版次：1
出版時(shí)間：2018-02
內(nèi)容提要：
本書(shū)是浙江省精品課程“大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)”配套教材和湖南省高等中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)成果。
本書(shū)分4章，共30個(gè)實(shí)驗(yàn)，包括熱學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)、光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、光纖通訊、光電測(cè)量等實(shí)驗(yàn)。第1章介紹偏差、不確定度和數(shù)據(jù)處理的基本知識(shí)，第2章為基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，第3章為綜合與應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)，第4章為設(shè)計(jì)與研究性實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)用性和新穎性較強(qiáng)，插圖(包括儀器接線圖)清晰而美觀。表述淺易，教學(xué)便捷。
目錄：
目錄
序言
引言1
第1章偏差、不確定度和數(shù)據(jù)處理的基本知識(shí)6
1.1檢測(cè)與偏差6
1.2檢測(cè)不確定度和檢測(cè)結(jié)果的報(bào)導(dǎo)12
1.3有效數(shù)字及其運(yùn)算19
1.4常用數(shù)據(jù)處理方式23
第2章基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)31
實(shí)驗(yàn)1示波器的原理與應(yīng)用31
實(shí)驗(yàn)2液體黏滯系數(shù)的測(cè)定52
實(shí)驗(yàn)3光杠桿法測(cè)金屬絲的楊氏撓度58
實(shí)驗(yàn)4金屬線脹系數(shù)的測(cè)定67
實(shí)驗(yàn)5波速檢測(cè)72
實(shí)驗(yàn)6用非平衡直流電橋研究熱電阻的氣溫特點(diǎn)78
實(shí)驗(yàn)7RLC串聯(lián)電路的穩(wěn)態(tài)特點(diǎn)87
實(shí)驗(yàn)8分光計(jì)的調(diào)節(jié)及棱鏡折射率的測(cè)定92
實(shí)驗(yàn)9邁克耳孫干涉儀對(duì)焦波波長(zhǎng)103
實(shí)驗(yàn)10等厚干涉與透鏡曲率直徑檢測(cè)108
實(shí)驗(yàn)11用旋光儀測(cè)堿液的旋光率114
第3章綜合與應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)122
實(shí)驗(yàn)12不同材料導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)定122
實(shí)驗(yàn)13多普勒效應(yīng)與波速檢測(cè)127
實(shí)驗(yàn)14霍爾效應(yīng)與磁場(chǎng)的測(cè)定134
實(shí)驗(yàn)15用霍爾傳感測(cè)楊氏撓度141
實(shí)驗(yàn)16磁化曲線和磁滯回線檢測(cè)147
實(shí)驗(yàn)17磁耦合無(wú)線電能傳輸實(shí)驗(yàn)155
實(shí)驗(yàn)18大功率白光LED特點(diǎn)檢測(cè)167
實(shí)驗(yàn)19太陽(yáng)能電板特點(diǎn)的檢測(cè)172
實(shí)驗(yàn)20用非線性電路研究混沌現(xiàn)象177
實(shí)驗(yàn)21光調(diào)制法檢測(cè)光速185
實(shí)驗(yàn)22雙光柵檢測(cè)微弱震動(dòng)位移量193
實(shí)驗(yàn)23偏振的觀測(cè)與研究200
實(shí)驗(yàn)24用分光計(jì)測(cè)光柵常數(shù)及角色散率208
實(shí)驗(yàn)25激光全息拍照213
第4章設(shè)計(jì)與研究性實(shí)驗(yàn)222
實(shí)驗(yàn)26內(nèi)阻檢測(cè)的設(shè)計(jì)222
實(shí)驗(yàn)27水表的設(shè)計(jì)與校正223
實(shí)驗(yàn)28用單擺檢測(cè)重力加速度225
實(shí)驗(yàn)29近視墨鏡片焦距檢測(cè)226
實(shí)驗(yàn)30吸鐵石穿越線圈感應(yīng)電勢(shì)極大值的檢測(cè)226
附表228
附表A常用數(shù)學(xué)常表228
附表B諾貝爾化學(xué)學(xué)獎(jiǎng)238
附表C世界十大*美化學(xué)實(shí)驗(yàn)243
在線試讀：
總論
