本书按照本科物理实验教学的要求编写而成，分为四篇，共十六章. 本书系统地介绍了物理实验的基本要求、物理实验数据的基本处理方法和不确定度的分析方法，力学、热学、电磁学、光学等多种基本物理量的测量和控制方法，以及多种物理实验常用仪器的使用方法. 根据教学需要设置了学科共性实验和学科特色实验，并且较全面地引入了数字化、智能化和虚拟化的测控技术.
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目录
第一篇绪论
第1章大学物理实验课程的教学目的和要求 3
1.1大学物理实验课程的定位 3
1.1.1大学物理实验课程的定位和教学内容 3
1.1.2大学物理实验课程的教学要求 3
1.2大学物理实验课程的教学环节和要求 4
1.2.1一个完整科学实验需经历的基本环节 4
1.2.2物理教学实验的分类 4
1.2.3大学物理实验的分类 6
1.2.4大学物理实验课程教学安排 6
第2章实验测量、误差和不确定度 9
2.1物理量的测量 9
2.1.1何为测量 9
2.1.2国际单位制和基本物理量 9
2.1.3测量模型和测量函数 9
2.1.4测量仪器的检定和校准 10
2.1.5测量的分类 10
2.2测量误差 11
2.2.1测量误差和不确定度的定义 11
2.2.2误差的分类 12
2.2.3准确度和精密度 13
2.3随机误差 13
2.3.1随机误差分布规律 13
2.3.2随机误差的计算方法及实例 16
2.3.3误差均分原理和应用 19
2.3.4有效数字 20
2.3.5测量仪器的准确度等级和误差 23
2.4系统误差 23
2.4.1系统误差的来源及确定方法 23
2.4.2消除或减小系统误差的方法 24
2.5测量结果的不确定度 25
2.5.1不确定度概念的由来 25
2.5.2不确定度的概念和分类 26
2.5.3不考虑自由度时不确定度的评定 27
2.5.4考虑自由度时不确定度的评定 29
第3章实验数据的处理与表达 35
3.1列表法和作图法 35
3.1.1列表法 35
3.1.2作图法 36
3.2线性化数据处理方法 40
3.2.1最小二乘法 41
3.2.2零偏差法 43
3.2.3回归测量的平差修正法 44
3.2.4小范围的线性化 44
3.2.5大范围的线性化 45
3.3经验方程 45
3.3.1线型选择 46
3.3.2单调型 46
3.3.3起伏型 47
3.3.4扭结型和波包型 47
3.3.5组合型 48
3.3.6数学在物理实验中的重要性 48
3.4用计算机处理实验数据 49
3.4.1通用数据处理软件 50
3.4.2数学软件 50
3.4.3编程语言 52
3.4.4专用仿真计算软件 52
第二篇常用仪器与基本物理量测控
第4章电磁学实验基础知识 55
4.1电源 55
4.1.1电池 56
4.1.2直流电源 58
4.1.3直流高压源 60
4.1.4大容量电容 60
4.1.5调压器 61
4.2信号发生器 61
4.2.1交流信号相关参数 61
4.2.2函数信号发生器 63
4.3常用电学测量仪器 64
4.3.1数字万用表 64
4.3.2交流毫伏表 65
4.3.3高压表 66
4.3.4微电流表 66
4.3.5电荷计 67
4.3.6高阻表 68
4.3.7低阻表 69
4.3.8电桥 69
4.3.9示波器 72
4.4其他常用电学实验装置 77
4.4.1电路实验板 77
4.4.2滑线变阻器 78
4.4.3电阻箱和标准电阻 79
4.4.4电容箱和标准电容 80
4.4.5电感箱和标准电感 80
4.5电学实验常用符号 81
4.6常用磁学实验装置 81
4.6.1磁场的表征参数 82
4.6.2磁场的获得 82
4.6.3磁场的测量 84
4.7电磁学实验安全注意事项 85
第5章力学实验基础知识 87
5.1长度测量仪器 87
5.1.1望远镜 87
5.1.2激光测距仪 87
5.1.3线纹尺 88
5.1.4游标卡尺 88
5.1.5螺旋测微器 90
5.1.6千分表 91
5.1.7光学显微测量 91
5.1.8光杠杆 94
5.1.9测厚仪 95
5.1.10其他长度测量设备 95
5.2重量和质量测量仪器 96
5.2.1弹簧秤 96
5.2.2机械天平 96
5.2.3电子天平 97
5.3时间测量仪器 98
5.3.1秒表 98
5.3.2光电门 98
5.3.3高速摄像机 99
5.4角度测量仪器 99
5.4.1转动传感器 99
5.4.2转速计 100
5.4.3分光计 100
第6章热学实验基础知识 105
6.1温标 105
6.2温度计 107
6.2.1玻璃棒式液体温度计 107
6.2.2贝克曼温度计 108
6.2.3热电偶温度计 109
6.2.4PN结温度计 111
6.2.5固体电阻温度计 111
6.2.6石英晶体温度计 112
6.2.7集成电路温度计 113
6.2.8非接触式温度计 113
