第1章物理實驗與計算機應用

1.1 計算機在物理實驗數據處理中的應用

1.2 虛擬實驗技術在物理實驗中的應用

實驗1.1 虛擬仿真繫統實驗

實驗1.2 虛擬仿真示波器的調節與使用

實驗1.3 虛實結合綜合光學實驗

拓展閱讀1 虛擬技術簡介

實驗1.4 虛實結合紅外掃描成像實驗

實驗1.5 非線性混沌實驗

實驗1.6 高溫超導轉變溫度的測定

拓展閱讀2 低溫技術簡介

第2章定性與半定量實驗

2.1 在物理實驗課程中引入定性與半定量實驗教學的必要性與可行性

2.2 定性與半定量物理實驗項目

實驗2.1 受迫振動與共振實驗研究

實驗2.2 轉動液體內部壓強分布實驗研究

實驗2.3 光通信及互感現像

實驗2.4 尖端放電與靜電電動機、靜電除塵

實驗2.5 感應電流的熱效應

實驗2.6 通電、斷電自感實驗

拓展閱讀3 真空與真空鍍膜技術簡介

實驗2.7 頻閃法測轉速的實驗探索

實驗2.8 磁懸浮實驗

實驗2.9 聲聚焦實驗

實驗2.10 神奇的輝光球

實驗2.11 激光監聽

實驗2.12 霍爾傳感器測磁場分布的應用探索

拓展閱讀4 顯微技術簡介

第3章綜合性實驗

實驗3.1 液晶電光效應

實驗3.2 多種衍射綜合實驗

實驗3.3 光纖通信綜合實驗

實驗3.4 聲速測量實驗

實驗3.5 電容傳感器實驗

拓展閱讀5 傳感器技術簡介

實驗3.6 電渦流傳感器實驗

實驗3.7 邁克爾遜干涉儀綜合實驗

實驗3.8 全息照相實驗

實驗3.9 雙稜鏡干涉實驗

實驗3.10 聲波測距實驗

實驗3.11 核磁共振實驗

拓展閱讀6磁共振簡介

第4章設計性實驗

4.1 設計性實驗的教學要求

4.2 設計性實驗的舉例

4.3 設計性實驗項目

實驗4.1 孔明燈的研究與設計

實驗4.2 電阻測量設計

實驗4.3 駐波實驗研究與簡單樂器的設計

實驗4.4 平行軸定理驗證設計

實驗4.5 酒精濃度儀的研究與設計

實驗4.6 光照強度計的研究與設計

實驗4.7 波長的相對測量實驗設計

拓展閱讀7微波技術簡介

實驗4.8 根據“不確定度均分”原則進行的實驗設計

實驗4.9 薄片厚度測量專題設計

實驗4.10 折射率測量專題設計

實驗4.11 用分光計測定液體折射率的實驗設計

實驗4.12 用極限折射法測定三稜鏡的折射率的實驗設計

實驗4.13 接地電阻測量設計

實驗4.14 利用光杠杆法測量薄片厚度的實驗設計

實驗4.15 光的偏振實驗設計

拓展閱讀8 等離子體技術簡介

第5章研究性實驗

5.1 研究性實驗的教學要求

5.2 研究性實驗的教學課題

實驗5.1 錐體上滾實驗與“怪坡”之謎研究

實驗5.2 熱電偶測溫實驗研究

實驗5.3 伯努利方程應用實驗研究

實驗5.4 電磁驅動實驗研究

實驗5.5 學生興趣制作研究與實踐

實驗5.6 “歷美的”物理實驗研究

實驗5.7 陀螺進動實驗研究

實驗5.8 電子秤的研究

實驗5.9 全息技術研究

拓展閱讀9 全息技術簡介

……

第二版前言

《大學物理實驗》分基礎和提高兩冊，配合使用，實現物理實驗的分層教學。本冊為提高部分，用於分層教學的提高教學，適合高等院校非物理類專業的本科各專業學生使用，也可作為實驗技術人員和相關教師的參考用書。《大學物理實驗（提高部分）》版於2010年10月出版，迄今為止已多次重印。本書得到了廣大讀者的認可，在此我們向使用本書的讀者表示衷心的謝意。


