四级物理实验

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出版者:科学出版社发行部
作者:陈明 杨先卫、朱世坤
出品人:
页数:259
译者:
出版时间:2006-6
价格:25.00元
装帧:简裝本
isbn号码:9787030175014
丛书系列:
图书标签:
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具体描述

力学,电磁学,热学,光学等研究性实验。

实验物理学的广袤天地:从经典力学到量子世界的探索之旅 图书名称: 实验物理学的广袤天地:从经典力学到量子世界的探索之旅 图书简介: 本书并非一部侧重于大学基础物理实验的教材,而是将读者带入一个更广阔、更具深度和历史纵深的实验物理学世界。它聚焦于那些定义了现代物理学图景的关键性实验,深入剖析了这些实验的设计原理、操作细节、数据分析的精妙之处,以及它们如何一步步颠覆了人类对自然界的认知。本书旨在激发读者对物理实验本质的兴趣,理解实验是如何成为连接理论与现实的桥梁,并展示出科学家们在面对未知时所展现出的智慧与韧性。 第一部分:力学的基石——精确测量的艺术与挑战 本部分将从经典力学领域最基础却也最深刻的实验入手,探讨测量精度在物理学发展中的核心地位。我们不会简单重复介绍如何测量重力加速度或摩擦系数,而是将目光投向历史上那些突破性的精密测量工作。 第一章:伽利略的斜面与自由落体运动的再现 本章不只是重述伽利略的实验,而是深入探讨他如何巧妙地利用斜面来“减慢”时间,从而克服当时计时技术的局限。我们将分析利用现代高精度光电门和高速摄像技术,如何以远超伽利略时代的精度来验证匀加速直线运动的规律,并探讨误差分析在处理随机误差和系统误差时的重要性。重点将放在如何设计一个能够排除空气阻力影响的理想实验模型。 第二章:牛顿的棱镜与光的本质之辨 牛顿在光学领域的工作是实验物理学的典范。本章将详细解析牛顿著名的“三棱镜实验”,阐释他如何通过精密的色散实验证明白光是由不同颜色的光组成的复合体。我们将讨论牛顿使用的实验装置的构造细节,特别是他对光束准直和单色光分离的巧妙处理。此外,本章还会引入20世纪对牛顿模型的修正和扩展,例如如何利用现代光谱仪来精确测量光的波长和频率,从而将牛顿的发现置于电磁波理论的框架下。 第三章:开普勒的行星轨道与万有引力的定量验证 本章超越了简单的等效原理验证,而是聚焦于如何从观测数据中提炼出普适的物理定律。我们将详细研究第谷·布拉赫的观测数据是如何被开普勒转化为精确的椭圆轨道定律的。重点在于介绍傅里叶分析等数学工具在处理周期性天文观测数据时的应用,以及随后拉普拉斯和牛顿如何从这些数据中推导出万有引力定律的精确形式。 第二部分:热力学与统计物理的宏观与微观联系 本部分着重于连接宏观可观测的能量、温度、熵等概念与微观粒子的随机运动。 第四章:焦耳的热功当量实验:能量守恒的里程碑 焦耳的实验是热力学第一定律的基石。本章将细致描绘他利用搅拌水和摩擦片等多种方式来精确测定机械功和热量的等效关系的过程。我们将重点分析他如何克服热量散失这一巨大挑战,以及他所采用的量热技术背后的物理原理。对比现代精密绝热量热仪的设计,读者能深刻体会到早期实验条件的艰辛与科学思维的卓越。 第五章:布朗运动的证实与原子实在的胜利 布朗运动的随机性是原子和分子存在的直接证据。本章将详细介绍爱因斯坦的理论预测,以及让·佩兰通过油墨颗粒在液体中的运动观测来定量验证该理论的实验。我们将深入探讨显微镜观察、图像处理和统计学方法在分析微观粒子轨迹中的应用,揭示统计物理学的力量——即如何从海量看似随机的事件中提取出确定的宏观参数(如阿伏伽德罗常数)。 第三部分:电磁学的辉煌实验与场的概念的建立 电磁学是现代物理学发展中最具革命性的部分,其发展几乎完全依赖于一系列精妙的实验。 第六章:法拉第的电磁感应与场的直观理解 法拉第是一位伟大的实验家,他很少依赖复杂的数学。本章将分析他如何通过观察连接两个线圈的电流表在接通或断开瞬间的“跳动”,从而发现了电磁感应现象。重点在于理解法拉第引入的“力线”概念如何直观地描述电磁场的存在,以及如何利用这些定性观察为麦克斯韦的理论奠定基础。 第七章:迈克尔逊-莫雷实验:对以太概念的致命一击 这是物理史上最著名的“失败”实验之一,却导向了最伟大的理论突破。本章将详尽剖析干涉仪的设计,包括其对振动和温度的敏感性,以及如何通过旋转装置来消除系统误差。我们将详细分析其零结果的物理意义,即光速的不变性,并将其与狭义相对论的诞生紧密联系起来。 第八章:赫兹的电磁波产生与接收的验证 赫兹的实验直接证明了麦克斯韦方程组的正确性。本章将描述他如何用简单的火花放电装置产生电磁波,并用一个简单的环形接收器检测到它们。我们将讨论如何通过测量波长和频率来计算出光速,从而在实验上证明光确实是一种电磁波,并对比赫兹早期实验的局限性与现代无线电波传播测量的差异。 第四部分:量子世界的黎明——挑战经典直觉的实验 进入20世纪,实验物理学开始揭示一个完全反直觉的微观世界。 第九章:黑体辐射与普朗克的量子假设 本章将聚焦于如何通过精确测量不同温度下物体辐射光谱的细节,来推翻瑞利-金斯定律的“紫外灾难”。我们将详细介绍如何设计一个高效的空腔辐射实验,并分析普朗克为了拟合实验曲线而不得不引入能量量子化概念的划时代意义。 第十章:光电效应的精细测量与爱因斯坦的光量子 光电效应的实验结果直接挑战了经典波动理论。本章将探讨如何精确测量截止电压与入射光频率之间的线性关系,以及如何利用不同金属材料的功函数数据来确定普朗克常数 $h$ 的值。本书将强调,正是对光电子最大初速度的精确测量,无可辩驳地证实了光具有粒子性。 第十一章:密立根的油滴实验:测定基本电荷 这是物理学中最精确和最经典的实验之一。本章将深入剖析密立根如何利用电场来悬浮带电的微小油滴,并精确测量其所带电荷量。我们将讨论实验中必须解决的空气粘滞系数、油滴蒸发速率等复杂因素,以及如何通过大量测量最终确定电子的基元电荷 $e$,这是连接微观世界与宏观电荷量级的关键桥梁。 结语:实验的未来与未解之谜 本书最后将展望前沿实验物理学的领域,例如引力波探测的巨大工程挑战、高能粒子对撞机中对新粒子的寻找,以及在超导和拓扑材料中对新的量子现象的探索。通过回顾历史上的成功,本书旨在激励新一代的物理学家们,以严谨的实验精神,去迎接未来物理学中更深层次的奥秘。本书强调,无论理论如何高深,最终的检验权永远在实验台之上。

