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第1章 实验方法及作用1

1.1 什么是实验方法1

1.2 实验方法的一般性作用1

1.2.1 实验方法能检验理论的真理1

1.2.2 实验方法是获取第一手科研资料重要的和有力的手段2

1.2.3 实验方法是探索自然奥秘的必由之路2

1.2.4 实验方法能够推动自然科学的发展3

1.3 实验方法在科研中的特殊作用3

1.3.1 可以选取典型材料进行实验和研究3

1.3.2 实验方法可以简化和纯化研究对象3

1.3.3 实验方法具有定向强化研究对象的作用4

1.3.4 实验方法具有加速和延缓研究对象的作用5

1.3.5 实验方法具有模拟研究对象的作用5

1.4 物理实验在物理学发展中的作用5

1.4.1 物理实验方法的兴起5

1.4.2 物理实验在物理学发展中的作用7

1.5 物理实验方法的发展11

1.5.1 物理实验方法需要去搜索更大和更小11

1.5.2 物理实验方法是集体的综合事业12

1.5.3 物理实验方法是各学科的结合、渗透和应用12

参考文献13

第2章 物理实验中的测量方法14

2.1 比较法14

2.1.1 直接比较法14

2.1.2 间接比较法15

2.2 放大法18

2.2.1 累积放大法18

2.2.2 机械放大法19

2.2.3 电子放大法20

2.2.4 光学放大法20

2.3 模拟法21

2.3.1 物理模拟法21

2.3.2 数学模拟法22

2.4 干涉法22

2.5 示踪法23

2.6 量纲分析法23

2.7 转换测量法24

2.7.1 寻求物理量之间的相互关系25

2.7.2 传感器转换法27

参考文献28

第3章 实验误差分析与数据处理29

3.1 测量及其误差29

3.1.1 量、测量和单位29

3.1.2 测量及误差29

3.2 误差处理32

3.2.1 系统误差的修正和消减32

3.2.2 测量结果的最佳值与随机误差的估算35

3.3 测量不确定度和测量结果的表述41

3.3.1 测量不确定度的基本概念41

3.3.2 直接测量的不确定度估计和结果的表述42

3.3.3 间接测量的不确定度合成和结果的表述43

3.4 有效数字及其表示47

3.4.1 有效数字的一般概念47

3.4.2 确定测量结果的有效数字的方法47

3.4.3 数字截尾的舍入规则48

3.4.4 数值的科学表达形式48

3.4.5 有效数字运算规则48

3.5 数据处理常用方法50

3.5.1 列表法50

3.5.2 图示法和图解法51

3.5.3 逐差法56

3.5.4 最小二乘法和线性拟合57

3.6 用Excel软件处理物理实验数据59

3.6.1 启动Excel60

3.6.2 工作表、工作簿、单元格、区域60

3.6.3 工作表中内容的输入60

3.6.4 引用62

3.6.5 图表功能64

3.6.6 利用回归分析工具处理数据65

附录 中华人民共和国法定计量单位［9］70

参考文献72

第4章 物理实验设计的基本原则和方法73

4.1 实验方法的选择与设计73

4.2 测量方法的选择与设计73

4.3 测量仪器的选配74

4.3.1 确定不确定度分配方案75

4.3.2 测量器具的选择75

4.3.3 不确定度的绝对值合成法76

4.4 测量条件的选择78

4.5 设计实验举例79

参考文献80

第5章 创新的方法81

5.1 技术创新的基本过程81

5.1.1 技术创新过程的线性模型81

5.1.2 技术创新过程的复变模型82

5.1.3 技术创新过程与一般工程技术过程84

5.2 创新的目标及其来源84

5.2.1 目标来自需求84

5.2.2 来源之一：幻想与愿望86

5.2.3 来源之二：解决问题89

5.2.4 来源之三：消除缺点91

5.2.5 来源之四：增进功能93

5.2.6 来源之五：降低成本94

5.3 创新构思的技巧96

5.3.1 创新任务的表述与思路96

5.3.2 观察、分析与联想97

5.3.3 活用科学技术原理100

5.3.4 组合法102

5.3.5 变化法107

5.3.6 转换观察问题的角度111

5.3.7 转用法113

5.3.8 类比法114

参考文献116

第6章 物理实验教具的制作117

6.1 自制物理实验教具的意义117

