普通物理實驗(第二版) pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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物理學闡述自然現象及其變化因果關係，為研習各工程學科之基礎。對學生而言，其感受清晰易明，但於理論則不易融會貫通，唯有透過實驗印證，方可加深觀念，進而培養學生吸收科技知識的潛力。

　　本教材係參考坊間大學物理實驗教本及現行學校物理課程，俾使實驗能與課堂理論完全配閤。教材中所述之實驗步驟完全配閤現有設備而規劃內容，學生進行實驗時，當不會有無從下手之慨。每個單元之後，本教材特附上實驗及計算範例，且盡量提供圖片說明，方便教師及學生參考。「從做中學習」，期冀本實驗教材對於學生的學習有所助益，幫助學生愉快學習物理實驗。

跨越物理的邊界：探索宏觀與微觀世界的實驗方法論 圖書名稱：量子光學與信息處理導論 作者：張文華 教授，李明 博士 齣版社：高等教育齣版社 定價：88.00 元 --- 內容概要 《量子光學與信息處理導論》是一部麵嚮高年級本科生、研究生以及相關領域科研人員的專業教材和參考書。本書係統地闡述瞭量子光學領域的基礎理論、前沿實驗技術及其在信息科學中的關鍵應用。全書旨在構建一個清晰的理論框架，同時側重於現代實驗方法的嚴謹性和可操作性，幫助讀者深入理解光的量子特性，並掌握利用這些特性進行信息編碼、傳輸和計算的前沿技術。 本書嚴格遵循物理學的基本原理，從電磁場的量子化入手，逐步過渡到光與物質的相互作用，最終聚焦於量子信息處理的實際工程實現。內容覆蓋瞭量子場論的初步概念、相乾態、壓縮態的製備與測量，以及單光子源、量子存儲器等核心器件的技術細節。 詳細章節劃分與核心內容 第一部分：量子光學基礎理論 (Fundamentals of Quantum Optics) 第1章：電磁場的量子化與光子概念的引入 (Quantization of the Electromagnetic Field and Introduction to Photons) 本章深入探討經典電磁場理論到量子場論的過渡。詳細介紹瞭諧振腔的量子化處理，推導齣光子的能量和動量本徵值。著重闡述瞭光場量子態的描述，包括狄拉剋符號（Bra-Ket Notation）在光場中的應用。重點討論瞭光場的零點能問題及其物理意義，為後續的相乾態和壓縮態奠定理論基礎。本章不涉及經典力學或宏觀力學實驗中的普遍適用定律，而是專注於微觀電磁場的量子特性描述。 第2章：光場量子態的描述與演化 (Description and Evolution of Quantum Light States) 本章係統性地介紹瞭光場的各種重要量子態。詳細推導瞭相乾態（Coherent States）的性質，包括它們與經典光場的聯係。隨後，深入探討瞭壓縮態（Squeezed States）的理論，解釋瞭如何通過壓縮光場的某一個正交分量（如相位或幅度）的漲落來降低噪聲，這與傳統光學中對強度或相位穩定性的機械性控製有著本質區彆。本章還涵蓋瞭光場演化方程（如薛定諤方程和演化算符）在量子係統中的應用，重點關注量子噪聲的量化。 第3章：光與物質的相互作用：半經典與全量子描述 (Light-Matter Interaction: Semiclassical and Full Quantum Descriptions) 本章剖析瞭光子與原子、分子係統的相互作用機製。從半經典方法（將光場視為經典電磁波，物質視為量子係統）齣發，推導齣裏德伯格公式和拉比振蕩現象。隨後，轉嚮全量子描述，引入Jaynes-Cummings模型，精確分析瞭單個原子在腔內受激輻射、自發輻射和吸收過程的動力學行為。本章的數學工具側重於哈密頓量的構建和對特定耦閤係統的精確求解，與涉及大量粒子統計的宏觀熱力學處理保持距離。 第二部分：現代量子光學實驗技術 (Modern Experimental Techniques in Quantum Optics) 第4章：單光子源的製備與錶徵 (Generation and Characterization of Single-Photon Sources) 本章聚焦於現代實驗物理中對單個光子精確控製的需求。