物理奥林匹克实验教程 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:湖南师范大学出版社

作者:青一平

出品人:

页数:305

译者:

出版时间:1995-3-1

价格:23.00元

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isbn号码:9787810314411

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物理奥林匹克实验教程：理论与实践的深度融合 内容提要： 本教程专注于为准备参加各类高水平物理奥林匹克竞赛的学生提供全面、深入的实验技能指导与理论知识支撑。全书结构严谨，内容覆盖理论物理基础、精密测量技术、经典力学实验、电磁学实验、光学实验以及热学与近代物理基础实验等多个核心领域。我们不只是提供“如何做实验”的步骤，更强调实验背后的物理学原理、数据处理的科学方法论，以及实验误差的精确评估与控制。本书致力于培养学习者将抽象的物理定律转化为可操作、可验证的实验过程的能力，是连接课堂理论与实际科研探索的桥梁。 --- 第一部分：实验思维与基础技能的奠基 第一章：物理实验的哲学与方法论 本章首先探讨物理实验在科学认知体系中的地位与作用，阐述从观察现象到建立模型，再到实验验证的完整科学循环。重点介绍物理学研究中常见的归纳法、演绎法和类比法在实验设计中的应用。 科学探究的路径： 深入分析物理学史上的经典实验（如伽利略的落体实验、密立根的油滴实验）如何推动理论的革新，强调实验思维在创新中的核心价值。 假设检验与模型构建： 教授如何基于现有理论提出可证伪的实验假设，并引导读者理解如何通过实验结果对物理模型进行修正或抛弃。 实验的伦理与规范： 强调实验安全操作的基本原则，以及学术诚信在数据记录和报告撰写中的重要性。 第二章：精密测量与数据处理 这是所有高级物理实验的基础。本章详尽讲解现代物理实验中对测量精度和数据可靠性的严苛要求。 不确定度分析的科学： 详细阐述系统误差与随机误差的来源、区分与控制。引入标准差、置信区间等统计学工具，教授如何使用“误差的传播定律”对复合测量结果的不确定度进行精确计算。重点解析“保留有效数字”的科学依据，避免“过度精确”或“草率处理”。 仪器误差与校准： 涵盖游标卡尺、螺旋测微计、示波器、万用表等常用精密仪器的结构原理、使用规范及必要的校准流程。强调仪器标定（Calibration）是保证实验结果准确性的先决条件。 图示法与回归分析： 教授如何利用最小二乘法（Linear Regression）对实验数据进行线性拟合，确定物理量之间的函数关系。详细介绍各种非线性关系的线性化处理技巧，并讲解拟合优度（如$R^2$值）的物理意义。 --- 第二部分：经典物理学的高级实验探究 第三章：力学——动态与静态的精确描述 本章超越基础力学实验，聚焦于复杂系统和非保守力场的精确测量。 振动与波动的精密测量： 深入探讨单摆、复摆的周期性精确测量，并引入阻尼振动和受迫振动系统的实验分析。利用傅里叶分析的思想，对复杂的周期性运动进行分解与研究。 转动惯量与角动量的测量： 设计精密的实验装置来测定非规则物体的转动惯量，探讨角动量守恒在复杂碰撞系统（如弹道摆升级版）中的应用与测量难度。 