6.3温度控制 115
6.3.1杜瓦瓶 116
6.3.2恒温液体浴 116
6.3.3恒温金属浴 117
6.3.4磁力搅拌器 117
6.3.5电热套 118
6.3.6半导体制冷 118
第7章光学实验基础知识 119
7.1光学基本物理量和单位 120
7.1.1辐射度学参数 120
7.1.2光度学参数 121
7.1.3光谱学参数 122
7.1.4其他光学常用参数 123
7.2光源 125
7.2.1光源的分类 125
7.2.2连续谱光源 125
7.2.3线状谱光源 128
7.2.4单色光源 129
7.2.5光纤耦合光源 130
7.3光学元件 130
7.3.1光阑 131
7.3.2滤光片 132
7.3.3反射镜 134
7.3.4透镜 135
7.3.5棱镜 136
7.3.6偏振元件 137
7.3.7常见光学系统 139
7.4光检测设备 140
7.4.1光传感器 140
7.4.2光检测仪器和设备 144
7.5光学平台及调节附件 145
7.5.1底座 145
7.5.2套筒和支杆 149
7.5.3调节架 149
7.6光学实验安全注意事项 154
7.6.1光学元件的正确使用与维护 154
7.6.2光学实验的操作规则 155
第8章传感器及通用物理实验平台 156
8.1传感器及数据采集器 156
8.1.1传感器的基本结构 156
8.1.2传感器的种类 157
8.1.3传感器的基本特性 158
8.1.4传感器实验系统 158
8.2通用物理实验平台 159
8.2.1通用物理实验系统构成 159
8.2.2通用物理实验系统使用方法 160
8.2.3视频分析功能 163
8.3基于虚拟仪器的物理实验平台 164
8.3.1虚拟仪器 164
8.3.2虚拟仪器技术 165
8.3.3LabVIEW开发环境 166
8.3.4虚拟仪器实验平台 168
8.4智能手机实验平台 171
8.4.1智能手机中的传感器 171
8.4.2智能手机物理实验软件 172
第三篇学科共性实验
第9章力学实验 175
实验A1长度、重量、密度的测量及不确定度分析 175
实验A2用力敏传感器测量液体表面张力系数 176
实验A3用光杠杆测量金属丝的静态杨氏模量 180
实验A4基于转动传感器的玻尔振动综合实验 182
实验A5基于智能手机的振动实验 188
实验A6基于视频分析的运动学实验 191
第10章热学实验 195
实验B1温度传感器温度特性的测量 195
实验B2不良热导体热导率的测量 198
实验B3基于温度传感器的热电
当量实验 203
实验B4基于气压传感器测量空气的比热容比 206
第11章电磁学实验 209
实验C1用示波器测量交流信号的基本参数 209
实验C2交流信号的频谱及常用电子元器件的I-V特性 212
实验C3RLC串联电路交流稳态和谐振特性 215
实验C4用交流电桥测电感和电容 221
实验C5巨磁电阻效应实验 225
实验C6利用霍尔效应测量磁场 232
第12章光学实验 236
实验D1透镜和透镜组基本参数的测量 236
实验D2自组双透镜光学系统 243
实验D3用分光计测量液体的折射率 249
实验D4光栅常量及光波波长的测量 253
实验D5迈克耳孙干涉实验及应用 256
实验D6单缝衍射相对光强分布 262
实验D7圆孔衍射实验 266
第13章原子物理学实验 271
实验E1光电效应实验测普朗克常量 271
实验E2密立根油滴实验测电子电荷 276
实验E3弗兰克-赫兹实验测原子的激发能量 284
实验E4基于光栅光谱仪的原子发射光谱实验 289
实验E5基于光纤光谱仪的原子吸收光谱实验 294
第四篇学科特色实验
第14章医科物理实验 301
实验F1生物医学图像的显微采集
与测量 301
实验F2生物传感器实验 306
实验F3心电图机的使用及人体心电图的测量 312
实验F4眼睛成像模型实验 319
第15章工科物理实验 325
实验G1温度测控仪的设计和组装 325
实验G2基于LabVIEW的虚拟仪器实验 329
实验G3基于CompactDAQ的多通道温度采集实验 333
实验G4基于Multisim的RLC电路和电桥仿真实验 335
实验G5基于空间光调制器的光学成像畸变实验 340
实验G6光纤耦合及光纤传感器实验 346
第16章理科物理实验 356
实验H1超声光栅测声速 356
实验H2椭圆偏振光测薄膜厚度 359
实验H3基于COMSOL的电阻加热仿真实验 365
实验H4基于Multisim的混沌电路实验 369
实验H5基于Seelight的光学衍射仿真实验 373
实验H6空间频谱和傅里叶光学基础实验 376
参考资料 383
附录 386
附录At分布在不同概率p与自由度v下的tp(v)值 386
附录B实验室常用参数表 387
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