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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