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本书是首都师范大学物理实验教学中心多年教学改革成果之一。书中内容包括预备实验、深入浅出的普通实验、综合设计实验和探究实验，其中部分实验附有介绍实验学史等内容的阅读资料，可以使学生了解相关实验的发展史、研究思路和最新研究成果，在有梯度地培养学生的基础实验能力和综合应用能力的同时，加强学生的学习兴趣；书中也给出了教学演示仪器制作、光电应用、计算机应用和传感器等多样化的探究实验内容，有益于提高学生的实践能力和初步科研能力。

第一章  绪论	（1）
第一节  物理实验的重要性和课程要求	（1）
第二节  测量误差和不确定度	（6）
第三节  其他常用数据处理方法	（10）
第四节  电学实验基础知识	（14）
第二章  基础实验	（20）
第一节  预备实验	（20）
实验一  长度的测量	（20）
实验二  单摆测重力加速度	（25）
实验三  万用表的使用	（29）
第二节  普通基础实验	（34）
实验一  惯性秤	（34）
实验二  物质密度的测定	（41）
实验三  基于气垫导轨验证牛顿第二定律	（46）
实验四  弹性（杨氏）模量的测定（伸长法）	（52）
实验五  弦振动的研究	（58）
实验六  用波尔共振仪研究振动现象	（64）
实验七  测定冰的熔解热	（71）
实验八  伏安法测二极管的特性	（76）
实验九  惠斯通电桥测电阻	（79）
实验十  数字万用表的工作原理和使用	（84）
实验十一  半导体热敏电阻温度特性的研究	（93）
实验十二  霍尔效应及其应用	（96）
实验十三  磁电阻效应	（103）
实验十四  巨磁电阻效应	（108）
实验十五  低电阻的测量	（114）
实验十六  交流电桥	（120）
实验十七  电子束的偏转和聚焦	（125）
实验十八  示波器的使用	（134）
实验十九  空气中超声波声速的测量	（140）
实验二十  RLC串联电路的暂态过程研究	（147）
实验二十一  薄透镜焦距的测定	（158）
实验二十二　分光计的调节及棱镜折射率的测定	（166）
实验二十三  生物显微镜	（175）
实验二十四  牛顿环与劈尖干涉	（186）
实验二十五　用透射光栅测量光波波长	（193）
实验二十六  迈克耳孙干涉仪的调节和使用	（199）
实验二十七  全息照相	（207）
实验二十八  彩虹全息	（214）
实验二十九  偏振现象的观察与分析	（217）
实验三十  微波的布拉格衍射	（224）
第三章  综合设计实验	（230）
实验一  金属线膨胀系数的测量	（230）
实验二  双光栅测量微弱振动位移量	（234）
实验三  PN结的物理特性及其参数的测定	（240）
实验四  示波器黑盒子	（243）
实验五  液体折射率的测定	（244）
实验六  阿贝成像原理和空间滤波	（251）
实验七  硅光电池的性能研究	（261）
实验八  金属电子逸出功的测定	（265）
实验九  密立根油滴实验	（271）
实验十  弗兰克-赫兹实验	（277）
实验十一  利用虚拟仪器技术测量元件的伏安特性	（283）
第四章  探究实验	（290）
第一节  演示仪器的制作	（290）
实验一  手机投影仪的制作	（290）
实验二  全息投影成像实验装置的制作	（291）
实验三  飞机机翼升力实验仪制作	（292）
实验四  开尔文滴水起电机的制作	（294）
实验五  电磁炮	（295）
实验六  超远程遥控炸弹	（297）
第二节  综合应用	（299）
实验一  悬浮在空中的乒乓球	（299）
实验二  水波特性研究	（300）
实验三  斯特林热机的制作及其性能研究	（301）
实验四  霍尔器件的特性及应用	（302）
实验五  基于虚拟仪器的温度传感器性能测试系统的设计	（304）
实验六  烹饪机器人	（305）
第三节  光电应用	（307）
实验一  He-Ne激光器的模式测量与分析	（307）
实验二  基于光纤的视频信号双向传输	（308）
实验三  基于全光纤马赫-曾德尔干涉仪的性能研究	（310）
实验四  混合物的太赫兹/远红外光谱分析与识别	（311）
实验五  太赫兹远红外光谱对于药物分子的探测和分析	（312）
实验六  基于光电导航的智能移动测量小车	（313）
第四节  计算机应用	（315）
专题1  计算机系统性能的优化与整合	（315）
实验一  CPU超频特性研究	（316）
实验二  显卡超频、内存超频、主板超频和硬盘提速	（318）
实验三  计算机软件系统的优化与整合	（320）
专题2  声音的音质测定与音响设备改装专题	（322）
实验一  音质测试平台的搭建	（322）
实验二  声音在传输过程中的失真研究	（324）
实验三  音箱的制作与改装	（325）

