A Laboratory Course In Physics For Secondary Schools

A Laboratory Course In Physics For Secondary Schools pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Sastri Press
作者:Robert Andrews Millikan
出品人:
页数:148
译者:
出版时间:2008-07-08
价格:USD 26.95
装帧:Paperback
isbn号码:9781408676363
丛书系列:
图书标签:
  • 物理
  • 实验
  • 中学
  • 实验室
  • 课程
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  • 科学
  • 教育
  • 物理学
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具体描述

物理学原理的探索与实践:聚焦初级实验的深度解析 本书旨在为中学阶段的学生提供一套全面、深入且富有实践指导性的物理学实验指南。我们相信,物理学的精髓不仅在于理论知识的掌握,更在于通过亲手操作和严谨观察,将抽象概念转化为具象体验的过程。本书的核心目标是构建一个坚实的实验基础,使学生能够自信地运用科学方法解决实际问题。 第一部分:基础测量与误差分析——科学探究的基石 本部分将首先聚焦于物理实验中最为基础却至关重要的环节:精确测量。我们详尽地介绍了不同测量工具的使用规范与精度要求,包括但不限于游标卡尺、螺旋测微器以及高精度天平。每一个工具的介绍都配有清晰的图示和多步操作指南,强调了“零点校准”和“读数方法”的标准化流程。 随后,本书将深入探讨测量误差的本质。我们将物理误差划分为系统误差和随机误差两大类,并分别阐述如何识别和最小化它们。随机误差的处理是本部分的核心。我们将引入统计学概念,如平均值、绝对误差和相对误差的计算方法,并重点讲解如何使用标准差来量化测量结果的可靠性。我们提供了一系列模拟数据,引导学生亲手计算和绘制误差棒图(Error Bars),从而直观地理解“一个带有不确定性的结果才是完整的物理陈述”这一理念。例如,在测量一根金属棒的长度时,我们不仅要求给出数字,更要求学生阐述该数字在什么置信区间内是可信的。 第二部分:力学基础的实验验证——牛顿定律的直观体现 力学是物理学的基石。本部分侧重于通过一系列经典但设计精巧的实验,来验证和深化对牛顿运动定律的理解。 匀变速直线运动的实验探究: 抛弃传统的打点计时器,我们引入了更现代化的光电门计时系统(Photogate Timers)。实验设计要求学生利用光电门测量物体在不同初速度和不同斜面角度下的加速度。我们将引导学生使用数据拟合(Data Fitting)的方法,而非简单的连线法,来处理时间-位移、时间-速度数据,并从中提取加速度值。本章的重点在于如何通过图形的斜率和截距来解释物理意义,并对比不同实验条件下计算所得加速度的差异性。 力的合成与分解: 弹簧秤和力的传感器(Force Sensors)的应用被提升到新的高度。实验不再是简单的力的平衡验证,而是要求学生设计一个复杂的受力系统,例如一个简化的滑轮组或杠杆系统,使用力传感器精确测量各个分力的瞬时大小和方向,并利用矢量求和(Vector Addition)的几何方法和代数方法进行对比验证。关键在于分析系统在非平衡态(即正在加速时)的受力情况。 动量与能量守恒: 本部分采用了碰撞实验作为核心。学生将使用气垫导轨(Air Tracks)来模拟无摩擦环境,研究弹性碰撞和非弹性碰撞。除了传统的质量和速度测量外,我们引入了高速视频分析(High-Speed Video Analysis)工具。学生需要录制碰撞过程,并在视频分析软件中追踪物体的质心轨迹,从而精确计算碰撞前后的总动量和总动能,并讨论动能损失的具体去向(如形变、热能等)。 第三部分:热学与分子动理论的微观视角 热学部分力求超越简单的比热容测量,将实验与微观粒子运动联系起来。 理想气体定律的验证: 传统的定容加热实验被改进为使用压力传感器和温度传感器的实时数据采集系统。学生需要在一个密闭容器中,通过精确控制温度(使用恒温水浴或加热带),实时记录压力变化。本章的重点在于如何处理实验数据,绘制P-T图,并利用斜率反推出与气体摩尔量成正比的常数,从而加深对阿伏伽德罗常数和理想气体常数R的理解。 相变与潜热: 我们将研究水的汽化热和熔化热。实验设计强调热量传递的效率。学生需要系统性地研究保温容器的性能,分析热量散失的途径(传导、对流、辐射),并设计实验来补偿这些损失,以获得更精确的潜热值。 第四部分:电磁学的精确量化——从静电场到电磁感应 电磁学部分强调对场的概念的量化理解,大量使用高精度数字万用表和示波器。 电路分析的动态过程: 对于直流电路,我们不仅分析稳态,更关注RL、RC电路的瞬态响应。学生将使用数字示波器(Oscilloscope)捕捉电压随时间的变化曲线,精确测量时间常数 $ au$。本章详细讲解了如何使用示波器的光标功能来读取半衰期和峰值时间,并将实验数据与指数衰减公式进行拟合,验证理论预测。 磁场测量与霍尔效应: 我们将使用高斯计(Gaussmeter)来直接测量不同几何构型下(如螺线管内部、两个永磁体之间)的磁感应强度分布。更深入的实验是霍尔效应的应用。学生将利用霍尔探头测量通过导体的电流时,材料内部产生的霍尔电压,从而计算出载流子浓度和电荷类型。这使得学生能够“看见”材料内部的电荷运动。 电磁感应与法拉第定律: 实验重点在于分析磁通量的变化率。学生将通过改变线圈匝数、磁场强度或运动速度,系统地研究感应电动势的大小。本章要求学生使用磁通计(Fluxmeter)来直接测量磁通量的变化量 $Delta Phi$,然后结合 $Delta t$,计算 $Delta Phi / Delta t$,并将其与用电压表测得的电动势进行对比,从而直接验证法拉第电磁感应定律的数学形式。 第五部分:光学与波的特性——光的干涉与衍射 本部分将光的行为从几何光学提升到波动光学层面。 光的干涉与测量: 采用迈克尔逊干涉仪(Michelson Interferometer)作为核心工具。学生需要通过移动反射镜,精确计数条纹移动的次数,从而计算出所用光的波长。本章详细介绍了如何处理由仪器机械精度和空气扰动带来的误差。 单缝衍射与分辨率: 使用激光光源和不同宽度的单缝。实验要求学生不仅测量主极大和第一极小之间的角度,更要系统地研究缝宽变化对衍射图样整体宽度和光强分布的影响。学生需要将实验结果与$sin heta = mlambda/a$ 的公式进行拟合,并探讨当光斑无法分辨时(衍射极限)所对应的最小分辨角。 总结与展望 本书的每一个实验都围绕“精确测量、数据处理、理论验证与误差分析”的闭环展开。我们强调的不是简单的“照章操作”,而是鼓励学生在实验设计阶段就思考如何提高精度、如何选择最佳的分析方法,以及如何将实验结果转化为严谨的科学报告。完成本书的学习后,学生将不仅掌握物理学的基本规律,更培养出一位未来科学家所必需的批判性思维和动手能力。

