规范\t67
2．4．3 光学实验操作规范\t67
第3章 基础物理实验\t69
3．1 拉伸法测量杨氏模量\t69
3．1．1 实验目的\t69
3．1．2 实验仪器\t69
3．1．3 实验原理\t71
3．1．4 实验内容与步骤\t72
3．1．5 数据处理\t73
3．1．6 思考题\t73
3．2 冷却法测量金属的比热容\t73
3．2．1 实验目的\t73
3．2．2 实验仪器\t73
3．2．3 实验原理\t74
3．2．4 实验内容与步骤\t75
3．2．5 实验数据及处理\t75
3．2．6 思考题\t76
3．3 扭摆法测量转动惯量\t76
3．3．1 实验目的\t76
3．3．2 实验仪器\t76
3．3．3 实验原理\t76
3．3．4 实验内容与步骤\t79
3．3．5 数据处理\t79
3．3．6 思考题\t80
3．4 电子束实验\t80
3．4．1 实验目的\t80
3．4．2 实验仪器\t80
3．4．3 实验原理\t80
3．4．4 实验内容与步骤\t85
3．4．5 数据处理\t86
3．4．6 思考题\t86
3．5 单臂电桥测量中值电阻\t87
3．5．1 实验目的\t87
3．5．2 实验仪器\t87
3．5．3 实验原理\t87
3．5．4 实验内容与步骤\t89
3．5．5 数据处理\t89
3．5．6 思考题\t90
3．6 双臂电桥测量低值电阻\t90
3．6．1 实验目的\t90
3．6．2 实验仪器\t90
3．6．3 实验原理\t90
3．6．4 实验内容与步骤\t92
3．6．5 数据处理\t93
3．6．6 思考题\t94
3．7 静电场的模拟\t94
3．7．1 实验目的\t95
3．7．2 实验仪器\t95
3．7．3 实验原理\t95
3．7．4 实验内容与步骤\t98
3．7．5 数据处理\t99
3．7．6 思考题\t99
3．8 用直流电位差计测热电偶温差
电动势\t99
3．8．1 实验目的\t99
3．8．2 实验仪器\t100
3．8．3 实验原理\t100
3．8．4 实验内容与步骤\t103
3．8．5 数据处理\t104
3．8．6 思考题\t104
3．9 示波器的调节及应用\t104
3．9．1 实验目的\t105
3．9．2 实验仪器\t105
3．9．3 实验原理\t105
3．9．4 实验内容与步骤\t112
3．9．5 数据处理\t113
3．9．6 思考题\t113
3．10 整流滤波电路的特性\t114
3．10．1 实验目的\t114
3．10．2 实验仪器\t115
3．10．3 实验原理\t115
3．10．4 实验内容与步骤\t117
3．10．5 数据处理\t117
3．10．6 思考题\t117
3．11 铁磁材料的磁滞回线\t118
3．11．1 实验目的\t118
3．11．2 实验仪器\t118
3．11．3 实验原理\t118
3．11．4 实验内容与步骤\t127
3．11．5 数据处理\t127
3．11．6 思考题\t128
3．12 冲击电流计测量磁滞回线\t128
3．12．1 实验目的\t128
3．12．2 实验仪器\t128
3．12．3 实验原理\t128
3．12．4 实验内容与步骤\t131
3．12．5 数据处理\t132
3．12．6 思考题\t132
3．13 分光计的调节与使用\t133
3．13．1 实验目的\t133
3．13．2 实验仪器\t133
3．13．3 实验原理\t133
3．13．4 实验步骤\t141
3．13．5 注意事项\t143
3．13．6 思考题\t143
3．14 等厚干涉\t143
3．14．1 实验目的\t144
3．14．2 实验仪器\t144
3．14．3 实验原理\t144
3．14．4 实验内容与步骤\t147
3．14．5 数据处理\t149
3．14．6 思考题\t149
3．15 用透射光栅测定光波波长\t149
3．15．1 实验目的\t149
3．15．2 实验仪器\t150
3．15．3 实验原理\t150
