《大学物理实验教程:公共基础平台与模块化实验》是为适应普通高等院校非物理专业的大学物理实验教学的需要而编写的实验教材,分为两篇。第一篇为公共基础平台实验,内容贯穿“基础性实验一近代与综合性实验一设计性实验”三大层次,共选取力学、热学、光学和电学等经典物理实验23个,其中基础性实验9个,近代与综合性实验10个,设计性实验4个。第二篇为模块化实验,精选了力学、热学、电学和光学的15个实验,将实验内容分成4个模块,即力学模块、热学模块、电学模块和光学模块,各模块均采用层层递进、螺旋式上升的实验小循环形式。
该书的特点是:①按照“平台+模块”的实验体系编写实验内容:②遵循学生的认知规律,注重学生知识学习的先易后难、循序渐进以及实验知识的连贯性:③注重培养学生的创新能力。此外,该书还编入了适合农林专业的物理实验,如液体表面张力系数的测定、环境振动与低频噪声频谱分析、传感器的原理与使用(含生物传感器实验)等。
《大学物理实验教程:公共基础平台与模块化实验》既可作为农林类院校本科专业和理工类院校非物理本科专业的大学物理实验教材,还可作为大学物理实验课的教学参考用书。
浙江农林大学物理实验教学中心在浙江省物理实验教学示范中心的支持下,根据浙江农林大学创新创业型人才培养的目标定位,针对学科大类招生和大学物理实验课程的特点,对大学物理实验课程体系进行了全面规划,创建并实施了“平台+模块”的实验课程教学新体系。该实验课程教学体系中的“平台”是指“公共基础平台实验”,主要包括力学、热学、光学和电学等经典物理实验;“模块”是指“专业提高实验教学模块”,主要包含力学模块、热学模块、电学模块和光学模块,适合在学科大类招生下的专业学习需要,不同专业可以根据自己的专业需求选择相应的模块学习,各模块均采用层层递进、螺旋式上升的实验小循环形式。
针对“平台+模块”的实验课程教学新体系,本书分为两篇。第一篇为公共基础平台实验,该篇内容分为七章。第一章绪论,简要介绍了物理实验的概况;第二章物理实验的基本知识,介绍了测量误差和数据处理的基本知识,并引入不确定度概念,旨在让学生从进入大学就开始接受规范的实验训练,使其能够严格按照实验数据处理的规范要求完成整个物理实验教学过程;第三章物理实验的基本测量方法,简明扼要地总结了物理实验的基本测量方法,介绍了误差等作用原则及测量方法、测量仪器和条件的选择,为学生进行设计性实验打下一定的基础。第四章虚拟仿真实验平台的使用介绍。虚拟仿真实验平台引导学生进行模拟操作和实验数据处理,是理论教学与实验教学相结合的物理实验教学软件。第五章至第七章为具体实验,内容贯穿“基础性实验一近代与综合性实验一设计性实验”三大层次,精选了23个经典物理实验,其中基础性实验9个,近代与综合性实验10个,设计性实验4个。第一层次为基础性实验。该层次以验证性实验为主,突出一些重要的、经典的基础实验,可以培养学生的基本实验体验。第二层次为近代与综合性实验。该层次将处于近代科学前沿的实验和综合性实验引入实验课程教学,可以培养学生综合运用所学知识和实验方法、实验技能分析和解决问题的能力,拓展了学生的视野。本书在编写时删去了原始数据记录表格,要求学生在通过第一层次基础性实验的训练后自己设计实验数据记录表格。第三层次为设计性实验。该层次要求学生动脑动手完成一个既定实验课题,由学生自己设计并实施实验方案,最后独立完成一篇设计小论文,可以培养学生自主实验的组织能力和探索精神。此外,本篇还编入了大量适合农林专业的物理实验,如液体表面张力系数的测定、环境振动与低频噪声频谱分析、传感器的原理与使用(含生物传感器实验)等。
第二篇为模块化实验。该篇精选了力学、热学、电学和光学的15个实验,将实验内容分成四个模块一一力学模块、热学模块、电学模块和光学模块,在每一个实验模块之前增加了相关的实验基础知识,以便于学生更加规范地完成实验。各实验模块的内容按照仪器基本操作一应用仪器进行测量一设计方案进行实验3个阶段进行编排设计。通过做实基础、活学活用,达到探究式教学的目的,激发学生的创新意识,拓展学生的创新思维,增长学生的创新技能,涵养学生的创新品格。