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读后感

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用户评价

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刚拿到《四级物理实验》这本书的时候,我以为它会是一本比较“硬核”的、技术性很强的实验手册,里面充斥着各种公式、图表和操作指示,可能需要一定的物理基础才能读懂。然而,这本书却以一种令人意想不到的方式,将复杂的物理实验过程变得生动而易于理解。作者在书中并没有回避那些深奥的物理原理,而是用一种非常通俗易懂的语言,将它们娓娓道来。就拿书中的一个关于“光的折射”的实验来说,作者并没有仅仅展示如何测量折射角和入射角,而是深入浅出地解释了折射现象背后的斯涅尔定律,以及光在不同介质中传播速度差异的微观机制。更让我惊喜的是,作者还结合了许多我们日常生活中常见的现象,比如彩虹的形成、水下的物体看起来会“变形”等,将抽象的物理概念与生活实际紧密联系起来,让我在理解实验原理时感到格外亲切。书中对实验器材的选择和使用也有非常细致的指导,不仅仅是列出器材名称,还会说明为什么需要这种器材,以及在使用过程中需要注意哪些细节,这些都体现了作者在教学上的匠心独运。读完这本书,我感觉自己对物理实验的理解层次得到了极大的提升,不再仅仅是机械地执行操作,而是能够从更深层次上理解实验的意义和价值。