我們無(wú)時(shí)無(wú)刻不用到數(shù)學(xué)知識(shí)，比如，筆記本上網(wǎng)借助光纖通訊、手機(jī)通話借助電磁波、汽車(chē)無(wú)線充電的電磁能量傳輸、“墨子號(hào)”衛(wèi)星量子通訊的量子糾纏理論。為此，數(shù)學(xué)學(xué)是一門(mén)重要的基礎(chǔ)科學(xué)，是現(xiàn)代技術(shù)的支柱。但是，數(shù)學(xué)學(xué)不是陡然想像的，而是以實(shí)驗(yàn)和檢測(cè)結(jié)果為根據(jù)的，許多理論和規(guī)律都是以實(shí)驗(yàn)的新發(fā)覺(jué)為根據(jù)被提出來(lái)而又被進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)所驗(yàn)證的，因而化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)化學(xué)學(xué)概念的產(chǎn)生、定律的完善和發(fā)展起著非常重要的作用。
1．化學(xué)實(shí)驗(yàn)的目的與要求
高等中學(xué)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的目的是通過(guò)實(shí)驗(yàn)課的預(yù)習(xí)、儀器使用、實(shí)驗(yàn)操作、現(xiàn)象觀察、數(shù)據(jù)記錄及處理、實(shí)驗(yàn)結(jié)果剖析等環(huán)節(jié)，使中學(xué)生把握實(shí)驗(yàn)的基本知識(shí)和基本技巧。通過(guò)實(shí)驗(yàn)使中學(xué)生感知化學(xué)現(xiàn)象及其演化過(guò)程，加深對(duì)化學(xué)知識(shí)的理解，在實(shí)驗(yàn)技能方法等方面遭到系統(tǒng)而嚴(yán)格的訓(xùn)練；實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的化學(xué)現(xiàn)象、異常結(jié)果和儀器故障有利于培養(yǎng)中學(xué)生提出問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力；實(shí)驗(yàn)課嚴(yán)格的要求和規(guī)范的管理可以培養(yǎng)中學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)心態(tài)和工作作風(fēng)。化學(xué)實(shí)驗(yàn)是中學(xué)生步入學(xué)院后*早接觸的實(shí)驗(yàn)課程，因而對(duì)中學(xué)生專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)的培養(yǎng)起著重要的作用，也將為學(xué)習(xí)后續(xù)課程打下良好的基礎(chǔ)。
通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，應(yīng)達(dá)到如下要求：
(1)把握實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想和實(shí)驗(yàn)方式：怎樣將不可檢測(cè)轉(zhuǎn)為可檢測(cè)，怎么提升檢測(cè)精度；
(2)了解常用實(shí)驗(yàn)儀器的結(jié)構(gòu)、工作原理，能熟練使用儀器，操作規(guī)范，讀數(shù)正確；
(3)把握偏差的基本理論及實(shí)驗(yàn)結(jié)果的評(píng)價(jià)方式；
(4)把握實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格的設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)記錄和處理方式(如畫(huà)圖法、逐差法、回歸法等)；
(5)具備科學(xué)研究的初步能力和科學(xué)素質(zhì)。
2.化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)環(huán)節(jié)
化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)包括課前預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)報(bào)告三個(gè)環(huán)節(jié)。
1)課前預(yù)習(xí)預(yù)習(xí)是實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，不預(yù)習(xí)做不好實(shí)驗(yàn)，邊預(yù)習(xí)邊實(shí)驗(yàn)也不科學(xué)。中學(xué)生要發(fā)揮自己的主動(dòng)性，不能依賴(lài)和滿足于班主任的通常性介紹。該環(huán)節(jié)具體要求如下：