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用户评价

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这是一本能够点燃你对物理世界好奇心的书。我翻开它,就像打开了一个充满惊喜的宝箱。里面的每一个实验,都像是通往某个物理奥秘的一扇门。它不仅仅是告诉你如何操作,更重要的是,它让你思考“为什么”。我至今还记得,在学习“万有引力定律”时,书中并没有直接给出公式,而是引导我去观察行星的运动轨迹,去思考这些天体为何会按照特定的轨道运行。然后,它才通过一个精心设计的实验,让你去模拟和验证这个伟大的定律。这个过程让我觉得,我不是在学习课本上的知识,而是在参与一场关于宇宙规律的探索。书中的语言风格非常平实,但字里行间却充满了科学的严谨和人文的关怀。它就像一位经验丰富的导师,耐心地引导着你,让你在动手操作中,逐渐理解那些抽象的物理概念。我特别喜欢它对实验器材的描述,很多时候,我们都觉得某些器材高深莫测,但这本书用非常直观的方式,将它们的原理和用途展现在我面前,让我觉得它们不再是遥不可及的“高科技”,而是可以被理解和掌握的工具。

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我深信,一本好的实验指导书,不仅仅是教会学生“怎么做”,更重要的是教会学生“如何思考”。《A Laboratory Course In Physics For Secondary Schools》在这方面做得非常出色。它在介绍每一个实验时,都会先提出一个具有启发性的问题,然后引导你去设计实验来寻找答案。例如,在学习“声波的传播”时,它不会直接告诉你声速是多少,而是让你去设计实验,测量声速。这个过程需要你思考如何准确地测量时间和距离,以及如何减小误差。我当时就觉得,这不仅仅是在做一个物理实验,而是在进行一项科学研究。书中对于实验器材的选择和使用也有非常详细的说明,这对于确保实验的顺利进行至关重要。而且,它还强调了实验报告的重要性,鼓励学生在完成实验后,认真撰写实验报告,总结实验过程和结果,并提出自己的看法。这一点对于培养学生的科学思维和表达能力非常有益。