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我对《四级物理实验》这本书的最初印象,或许是将其视为一本标准的实验操作指南,一本帮助学生完成实验课程的工具书。然而,当我翻开这本书,我才意识到它的深度和广度是多么惊人。作者并没有将自己局限于“第四级”这个看似基础的定位,而是将每一个实验都变成了一个探索物理世界奥秘的入口。例如,书中对“测量气体的压强”的阐述,不仅仅是介绍了各种压强计的使用方法,更是深入探讨了气体分子动理论的原理,以及压强与温度、体积之间的关系。作者还巧妙地将这些理论与天气预报、航空飞行等实际应用联系起来,让读者在学习实验的同时,也能感受到物理学在日常生活中的无处不在。更令我印象深刻的是,书中对科学研究过程的还原,作者通过引用历史文献和科学家的手稿,生动地展现了物理学家们是如何从最初的猜想,到设计实验,再到最终得出结论的。这种“沉浸式”的学习体验,让我对科学探索的过程有了更深的理解和感悟。这本书不仅仅是传授知识,更是点燃了我对物理学更深层次探索的渴望。

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拿到《四级物理实验》这本书的时候,我并没有抱太大的期望,以为它就是一本相对基础的、偏向操作的实验指南。然而,当我深入阅读这本书的内容时,我才意识到自己之前的判断是多么的片面。这本书所展现出的深度和广度,远远超出了我的想象。作者在书中并没有拘泥于“第四级”这样一个相对基础的标签,而是将每一个物理实验都视为一次深入探索物理世界奥秘的旅程。以“测量惠更斯原理在光衍射中的应用”为例,作者不仅详细解释了惠更斯原理的核心思想,更重要的是,他将这一原理与光的波动性、干涉现象等更深层次的物理概念联系起来,并且阐述了衍射现象在光学仪器设计、信息传输等领域的重要作用。书中还巧妙地融入了许多关于科学研究方法和批判性思维的探讨,例如如何辨别信息的可靠性,如何从纷繁复杂的数据中找到规律,如何提出新的科学问题等等。这些内容对于培养学生的科学素养和解决复杂问题的能力具有不可估量的价值。我尤其赞赏作者在描述实验过程时所使用的语言,既准确严谨,又生动形象,能够让我在阅读的过程中仿佛身临其境,亲身参与到实验的探索之中。这本书,无疑为我打开了一个全新的物理学世界。

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我必须承认,《四级物理实验》这本书的书名确实让我产生了一些预设的期望,我原本以为它会是一本提供一系列标准实验操作指南的教材,或许会包含一些基础的电学、力学、光学实验,并且配有清晰的步骤和图示。然而,当我翻开这本书的时候,我立刻意识到我之前的判断过于简单化了。这本书的深度和广度远超我的想象。它没有简单地停留在“如何搭建电路”或者“如何测量长度”的层面,而是将每一个实验都置于一个更宏大的科学框架之下进行审视。例如,书中对“测量重力加速度”这个看似简单的实验,进行了极其细致的分析,不仅探讨了不同测量方法(如单摆法、自由落体法)的优劣,还深入讲解了影响测量精度的各种因素,从空气阻力到仪器的固有误差,再到环境温度的变化,作者都给出了令人信服的解释和处理建议。更令人印象深刻的是,书中还引用了大量历史文献和物理学发展史上的重要事件,将实验与科学家的思想、时代的背景紧密联系起来。读这本书,就像是与一位博学的导师在进行一场关于物理实验的深度对话,他不仅教你如何操作,更重要的是引导你思考实验背后的原理、意义以及它在整个科学知识体系中的位置。这种学习方式极大地激发了我对物理学的求知欲,让我看到了实验不仅仅是验证理论的工具,更是发现新现象、推动科学进步的源泉。