根據當前物理實驗教學改革的需要，為了更適合讀者的使用，我們對《大學物理實驗（提高部分）》一書進行了修訂。與版相比，第二版修訂主要體現在以下幾個方面：


一、刪除了部分不實用的實驗項目。

二、對部分實驗的內容、思考題做了改寫或合理的調整、更新和補充，使內容更充實，更方便讀者的使用。

三、對新增的設備，增加了相應的實驗內容，使教材能及時反映儀器的更新。

四、進一步充實了與本書密切聯繫的大學物理實驗課程網站的教學資源，使本教材讀者的參考資料更為豐富。

全書由朱基珍負責修訂工作，全體參編人員參加了修訂。本書的修訂工作得到了廣西科技大學、華中科技大學出版社的關心和支持，還得到了使用本書的教師的大力支持。在此一並表示誠摯的感謝。


與版相比，第二版更能滿足教學的實際需要，質量也有相應的提高，但由於我們的水平有限、實驗條件不足，書中仍難免存在不足，真誠地希望廣大讀者批評指正。




編者

2013年4月

大學物理實驗（提高部分）版前言

本套教材是根據*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員會編制的《理工科類大學物理實驗課程教學基本要求》的要求，借鋻國內外近年來物理實驗教學內容和課程體繫改革與研究成果，結合廣西工學院多年來的教改成果、課程建設的實踐經驗編寫而成的。本套教材體現分層教學、開放教學、研究性教學的實驗教學新要求，為非物理類專業大學物理實驗教材。全套共分為兩冊，冊《大學物理實驗（基礎部分）》，適用於基礎實驗教學；第二冊《大學物理實驗（提高部分）》，適用於提高型、研究型實驗教學。


全書通過穿插“拓展閱讀”內容，把物理學的發展簡史呈現出來，也反映物理實驗在物理學發展中的作用，並對目前先進測量技術作了介紹。為方便教學，本套書提供配套的光盤。


教學中實際采用的教材包括三大部分，即紙質教材、網絡教學資源及教學管理繫統、光盤。三部分教材相輔相成，各有側重，構成了立體教材，滿足網絡化、分層次、開放式的實驗教學需要，並對實驗教學實現自動化、網絡化的管理。


紙質教材：包括基礎和提高兩部分，分為兩冊。在內容編排上主要體現教學方法的層次化，如分必做內容、選做內容,分常規性實驗教學、設計性實驗教學和研究性實驗教學等。紙質教材中，對設計性實驗和研究性實驗，隻給定了其實驗任務、實驗要求、實驗條件和參考資料，具體的實驗設計和實驗研究由學生探索完成，可從網絡教學資源中獲得設計引導和研究引導。


光盤：內容包含教學大綱、實驗課件、緒論課課件、實驗教案、實驗操作講解視頻短片（包括“等厚干涉及其應用”、“邁克爾遜干涉儀測激光波長”、“示波器的使用”、“分光計測三稜鏡折射率”、“夫蘭克?赫茲實驗”、“直流電橋測電阻”、“霍爾效應”、“固體線熱膨脹繫數的測定”、“拉伸法測定金屬絲楊氏彈性模量”、“用剛體轉動慣量測量儀測剛體轉動慣量”、“用落球法測定液體黏滯繫數”、“長度測量和固體密度測定”、“光柵的衍射”、“電表的擴程、改裝與校準”、“用感應法測螺線管磁場”等共計15個實驗項目）。對設計性實驗和研究性實驗有相應的設計引導和研究引導；對《大學物理實驗（基礎部分）》的第1章、第2章，附有復習提要及習題的參考答案；對《大學物理實驗（提高部分）》中第1章例題中相應的小二乘法處理實驗數據附有程序；另外，還提供可用於網絡化教學的物理實驗練習題模塊。具體使用方法請在打開相應光盤目錄後查看該目錄下的readme.doc文件。


網絡教學資源及教學管理繫統：對於物理實驗課程，我們建設了教學和管理網站，並科學合理地組織了大量的教學資源，使之能在教學中發揮應有的作用。網站內容包括教學錄像、課件、電子教材、儀器介紹、基礎實驗操作預習視頻短片、近代物理板塊等。


內容組織形式：① 按教學順序組織教學資源，實現了網上預習、學習、復習，網上答疑，網上專題討論等互動學習功能；②
按知識的模塊化進行編排，如分為傳感器、全息照相、光學綜合實驗、核磁共振及虛實結合等多個繫列實驗，以方便學生對各模塊知識的查詢；③
按教學方法的層次化編排，以獲得各類實驗的教學指導。

