本書是為貫徹正確價值觀引領下“以學生為本、綜合運用知識及技能、提高科學素養(yǎng)和創(chuàng)新思維、強化實踐能力和創(chuàng)新能力”的實驗教學理念編寫的，并緊扣“高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度”的金課標準。本書滿足不同基礎學生的層次性，并努力做到六性：新穎性、實用性、先進性、趣味性、普及性和適應性。每個實驗內容都提供有吸引力的引言、針對性的參考文獻、引導性的預習思考題和“基礎、提高、進階、高階”四階要求。學習本書，可優(yōu)化與強化學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。本書分為三篇：第一篇為設計性物理實驗理論概述，主要內容為設計性物理實驗簡介及其在培養(yǎng)人才中的作用，以及實驗數據處理及論文報告寫作；第二篇為綜合設計性物理實驗，共五章17個實驗，歸納為經典力學實驗、物質熱物性測量研究、電子元件和電路的特性與應用研究、光的特性與應用研究、傳感器的特性與應用研究五類實驗，注重物理基礎知識和技能的綜合運用，激發(fā)學生的興趣和積極性，著重培養(yǎng)學生將知識與技術轉化為解決實際問題的能力；第三篇為研究性與設計性物理實驗，共三章11個實驗，題目緊跟時代需求，主要包括新材料制備、設計和特性研究，基于新能源發(fā)電的設計性物理實驗研究，基于仿生的創(chuàng)新性物理實驗研究，培養(yǎng)學生獨立從事科學研究的能力。本書可作為高等院校理工類本科生設計性物理實驗課程的教材或參考書，也可作為物理競賽與創(chuàng)新實驗的參考書。
張利民，博士，西北工業(yè)大學副教授。材料物理與化學專業(yè)，從事的研究方向為電脈沖凝固細晶技術及電磁吸波材料研究。已發(fā)表SCI索引論文90余篇。主持國家級基金3項，省部級1項，參與國家級基金6項。長期講授大學物理實驗（省一流課程）、設計性物理實驗等課程。
目 錄
第一篇 設計性物理實驗理論概述
第一章 設計性物理實驗在培養(yǎng)人才中的作用 1
第一節(jié) 創(chuàng)新人才的培養(yǎng) 1
第二節(jié) 創(chuàng)新教育在設計性物理實驗中的體現 5
第二章 設計性物理實驗簡介 7
第一節(jié) 何為設計性物理實驗 7
第二節(jié) 設計性物理實驗的選題和教學方式 8
第三節(jié) 如何做好設計性物理實驗 9
第三章 實驗數據處理及論文報告寫作 12
第一節(jié) 用軟件處理物理實驗數據 12
第二節(jié) 論文報告的撰寫 23
第二篇 綜合設計性物理實驗
第四章 經典力學實驗 25
實驗1 碰撞打靶實驗 25
實驗2 動力法研究剛體轉動慣量及特性 28
實驗3 基于波爾共振儀的受迫振動特性研究 32
第五章 物質熱物性測量研究 39
實驗4 固體導熱系數的測量 41
實驗4-1 準穩(wěn)態(tài)法測量不良導體的導熱系數和比熱 43
實驗4-2 瞬態(tài)熱線法測量導熱系數 45
實驗5 液體粘滯系數的測量 46
實驗5-1 基于斯托克斯公式的落球法 48
實驗5-2 基于泊肅葉公式的毛細管法 50
實驗5-3 基于液體熱物性參數相關性測定粘滯系數 52
實驗6 液體表面張力的測量 54
實驗6-1 拉脫法 57
實驗6-2 飽和高度法 59
實驗6-3 基于超聲懸浮液滴扇諧振蕩特性的非接觸法 60
實驗7 金屬及半導體電阻率的測量研究 62
實驗7-1 開爾文電橋法測量金屬電阻率 65
實驗7-2 四探針法測量半導體的電阻率 67