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不得不说,这本《A Laboratory Course In Physics For Secondary Schools》在培养学生的实践能力和科学思维方面,简直堪称典范。我记得其中有一个实验,关于“研究欧姆定律”,它并没有仅仅要求学生去连接电路、测量电压和电流,而是设计了一系列循序渐进的问题,引导学生去探究电阻、电压和电流之间的关系,并且在实验过程中,鼓励学生记录下每一次测量的数据,并尝试绘制出相应的图表。我至今还记得,当我亲手画出那条近似直线时,心中涌起的成就感,仿佛我真的在用自己的双手,触摸到了那个无形却至关重要的物理定律。书中对于实验仪器的使用和维护也有非常详细的介绍,这对于学生来说至关重要。很多时候,实验的失败并不是因为理论的错误,而是因为对仪器的误操作。这本书恰恰弥补了这一不足,它用通俗易懂的语言,讲解了各种测量工具的原理和使用方法,并且强调了安全注意事项,这一点做得非常到位。而且,它还鼓励学生在实验结束后,写一份详细的实验报告,这不仅仅是记录,更是对整个实验过程的梳理和反思,这对于培养学生的严谨性和逻辑性大有裨益。我感觉,通过这本书,我不再仅仅是一个被动接受知识的学生,而是一个积极参与科学探索的“小科学家”。

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当我第一次翻开这本《A Laboratory Course In Physics For Secondary Schools》,一种久违的、对科学探索的热情瞬间被点燃。书页泛着微微的暖黄,带着一丝历史的沉淀感,仿佛在诉说着那些曾经在这间间实验室里,无数年轻学子们,在灯光下,带着好奇与些许紧张,亲手搭建、测量、观察,一次次地验证着那些抽象的物理定律。这本书的设计,不像某些教科书那样死板地堆砌理论,而是以一种“动手做”的方式,引领读者一步步走进物理世界的奇妙。每一个实验都配有清晰的操作步骤和详尽的器材列表,即使是初学者,也能在指导下有条不紊地进行。我特别喜欢的是,书中并没有简单地告诉你“怎么做”,而是巧妙地引导你去思考“为什么这样做”。例如,在进行“测量自由落体加速度”的实验时,它不会直接给出公式,而是鼓励你去设计测量方案,考虑空气阻力的影响,甚至提出如何减少误差的方法。这种探索式的学习方式,让我觉得我不是在被动地接受知识,而是在主动地发现真理。书中的插图和图表也设计得十分精美,它们不仅是演示,更是视觉化的语言,将复杂的实验装置和物理原理直观地呈现出来,极大地降低了理解的门槛。我甚至觉得,这本书不仅仅是一本物理实验手册,更像是一本关于科学精神的启蒙读物,它教会我如何观察、如何提问、如何验证,以及最重要的,如何拥抱未知,并从中找到乐趣。

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这本书给我的感觉,就像是一本充满智慧的“游戏手册”,只不过这个游戏是关于探索宇宙的奥秘。它用生动活泼的语言,将枯燥的物理理论,转化成一个个引人入胜的实验。我记得在学习“光的折射”时,它不是直接给你讲解折射定律,而是让你去观察光线穿过不同介质时的弯曲现象,然后去思考背后的原因。它甚至鼓励你去尝试用不同的材料,制作棱镜,来观察不同程度的折射。这种“玩中学,学中玩”的方式,让我觉得物理实验不再是枯燥的任务,而是充满了趣味和惊喜。而且,书中对于实验误差的分析也做得非常到位,它会教你如何识别不同类型的误差,以及如何通过改进实验设计来减小误差。这让我明白,科学研究并非一蹴而就,而是需要耐心、细致和不断地修正。我感觉,这本书不仅仅教会了我如何做物理实验,更教会了我一种科学的思维方式,一种拥抱未知、勇于探索的精神。

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这本书最大的魅力在于,它不仅仅是一本冰冷的实验指导书,更是一位循循善诱的老师。我记得我在阅读关于“测量光的衍射”的部分时,被书中描述的实验现象深深吸引。它没有直接告诉你衍射的数学公式,而是先让你通过简单的装置,亲眼观察到那个迷人的、由光衍射产生的干涉条纹。书中的文字描述非常生动,仿佛我真的置身于那个黑暗的实验室,手中拿着激光笔,对着狭缝发出的光束,仔细观察着屏幕上那一道道明暗相间的亮带。它引导我去思考,为什么光会产生这样的现象?这背后隐藏着怎样的物理原理?它鼓励我去尝试改变狭缝的宽度,观察条纹的变化,并思考这之间是否存在着某种定量关系。这种“从现象到规律”的学习过程,比单纯记忆公式来得更加深刻和有趣。而且,这本书在实验设计上,也考虑到了实际操作的可行性和安全性。它所推荐的器材,都是相对容易获得的,而且操作过程也经过了精心的设计,最大程度地降低了实验的难度和风险。我个人认为,这对于很多初学者来说,是非常宝贵的。它不会让学生望而却步,而是会让他们觉得,科学探索并没有那么遥不可及。

