前 言 本 书 是 根 据 教 育 部 教 学 指 导 委 员 会 颁 发 的 高 等 学 校 非 物 理 类 大 学 物 理 实 验 课 程 教 学 基 本 要 求 结 合 一 般 本 科 院 校 专 业 的 特 点 和 皖 西 学 院 应 用 型 示 范 本 科 要 求 及 实 验 室 仪 器

内 容 简 介 本 书 是 根 据 教 育 部 教 学 指 导 委 员 会 颁 发 的 高 等 学 校 非 物 理 类 大 学 物 理 实 验 课 程 教 学 基 本 要 求 结 合 一 般 本 科 院 校 专 业 的 特 点 和 皖 西 学 院 应 用 型 示 范 本 科 要 求 及 实 验 室 仪 器 现 状 在 总 结 多 年 教 学 实 践 的 基 础 上 编 写 而 成 的 全 书 分 为 章 第 章 介 绍 了 物 理 实 验 的 基 本 知 识 实 验 基 本 误 差 理 论 及 实 验 数 据 基 本 处 理 方 法 第 章 介 绍 了 物 理 实 验 基 本 测 量 方 法 及 调 整 技 术 第 章 安 排 了 个 基 础 性 实 验 一 级 第 章 安 排 了 个 基 础 性 实 验 二 级 第 章 安 排 了 个 基 础 性 实 验 三 级 第 章 安 排 了 个 物 理 演 示 及 探 索 实 验 本 书 可 作 为 高 等 院 校 各 专 业 的 基 础 物 理 实 验 教 材 或 参 考 书 也 可 供 涉 及 物 理 实 验 的 教 师 和 实 验 技 术 人 员 参 考 图 书 在 版 编 目 数 据 大 学 物 理 实 验 赵 敏 福 等 编 合 肥 中 国 科 学 技 术 大 学 出 版 社 大 赵 物 理 学 实 验 高 等 学 校 教 材 中 国 版 本 图 书 馆 数 据 核 字 第 号 出 版 中 国 科 学 技 术 大 学 出 版 社 安 徽 省 合 肥 市 金 寨 路 号! 印 刷 合 肥 现 代 印 务 有 限 公 司 发 行 中 国 科 学 技 术 大 学 出 版 社 经 销 全 国 新 华 书 店 开 本 "" "" 印 张 字 数 千 版 次 年 月 第 版 印 次 年 月 第 次 印 刷 定 价 元

前 言 本 书 是 根 据 教 育 部 教 学 指 导 委 员 会 颁 发 的 高 等 学 校 非 物 理 类 大 学 物 理 实 验 课 程 教 学 基 本 要 求 结 合 一 般 本 科 院 校 专 业 的 特 点 和 皖 西 学 院 应 用 型 示 范 本 科 要 求 及 实 验 室 仪 器 现 状 在 总 结 多 年 教 学 实 践 的 基 础 上 编 写 而 成 的 全 书 分 为 章 第 章 介 绍 了 物 理 实 验 的 基 本 知 识 实 验 基 本 误 差 理 论 及 实 验 数 据 基 本 处 理 方 法 第 章 介 绍 了 物 理 实 验 基 本 测 量 方 法 及 调 整 技 术 第 章 安 排 了 个 基 础 性 实 验 一 级 第 章 安 排 了 个 基 础 性 实 验 二 级 第 章 安 排 了 个 基 础 性 实 验 三 级 第 章 安 排 了 个 物 理 演 示 及 探 索 实 验 考 虑 到 大 学 物 理 实 验 课 程 的 独 立 性 和 特 点 本 书 在 编 写 过 程 中 力 求 做 到 实 验 简 介 以 实 验 相 关 历 史 背 景 和 实 验 技 术 应 用 相 结 合 增 强 实 验 的 趣 味 性 和 实 用 性 实 验 目 的 简 练 突 出 使 学 生 明 确 实 验 要 求 完 成 预 定 任 务 实 验 原 理 叙 述 清 楚 尽 量 避 免 繁 琐 的 数 学 推 导 着 眼 于 物 理 概 念 及 实 验 方 法 的 阐 述 配 有 大 量 实 验 原 理 图 清 楚 直 观 使 学 生 在 实 验 预 习 时 掌 握 理 论 依 据 实 验 内 容 按 由 详 到 简 的 顺 序 编 写 旨 在 逐 步 提 高 学 生 的 实 验 技 能 和 动 手 能 力 部 分 实 验 安 排 两 种 方 法 及 选 做 内 容 既 能 保 证 绝 大 部 分 学 生 达 到 教 学 基 本 要 求 又 能 让 部 分 学 有 余 力 的 学 生 得 到 拓 展 提 高 在 涉 及 仪 器 介 绍 时 尽 可 能 突 出 仪 器 的 原 理 和 使 用 方 法 在 有 关 实 验 的 附 录 中 编 入 仪 器 的 外 形 特 征 图 片 及 性 能 指 标 参 数 本 书 主 要 由 赵 敏 福 组 织 编 写 和 统 稿 前 后 参 加 编 写 工 作 的 老 师 有 张 宏 方 锐 赵 育 琢 邓 少 霞 邹 俊 峰 姚 有 峰 张 波 潘 国 柱 张 德 根 胡 训 美 杨 欢 刘 向 远 魏 勇 等 实 验 教 学 是 一 项 集 体 的 工 作 无 论 是 实 验 教 材 的 编 写 还 是 实 验 的 开 设 实 验 仪 器 的 安 装 调 试 都 是 实 验 室 全 体 工 作 人 员 的 智 慧 结 晶 和 劳 动 成 果 本 书 编 入 的

