设计创新型物理实验导论

前言

第1章演绎创新思维法

1.1逆向思维法

1.1.1功能倒逆

1.1.2结构倒逆

1.1.3因果关系倒逆

1.1.4缺点逆用

1.2置换思维法

1.3移植思维法

1.3.1方法移植

1.3.2原理移植

1.3.3材料移植

1.3.4结构移植

1.3.5功能移植

1.4分析思维法

1.5综合思维法

1.6类比创新法

1.6.1类比思维法

1.6.2模拟思维法

1.7联想创新法

1.7.1相似联想

1.7.2接近联想

1.7.3对比联想

1.7.4因果联想

1.7.5强制联想

1.7.6培养、提高联想能力的方法

第2章非逻辑创新思维法

2.1想象

2.1.1发散思维法

2.1.2迂回思维法

2.1.3智力激励法

2.1.4信息交合法

2.2直觉思维

2.2.1主要特点

2.2.2功能作用

2.2.3直觉的训练

2.3灵感

2.3.1灵感的定义及其基本特征

2.3.2如何引发灵感

2.3.3引发灵感时常用的基本方法

第3章创造技法简介

3.1创造技法的概念

3.2创造技法的原理

3.3创造技法的特点

3.4创造的基本法则

3.4.1综合法则

3.4.2移植法则

3.4.3置换法则

3.4.4对应法则

3.4.5换向法则

3.4.6变化法则

3.4.7群体法则

3.5常用创造技法介绍

3.5.1组合法

3.5.2置换法

3.5.3移植法

3.5.4类比法

3.5.5检核表法

3.5.6列举法

3.5.7新技术应用法

3.5.8自然现象探求法

第4章设计创新型实验与创新人才的培养

4.1正确理解创新型人才的内涵

4.2破除枷锁，大胆创新

4.3创新人才应该培养的几种素养

4.4实验教学中要突出创新人才的培养

4.5科学素质与设计创新型物理实验的关系

第5章测量不确定度与设计创新型实验

5.1测量

5.1.1直接测量、间接测量与组合测量

5.1.2等精度测量与非等精度测量

5.2误差及其分类

5.3测量的精密度、准确度、精确度

5.4测量结果的最佳值与随机误差的估算

5.4.1随机误差的统计规律

5.4.2算术平均值

5.4.3随机误差的表示法

5.4.4随机误差的估算

5.5判别和剔除具有粗大误差(坏值)的数据

5.6非等精度测量

5.6.1“权”的概念和加权平均值

5.6.2“权”和精度参数的关系

5.6.3加权平均值xp的精度参数σx

5.7仪器误差

5.7.1仪器的示值误差限

5.7.2仪器的标准误差

5.7.3仪器的灵敏阈

5.8测量结果的不确定度评定

5.8.1测量不确定度的基本概念

5.8.2不确定度的分量

5.8.3不确定度的合成

5.8.4直接测量量的标准不确定度Uc(x)

5.8.5间接测量量的不确定度评定

5.9不确定度理论在设计创新型实验中的应用

5.9.1分析确定最有利的测量条件

5.9.2分析和选择实验方案与测量方法

5.9.3用不确定度理论指导测量仪器的选择

5.9.4用不确定度理论评价实验结果

第6章设计创新型物理实验中常用的数据处理方法

6.1列表法

6.2图示法

6.3图解法

6.4平均值法

6.5用最小二乘法求经验公式

6.5.1一元线性回归(又称直线拟合)