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我曾几何时对物理实验感到畏惧,觉得它们复杂而难以掌握。但《A Laboratory Course In Physics For Secondary Schools》彻底改变了我的看法。它就像一位经验丰富的向导,用最清晰、最易懂的方式,带领我一步步走进物理世界的奇妙。书中的每一个实验,都经过了精心的设计,不仅考虑到了科学的严谨性,更充分考虑到了学生的接受能力。我记得在学习“研究电磁感应”的实验时,书中并没有直接告诉你感应电流的方向,而是让你通过观察电流计指针的偏转,去自己发现规律。它引导你去改变磁铁的运动方向,去改变线圈的匝数,去观察每一次变化对感应电流的影响。这个过程充满了探索的乐趣,让我觉得自己仿佛在和自然界进行一场对话,试图去理解它所传递的信息。而且,书中在实验结束后,都会留有思考题,这些题目不是简单的重复,而是会引导你去将所学的知识延伸到更广阔的领域,这极大地激发了我对物理学的进一步兴趣。

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这本书的独特之处在于,它将理论知识与实践操作完美地结合在一起,而且是以一种非常自然、流畅的方式。我打开它,就像走进了一个充满活力的物理实验室,空气中弥漫着好奇与求知的气息。每一个实验的引入都非常精彩,它会从一个日常生活中常见的现象出发,然后引导你去思考这个现象背后的物理原理。例如,在讲解“流体静力学”时,它不会一开始就给你讲阿基米德原理,而是会让你去观察物体在水中是沉是浮,然后去设计实验来探究其中的原因。这种“情境式”的学习方式,让物理知识不再是枯燥的符号和公式,而是变成了生动有趣的探究过程。我特别欣赏的是,这本书在实验步骤的描述上,做到了既详细又简洁,不会让读者感到迷失,也不会让读者感到乏味。而且,它还非常注重培养学生的动手能力和团队合作精神,很多实验都需要多人协作才能完成,这对于培养学生的沟通和协作能力也很有帮助。

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我一直认为,物理实验不仅仅是为了验证公式,更是为了培养一种独立思考和解决问题的能力。《A Laboratory Course In Physics For Secondary Schools》在这方面做得尤为出色。它并没有给你现成的答案,而是提供了一个框架,让你在这个框架内,去自主地探索和发现。我记得其中一个关于“测量电阻率”的实验,它要求你不仅要测量导线的电阻,还要测量它的长度和横截面积。这个过程需要你对测量工具的使用非常熟练,并且要能够准确地计算出导线的电阻率。书中在引导你完成实验的同时,也强调了不同材质的导线,其电阻率会有显著差异。它鼓励你去尝试不同材质的导线,并比较它们的电阻率,从而更深入地理解“电阻率”这个概念。我当时就觉得,这不仅仅是一个物理实验,更是一个小型科学研究项目,它让我体会到了科学研究的乐趣和挑战。而且,书中对于实验结果的分析也提出了很多建议,比如如何判断实验结果是否可靠,以及如何通过调整实验参数来优化结果。这些都是在课堂上很难学到的宝贵经验。

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老实说,在接触《A Laboratory Course In Physics For Secondary Schools》之前,我对物理实验的印象一直停留在“照着说明书做,然后得到一个数字”的阶段。但这本书完全颠覆了我的认知。它在介绍每一个实验时,都会先抛出一个引人入胜的问题,或者描述一个有趣的物理现象,然后才引导你去设计和进行实验来解答。例如,在研究“杠杆的平衡条件”时,它不是简单地让你去挂砝码,而是会让你去思考,为什么不同长度的力臂,能够平衡不同大小的力?它鼓励你去自己设计实验,去验证“力乘以力臂等于力矩”这个看似简单的道理。我特别欣赏的是,书中并没有回避实验中可能出现的误差,反而把误差的分析和处理作为实验的重要组成部分。它会教你如何识别系统误差和偶然误差,以及如何通过多次测量来减小误差的影响。这一点对于培养学生严谨的科学态度至关重要。我记得当时为了测量一个物体的密度,我做了很多次测量,然后根据这些数据,计算出最有可能的密度值。那个过程充满了挑战,但也充满了乐趣,让我真正体会到了科学研究的严谨和细致。

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