大 学 物 理 实 验 实 验 选 题 汇 集 了 全 体 工 作 人 员 多 年 的 教 学 经 验 和 体 会 本 书 的 出 版 得 到 了 皖 西 学 院 领 导 的 大 力 支 持 同 时 一 些 兄 弟 院 校 的 教 材 也 为 本 书 的 编 写 提 供 了 很 好 的 借 鉴 对 此 一 并 表 示 衷 心 的 感 谢 由 于 我 们 经 验 不 多 水 平 有 限 书 中 难 免 存 在 不 当 之 处 恳 请 读 者 批 评 指 正 编 者 年 月

目 录 前 言 绪 论 # 第 章 物 理 实 验 基 本 知 识 $ 第 # 节 测 量 及 其 误 差 $ 第 % 节 测 量 不 确 定 度 与 测 量 结 果 的 表 示 ## 第 & 节 有 效 数 字 及 其 运 算 #' 第 节 实 验 数 据 处 理 的 基 本 方 法 # 第 ' 节 用 计 算 机 处 理 实 验 数 据 % 练 习 题 % 第 章 物 理 实 验 的 基 本 测 量 方 法 和 基 本 调 整 技 术 % 第 # 节 物 理 实 验 的 基 本 测 量 方 法 % 第 % 节 物 理 实 验 基 本 调 整 技 术 &' 第 章 基 础 性 实 验 一 级 & 实 验 # 长 度 及 密 度 测 量 & 实 验 % 示 波 器 的 使 用 实 验 & 测 定 冰 的 熔 解 热 ' 实 验 万 用 电 表 的 使 用 ' 实 验 ' 光 路 调 整 与 透 镜 焦 距 的 测 量 ' 实 验 气 垫 技 术 实 验 $% 实 验 光 的 等 厚 干 涉 % 实 验 $ 物 理 仿 真 实 验 $ 第 章 基 础 性 实 验 二 级 ## 实 验 杨 氏 模 量 的 测 定 ## 实 验 # 分 光 计 的 调 整 和 棱 镜 材 料 折 射 率 的 测 定 ##' 实 验 ## 固 体 导 热 系 数 的 测 定 #%

大 学 物 理 实 验 实 验 #% 交 流 电 的 整 流 滤 波 稳 压 电 路 实 验 #& 用 稳 恒 电 流 场 模 拟 静 电 场 实 验 # 空 气 比 热 容 比 的 测 定 实 验 #' 液 体 黏 滞 系 数 的 测 定 实 验 # 声 速 测 量 实 验 # 转 动 惯 量 的 测 量 实 验 #$ 金 属 线 胀 系 数 的 测 定 实 验 # 弦 线 上 波 的 传 播 规 律 第 章 基 础 性 实 验 三 级 实 验 % 电 桥 法 测 电 阻 实 验 %# 用 电 路 测 电 容 实 验 %% 用 光 电 效 应 测 普 朗 克 常 数 实 验 %& 密 立 根 油 滴 实 验 实 验 % 光 栅 衍 射 实 验 %' 太 阳 能 电 池 基 本 特 性 的 测 量 实 验 % 半 导 体 结 物 理 特 性 测 量 实 验 % 磁 场 的 描 绘 与 测 量 实 验 %$ 霍 尔 效 应 实 验 % 铁 磁 材 料 的 初 始 磁 化 曲 线 和 磁 滞 曲 线 的 测 定 实 验 & 用 双 棱 镜 测 光 波 波 长 实 验 &# 弗 兰 克 赫 兹 实 验 实 验 && 迈 克 尔 逊 干 涉 仪 调 节 和 使 用 实 验 & 显 微 镜 和 望 远 镜 的 组 装 实 验 &' 简 易 万 用 表 的 组 装 与 校 准 第 章 物 理 演 示 与 探 索 实 验 力 热 振 动 与 波 实 验 系 列 近 代 与 综 合 实 验 系 列 附 录 物 理 实 验 常 用 资 料 参 考 文 献 #&% #& # # $ #'# #' # # # # #$% #$$ # % # $ % & % %#% %#$ %% %& %&$ % ' %' %'# %'% %'% %$# %$ %

