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第一篇 绪论3

第1章 基础物理实验课程的教学目的和要求3

1.1 基础物理实验课程的定位3

1.1.1 基础物理实验课程的定位和教学内容3

1.1.2 基础物理实验课程的教学要求3

1.2 基础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 基础物理实验三个层次实验的教学目的和重点6

1.2.4 基础物理实验课程教学安排7

第2章 实验测量、误差和不确定度11

2.1 物理量的测量11

2.1.1 何为测量11

2.1.2 基本物理量计量标准11

2.1.3 测量仪器的校准11

2.1.4 测量的分类12

2.2 测量误差12

2.2.1 测量误差的定义12

2.2.2 误差的分类13

2.2.3 准确度、精密度14

2.3 随机误差15

2.3.1 随机误差分布规律15

2.3.2 随机误差的计算方法及实例17

2.3.3 有效数字21

2.3.4 测量仪器的准确度等级和误差24

2.4 系统误差25

2.4.1 系统误差的来源及确定方法25

2.4.2 消除或减小系统误差的方法25

2.5 测量结果的不确定度27

2.5.1 不确定度概念的由来27

2.5.2 不确定度的概念和分类27

2.5.3 考虑自由度时不确定度的评定28

2.5.4 不考虑自由度时不确定度的评定34

第3章 实验数据的处理与表达36

3.1 列表法和作图法36

3.1.1 列表法36

3.1.2 作图法和图算法37

3.2 线性化数据处理方法43

3.2.1 最小二乘法43

3.2.2 零偏差法45

3.2.3 回归测量的平差46

3.2.4 小范围的线性化47

3.2.5 大范围的线性化和图算法47

3.3 经验方程47

3.3.1 线型选择48

3.3.2 单调线型49

3.3.3 起伏线型49

3.3.4 扭结线型和波包（钟形）线型50

3.3.5 组合线型51

3.3.6 数学在物理实验中的重要性51

3.4 用计算机处理实验数据52

3.4.1 通用数据处理软件52

3.4.2 数学软件53

3.4.3 编程语言55

第二篇 常用仪器与基本物理量测控61

第4章 电磁学实验基础知识及测控设备61

4.1 电源61

4.1.1 电池62

4.1.2 直流电源65

4.1.3 直流高压源67

4.1.4 电容（大电流）68

4.1.5 调压器69

4.2 信号发生器69

4.2.1 交流信号相关参数69

4.2.2 信号发生器71

4.3 常用电学测量仪器72

4.3.1 数字万用表72

4.3.2 交流毫伏表74

4.3.3 高压表74

4.3.4 微电流表76

4.3.5 电荷计77

4.3.6 高阻表78

4.3.7 低阻表78

4.3.8 电桥79

4.3.9 示波器82

4.4 其他常用电学实验装置88

4.4.1 电路实验板88

4.4.2 滑线变阻器90

4.4.3 电阻箱和标准电阻91

4.4.4 电容箱和标准电容92

4.4.5 电感箱和标准电感92

4.5 电学实验常用符号93

4.6 常用磁学实验装置94

4.6.1 磁场的表征参数94

4.6.2 磁场的获得95

4.6.3 磁场的测量97

4.7 电磁学实验安全注意事项98

第5章 力学实验基础知识及测控设备100

5.1 长度测量仪器100

5.1.1 望远镜100

5.1.2 激光测距仪100

5.1.3 线纹尺101

5.1.4 游标卡尺101

5.1.5 螺旋测微计103

5.1.6 千分表104

5.1.7 光学显微测量105

5.1.8 光杠杆107

5.1.9 测厚仪108

5.1.10 其他长度测量设备109

5.2 重量和质量测量仪器110

5.2.1 弹簧秤110

5.2.2 机械天平110

5.2.3 电子天平111

5.3 时间测量仪器113

5.3.1 秒表113

5.3.2 光电门113

5.3.3 高速摄像机114

5.4 角度测量仪器114

5.4.1 转动传感器114

5.4.2 转速计115

5.4.3 分光计115

第6章 热学实验基础知识及测控设备121

