新编大学物理实验（杨清雷）

大学物理实验课程是高等院校理工科类专业一门重要的实验课程，是对学生进行科学实验基本训练的必修基础课程，是学生接受系统实验方法和实验技能训练的开端。物理实验是科学实验的先驱，覆盖面非常广泛，具有丰富的实验思想、实验方法和实验手段，体现了大多数科学实验的共性，在培养学生严谨的治学态度、活跃的创新意识、理论联系实际和适应科技发展的综合应用能力等方面具有其他实践类课程不可替代的作用。随着科学技术的飞速发展，各学科之间相互渗透，物理实验项目和实验方法不断更新，带动实验技术和实验水平不断提高。而物理实验教材作为实验教学内容的载体，是物理实验教学水平、教学质量的基本保证，也是物理实验课程体系和课程内容改革成果的核心体现。

《新编大学物理实验》的编写原则是：紧扣*《理工科类大学物理实验课程教学基本要求》，结合相关学科的新技术、新方法，源于物理又广于物理；突出实验中测量物理量的实验原理、实验方法和操作技能，在观察、测量与分析中进一步理解物理思想，养成用实验方法探索问题、解决问题的科学习惯；结合实验教学中对数字技术和智能仪器原理的介绍，使学生能够适应现代化工程技术发展的需求，培养学生的创新意识和创新能力。

全书共分4章。第1章是测量误差与数据处理。系统论述了物理实验中测量及测量误差等方面的基本知识，并介绍了测量、计量、量值传递、检定等概念，采用简化模式，尝试用不确定度评定测量结果，力求与国家的技术规范相一致，思想较新颖。增加了Excel及MATLAB在物理实验中的应用。第2章是基础性实验。精选了35个典型的实验项目，涵盖了力学、热学、电磁学、光学等测试技术方面的内容。第3章是综合性实验。选编了20个实验项目，包括了近代物理、半导体物理、物理学与交叉学科等方面的内容。第4章是设计性实验。结合实际教学过程及物理科技创新大赛，提出了44个实验项目。设计性实验是对已经具备一定的实验技能和仪器设备综合使用能力的学生开设的，与基础性实验和综合性实验既有联系，又有提高，提出的实验项目难易适中，可操作性强。

本教材编写时，总结了多位编者多年来的物理实验教学经验及近年来物理实验的研究成果和创新内容，并结合各专业特点，把物理量的测量以及在工程技术中的应用作为重点突出在教材中。选编的实验项目，既有经过长期教学实践、内容经典的实验，又有物理技术与计算机技术相结合的新实验。各个实验项目之间既相互独立，又循序渐进、相辅相成，形成一个完整的从基础到综合再到创新的课程体系。教学过程中，重点是学生在实验方法、实验技能和仪器设备使用等方面都能得到全面而系统的训练。在文字上力求简明、准确，深入浅出，每个实验的目的明确、实验原理叙述清楚、实验步骤条理分明，学生可依次操作，数据处理要求规范，思考题能供学生在实验后进行分析讨论，以巩固所学知识和开阔视野。

本教材由杨清雷、王泽华、朱国全、刘珂主编，参加本书编写的还有郭俊、梁大光、刘静、李武男。全书由杨清雷、郭俊负责统稿。特别感谢葛松华老师和唐亚明老师对本教材编写工作的悉心指导。由于编者的水平有限，书中难免有疏漏和不妥之处，恳请读者批评指正。

编者

2019年10月

《新编大学物理实验》根据2010年*高等学校物理学与天文学教学指导委员会的《理工科类大学物理实验课程教学基本要求》，结合相关理工类学校的办学方向、专业特色和物理实验教学的实践，及相关学科的新技术、新方法编写而成。本书突出实验中测量物理量的实验原理、实验方法和操作技能，帮助学生在观察、测量与分析中进一步理解物理思想，养成用实验方法探索问题、解决问题的科学习惯；同时基于实验教学中对数字技术和智能仪器原理的介绍，使学生能够适应现代化工程技术发展的需求，培养学生的创新意识和创新能力。