詳細介紹瞭基於半導體量子點、稀土離子摻雜晶體以及基於參量下轉換（SPDC）和四波混頻（Four-Wave Mixing, FWM）的“準”單光子源的實驗搭建和性能評估。特彆強調瞭“光子反聚束”（Photon Antibunching）的判據——二階關聯函數 $g^{(2)}(0) < 1$ 的實驗測量方法，這是區分單光子源和經典弱光的重要手段。本章不涉及如經典光學中透鏡成像、光柵衍射等基礎性、幾何光學實驗。 第5章：壓縮態光的實驗實現與噪聲抑製 (Experimental Realization of Squeezed Light and Noise Suppression) 本章詳述瞭如何通過非綫性晶體將輸入激光的量子噪聲轉移到特定自由度上。重點介紹腔內參量放大（Cavity Parametric Amplification）的實驗方案，包括泵浦光、信號光和閑頻光的精確頻率鎖定技術。詳細討論瞭如何設計乾涉儀（如Sagnac或Michelson型結構）來測量相位壓縮或幅度壓縮的程度，以及如何利用壓縮光來提高引力波探測器等精密測量的信噪比。實驗細節著重於皮秒脈衝的同步和相位穩定技術。 第6章：量子態層析成像與量子探測 (Quantum State Tomography and Quantum Detection) 本章介紹瞭重建未知量子態的實驗方法。詳細闡述瞭密度矩陣的定義及其在多模光場中的應用。重點介紹瞭光場單模和雙模係統的量子態層析成像（QST）技術，包括光子計數探測器陣列的使用和最小二乘重建算法。同時，探討瞭超導納米綫單光子探測器（SNSPD）的工作原理及其在低光子通量下的高效率和低噪聲特性，這是實現高精度量子測量的關鍵技術。 第三部分：量子信息處理的前沿應用 (Frontiers of Quantum Information Processing) 第7章：量子隱形傳態與糾纏分發 (Quantum Teleportation and Entanglement Distribution) 本章將理論與實驗應用緊密結閤，闡述瞭利用糾纏光子對實現量子隱形傳態的實驗流程。詳細分析瞭貝爾態測量（Bell State Measurement, BSM）的實驗挑戰，特彆是如何設計高效的綫性光學BSM方案。深入討論瞭糾纏光子在光縴或自由空間中進行遠距離分發的損耗和退相乾問題，並介紹瞭基於量子中繼器的概念框架。 第8章：光量子計算的基本模型與實驗平颱 (Basic Models and Experimental Platforms for Photonic Quantum Computation) 本章探討瞭基於光子的量子計算範式。詳細介紹瞭綫性光學量子計算（LOQC）的基本邏輯門（如CNOT門的實現，基於波導耦閤器和可逆計算原理）。此外，還介紹瞭基於腔QED係統的光子與固態量子比特（如NV色心）的接口技術，旨在實現遠距離、高保真度的量子網絡節點。本章的重點在於構建可編程的、容錯的量子計算架構。 第9章：量子計量學與精密測量 (Quantum Metrology and Precision Measurement) 本章將量子光學與基礎物理測量的前沿結閤。介紹瞭如何利用糾纏態和壓縮態超越標準量子極限（SQL）來提高測量的精度。具體討論瞭在原子鍾、超靈敏磁場測量中應用量子增強技術。重點分析瞭量子噪聲如何限製測量精度，以及如何通過巧妙的量子態工程來規避這些限製，實現下一代超精密計量。 --- 本書的獨特價值 本書強調理論的深度與實驗的可實現性之間的橋梁搭建。與側重於經典力學、電磁學或熱力學等宏觀物理實驗指導書不同，《量子光學與信息處理導論》完全聚焦於微觀量子現象的精確控製與量化錶徵。全書的案例和推導均圍繞光子的量子特性展開，例如：對光場零點漲落的精確處理、對單光子源的非經典性判據的嚴格驗證、以及對量子糾纏態的創建與測量。本書的數學工具集中於綫性代數、群論在量子力學中的應用，以及非綫性光學理論，旨在培養讀者在量子信息前沿領域進行獨立科學研究的能力。本書中的實驗設計均是當前國際物理學界最前沿、最復雜的係統，例如對高保真度壓縮態的製備與驗證，以及對量子態層析重建的復雜數據處理，這些內容是基礎物理實驗課程所不包含的。

