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《物理量测量》根据《高等工业学校物理实验课程教学基本要求》编写而成,立意
新颖,突出物理量的测量。《物理量测量》分章节介绍了测量的不确定度与数据处理,
力学量、热学量与波动特征量测量,电磁学量测量,光学量测量,近代物理与
综合性实验,设计性实验;书末附表还给出了常用物理量表。《物理量测量》列出的不
同层次的实验,内容比较全面,强调学生基本测量技能的培养和科学观念、
科学行为的养成教育。 物理量测量(第四版)_袁长坤_科学出版社_

第四版前言
第三版前言
第二版前言
**版前言
绪论1
**章测量的不确定度与数据处理5
1.1测量?测量误差与误差处理5
1.2测量的不确定度9
1.3数据处理12
第二章力学量?热学量与波动特征量测量19
2.0力学?热学量测量基本知识19
2.0.1长度的测量19
2.0.2质量的测量20
2.0.3时间的测量21
2.0.4温度的测量21
2.1密度测量22
2.1.1游标卡尺?螺旋测微计与天平的使用22
2.1.2液体与不规则物体密度的测量29
2.2气垫导轨的应用30
2.2.1验证动量守恒定律31
2.2.2简谐振动规律研究37
2.2.3验证牛顿第二定律40
2.3惯性质量测量43
2.4重力加速度测量46
2.4.1自由落体法测重力加速度46
2.4.2单摆法测重力加速度50
2.4.3复摆法测重力加速度51
2.5转动惯量测量54
2.5.1扭摆法测物体的转动惯量54
2.5.2转动惯量仪的使用59
2.6杨氏模量测量63
2.6.1拉伸法测量杨氏模量63
2.6.2梁弯曲法测量杨氏模量68
2.7用焦利秤测量液体表面张力系数72
2.8空气绝热指数测量76
2.9不良导体的导热系数测量79
2.10比热容测量83
2.11金属线膨胀系数测量86
2.12冰的熔解热测量89
2.13机械波波长测量93
第三章电磁学量测量96
3.0电磁学量测量基本知识96
3.1电表使用101
3.1.1电表改装与校正101
3.1.2制流电路与分压电路106
3.2静电场测绘110
3.3电阻测量115
3.3.1惠斯通电桥测电阻116
3.3.2双臂电桥测电阻120
3.4电动势测量124
3.4.1电势差计测量温差电动势124
3.4.2板式电势差计测电池电动势132
3.5示波器原理与使用137
3.6非线性元件伏安特性曲线测绘145
3.7PN结温度传感器研究148
3.8热敏电阻特性与温度系数测量154
3.9霍尔效应及应用157
3.9.1霍尔元件基本参数测量157
3.9.2霍尔元件测量磁感应强度164
3.10霍尔效应法测量亥姆霍兹线圈磁场170
3.11磁滞回线和磁化曲线测绘177
3.12电子比荷测量184
第四章光学量测量193
4.0光学量测量基本知识193
4.1两次成像法测量凸透镜焦距195
4.2读数显微镜的调节与使用199
4.2.1牛顿环法测量透镜曲率半径200
4.2.2劈尖干涉测微小直径或厚度203
4.3分光计的调整与使用205
4.4单色光波长测量211
4.4.1单缝衍射211
4.4.2光栅衍射214
4.4.3迈克耳孙干涉仪测量He-Ne激光波长218
4.5透明材料折射率测量222
4.6旋光物质溶液浓度测量228
4.7光强分布的测量233
4.8椭圆偏振消光法测薄膜厚度及折射率237
第五章近代物理与综合性实验243
5.0近代物理与综合性实验基本知识243
5.1电子电量测量243
5.2爱因斯坦方程验证及普朗克常量测量250
5.3金属电子逸出功的测量256
5.4原子能级与激发电势测量262
5.5德布罗意波长及普朗克常量测量268
5.6波的傅里叶分解与合成273
5.7全息照相278
5.8动态悬挂法?支撑法测量杨氏模量284
5.9智能法测刚体转动惯量289
5.10气体流速测量296
5.11声速测量303
5.12玻尔共振仪使用与相差测量307
5.13准稳态法测量导热系数和比热314
5.14霍尔效应的研究及磁场强度测量322
第六章设计性实验330
6.0设计及创新应用性试验概述330
6.1固体密度测量330
6.2气轨斜面上测滑块的瞬时速度331
6.3用硅压阻式力敏传感器测量液体的表面张力系数331
6.4霍尔元件传感器测量杨氏模量336
