大學物理實驗教程

本書以全國工科物理課程指導委員會制定的《高等工業學校物理實驗基本要求》為原則，依據《“卓越工程師培養計劃”通用標準》和卓越工程師試點專業的實施方案，並結合上海工程技術大學歷年來的教學改革和教學經驗編寫而成。在內容的選取上注重學生工程能力和創新能力培養，減少了驗證性實驗的項目，增加了設計性、創新性實驗的內容，側重學生創新實踐能力的培養。

緒論1

實驗理論部分5

第1章測量與誤差5

1.1物理實驗中的測量5

1.2物理實驗中的誤差10

1.3物理實驗中的數據處理15

1.4工程數據處理及誤差處理原則28

習題35

第2章觀察與分析39

2.1觀察是實驗的基礎39

2.2觀察的方法和技巧41

2.3實驗的分析44

第3章實驗類型48

3.1物理實驗的基本類型48

3.2科學實驗的幾個主要過程58

基礎性實驗部分64

實驗一基本物理量的測量儀器64

實驗二電氣元件的伏安特性曲線73

實驗三惠斯登電橋測電阻79

實驗四分光儀的調整和三稜鏡頂角的測量86

實驗五衍射光柵93

實驗六霍爾元件測量磁場99

實驗七靜電場描繪105

實驗八用示波器觀測交流信號的波形、電壓和頻率109

實驗九交流電路中電壓與電流相位關係的研究118

實驗十彈性模量的測定122

實驗十一電位差計及其應用128

實驗十二聲速的測定134

設計性實驗部分（力學）143

力學一耦合擺的研究143

力學二受迫振動145

力學三多普勒效應綜合實驗150

力學四利用旋轉液體測定重力加速度及焦距152

力學五空氣密度與氣體普適常數的測定154

設計性實驗部分（熱學）159

熱學一穩態法測量不良導體的導熱係數159

熱學二液體比汽化熱的測量162

熱學三高溫水蒸氣壓的測量165

熱學四熱效應實驗167

熱學五固體線脹係數測定177

熱學六空氣比熱容比的測定180

設計性實驗部分（光學）183

光學一雙光束干涉法測定鈉光的波長183

光學二激光干涉測量平板玻璃的楔角190

光學三光電效應193

光學四用旋光儀測旋光性溶液的旋光率和濃度195

光學五邁克耳孫干涉儀199

光學六電光效應202

光學七用臨界角法測量稜鏡的折射率205

光學八可見光區的氫原子光譜208

光學九利用布儒斯特定律測量玻璃的折射率210

光學十稜鏡色散關係的研究212

光學十一超聲光柵測量聲速216

設計性實驗部分(電學)219

電學一RC串聯電路的穩態過程研究219

電學二RC串聯電路的暫態過程研究221

電學三RLC串聯電路暫態過程的研究224

電學四方波的傅里葉分解與合成228

電學五半導體PN結的物理特性及弱電流測量234

電學六歐姆表的設計和組裝239

電學七靈敏電流計的研究242

電學八溫差電現象的研究245

電學九蔡氏非線性電路的混沌研究247

電學十電子束的電偏轉研究250

電學十一電子衍射實驗253

設計性實驗部分(感測器)257

感測器一STM實驗257

感測器二熱輻射的研究263

感測器三計算機控制弦音計實驗265

感測器四地球磁場的測定268

感測器五感測器光學綜合實驗271

感測器六感測器力學綜合實驗275

設計性實驗部分(磁學)279

磁學一電子順磁共振279

磁學二脈衝核磁共振281

磁學三巨磁阻效應287

磁學四磁阻效應290

磁學五鐵磁材料居里溫度的測定291

磁學六彎曲法測楊氏模量及霍爾位置感測器的定標295

磁學七觀測變壓器矽鋼片的動態磁滯回線299

附錄常用數據處理性方法及儀器介紹303

附錄一中華人民共和國法定計量單位303

附錄二國際計量局《實驗不確定度的規定: 建議書INC1(1980)》305

