国家级物理实验教学示范中心系列教材：基础物理实验 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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张文炳，冯辉，周殿清 著

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• 物理实验
• 基础物理
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• 国家级
• 理工科
• 实验指导

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030233462

版次：1

商品编码：10318609

包装：平装

开本：16开

出版时间：2009-01-01

用纸：胶版纸

页数：445

正文语种：中文

内容简介

《基础物理实验》是在总结武汉大学物理实验教学示范中心近十年实验教学改革成果的基础上编写而成的。《基础物理实验》结构紧凑，实验内容丰富，共编入45个基本实验和55个综合、设计性实验，有许多新颖而富有时代感的实验基础知识。书中对实验方法及其原理的叙述力求繁简共容、深入浅出，以利于学生的自主研究式学习。
《基础物理实验》可作为高等学校理工科物理类及非物理类各专业基础物理实验课程的教材或参考书，也可供其他专业和社会读者阅读。

目录

前言
绪论
第1章 测量误差、不确定度及数据处理的基础知识
1.1 测量误差的基本知识
1.2 直接测量结果不确定度的估算
1.3 间接测量结果不确定度的合成
1.4 有效数字及其运算规则
1.5 实验数据处理的一般方法

第2章 力学与热学实验
实验2.1 自由落体运动的研究
实验2.2 气垫导轨上的实验
实验2.3 用三线摆测物体的转动惯量
实验2.4 音叉的受迫振动
实验2.5 玻尔共振实验
实验2.6 用伸长法测钢丝的杨氏模量
实验2.7 声速的测定
实验2.8 用稳态平板法测定不良导体的导热系数
实验2.9 冷却法测量金属的比热容
实验2.10 热电偶温度计的标度
实验2.11 空气密度的测定
实验2.12 液体黏滞系数的测定
实验2.13 测定冰的比熔解热
实验2.14 用拉脱法测液体的表面张力系数
实验2.15 金属线膨胀系数的测量

第3章 电磁学实验
3.0 电磁学实验基本知识
实验3.1 伏安法测晶体二极管特性
实验3.2 直流电桥测电阻
实验3.3 用补偿法测量电压、电流和电阻
实验3.4 静电场的模拟与描绘
实验3.5 RLC串联电路的测量与分析
实验3.6 交流电路中功率和功率因数的测量
实验3.7 交流电桥
实验3.8 交流电路的谐振
实验3.9 示波器的原理及应用
实验3.10 RLC串联电路的稳态特性
实验3.11 RLC电路的暂态特性
实验3.12 用电磁感应法测交变磁场
实验3.13 铁磁物质磁化特性曲线的测定
实验3.14 用磁聚焦法测电子荷质比
实验3.15 霍尔效应

第4章 光学实验
4.0 光学实验基本知识
实验4.1 薄透镜焦距的测定
实验4.2 透镜组基点的测定
实验4.3 分光计的调节和使用
实验4.4 用阿贝折射仪测定物质的折射率
实验4.5 显微镜
实验4.6 用双棱镜测定光波波长
实验4.7 等厚干涉的应用
实验4.8 迈克耳孙干涉仪
实验4.9 单缝衍射的光强分布及缝宽测定
实验4.10 衍射光栅
实验4.11 光偏振现象的研究
实验4.12 全息照相
实验4.13 阿贝成像原理与空间滤波
实验4.14 超声光栅
实验4.15 光电效应

第5章 综合与应用性实验
实验5.1 用动态法测定金属的杨氏模量
实验5.2 多普勒效应综合实验
实验5.3 AD590集成温度传感器性能及应用研究
实验5.4 传感器的原理与应用
实验5.5 非平衡电桥及应用
实验5.6 用示波器测量铁磁材料的磁滞回线
实验5.7 方波电信号的傅里叶分析
实验5.8 用非线性电路研究混沌现象
实验5.9 磁阻传感器和地磁场测量
实验5.10 弗兰克一赫兹实验
实验5.11 密立根油滴实验
实验5.12 法布里一珀罗干涉仪
实验5.13 单色仪及其使用
实验5.14 光源的时间相干性与空间相干性
实验5.15 等色谱及其应用
实验5.16 钕玻璃吸收谱的测定
实验5.17 薄膜厚度的测量
实验5.18 光纤数值孔径和衰减系数的测量
实验5.19 光纤温度传感特性的研究
实验5.20 光纤位移／压力传感特性的研究
实验5.21 像面全息与彩虹全息
实验5.22 全息干涉计量
实验5.23 用光学多道分析器研究氢原子光谱j
实验5.24 用偏光显微镜研究液晶的相变及光学特性
实验5.25 液晶电光效应及应用