作者簡介

呂正中

　　學曆：國立成功大學物理研究所博士
　　現職：崑山科技大學機械工程學係所教授

江智偉

　　學曆：國立中央大學物理所博士
　　現職：崑山科技大學機械工程學係所助理教授

周榮芳

　　學曆：輔仁大學物理係學士
　　現職：崑山科技大學電機工程學係所助理教授

莫定山

　　學曆：國立成功大學物理研究所博士
　　現職：崑山科技大學光電工程係所副教授

黃耿淩

　　學曆：國立成功大學物理研究所博士
　　現職：崑山科技大學光電工程係所副教授

翟大鈞

　　學曆：淡江大學物理研究所碩士
　　現職：崑山科技大學機械工程學係所助理教授

謝明君

　　學曆：國立成功大學電機研究所博士
　　現職：崑山科技大學電子工程係所副教授

實驗一  自由落體運動實驗
實驗二  虎剋定律實驗
實驗三  力的閤成實驗
實驗四  摩擦係數測定實驗
實驗五  斜麵加速度運動實驗
實驗六  牛頓第二運動定律實驗
實驗七  嚮心力實驗
實驗八  碰撞實驗  
實驗九  綫膨脹係數測定實驗
實驗十  超聲波的都蔔勒效應實驗
實驗十一  摺射定律實驗
實驗十二  綫偏振光特性量測實驗
實驗十三  薄透鏡成像實驗
實驗十四  錶麵張力實驗
實驗十五  雙狹縫乾涉實驗
實驗十六  繞射與光柵實驗
實驗十七  剋希荷夫定律實驗
實驗十八  電阻定律實驗
實驗十九  歐姆定律實驗
實驗二十  電位測定實驗
實驗二十一  RC電路實驗
實驗二十二  亥姆霍茲綫圈的磁場實驗
實驗二十三  電流天平實驗
實驗二十四  地磁測定實驗
實驗二十五  基礎太陽能電池特性實驗
實驗二十六  電子荷質比實驗
實驗二十七  光電效應實驗
附錄  實驗應注意事項

物理學(Physics)闡述自然現象及其變化因果關係，屬於基本學科，為研習各工程學科之基礎。對於學生而言。其感受清晰易明，至於理論則不易融會貫通，可謂知其然而不知其所以然；唯有透過實驗印證，方可加深觀念，進而培養學生吸收科技知識的潛力。

　　本校物理實驗室在本校李創辦人正閤先生及曆任校長精心擘劃及全力支持，教師同仁熱心參與下，軟硬體設施大幅成長，各項教材、教案不斷改進，實習設備更是全麵更新充實，特彆是雷射光學及精緻力學實驗設備，堪稱全國數一數二，與國立大專院校相較，不遑多讓。學生得以在良好的師資指導下，應用現代化設備進行實驗印證，其效巨矣！

　　「從做中學習(Learning by doing)」，我們用心編著本實驗教材，期冀對於學生的學習有所助益，幫助學生愉快學習物理實驗。本教材係參考坊間大學物理實驗教本，並配閤本校現有設備而編著。每部份之原理皆參考本校現行物理課程，俾使實驗能與課堂理論完全配閤。本教材中所述之實驗步驟完全配閤現有設備規劃內容，學生進行實驗時，當不會有無從下手之慨。所以本書特於每個單元之後，附上實驗及計算範例，且盡量提供圖片說明，方便教師及學生參考。

　　本教材之完成，首先要感謝本校李創辦人及蘇校長的支持、鼓勵與指導，並感謝圖書資訊館閔館長及工學院周院長的鼎力協助，也要感謝工學院各係主任提供寶貴意見。為求本教材更加完整。編寫過程中，在教學之餘本會同仁一再討論與溝通，尤其寒、暑假期中，更是完全投入。因此，我們也要感謝傢人的體諒及鼓勵，也邀請他們共享本教材完成之喜悅！

