结构化大学物理实验 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:姚列明 编

出品人:

页数:592

译者:

出版时间:2012-9

价格:51.00元

装帧:

isbn号码:9787040351644

丛书系列:

图书标签:

• 物理实验
• 大学物理
• 实验物理
• 结构化实验
• 物理教学
• 高等教育
• 实验报告
• 数据分析
• 误差分析
• 物理实验
• 教学参考书

图书简介：《实验物理学方法论与前沿探索》 --- 引言：构建现代物理实验的思维框架 本书旨在为对实验物理学有深刻兴趣，并希望超越基础课程范畴，进入更前沿、更复杂的实验设计与数据分析领域的研究者、高年级本科生及研究生提供一本全面的方法论指导和视野拓展工具书。我们关注的焦点在于“如何思考实验”，而非特定领域的知识堆砌。本书将物理实验视为一个严谨的、迭代的科学过程，强调从初始的物理构想到最终的量化结论之间的逻辑链条的构建与维护。 第一部分：实验设计的哲学与基础逻辑（约400字） 本部分深入探讨了实验科学的核心哲学。首先，我们将解析“可证伪性”在现代物理实验中的实际意义，区分可重复性（Repeatability）与再现性（Reproducibility）的差异及其对实验结果可靠性的影响。 1. 理论与实验的耦合模型： 我们将详细阐述如何将抽象的物理理论转化为可操作的、具有明确边界条件的实验方案。这包括对系统建模的艺术——识别关键变量、简化非关键因素（如阻尼、杂散场等）的必要性，并论证这种简化的物理合理性。 2. 误差分析的深度剖析： 不同于基础实验中对随机误差和系统误差的简单划分，本章侧重于不确定性传播的复杂案例，特别是涉及多步骤转换和非线性关系的测量。我们将引入贝叶斯方法的视角来处理先验信息在误差评估中的作用，并探讨如何设计实验来主动最小化某一特定类型的误差（例如，通过共模抑制技术减少环境噪声耦合）。 3. 仪器选择与系统集成： 实验的精度上限往往由所选的测量设备决定。本节将指导读者如何根据待测物理量的量级、所需分辨率和时间尺度，科学地选择传感器、数据采集系统（DAQ）和信号调理电路。重点分析传感器的频率响应、动态范围限制以及时间同步的挑战。 第二部分：前沿实验技术的构建与实现（约550字） 本部分将目光投向当前物理学研究中用于突破传统限制的关键技术和工程实现。 1. 极值条件下的实验控制： 现代物理实验往往要求在极端环境下进行测量。我们将详述： 超低温物理工程： 稀释制冷机、脉管制冷系统的运行原理、热负荷管理，以及如何设计低温环境下对振动和电磁干扰免疫的线路布局。 高真空与超高真空技术： 涉及分子泵、离子泵的工作机制，以及漏率测试和真空污染控制的实际操作规范。 强场与脉冲技术： 探讨高功率脉冲电源的设计原则，电磁屏蔽（法拉第笼、穆金属屏蔽）在防止串扰中的应用，以及瞬态信号的捕获技巧。 2. 信号采集与实时处理： 面对每秒数百万乃至数十亿数据点的实验流，高效的数据处理至关重要。本章聚焦于： 高速数字化器的选择与优化： 采样率、有效位数（ENOB）与噪声底板的权衡。如何通过硬件触发和片上处理（FPGA/GPU加速）实现实时数据过滤和事件筛选。 噪声抑制策略： 深入探讨如何通过差分测量、锁相放大技术（Lock-in Amplification）在高信噪比环境下提取微弱信号，并分析如何优化激光稳定度或光路设计以降低散粒噪声。 3. 定制化光学与干涉计量： 对于涉及精密位移、折射率测量或波函数表征的实验，光学系统的搭建是核心。本书将涵盖复杂光路设计（如自适应光学系统的基本概念）、多波长干涉的相移解调技术，以及如何利用数值模拟工具（如Zemax/Code V的原理应用）来优化光束整形和耦合效率。 第三部分：数据处理、建模与结果的量化陈述（约550字） 实验的价值最终体现在其数据的分析和结论的严谨性上。本部分专注于从原始数据到可信结论的转化过程。 1. 高级统计推断与拟合： 基础的最小二乘法已不足以应对复杂模型。我们将引入最大似然估计（MLE）在参数估计中的应用，特别是在事件计数统计（如泊松过程）或低计数率情况下的优势。同时，详细讲解非线性拟合中的协方差矩阵解析及其对参数相关性的揭示。 2. 模型验证与交叉检验： 如何确信你建立的模型准确地描述了物理现象，而不是简单地拟合了噪声？本节探讨了残差分析的深度方法（如Durbin-Watson检验），以及使用留一法交叉验证（Leave-One-Out Cross-Validation）来评估模型的泛化能力。 3. 物理结果的量化表达： 实验结果的报告必须清晰、无歧义。我们将规范化不确定度报告的国际标准（如GUM指南的哲学指导），强调报告物理量时必须明确指出所有不确定度分量的来源和处理方式。此外，本章还将讨论如何有效地利用可视化手段（如等值线图、高维数据降维图）来辅助理解实验发现。 4. 反馈循环与迭代优化： 本书的最后强调，一次实验的结束即是下一次实验的开始。我们将指导读者如何根据实验结果（特别是系统误差的浮现）来指导下一轮实验的改进，例如，识别出哪个元件是新的限制因素，并据此重新设计实验装置或数据处理流程，形成一个持续改进的科研闭环。 --- 目标读者群： 本书面向致力于从事高精度测量、前沿物理技术研发，以及需要系统掌握现代实验科学方法的物理学、工程物理、材料科学及相关领域的研究人员。它不侧重于特定公式的推导，而专注于实验设计思维的培养和工程实践能力的提升。