前    言
普通物理实验是学生进入大学以后接触的第一门实验课，是学生进入大学后接受系统实验方法和实验技能训练的开端。它是一门基础、综合设计和应用性的实验课。它与物理理论课程有着紧密的联系，但又是一门独立的课程。它不仅给学生以严格的实验基础训练，还要使学生受到具有综合和设计实验能力的训练，以及实践应用和初步研究能力的训练。这本教材，是作者近10年来进行多次教学改革和课程建设积累的成果。
在教学改革中，我们强调了加强基础。当然，随着物理学和现代科学技术的发展，“基础”的内涵也在发生改变，过去的一些旧的测量技术和手段，例如光电检流计和电位差计，虽然有很好的设计思想，但是由于使用方法烦琐，早已被新的技术取代，因而教学中应予以删除。而像微波布拉格衍射、弗兰克-赫兹实验和核磁共振实验这些原本属于近代物理实验的题目，有的由于其方法简单，难度小，有的则由于其概念已被人们广泛接受，因而充实到普通物理实验中也是适宜的。
在教学改革中，也加强了综合性、设计性实验。过去的普通物理实验主要分为力热、电磁和光学几部分，现在很多实验采用了传感器，从方法和内容上具有一定的综合性，例如用光拍法测物体振动的微小位移，这一实验本身是力学实验，用到了光拍的方法，利用示波器显示振动波形，而弗兰克-赫兹实验中则用计算机采集和处理数据等。另外还安排了一定比例的设计性实验，利用现有的仪器，学生可以做一些更接近实际应用的题目。此外，在介绍实验内容上，通过所给资料和思考题，引导学生学习建立与实验方法和测试相关的思路，使学生的综合设计能力得到提高，有利于培养学生解决实际问题的能力。
在教学改革中，注意突出一个“新”字：实验的内容和思路力求新一些，例如增加了硅光电池特性和巨磁效应的测量及应用等新内容的实验，开阔了学生的眼界；所用的仪器的设计思想力求新一些，例如开设了数字万用表的设计性实验，用虚拟仪器代替传统的测试方法等，加深了学生对现代化测量仪器的认识和理解；实验的方法和技术力求新一些，例如在测量金属的线胀系数时使用了光的干涉法，这些新的实验方法和技术，使学生加深对新方法和新技术的了解，使他们学会用实验手段研究和解决问题，为将来在工作中接受和应用新技术打下基础。
另一方面，还考虑到要从现实出发，师范院校的一些毕业生要到边远地区工作，那里的实验条件比较落后，实验器材比较陈旧，先进实验器材的使用要掌握，传统的、经典的实验装置也要会用。因此本书也收入了一些如伏安法测二极管的特性等使用传统仪器的实验。一些传统的、经典的实验，只要我们赋予它新的意义，也是具有生命力的。例如，电子束线的聚焦和偏转的实验，看起来就是一个普通的验证性实验，它除了出现在大多数示波器的示波管中，还与电子发现这一历史事件有关，它提供了电子荷质比测量的一种方法。
现在的普通物理实验中，有迈克耳孙干涉仪、全息照相、微波布拉格衍射和弗兰克-赫兹实验等获得诺贝尔奖的著名实验；也有惠斯通电桥、霍尔效应、分光计的调整和用透射光栅测定光波波长等经典实验。体会了这些实验的巧妙构思，学生也往往会对这些著名物理学家的研究思路、创新过程感兴趣。为此，本书在重点介绍各个实验的原理、内容的同时，还扼要介绍了这些实验的背景，如迈克耳孙如何在研究以太漂移过程中，在贾民干涉仪的基础上发明了他的干涉仪；伽伯怎样在研究提高电子显微镜的分辨率时提出了相干成像原理；以及惠斯通如何自学成才，研究出电桥法测电阻；夫琅禾费怎样从一个学徒工成为卓越的光学家，研制出最早的分光计和实用的光栅等。希望这部分内容可以起到激励学生的创新意识、启迪学生创新思路的作用。
探究实验是为大学三年级以上的学生开设的实验选修课。通过这一教学形式，不仅可以充分利用闲置的仪器，提高实验中心仪器的利用率，为实验中心开发充足的实验教学内容；可以调动学生学习的积极性和主动性，提高综合应用所学知识处理和解决科学问题的能力；而且可以活跃教师和实验员进行教学和实验研究的气氛。探究实验是对常规教育方式的良好补充，同时也为研究这种新的教学模式构建了实践平台。
人非生而知之，学习总要有一个过程。人的能力也是有差异的，常听到一些同学说，自己比别的同学笨，因此实验做得也慢。这里，我们想用著名物理学家霍尔（Edwin Herbert Hall，1855—1938）的一段话与大家共勉：“在我所有致力于科学的努力中，在一些方面遇到了明显的障碍，动手不熟练，理解问题缓慢。另一方面，我能够坚持不懈，喜欢用我不紧不慢的方式与困难、问题拼搏；我获得的所有成功都可以归结为这两个特点。”霍尔不认为自己有聪明过人的才智，相反认为自己“理解问题缓慢”，“动手不熟练”，但是这没有阻碍他进行研究，由于他坚持一步一步地解决困难、问题，总是能够战胜困难取得成功。这对我们也是一个很好的启发，不可能每个人都那么才思敏捷，但是只要坚持努力，克服困难，深入钻研问题，就能够取得成功。
本书第一、第二和第三章由刘维、董巧燕、施宇蕾、刘战存、刘丽峰、张波、王福合、左剑、尹晓冬和张盛博编写；第四章由易向东、闫海涛、苏波、刘维、施宇蕾、左剑、张盛博、孙文峰和何敬锁编写。
在教学改革中，我们曾到北京大学、清华大学、北京交通大学、复旦大学、同济大学等院校参观学习，得到过许多专家的指导，受到很多启发，获益匪浅，开阔了我们的眼界，为我们编写这本教材拓宽了思路，在此我们向这些专家表示真挚的谢意。教学改革以来，将近十届同学在实验教学中对所用教材和教学内容提出了宝贵的意见和建议，促成了这本教材的编写，我们也向他们表示衷心的感谢。

无

刘维，首都师范大学物理系副教授。组织和完成多个教改项目和科研基金项目，多次被评为优秀主讲教师，在国内外权威杂志和会议上发表10余篇论文。

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