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怎样做好物理实验 1

1．开设物理实验课程的目的 1

2．物理实验课程的任务 1

3．怎样做好物理实验 1

目录 1

4．关于实验报告 3

5．关于教材和实验安排 3

6．成绩考核和评定 4

第1章 实验误差与不确定度评定 5

1.1 测量、误差和不确定度 5

1.1.1 测量的基本概念 5

1.1.2 误差的基本知识 6

1.1.3 精密度、正确度和准确度 9

1.1.4 不确定度 9

1.2.1 随机误差和正态分布 10

1.2 随机误差的统计处理 10

1.2.2 标准差和置信概率 11

1.2.3 平均值和平均值的标准差 12

1.2.4 小结 13

1.3 仪器误差（限） 13

1.3.1 长度测量仪器 14

1.3.2 质量称衡仪器 15

1.3.3 时间测量仪器 15

1.3.4 温度测量仪器 15

1.3.5 电学量测量仪器 16

1.3.6 小结 17

1.4 不确定度的分量评定和方差合成 18

1.4.1 不确定度分量的两类评定方法 18

1.4.2 不确定度的方差合成 19

1.4.3 不确定度合成举例 21

1.4.5 小结 22

1.4.4 数据修约和测量结果的最终表述 22

1.5 有效数字及其运算法则 26

1.5.1 仪器示值的有效数字读取 26

1.5.2 有效数字的运算法则 27

1.5.3 小结 28

1.6 系统误差的发现和消除 28

1.6.1 系统误差的形式 28

1.6.2 系统误差的发现 29

1.6.3 系统误差的消除和修正 30

1.7　粗大误差的判别与处理 33

1.7.1 拉依达准则（3σ准则） 33

1.7.2 t检验准则 33

1.8　几种主要的统计分布和置信概率 34

1.8.1 正态分布（高斯分布） 34

1.8.2 均匀分布 35

1.8.3 t分布 36

1.8.4 X2分布 37

1.9　平均值的方差和不确定度的方差合成 37

1.9.1 关于标准偏差和平均值标准偏差的讨论 37

1.9.2 关于方差合成公式的讨论 39

1.9.3 关于相关系数的讨论 40

练习题 41

第2章 物理实验数据处理的基本方法 44

2.1 列表法 44

2.1.1 列表注意事项 44

2.1.2 应用举例 44

2.2 作图法 45

2.2.1 作图的基本规则 45

2.2.2 应用举例 47

2.3 最小二乘法和一元线性回归 49

2.3.1 一元线性回归 49

2.3.2 应用举例——单摆测重力加速度 51

4.12.2 实验原理 1 52

2.3.3 小结 52

2.3.4 一元线性回归系数的标准偏差 53

2.4 逐差法 54

2.4.1 线性关系和一次逐差处理 54

2.4.2 应用举例 55

练习题 56

第3章　实验预备知识 58

3.1 电学实验预备知识 58

3.1.1 电学实验操作规程 58

3.1.2 电学基本仪器 59

3.2 光学实验预备知识 65

3.2.1 光学元件和仪器的保护 65

3.2.2 常用光源 65

3.2.3 消视差 67

3.2.4 等高共轴调节 67

3.3 数据处理示例 69

4.14.3 仪器设备 1 75

4.1.1 实验要求 78

4.1 光杠杆法测弹性模量 78

第4章　基本实验 78

4.1.2 实验原理 79

4.1.3 仪器设备 81

4.1.4 实验内容 83

4.1.5 预习思考题 84

4.1.6 实验后思考题 85

实验方法专题讨论之一——对实验结果的讨论 85

4.2 扭摆法测转动惯量 88

4.2.1 实验要求 88

4.2.2 实验原理 88

4.2.3 仪器设备 89

4.2.4 实验内容 90

4.3 测定冰的熔解热 92

4.3.1 实验要求 92

4.2.5 预习思考题 92

4.2.6 实验后思考题 92

4.3.2 实验原理 93

4.3.3 仪器设备 96

4.3.4 实验内容 97

4.3.5 预习思考题 98

4.3.6 实验后思考题 98

4.4 电热法和焦耳热功当量实验 99

4.4.2 实验原理 100

4.4.1 实验要求 100

4.4.3 仪器设备 101

4.4.4 实验内容 102

4.4.6 实验后思考题 103

4.4.5 预习思考题 103