附錄三不確定度的簡化處理方法306

附錄四數據測量中異常值的檢驗308

附錄五數據處理規則要點309

附錄六常用實驗儀器介紹311

參考文獻336第1章緒論1

1.1材料力學的任務及研究對象1

1.1.1強度剛度穩定性2

1.1.2材料力學的研究對象2

1.2變形固體及其基本假設3

1.2.1變形固體的變形性質3

1.2.2變形固體的基本假設3

1.3外力與內力4

1.3.1外力及其分類4

1.3.2內力與截面法4

1.4應力與應變5

1.4.1應力5

1.4.2應變6

1.5桿件變形的基本形式7

思考題8

第2章軸向拉伸和壓縮9

2.1軸向拉伸和壓縮的概念及工程實例9

2.2軸向拉壓桿的內力軸力軸力圖10

2.3軸向拉壓桿的應力強度條件11

2.3.1橫截面上的應力11

2.3.2斜截面上的應力12

2.3.3聖維南原理13

2.3.4強度條件15

2.4軸向拉壓桿的變形胡克定律17

2.4.1軸向線應變胡克定律18

2.4.2橫向線應變泊松比18

2.4.3疊加原理19

2.5軸向拉壓桿的應變能比能22

2.5.1應變能比能22

2.5.2能量法求節點位移24

2.6材料在拉伸和壓縮時的力學性能25

2.6.1試件尺寸試驗設備25

2.6.2低碳鋼拉伸時的力學性能26

2.6.3其他材料拉伸時的力學性能28

2.6.4材料壓縮時的力學性能29

2.7極限應力安全係數許用應力30

2.8簡單拉壓超靜定問題30

2.8.1超靜定的概念和一般解法30

2.8.2裝配應力和溫度應力33

2.9應力集中35

2.9.1應力集中的概念35

2.9.2應力集中對構件強度的影響36

思考題36

習題38

第3章剪切與擠壓43

3.1剪切的概念及工程實例43

3.2剪切的實用計算44

3.3擠壓的實用計算44

思考題49

習題49

第4章扭轉1

4.1扭轉的概念及工程實例1

4.2外力偶矩的計算扭矩和扭矩圖52

4.2.1外力偶矩的計算52

4.2.2扭矩和扭矩圖52

4.3薄壁圓筒的扭轉剪切胡克定律54

4.3.1薄壁圓筒扭轉的應力54

4.3.2切應力互等定理55

4.3.3剪切胡克定律55

4.4圓軸扭轉的應力強度條件56

4.4.1圓軸扭轉橫截面上的應力56

4.4.2橫截面的極慣性矩Ip與抗扭截面係數Wp計算58

4.4.3圓軸扭轉的強度條件59

4.5圓軸扭轉的變形剛度條件60

4.5.1圓軸扭轉變形扭轉角60

4.5.2圓軸扭轉的剛度條件60

4.6簡單超靜定軸63

4.7圓軸扭轉破壞的原因分析65

4.7.1圓軸扭轉破壞現象危險點的受力65

4.7.2破壞原因分析66

4.8密圈螺旋彈簧的強度計算66

思考題67

習題69

第5章彎曲內力73

5.1彎曲的概念及工程實例73

5.2梁的剪力和彎矩74

5.3剪力方程和彎矩方程剪力圖和彎矩圖77

5.4剪力、彎矩、載荷集度間的關係80

5.5疊加原理畫彎矩圖84

5.6平面剛架和曲桿的內力圖85

5.6.1剛架內力85

5.6.2曲梁內力86

思考題87

習題88

第6章彎曲應力92

6.1純彎曲時的正應力92

6.1.1矩形截面梁純彎曲92

6.1.2梁橫截面上的正應力93

6.2彎曲正應力的強度條件96

6.3彎曲切應力強度條件99

6.3.1彎曲切應力99

6.3.2切應力強度條件103

6.4提高梁的彎曲強度的措施106

6.4.1梁的合理截面形狀106

6.4.2梁的合理受力108

思考題109

習題111

第7章彎曲變形114

