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出版者:McGraw-Hill College

作者:Tillery, Bill W.

出品人:

页数:448

译者:

出版时间:2006-3

价格:$ 87.58

装帧:Pap

isbn号码:9780073049939

丛书系列:

图书标签:

• 物理科学
• 实验手册
• 物理
• 化学
• 科学
• 教学
• 实验室
• 练习
• 辅导
• 教材

《基础物理与化学实验指导手册》 本书聚焦于高中及大学入门阶段的物理学与化学实验操作、理论基础的深度解析与数据处理技能的培养。旨在为学生提供一套结构清晰、内容详实的实验指南，使他们不仅能熟练完成各项基础实验，更能理解实验背后的科学原理与严谨的科学方法论。 --- 第一部分：物理学实验基础与力学篇 本部分首先建立起学生对科学实验的整体认识，包括安全规范、误差分析、仪器校准与数据记录的规范化流程。随后深入到经典力学领域，这是所有物理学研究的基石。 1.1 实验安全与测量基础 实验室环境与个人防护： 详细讲解在进行物理实验时必须遵守的安全规程，特别是在涉及高压电、精密光学仪器和机械装置时的注意事项。 不确定度与误差分析： 深入剖析系统误差与随机误差的来源及量化方法。介绍如何计算测量结果的标准不确定度，以及有效数字的正确使用。这是所有定量科学研究的生命线。 数据采集与图形处理： 强调使用现代工具（如数据采集卡、传感器）进行实时数据记录的重要性，并详细指导如何使用最小二乘法对实验数据进行线性拟合和非线性拟合，绘制科学图表。 1.2 运动学与动力学实验 自由落体与重力加速度的精确测定： 不仅停留在简单的计时方法，更侧重于使用光电门系统或超声波测距仪来获取高精度的时间与位移数据，并讨论不同环境（如空气阻力、海拔高度）对结果的影响。 牛顿第二定律的验证： 通过气垫导轨实验，最大程度消除摩擦力的影响。重点分析实验装置的系统性偏差（如滑轮的质量、绳子的松弛度）如何影响最终对 $F=ma$ 的验证。 动量守恒与碰撞实验： 使用碰撞球或气垫车进行弹性碰撞和非弹性碰撞的测量。详细讲解如何通过能量和动量守恒方程来推导实验结论，并评估动量传递过程中的能量损失机制。 1.3 功、能与机械能守恒 探究功与能的关系： 利用斜面、滑块和弹簧系统，通过测量物体在不同位移下的受力情况，计算外力所做的功。 验证机械能守恒定律： 使用落体实验和单摆实验。重点讲解如何通过精确测量初始和最终高度（或摆角）来验证势能和动能的相互转化关系，以及在实际操作中如何校正能量损耗（如空气阻力对摆动的影响）。 1.4 振动与波动 简谐运动（SHM）的特性： 通过弹簧振子和单摆，研究周期与振幅、质量、长度之间的关系。强调如何通过傅里叶分析的简化概念来识别和分离复合振动中的简谐成分。 波速的测量： 利用声波演示装置或绳波演示器，测量波速，并探究波长、频率与波速之间的关系 $lambda = v/f$。 --- 第二部分：热学与光学实验 本部分转移到描述宏观物质的内能状态和光现象的规律，强调热力学第一定律在实验中的体现以及光的波动性和粒子性的初步探索。 2.1 热学实验 比热容的测定： 详细介绍使用量热计（如焦耳定律或混合法）精确测定不同材料（液体和固体）的比热容。重点讨论热量损失的补偿方法和内能传递效率的计算。 热力学第一定律的验证： 通过加热电阻丝并测量输入电功与系统内能增加量，直观地验证 $Delta U = Q + W$。 温度计的校准与热膨胀： 学习如何使用标准参考点（如冰点和水沸点）校准常用温度计，并测量不同金属的热膨胀系数，分析温度变化对材料结构的影响。 2.2 几何光学与射线光学 光的折射与全反射定律的精确测量： 使用精密量角仪和带有刻度的半圆形玻璃砖，精确测定不同介质的折射率。探讨斯涅尔定律在光导纤维原理中的应用。 