实验方法专题讨论之二——线性拟合和一元线性回归 104

4.5 气垫导轨的使用和动量守恒实验 105

4.5.1 实验要求 105

4.5.2 实验原理 106

4.5.3 仪器设备 107

4.5.4 实验内容 109

4.5.5 预习思考题 109

4.5.6 实验后思考题 110

实验方法专题讨论之三——关于有效数字 110

4.6.1 实验要求 112

4.6.2 实验原理 112

4.6 碰撞过程的瞬态数字测量 112

4.6.3 仪器设备 116

4.6.4 实验内容 118

4.6.5 预习思考题 120

4.6.6 实验后思考题 120

实验方法专题讨论之四——关于数字化测量 121

4.7 薄透镜焦距的测量 122

4.7.1 实验要求 122

4.7.2 实验原理 122

4.7.4 实验内容 124

4.7.3 仪器设备 124

4.7.6 实验后思考题 125

4.7.5 预习思考题 125

4.8 自组望远镜和距离的非接触测量 125

4.8.2 实验原理 126

4.8.1 实验要求 126

4.8.3 仪器设备 127

4.8.4 实验内容 128

4.8.5 预习思考题 129

4.8.6 实验后思考题 129

4.9 电桥的自组和使用 129

4.9.1 实验要求 130

4.9.2 实验原理 130

4.9.3 仪器设备 132

4.9.4 实验内容 134

4.9.6 实验后思考题 135

4.9.5 预习思考题 135

实验方法专题讨论之五——故障排除 136

4.10 双电桥测低值电阻 137

4.10.1 实验要求 138

4.10.2 实验原理 138

4.10.3 仪器设备 140

4.10.4 实验内容 142

4.10.5 预习思考题 143

4.11 补偿法和电位差计 144

4.11.1 实验要求 144

4.10.6 实验后思考题 144

4.11.2 实验原理 145

4.11.3 仪器设备 146

4.11.4 实验内容 147

4.11.5 预习思考题 148

实验方法专题讨论之六——不确定度计算 149

4.11.6 实验后思考题 149

4.12 声速测量和示波器的使用 151

4.12.1 实验要求 152

4.12.3 仪器设备 155

4.12.4 实验内容 161

4.12.5 预习思考题 162

4.12.6 实验后思考题 162

实验方法专题讨论之七——几种减小误差的测量方法 164

4.13 动态法测弹性模量 166

4.13.2 实验原理 166

4.13.1 实验要求 166

4.13.3 仪器设备 168

4.13.4 实验内容 168

4.13.5 预习思考题 168

4.13.6 实验后思考题 168

4.14 分光仪的调整和三棱镜顶角测量 169

4.14.1 实验要求 169

4.14.2 分光仪的调节原理 169

4.14.4 实验内容 175

4.14.6 实验后思考题 177

实验方法专题讨论之八——光学仪器的调整 177

4.14.5 预习思考题 177

4.15 菲涅耳双棱镜干涉测波长 179

4.15.1 实验要求 179

4.15.2 实验原理 180

4.15.3 仪器设备 182

4.15.4 实验内容 182

4.15.5 预习思考题 184

4.15.6 实验后思考题 184

实验方法专题讨论之九——原始数据的记录 184

4.16.2 实验原理 186

4.16 圆孔衍射实验 186

4.16.1 实验要求 186

4.1 6.3 仪器设备 187

4.16.4 实验内容 187

4.16.5 预习思考题 187

4.16.6 实验后思考题 188

4.17 牛顿环干涉测曲率半径 188

4.17.1 实验要求 188

4.17.2 实验原理 188

4.17.3 仪器设备 190

4.17.6 实验后思考题 191

4.1 7.4 实验内容 191

4.17.5 预习思考题 191

4.18 迈克尔逊干涉仪的调整和波长测量 192

4.18.1 实验要求 192

4.18.2 实验原理 193

4.18.3 仪器设备 195

4.18.4 实验内容 196

4.18.5 预习思考题 197

4.18.6 实验后思考题 197

实验方法专题讨论之十——实验仪器的创新构思 197