管理功能：① 對實驗教學狀態實現實時監控，促進教學質量的提高；② 對人員、設備、教室實現自動化和網絡化管理；③
網上自動分組、網上考勤、網上成績統計及成績查詢、網上實驗預約、操作考試自動抽簽繫統等。

總之，通過對教學內容的合理組織，利用管理繫統，能在網上完成實驗分組、人員設備的教學管理、網上預習、學習與復習、網上實驗預約、網上考勤、操作考試自動抽簽、成績錄入和統計、師生網上互動、教師教學工作量自動統計等功能。大學物理實驗教學課程網站在實驗教學和管理中發揮著重要的作用。


朱基珍教授主持全書的編寫、統稿和審定工作，黃榜彪教授級高級工程師負責全書審稿工作負責配套光盤的制作工作，所有主編、副主編及參編人員均參加了本教材的編寫工作和核對工作。


本書在編寫過程中得到了廣西教育廳、廣西工學院領導的大力支持及經費資助，在此表示感謝。

由於我們的水平和條件有限，書中難免存在著不完善和不妥之處，真誠地希望各位讀者提出建議並指正。 編者

2010年6月

現代科學技術的發展，為改進普通物理實驗教學創造了很好的條件。利用計算機對實驗教學進行輔助，很大程度上改善了實驗教學的效果，也為實驗教學新模式的構建提供了有力的支持。利用計算機，可以實現按教學需要實時監控教學質量，促進教學質量的提高。計算機模擬仿真實驗、用微機控制實驗過程或采集實驗數據等計算機輔助繫列，在物理實驗中被廣泛地運用，如“虛擬示波器”、“虛實結合綜合光學實驗”等。

1.1計算機在物理實驗數據處理中的應用

物理實驗中的數據處理是實驗的一個重要組成部分和關鍵環節。將計算機引入到實驗數據處理中，不但可以提高處理效率，同時還能避免在處理過程中計算錯誤的發生，實現數據圖表化、誤差分析標準化。

1.數學計算軟件在物理實驗中的應用

所謂“萬物皆數”，一切知識的根基都來自於數學。在科學研究和工程應用過程中，往往需要大量的數學計算，傳統的紙筆已經不能從根本上滿足海量計算的要求。當實驗數據處理需要復雜計算，要求較高時，往往使實驗者要花費大量時間在數據處理過程上。而使用數學計算軟件（如Matlab、Mathematica等）來對實驗數據進行數值計算則可以有效地減輕計算工作量，提高工作效率。現代數學計算軟件具有編程簡單、易於學習、能快速進行復雜運算的特點，無論是在校學生，還是工程技術人員和科研人員，都可以快速學習Matlab、Mathematica等軟件，並用它們來解決各種數值計算問題。

1） Matlab簡介

Matlab軟件的出現是和科學計算緊密聯繫在一起的。20世紀70年代，Clever
Moler在線性代數課程教學中為了讓學生能使用Fortran的Linpack、Eispack子程序庫，又不至於在編程上花費太多時間，開發了Matlab軟件。1984年MathWorks公司成立，Matlab正式向市場推出，同時開發者也繼續進行著軟件的研究和開發工作。到目前為止，已經發布了Matlab
8.1版本，MathWorks公司又實現了一次技術層面上的飛躍。

Matlab的特點在於強大的數值計算和可視化軟件處理能力，它初主要用於方便矩陣的存取，素是無須定義維數的矩陣。經過十幾年的完善和擴充，現在已發展成為線性代數課程的標準工具，也成為其他許多領域課程的使用工具。Matlab不僅在數學方面，在物理、統計、工程、金融等方面都有強大的工具箱可以使用。

2） 數學計算軟件Matlab的使用

由於篇幅所限，這裡主要介紹Matlab在物理實驗數據處理中可能會用到的一些基本命令，至於Matlab的高級命令和Mathematica的使用方法，請讀者自行查閱相關書籍。

(1) Matlab的界面。

Matlab窗口頂部的標準菜單可以用做文件管理和文件調試等工作；右邊有一個下拉列表框，它可以選擇和設置當前工作路徑；左下方是歷史命令窗口；右下方是Matlab重要的窗口——命令窗口。Matlab的界面如圖1.0.1所示。

圖1.0.1Matlab界面圖命令在“.”提示符後面輸入。讀者可以在這裡嘗試輸入一些實際的基本命令。例如，我們想得到433乘以15的結果，就可以在提示符後面輸入433*15，然後按Enter鍵回車，即可得到如下結果：

……