第6章 设计性实验
6.0 设计性实验概述
实验6.1 易溶于水的颗粒状物质的密度测定
实验6.2 随机误差的正态分布研究
实验6.3 用气垫导轨研究动量守恒与机械能守恒定律
实验6.4 水中声速的测定
实验6.5 落球法测定液体黏滞系数
实验6.6 音叉受迫振动中数据的微机实时采集与处理
实验6.7 智能导热系数测量仪及应用
实验6.8 简易火灾报警器的电路设计与制作
实验6.9 干涉法测量金属的线膨胀系数
实验6.10 测量给定电阻丝的电阻值和电阻率
实验6.11 用自组电位差计测量甲电池的电动势及内阻
实验6.12 PN结物理特性测定
实验6.13 光敏电阻的特性与光开关的设计
实验6.14 三相电参数的测定
实验6.15 变压器参数及特性测定
实验6.16 电源（电池）的特性研究
实验6.17 霍尔法测磁滞回线
实验6.18 简易万用电表的设计与校准
实验6.19 小功率直流稳压电源的设计与制作
实验6.20 数字电子秤的设计与制作
实验6.21 数字温度计的设计与制作
实验6.22 太阳能电池基本特性测定
实验6.23 温差电现象的研究
实验6.24 内调焦望远镜的组装
实验6.25 光学材料折射率的测定
实验6.26 设计用两种光路测定空气折射率
实验6.27 物质旋光性质的研究
实验6.28 偏振光的定量分析
实验6.29 全息光栅的制作
实验6.30 激光散斑照相法及应用
参考文献

精彩书摘

第1章 测量误差、不确定度及数据处理的基础知识
本章从实验教学的角度出发，主要介绍测量误差和不确定度的基本概念、测量不确定度的估算、实验数据处理等方面的基础知识。这些知识不仅在每个物理实验中都要用到，而且对今后从事科学实验也是必须要了解和掌握的。由于这部分内容涉及面较广，深入的讨论需要有丰富的实践经验和较多的数学知识，因此不能指望通过一两次学习就完全掌握。我们要求实验者首先对提到的问题有初步的了解，以后结合具体实验再仔细阅读有关内容，通过实际运用逐步加以掌握。
误差分析、不确定度计算及数据处理贯串于实验的全过程，它表现在实验前的实验设计与论证，实验进行过程中的控制与监视，实验结束后的数据处理和结果分析。通过本章的学习和今后各个实验中的运用，要求达到：
（1）建立测量误差和不确定度的概念，正确估算不确定度，懂得如何正确、完整地表示测量结果。
（2）了解系统误差对测量结果的影响，学习发现某些系统误差、减小系统误差及削弱其影响的方法。
（3）了解有效数字与不确定度的关系，掌握有效数字的运算规则。
（4）掌握列表法、作图法、逐差法和回归法等数据处理方法。

