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《大学物理实验（第三版）》根据***“理工科类大学物理实验课程教学基本要求”（2010年版）的精神，在保留物理学中的一些基本实验内容的基础上，增设了应用性、设计性与综合性以及近代物理实验内容。《大学物理实验（第三版）》主要内容包括数据处理基本知识、基本仪器的使用、13个基础实验和14个提高实验项目，可满足不同层次学生 的需求。
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目录绪论 1第一章 数据处理基本知识 3第一节 测量与误差 3第二节 测量不确定度与结果评定 8第三节 有效数字 16第四节 数据处理 19习题 27第二章 基本仪器的使用 29第一节 力学、热学实验中的基本测量仪器 29第二节 电磁学实验基本知识 38第三节 光学实验的基本知识 45第三章 基础实验 49实验一 转动惯量的测定 49实验二 金属线膨胀系数的测量 54实验三 液体表面张力系数的测定 60实验四 测量非线性元件的伏安特性 64实验五 电表的改装和校正 70实验六 薄透镜焦距的测定 77实验七 分光计的调整与使用 83实验八 模拟静电场 91实验九 用自由落体法测定重力加速度 97实验十 电位差计测电动势 99实验十一 示波器的原理与使用 106实验十二 霍尔效应实验 115实验十三 动态法测杨氏模量 123第四章 提高实验 129实验十四 固体导热系数的测定 129实验十五 超声声速的测量 134实验十六 密立根油滴实验 141实验十七 研究光的夫琅禾费衍射现象 146实验十八 迈克耳孙干涉仪的调整与使用 153实验十九 望远镜和显微镜的设计与组装 158实验二十 光的干涉及应用 162实验二十一 衍射光栅的特性与光波波长的测量 168实验二十二 偏振光的研究 173实验二十三 全息照相 180实验二十四 双棱镜干涉实验 184实验二十五 直流平衡电桥 188实验二十六 RLC电路的暂态过程 194实验二十七 RLC电路的稳态特性 201附录 209附录A 基本物理常量 209附录B 中华人民共和国法定计量单位 210附录C 一些常用的物理数据 213附录D 常用电子元器件参考资料 214第一节 部分电气图形符号 214第二节 常用电子元器件型号命名法及主要技术参数 216附录E 利用常用工具辅助处理实验数据 221
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绪论 物理实验是物理学的基础，物理规律的发现和物理理论的建立，都是以严格的物理实验为基础，并受到实验的检验的. 大学物理实验课是理工科大学生进行科学实验训练的一门*立设置的必修基本课程，是学生在高等学校受到系统实验方法和技能训练的开端.大学物理实验内容深、范围广，涵盖了力、热、电、光及近代科学的许多知识.学好它可以为学生今后的学习、工作奠定一个良好的实验基础.因此，学好物理实验是十分重要的. 一、物理实验课的教学目的 1.加深对物理学科的理解和认识 在实验中，通过对实验仪器的具体操作，对实验现象的观察和思考，对物理量的认真测量，经过严密的计算、分析和研究，*后得出客观的结论.实验的这一过程，会加深学生对物理知识的理解和认识，提高理论知识应用水平. 2.培养和提高实验能力 （1）物理实验有基础实验、综合实验和设计性实验.学生将通过不同层次的训练，从预习准备、组合仪器、动手操作、重复测量直到得出客观结果，动手能力及综合实验能力会大大提尚. （2）认识和掌握许多仪器的使用，学会各种物理量的测量方法.实验室的仪器很多，如示波器、电压表、分光计、读数显微镜等，实验室为学生提供了很多亲自动手的机会.在实验中，同学们能学到许多物理测量的方法与技巧，如比较法、放大法、转换法、模拟法、补偿法和干涉法等. 3.培养科学实验的能力及从事科学实验的素质 物理实验就是要培养学生的动手能力、观察分析能力和解决问题的能力；培养学生探求真理、发明创新的团队精神；培养学生实事求是、刻苦思考、严谨认真的科研作风，爱护公共财物的优良品德，以及在实验过程中同学间相互协作、共同探索的合作精神. 二、物理实验课的主要教学环节 实验课与理论课不同，它的特点是学生在教师的指导下自己动手，*立完成实验任务.通常，每个实验项目都包括课前预习、课堂操作和课后处理三个环节. 1.课前预习 实验前必须认真阅读教材，弄懂实验原理、实验方法以及实验操作的步骤、仪器的调节要求，才能按时完成实验.