6.1 温标121

6.2 温度计123

6.2.1 玻璃棒式液体温度计124

6.2.2 贝克曼温度计125

6.2.3 热电偶温度计126

6.2.4 pn结温度计129

6.2.5 固体电阻温度计129

6.2.6 石英晶体温度计130

6.2.7 集成电路温度计130

6.2.8 非接触式温度计131

6.3 温度控制133

6.3.1 杜瓦瓶134

6.3.2 恒温液体浴134

6.3.3 恒温金属浴136

6.3.4 磁力搅拌器136

6.3.5 电热套137

6.3.6 半导体制冷137

第7章 光学实验基础知识及测控设备138

7.1 光学基本物理量和单位139

7.1.1 辐射度学参数139

7.1.2 光度学参数140

7.1.3 光谱学参数141

7.1.4 其他光学常用参数143

7.2 光源144

7.2.1 光源的分类144

7.2.2 连续谱光源145

7.2.3 线状谱光源（光谱灯）147

7.2.4 单色光源148

7.2.5 光纤耦合光源150

7.3 光学元件150

7.3.1 光阑151

7.3.2 滤光片153

7.3.3 反射镜154

7.3.4 透镜155

7.3.5 棱镜157

7.3.6 偏振元件159

7.3.7 常见光学系统160

7.4 光检测设备162

7.4.1 光传感器162

7.4.2 光检测仪器和设备166

7.5 光学平台及调节附件167

7.5.1 底座及工作台168

7.5.2 接杆和支杆172

7.5.3 调节架173

7.6 光学实验安全注意事项179

7.6.1 光学元件的正确使用与维护179

7.6.2 光学实验的操作规则180

第8章 传感器及通用物理实验平台181

8.1 传感器及数据采集器181

8.1.1 传感器的基本结构181

8.1.2 传感器的种类182

8.1.3 传感器的基本特性183

8.1.4 传感器实验系统184

8.2 通用物理实验平台184

8.2.1 SW850物理实验系统构成184

8.2.2 SW850物理实验系统使用方法185

8.2.3 Capstone软件的视频分析功能189

8.3 基于虚拟仪器的物理实验平台191

8.3.1 虚拟仪器191

8.3.2 虚拟仪器技术简介192

8.3.3 LabVIEW简介193

8.3.4 NI myDAQ和NI ELVIS实验教学平台195

第三篇 基础物理实验201

第9章 基础物理实验（Ⅰ）201

实验A1 长度、重量、密度的测量及不确定度分析201

实验A2 用力敏传感器测液体表面张力系数202

实验A3 巨磁电阻效应实验205

实验A4 温度传感器温度特性的测量213

实验A5 用示波器测量交流信号的基本参数216

实验A6 交流信号的频谱及常用电子元器件的I-V特性220

实验A7 迈克耳孙干涉及应用（激光干涉）224

实验A8 液体折射率的测量229

实验A9 光栅常数及光波波长的测量233

实验A10 薄透镜焦距的测量236

实验A11 透镜组基本参数的测量241

实验A12 自组双透镜光学系统245

第10章 基础物理实验（Ⅱ）252

实验B1 光电效应实验252

实验B2 不良导体热传导率的测量（准稳态法）258

实验B3 玻尔振动基础实验264

实验B4 基于转动传感器的玻尔振动综合实验268

实验B5 RLC串联电路交流稳态和谐振特性271

实验B6 用交流电桥测电感电容276

实验B7 表面等离子激元共振（SPR）实验280

实验B8 椭圆偏振测薄膜厚度284

实验B9 迈克耳孙干涉及应用（白光干涉）290

实验B10 单缝衍射相对光强分布292

实验B11 圆孔衍射实验297

第11章 基础物理实验（Ⅲ）302

实验C1 电子电荷的确定——密立根油滴实验302

实验C2 原子定态能级的观测——弗兰克-赫兹实验310

实验C3 原子的发射和吸收光谱318

实验C4 基于LabVIEW的虚拟仪器技术328

实验C5 空间滤波和光信息处理基础实验332

实验C6 光纤光学基础实验340

参考文献350

附录351

附录A 预习报告与数据记录范例351

附录B 实验报告范例353

附录C t分布在不同置信概率p与自由度v下的tp值360

附录D 实验室常用参数表361