(1)認(rèn)真閱讀教材，了解實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅斫鈱?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)技巧和實(shí)驗(yàn)步驟，完成預(yù)習(xí)思索題。
(2)到實(shí)驗(yàn)室認(rèn)識(shí)儀器，閱讀儀器使用說(shuō)明書(shū)，了解儀器的結(jié)構(gòu)、工作原理、主要性能、使用方式和操作注意事項(xiàng)；練習(xí)儀器的調(diào)整、量程的選擇、讀數(shù)技巧等。
(3)寫(xiě)出預(yù)習(xí)報(bào)告。預(yù)習(xí)報(bào)告應(yīng)包括：①實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)；②原理摘要(包括原理簡(jiǎn)略說(shuō)明、主要公式、電路圖、光路圖，不要照搬實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū))；③主要儀器設(shè)備；④注意事項(xiàng)摘要；⑤列出數(shù)據(jù)記錄表格，其中，要注明實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)驗(yàn)參數(shù)，以及各化學(xué)量的符號(hào)、單位和數(shù)目級(jí)；⑥回答預(yù)習(xí)思索題。
2)實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié)是實(shí)驗(yàn)的主體，要求中學(xué)生在班主任指導(dǎo)下獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)操作的全過(guò)程。該環(huán)節(jié)要求如下：
(1)對(duì)照實(shí)驗(yàn)圖正確聯(lián)接實(shí)驗(yàn)儀或?qū)嶒?yàn)裝置，儀器擺飾要合理，以便檢測(cè)、操作和讀數(shù)。仔細(xì)檢測(cè)無(wú)誤后才開(kāi)始做實(shí)驗(yàn)。
(2)按儀器操作規(guī)程調(diào)整儀器，合理選擇阻值。
(3)悉心操作，注意觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，認(rèn)真記錄檢測(cè)數(shù)據(jù)，正確表示檢測(cè)值的有效數(shù)字和單位。要注意思索剖析，看是否有異常現(xiàn)象或數(shù)據(jù)，如有應(yīng)及時(shí)找出緣由并加以解決。
(4)記錄實(shí)驗(yàn)條件和儀器的主要參數(shù)、型號(hào)、編號(hào)，以及實(shí)驗(yàn)組別。如實(shí)記錄實(shí)驗(yàn)中碰到的問(wèn)題、故障及可疑現(xiàn)象。
(5)要科學(xué)剖析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)有所差異，不能寬泛地說(shuō)實(shí)驗(yàn)結(jié)果不好。由于任何實(shí)驗(yàn)結(jié)果都是有偏差的，問(wèn)題是偏差有多大，是否合理。假如偏差在容許范圍內(nèi)，那就正常。假如偏差太大，就要剖析形成偏差的緣由，首先要檢測(cè)自己操作和讀數(shù)是否正確，實(shí)驗(yàn)條件是否滿足；其次檢測(cè)儀器和裝置是否工作正常。千萬(wàn)不要堆砌數(shù)據(jù)。
3)實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)報(bào)告是實(shí)驗(yàn)工作的總結(jié)，是實(shí)驗(yàn)課的重要組成部份。實(shí)驗(yàn)報(bào)告通常包括以下幾個(gè)部份：
(1)實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)。
(2)實(shí)驗(yàn)原理摘要。籠統(tǒng)地表述實(shí)驗(yàn)的化學(xué)思想和實(shí)驗(yàn)方式，估算公式及創(chuàng)立條件，畫(huà)出實(shí)驗(yàn)原理圖。
(3)數(shù)據(jù)記錄及處理。合理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表格，填入有關(guān)原始數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和估算，勾畫(huà)圖線，估算及剖析偏差，求出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，要非常注意有效數(shù)字和單位的正確抒發(fā)。