非保守力效应的量化： 针对摩擦力、空气阻力等在高速或高精度测量中不可忽略的因素，设计实验方案量化其影响，并尝试将其纳入运动学模型中进行修正。 第四章：电磁学——场的操控与量子化的前奏 本章侧重于电磁场分布的测量和基本电磁常数的精确测定。 静电场的描绘与分析： 利用模拟法（如等势线描绘）结合高精度探针，精确测量电容器内部的电场分布，验证拉普拉斯方程在二维静电场中的应用。 电磁感应与电感测量： 重点研究复杂线圈结构中的互感和自感测量，利用LCR表无法满足的频率范围，设计基于振荡电路的精密电感测定实验。 霍尔效应与磁场测量： 详细讲解霍尔效应的理论基础，并设计实验用以精确测定不同材料的载流子浓度及电荷类型。利用磁通计（Fluxmeter）进行磁场强度的精密积分测量。 第五章：光学——波动性与几何光学的高级验证 本章旨在通过干涉、衍射和偏振实验，巩固光的波动性认识，并提升光路控制能力。 干涉仪的优化与应用： 不仅限于迈克尔逊干涉仪，重点探讨如何优化环境（温度、气流）以获得稳定的干涉条纹，并利用条纹移动测定折射率的微小变化。 衍射极限与分辨率： 设计实验测量不同口径光束在衍射限制下的成像质量，量化分辨本领，并探讨傅里叶光学在图像处理中的初步应用。 偏振态的精确分析： 介绍琼斯矩阵（Jones Calculus）的基本概念，并通过偏振片、四分之一波片等元件的组合，实验分析和确定任意偏振光的偏振状态。 --- 第三部分：热学与近代物理的实验前沿 第六章：热学——宏观统计与微观模型的结合 本章关注热力学定律在实际系统中的精确表现，以及气体动理论在实验中的体现。 气体常数与绝热过程： 设计精确的实验装置（如冒德鲁定律或使用精密压力传感器）重新测定理想气体常数$R$。通过快速压缩和膨胀实验，精确测定气体的比热比$gamma$，并分析其与分子自由度之间的关系。 相变与临界现象的观测： 教授如何设计实验精确控制温度和压力，观察物质的相变点，并尝试在临界点附近观测热力学参量的剧烈变化。 热电效应的量化： 深入研究塞贝克效应和珀尔帖效应，设计实验测量不同温差下产生的电动势，并计算材料的效率因子。 第七章：近代物理实验的入门与实践 本章为进入大学或专业研究打下基础，侧重于对基本量子现象的实验验证。 光电效应的精确测量： 采用高灵敏度光电倍增管和精确的电压扫描系统，重新绘制光电流与光电压曲线，精确确定普朗克常数$h$与逸出功，并探讨极限频率处的量子效应。 原子光谱的解析： 利用高分辨率光谱仪，对特定元素（如氢、汞）的发射光谱进行精确测量，识别谱线，并尝试将其与玻尔模型进行比对，分析高能级跃迁的微小偏移。 放射性衰变的统计学分析： 介绍盖革计数器的正确使用方法和计数统计学（泊松分布），通过长时间、多批次测量，计算放射性同位素的半衰期，并进行严格的不确定度分析。 附录：实验报告的规范化写作 详细指导学生如何撰写一篇符合国际标准的物理实验报告，包括摘要、引言（理论背景）、实验装置与方法、数据与结果（含图表和误差分析）、讨论（与理论的偏离分析）和结论。强调清晰的逻辑结构和严谨的科学语言表达。 --- 本书特色： 强调“为什么”而非“怎么做”： 每个实验步骤的背后都有深刻的物理原理支撑，引导学生从宏观现象深入到微观本质。 面向竞赛优化： 选取的实验主题和难度系数，均参考历年国际、国内高水平物理竞赛的实验环节要求，确保训练的针对性。 数据驱动的严谨性： 将数据分析和误差处理作为与实验操作同等重要的部分进行教学，确保学习者具备现代物理研究的基本素养。