實驗一
自由落體運動實驗
 
一、目的
探討自由落體運動並測量重力加速度g值。
 
二、原理
一物體運動的平均速度可定義為行走距離 與所需時間 的比值 (1)
 
此為此段時間內的平均速度。瞬時速率為此比值在此段時間趨近於零之極限時,或以極限符號寫齣為 (2)
 
其中乃為物體在時間內距離的增加量。
 
圖一的麯綫錶示瞭一自由落體運動距離與時間的關係圖，在任何時刻 的瞬時速率很顯然的就是在那個時刻的麯綫斜率，注意式(2)即為斜率的定義。若一等速運動的物體，其斜率必為常數，則此麯綫必為一直綫，對自由落體運動而言。這距離與時間關係圖麯綫顯然並非直綫，因為速率一直隨著時間的增長而加快。在物體速度有變化時，這種運動稱為加速運動，我們把加速度定義為 時間內速度的改變，也就是 (3)
 
顯然 為速度在 時間內，由 變成 的平均加速度。因為加速度的單位是速度除以時間，所以在公製cgs中加速度的單位為厘米／秒２。
 
若一物體沿直綫運動，而且速度的改變一定，則加速度必為常數，這種運動也稱為等加速度運動，這種類型的運動乃是物體受一定外力下的結果，最常見的例子就是自由落體運動，而加速度 乃稱為重力加速度，它大約為980厘米／秒２，
 
在地球上不同的地點會有少許的變化。距離、速度與時間的關係，在等加速度下，從式(3)的定義直接可得(4)
 
它錶示瞭速度 和時間 的關係，這方程式為一直綫方程式，此直綫的斜率即為 。由於是等加速度，所以在 時間內速度的平均值可以 來錶示．從式(1)中可得 (5)
 
將式(4)代入式(5)，得 (6)
 
式(6)為一麯綫方程式，此麯綫在各點的斜率即為各該時刻的速度。
 
當初速度 時，即為自由落體運動，圖二的麯綫為一自由落體運動的速度與時間關係圖。此即為 (7) (8)
 
S為球至光閘A的距離，t為球經過光閘A的時間。
 
當初速度 時，當自由落體落下時，經過某一點Ａ，至另二點Ｂ、Ｃ的距離各為 與 ，時間為與 ，則 (9) (10)
 
由式(9)、式(10)兩式得 (11)
 
S1 為光電閘A至光電閘B之距離
S2 為光電閘A至光電閘C之距離
t1  為光電閘A至光電閘B之時間（即光電計時器之數據時間2減時間1）
t2  為光電閘A至光電閘C之時間（即光電計時器之數據時間3減時間1）
 
三、實驗儀器
電磁鐵、實驗球、光電閘、光電閘固定座、實驗支架、鉛垂綫、實驗底座、光電計時器。

评分☆☆☆☆☆

我對這本書的另一個深刻印象，來自於它在實驗設計上的周全考慮。每一個實驗項目都配有詳細的實驗器材清單，這在實際操作中至關重要。很多時候，我們在準備實驗時，會因為對器材的瞭解不足而手忙腳亂，甚至影響實驗的順利進行。這本書在這方麵做得非常到位，它不僅列齣瞭主要的器材，還對一些關鍵的、可能不常見的器材給齣瞭簡要的說明，這極大地減少瞭我們摸索的時間。此外，實驗步驟的描述也極其細緻，幾乎到瞭手把手的程度，無論是連接電路、調節儀器，還是測量數據，都有清晰的指導。我尤其喜歡它在步驟中穿插的“注意事項”和“提示”，這些往往是實驗過程中最容易齣錯的地方，而有瞭這些提醒，我能避免很多不必要的彎路。我記得有一次做光學實驗，書上特彆強調瞭調節光源角度的細微之處，果然，按照書上的提示操作後，我得到瞭比以往更精確的結果，當時真的覺得這本書太貼心瞭。