前言/序言

　　基础物理实验是高校理、工、农、医等各学科专业必修的基础实验课程，是为培养学生的创新能力和实践能力、提高学生的科学素质打下坚实基础的极其重要的教学环节。随着时代的发展，特别是近年来随着物理学在其他学科中的迅速渗透和广泛应用，基础实验的内容日益丰富，要求日益提高。为了适应这种变化，武汉大学国家级物理实验教学示范中心在“激发兴趣、夯实基础、增强能力、探索创新”的教学方针引导下，积极改革实验教学：在课程体系上，打破了力、热、电、光为序排课的旧程式，在基础物理实验中设置三个层次（基本实验、提高型实验、综合与设计性实验），以由低到高分层次递进模式推行基础实验的系统训练；在教学内容上，大力引进新技术、新手段、新成果，开出新实验，使基础实验紧跟时代发展而不断更新；在教学方法上实施“分段开放式”教学，根据三个层次不同的教学要求，由“部分开放”逐步过渡到“全开放”，本教材是总结我们近十年来物理实验教学改革的成果并吸收兄弟院校的成功经验编写而成的。
　　全书共分为6章，第1章讲述测量误差、不确定度及数据处理的基础知识，所涉及的内容以本课程必须掌握的基本要求为主，个别地方略有扩充。在内容处理上，摒弃了传统误差理论中的一些不科学与不确切的内容，以国际权威组织制定的《测量不确定度表示指南》为标准来阐述不确定度的评定，采用高置信概率（约等于或大于0.95）的扩展不确定度U的表现形式，以符合ISO、IEC以及工程技术中广泛应用的情形。第2章到第4章为基本实验（共选编了45个实验），包含了力、热、电、磁、光方面基本的实验内容，可供一、二两个层次教学选择，以加强学生基本实验技能训练，夯实物理实验基础。第5章为综合与应用性实验（共选编了25个实验），其内容涉及相关的综合知识或运用综合的实验方法、实验手段，对学生的知识、能力、素质形成综合的学习与培养。第6章为设计性实验（共选编了30个实验）。这是在学生做了一定数量的基本实验，能对实验方法、仪器使用等方面做出恰当评价后，为了培养学生自主地进行科学实验而设置的。设计性实验只提出研究对象、要求，给予适当的提示，主要让学生自行确定实验方法、选择合适的仪器设备和设计一定的实验程序，自己加以实现并对结果进行分析处理。这样既保证了基本训练，又提高了物理实验的综合性和实用性，促使学生更积极地完成实验，以利于学生的个性发展和创新能力的培养。