第六章 電子元件和電路的特性與應用研究 70
實驗8 電學元件及RLC電路的特性與應用研究 70
實驗8-1 二極管的伏安特性及應用 77
實驗8-2 基于電子元件和RC串聯(lián)電路特性的暗盒實驗 79
實驗8-3 RLC串聯(lián)電路的諧振 81
實驗8-4 RLC串聯(lián)電路的暫態(tài)過程 84
實驗8-5 基于RLC電路特性的暗盒實驗 86
實驗9 交流電橋的應用研究 88
實驗9-1 交流電橋測量電容、電感 93
實驗9-2 交流電橋測量鐵磁材料居里溫度 95
第七章 光的特性與應用研究 99
實驗10 基于分光計的幾何光學和光衍射的特性與應用研究 99
實驗10-1 折射率的測量 103
實驗10-2 單縫和光柵衍射的應用研究 105
實驗10-3 超聲光柵衍射與液體中聲速的測定 107
實驗10-4 發(fā)光二極管的特性與應用研究 110
實驗11 光的偏振特性與應用研究 112
實驗11-1 光的偏振特性與調控研究 112
實驗11-2 液晶電光的特性與應用研究 116
實驗12 光干涉測量技術的應用研究 122
實驗12-1 時間相干性在邁克耳孫干涉儀中的應用 122
實驗12-2 等厚干涉的典型應用——牛頓環(huán)干涉、劈尖干涉 127
實驗12-3 干涉儀的研究及應用 131
實驗12-4 壓電陶瓷的特性及振動的干涉測量 135
第八章 傳感器的特性與應用研究 140
實驗13 溫度傳感器的制作、特性與應用 140
實驗13-1 AD590集成溫度傳感器的特性與應用研究 140
實驗13-2 NTC型熱敏電阻溫度的特性與體溫計設計 146
實驗14 CCD的特性與應用研究 149
實驗14-1 CCD的特性與應用研究實驗 149
實驗14-2 線陣CCD的應用——細絲直徑的非接觸測量 157
實驗15 各向異性磁阻傳感器的磁阻特性與應用研究 163
實驗16 霍爾傳感器的特性與應用研究 169
實驗16-1 霍爾元件測量磁場 172
實驗16-2 基于霍爾位置傳感器的彎曲法測量楊氏模量 174
實驗16-3 集成開關型霍爾傳感器的特性與應用研究 176
實驗17 光纖傳感器的特性與應用研究 178
實驗17-1 光纖馬赫-曾德爾干涉儀的壓力和溫度傳感的特性與應用研究 185
實驗17-2 光纖布拉格光柵應變/溫度傳感的特性與應用研究 187
實驗17-3 光纖壓力/位移傳感器的特性與應用研究 191
實驗17-4 光纖位移傳感器測量材料的楊氏模量 194
第三篇 研究性與設計性物理實驗
第九章 新材料制備、設計和特性研究 197
實驗18 基于超聲懸浮的液滴-氣泡轉變特性 197
實驗19 鈮酸鈉基薄膜的制備及性能研究 203
實驗20 多層殼核空心球尖晶石的制備及其電磁波吸收性能 209
實驗21 相場方法模擬晶體生長的數值實驗 216
第十章 基于新能源發(fā)電的設計性物理實驗研究 221
實驗22 太陽能電池的特性及應用 221
實驗22-1 太陽能電池基本特性的測定 224
實驗22-2 離網型太陽能光伏電源系統(tǒng) 226
實驗23 半導體熱電材料的熱電性能及溫差發(fā)電 229
實驗24 風力發(fā)電系統(tǒng)研究 237
實驗25 燃料電池特性測量與分析 243
第十一章 基于仿生的創(chuàng)新性物理實驗研究 249
實驗26 仿生超疏水表面的制備與減阻性能 249
實驗27 仿貝殼復合材料的制備及其力學性能 254
實驗28 仿生復眼的電化學刻蝕制備及測試 262
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