3．15．4 实验内容与步骤\t150
3．15．5 数据处理\t151
3．15．6 思考题\t152
第4章 综合性物理实验\t153
4．1 迈克尔逊干涉仪\t153
4．1．1 实验目的\t153
4．1．2 实验仪器\t153
4．1．3 实验原理\t153
4．1．4 实验内容与步骤\t156
4．1．5 数据处理\t158
4．1．6 思考题\t158
4．2 光电效应――普朗克常数的
测定\t158
4．2．1 实验目的\t159
4．2．2 实验仪器\t159
4．2．3 实验原理\t159
4．2．4 实验内容与步骤\t161
4．2．5 数据处理\t163
4．2．6 思考题\t164
4．3 夫兰克-赫兹实验\t164
4．3．1 实验目的\t164
4．3．2 实验仪器\t164
4．3．3 实验原理\t164
4．3．4 实验内容与步骤\t167
4．3．5 数据处理\t169
4．3．6 思考题\t169
4．4 密立根油滴实验测电子电荷\t170
4．4．1 实验目的\t170
4．4．2 实验仪器\t170
4．4．3 实验原理\t170
4．4．4 实验内容与步骤\t174
4．4．5 数据处理\t176
4．4．6 思考题\t177
4．5 波尔共振实验\t177
4．5．1 实验目的\t177
4．5．2 实验仪器\t177
4．5．3 实验原理\t177
4．5．4 实验内容与步骤\t181
4．5．5 数据处理\t184
4．5．6 思考题\t185
4．6 气体中声速的测定\t185
4．6．1 实验目的\t185
4．6．2 实验仪器\t185
4．6．3 实验原理\t186
4．6．4 实验内容与步骤\t188
4．6．5 数据处理\t190
4．6．6 思考题\t191
4．7 超声光栅测量声速\t191
4．7．1 实验目的\t191
4．7．2 实验仪器\t191
4．7．3 实验原理\t191
4．7．4 实验内容与步骤\t193
4．7．5 数据处理\t194
4．7．6 思考题\t195
4．8 应变式传感器\t195
4．8．1 实验目的\t196
4．8．2 实验仪器\t196
4．8．3 实验原理\t196
4．8．4 实验内容与步骤\t197
4．8．5 数据处理\t199
4．8．6 思考题\t200
4．9 电容式传感器实验\t200
4．9．1 实验目的\t200
4．9．2 实验仪器\t200
4．9．3 实验原理\t200
4．9．4 实验内容与步骤\t202
4．9．5 数据处理\t202
4．9．6 思考题\t202
4．10 霍尔传感器\t202
4．10．1 实验目的\t203
4．10．2 实验仪器\t203
4．10．3 实验原理\t203
4．10．4 实验内容与步骤\t206
4．10．5 数据处理\t207
4．10．6 思考题\t208
4．11 计算机仿真实验之一：霍尔效应
测磁场\t208
4．11．1 实验目的\t208
4．11．2 实验仪器\t208
4．11．3 实验原理\t209
4．11．4 实验内容与步骤\t210
4．11．5 数据处理\t212
4．11．6 思考题\t212
4．12 光敏传感器光电特性研究\t212
4．12．1 实验目的\t213
4．12．2 实验仪器\t213
4．12．3 实验原理\t213
4．12．4 实验内容与步骤\t218
4．12．5 数据处理\t222
4．12．6 思考题\t223
4．12．7 附录1：光学暗筒杆、
标尺示意图\t223
4．12．8 附录2：光敏传感器实验
装置暗筒相对照度参考表\t223
4．13 光纤传感器\t223
4．13．1 实验目的\t224
4．13．2 实验仪器\t224
4．13．3 实验原理\t224
4．13．4 实验内容与步骤\t227
4．13．5 数据处理\t229
4．13．6 思考题\t229
4．14 计算机仿真实验之二：
导热系数的测量\t229
4．14．1 实验目的\t230
4．14．2 实验仪器\t230