6.2 制作教具的几个基本问题118

6.2.1 教具制作的基本要求118

6.2.2 怎样设计自制教具119

6.2.3 教具制作材料来源119

6.3 金属加工技术120

6.3.1 锯削120

6.3.2 锉削125

6.3.3 剪切130

6.3.4 整形130

6.3.5 弯曲131

6.3.6 钻孔132

6.3.7 攻螺纹与套螺纹135

6.4 焊接技术142

6.4.1 常用焊接工具及焊料142

6.4.2 预上锡与焊接143

6.4.3 检查焊接质量144

6.4.4 使用电烙铁注意事项144

6.5 玻璃材料加工144

6.5.1 玻璃板的裁割144

6.5.2 细玻璃管的裁割145

6.5.3 粗玻璃管的裁割145

6.6 有机玻璃加工145

6.6.1 有机玻璃材料的种类145

6.6.2 有机玻璃的特性146

6.6.3 有机玻璃的加工方法146

6.7 粘接技术148

6.7.1 正确选择胶黏剂148

6.7.2 影响粘接质量的因素149

6.7.3 粘接工序及表面处理149

6.7.4 几种常用胶黏剂的使用150

6.8 仪器设计中的电子制作152

6.8.1 印制电路板设计方法152

6.8.2 用计算机绘制印制电路板与电路图156

参考文献161

第7章 自制演示仪器教具示例162

7.1 用废旧材料及日常用品制作的演示实验装置162

7.1.1 用废易拉罐制作空气对流演示器162

7.1.2 喷泉实验163

7.1.3 气垫盘实验164

7.1.4 虹吸及反冲演示165

7.1.5 液体内部压强演示器169

7.1.6 液体浮力演示器172

7.1.7 浮沉子174

7.1.8 空气质量和空气浮力的实验175

7.1.9 大气压的实验演示176

7.1.10 做功与物体内能变化的实验演示178

7.1.11 内燃机爆发原理的演示179

7.1.12 微小形变的演示180

7.1.13 声音振动演示器181

7.1.14 楞次定律演示181

7.1.15 电磁驱动演示183

7.1.16 异步电动机原理演示183

7.1.17 涡流的阻力与感应电流183

7.1.18 自制离心式小水泵185

7.1.19 气体流速与压强的关系185

7.1.20 简易喷雾器186

7.1.21 固体热胀冷缩的实验演示187

7.1.22 超重与失重演示189

7.1.23 用激光散射法演示布朗运动191

7.1.24 光的反射、折射、最小偏向角演示192

7.1.25 导光水柱196

7.1.26 玻璃导电实验196

7.1.27 光的分解与合成演示197

7.1.28 用已知波长的激光测CD光盘条纹的间距198

7.1.29 焦耳定律实验演示仪199

7.1.30 势能、动能、做功的演示201

7.2 机械振动和机械波演示方法的改进202

7.2.1 简谐运动图像的演示202

7.2.2 受迫振动和共振实验的演示206

7.2.3 多功能振动演示仪209

7.3 直流稳压电源、微电流放大器及电磁学演示实验214

7.3.1 LM117/LM317集成电路简介214

7.3.2 由LM317组成的可调稳压电源电路原理215

7.3.3 微电流（电压）放大器原理216

7.3.4 自制电学仪器及演示实验221

7.4 静电实验问题及演示实验237

7.4.1 静电演示实验疑难问题讨论237

7.4.2 利用自制仪器演示静电相关实验241

参考文献259

第8章 设计性与制作性实验260

8.1 设计性实验260

8.1.1 简谐振动的研究260

8.1.2 变阻器的使用与电路控制261

8.1.3 多用表的设计与组装266

8.1.4 非线性电阻特性研究267

8.1.5 自组望远镜和显微镜268

8.1.6 自组迈克尔孙干涉仪测量空气的折射率269

8.2 制作性实验272

8.2.1 空气对流演示器的制作272

8.2.2 滚轮的制作272

8.2.3 虹吸式反冲演示仪的制作273

8.2.4 利用废旧材料制作演示实验装置273

8.2.5 直流稳压电源的制作274

8.2.6 可控硅调光灯的制作275

8.2.7 微电流（电压）放大器的制作276

8.2.8 小型话筒及放大器的制作277

8.2.9 数字式温度测量控制器的制作278

设计性实验练习题286

参考文献288