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作为一名对物理学有浓厚兴趣但基础相对薄弱的学生，《结构化大学物理实验》无疑是我遇到的最友好的教材之一。书中的语言非常平实易懂，避免了大量晦涩难懂的专业术语，即使是第一次接触某些实验概念，也能很快理解其核心思想。作者在解释实验原理时，往往会从大家都能理解的现象出发，层层剥茧，直到导出科学的解释，这种循序渐进的方式让我感到非常舒适。而且，书中还特别强调了实验安全，列出了详细的安全注意事项，这对于新手来说，是至关重要的。我还发现，书中的一些实验，作者还提供了两种或多种不同的实现方法，这让我能够根据自己的理解和实验条件，选择最适合自己的方式。这本书真正做到了“授人以鱼不如授人以渔”，让我学会了如何独立地去学习和掌握物理实验。

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在我看来，《结构化大学物理实验》最突出的优点在于其科学性与实用性的完美结合。它不仅仅是提供了一堆实验步骤，更是深入地阐述了每一个实验背后的科学原理，以及这些原理在实际应用中的重要性。书中的实验设计，大多取材于一些经典的物理现象，但又融入了现代的视角和技术，使得实验内容既有深度又不失新意。例如，在讲解电学实验时，作者不仅详细介绍了欧姆定律的验证，还扩展到了更复杂的电路分析，并提供了实际的案例，让我看到了理论知识如何在工程领域发挥作用。此外，书中还涉及了数据采集和处理的软件应用，这对于我们这个信息时代的学生来说，是非常宝贵的技能。这本书让我明白，物理实验不仅仅是课程的要求，更是理解和改造世界的有力工具。

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我一直觉得，物理实验的学习，最重要的就是动手能力和解决问题的能力。《结构化大学物理实验》在这方面做得非常出色。它不像某些教材那样，把所有步骤都安排得明明白白，而是留有很多思考和探索的空间。在设计实验时，它会引导我们思考如何排除干扰、如何提高测量精度，而不是简单地告诉我们“这样做”。我记得在做光学实验时，书中并没有直接给出透镜的参数，而是让我们通过实验自己去测量和确定，这让我第一次体会到了“度量”的重要性，也深刻理解了误差产生的根源。而且，书中的一些实验装置，作者还给出了一些自己搭建的建议，这对于学校资源有限的情况，非常有启发性。这本书让我觉得，学习物理实验，不仅仅是掌握理论知识，更重要的是培养一种科学探究的精神。

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这本书真的给我打开了物理学的大门！我一直以为物理学是那种高高在上、离我们很远的学科，但《结构化大学物理实验》用一种非常亲切且系统的方式，将抽象的物理概念变得生动具体。实验设计得非常巧妙，不仅仅是验证公式，更多的是引导我们思考“为什么”。比如，在测量重力加速度的实验中，作者并没有直接给出操作步骤，而是先引导我们分析影响因素，让我们自己去设计实验、控制变量，最后得出结论。这种“自己动手，丰衣足食”的学习方式，让我感觉自己不仅仅是学生，更像一个小小的科学家。而且，书中的图示非常清晰，每一个实验步骤都配有详细的图解，即使是初学者也能很快上手。最让我惊喜的是，书中还穿插了一些物理史上的小故事和一些生活中的物理现象，让整个学习过程充满了趣味性，而不是枯燥的公式推导。这本书让我第一次真正体会到了物理学的魅力，也激发了我继续深入学习的兴趣。

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这本书的结构化程度简直是教科书级别的！我一直是个对细节比较敏感的人，对于那种“讲了等于没讲”的教材感到非常头疼，《结构化大学物理实验》则完全避免了这个问题。它将复杂的实验分解成了一个个清晰、可执行的单元，每个单元都有明确的学习目标、实验原理、仪器清单、操作步骤、数据记录表格、结果分析以及讨论环节。这种层层递进的逻辑设计，让我在学习过程中能够做到心中有数，知道自己下一步要做什么，以及为什么要这样做。尤其是在数据处理和误差分析的部分，书写得非常详尽，提供了多种处理方法和注意事项，这对于我这种对数据敏感的人来说，简直是福音。而且，书后的附录也非常实用，包含了常用的物理常数、单位换算以及一些高级实验的初步介绍，为我的进一步探索提供了很好的支撑。

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