透镜成像规律研究： 详细介绍使用光具座，系统性地改变物距，测量像距，并绘制“1/u – 1/v”图，从而验证薄透镜成像公式 $1/u + 1/v = 1/f$。同时，分析像差（如球差、彗差）在真实透镜中的存在及其对成像质量的影响。 反射定律与平面镜、球面镜： 利用激光和反射光斑，精确测量反射角的规律，并探讨凹面镜和凸面镜的成像特性。 2.3 波动光学基础 光的干涉现象： 使用牛顿环或迈克尔逊干涉仪，测量光的波长。重点讲解干涉条纹的形成条件以及如何通过条纹间距计算未知波长。 光的衍射现象： 通过单缝衍射实验，观察衍射图样，并利用夫琅禾费衍射公式计算缝宽。 --- 第三部分：电磁学实验与电路分析 本部分是连接宏观物理现象与微观粒子行为的关键环节，侧重于电磁场的产生、测量以及电路的动态响应。 3.1 直流电路分析 欧姆定律的验证与电阻的测量： 不仅是简单的 $V=IR$ 验证，更深入到使用惠斯通电桥（Wheatstone Bridge）精确测量未知电阻，并讨论电桥的平衡条件及其在传感器应用中的价值。 基尔霍夫定律的应用： 针对复杂多回路电路，使用电压表和电流表进行系统性测量，验证基尔霍夫的电流定律（KCL）和电压定律（KVL）。 串联与并联电路中的功率分配： 测量不同复杂电路配置下的总电阻、总电流及各个元件上的电压降与功耗，分析能量的有效利用。 3.2 磁场与电磁感应 用磁力计测量地磁场强度： 使用亥姆霍兹线圈产生已知磁场，通过电流调节，使其与地磁场抵消，从而精确测定当地的地磁场强度。 法拉第电磁感应定律的定量研究： 测量穿过不同匝数的线圈的磁通量变化率，并验证感应电动势与磁通量变化率之间的定量关系，探讨楞次定律在能量守恒中的体现。 RLC电路的暂态响应分析： 使用函数发生器驱动RLC串联或并联电路，研究在交流信号作用下，电路的瞬态电流和电压变化，重点分析电容和电感对电路相位的滞后或超前作用。 --- 第四部分：基础化学实验操作与溶液分析 本部分侧重于化学实验的规范操作、基本物化性质的测定以及溶液化学中的定量分析方法。 4.1 实验室安全、基础操作与化学计量学 危险化学品管理与废液处理： 详细讲解酸碱的稀释步骤、有机溶剂的安全储存，以及特定重金属废液的无害化处理流程。 基本玻璃仪器操作： 熟练掌握加热、过滤（包括重力过滤和减压过滤）、蒸馏（常压和减压）以及萃取的标准操作流程，并理解每种操作背后的热力学或分离原理。 溶液的精确配制： 学习如何根据物质的摩尔质量、目标浓度和溶液体积，精确计算所需溶质的质量，并利用容量瓶进行定容，强调溶解、定容的先后顺序与操作规范。 4.2 酸碱滴定与中和反应 标准溶液的制备与标定： 学习如何配制基准物质的标定溶液（如KHP），并以此标定未知浓度的酸或碱溶液。 强酸强碱滴定实验： 详细指导如何使用滴定管滴定，并精确识别滴定终点（利用甲基橙或酚酞指示剂）。重点分析指示剂的选择依据及其变色范围。 弱酸/弱碱的滴定曲线分析： 使用pH计采集滴定数据，绘制滴定曲线，并通过曲线的突跃点和半当量点来测定弱酸或弱碱的酸度常数（pKa）。 4.3 沉淀反应与溶解度平衡 制备与纯化沉淀物： 通过硝酸银与氯化钠的反应为例，演示如何通过控制反应条件（温度、滴加速度）来获得晶型良好、纯度高的沉淀。 溶度积（Ksp）的测定： 利用浊度法或电导法，测定难溶性盐（如Ca(OH)2或AgCl）在不同温度下的溶解度，并计算其溶度积常数。分析共同离子效应如何影响溶解平衡。 4.4 氧化还原反应与电化学基础 高锰酸钾标准浓度的确定： 使用草酸标准溶液对高锰酸钾溶液进行标定，这是典型的氧化还原滴定实验。 原电池的构建与电动势测量： 构建锌铜电池（丹尼尔电池），测量其在不同浓度溶液中的电动势，并与能斯特方程进行对比，理解浓度对电池电位的影响。 --- 总结与展望 本书的每一章节都强调实验数据的获取、处理、误差分析与理论模型的构建之间的紧密联系。通过本手册的系统学习，学生将不仅掌握必需的物理和化学实验技能，更重要的是，能够培养起批判性思维、严谨的科学态度，为未来更深入的科学研究打下坚实的基础。