6.5.2二元线性回归

6.5.3可化为线性回归的非线性回归

6.6求周期性经验公式

6.6.1谐波分析法的基本原理

6.6.26点坐标法

6.6.3用计算机求解周期性经验公式简介

6.7逐差法

6.8用计算机软件处理实验数据简介

6.8.1用Excel软件处理实验数据

6.8.2用Origin软件处理实验数据简介

6.8.3用Matlab语言处理实验数据简介

6.9实验结果的正确表达方式

第7章力学、热学设计创新型实验

7.1单摆实验研究与讨论

7.2气轨上碰撞实验研究与讨论

7.3物体密度的测量研究与讨论

7.4牛顿第二定律实验研究与讨论

7.5金属比热容测定实验研究与讨论

7.6部分力学、热学设计创新型实验项目

7.6.1用光杠杆法测定物质的微小形变量

7.6.2用作图法测定刚体的转动惯量

7.6.3用作图法测定不良导体导热过程中稳定点

7.6.4用弦音仪测定弦上传播的横波的波速

7.6.5超声波频率的测量

7.6.6自选实验项目

第8章电磁学设计创新型实验

8.1伏安法测电阻实验的讨论

8.1.1伏安法测线性电阻的讨论

8.1.2二极管伏安特性测绘实验的讨论

8.2软磁材料磁滞回线的测绘与讨论

8.3霍尔效应及应用实验的讨论

8.4惠斯通电桥测定电阻实验的讨论

8.5用双电桥测低电阻实验的讨论

8.6部分电学、磁学设计创新型实验项目

8.6.1组装欧姆表

8.6.2用电位差计校准电流表

8.6.3用补偿法测量电流

8.6.4用示波器测量电容

8.6.5用霍尔效应测量通电线圈的匝数

8.6.6自选实验项目

第9章光学与近代物理设计创新型实验

9.1测量透明物质折射率的设计创新型实验研究

9.1.1等厚干涉法测量溶液浓度和折射率

9.1.2用掠入射法测量介质折射率

9.1.3利用分光计测定液体折射率

9.1.4利用迈克耳孙干涉仪测量液体折射率

9.1.5利用迈克耳孙干涉仪测量薄膜厚度和折射率”

9.1.6利用全息光栅测量薄透镜的焦距和折射率

9.2测量电子比荷的设计创新型实验研究

9.2.1磁聚焦法测量电子的比荷

9.2.2磁控管法测量电子的比荷

9.2.3塞曼效应测量电子的比荷

9.3部分光学、近代物理设计创新型实验项目

9.3.1多种方法测量透明液体的折射率

9.3.2多种方法测量半圆形透明玻璃砖的折射率

9.3.3光栅特性的研究

9.3.4用自准直法测凹透镜焦距

9.3.5利用干涉法测定介质折射率

9.3.6利用分光计做双棱镜干涉实验

9.3.7衍射现象的研究

9.3.8偏振现象研究

9.3.9双棱镜干涉现象的研究

9.3.10利用等边三棱镜测量液体折射率

9.3.11利用全息实验台制作全息光栅

9.3.12利用迈克耳孙干涉仪制作全息光栅

第10章综合设计创新型实验

10.1非电学量电测的设计创新型实验研究

10.1.1非电量电测技术

10.1.2用金属热电阻测温度

10.1.3用光纤传感器测量振幅和转速

10.1.4霍尔法测磁场的改进

10.1.5利用电涡流传感器测量位移

10.2测量微小长度及其改变量的设计创新型实验研究

10.2.1用光杠杆法测量微小长度改变量

10.2.2用迈克耳孙干涉仪测量微小长度改变量

10.2.3用光纤位移法测量微小长度

10.2.4用莫尔条纹测微小长度改变量

10.2.5用快门测定狭缝微小宽度

10.2.6各种测量方法的优缺点分析

10.3部分综合设计创新型实验项目

10.3.1泰曼-格林干涉仪观察火焰场温度分布

10.3.2细丝直径的测量

10.3.3非补偿法测电源的电动势与内阻

10.3.4可溶性物质体积的测量

10.3.5光纤位移传感器的测速应用

10.3.6利用迈克耳孙干涉仪测压电陶瓷的伸缩系数

10.3.7用多种方法测量物质表面粗糙度

10.3.8自由选题项目

第11章一种新的物理实验数据分析方法介绍

11.1PAW数据分析和数据表示的流程图

11.2PAW程序的实例和说明

11.3用PAW分析E941高能实验数据

参考文献

　　本书在设计创新型实验研究方面，一方面积极探索和实践，另一方面进行了广泛调研，充分吸取了许多兄弟院校的经验。与同类设计创新物理实验专著相比，《设计创新型物理实验导论》具有5个方面特征：用创新思维法指导设计创新型物理实验；将有关创新技法应用于设计创新型物理实验；加强了不确定度理论在设计创新型物理实验中的应用；丰富了设计创新型物理实验数据处理方法；突出了典型实验分析和专题研究相结合的编写特色。　　本书主要内容包括创新思维方法和创新技法概述；设计创新型物理实验与创新人才的培养；不确定度理论和数据处理方法在设计创新型物理实验中的应用；力学、热学、电磁学、光学、近代物理及综合应用设计创新型实验典型例题分析、专题实验研究；一种新的物理实验数据分析软件PAW(PhysicsAnalysisWorkstation)的介绍。　　本书可作为普通高等学校物理学专业和其他理工科专业本科生开设设计创新型物理实验课程的教材，也可作为高等学校从事物理实验教学的教师和实验技术人员的教学参考书。【作者简介】　　朱世坤，1955年生，长期从事物理实验教学与研究。1995年7月获水电部科技进步二等奖，2009年5月获湖北省高等学校教学成果一等奖，2006年、2008年连续两届获得三峡大学教学成果一等奖。主编的教材由科学出版社出版发行的有：“21世纪大学物理实验丛书”《二级物理实验》、《四级物理实验》；“21世纪物理学规划课改教材.大学物理实验丛书”《二级物理实验》（第二版）。在《大学物理》、《物理实验》、《实验室研究与探索》、《实验室科学》、《大学物理实验》等学术刊物上发表教学改革与研究论文20多篇。多次荣获湖北省教育系统先进工作者称号。