全书共分4章。第1章是测量误差与数据处理；第2章是基础性实验，精选了35个典型的实验项目，涵盖力学、热学、电磁学、光学等测试技术方面的内容；第3章是综合性实验，选编了20个实验项目，包括近代物理、半导体物理、物理学与交叉学科等方面的内容；第4章是设计性实验，结合实际教学过程及物理科技创新大赛，提出了44个实验项目。

《新编大学物理实验》为普通高等学校理工科专业的大学物理实验教材，也可供实验教师和实验技术人员参考。

杨清雷，青岛科技大学，大学物理实验教学中心主任 高级实验师，自1997年在青岛科技大学工作以来，一直工作在物理学科的教学一线，承担大学物理实验课程的教学、实验室管理、仪器设备的维护维修工作、大学物理课程的教学工作及半导体器件的课程教学工作。

绪论

第1章测量误差与数据处理

1.1测量的基本概念004

1.2测量误差的基本概念006

1.3测量结果的评定和不确定度011

1.4有效数字及其运算规则015

1.5数据处理的基本方法016

1.6应用计算机处理实验数据020

第2章基础性实验

实验2-1长度测量024

实验2-2拉伸法测金属丝的弹性模量029

实验2-3光杠杆法测固体的线胀系数033

实验2-4金属线胀系数的测量035

实验2-5刚体转动实验039

实验2-6三线摆测刚体转动惯量043

实验2-7扭摆法测刚体转动惯量047

实验2-8空气比热容比的测定052

实验2-9液体表面张力系数的测定056

实验2-10液体黏滞系数的测定060

实验2-11物质热导率的测定062

实验2-12声速测定067

实验2-13电表的改装和校准074

实验2-14非线性电阻的伏安特性曲线079

实验2-15惠斯登电桥测量金属热电阻的温度系数082

实验2-16双臂电桥测低电阻086

实验2-17灵敏检流计的特性研究090

实验2-18用模拟法测绘静电场093

实验2-19电位差计测量热电偶的温差电动势097

实验2-20模拟式示波器的原理及使用101

实验2-21RLC串联交流电路的研究113

实验2-22霍尔效应测磁场118

实验2-23螺线管轴向磁感应强度分布的测定122

实验2-24铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线127

实验2-25铁磁材料居里温度的测量134

实验2-26薄透镜焦距的测量138

实验2-27分光计的结构和仪器的调整144

实验2-28玻璃折射率的测量149

实验2-29光栅的特性及光栅常数的测定154

实验2-30双棱镜干涉159

实验2-31牛顿环实验163

实验2-32劈尖干涉167

实验2-33偏振光的观测与应用170

实验2-34旋光性溶液的旋光率和浓度的测定174

实验2-35迈克耳孙干涉仪的调整和使用179

第3章综合性实验

实验3-1太阳能电池基本特性测试实验184

实验3-2PN结正向压降与温度关系的研究和应用187

实验3-3电子束实验194

实验3-4磁阻效应实验203

实验3-5用磁阻传感器测量地磁场207

实验3-6密立根油滴实验211

实验3-7弗兰克-赫兹实验216

实验3-8光电效应及普朗克常量的测定220

实验3-9液晶电光效应实验225

实验3-10硅光电池特性研究实验230

实验3-11音频信号光纤传输技术实验235

实验3-12数字示波器的使用239

实验3-13声波测距实验245

实验3-14旋转液体的特性研究249

实验3-15液体电导率的测量255

实验3-16霍尔位置传感器测定金属的弹性模量260

实验3-17单缝和单丝衍射的光强分布测量264

实验3-18超声光栅实验269

实验3-19固体密度的测量273

实验3-20热线法测定气体热导率276

第4章设计性实验