绪 论 一 物 理 实 验 的 地 位 和 作 用 物 理 实 验 是 物 理 学 和 科 学 实 验 的 重 要 部 分 在 科 学 技 术 的 发 展 中 有 着 独 特 的 作 用 历 史 上 每 次 重 大 的 技 术 革 命 大 都 起 源 于 物 理 学 的 发 展 热 力 学 分 子 物 理 学 的 发 展 使 人 类 进 入 了 蒸 汽 机 时 代 电 子 学 的 发 展 使 人 类 跨 入 了 电 气 化 时 代 原 子 物 理 学 量 子 力 学 的 发 展 促 进 了 半 导 体 原 子 核 激 光 电 子 计 算 技 术 的 迅 猛 发 展 因 此 物 理 学 本 质 上 是 一 门 实 验 科 学 物 理 学 史 上 经 典 物 理 学 的 基 本 定 律 几 乎 全 部 是 实 验 结 果 的 总 结 与 推 广 近 代 物 理 的 发 展 则 是 从 所 谓 两 朵 乌 云 和 三 大 发 现 开 始 的 前 者 是 指 经 典 物 理 学 无 法 解 释 的 两 个 实 验 结 果 即 黑 体 辐 射 实 验 和 迈 克 尔 逊 莫 雷 实 验 后 者 是 指 在 实 验 室 发 现 了 光 放 射 性 和 电 子 物 理 实 验 不 仅 对 于 物 理 学 的 研 究 工 作 极 其 重 要 对 于 物 理 学 在 其 他 学 科 的 应 用 也 十 分 重 要 在 材 料 科 学 中 各 种 材 料 的 物 性 测 试 许 多 新 材 料 的 发 现 和 新 材 料 制 备 方 法 的 研 究 都 离 不 开 物 理 学 的 应 用 在 化 学 中 从 光 谱 分 析 到 量 子 化 学 从 放 射 性 测 量 到 激 光 分 离 同 位 素 也 离 不 开 物 理 学 的 应 用 在 生 物 学 的 发 展 史 中 离 不 开 各 类 显 微 镜 光 学 显 微 镜 电 子 显 微 镜 光 显 微 镜 原 子 显 微 镜 的 贡 献 近 代 生 命 科 学 更 离 不 开 物 理 学 的 双 螺 旋 结 构 就 是 美 国 遗 传 学 家 和 英 国 物 理 学 家 建 立 并 为 光 衍 射 实 验 所 证 实 的 在 医 学 中 放 射 性 治 疗 激 光 治 疗 刀 等 都 是 物 理 学 的 应 用 物 理 学 正 在 渗 透 到 各 个 学 科 领 域 而 这 种 渗 透 无 不 与 实 验 密 切 相 关 因 此 作 为 一 名 大 学 的 理 工 科 学 生 不 仅 要 有 比 较 深 入 广 博 的 理 论 知 识 而 且 需 要 具 备 较 强 的 从 事 科 学 实 验 的 能 力 物 理 实 验 是 与 理 论 课 并 行 的 独 立 课 程 具 有 自 身 独 特 的 教 学 内 容 教 学 方 法 教 学 目 的 动 手 实 践 能 力 和 观 察 分 析 能 力 都 具 有 独 立 性 是 不 能 用 理 论 思 维 能 力 代 替 的 物 理 实 验 是 对 学 生 系 统 地 进 行 科 学 实 验 能 力 训 练 的 开 端 和 基 础 在 培 养 学 生 运 用 实 验 手 段 去 发 现 观 察 分 析 研 究 和 解 决 问 题 的 能 力 方 面 在 提 高 学 生 科 学 实 验 素 养 方 面 都 具 有 十 分 重 要 的 作 用 同 时 它 也 将 为 学 生 今 后 的 学 习 工 作 奠 定 一 个 良 好 的 实 验 基 础 二 物 理 实 验 课 的 目 的 和 任 务 作 为 一 名 世 纪 的 大 学 生 要 想 成 为 应 用 型 开 拓 型 创 新 型 的 人 才 善 于 把

大 学 物 理 实 验 新 理 论 新 技 术 应 用 到 实 践 中 去 就 必 须 要 加 强 实 践 性 学 习 系 统 地 接 受 实 验 技 能 的 训 练 掌 握 科 学 的 实 验 研 究 方 法 特 别 要 加 强 实 验 思 想 及 实 验 设 计 应 用 内 容 的 学 习 和 训 练 而 物 理 实 验 课 程 的 内 涵 十 分 丰 富 覆 盖 的 知 识 面 和 包 含 的 信 息 量 以 及 基 本 的 训 练 内 容 都 很 广 泛 除 物 理 基 础 知 识 外 还 涉 及 数 学 测 量 学 误 差 理 论 和 计 算 机 科 学 等 方 面 的 知 识 作 为 基 础 教 学 的 物 理 实 验 它 不 同 于 科 学 实 验 一 般 都 是 一 些 较 为 成 熟 的 实 验 以 教 学 为 目 的 来 传 授 知 识 提 高 科 学 素 养 培 养 人 才 物 理 实 验 课 程 的 主 要 任 务 可 概 括 为 以 下 几 方 面 知 识 方 面 通 过 对 实 验 现 象 的 观 察 分 析 和 对 物 理 量 的 测 量 及 实 验 数 据 的 处 理 学 习 和 掌 握 进 行 物 理 实 验 的 基 本 知 识 基 本 方 法 学 习 如 何 正 确 使 用 仪 器 和 用 具 安 装 和 调 试 实 验 装 置 正 确 掌 握 实 验 操 作 等 基 本 技 能 了 解 实 验 的 新 技 术 和 新 知 识 能 力 方 面 培 养 学 生 把 理 论 知 识 与 实 践 相 结 合 的 意 识 和 能 力 培 养 学 生 观 察 和 分 析 实 验 现 象 并 从 中 归 纳 和 总 结 出 规 律 的 思 维 能 力 分 析 能 力 和 想 象 能 力 培 养 学 生 综 合 实 验 能 力 与 初 步 实 验 设 计 能 力 素 质 方 面 培 养 学 生 严 肃 认 真 的 工 作 作 风 实 事 求 是 的 科 学 态 度 刻 苦 钻 研 和 团 结 协 作 的 精 神 不 畏 困 难 的 顽 强 意 志 和 严 守 纪 律 的 优 良 品 德 根 据 上 述 实 验 课 程 的 任 务 学 生 通 过 物 理 实 验 课 应 达 到 以 下 三 项 基 本 要 求 在 物 理 实 验 的 基 本 知 识 基 本 方 法 基 本 技 能 方 面 得 到 严 格 而 系 统 的 训 练 这 是 做 好 物 理 实 验 的 基 础 基 本 知 识 包 括 实 验 的 原 理 基 本 实 验 仪 器 的 结 构 与 工 作 机 理 实 验 结 果 好 坏 的 评 定 实 验 结 果 的 表 达 方 法 实 验 数 据 处 理 基 本 方 法 如 何 对 实 验 结 果 进 行 分 析 判 断 归 纳 和 总 结 等 基 本 方 法 包 括 如 何 根 据 实 验 目 的 确 定 实 验 的 思 路 与 方 案 如 何 选 择 和 正 确 使 用 仪 器 如 何 减 少 各 类 误 差 因 素 如 何 获 得 较 好 的 实 验 结 果 等 基 本 技 术 包 括 各 种 调 节 与 测 试 技 术 电 工 技 术 电 子 技 术 传 感 器 技 术 及 计 算 机 应 用 技 术 等 学 习 用 实 验 方 法 研 究 物 理 现 象 验 证 物 理 规 律 加 深 对 物 理 理 论 的 理 解 和 掌 握 并 在 实 践 中 提 高 发 现 问 题 分 析 问 题 和 解 决 问 题 的 能 力 学 生 实 验 能 力 的 培 养 是 实 验 教 学 的 核 心 目 前 我 国 实 验 教 学 模 式 方 法 手 段 和 内 容 在 不 断 改 革 分 层 次 开 放 式 自 主 式 网 络 化 的 教 学 方 式 更 利 于 学 生 的 个 性 化 学 习 和 综 合 能 力 培 养 同 学 们 应 根 据 学 校 实 验 教 学 安 排 明 确 教 学 内 容 教 学 目 的 实 验 项 目 类 型 通 过 实 验 预 习 及 计 算 机 仿 真 实 验 操 作 预 习 等 学 习 形 式 掌 握 实 验 目 的 原 理 机 制 实 验 方 法 高 质 量 完 成 实 验 提 高 实 验 综 合 能 力

