大學物理實驗教程（簡體書）

《普通高等教育"十二五"規劃教材:大學物理實驗教程》可作為本科院校“大學物理實驗”課程教材，也可作為專科院校教師和學生的參考書。

緒論1
第1章 誤差、不確定度和數據處理的基本知識4
第1節 測量與誤差4
第2節 測量不確定度和測量結果的報道9
第3節 有效數字及其運算15
第4節 常用數據處理方法18
第2章 基礎性實驗24
實驗1 基本測量24
實驗2 示波器的原理與應用29
實驗3 液體粘滯系數的測定39
實驗4 剛體轉動慣量的測定43
實驗5 光杠桿法測金屬絲的楊氏模量48
實驗6 聲速測量52
實驗7 用非平衡直流電橋研究熱電阻的溫度特性56
實驗8 用雙臂電橋測低電阻60
實驗9 RLC串聯電路的穩態特性68
實驗10 分光計的調節及棱鏡折射率的測定72
實驗11 邁克爾遜干涉儀測光波波長79
實驗12 光的等厚干涉84
第3章 綜合與應用性實驗88
實驗13 不同材料導熱系數的測定88
實驗14 溫度傳感與測量91
實驗15 霍爾效應與應用96
實驗16 用霍爾傳感器測楊氏模量101
實驗17 音頻信號光纖傳輸技術105
實驗18 磁化曲線和磁滯回線測量112
實驗19 大功率白光LED特性測量118
實驗20 太陽能電池特性的測量122
實驗21 用非線性電路研究混沌現象127
實驗22 光調制法測量光速131
實驗23 雙光柵測量微弱振動位移量138
實驗24 偏振光的研究143
實驗25 用分光計測光柵常數及角色散率148
實驗26 鐳射全息照相152
實驗27 調制傳遞函數的測量與透鏡像質評價157
實驗28 光電效應與普朗克常數的測定161
實驗29 電光調制167
第4章 設計與研究性實驗174
實驗30 用單擺測量重力加速度174
實驗31 電路元件伏安特性的研究174
實驗32 電阻測量的設計176
實驗33 電表的設計與校準177
實驗34 全息光柵的製作178
實驗35 水波多普勒效應的研究181
實驗36 不規則面積的非接觸測量184
實驗37 基於計算機聲卡的電機轉速測量185
附錄A 常用物理量表188
附錄B 諾貝爾物理學獎與物理實驗195

1.全息照相與普通照相的主要區別
物體上各點發出（或反射）的光（簡稱物光波）是電磁波，借助它們的頻率、振幅和相位資訊的不同，人們可以區別物體的顏色、明暗、形狀和遠近。普通照相是運用幾何光學中透鏡成像的原理，把被拍攝物體成像在一張感光底片上，沖洗後就得到了一張記錄物體表面光強分佈的平面圖像，像的亮暗和物體表面反射光的強弱完全對應，但是無法記錄光振動的相位，所以普通照相沒有立體感，它得到的只能是物體的一個平面像。所謂全息照相，是指利用光的干涉原理把被拍攝物體的全部資訊——物光波的振幅和相位，都記錄下來，並能夠完全再現被攝物的全部資訊，從而再現形象逼真的物體立體像。全息照相的過程分兩步：記錄和再現。全息照相的數學描述見本實驗附錄26—A。
2.光的干涉——全息記錄
全息照相是一種干涉技術，為了能夠清晰地記錄干涉條紋，要求記錄的光源必須是相干性能很好的鐳射光源。圖26—1是拍攝全息照片的光路示意圖。
由雷射器發出的雷射光束，通過分束鏡分成兩束相干的透射光和反射光：一束光經反射鏡M1反射，再經擴束鏡L1擴束後照射到被拍攝物體上，然後從物體投向全息底片H上，這部分光稱為物光。另一束光經反射鏡M2反射，再經擴束鏡L2擴束直接照射到底片上，稱為參考光。由於同一束鐳射分成的兩束光具有高度的時間相干性和空間相干性，在照相底片上相遇後，形成干涉條紋。由於被攝物體發出的物光波是不規則的，這種復雜的物光光波是由無數的球面波疊加而成的，因此，在全息底片上記錄的干涉圖樣是一些無規則的干涉條紋，這就是全息圖。
全息照相採用了一種將相位關系轉換成相應振幅關系的方法，把相位關系以干涉條紋明暗變化的形式記錄在全息底片上。干涉條紋上各點的明暗主要取決于兩相干光波在該點的相位關系（與兩光波的振幅也有關）。干涉條紋的明暗對比度（即反差）決定於物光和參考光的振幅，即條紋的反差包含有物光光波的振幅資訊。在全息照相中，無規則的干涉條紋的間距是由參考光與物光波投射到照相底片時二者之間的夾角決定的，夾角大的地方條紋細密，夾角小的地方條紋稀疏。物光波的全部資訊以干涉條紋的形式記錄在全息底片上，經顯影、定影等處理就得到全息照片。
3.光的衍射——全息照相的再現
全息圖上看不到如普通照片那樣的拍攝物體的像，只有在高倍顯微鏡下可看到濃淡、疏密、走向不同的干涉條紋。所以，一張全息圖片相當於一塊復雜的“衍射光柵”，而物像再現的過程就是光的衍射過程。一般採用拍攝時所用的鐳射作為照明光，並以特定方向或與原參考光相同的方向照射全息圖片，就能在全息圖片的衍射光波中得到0級衍射光波和±1級衍射光波。
0級衍射光：具有再現光的相位特性，其方向與再現光相同。
+1級衍射波：發散光，具有原始物光波的一切特性，可以觀察到與原物體完全相同的再現虛像。
-級衍射波：會聚光，具有與原物光波共軛的相位，在虛像的相反一側觀察到實像。
最簡單的再現方法是按原參考光的方向照射全息圖片。如光路圖26—2所示，把拍好的全息照片放回底片架上，遮擋住光路中的物光（轉動其反射鏡M1或其他辦法），移走光路中的被拍物體，只讓參考光照在全息圖片上。這樣在拍攝物體方向可看到物的虛像，在全息照片另一側有一個與虛像共軛的對稱實像。