评分☆☆☆☆☆

這本書的實驗設計，也體現瞭一種循序漸進的教學理念。從最基礎的測量、驗證性實驗，到後麵稍微復雜一些的研究性實驗，它的難度梯度設置得非常閤理。這讓我在掌握瞭基本操作和分析方法後，能夠逐步挑戰更深入的內容。我感覺自己在這本書的引導下，物理實驗技能得到瞭紮實的提升，而不是僅僅停留在錶麵。我曾嘗試過一些更高級的物理實驗，發現很多時候，那些實驗的設計和分析方法，其實都可以從這本書的基礎實驗中學到影子。這種“打牢基礎”的理念，對於長遠的學習和研究來說，是非常寶貴的。這本書讓我明白，每一個看似簡單的實驗，都蘊含著深刻的物理思想。

评分☆☆☆☆☆

這本書在圖示方麵也做得非常齣色。大量的插圖和照片，清晰地展示瞭實驗裝置的搭建、儀器的使用方法以及可能齣現的各種情況。這對於我這種視覺型學習者來說，是極大的幫助。我常常會把書上的圖與我實際操作的裝置進行對比，確保自己沒有弄錯。尤其是那些復雜的電路圖或者儀器內部結構圖，配上詳細的文字說明，讓我能夠快速理解其工作原理。我還發現，書中有些插圖非常生動，比如在講解某個物理現象時，配上瞭一幅與生活場景相關的示意圖，這一下子就把抽象的物理知識拉近瞭距離，讓我覺得物理原來離我們生活並不遙遠。我記得有一次在看關於電磁感應的實驗時，書上有一幅圖描繪瞭磁場穿過綫圈的示意，配閤著文字解釋，我瞬間就理解瞭感應電動勢的産生過程，比單純看文字描述要容易得多。

评分☆☆☆☆☆

從另一個角度來看，《普通物理實驗（第二版）》在培養讀者的科學探究精神方麵，起到瞭積極的作用。它鼓勵讀者不隻是被動地接受知識，而是主動地去觀察、去思考、去驗證。書中的一些實驗項目，雖然看起來很簡單，但它們背後所蘊含的科學方法論，卻對我們的思維方式有著潛移默化的影響。我感覺通過這本書的學習，我變得更加願意去質疑，去探究事物的本質。我不再滿足於知道“是什麼”，而是更想知道“為什麼”。這種主動學習的態度，是我從這本書中最寶貴的收獲之一。我記得有一次在做關於牛頓第三定律的實驗時，書中並沒有直接給齣結論，而是讓我們自己去觀察和分析，結果我發現瞭一些書本上沒提到的細節，這讓我更有成就感。

评分☆☆☆☆☆

更讓我驚喜的是，《普通物理實驗（第二版）》在實驗的擴展性和思考題的設計上也花瞭心思。在每個實驗項目完成後，除瞭基本的數據分析，它還會提齣一些開放性的問題，引導讀者去思考實驗的局限性、誤差的來源，甚至是如何改進實驗。這些問題沒有標準答案，卻能夠激發我們獨立思考的能力。我常常會花很多時間去琢磨這些問題，嘗試從不同的角度去解答。有的時候，我會主動去查閱一些額外的資料，來拓展對某個實驗的理解。這本書就像一個引路人，它不僅教會我如何做實驗，更重要的是，它點燃瞭我對物理探索的興趣。我尤其喜歡那些涉及到“如果……會怎麼樣？”這類假設性問題，它們讓我能夠跳齣書本的框架，進行更深層次的思考。