绪 论 养 成 实 事 求 是 的 科 学 态 度 和 积 极 创 新 的 科 学 精 神 实 验 是 理 论 的 根 基 又 是 检 验 理 论 的 标 准 实 验 本 身 是 一 个 复 杂 艰 辛 的 过 程 来 不 得 半 点 虚 假 因 此 实 验 中 养 成 实 事 求 是 的 科 学 态 度 培 养 严 肃 认 真 的 工 作 作 风 积 极 探 索 创 新 吃 苦 耐 劳 团 结 协 作 的 科 学 精 神 是 实 验 教 学 的 目 的 之 一 同 学 们 只 有 以 认 真 严 谨 的 态 度 亲 历 实 验 过 程 才 能 较 好 地 培 养 自 己 的 基 本 实 践 能 力 提 高 基 本 的 科 学 素 养 为 今 后 从 事 科 学 研 究 工 程 实 践 与 其 他 工 作 打 下 坚 实 基 础 三 物 理 实 验 课 的 基 本 程 序 大 学 物 理 实 验 课 所 涉 及 的 内 容 多 数 是 测 量 某 一 物 理 量 或 研 究 某 一 物 理 量 随 另 一 物 理 量 变 化 的 规 律 但 是 不 管 实 验 内 容 及 要 求 如 何 也 无 论 实 验 采 用 哪 一 种 方 法 实 验 课 的 程 序 大 致 相 同 一 般 可 以 分 为 以 下 三 个 基 本 程 序 实 验 预 习 根 据 教 材 和 网 上 讲 义 课 件 教 学 视 频 等 内 容 进 行 预 习 网 上 预 习 网 址 为 包 含 讲 义 课 件 教 学 视 频 等 内 容 要 想 做 好 物 理 实 验 实 验 前 必 须 认 真 预 习 预 习 的 内 容 包 括 明 确 实 验 目 的 弄 懂 实 验 原 理 实 验 依 据 的 主 要 公 式 及 线 路 图 有 哪 几 个 待 测 量 所 使 用 仪 器 的 大 概 性 能 及 使 用 注 意 事 项 实 验 的 基 本 过 程 自 行 设 计 数 据 记 录 表 格 等 实 验 前 要 明 确 本 实 验 的 每 一 个 操 作 步 骤 和 要 点 对 迷 惑 不 解 的 问 题 实 验 前 要 思 考 带 着 问 题 去 实 验 室 这 样 才 有 利 于 综 合 能 力 的 提 高 在 此 基 础 上 写 成 预 习 报 告 实 验 预 习 报 告 必 须 包 含 实 验 原 理 测 量 公 式 电 路 图 光 路 图 实 验 基 本 步 骤 原 始 数 据 记 录 列 出 待 测 物 理 量 和 原 始 数 据 记 录 表 格 这 三 项 内 容 其 他 内 容 在 预 习 报 告 中 不 做 要 求 但 都 必 须 认 真 预 习 否 则 无 法 按 时 按 质 完 成 实 验 操 作 实 验 操 作 实 验 操 作 在 实 验 室 完 成 实 验 操 作 中 应 注 意 的 问 题 有 掌 握 三 先 三 后 的 原 则 即 先 观 察 后 测 量 先 练 习 后 测 量 先 粗 测 后 细 测 实 验 操 作 过 程 中 必 须 集 中 精 力 全 神 贯 注 学 会 手 脑 并 用 仔 细 观 察 和 分 析 实 验 现 象 判 断 实 验 中 是 否 有 异 常 现 象 和 实 验 数 据 的 正 误 严 格 遵 守 实 验 室 守 则 和 具 体 实 验 操 作 规 程 实 验 中 要 贯 彻 三 严 的 原 则 即 严 格 的 态 度 严 格 的 要 求 严 格 的 观 测 注 意 安 全 爱 护 仪 器 实 验 结 束 原 始 实 验 数 据 经 实 验 指 导 教 师 审 核 无 误 签 字 后 自 觉 整 理 好 仪