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这本书的排版和设计简直是一场灾难，完全不像是为实际操作而准备的。我拿到手的时候，首先就被它那毫无章法的布局给劝退了。实验步骤的描述含糊不清，插图简直是小孩子的涂鸦水平，根本看不出它到底想表达什么。有一次我按照书上的指示尝试搭建一个简单的电路模型，结果硬是花了好几个小时才搞明白作者到底想让我把哪个元件接到哪个接口上。更别提那些所谓的“关键概念”解释，简直是故弄玄虚，用了大量我根本没学过的术语，却没有任何背景介绍，读起来就像在啃一本晦涩难懂的哲学著作，而不是一本科学实验手册。这种内容组织方式，不仅没有帮助我理解物理科学的原理，反而让我对实验本身产生了深深的抗拒。如果一个实验指南连最基本的清晰度和逻辑性都做不到，那它存在的意义到底是什么？我真希望出版社在发行前能找真正的科学教育者审阅一下，而不是随便找个文案写手凑数。

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质量控制是这本“指南”的另一个致命伤。我发现好几个实验的材料清单里列出的项目根本无法在市场上以常见规格购得，或者干脆就是错误的代码。例如，一个测量密度的实验，要求使用一个精度为小数点后四位的电子天平，而我们实验室配备的最高精度也只有小数点后两位。这让我不得不临时修改实验方案，这对于一个强调严格遵守步骤的实验手册来说，是不可饶恕的疏忽。更气人的是，在记录数据和结果分析的部分，它提供的模板也毫无帮助。数据表格的列数明显不足以容纳我们实际采集到的多组数据，而“误差分析”这一关键环节，作者给出的指导简直是幼儿园水平，只是简单地提了一句“计算百分比误差”，却完全没有涉及系统误差和随机误差的区别与处理方法。这完全是对科学严谨性的践踏，它教给学生的是一种粗糙、不负责任的科学态度。

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我对这本书的期望值本来就不是特别高，毕竟很多配套教材都是应付了事，但这本的“应付”程度刷新了我的认知下限。它在理论部分的阐述上极其肤浅，仿佛只是把教科书上最枯燥的定义原封不动地抄了过来，连个生动的例子都没有。例如，在讲解牛顿第二定律时，它只是机械地给出了 $F=ma$ 这个公式，然后就跳到了下一个实验，完全没有探讨这个公式在不同情境下的应用差异，或者历史上科学家是如何推导出它的。对于一个初学者来说，这种“填鸭式”的教学方法是极其有害的，它扼杀了探索的欲望。我甚至怀疑作者是否真正理解这些基础物理概念背后的深层逻辑。如果我只是想看公式的集合，我可以直接去查阅任何一本标准的物理参考书，根本不需要一本号称是“实验指导”的教材来浪费我的时间。这本书更像是作者为了凑够页数而强行塞进去的文字填充物，对实际教学的贡献几乎为零。

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说实话，这本书的“互动性”和“引导性”几乎为零，它更像是一个冷冰冰的指令集，而不是一个引导学习的伙伴。在进行开放式探究实验时，这本书提供的提示少得可怜，完全没有激发我独立思考的能力。它似乎预设了所有学生都应该以同一种、且唯一正确的方式去完成实验，一旦我的思路偏离了书本设定的轨道，我就立刻感到迷茫，不知道该如何修正方向。我需要的是那种能够在我遇到困难时，提供一些启发性的问题，引导我去探索解决方案的工具书，而不是这种事无巨细、却又毫无洞察力的说明书。如果实验的乐趣在于发现和解决未知，那么这本书就彻底剥夺了这种乐趣，它把所有答案都预设好了，剩下的只是机械地复述和记录。对于那些真正想深入理解物理世界的学生来说，这本书无疑是一个巨大的绊脚石。

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从装帧和纸张的使用来看，这本书也体现了极度的廉价感，这或许反映了其内容质量的低下。纸张薄得像报纸，油墨很容易洇开，尤其是在我尝试用荧光笔做标记后，背面几乎立刻就被浸透了，另一页的内容完全无法辨认。这不仅影响了阅读体验，更重要的是，它降低了我对学习材料的尊重感。一本严肃的科学教材，理应在物质载体上体现出应有的品质，以配合其所承载的知识的重量。然而，这本书给人的感觉就像是用最便宜的材料匆匆印刷出来，目标群体似乎只是那些被迫购买它的学生，而不是那些真正渴望学习的求知者。拿到这本书的时候，我甚至怀疑它是否能挺过一个完整的学期而不散架。这种对细节的漠视，让我对作者和出版方都产生了极大的不信任感，购买它纯粹是一种无奈的选择。

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