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本书为大学物理实验的英文教材。本书的内容共5 章，第1章和第2章介绍物理实验的基础知识，包括测量与误差的概念、不确定度的计算和评定、数据处理方法和常用仪器的介绍；第3章和第4章分别介绍基础性实验和综合实验，涉及力学、电学、光学、磁学、声学、热学及近代物理实验；第5 章简单介绍两个设计性实验。本书共安排了22个实验并配有思考题，附录是 单位制的简介及一些常用的物理量常数，以供读者查阅。 本书可作为在华留学生、中外合作项目和双语教学各专业大学物理实验课程的教材或参考书，也可作为教师或科技工作者的参考书。

CHAPTER 1 Error Theory and Data Processing ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????1

1.1 Measurement ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1

1.1.1 Measurement Concept ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1

1.1.2 Classification of Measurement?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1

1.2 Theory of Error???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????2

1.2.1 Error Definition and Expression ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????2

1.2.2 Classification of Errors ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????4

1.2.3 The Processing of Random Error ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????5

1.2.4 Evaluation of Measurement Result ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????8

1.3 Significant Digits ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????9

1.3.1 Definition of Significant Digits?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.10

1.3.2 Rules for the Operation of Significant Digits ????????????????????????????????????????????????????????.11

1.4 The Evaluation of Measurement Results―Uncertainty????????????????????????????????????????????????????.14

1.4.1 Definition of Uncertainty ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.14

1.4.2 The Uncertainty Calculation of Direct Measurement ????????????????????????????????????????????.15

1.4.3 Comprehensive Synthesis of Indirect Measurement Result ???????????????????????????????????.17

1.4.4 Expression of Measurement Result ???????????????????????????????????????????????????????????????????????.17

1.5 Data Processing ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.19

1.5.1 Tabulation Method????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.19

1.5.2 Graphic Method????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.20

1.5.3 Successive Differential Method ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.23

1.5.4 Least Squares Method???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.24

EXERCISE???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.26

CHAPTER 2 Instruments and Accessories ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.28

2.1 Measurement of Basic Physical Quantities ??????????????????????????????????????????????????????????????????????.28

2.1.1 Basic Mechanical Instruments ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.28

2.1.2 Electromagnetic Instruments?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.33

2.2 Basic Adjustment and Operation Techniques ???????????????????????????????????????????????????????????????????.38

2.2.1 Initial State of the Instruments ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.38

2.2.2 Zero Adjustment ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.39

2.2.3 Horizontal and Vertical Adjustment ??????????????????????????????????????????????????????????????????????.39

2.2.4 Coaxial Adjustment ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.39

2.2.5 Eliminating Parallax ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.40

2.2.6 Eliminating Space Error????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.40

2.3 Rules for Operation??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.40

2.3.1 Rules for Operating Electrical Experiment????????????????????????????????????????????????????????????.40

2.3.2 Rules for Operating Optical Experiment ???????????????????????????????????????????????????????????????.41

CHAPTER 3 Basic Experiments?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.43

3.1 Determination of the Solid Density ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.43

3.2 Simple Pendulum Experiment??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.46

3.3 Moment of Inertia ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.50

3.4 Young’s Modulus?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.56

3.5 Measurement of Volt-Ampere Characteristic of Resistance Element????????????????????????????????.60

3.6 Resistance Measurement with Bridge Circuit???????????????????????????????????????????????????????????????????.64

3.7 Digital Storage Oscilloscope????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.68

3.8 Simple Harmonic Vibration and Spring Stiffness Coefficient Experiment????????????????????????.76

3.9 Newton’s Rings ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.81

3.10 Measurement of Focal Length of Thin Lens???????????????????????????????????????????????????????????????????.85

CHAPTER 4 Comprehensive Experiments????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.95

4.1 Measurement of Ultrasonic Velocity ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.95

4.2 Measurement of Magnetic Field by the Hall Effect ????????????????????????????????????????????????????????.102

4.3 Potentiometer?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.108

4.4 Thermoelectric Effect ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.112

4.5 The Hysteresis Loop and Magnetic Properties ???????????????????????????????????????????????????????????????.117

4.6 The Bohr Resonator ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.122

4.7 Doppler Effect Comprehensive Experiment ???????????????????????????????????????????????????????????????????.128

4.8 The Michelson Interferometer????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.133

4.9 Oil Drop ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.139

4.10 Steady-State Measurement of Thermal Conductivity ???????????????????????????????????????????????????.143

CHAPTER 5 Design Experiments ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.148

5.1 Calibration of Milliammeter with Potentiometer????????????????????????????????????????????????????????????.148

5.2 Measuring Resistance with Voltmeter-Ammeter ????????????????????????????????????????????????????????????.152

Appendix ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.158

Appendix A: Legal Unit of Measurement of China?????????????????????????????????????????????????????????????????.158

Appendix B: Common Physical Data ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.160

References

李季平，副教授，毕业于南京航空航天大学测试计量技术及仪器专业，博士。2015年在加拿大麦吉尔大学（McGill University）做访问学者一年，2008年在美国马里兰大学（University of Maryland）访问学者四个月。长期从事物理类课程和大学物理实验的教学，研究领域为测试计量技术及仪器、光学检测、激光技术与应用。主讲《大学物理》、《大学物理实验》、《基础物理实验》《近代物理实验》、《现代光学实验》和《微机原理及应用》等本科生课程。主持和参与 自然科学基金、航空基金、 重点研发计划等多项科研项目。参编《大学物理实验》、《基础物理实验》等多部教材。先后获国防科技三等奖，江苏省科技进步二等奖、三等奖。

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