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本书是针对外国留学生在华学习大学物理实验课程的基础教材,为适应留学生中文班和英文班的不同 要求,分别用中文和英文两种语言编写。全书分为物理实验基本知识、基础实验、综合实验和设计性实验四部 分。在总体设计上,力求贯彻以学生为本的理念,注重基础性、实践性、探索性、开放性的有机统一,并根据留 学生的学习特点对实验内容进行了调整。在突出基本技能训练的同时,增加了综合实验、设计性实验等内容, 并且注意兼顾理工科各专业的教学应用。

本书可作为60学时左右外国留学生普通高等院校理工科各专业大学物理实验教材,也可作为教师备课 或学生学习的参考用书。

绪 论 3

部分 物理实验基本知识 7

第二部分 基础实验 22

第三部分 综合实验 68

第四部分 设计性实验 119

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前言

    本书是根据高等学校物理实验课程的新教学基本要求,结合国内各高校物理 实验教学的新发展,并针对北京航空航天大学物理实验教学改革新变化,为外国 留学生学习物理实验课程而编写的。本教材自2005年开始进行编写,经过十多 年的努力日臻完善,本书是北京航空航天大学物理实验教学的教师们、助教研究 生对广大留学生长期进行教学实践的产物。

    随着来华留学生规模的不断扩大,在积极保证教学质量、严格规范管理的背 景下,开展双语实验教学已成为趋势,这也是国内各大学留学生教育面临的重大 课题之一。北航每年接收来自几十个国家和地区的数百名本科留学生。他们的 文化背景不同,中文水平也有很大差异,为做好留学生实验教学工作,迫切地需要 为他们提供具有针对性的教学方案,包括专门开设针对留学生的物理实验课程、 编写实验教材等。

    实验类课程是理工科的基础,实践类物理课程也是留学生们所遇到的首门实 验类课程。以前的留学生实验课是与国内学生同堂上课,由于语言和知识结构的 不同,留学生很难在短时间内适应实验课教学方式。近年来我校的教学实践也表 明,留学生对实践类课程教学模式十分不适应,对实验类课程的学习兴趣下降,实 验课程成绩很不理想,迫切需要一本针对性强的物理实验教材,同时国内学生也 有物理实验课程英语教学的需求。

    本书编写的指导思想是以学生为本,有利于学生打好基础和进行综合性、设 计性实验的学习与实践,有利于强化实验课的基础知识、基本技能和基本方法的 训练,有利于调动学生的学习积极性。本书分为以下四部分: 

    1. 物理实验基本知识:包括测量与不确定度、有效数字及其运算法则、实验数 据处理的基本方法三部分。我们根据新的教学基本要求进行了认真精选与改造, 使之在内容安排、各部分衔接和数据处理讲解等方面,具有自己的特色。

    2. 基础实验:包括弹性模量、热功当量、示波器的使用、电位差计、牛顿环、迈 克尔逊干涉仪和电阻测量等基础实验,这些选题既反映了题目的新颖性、有明确 的应用背景,又突出了基础训练的价值。

    3. 综合实验:包括晶体的电光效应、声源定位、微波和布拉格衍射、全息照相、 分光仪、密立根油滴、磁阻传感器、双棱镜干涉、平板玻璃折射率测定实验等,融入 了一批体现实验内容现代化的新实验,其中也包括了北航物理实验室自行研制或 开发的创新实验,例如声源定位等实验。

    4. 设计性实验:在对学生进行比较严格、规范的设计性实验训练和考核以前,在各基本实验里增加了一批内容上有联系、设计相对简单或以定性半定量估算为 主的选做实验。例如在迈克尔逊干涉仪实验中安排的波长差测量、三用表设计实 验中对常用电表的设计与校准等。这种设计性实验,不仅便于对初学者进行独立 工作能力的初步训练,培养常规学习难以获得的实验素质(物理规律的灵活运用, 物理现象的发现、观察和分析,物理量的量级估计等),而且有利于优秀实验人才 的涌现和培养。

    对一些物理思想好但训练环节少、操作“简单”的综合性实验,我们在内容上 作了充实,如全息实验等;对推导比较复杂、学生普遍感到困难的内容或原理,从 大学物理的层面作了新的阐述或推演,例如晶体的电光效应等。

    本书分别用中文和英文两种语言编写。

    物理实验教学是一项体现集体智慧和劳动结晶的事业,是一个日积月累、逐 步完善和发展的过程,离不开一代又一代教师的努力,离不开实验室多年来的建 设和发展。经过十多年的教学实践和探索,教材在内容和文字方面进行了多次改 进,一些基本内容和素材也继承了以往教材的成果。感谢北航物理实验室的司徒 活、王垠府、许萁英、张士欣、邬铭新、梁家惠等前辈们的工作,这本教材凝结了他 们辛勤的付出。参加实验和教材编写的有苗明川、陈彦、严琪琪、熊畅、王菁、李英 姿、郑明、王慕冰、李华、李朝荣、唐芳、梁厚蕴、黄江、董国波、高红等老师。本书还 参考了许多兄弟院校和国外的相关教材。在实验改造,特别是新实验的开发中, 许多实验管理人员和学生也付出了创造性的劳动。本书出版前,由苗明川、陈彦、 严琪琪、熊畅、王菁等分别对全部内容作了补充、修改和完善,对一些章节进行了 重写;在此基础上后由苗明川、陈彦完成统稿。

    感谢北航国际学院的赵海云、郭媛媛、王小凤、张欣、张艳、王佳怡等老师在本 书编写过程中给予的大力支持。感谢 Ri ve r L i ao先生、UCSD(Un i ve r s i t y o f Ca l i f o r n i a, San Di ego)的Z i ge a Lu女士、北航国际学院的S. At t i q Ur Rehman先 生在英文翻译和校对方面给予的大力帮助。感谢张蕾、谢军、王秭程等博士研究 生和单冠乔、马欣瑶、周兰青、于佳玉、赵富伟、谭畅、温班宁、田然、黄新宇等硕士 研究生为本书所做的工作。

    尽管我们尽了努力,但受学识和水平所限,书中缺陷甚至错误在所难免, 敬请读者和专家批评指正。

                                                                      编 者

                                                                 2018年8月