(4)討論。討論是實(shí)驗(yàn)的升華，它包括實(shí)驗(yàn)是否達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅瑢?shí)驗(yàn)中觀察到什么化學(xué)現(xiàn)象，如何解釋這種現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)偏差的主要緣由及對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響怎樣等。
(5)感受。包括通過(guò)實(shí)驗(yàn)取得了什么收獲，對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果的評(píng)價(jià)怎樣，對(duì)實(shí)驗(yàn)方式或?qū)嶒?yàn)裝置有什么改進(jìn)建議等。
實(shí)驗(yàn)課是中學(xué)生在班主任指導(dǎo)下充分發(fā)揮能動(dòng)性的學(xué)習(xí)過(guò)程，因而必須指出學(xué)習(xí)的自覺(jué)性和主動(dòng)性，要將班主任的要求弄成自己的追求。要做實(shí)驗(yàn)的主人，實(shí)驗(yàn)前要認(rèn)真預(yù)習(xí)，思索怎么做實(shí)驗(yàn)，期盼哪些結(jié)果以及應(yīng)當(dāng)注意什么問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)后要對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)和評(píng)價(jià)，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中一定要既動(dòng)手又動(dòng)腦，這樣就能提升實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ囵B(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)。
3.用、Excel、等軟件處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
數(shù)據(jù)處理是化學(xué)實(shí)驗(yàn)的組成部份和重要環(huán)節(jié)。在基礎(chǔ)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)中，一般采用手工方式(如列表法、作圖法、逐差法等)來(lái)處理數(shù)據(jù)和偏差，這對(duì)于把握偏差理論和培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神是必要的。因?yàn)榛瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)多、計(jì)算公式多，在設(shè)計(jì)性和研究性化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，用手工方式來(lái)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)除了繁瑣、效率低，并且容易引入人為偏差，無(wú)法確切勾畫(huà)流暢、美觀的圖線。
是20世紀(jì)80年代英國(guó)公司推出的一種工程估算語(yǔ)言，集矩陣運(yùn)算、數(shù)值剖析、信號(hào)處理和圖形顯示于一體，其豐富的庫(kù)函數(shù)和各類(lèi)工具箱使之簡(jiǎn)單易學(xué)，已成為許多高等中學(xué)專(zhuān)科生和研究生必須把握的工具軟件。在設(shè)計(jì)性和研究性化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，用軟件處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單、快捷、美觀，是值得鼓勵(lì)和有益的。有關(guān)的教材可在各院校圖書(shū)館借書(shū)，軟件可在網(wǎng)站下載。
例1伏安法測(cè)內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示，用勾畫(huà)其伏安特點(diǎn)曲線，并估算其電阻。
表1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
命令如下：
用勾畫(huà)的伏安特點(diǎn)曲線如圖1所示。該曲線是一條直線，由斜率求出電阻為1.98kΩ。
圖1用勾畫(huà)的內(nèi)阻伏安特點(diǎn)曲線
例2金屬內(nèi)阻Rt=R0(1+αt)，R0是0℃時(shí)的內(nèi)阻，α是金屬內(nèi)阻氣溫系數(shù)。銅線內(nèi)阻隨氣溫變化的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示，用Excel勾畫(huà)擬合直線，估算銅線的內(nèi)阻氣溫系數(shù)α。