大 学 物 理 实 验 器 设 备 清 理 现 场 方 可 离 开 实 验 室 编 写 实 验 报 告 实 验 结 束 后 要 及 时 编 写 出 实 验 报 告 实 验 预 习 报 告 实 验 报 告 要 写 在 实 验 专 用 报 告 本 上 同 一 个 实 验 的 预 习 报 告 和 实 验 报 告 写 在 一 个 本 子 上 实 验 报 告 要 求 叙 述 清 楚 图 表 规 范 字 迹 工 整 计 算 准 确 实 验 报 告 必 须 包 含 的 内 容 有 实 验 名 称 实 验 目 的 实 验 原 理 包 括 物 理 定 律 定 理 计 算 公 式 必 要 的 电 路 光 路 图 及 装 置 等 简 图 书 写 原 理 时 不 应 照 抄 实 验 指 导 书 应 用 自 己 理 解 的 语 言 来 做 概 述 仪 器 设 备 及 主 要 器 材 包 括 型 号 规 格 参 数 等 实 验 步 骤 概 括 地 写 出 实 验 进 行 的 主 要 过 程 实 验 数 据 图 表 数 据 处 理 包 括 计 算 误 差 分 析 等 实 验 结 果 结 论 分 析 讨 论 小 结 做 完 实 验 后 同 学 们 应 在 三 天 内 把 实 验 报 告 交 到 相 应 实 验 报 告 柜 内 如 有 特 殊 情 况 可 以 一 周 内 交 一 周 后 交 实 验 报 告 的 酌 情 扣 分 两 周 后 交 的 报 告 按 分 处 理 四 如 何 学 好 物 理 实 验 课 大 学 物 理 实 验 课 是 一 门 与 理 论 并 行 的 独 立 课 程 它 不 但 要 使 学 生 掌 握 物 理 实 验 的 基 本 知 识 更 重 要 的 是 要 培 养 学 生 的 科 学 实 验 能 力 而 该 课 程 的 学 时 及 内 容 有 限 要 打 下 坚 实 的 实 验 基 础 和 具 有 较 强 的 科 学 实 验 能 力 学 生 必 须 主 动 地 积 极 地 创 造 性 地 去 学 习 必 须 认 识 到 通 过 实 验 绝 不 是 仅 仅 为 了 得 到 几 个 实 验 数 据 而 是 要 通 过 实 验 去 学 习 研 究 问 题 的 方 法 培 养 与 锻 炼 科 学 实 验 的 能 力 要 重 视 实 验 教 学 的 每 一 个 环 节 在 物 理 实 验 中 每 一 个 实 验 的 目 的 要 求 和 侧 重 点 均 不 相 同 有 的 侧 重 于 基 本 测 量 仪 器 的 使 用 基 本 方 法 的 掌 握 有 的 侧 重 于 基 本 技 能 技 巧 的 训 练 有 的 在 于 通 过 实 验 去 总 结 物 理 规 律 后 面 的 实 验 往 往 要 用 到 前 面 实 验 所 使 用 过 的 方 法 仪 器 但 为 了 让 学 生 能 见 多 识 广 每 个 实 验 所 使 用 的 仪 器 和 方 法 又 不 完 全 相 同 所 以 在 实 验 过 程 中 要 注 意 观 察 分 析 比 较 实 验 结 束 后 要 及 时 撰 写 实 验 报 告 注 意 掌 握 所 采 用 的 实 验 方 法 基 本 的 测 量 方 法 在 实 际 中 既 会 经 常 用 到 又 是 复 杂 测 量 方 法 的 基 础 学 习 时

