普通物理实验

绪论

第一节实验在物理学中的地位

物理学是一门实验科学。实验是在人工控制的条件下使现象反复重演并进行观测研究，在实验中常把复杂的条件加以简化，突出主要因素，降低或排除次要因素的作用，以便得到比较准确的观测结果。从现代科学的观点来看，实验是研究自然规律与改造客观世界的基本手段。

第一，物理学是在实验基础上发展起来的，离开物理实验，物理学的发展就无从谈起。从某种程度上说物理学从包罗万象的自然哲学中分离出来，其基本标志就是实验方法的引入。伽利略的实验研究，尤其是他把实验方法和数学方法结合起来研究物理规律，使物理学开始走上真正的科学道路。而实验手段的不断完善和发展又为物理学最终形成自然科学中的一个独立学科奠定了坚实的基础。实验方法的使用不仅促进了物理学的产生而且是物理学发展的动力。物理学的每一次重大进展都离不开实验的推动。正是19世纪末，黑体辐射、光电效应、原子光谱等实验的结论接二连三地向经典物理学提出挑战，导致了经典理论的危机，特别是放射性和X射线的发现和研究，有力地冲击了原子不可分、质量不可变的传统物质观念，动摇了经典力学和经典物理学的神圣地位，最终导致了近代物理学的诞生。

第二，物理学理论的正确与否，归根结底必须用实验检验。在物理学研究中，为了寻找事物的规律，对某些现象的本质会提出一些说明方案和逻辑推演，这些理论探索还不能视为定论只能称之为假说。只有经过不断的实验检验，证明是正确的假说才能上升为物理学定律。物理定律一般是指实验定律，是实验事实的总结。物理学发展过程中，许多关键问题最后都要诉诸实验。例如，托马斯·杨的双缝干涉实验证实了光的波动说；赫兹的电磁波实验证立了去古斯主的由磁场理论：密立根所做的光电效应实验证实了爱因斯坦的光量子假说。

第三，实验和理论的对立统一是物理学发展的根本动力。在科学进步日新月异、各种学说层出不穷的今天，现有理论体系之间的矛盾固然可以成为建立新理论的突破口，但是，实验结果仍然对理论研究具有直接的指导作用。首先，现有的理论体系是建立在大量实验基础上的，要纠正、推翻现有理论就必须对它的实验过程、方法和结果进行认真的考察。其次，新理论往往是受到新的实验结果的启发而提出来的。物理学发展的历史表明，从来就没有一个真正有用和深入的理论是由纯粹思辨而发现的。以高度抽象的相对论而言，狭义相对论固然主要是着眼于力学和电动力学之间关于运动相对性的不对称，但也不能忽视光行差现象和斐索实验给爱因斯坦的启迪。广义相对论虽然是基于将相对性原理贯彻到底的信念，但等效原理的提出显然是受到了厄缶实验的启示。无数事实证明，物理学各个领域的进步无一不是理论和实验结合的产物。

第四，实验是理论付诸应用的桥梁。人类认识自然界的目的是为了改造自然，理论研究的价值就在于它能被用来指导实践。然而，物理理论尤其是现代物理理论能够直接转换为生产技术应用于生产领域的情况还很少见。例如，热核巨变可以产生巨大的能量，这在理论上已没有多大问题，但至今这种能量还没有得到开发利用，要使它产生应有的经济效益，还必须经过大量的实验研究。所以，任何一种新技术、新材料、新产品的产生都要经过大量的实验才能获得。原子能、半导体、激光等科技成果，不仅其理论的提出来源于实验事实的总结，而且它的产生、开发、应用都离不开实验室。因此，实验是物理科学用于其他学科和生产领域的必由之路，是物理学转化为生产力的桥梁。

物理学的发展史是理论和实验相辅相成的历史。作为培养高级工程技术人员的高等院校，要使学生不仅具有深广的基础理论知识，而且要有从事现代化科学实验的较强能力以适应将来工作的需要。

第二节物理实验课的教学目的和任务

物理学教科书上的理论都是经过抽象概括、公式化表述出来的。理论产生的经过一般不作介绍，这样的教学内容很容易使学生认为这些定律、理论是纯数学推导出来的或者是唾手可得的，从而人识不到实验的重要意义，丧失观察实验的兴趣，不利于培养和提高学生观察问题、提出问题、分析问题和解决问题的能力。因此，加强实验教学是学生学好物理学重要的一环。

普通物理实验课是理科各专业的一门必修课，是学生在大学四年中受到系统实验技能训练的开端。物理实验的理论、方法、手段是所有实验中最基本、最普遍的理论、方法和手段，是其他专业实验的基础。因此对于大学理科学生来说，物理实验技能的培养是不可少的。

总体而言，实验的任务主要包括以下三方面，第一，选用合适的仪器，采用正确的测量和运算方法，将测量误差减至最小；第二，在测量条件下，求出被测量的最近真值；第三，估算最近真值的可靠程度，即估算近真值的不确定度并科学表达出来，没有给出不确定度的实验结果是无价值的。围绕实验的任务，普通物理实验课的教学目标是：

……