实验4-1万用电表的设计与组装281

实验4-2小功率直流稳压电源的设计与制作283

实验4-3平面静摩擦力和动摩擦力的探究285

实验4-4“风洞”实验287

实验4-5测量音叉的固有频率288

实验4-6基于数字示波器的重力加速度测定289

实验4-7基于声速法测定空气的比热容比291

实验4-8热电制冷的研究293

实验4-9热电偶的冷端补偿295

实验4-10控温元件及电路的设计与研究297

实验4-11霍尔元件交直流特性研究298

实验4-12双棱镜干涉及其图像处理299

实验4-13光的色散实验研究301

实验4-14用光纤位移传感器测量位移303

实验4-15PN结物理特性的测量305

实验4-16电阻测量优化研究308

实验4-17四探针电阻率测试仪的原理与应用310

实验4-18用波尔共振仪研究受迫振动315

实验4-19固体弹性模量的测量320

实验4-20霍尔效应在直流电压（电流）隔离传送中的应用322

实验4-21霍尔传感器法测定磁阻尼系数和动摩擦系数327

实验4-22基于霍尔效应的角位移传感器的设计与制作330

实验4-23集成开关型霍尔传感器的特性测量和应用333

实验4-24偏心振动式磁感应转速测量实验337

实验4-25电磁感应与磁悬浮力实验339

实验4-26磁热效应演示实验342

实验4-27磁性液体表观密度随磁场变化测量装置的设计和应用345

实验4-28电磁阻尼落体运动实验装置的研究348

实验4-29基于电磁感应系统测量磁悬浮力和磁牵引力的特性352

实验4-30基于光学干涉法的磁致伸缩系数测量356

实验4-31利用非接触式电磁感应线圈探头测液体电导率358

实验4-32用交流法测量钛酸钡半导体电阻中极化子导电到能带导电的转变362

实验4-33多普勒效应测速实验365

实验4-34声源做圆周运动时的多普勒效应369

实验4-35声悬浮现象的研究372

实验4-36热声制冷效应实验376

实验4-37声音在颗粒物质中的传播特性测量380

实验4-38利用蜂鸣片受迫振动测液体黏度382

实验4-39旋转液体实验装置的设计与制作385

实验4-40利用旋转液体特性测量液体折射率389

实验4-41白光通信实验装置设计与制作393

实验4-42热辐射实验装置制作及热辐射规律探究397

实验4-43风力发电实验401

实验4-44液体表面张力系数实验装置设计与制作406

附录A中华人民共和国法定计量单位

附录B物理学常用数表

参考文献

《新编大学物理实验》根据2010年*高等学校物理学与天文学教学指导委员会的《理工科类大学物理实验课程教学基本要求》，结合相关理工类学校的办学方向、专业特色和物理实验教学的实践，及相关学科的新技术、新方法编写而成。本书突出实验中测量物理量的实验原理、实验方法和操作技能，帮助学生在观察、测量与分析中进一步理解物理思想，养成用实验方法探索问题、解决问题的科学习惯；同时基于实验教学中对数字技术和智能仪器原理的介绍，使学生能够适应现代化工程技术发展的需求，培养学生的创新意识和创新能力。

全书共分4章。第1章是测量误差与数据处理；第2章是基础性实验，精选了35个典型的实验项目，涵盖力学、热学、电磁学、光学等测试技术方面的内容；第3章是综合性实验，选编了20个实验项目，包括近代物理、半导体物理、物理学与交叉学科等方面的内容；第4章是设计性实验，结合实际教学过程及物理科技创新大赛，提出了44个实验项目。

《新编大学物理实验》为普通高等学校理工科专业的大学物理实验教材，也可供实验教师和实验技术人员参考。

杨清雷，青岛科技大学，大学物理实验教学中心主任 高级实验师，自1997年在青岛科技大学工作以来，一直工作在物理学科的教学一线，承担大学物理实验课程的教学、实验室管理、仪器设备的维护维修工作、大学物理课程的教学工作及半导体器件的课程教学工作。