6.5感应式落球法测量液体黏度系数342
6.6用千分表法测金属线膨胀系数348
6.7用悬丝耦合弯曲共振法测金属材料杨氏模量352
6.8声速综合实验测量358
6.9单臂电桥法测微安表内阻3S5
6.10电表的设计3S5
6.11测定电流计内阻尺;和电流计灵敏度S374
6.12研究热敏电阻的温度特性374
6.13电子和场设计375
6.14理想二极管非线性伏安特性及电子比荷测量388
6.15太阳能电池测量392
6.10温度传感器特性测量和温度计设计400
6.17自组迈克耳孙干涉仪——空气折射率测量408
6.18光电设计及创新应用性实验411
6.18.1光照度计测量光照度411
6.18.2光功率计测量光照度415
6.18.3PSD位移测量417
6.18.4光电转速里程测量420
6.18.5光电传感器的特性测量424
6.19光电探测综合实验427
6.19.1光敏电阻特性测试427
6.19.2光电二极管特性测试434
6.19.3光电三极管特性测试440
6.20光纤压力传感器测压力444
6.21菲捏耳双棱镜干涉44S
6.22杨氏双缝干涉447
6.23劳埃德镜干涉448
6.24夫琅禾费圆孔衍射449
6.25菲捏耳单缝衍射450
6.20光栅衍射451
附表453
附表1基本物理常数?常量表453
附表2在海平面上不同纬度处的重力加速度454
附表320°C时某些金属的弹性模量454
附表4水的表面张力与温度的关系455
附表5液体的比热容455
附表6固体的比热容455
附表7固体的线膨胀系数456
附表8水的沸点随压强变化的参考值456
附表9不同温度下干燥空气中的声速457
附表10某些金属合金的电阻率及其温度系数458
附表11几种标准温差电偶458
附表12铜-康铜热电偶分度表458
附表13常用光源的谱线波长459
附表14几种常用激光器的主要谱线波长460
附表15常温下某些物质相对于空气的折射率460
附表16—毫米厚石英片的旋光率460
附表17光在有机物中偏振面的旋转460
附表18常用材料的导热系数461
附表19Cu-50铜电阻的电阻-温度特性461
附表20蓖麻油黏度系数462
参考文献463

绪论
认识源于实践,又要得到实践的检验.科学实验是实践的重要形式之一,自然规律的认识与应用,无不与实验息息相关,在科学研究和生产活动中,有着十分重要的作用.随着教学改革的深入,作为一门独立的实验课程,大学物理实验不再仅仅是对物理理论的简单应用和机械重复,而应当承担起对学生进行科学实验基础训练的功能.鉴于此,使学生掌握基本科学仪器的使用方法和常规物理量的测量方法,成为这种基础训练的重中之重,这也是开设“物理量测量”课程的目的所在.通过本课程的学习,为今后更高层次的科学实验研究打下牢固的基础,以适应21世纪“面向现代化,面向未来”的人才培养要求.
1.“物理量测量”课程目的
通过对物理现象的观察和分析,阅读教材和相关资料,概括出具体物理量测量的原理与方法,正确使用仪器,科学测量,同时记录和处理数据,分析测量结果并撰写实验报告.对一些不太复杂的物理量,能够自行设计测量方法并完成测量.同时注意培养实事求是的科学态度和严谨的工作作风,以及遵守纪律、团结协作、爱护公物的优良品质.
2.主要教学环节
为达到课程开设目的,基本程序大致有三个重要环节.
1)课前预习
课前应根据网上预约的课程项目,认真阅读教材,必要时应查阅相关资料,明确本次课的测量目的,基本弄懂所用的原理方法,在此基础之上,弄清楚要观察哪些现象,测量哪些数据,是直接测量还是间接测量.全面了解之后,写出预习报告,内容包括:基本原理的文字概述、画出原理图、列出理论公式、拟定数据记录表格.
2)课堂测量
学生进入实验室之后,应遵守实验室规则,在教师指导下,进一步明确测量的目的、仪器的使用方法及注意事项,认真操作,仔细观察,积极思考,细心记录.实验结束时,将测量数据交教师审阅签字后,方可离开实验室.
3)课后总结
课后及时对测量数据进行处理,数据处理包括计算、作图、误差分析等方面.数据处理后给出实验结果,撰写出实验报告,要求字迹工整、文理通顺、图表合理、结论明确、格式规范.实验报告内容包括:
(1)实验名称(同时注明实验者姓名、实验日期).
(2)实验目的.
(3)实验原理.概述本次测量所依据理论,附带必要的公式、原理图.
(4)实验步骤.根据实际操作过程,条理分明地概括说明测量主要程序及注意事项.