本书的编写力求做到以下几点:①目的明确,使学生明确实验要求、完成预定任务:②原理叙述准确清晰,力求深入浅出,使学生在实验预习时就能掌握基本理论依据;③实验内容由详到简,旨在逐步提高学生的实验技能和动手能力,部分实验还安排了用不同方法来测量同一物理量,以适应不同专业及学有余力学生的需要;④数据记录与结果分析,由浅入深,在基础性实验中给出基本完整的数据记录及具体的误差分析方法,而在综合性实验中则要求学生自己设计实验数据记录表格,并独立进行实验数据的误差分析。在每一个实验之前都附有一段提要,概述本实验的主要内容及扩充与本实验有关的知识。在每个实验之后均列有思考题,供学生在实验之后分析讨论和巩固提高。不另辟专章讲述实验仪器、物理量的单位和物理常数,而是将它们融于相关的实验教学中,使学生在进入实验室之后能够很快地独立拟定合理的实验步骤,并能够正确地使用实验仪器,在既定的时间内基本可以独立地完成实验。通过以上各环节着重培养学生在实验方法、实验技能、误差分析和总结报告等方面的能力,以及严谨的科研作风。
大学物理实验课教学是一项集体工作,因此本书的编写凝聚了浙江农林大学物理实验教学中心全体实验老师和实验技术人员的智慧和汗水。本书既是对以往物理实验教学成果的总结,也是未来物理实验教学的新起点。戴朝卿、王悦悦负责本书的组织编写与统稿工作,具体编写分工如下:戴朝卿编写第一、二章及实验一、三、十九、三十六、三十七、三十八;王悦悦编写实验九、十、十一、十三、十五;汪小刚编写第三章及实验十七;陈均朗编写实验四、二十七、二十八、二十九;徐一清编写实验七、二十、二十一、二十二、二十三;周国泉编写第四章及实验八;倪涌舟编写实验十二、三十三、三十四、三十五;储修祥编写实验二;陈亮编写实验二十四、二十五、二十六;郑军编写实验三十、三十一、三十二;樊艳编写实验五、六;张中卫编写实验十八;周益民编写实验十四;余定国编写实验十六。
在编写本书过程中得到了浙江农林大学教务处和理学院领导的大力支持,在此表示衷心的感谢!
由于编者水平有限,加之编写时间仓促,书中难免存在不妥之处,恳请读者批评指正。
第一篇 公共基础平台实验
第一章 绪论
第二章 物理实验的基础知识
第一节 测量和误差
第二节 不确定度和测量结果的表示
第三节 有效数字及其表示
第四节 物理实验中常用的数据处理方法
第三章 物理实验的基本测量方法
第一节 基本实验方法
第二节 误差等作用原则,测量方法、测量仪器和条件的选择
第三节 最有利测量条件的选择
第四章 虚拟仿真实验平台
第一节 仿真实验平台的操作方法
第二节 部分虚拟仿真实验目录
第五章 基础性实验
实验一 力学基本测量实验
实验二 用动态悬挂法测定金属杨氏弹性模量
实验三 液体表面张力系数的测定
实验四 空气比热容比测定
实验五 电学基本测量实验
实验六 电表的改装及校准
实验七 示波器的原理和使用
实验八 光的等厚干涉现象及应用
实验九 分光计的调整和使用
第六章 近代与综合性实验
实验十 迈克耳孙干涉仪的调节和使用
实验十一 传感器的原理与使用
实验十二 环境振动与噪声频谱分析
实验十三 全息照相
实验十四 利用眼镜蛇实验仪研究电容特性
实验十五 密立根油滴实验
实验十六 电子荷质比的测定
实验十七 利用光电效应测定普朗克常数
实验十八 夫兰克一赫兹实验
实验十九 微波基本系统的了解和使用
第七章 设计性实验
实验二十 组装整流器
实验二十一 二极管特性曲线的测量
实验二十二 分压电路与制流电路
实验二十三 黑盒子实验
第二篇 模块化实验
第八章 力学模块物理实验——物体运动的研究
实验二十四 用气垫导轨研究物体的运动
实验二十五 多普勒效应综合实验
实验二十六 用多普勒效应研究物体运动的设计与实现
第九章 热学模块物理实验——温度的测定
实验二十七 电桥法测电阻
实验二十八 用非平衡电桥测铂电阻的温度系数
实验二十九 电子温度计的设计与实现
第十章 电学模块物理实验——示波器的应用
实验三十 RC电路相频特性的研究
实验三十一 RLC串联谐振电路的研究
实验三十二 用示波器测电容
第十一章 光学模块物理实验一——分光计的应用
实验三十三 用最小偏向角法测三棱镜的折射率
实验三十四 用掠入射法测三棱镜折射率
实验三十五 液体折射率测定的设计与实现
第十二章 光学模块物理实验二——光学平台实验
实验三十六 薄凸透镜焦距的测定
实验三十七 用菲涅耳双棱镜测钠光波长
实验三十八 简易望远镜的设计与组装
附录 物理量的单位
参考文献