同时，预习也是培养阅读能力的学习环节.在对教材内容有了了解之后，在实验报告纸上写出“预习报告”作为正式报告的前面部分，要求在正式做实验之前写好.内容包括实验名称、实验目的、实验原理、实验仪器、实验内容、实验记录. （1）实验名称：字迹端正、大方、工整. （2）实验目的：说明本实验的目的和要求. （3）实验原理：在理解的基础上，用自己理解的语言对实验原理进行简明扼要的叙述，其中应包括用到的物理理论依据，有关测量的计算公式，说明式中各物理量的意义和单位以及公式的适用条件（或实验的必要条件）.画出实验技术中的原理图、电路图、光路图等. （4）实验仪器：写明具体做实验时所用的仪器的名称、规格和型号. （5）实验内容：简明写出实验过程中所操作的实验步骤. （6）实验记录：画好记录实验数据的表格. 2.课堂操作 课堂操作是培养动手能力，手与脑并用的训练过程.在动手操作之前，要熟悉将要使用的仪器、设备、量具等的性能以及正确的操作过程、需注意事项. 在实验中，要注意对现象仔细观察分析，对观察到的现象和测得的数据随时进行判断，判断正在进行的实验过程是否正常合理.测量时做到正确读数，要实事求是地记录客观现象和数据.能做到及时判断并处理反常现象和排除实验过程中出现的故障是难得可贵的. 做完实验，将实验数据交给教师检査，得到签字认可后，再将仪器归整复原好，切断电源后，方能离开实验室. 3.课后处理 做完实验后，要对实验上所测得的实验数据进行处理并对观察到的实验现象进行分析，这是实验的一个重要组成部分，课后处理包括以下几点. （1）数据处理：将实验课上测得的数据和观察到的现象工整地整理到实验报告纸上，位置可接在预习报告之后，对数据进行计算、处理，或按公式求出结果，或按函数关系在专用坐标纸上作图，按误差理论求出结果的可靠程度——不确定度. （2）结果表达：给出实验结果的正确表达式. （3）结果分析：对实验中观察到的现象，特别是反常现象进行分析，找出其原因. （4）问题讨论：根据实验要求，回答思考题或完成练习题. 以上三个环节的文字内容写在实验报告纸上，构成一份完整的实验报告，实验报告要求格式规整，字迹清楚，文理通顺，数据记录整洁，图表正确，并按时交报告. 第一章教据处理基本知识 第一节测量与误差 一、测量 1.测量 对物理量进行测量是物理实验的重要任务之一，测量的目的就是要找出有关物理量之间的定量关系.测量是将待测的物理量与规定作为标准的同类物理量（标准量）进行比较，得出它们之间的倍数关系.作为标准的同类量称之为单位，倍数称为测量数值.因此，一个物理量的测量值等于测量数值与单位的乘积. 各物理量的单位采用中华人民共和国法定计量单位规定的国际单位制（SI）为基本单位，即以米、千克、秒、安培、开尔文、摩尔、坎德拉作为基本单位，其他物理量的单位都由以上七个基本单位导出，称为国际单位导出单位. 二、测量分类 在科学实验中会用到各种类型的测量，可以从不同的角度对测量进行分类：按测量方法，可以分为直接测量和间接测量;按测量条件，可以分为等精度测量和不等精度测量. 1.直接测量和间接测量 直接测量：直接由测量仪器或量具读数的测量值，称为直接测量.例如，用游标卡尺测量长度，用天平称质量，用秒表测时间，用电流表测电流等. 间接测量：由一组直接测量结果通过一定的函数关系（计算公式）计算出实验结果的测量称为间接测量. 例如，测量某种圆柱体材料的密度时，可以先测出它的高h和直径再用天平称它的质量，则由圆柱体密度公式测量结果密度的大小. 2.等精度测量和不等精度测量 等精度测量：在相同条件下，对同一个物理量进行多次测量.例如，在测量人员、测量工具、测量方法、测量环境等测量条件都相同的情况进行的多次测量，每次测量的可靠程度相同，称为等精度测量. 不等精度测量：在不同条件下对某一物理量进行多次测量.例如，在测量人员、测量工具、测量环境等条件部分或是全部不同的情况下进行的多次测量，各次测量结果的可靠程度自然也不相同.称为不等精度测量. 三、测量误差 1.真值 在一定的条件下，任何一个物理量的大小是客观存在的，是物理量所具有的客观的真实量值，这个客观存在的量值称为该物理量的真值. 2.误差 测量的目的就是测量这个真值.但事实是，实验时，由于实验仪器性能的局限性，测量方法不完善，环境条件的不稳定，实验人员技术水平的限制，实验原理的近似性等原因，使测量值与真值之间总存在着差异，这个差异称为测量误差.即 测量误差=测量值一真值 或（1-1-1） 式中，X为测量值;为被测量的真值;为测量误差. 