(5)数据处理.记录测量数据,完成数据计算、曲线图绘制、误差分析.
3.物理实验课学生须知
(1)大学物理实验课开课学期为每级学生的第二学期和第三学期上课.学生预约时要观察网上的每个实验项目规定的学时数,在每学期的**至二周内一次性预约完本学期规定的实验学时数(实验项目数X学时数).学生根据预约实验项目按时上课,可自己设计创新研究项目.
(2)“清明节”、“劳动节”、“端午节”、“国庆节”、“中秋节”、“元旦”节日休息时间,请不要预约实验项目.
(3)学生要掌握本学期上理论课的时间,确定理论课与实验课时间不冲突的前提下预约实验项目.选课路径:教务处一实验教学网络管理系统一大学物理实验**.初始密码为123456:你**次登陆后必须修改初始密码,并记牢你修改的新密码.要记录下你预约的每个实验项目、实验室编号、时间代码(例第09周、星期3、第56节上课,时间代码为09356).
(4)实验前必须预习实验讲义,写出预习报告,实验报告上的内容要准确填写,到实验室上课签名时再填写实验序号,没有写预习报告者一律不准做实验,请与老师商定另做实验的时间.
(5)如果预约的实验项目不能按时上课,请在每周四以前在网上撤销该实验项目重新预约,或者提前持请假条向任课教师请假,另商定上课时间.
(6)学生上实验课必须随身携带有照片的有效证件,已方便老师对教学查询及教学问题的处理.
(7)禁止让他人网上替代预约实验项目,以防出错.不准学生替做实验,替做和被替做的学生本学期成绩为零分,出现的不良后果学生本人自负.
(8)学生上实验课时不准开通信工具,不准随便出入实验室,有事向老师请假!
(9)实验结束后两天内将实验报告投到任课教师的实验报告箱内,交实验报告时请不要投错实验报告箱,以防实验报告丢失.
(10)第17周四至18周二为成绩公示时间,学生可网上查询本学期的实验成绩,成绩有误者请本周及时找任课教师查询.
(11)上大学物理实验课时!如遇到其他事宜,请直接到大学物理实验**(15-445室)网络管理**处咨询.
(12)物理实验室分布在15号教学楼北区:三层实验室、四层实验室、五层实验室.
(13)物理实验网址:http://210.44.176.104/wuli.
4.物理实验成绩评分细则
为使学生的实验成绩公平、公正、合理的原则,对学生的每个实验项目要有统一的综合评价,评价学生的实验成绩由三部分组成:实验课前预习分、课堂实验综合考察分和实验测试报告分.为使所有实验项目评分尽量达到统一的标准要求,特制定如下评分细则:
1)实验预习分(0分)
(1)实验报告上的内容填写要完整(实验名称、姓名、时间代码、实验序号、级班、仪器与用具等).
(2)实验目的.
(3)实验原理及原图.
(4)操作步骤.
(5)画出数据记录表格.
(6)书写工整,表达完整.
2)实验课堂综合考察分30分)
(1)进入实验室要签名,按实验序号对号入座.
(2)迟到超过八分钟本次实验取消.
(3)入座后检查仪器的器件数量是否缺少、开关、旋钮是否正常.
(4)认真听老师讲解,不明白的地方举手提问.
(5)熟悉仪器各项功能,正确连接线路,掌握仪器的正确操作功能.
(6)按正确的实验步骤逐项进行操作.
(7)实验数据采取实事求是,数据用钢笔、圆珠笔填入数据表格中,抄袭别组实验数据为零分.
(8)实验结束后,将仪器、物品清点好,凳子放回原处.
(9)要保持室内良好的环境卫生.
3)实验报告分40分)
(1)实验原理能用创新的理论知识阐述,做到简明扼要.
(2)实验过程能补充新的实验步骤和测量技巧.
(3)采取数据准确、能估读到仪器*佳有效数字的位数.
(4)实验数据采取量要大(不少于五组).
(5)数据处理要计算全过程(只写公式及结果零分).
(6)根据实验数据仔细作图.
(7)对不同的实验要采取正确的误差处理方法(按教材及教师要求).
(8)对实验结果要进行分析(简要用文字说明).
(9)回答课后思考题.
(10)按时交实验报告.
(1)不交实验报告者实验报告分记零分.
4)无故旷课补做实验者满分(60%分).旷课一周内有任课教师按学生旷课原因解决,一周外由实验室正、副主任按学生旷课原因解决.
各位任课教师认真掌握评分细则,在报告中打出批改标记(对号"、错号X、扣掉分标记),批改日期.上述三项成绩之和为每一个实验项目的总成绩.