绪 论 不 但 要 弄 清 楚 它 们 的 原 理 运 用 条 件 优 点 和 缺 点 而 且 要 通 过 实 验 研 究 逐 步 熟 悉 和 牢 记 并 能 运 用 这 些 方 法 设 计 一 些 简 单 的 实 验 要 注 意 养 成 善 于 分 析 的 习 惯 实 验 时 最 好 是 带 着 问 题 去 做 实 验 中 要 善 于 捕 捉 和 分 析 实 验 现 象 理 论 结 合 实 际 指 导 实 验 操 作 实 验 最 后 总 要 获 得 一 些 结 果 结 果 是 否 正 确 靠 什 么 来 判 断 实 验 数 据 的 好 坏 说 明 什 么 问 题 这 些 问 题 要 靠 分 析 实 验 来 解 决 实 际 上 任 何 理 论 都 是 在 一 定 基 础 上 的 抽 象 或 简 化 都 有 其 适 用 范 围 而 客 观 实 际 和 实 验 所 处 的 环 境 要 复 杂 得 多 实 验 结 果 必 然 会 和 理 论 公 式 有 一 定 的 差 异 问 题 在 于 差 异 的 大 小 是 否 合 理 并 找 出 不 合 理 的 原 因 即 必 须 分 析 实 验 的 方 法 是 否 正 确 实 验 条 件 是 否 得 到 满 足 它 们 带 来 多 大 误 差 仪 器 带 来 多 大 误 差 实 验 环 境 有 多 大 影 响 等 等 千 万 不 可 认 为 实 验 的 目 的 只 是 为 了 做 出 标 准 的 数 据 结 果 注 意 锻 炼 自 己 的 动 手 操 作 能 力 要 学 会 正 确 使 用 各 种 仪 器 并 尽 力 排 除 实 验 中 出 现 的 故 障 应 该 说 能 否 发 现 实 验 故 障 并 排 除 是 实 验 能 力 强 弱 的 一 个 重 要 表 现 要 想 提 高 实 验 能 力 必 须 自 己 多 动 手 只 有 在 每 次 实 验 中 有 意 识 地 加 强 锻 炼 才 能 养 成 良 好 的 习 惯 要 注 意 培 养 自 己 认 真 踏 实 细 致 坚 韧 不 拔 的 实 验 素 质 和 勇 于 创 新 的 精 神 不 轻 易 放 过 每 一 个 实 验 现 象 不 怕 挫 折 和 失 败 艰 苦 努 力 力 求 以 最 小 的 代 价 取 得 最 好 的 实 验 结 果 总 之 实 验 课 有 它 本 身 的 特 点 和 规 律 要 学 好 实 验 课 不 是 一 件 容 易 的 事 但 也 绝 非 太 难 的 事 只 要 在 学 习 过 程 中 不 断 总 结 经 验 逐 步 掌 握 规 律 培 养 对 实 验 课 的 兴 趣 就 能 练 好 基 本 功 提 高 自 己 的 科 学 实 验 能 力 五 实 验 网 络 预 约 管 理 系 统 简 介 世 纪 人 类 社 会 步 入 了 信 息 化 时 代 信 息 技 术 网 络 技 术 数 字 化 技 术 及 计 算 机 辅 助 系 统 已 应 用 到 各 个 领 域 大 学 物 理 实 验 教 学 中 也 引 入 先 进 信 息 化 技 术 手 段 实 现 了 实 验 教 学 计 算 机 网 络 预 约 选 课 预 习 模 拟 仿 真 实 验 操 作 实 验 教 学 管 理 等 利 于 学 生 个 性 化 自 主 学 习 的 教 学 方 式 各 高 校 相 继 开 发 出 很 好 的 物 理 实 验 信 息 化 教 学 系 统 或 计 算 机 软 件 极 大 地 丰 富 了 实 验 教 学 资 源 改 变 了 学 生 学 习 和 教 师 教 学 及 管 理 方 式 取 得 了 很 好 的 学 习 和 教 学 效 果 同 学 们 应 学 会 使 用 实 验 信 息 化 教 学 系 统 或 软 件 充 分 利 用 网 络 教 学 资 源 查 看 教 学 信 息 应 用 教 育 技 术 手 段 提 高 学 习 效 率 和 效 果 实 验 网 络 预 约 管 理 系 统 该 系 统 软 件 具 有 学 生 学 习 实 验 功 能 学 生 选 课 查 询 功 能 及 教 师 实 验 教 学 管 理 功 能 以 下 简 要 介 绍 前 两 部 分 功 能 的 使 用

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绪 论 学 生 选 课 选 择 实 验 项 目 和 实 验 时 间 周 天 节 学 生 选 课 查 询 查 看 所 选 实 验 项 目 和 时 间 并 可 进 行 修 改 选 课 情 况 查 询 查 看 实 验 项 目 时 间 及 人 数 选 择 情 况 实 验 成 绩 查 询 查 看 已 做 实 验 的 预 习 操 作 报 告 成 绩 网 上 预 习 通 过 物 理 实 验 网 络 多 媒 体 课 件 对 所 选 实 验 项 目 进 行 预 习 修 改 个 人 密 码 师 生 互 动 学 生 有 什 么 问 题 在 线 询 问 相 应 的 老 师 老 师 在 线 可 以 给 予 回 答 物 理 实 验 信 息 化 教 学 系 统 该 软 件 系 统 是 由 中 国 科 学 技 术 大 学 研 制 开 发 的 由 实 验 中 心 网 站 资 源 库 仿 真 实 验 远 程 教 学 选 课 系 统 教 学 管 理 系 统 及 系 统 管 理 六 大 模 块 组 成 主 要 用 途 及 特 点 为 教 师 可 利 用 它 开 设 物 理 实 验 网 上 教 学 课 程 实 现 教 学 模 式 的 多 元 化 学 生 可 利 用 它 进 行 实 验 的 自 学 和 课 前 预 习 课 后 复 习 提 供 了 丰 富 的 实 验 知 识 内 容 包 括 教 学 讲 座 各 种 示 范 教 学 录 像 各 种 仪 器 介 绍 等 网 络 上 以 课 程 为 单 位 建 立 起 教 师 与 学 生 一 对 多 的 关 系 实 现 教 学 辅 导 和 互 动 作 业 和 实 验 报 告 上 交 成 绩 管 理 学 生 网 上 预 习 与 复 习 教 学 效 果 评 估 等 功 能