5.1 自组数字温度计 200

5.2 高阻测量 200

第5章　设计性实验一（选做实验） 200

5.3 测凹透镜焦距并自组伽利略望远镜 201

5.4 电缆短路故障的识别 201

5.5 漆包线团导电率的测定 202

5.6 补偿法测电压表或电流表内阻 202

5.7 二极管伏安特性的显示 202

5.8 估测导线中电信号的传播速度 203

5.9 双棱镜顶角和折射率的测量 203

5.10 衍射法测纤维直径 203

5.11 光盘记录的信息量 204

5.12 干涉法测细丝直径 204

6.1.3 实验原理和实验仪器介绍 205

6.1.1 实验及应用背景介绍 205

6.1.2 实验目的和教学要求 205

6.1 热导率的测定 205

第6章　综合性实验 205

6.1.4 实验内容和操作提示 210

6.1.5 数据处理要求 213

6.1.6 思考及课堂讨论题 214

6.1.7 选做实验和有待深入研究的课题 215

6.1.8 数据处理要求 215

6.1.9 参考文献 215

6.1.10 附录——关于动态法简谐解的推导 216

6.2 高温超导材料特性测试和低温温度计 216

6.2.1 实验及应用背景介绍 216

6.2.3 实验原理 217

6.2.2 实验目的和教学要求 217

6.2.4 实验仪器介绍 220

6.2.5 实验内容和操作提示 223

6.2.6 思考及课堂讨论题 225

6.2.7 选做实验 226

6.2.8 参考文献 226

6.3 非线性电路中的混沌现象 226

6.3.1 实验及应用背景介绍 226

6.3.2 实验目的和教学要求 226

6.3.3 实验原理 227

6.3.4 实验仪器介绍 230

6.3.5 实验内容和操作提示 231

6.3.6 思考及课堂讨论题 232

6.3.8 选做实验和有待深入研究的课题 233

6.3.7 数据处理要求 233

6.3.10 附录 234

6.4 微波实验和布拉格衍射 234

6.4.1 实验及应用背景介绍 234

6.3.9 参考文献 234

6.4.2 实验目的和教学要求 235

6.4.3 实验原理 235

6.4.4 实验仪器介绍 239

6.4.5 实验内容和操作提示 240

6.4.6 思考及课堂讨论题 241

6.4.7 数据处理要求 242

6.4.8 选做实验和有待深入研究的课题 242

6.4.9 参考文献 242

6.5.2 实验目的和教学要求 243

6.5.3 实验原理 243

6.5 平行光管和透镜性能测试 243

6.5.1 实验及应用背景介绍 243

6.5.4 实验仪器 250

6.5.5 实验内容和操作提示 250

6.5.6 数据处理要求 251

6.5.7 思考及课堂讨论题 252

6.5.8 选做实验和有待深入研究的课题 252

6.5.9 参考文献 252

6.6 多光束干涉和法布里-珀罗干涉仪 252

6.6.1 实验及应用背景介绍 252

6.6.3 实验原理 253

6.6.2 实验目的和教学要求 253

6.6.4 实验仪器介绍 255

6.6.5 实验内容和操作提示 256

6.6.6 思考及课堂讨论题 258

6.6.7 数据处理要求 259

6.6.8 选做实验和有待深入研究的课题 259

6.6.9 参考文献 260

6.6.10 附录 260

6.7 阿贝成像原理和空间滤波 261

6.7.1 实验及应用背景介绍 261

6.7.2 实验目的和教学要求 261

6.7.3 实验原理 261

6.7.4 实验仪器介绍 264

6.7.5 实验内容和操作提示 266

6.7.6 数据处理要求 270

6.7.7 思考及课堂讨论题 270

6.7.8 选做实验和有待深入研究的课题 271

6.7.9 参考文献 271

6.7.10 附录 271

6.8 晶体的电光效应 274

6.8.1 实验及应用背景介绍 274

6.8.2 实验目的和教学要求 274

6.8.3 实验原理 275

6.8.4 实验仪器介绍 279

6.8.5 实验内容和操作提示 280

6.8.6 思考及课堂讨论题 282

6.8.8 选做实验和有待深入研究的课题 283

6.8.9 参考文献 283

6.8.10 附录 283

6.8.7 数据处理要求 283

6.9 全息照相和全息干涉法的应用 286