**章测量的不确定度与数据处理
1.1测量、测量误差与误差处理
1.测量与测量误差
自然科学的发展过程是通过对客观世界的观察研究,发现现象,找出物质运动规律,并作出正确解释的过程.为了更准确地分析事物,测量物理量的大小是必不可少的,因此要借助于实验的方法来测量数据.物理量须有一个标准单位来与之比较方能知道其大小.被测物理量与所选的标准单位进行比较,得到的倍数即为测量值.例如长度选择米(m)为标准单位(它是光在真空中1/299792458S传播的距离).显然,测量值的大小与所选用单位有关.因此,表示一个物理量的测量值时必须包括数值和单位.
1)直接测量与间接测量
测量分为两类,直接测量和间接测量.
直接测量是用能直接读出被测值的仪器进行测量的方法,相应测量值称为直接测量值.例如用米尺测物体的长度,用天平测物体的质量,用电流表测量电路中的电流强度等都是直接测量.
实际测量中,很多物理量是没有专门仪器来直接测量的.通常的方法是先用直接测量的方法测出几个物理量,然后代入公式计算得到所需物理量,这种方法称为间接测量.例如用单摆测量重力加速度时,先测出摆长"和周期了,然后代入公式
,得到当地的重力加速度.实际接触到的测量,大部分属于间接测量.
2)等精度测量和不等精度测量
对某一物理量进行多次测量时,如果测量条件保持不变(同一的测量者、仪器、方法及相同的外部环境),是无法判断测量精度有何差异的,即无法判断某一次测量比另一次测量是否更准确,那么只能认为每次测量的精度是同等级别的,这样进行的重复测量称为等精度测量.如果测量条件中,一个或几个发生了变化,这时所进行的测量就称为不等精度测量.实际测量中应尽量保持为等精度测量.
3)测量误差
在一定条件下,任何待测物理量都是客观存在的,不依人的意志为转移的确定量值,称为真值.测量过程中,测量仪器不可能是尽善尽美的,测量所依据的理论公式所要求的条件也是无法**保证的,再加上测量技术、环境条件等各种因素的限制,测量不可能是无限**的,测量结果与客观存在的真值之间都有一定的差异,我们把测量结果与真值之间的差值叫做测量误差.测量误差反映了测量结果的准确程度,可用**误差表示,也可以用相对误差(E)表示
**误差=测量结果一被测量的真值
相对误差=**误差/被测量的真值×****
式中,**误差表示测量结果偏离真值的大小与方向,即表示某一次测量结果的优劣;相对误差则可以比较不同测量结果的优劣度.
2.误差分类
误差按其性质和产生原因可分为系统误差和随机误差.
1)系统误差
系统误差总是使测量结果向一个方向偏离,其数值是一定的或以可预知的方式变化的.它来源于仪器本身的缺陷(仪器误差),如仪器的零点不准,球面镜各处的曲率不一样;或来源于理论公式和测量方法的近似性(理论误差或方法误差),如用伏安法测电阻时没考虑电表内阻,单摆测重力加速度时忽略了空气阻力;或来源于测量者个人习惯性误差(个人误差),如计时时,有人反应快、有人反应慢等.
系统误差有时是定值,如游标卡尺的零点不准;有些是积累性的,如在较高温度下用钢制米尺进行测量,其指标值小于真值,误差随待测长度成正比增加;还有些是周期性变化的,如分光计的转动**轴与刻度**不重合而造成的偏心差,在不同的位置有不同的数值,按一定规律变化,但在某一定位置,其误差又是定值.
可见,系统误差的出现是有规律的,或全部结果都大于真值,或全部结果都小于真值,增加测量次数并不能减小这种误差的影响.消除和纠正系统误差的方法是对仪器进行校正,修正实验方法,或者在计算公式中引入修正项,以消除某些因素对实验结果的影响.本课程只要求初步建立系统误差的概念,并在某些实验中学习消除系统误差的方法.
2)随机误差
测量时,由于测量者的感官有一定限制,如估读仪器读数时*后一位不准;或由于周围环境条件变化,如测量中气流扰动或温度起伏;或由于测量对象本身有统计的涨落,如一定温度下以一定速度运动的分子数目是个有涨落的统计量;或由于其他一些不可预测的随机因素造成的干扰等,都会引起测量误差.这些由于随机的或不确定的因素所引起的每一次测量值无规律的涨落而造成的误差,称为随机误差,也叫偶然误差.

《物理量测量》可作为高等工业学校各专业本、专科及理科类学生的物理实验教
材,也可供成人教育学院、函授大学和职工大学选用或参考。