表2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
在創(chuàng)建的Excel工作表中輸入表2數(shù)據(jù)。選擇數(shù)據(jù)，單擊“圖表向?qū)А卑粹o，選擇“XY散點(diǎn)圖”，子圖表類(lèi)型選擇“散點(diǎn)圖”，點(diǎn)“下一步”大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)總結(jié)400，再點(diǎn)“下一步”，在“圖表選項(xiàng)”下，“標(biāo)題”設(shè)置圖名、XY軸符號(hào)和單位，“網(wǎng)格線”點(diǎn)X、Y軸主網(wǎng)格線，“圖例”選不顯示，單擊“完成”，出現(xiàn)散點(diǎn)數(shù)據(jù)圖。
鍵盤(pán)右鍵單擊X或Y軸“坐標(biāo)軸格式”，在“圖案”下的主、次刻度線類(lèi)型選擇“內(nèi)部”，在“刻度”下設(shè)置刻度大、小范圍，設(shè)置主、次刻度間隔數(shù)值；右鍵單擊圖中X或Y主網(wǎng)線，設(shè)置主網(wǎng)線為實(shí)線。右鍵單擊圖中散點(diǎn)，選擇“添加趨勢(shì)線”，在“類(lèi)型”下選擇“線性”，在“選項(xiàng)”下選擇“顯示公式”和“顯示R平方值”。顯示直線多項(xiàng)式的擬合直線圖如圖2所示。
由圖2得直線斜率a=2.251×10-3Ω/℃、截距b=R0=5.7735×10-1Ω大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)總結(jié)400，測(cè)得氣溫系數(shù)α=a/R0=3.899×10-3℃-1，查附錄A-10標(biāo)準(zhǔn)值α標(biāo)=3.93×10-3℃-1，相對(duì)偏差Eα=0.8%；相關(guān)系數(shù)R=0.9999。
圖2用Excel勾畫(huà)的銅線內(nèi)阻Rt-t曲線
第1章偏差、不確定度和數(shù)據(jù)處理的基本知識(shí)
1.1檢測(cè)與偏差
1.1.1檢測(cè)及檢測(cè)偏差
1.檢測(cè)
檢測(cè)就是將被測(cè)數(shù)學(xué)量與一個(gè)被選作標(biāo)準(zhǔn)的同類(lèi)化學(xué)量進(jìn)行比較，得出被檢測(cè)是該標(biāo)準(zhǔn)量的多少倍的實(shí)驗(yàn)過(guò)程。廣義地說(shuō)，是以確定被測(cè)對(duì)象量值為目的的全部操作。
檢測(cè)有直接檢測(cè)和間接檢測(cè)。直接檢測(cè)是指被檢測(cè)可以用檢測(cè)儀器(或量具)直接讀出檢測(cè)值的檢測(cè)。如用米尺檢測(cè)寬度、用體溫計(jì)檢測(cè)體溫、用電流表檢測(cè)電流、用秒表檢測(cè)時(shí)間等都屬于直接檢測(cè)。間接檢測(cè)是指被檢測(cè)不能用直接檢測(cè)的方式得到，而由直接檢測(cè)值按一定的物理公式估算得到，這些檢測(cè)稱(chēng)為間接檢測(cè)。諸如，檢測(cè)銅柱密度ρ時(shí)，先用尺直接檢測(cè)出它的半徑d和高度h，用天平稱(chēng)出它的質(zhì)量m，之后通過(guò)公式ρ=4m/πd2h估算出銅柱的密度ρ。ρ的檢測(cè)就屬于間接檢測(cè)。
檢測(cè)是化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)。但化學(xué)實(shí)驗(yàn)不是單純的檢測(cè)，它包含“理論→實(shí)驗(yàn)方式→儀器選擇→測(cè)量→數(shù)據(jù)處理→結(jié)果剖析”等環(huán)節(jié)。化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目的之一就是讓中學(xué)生把握個(gè)別數(shù)學(xué)量的檢測(cè)方式，而且能進(jìn)一步獨(dú)立設(shè)計(jì)一些檢測(cè)方式以完成個(gè)別簡(jiǎn)單的檢測(cè)任務(wù)。
化學(xué)實(shí)驗(yàn)有如下幾種常見(jiàn)的*基本的檢測(cè)方式。
1)比較檢測(cè)法
比較法就是將被檢測(cè)與標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較而得到檢測(cè)值的方式，它是*基本、*常用和*重要的檢測(cè)方式之一。比較法有直接比較法和間接比較法。
2)放大檢測(cè)法
因?yàn)楸粰z測(cè)過(guò)小，以至于難以被實(shí)驗(yàn)者或儀器直接體會(huì)和反應(yīng)，此時(shí)可先通過(guò)一些途徑將被檢測(cè)放大，之后再進(jìn)行檢測(cè)。放大檢測(cè)可提升微小量的檢測(cè)精度。