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《四级物理实验》这本书的书名,乍一听上去,可能会让人将其归类为一本偏向技术指导的书籍,一本仅仅用于完成课堂实验的工具书。然而,这本书的内容却远远超出了我的预期,它将物理实验的严谨性与科学探索的魅力融为一体,给我带来了深刻的启发。作者在书中并没有简单地陈述实验操作的步骤,而是将每一个实验都置于一个更广阔的科学图景中进行解读。例如,书中对“测量材料的导热系数”的阐述,不仅仅是指导如何使用热敏电阻和温差测量仪,更是深入探讨了热力学第二定律、分子热运动理论,以及导热系数在不同材料科学和工程应用中的重要性。作者还非常注重引导读者思考实验结果的意义和局限性,鼓励读者将实验数据与理论模型进行比较,并分析其中的偏差原因。这种严谨的科学态度,正是这本书最宝贵之处。我尤其欣赏作者在处理实验误差时的细致入微,他没有回避误差的存在,反而将其视为学习和进步的机会,并提供了多种科学的分析方法。这种教学方式,不仅提高了实验结果的可信度,更重要的是培养了读者严谨求实的科学精神。总而言之,这本书不仅仅是一本实验指导书,更是一本关于如何进行科学探究的智慧之书。

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《四级物理实验》这本书的书名,如果仅从字面上理解,可能会让人联想到一些基础的、重复性的操作。然而,这本书的内容却远远超出了这种简单的定义,它更像是一部关于物理学思想的精彩演绎。作者在书中并没有局限于“做什么”和“怎么做”,而是着重于“为什么”和“能做什么”。在讨论“测量材料的杨氏模量”时,作者不仅详细讲解了胡克定律和应力应变的关系,更重要的是,他将这个看似简单的力学实验与材料科学、工程结构设计等领域联系起来,阐述了理解材料力学性能对于制造高性能产品的重要性。书中还穿插了许多关于科学研究方法和思维方式的探讨,比如如何进行科学假设、如何设计对照实验、如何从数据中提取有意义的信息等等。这些内容对于培养学生的科学素养和解决问题的能力具有极大的价值。我尤其欣赏作者在处理实验误差时的态度,他并没有试图回避误差,而是将其视为科学探索过程中不可避免的一部分,并指导读者如何科学地分析和处理误差,从而提高实验结果的可信度。这种严谨的科学态度,正是这本书最宝贵之处。总而言之,这本书不仅仅是传授实验技能,更是启迪智慧、培养科学精神的经典之作。

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在拿到《四级物理实验》这本书之前,我的认知中,物理实验更多的是一种验证理论的手段,是课堂教学的辅助工具。这本书则彻底颠覆了我的这种看法。它将物理实验提升到了一个前所未有的高度,让我认识到实验本身所蕴含的巨大创造力和探索价值。书中对于“电阻率的测量”这一基础实验的阐述,就让我大开眼界。作者不仅仅是指导如何使用欧姆表和游标卡尺,而是深入剖析了不同金属材料在微观层面上的导电机制,以及电阻率与温度、晶体结构之间的复杂关系。他甚至还引导读者去思考,如果我们能够精确地测量和控制电阻率,能够带来哪些革命性的技术突破,比如更高效的能源传输或者新型的电子元件。书中还详细介绍了历史上一些著名的实验,例如法拉第的电磁感应实验,作者不仅仅描述了实验的步骤,更重要的是还原了法拉第当时思考的过程,以及这个实验对整个物理学发展所产生的深远影响。这种将实验与历史、与前沿科技相结合的叙述方式,让我对物理学产生了前所未有的敬畏之情。读完这本书,我不再仅仅把物理实验看作是完成作业的任务,而是将其视为一种激发好奇心、培养创新精神的绝佳途径。