第 章 物 理 实 验 基 本 知 识 物 理 实 验 的 任 务 不 仅 是 定 性 地 观 察 物 理 现 象 也 需 要 对 物 理 量 进 行 定 量 测 量 并 找 出 各 物 理 量 之 间 的 内 在 联 系 由 于 测 量 原 理 的 局 限 性 或 近 似 性 测 量 方 法 的 不 完 善 测 量 仪 器 的 精 度 限 制 测 量 环 境 以 及 测 量 者 的 实 验 技 能 等 诸 多 因 素 的 影 响 所 有 测 量 都 只 能 做 到 相 对 准 确 随 着 科 学 技 术 的 不 断 发 展 人 们 的 实 验 知 识 手 段 经 验 和 技 巧 不 断 提 高 测 量 误 差 被 控 制 得 越 来 越 小 但 是 误 差 不 可 能 降 为 零 以 学 习 为 目 的 的 物 理 教 学 实 验 也 是 如 此 因 此 作 为 一 个 实 验 结 果 不 仅 应 给 出 被 测 对 象 的 量 值 和 单 位 而 且 还 必 须 对 测 量 值 的 可 靠 性 做 出 评 价 一 个 没 有 误 差 评 定 的 测 量 结 果 是 没 有 价 值 的 本 章 介 绍 测 量 与 误 差 测 量 不 确 定 度 测 量 有 效 数 字 及 数 据 处 理 方 法 等 实 验 基 本 知 识 掌 握 这 些 知 识 是 学 好 物 理 实 验 的 基 础 及 前 提 第 节 测 量 及 其 误 差 一 测 量 及 其 分 类 所 谓 测 量 就 是 通 过 仪 器 或 量 具 将 被 测 量 与 一 个 被 选 作 标 准 的 同 类 量 进 行 比 较 确 定 被 测 量 是 标 准 量 的 多 少 倍 这 一 过 程 就 叫 测 量 被 选 作 标 准 的 量 就 是 单 位 倍 数 就 是 被 测 量 的 数 值 一 个 物 理 量 必 须 由 数 值 和 单 位 两 部 分 组 成 测 量 通 常 分 为 直 接 测 量 将 被 测 量 与 仪 器 或 量 具 直 接 进 行 比 较 从 仪 器 或 量 具 上 直 接 读 出 被 测 量 的 大 小 叫 作 直 接 测 量 例 如 用 刻 度 尺 测 量 物 体 的 长 度 用 量 筒 测 量 液 体 或 固 体 的 体 积 用 天 平 称 量 物 体 的 质 量 用 安 培 表 测 量 电 路 的 电 流 等 等 间 接 测 量 先 测 出 一 个 或 几 个 直 接 测 量 量 然 后 通 过 函 数 关 系 式 计 算 出 所 需 要 的 量 叫 作 间 接 测 量 例 如 通 过 测 直 径 计 算 小 球 的 体 积 用 单 摆 测 重 力 加 速 度 用 伏 安 法 测

第 章 物 理 实 验 基 本 知 识 电 阻 等 等 物 理 实 验 中 绝 大 部 分 属 于 间 接 测 量 等 精 度 测 量 仪 器 的 不 同 方 法 的 差 异 测 量 条 件 的 改 变 及 测 量 者 素 质 的 参 差 都 会 造 成 测 量 结 果 的 变 化 这 样 的 测 量 是 不 等 精 度 测 量 同 一 个 人 用 同 样 的 方 法 使 用 同 样 的 仪 器 并 在 相 同 的 条 件 下 对 同 一 物 理 量 进 行 的 多 次 测 量 叫 等 精 度 测 量 实 验 过 程 中 只 要 某 些 变 化 对 实 验 的 影 响 很 小 乃 至 可 以 忽 略 就 可 以 认 为 是 等 精 度 测 量 二 误 差 及 其 分 类 真 值 的 概 念 任 何 一 个 物 理 量 在 一 定 条 件 下 都 客 观 地 存 在 一 个 唯 一 确 定 的 真 实 的 大 小 这 个 确 定 的 真 实 的 大 小 就 叫 作 该 量 在 该 条 件 下 的 真 值 例 如 一 定 温 度 和 压 强 下 某 物 体 的 体 积 一 定 温 度 下 某 导 体 的 电 阻 等 误 差 的 概 念 任 何 物 理 量 都 必 须 通 过 测 量 才 能 得 到 而 测 量 所 用 的 仪 器 或 量 具 不 可 能 绝 对 精 确 测 量 所 依 据 的 理 论 可 能 有 某 种 近 似 性 测 量 方 法 和 手 段 难 以 做 到 尽 善 尽 美 实 验 条 件 不 可 能 完 全 理 想 化 操 作 者 也 可 能 会 产 生 某 些 错 误 判 断 这 些 原 因 都 会 使 得 真 值 在 事 实 上 无 法 得 到 测 量 结 果 必 然 会 和 真 值 有 一 定 的 差 异 只 能 是 真 值 在 某 种 程 度 上 的 近 似 测 量 值 与 真 值 之 差 叫 作 误 差 用 表 示 也 称 为 绝 对 误 差 即 某 一 次 的 测 量 误 差 可 表 示 为 可 能 比 大 也 可 能 比 小 故 可 能 为 正 也 可 能 为 负 误 差 的 分 类 按 照 性 质 和 产 生 的 原 因 通 常 将 误 差 分 为 系 统 误 差 和 偶 然 误 差 两 类 系 统 误 差 由 某 些 确 定 的 不 合 理 的 因 素 产 生 的 误 差 叫 作 系 统 误 差 例 如 由 于 直 尺 刻 度 不 准 电 表 指 针 不 指 零 天 平 两 臂 不 等 长 引 起 的 误 差 实 验 原 理 和 方 法 的 近 似 性 如 用 单 摆 测 重 力 加 速 度 引 起 的 误 差 测 量 本 身 不 符 合 要 求 的 习 惯 性 行 为 引 起 的 误 差 等 等 系 统 误 差 总 是 有 确 定 的 大 小 和 符 号 是 可 以 采 取 措 施 消 除 或 减 小 的 偶 然 误 差 实 验 过 程 中 由 某 些 不 可 预 测 的 偶 然 因 素 引 起 的 误 差 叫 偶 然 误 差 例 如 突 然 风 动 或 振 动 电 压 或 温 度 的 上 下 波 动 无 规 律 电 磁 波 的 干 扰 操 作 者 动 作 或 感 官 的