《经典力学导论：从牛顿到拉格朗日》 本书聚焦于经典力学的核心概念和数学框架，为物理、工程及相关专业学生提供一套严谨且深入的教材。 本书旨在超越传统教材中对实验现象的简单描述，转而强调力学原理的统一性和数学模型的构建，引导读者理解物理学的深刻结构。 核心内容与结构： 本书结构清晰，共分为五个主要部分，循序渐进地构建起完整的经典力学体系。 第一部分：牛顿力学的再审视与数学基础 本部分首先回顾了伽利略和牛顿时代建立的经典力学基本公设，但着重于从更现代的数学视角来审视这些概念。我们详细讨论了矢量代数、张量基础以及多维空间中的坐标变换，为后续处理更复杂的约束系统做准备。牛顿第二定律被提升到微分方程组的形式，并引入了初始值问题的概念。在运动学部分，我们深入探讨了曲线运动的几何性质，如曲率半径和挠率，并引入了自然坐标系（切线-法线-副方案）在分析一般受力情况下的优势。本章强调了动量、角动量守恒定律的普适性，并将其视为更深层次对称性的体现。 第二部分：振动、波与耦合系统 本部分是系统动力学分析的基石。我们从最简单的单自由度简谐振子（SHM）出发，系统地引入了阻尼与受迫振动的求解方法，包括瞬态解和稳态解的解析处理。随后，内容扩展到双自由度系统，这是理解耦合振动的关键。详细分析了特征方程、特征值和特征向量在确定系统正常模式（Normal Modes）中的核心作用。通过矩阵方法，我们推导出系统能量在不同模式间的转换关系。对于连续介质的描述，本部分引入了一维波动方程，讲解了傅里叶级数与傅里叶变换在描述周期与非周期波形分解中的应用，并讨论了波在不同介质边界处的反射与透射现象。 第三部分：约束系统的分析：达朗贝尔原理与拉格朗日力学 本部分标志着从牛顿力学向更广义力学方法的过渡。我们首先严格定义了约束的类型，区分了完整约束（Holonomic）和非完整约束（Nonholonomic），以及单值约束（Monogenic）和多值约束。随后，达朗贝尔原理被引入，它提供了一种将动力学问题转化为准静态平衡问题的强大工具，为拉格朗日力学的建立奠定了理论基础。 拉格朗日力学是本书的核心。我们详尽地阐述了虚功原理和变分原理。拉格朗日量 $L = T - V$ (动能减去势能) 的构建过程被细致讲解，并推导出著名的欧拉-拉格朗日方程。通过大量实例，包括斜面上的滑块、圆周运动、以及带约束的摆（如球面摆），读者将掌握如何利用坐标无关的标量函数 $L$ 来简化复杂系统的运动方程。本章还包括对循环坐标（或称可微）： 守恒量的直接关联，以及诺特定理的初步介绍。 第四部分：高级分析力学：哈密顿量与泊松括号 本部分深入到分析力学的更抽象层面，为量子力学和统计力学做准备。我们首先通过勒让德变换，从拉格朗日量导出哈密顿量 $H$。哈密顿量在保守系统中的物理意义——即系统的总能量——被清晰阐述。 核心内容是哈密顿正则方程的推导与应用。与欧拉-拉格朗日方程相比，哈密顿正则方程以一阶微分方程组的形式出现，大大提高了求解效率。本章重点讨论了相空间（Phase Space）的概念，并分析了系统轨迹在相空间中的演化。泊松括号被引入作为描述动态变量之间相互作用的代数工具，它深刻揭示了经典力学与量子力学对易关系之间的联系。本部分还将探讨正则变换，特别是辛变换的性质，以及如何通过生成函数寻找系统的守恒量。 第五部分：刚体动力学与经典场论的萌芽 这一部分将理论分析力学应用于宏观系统。在刚体运动部分，我们摒弃了欧拉角带来的坐标奇异性，转而使用转动张量（惯性张量）来描述刚体的惯性属性。详尽推导了欧拉方程，并分析了自由陀螺（如重力作用下的陀螺）的经典运动轨迹。 最后，本书的前瞻性部分简要触及了经典场论的初步概念。我们通过对连续介质（如弹性介质）的微小扰动分析，展示了如何将离散的拉格朗日形式推广到拉格朗日密度的概念。这为后续学习电磁场理论和连续介质力学中的变分原理提供了必要的概念桥梁，强调了力学作为所有物理学基础的统一性。 本书特色： 数学严谨性： 强调从变分原理出发构建力学体系，而非仅仅停留在求解微分方程的层面。 深度与广度兼顾： 平衡了对基础概念（如振动、约束）的细致处理与对高级工具（如哈密顿力学、泊松括号）的深入介绍。 无图示依赖： 本书的教学目标是培养学生独立进行数学建模和符号推导的能力，因此对具体的、引导性的实验图示依赖度极低，侧重于理论的内化。 强调对称性： 贯穿始终地探讨对称性如何导出守恒定律，体现了现代物理学的基本思想。 适用读者： 大学物理学、理论物理学、应用数学、航空航天工程、机械工程等专业的高年级本科生及研究生。本书要求读者具备扎实的微积分、线性代数和基础常微分方程的知识。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，一开始拿到这本书，我心里是有些忐忑的，毕竟“国家级”这几个字自带一种压迫感。但读了之后，我发现我的担心是多余的。这本书的语言风格非常朴实，没有太多华丽的辞藻，但每一个字都恰到好处，能够清晰地传达信息。我印象最深刻的是书中对实验现象的描述，往往能够精准地捕捉到那些微妙的变化，并给出合理的解释，这让我觉得作者不仅懂物理，更懂如何观察物理。在每一个实验的最后，作者还会提出一些思考题，这些问题不像课后习题那样有标准答案，而是引导我们去探索实验的更多可能性，去思考实验的局限性，这是一种非常高级的引导方式，让我觉得自己在主动地学习，而不是被动地接受知识。而且，书中附带的光盘（或者在线资源）中的模拟实验也做得非常逼真，可以让我们在动手之前充分理解实验流程，这对于我们这些实验条件有限的学生来说，简直是太有用了。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的感觉就像一位循循善诱的老师，用耐心和细致引导我一步步深入物理实验的世界。它在内容组织上非常巧妙，没有那种“一上来就很难”的感觉，而是层层递进，从最简单的力学实验开始，逐步过渡到电磁学、光学等更复杂的领域。每个章节都围绕一个核心概念展开，并通过一系列精心设计的实验来帮助读者理解。我特别欣赏书中对实验原理的讲解，它不是简单地给出一个公式，而是从生活中的现象出发，层层剥离，最终导出物理定律，让人感觉物理学并非高高在上，而是触手可及。书中的图示也非常精美，不仅清晰地展示了实验装置，还用箭头和标注说明了关键步骤和测量点，大大降低了理解门槛。此外，书中还融入了一些历史故事和科学家的趣闻，让原本可能枯燥的实验过程变得生动有趣，我常常在阅读中被那些伟大的发现和不懈的探索精神所打动，这让我对学习物理实验产生了前所未有的热情。

