本书汇集了编者团队长期进行医药类各层次物理实验教学实践和教学改革创新的成果,以“实验数据的处理”为先导,结合医药类各专业层次对物理实验知识的需求,设计了20个实验项目,分为基础性实验、综合性实验、设计性实验和医学物理实验四种类型。不同的实验类型设定不同层面的培养目标,为开展分层次、递进式的教学模式提供基础。本书基于“两性一度”的一流课程建设要求,注重物理思想和方法在医学中的应用,通过设计性实验、选做实验内容、拓展阅读和实验报告模板中的拓展项目等,实现个性化学习和自主学习。其他配套教学资料以二维码的形式呈现,用于学生课前预习和课后实验报告的撰写。

物理学是研究物质基本结构、基本运动形式、相互作用规律的自然科学。“医用物理学”是医学院校各专业学生的一门公共基础课，也是医学生理工素质教育课程之一。通过学习物理学实验，不仅能使学生掌握物理实验的基本方法和原理，培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，提高学生的科学实验能力、科学计算能力、逻辑思维能力，还能培养学生实事求是的科学态度和严谨踏实的工作作风，实现学生知识、能力、素质的协调发展。





本书立足于“新医科”人才培养目标，适应新时代高等医学教育的全新发展和变革的需要，坚持物理学的基础地位，强调物理课程在培养学生科学素质方面所起的重要作用，在首都医科大学物理教研室使用多年的《医用物理学实验》校内自编教材的基础上修改、补充而成，汇集了物理学教学团队长期进行医药类各层次物理实验教学实践和教学改革创新的汗水和成果。


本书除了介绍实验数据处理的理论知识外，共设20个实验项目，分为基础性实验、综合性实验、设计性实验和医学物理实验四部分，以适应不用专业层次的教学需求。每个实验包括实验目的、实验仪器、实验原理、实验内容、思考题等部分。依据实验内容的不同，利用“拓展阅读”模块，融入物理学史、物理学全新研究和技术进展、新的医学应用等内容介绍，发挥课程思政的育人功能，贯彻“三全”育人理念。


基础性实验包括长度的基本测量、示波器的使用、分光计的调节和应用、RC电路的暂态和稳态过程、静电场模拟五个实验，使学生掌握基本的实验思想和实验方法，训练学生掌握常用的实验操作技能。综合性实验包括七个实验项目，内容涉及力学、电磁学、光学、近代物理等方面，用于提升学生综合运用实验知识和技能的能力。设计性实验包括四个实验项目，要求学生自主设计实验方案和主要实验步骤以及数据表格，课上组织实验方案的分析和讨论，再由学生独立完成实验操作和实验数据处理。通过设计、讨论、实践的过程、培养学生利用理论知识分析解决实际问题的综合能力。医学物理实验包括四个实验项目，依次为超声波特性研究、磁共振信号的观察与测量、人体生理参数测量和分析、模拟CT。医学物理实验注重物理学原理和临床研究相结合，学生通过实验可以了解基本的物理理论和实验方法在医学影像技术、生理信号分析等方面的实际应用。


与每个实验配套的数字教学资源通过二维码的形式呈现。学生扫描二维码即可获取实验预习指导、实验仪器介绍视频、实验报告模板等资料，用于课前预习和课后实验报告的撰写。实验报告是对实验的全面总结，学习撰写实验报告是撰写研究论文的初步训练。本书提供的实验报告模板在注重实验报告规范性和严谨性的同时，强调实验原理的概括、实验结论的归纳总结、误差分析和实验的拓展。数字教学资源拓展了纸质教材的内容和形式，有助于学生顺利开展实验学习，也可供授课教师参考分层次、递进式指导学生掌握实验报告撰写。


基于“两性一度”（即高阶性、创新性、挑战度）的一流课程建设要求，本书具有如下特点：（1）结合医药类各专业层次对物理实验知识的需求，将实验项目分为四类，即基础性实验、综合性实验、设计性实验和医学物理实验。不同的实验类型设定不同层面的培养目标，为开展分层次、递进式的教学模式提供基础。