大 学 物 理 实 验 无 规 律 微 小 变 化 等 因 素 引 起 的 误 差 都 属 于 偶 然 误 差 多 次 测 量 出 现 的 偶 然 误 差 的 特 性 偶 然 误 差 出 于 偶 然 不 可 预 知 但 测 量 次 数 足 够 多 时 出 现 的 偶 然 误 差 却 具 有 明 显 的 规 律 性 若 用 表 示 误 差 出 现 的 概 率 密 度 函 数 为 误 差 则 偶 然 误 差 服 从 正 态 分 布 如 图 所 示 由 图 可 见 偶 然 误 差 具 有 以 下 特 性 图 正 态 分 布 单 峰 性 服 从 或 大 体 服 从 正 态 分 布 出 现 绝 对 值 小 的 误 差 的 机 会 比 出 现 绝 对 值 大 的 误 差 的 机 会 多 对 称 性 绝 对 值 相 等 的 正 负 误 差 出 现 的 概 率 相 等 有 界 性 在 一 定 条 件 下 误 差 的 绝 对 值 不 会 超 过 一 定 的 限 度 抵 偿 性 偶 然 误 差 的 算 术 平 均 值 随 测 量 次 数 的 增 大 而 减 小 当 测 量 次 数 时 这 一 算 术 平 均 值 趋 近 于 零 即!" 除 系 统 误 差 和 偶 然 误 差 外 还 有 可 能 出 现 由 于 操 作 或 记 录 过 失 而 产 生 的 粗 差 含 有 粗 差 的 测 量 值 称 为 坏 数 据 应 予 以 剔 除 在 下 面 的 讨 论 中 我 们 约 定 系 统 误 差 和 过 失 误 差 已 经 被 消 除 或 修 正 讨 论 所 指 的 均 是 偶 然 误 差 三 多 次 直 接 测 量 的 最 佳 值 和 标 准 偏 差 算 术 平 均 值 是 真 值 的 最 佳 估 算 值 在 一 定 条 件 下 对 某 一 物 理 量 进 行 次 测 量 得 测 量 列 定 义 测 量 量 的 算 术 平 均 值 为 由 于 真 值 无 法 得 到 我 们 就 取 作 为 该 量 的 最 佳 估 算 值 证 明 略 测 量 列 标 准 偏 差 方 均 根 偏 差 对 有 限 次 测 量 测 量 列 的 标 准 偏 差 定 义 为 槡 # 叫 作 偏 差 或 残 差 由 于 前 面 的 误 差 定 义 只 有 理 论 上 的 意 义 事 实 上 无 法 得 到 所 以 引 入 偏 差 的 概 念 但 在 一 般 的 讨 论 中 我 们 往 往 不 去 严 格 区 分 偏 差 和 误 差 的 说 法

第 章 物 理 实 验 基 本 知 识 误 差 理 论 表 明 各 次 测 量 的 误 差 落 于 # $ 区 间 的 概 率 为 %& 落 于 # $ 区 间 的 概 率 为 ' & 落 于 # $ 区 间 的 概 率 为 '' & 通 常 把 称 为 极 限 误 差 在 测 量 次 数 时 某 次 测 量 的 偏 差 绝 对 值 大 于 我 们 就 把 该 次 测 量 数 据 定 为 坏 数 据 予 以 剔 除 这 种 方 法 称 为 拉 依 达 准 则 在 测 量 次 数 ' 时 一 般 用 肖 维 涅 准 则 剔 除 坏 数 据 方 法 是 当 # 时 予 以 剔 除 常 数 与 测 量 次 数 有 关 % % % ' ' 算 术 平 均 值 的 标 准 偏 差 因 为 算 术 平 均 值 比 各 单 次 测 量 值 更 可 靠 故 其 标 准 偏 差 应 小 于 测 量 列 的 标 准 偏 差 定 义 算 术 平 均 值 标 准 偏 差 为 槡 槡 根 据 前 述 可 知 算 术 平 均 值 的 误 差 落 于 # $ 区 间 的 概 率 为 %& 换 句 话 说 真 值 落 于 区 间 # $ 内 的 概 率 应 为 %& 第 节 测 量 不 确 定 度 与 测 量 结 果 的 表 示 长 期 以 来 人 们 习 惯 用 误 差 来 表 示 测 量 结 果 的 可 信 任 度 由 于 误 差 是 测 量 结 果 与 被 测 量 真 值 之 差 而 被 测 量 真 值 在 大 多 数 情 况 下 是 未 知 量 从 而 使 得 这 种 表 示 方 法 受 到 质 疑 '' 年 国 际 计 量 大 会 以 及 四 个 国 际 组 织 制 定 了 协 调 的 具 有 国 际 指 导 性 的 测 量 不 确 定 度 表 达 指 南 我 国 的 计 量 标 准 部 门 明 确 指 出 应 采 用 不 确 定 度 作 为 误 差 数 字 指 标 的 名 称 测 量 不 确 定 度 是 与 测 量 结 果 相 关 的 参 数 用 以 表 征 测 量 值 可 信 任 的 程 度 或 者 说 它 是 被 测 量 值 在 某 一 范 围 内 的 一 个 评 定 测 量 不 确 定 度 分 为 类 标 准 不 确 定 度 和 类 标 准 不 确 定 度 一 测 量 不 确 定 度 分 类 不 确 定 度 类 分 量 不 确 定 度 类 分 量 是 指 可 以 采 用 统 计 方 法 与 计 算 的 不 确 定 度 在 物 理 实 验 教 学 中 我 们 约 定 类 不 确 定 度 取 其 测 量 平 均 值 的 实 验 标 准 偏 差 即