评分☆☆☆☆☆

这本书带给我的，是一种潜移默化的影响。它不是那种让你读完就“懂了”的书，而是一种能够改变你思考方式的书。在阅读过程中，我逐渐发现，物理实验不仅仅是为了验证一个公式，更重要的是它提供了一种探索未知、认识世界的方法。书中对每一个实验的“目的”和“意义”的阐述都非常到位，让我能够理解为什么要去做这个实验，以及这个实验在整个物理学体系中扮演着怎样的角色。而且，书中对实验器材的介绍也十分细致，不仅包括了名称和基本功能，还提到了它们的优缺点以及适用范围，这对于我们将来选购或使用仪器非常有参考价值。最让我觉得受益匪浅的是，书中强调了“创新”和“拓展”的重要性，它鼓励我们不要拘泥于书本上的内容，而是要敢于提出自己的想法，进行自己的设计。这种开放性的思维方式，对于培养一个真正的科研人才至关重要。

评分☆☆☆☆☆

作为一本国家级教材，这本书在专业性和深度上无疑是毋庸置疑的，但它最让我感到惊喜的是其“接地气”的风格。作者似乎深谙我们这些学生在实验中遇到的实际困难，并针对性地提供了解决方案。例如，在涉及精密测量的实验中，书中不仅提供了标准的测量方法，还详细讲解了如何利用一些简单的辅助工具来提高测量精度，这些方法在其他教材中是鲜少提及的。我尤其喜欢书中关于数据处理的章节，它不仅仅是介绍一些统计学方法，更重要的是教会我们如何批判性地看待实验数据，如何从数据中提取有用的信息，以及如何合理地解释实验结果，避免出现“想当然”的结论。书中还穿插了一些“注意事项”和“常见误区”，这些都是作者多年教学经验的结晶，对于避免我们在实验中走弯路非常有帮助。总而言之，这本书不仅仅是一本实验操作手册，更是一本帮助我们建立科学思维和解决实际问题的指导书。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直就是物理实验领域的“宝藏”，翻开第一页就仿佛置身于一个充满奇思妙想的实验室。它的内容详实，不仅涵盖了基础物理的经典实验，更在每一个实验的设计上都力求精益求精。比如，在光学章节，作者不仅仅是展示了透镜成像的原理，还深入浅出地讲解了各种光学器件的实际应用，甚至还穿插了一些现代光学的前沿知识，让人大开眼界。我尤其喜欢它对实验误差分析的处理方式，不再是干巴巴的公式堆砌，而是结合了大量的实例，用通俗易懂的语言解释了各种误差的来源、判断方法以及如何减小误差，这对于我这样基础薄弱的学生来说，简直是雪中送炭。而且，书中对实验仪器的选择和使用也有详细的指导，配以清晰的插图，即使是对实验仪器不太熟悉的初学者也能迅速上手。最令人惊喜的是，书中还提供了一些拓展性实验，鼓励我们进行自主设计和探究，这极大地激发了我对物理实验的兴趣，让我不再满足于仅仅完成老师布置的任务，而是开始思考“为什么”和“如何做得更好”。