一个测量结果的误差，不是正值（正误差）就是负值（负误差），它取决于这个结果是大于还是小于真值. 四、误差分类 在实验中测量时所得的测量值与真值之间总是存在着差异，因此误差也就存在于一切测量之中.在测量中，应力求使测量误差*小，并对可能产生的误差做出估算，为此，必须进一步了解误差的性质及其产生的原因.误差按其性质分为系统误差和随机误差两类. 1.系统误差 在同一条件下多次测量同一物理量时，测量结果出现固定的误差，测量值对真值的偏离（包括大小与方向）保持恒定或可预知，或在测量条件改变时，误差也按一定规律在变化，这类误差称为系统误差. 系统误差来源有下列几个方面. （1）实验仪器设计、制造、装配等方面引起的误差.例如，仪器不够精密，刻度不准，零点不对，砝码未校准，天平臂不等长，安装调整不妥，应该水平放置的仪器没有放水平等. （2）实验测量方法不完善而引起的误差.如所引用的理论与实验条件不符，例如，在空气中称质量没有考虑空气浮力的影响，测电压时没有考虑电压表内阻对电路的影响，标准电池的电动势未作温度修正，量热时没有考虑热量的散失等. （3）测量人员习惯引起的误差.例如，有人习惯侧壁斜视读、眼睛辨色能力差等，使测量值偏大或偏小. 实验时，应尽可能采取措施将系统误差降低到*低程度，比如将仪器进行校正，纠正不良实验习惯，改变实验方法，在计算时加入一些修正值消除某些因素对实验结果的影响等. 在实验中，由于条件的限制，不可能完全消除系统误差，在评价实验结果时，应认真对系统误差进行分析. 2.随机误差 在消除或修正系统误差使系统误差小到可以忽略之后，在相同的条件下对同一物理量进行多次测量时，每次测量的误差时大时小，对某一次测量值来说，其误差的大小和正负都没有办法预知，没有规律，纯属偶然，这类误差称为随机误差（也叫偶然误差）. 随机误差（偶然误差）来源有下列几个方面. （1）人的感觉器官（视觉、听觉、触觉等）的灵敏程度的限制.例如，用米尺测量长度时，人眼睛分辨能力的限制和不同，在读数时就会产生各不相同的误差. （2）在多次测量时的条件有无法控制的微小变化.例如，电磁波的干扰、温度与气压的涨落、地壳震动、光的闪动、电压电流的波动等. （3）测量物体本身的不均匀性.例如，圆柱体在不同处的直径各不相同，有大有小等.实验中，随机误差不可避免，也不能消除;但根据随机误差理论可以估计其可能出现的大小，随机误差在单次测量时可大可小，可正可负，当测量次数足够多时，即时随机误差服从统计分布（正态分布）规律，可以用统计学方法估算随机误差.按照教学要求，仅简要地介绍随机误差的正态分布.如图1-1-1所示. 设在相同的条件对某一物理量进行多次测量，得，其各次测量值的误差为 式中，为各次测量值。为该物理量的真值.当测量次数时，误差出现服从统计规律如图1-1-1所示.图中横坐标为误差，纵坐标为一个与误差出现的概率有关的概率密度分布函数.坐标原点处是对应于真值的位置.应用概率论的数学方法得出： （1-1-2） 式中，为一个取决于具体测量条件的常数，称为标准误差.这种分布称为正态分布. 误差概率密度分布函数G（Ax）的意义是：在误差Ax附近，单位误差区间内误差出现的概率.图1-1-1中阴影部分所包含的面积元表示误差出现在区间内的概率.误差范围内出现的总概率应当为，即服从正态分布的随机误差*线可以看出有如下特性. （1）单峰性.绝对值小的误差出现的概率比绝对值大的误差出现的概率大. （2）对称性.绝对值相等的正负误差出现的概率相等. （3）有界性.在一定测量条件下，误差的绝对值一般不超过一定限度. （4）抵偿性.随机误差的算术平均值随着测量次数的增加愈来愈趋向于零. 随机误差的以上特性，使之成为概率统计中的一种随机变量.这种随机变量的概率分布函数的形式为式（1-1-2）. 下面介绍标准误差的统计意义. 如图1-1-2所示，标准误差C7的大小确定了*线的形状.<7值越小（峰值髙），*线越陡，说明测量值的误差相对于纵坐标越集中，小误差占多数，各测量值的离散性小，多次重复测量所得的结果相互接近，测量精密度高；相反，值越大，*线越平坦，误差相对于纵坐标越离散，误差分布的范围就较大，测量精密度低.所以，标准误差反映了多次测量的随机误差的分布情况. 标准误差的数字表达式为 （1-1-3） 由概率统计理论可以证明，测量结果取的不同的倍数，测量值误差出现在不同内可能性（概率）是
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