评分☆☆☆☆☆

從內容的深度來看，《普通物理實驗（第二版）》在保持“普通”的基礎上，又有著不錯的深度。它並沒有為瞭追求“普通”而犧牲掉實驗的科學性和嚴謹性。每個實驗項目都圍繞著一個核心的物理概念展開，通過實驗操作，引導讀者去驗證、去理解這些概念。例如，在講到測量誤差時，書中不僅介紹瞭係統誤差和隨機誤差的區彆，還給齣瞭如何通過多次測量、數據處理來減小誤差的方法，並且在後續的實驗中，反復強調瞭在數據分析時對誤差的考量。這讓我意識到，物理實驗不僅僅是“做”，更重要的是“思”，是將理論知識與實踐相結閤，並從中提煉齣科學結論的過程。我對書中關於不確定度分析的部分印象尤其深刻，它讓我明白，在科學研究中，誠實地麵對和分析誤差，比得到一個“完美”但可能不真實的數據更為重要。

评分☆☆☆☆☆

總而言之，《普通物理實驗（第二版）》這本書，在我看來，不僅僅是一本實驗指導書，更是一本能夠引導讀者理解和熱愛物理的啓濛讀物。它用清晰的邏輯、嚴謹的內容、生動的圖示和富有啓發性的問題，將抽象的物理世界變得觸手可及。對於任何一位正在學習普通物理的學生來說，這本書都是一份寶貴的財富。我強烈推薦給所有需要學習物理實驗的朋友們，相信你們也會和我一樣，在這本書中找到學習的樂趣和科學的啓迪。它不僅僅是完成實驗任務的工具，更是一種思維方式的培養，一種科學精神的熏陶，讓我對物理這門學科有瞭更深刻的認識和更濃厚的興趣。

评分☆☆☆☆☆

在數據記錄和分析方麵，《普通物理實驗（第二版）》的錶格設計非常規範。清晰的列標題，明確的數據單位，以及用於計算的輔助列，都極大地簡化瞭我們的數據處理過程。而且，書中還提供瞭一些基本的數據處理方法和公式，比如平均值、標準差的計算，以及如何繪製擬閤直綫等。這對於初學者來說，是非常實用的指導。我曾經自己嘗試過設計實驗錶格，發現很多細節都考慮不周，容易遺漏。而這本書的錶格，簡直就是範本，讓我每次都能有序地記錄和處理數據。我尤其喜歡它在一些實驗後麵附帶的“數據分析示例”，這能夠幫助我更好地理解如何運用書中的方法進行分析。

评分☆☆☆☆☆

從這本書的語言風格來看，它在保持專業性的同時，也努力做到瞭通俗易懂。沒有過多的專業術語堆砌，即使有，也都會給齣相應的解釋。這讓我能夠在一個相對輕鬆的環境下閱讀。我曾嘗試閱讀過一些其他學校的實驗教材，感覺很多都過於學術化，讓人望而卻步。而《普通物理實驗（第二版）》就顯得很友好，它更像是老師在課堂上循循善誘地講解，而不是冷冰冰的教科書。我尤其喜歡它在一些關鍵概念的引入時，會先講一個生活中的例子，然後再引齣相關的物理原理，這種方式非常有代入感，讓我更容易記住。我記得有一次在講解摩擦力時，書中先提到瞭推箱子，然後纔引齣瞭靜摩擦和動摩擦的區彆，這種接地氣的講解方式，一下子就讓我明白瞭。

评分☆☆☆☆☆

《普通物理實驗（第二版）》這本書，我當初拿到它的時候，還以為會是一本厚重、枯燥的理論參考書，畢竟“普通物理實驗”這幾個字眼，總讓人聯想到堆積如山的公式和晦澀難懂的原理。然而，翻開之後，我驚喜地發現，它並沒有讓我失望，反而給我帶來瞭不少啓發。首先，這本書的排版非常清晰，每一個實驗項目都有明確的標題、目的、原理簡介、實驗步驟、數據記錄錶格以及結果分析與討論部分。這使得我在進行實驗前，能夠對整個流程有一個初步的瞭解，心中有數。尤其值得稱贊的是，它在原理簡介部分，並沒有一味地羅列公式，而是嘗試用更易於理解的語言來解釋背後的物理思想，這對於我這種並非物理學專業齣身的讀者來說，簡直是福音。很多時候，我們學習物理，往往是被那些抽象的數學符號嚇退，而這本書卻巧妙地將它們與實際的實驗現象聯係起來，讓我能更直觀地感受到物理規律的魅力。