4．14．3 实验原理\t230
4．14．4 实验内容与步骤\t231
4．14．5 数据处理\t232
4．14．6 思考题\t232
4．15 PN结正向特性的研究和应用\t232
4．15．1 实验目的\t232
4．15．2 实验仪器\t233
4．15．3 实验原理\t233
4．15．4 实验内容与步骤\t237
4．15．5 数据处理\t238
4．15．6 思考题\t239
4．16 太阳能电池基本特性的测量\t239
4．16．1 实验目的\t240
4．16．2 实验仪器\t240
4．16．3 实验原理\t240
4．16．4 实验内容与步骤\t241
4．16．5 数据处理\t244
4．16．6 思考题\t245
第5章 设计研究性实验\t246
5．1 设计研究性实验概述\t246
5．2 设计研究性实验的任务和测量
对象\t246
5．3 设计性实验的方法选择\t247
5．3．1 实验方法的选择\t247
5．3．2 测量方法的选择\t248
5．3．3 测量方法的选择原则\t249
5．4 选择测量仪器及测量条件\t250
5．4．1 测量仪器的选择\t250
5．4．2 测量条件的选择\t251
5．5 重力加速度的测量研究\t252
5．5．1 实验目的\t252
5．5．2 实验仪器\t252
5．5．3 实验要求\t253
5．5．4 实验提示\t253
5．5．5 数据处理\t254
5．5．6 思考题\t254
5．6 温度传感器的温度特性研究\t254
5．6．1 实验目的\t254
5．6．2 实验仪器\t254
5．6．3 实验原理\t254
5．6．4 实验内容与步骤\t258
5．6．5 数据处理\t262
5．6．6 思考题\t262
5．6．7 附录1：物理设计性（热学）
实验装置使用说明书\t262
5．6．8 附录2：智能温度控制器使用
说明\t264
5．7 非平衡电桥的原理和设计应用\t264
5．7．1 实验目的\t264
5．7．2 实验仪器\t265
5．7．3 实验原理\t265
5．7．4 实验内容与步骤\t271
5．7．5 数据处理\t272
5．7．6 思考题\t273
5．8 电表的改装\t273
5．8．1 实验目的\t273
5．8．2 实验仪器\t273
5．8．3 实验原理\t273
5．8．4 实验内容与步骤\t276
5．8．5 注意事项\t277
5．8．6 思考题\t277
5．9 数字万用表的设计和校准\t277
5．9．1 实验目的\t277
5．9．2 实验仪器\t278
5．9．3 实验原理\t278
5．9．4 实验内容与步骤\t287
5．9．5 注意事项\t296
5．9．6 思考题\t296
5．10 二阶电路的响应研究\t297
5．10．1 实验目的\t297
5．10．2 实验仪器\t297
5．10．3 实验原理\t297
5．10．4 实验内容与步骤\t299
5．10．5 数据处理\t299
5．10．6 思考题\t299
5．11 新型能源系统的设计与
研究实验\t300
5．11．1 实验目的\t301
5．11．2 实验仪器\t301
5．11．3 实验原理\t301
5．11．4 实验内容与步骤\t308
5．11．5 数据处理\t314
5．11．6 思考题\t315
5．12 声光电路的特性研究与设计\t315
5．12．1 实验目的\t315
5．12．2 实验仪器\t315
5．12．3 实验原理\t315
5．12．4 实验内容与步骤\t317
5．12．5 数据处理\t318
5．12．6 思考题\t318
5．13 直流可调稳压电源的特性研究
和设计\t318
5．13．1 实验目的\t319
5．13．2 实验仪器\t319
5．13．3 实验原理\t319
5．13．4 实验内容与步骤\t321
5．13．5 数据处理\t322
5．13．6 思考题\t322
附录A 国际单位制\t323
附录B 常用的物理常量\t325
参考文献\t329