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这本书的行文风格极其注重细节的连贯性和逻辑的自洽性，但又不是那种教条式的说教。我个人非常喜欢它在引入新概念时所采用的“铺垫”技巧。例如，在讨论到如何精确控制某个变量时，它会先回顾一个与之相关的、在先前实验中遇到的困难，然后顺势引出解决这个困难所必需的新工具或新方法。这种前后呼应的写作手法，使得学习路径非常自然流畅，知识点之间的联系被紧密地编织在一起，形成了一个有机的知识网络，而不是孤立散落的知识点。读起来感觉非常连贯，每读完一部分，都会对整体的实验体系有更深一层的理解。它成功地做到了在保持专业深度的同时，兼顾了读者的阅读体验，使得学习过程成为一种持续的、有逻辑的探索，而不是对知识的机械记忆和重复。

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这本书在数据处理和误差分析方面的论述，可以说是教科书级别的典范，严谨得令人称赞。作者没有简单地介绍“平均值和标准差”这些基础概念，而是深入剖析了系统误差与随机误差的来源、区分方法以及如何通过实验设计来最大程度地消除或补偿它们。特别是关于“最小二乘法”在线性拟合中的应用，讲解得详尽而透彻，配上了大量清晰的图形示例，即便是对统计学不太熟悉的读者也能迅速掌握其精髓。更难能可贵的是，书中对“测量不确定度的传递”这一复杂环节也做了清晰的梳理，避免了以往很多教材中对这一关键步骤一带而过的弊端。通过学习这些内容，我的实验报告质量有了质的飞跃，不再是简单地罗列数据，而是能够对结果进行具有科学说服力的阐释和评估，这对于任何希望在理工科领域有所建树的人来说，都是一笔宝贵的财富。

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深入阅读后，我发现这本书在实验设计的广度上做得尤为出色。它没有局限于高中物理竞赛中常见的那些“标准范式”实验，而是大胆地引入了许多结合了现代物理学思想和工程实践的拓展项目。比如，涉及一些简单的半导体器件特性测试，或者利用现代传感技术进行精密测量的章节，这些内容极大地拓宽了读者的视野，让人意识到物理实验并非是停留在黑板上的理论推演，而是与我们日常息息相关的工程应用的前沿。对于那些已经掌握了基础操作，渴望在更高水平上挑战自己的学习者来说，这本书提供了绝佳的跳板。每当完成一个稍微复杂一点的实验，那种掌控复杂系统的成就感，是做一套简单的力学题完全无法比拟的。这本书的价值就在于，它成功地架设了一座从理论殿堂通往实际创造的桥梁，让学习过程充满了探索的乐趣和未知的吸引力。

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这本书的装帧和印刷质量相当不错，纸张厚实，触感温和，即使长时间阅读也不会感到眼睛疲劳。排版设计简洁明了，图文并茂，尤其是那些复杂的物理模型和实验装置图，都绘制得极其细致入微，线条清晰流畅，让人一眼就能把握其结构和原理。对于初次接触实验物理的学生来说，这种直观的视觉引导至关重要。书中的章节划分逻辑严谨，从基础概念的引入，到具体实验步骤的分解，再到数据分析和误差讨论的深入，层层递进，就像一位经验丰富的导师在身边耐心指导一样。特别是那些实验操作中的注意事项和潜在陷阱，作者都以醒目的方式标出，极大地提高了学习的效率和安全性。我记得有一次尝试搭建一个光学实验，卡在了某个细微的对准问题上，翻到相关章节，果然找到了解决问题的关键提示，那种豁然开朗的感觉，真是难以言喻。总而言之，这是一本从硬件到软件都体现出匠心的高品质教材，绝对是物理爱好者书架上的必备藏品，光是摆着看，都能感受到那种严谨的学术气息扑面而来。

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这本书的叙述方式非常接地气，完全没有传统教科书那种高高在上、晦涩难懂的架势。作者似乎深知学生的思维模式和困惑点，用一种讲故事般的口吻，将那些原本枯燥的物理定律和实验设计变得生动有趣。举例来说，解析电磁感应定律的部分，它不是简单地抛出公式，而是从法拉第早期的困惑和摸索过程讲起，让人仿佛身临其境地参与到科学发现的历史洪流之中。这种历史观和方法论的结合，使得读者不仅仅是学会了“怎么做实验”，更重要的是理解了“为什么这样设计实验”，以及科学家是如何一步步逼近真理的。我特别欣赏其中对“批判性思维”的强调，它鼓励读者不盲目相信书本上的标准流程，而是要去质疑、去探索更优化的方法，这对于培养未来的科研人才来说，无疑是至关重要的素质教育。这种对科学精神的内在培养，远比单纯的知识灌输来得有价值。

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