6.9.1 实验及应用背景介绍 286

6.9.2 实验目的及教学要求 286

6.9.3 实验原理 287

6.9.4 实验仪器介绍 292

6.9.5 实验内容和操作提示 293

6.9.6 思考及课堂讨论题 295

6.10.1 实验及应用背景介绍 296

6.9.7 参考文献 296

6.10 液晶光阀的特性研究 296

6.10.2 实验目的和教学要求 297

6.10.3 实验原理 297

6.10.4 实验仪器介绍 302

6.10.5 实验内容和操作提示 303

6.10.6 数据处理要求 305

6.10.7 思考及课堂讨论题 306

6.10.8 参考文献 306

6.10.9 附录——几个简单函数图像的光学傅里叶变换 307

6.11.1 实验及应用背景介绍 308

6.11.2 实验目的和教学要求 308

6.11 声源定位和GPS模拟 308

6.11.3 实验原理 309

6.11.4 实验仪器介绍 311

6.11.5 实验内容和操作提示 313

6.11.6 数据处理要求 315

6.11.7 思考及课堂讨论题 316

6.11.8 选做实验和有待深入研究的课题 317

6.11.9 参考文献 317

6.11.10 附录——关于非线性代数方程的迭代求解 317

6.12.2 实验目的和教学要求 318

6.12.3 实验原理 318

6.12.1 实验及应用背景介绍 318

6.12 超声CT成像 318

6.12.4 实验仪器介绍 323

6.12.5 实验内容和操作提示 323

6.12.6 数据处理要求 326

6.12.7 思考和课堂讨论题 326

6.12.8 参考文献 326

6.13 传感器实验 327

6.13.1 实验及应用背景介绍 327

6.13.2 实验目的和教学要求 327

6.1 3.3 实验原理 327

6.13.4 实验仪器介绍 330

6.13.5 实验内容和操作提示 332

6.13.7 选做实验和有待深入研究的课题 334

6.13.8 思考及课堂讨论题 334

6.13.6 数据处理要求 334

6.13.9 参考文献 335

6.13.10 附录——关于半导体PN结温度传感器 335

6.14 氢原子光谱和里德伯常数的测量 335

6.14.1 实验及应用背景介绍 335

6.14.2 实验目的和教学要求 336

6.14.3 实验原理 336

6.14.4 实验仪器介绍 340

6.14.5 实验内容和操作提示 341

6.14.6 数据处理要求 342

6.14.7 思考及课堂讨论题 342

6.14.8 选做实验和有待深入研究的课题 342

6.14.10 附录 343

6.14.9 参考文献 343

第7章　设计性实验二（考试实验） 344

7.1 怎样做好设计性实验 344

7.2 单量程三用表的设计与校准 348

7.2.1 任务与要求 348

7.2.2 可供选择的仪器设备 348

7.2.3 实验提示 348

7.3 伏安法的应用（Boltzmann常数的测量） 350

7.3.1 任务与要求 350

7.3.2 可供选择的仪器设备 350

7.3.3 实验提示 350

7.4.3 实验提示 351

7.4.2 可供选择的仪器设备 351

7.4.1 任务与要求 351

7.4 补偿法的应用（电流补偿测光电流） 351

7.5 非平衡电桥的应用（自组热敏电阻温度计） 352

7.5.1 任务与要求 352

7.5.2 可供选择的仪器设备 352

7.5.3 实验提示 352

7.6 分光仪的使用（角度法测折射率） 353

7.6.1 任务与要求 353

7.6.2 实验提示 353

7.6.3 可提供的仪器设备 354

7.7 分光仪的使用（测定闪耀光栅的空间频率） 354

7.7.1 任务与要求 354

7.7.2 实验提示 354

7.8.1 任务与要求 355

7.8.2 可供选择的仪器设备 355

7.7.3 可提供的仪器设备 355

7.8 偏振光的研究 355

7.8.3 实验提示 356

7.8.4 仪器设备 357

7.9 迈克尔逊干涉仪的应用 357

7.9.1 任务与要求 357

7.9.2 实验提示 357

7.9.3 仪器设备 358

7.9.4 任务与要求 358

7.9.5 实验提示 358

7.9.6 仪器设备 359