7.1基本概念及工程實例114

7.2撓曲線的近似微分方程115

7.3積分法求彎曲變形撓曲線大致形狀116

7.3.1積分法求彎曲變形116

7.3.2撓曲線大致形狀119

7.4疊加法求彎曲變形120

7.4.1載荷疊加法120

7.4.2逐段分析求和法121

7.5超靜定梁的解法123

7.6梁的剛度條件提高梁彎曲剛度的措施125

7.6.1梁的剛度條件125

7.6.2提高梁彎曲剛度的措施126

思考題127

習題128

第8章應力狀態分析和強度理論131

8.1應力狀態的概念131

8.1.1一點的應力狀態131

8.1.2應力狀態的研究方法131

8.1.3主應力和應力狀態的分類133

8.2平面應力狀態分析——解析法134

8.2.1任意斜截面上的應力134

8.2.2主應力與主平面135

8.2.3最大切應力136

8.3平面應力狀態分析——圖解法138

8.3.1應力圓方程138

8.3.2應力圓的繪製138

8.3.3應力圓與單元體之間的對應關係139

8.3.4利用圖解法分析平面應力狀態139

8.4三嚮應力狀態分析140

8.5廣義胡克定律142

8.6複雜應力狀態下的應變能密度144

8.7強度理論概述145

8.8關於斷裂的強度理論146

8.8.1最大拉應力理論(第一強度理論)146

8.8.2最大拉應變理論(第二強度理論)146

8.9關於屈服的強度理論147

8.9.1最大切應力理論(第三強度理論)147

8.9.2畸變能密度理論(第四強度理論)148

思考題149

習題150

第9章組合變形154

9.1組合變形的概念及工程實例154

9.2斜彎曲155

9.2.1斜彎曲的概念155

9.2.2矩形截面斜彎曲梁的計算155

9.2.3圓形截面斜彎曲梁的計算157

9.3拉伸(壓縮)與彎曲組合158

9.4偏心壓縮截面核心161

9.4.1偏心壓縮161

9.4.2截面核心162

9.5彎曲與扭轉組合164

思考題167

習題169

第10章壓桿穩定173

10.1壓桿穩定性的概念173

10.2細長壓桿的臨界載荷175

10.2.1兩端鉸支175

10.2.2兩端非鉸支細長壓桿的臨界截荷177

10.3壓桿的臨界應力178

10.3.1臨界應力178

10.3.2歐拉公式的適用範圍179

10.3.3臨界應力的經驗公式179

10.4壓桿的穩定計算183

10.4.1壓桿穩定條件183

10.4.2折減係數法183

10.5提高壓桿穩定性的措施185

思考題186

習題186

第11章動載荷189

11.1動載荷與動應力189

11.2構件作等加速運動時的應力計算189

11.2.1構件作等加速直線運動時的應力計算189

11.2.2構件作等速轉動時的應力計算191

11.3構件受衝擊時的應力和變形的計算192

11.3.1自由落體衝擊193

11.3.2水平衝擊194

11.3.3提高構件抗衝擊能力的措施197

11.4衝擊韌性198

思考題199

習題200

附錄A截面圖形的幾何性質202

A.1靜矩形心坐標202

A.1.1靜矩202

A.1.2形心坐標202

A.2慣性矩極慣性矩204

A.2.1慣性矩204

A.2.2極慣性矩204

A.2.3簡單圖形的慣性矩204

A.2.4組合截面的慣性矩206

A.3慣性積慣性半徑206

A.4平行移軸定理207

A.5轉軸公式主慣性矩209

思考題210

習題210

附錄B梁的撓度與轉角213

附錄C型鋼表215

部分習題答案228

參考文獻236