（2）实验项目和内容的设置更注重物理思想和方法在医学中的应用，而非成型的相关设备操作。在医学物理实验板块的超声波特性研究中，实验内容设计包含了超声波三种波型的转换、超声测距、利用超声声速测量获得材料的力学参数等，同时通过配套的拓展阅读内容让学生了解超声弹性成像等新的技术应用；模拟CT实验是在首都医科大学物理学教学团队的发明专利基础上开发的，具有原创性，实验内容设计更强调对CT成像原理的掌握。


（3）结合实验内容特点，融入课程思政元素，提升学生兴趣，拓展学生知识面。


（4）配套的数字教学资源覆盖实验预习和实验报告撰写，为开展分层次、递进式教学助力。


（5）全部实验配有思考题，以便学生更好地学习和掌握物理学实验的相关基本原理和基本技能。


（6）在实验报告模板中设置实验拓展项目为不同层次学生提供自主学习指导。


本书适合作为医学院校各专业学生的物理实验教材。首都医科大学承担阶平班、长学制、五年制、四年制、专业教育、继续教育等不同层次医学生培养，本书是物理实验长期教学实践的结晶。根据学制和培养目标的不同、课程学时设定的不同，可以选择不同实验项目；部分实验项目设有选做内容，以体现分层教学、因材施教的教育原则。同时，本书还可作为从事生物医学和临床医学的科技工作者的参考用书。


本书由首都医科大学生物医学工程学院物理教研室、物理实验室和首都医科大学燕京医学院医学影像学系共同完成，其中，物理教研室和物理实验室有16位教师参与编写，负责实验数据处理和18个教学内容和实验项目的编写；医学影像学系有2位教师参与编写，负责2个实验项目。本书由张海霞、郭学谦任主编，负责全书的设计规划和定稿；由黄晓清、许莉莉任副主编，负责全书的修改和统稿。


北京市教学名师刘志成教授长期从事医学生理工素质教育研究和实践，关注物理学教学改革推进，阅读书稿后提出了宝贵的意见和建议，在此表示衷心的感谢。衷心感谢首都医科大学教务处多年来对于物理学课程的支持和帮助。


由于编者水平有限，加之受仪器设备的限制，书中存在疏漏及不妥在所难免，恳请广大读者批评指正。


编 者


2022年4月

绪论1 第1章实验数据的处理4 1.1测量与误差4 1.2实验误差的分析与处理6 1.3测量不确定度与测量结果的表达9 1.4有效数字和近似计算13 1.5不确定度分析和近似计算实例15 1.6常用的实验数据处理方法20 1.7实验数据处理练习26 第2章基础性实验28 实验2.1长度的基本测量28 实验2.2示波器的使用36 实验2.3分光计的调节和应用45 实验2.4RC电路的暂态和稳态过程53 实验2.5静电场模拟58 第3章综合性实验64 实验3.1拉伸法测金属的杨氏模量64 实验3.2霍尔效应实验70 实验3.3磁场测量76 实验3.4牛顿环法测定透镜的曲率半径84 实验3.5光栅的衍射88 实验

张海霞，博士，教授，现任首都医科大学医学工程学院副院长，医用物理学B课程负责人，医用物理学网络课程负责人，校级课程示范课课程负责人。主授课程包括量子力学、医用物理学等；曾获得校级教育教学成果奖一等奖（排名1），北京市教育教学成果二等奖（排名3），主持多项校级教改项目，发表多篇教学论文。曾主持国家自然科学基金3项，受北京优秀人才项目资助，发表英文学术论文20余篇。 郭学谦，博士，副教授，现任教于首都医科大学，医用物理学A课程负责人，讲授医用物理学课程近30年。曾主持校级教改项目多项，发表多篇教学论文。曾主持北京市教委科技项目1项，发表英文学术论文数篇。

（1）汇集物理学教学团队长期进行医药类各层次物理实验教学实践和教学改革创新的成果。
（2）强调物理实验基础性知识的同时，与医学应用相结合，夯实学生的自然科学素质。
（3）具备丰富的教辅资源，进行实验项目内容的补充与拓展，强化学生分析和解决问题的能力。