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这本书的标题是《四级物理实验》,尽管我对这个标题最初的期待可能是一种较为基础的、面向入门级的物理实验指导,但实际阅读过程却远远超出了我的想象。这本书并非那种简单罗列实验步骤、配以图示的教科书式读物。它更像是一位经验丰富的物理学教授,在和你娓娓道来他数十年教学与研究心得的结晶。书中的每一个实验,哪怕是最为基础的光学衍射或者力学的匀速圆周运动,都被赋予了深刻的理论背景和广泛的应用前景。作者并没有止步于“如何做”,而是深入探讨了“为什么这样做”以及“这样做能揭示什么”。例如,在讨论到万有引力定律的验证时,作者不仅详细介绍了卡文迪许扭秤实验的原理和操作细节,更是花了大量篇幅阐述了该实验对人类认识宇宙的划时代意义,以及其中蕴含的严谨科学思维方法。书中对于实验误差的分析也尤为详尽,作者没有回避实验中不可避免的误差,反而将其视为学习和进步的机会,指导读者如何识别、量化并尽可能减小误差,这对于培养严谨的科学态度至关重要。此外,书中还穿插了许多历史上著名物理学家在进行类似实验时的趣闻轶事,让枯燥的实验过程变得生动有趣,也让读者能够更直观地理解科学家的探索精神。总而言之,这本书提供了一种全新的、更具深度和广度的物理实验学习体验,它不仅仅是传授技能,更是点燃对物理学更深层次的探索欲望。

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《四级物理实验》这本书的标题,如果仅仅从字面意思来理解,可能会让人误以为这是一本枯燥乏味的实验操作手册。然而,事实远非如此。这本书的内容充满了智慧的火花,将物理实验的严谨性与科学探索的乐趣完美地结合在一起。作者在书中并没有简单地罗列实验步骤,而是将每一个实验都置于一个更广阔的科学背景下进行解读。以“测量电源的电动势和内阻”为例,作者不仅详细讲解了伏安法测量的原理和步骤,更是深入探讨了电化学、电磁学等相关理论,以及这些理论在现代能源技术和电子设备中的应用。书中还穿插了大量关于科学思维方法的论述,比如如何进行科学假设,如何设计对照实验,如何从数据中提取有意义的信息等等。这些内容对于培养学生的科学素养和解决实际问题的能力具有极大的价值。我尤其欣赏作者在处理实验过程中的一些“意外”情况时的指导,他鼓励读者将这些“意外”视为学习和进步的机会,而不是简单地将其归咎于错误。这种积极的态度,对于培养学生面对挑战的勇气和毅力至关重要。总而言之,这本书不仅仅是一本实验指导书,更是一本关于如何进行科学探究的启蒙读物。

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坦白说,《四级物理实验》这本书的标题并没有让我立刻产生强烈的阅读冲动,我可能将其归类为一本偏向技术指导的书籍,或许更适合在实验室里边查边用。然而,当我真正开始阅读这本书时,我被它所展现出的深度和广度深深吸引。作者并没有将自己局限于“第四级”这样一个相对基础的定位,而是将每一个物理实验都视为一个探索未知世界的窗口。他不仅仅是传授实验技术,更是引导读者去理解实验背后的物理规律和哲学思考。书中对“测量磁场强度”的讨论,就是一个绝佳的例子。作者详细介绍了霍尔效应传感器的工作原理,并将其应用于磁场测量,但他并没有止步于此,而是进一步探讨了磁场在现代科技中的广泛应用,从电磁炉到核磁共振成像,都与磁场息息相关。这种将实验与应用场景相结合的写作方式,极大地增强了我学习的动力和兴趣。更重要的是,作者在书中穿插了许多关于科学研究方法论的讨论,例如如何设计一个有效的实验、如何处理实验数据、如何从实验结果中得出可靠的结论等等。这些内容对于培养学生的科学思维能力和批判性思维至关重要。总的来说,这本书不仅仅是一本实验手册,更是一本关于如何进行科学探究的指南,它为我打开了一个全新的物理学视野。

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刘金平

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