高校招生规模不断扩大已经让我们国家成了高等教育大国，然而，从高等教育大国到高等教育强国的过程需要各方面助力，实践和实验能力是人才培养的重要抓手。另一方面，随着信息时代和知识经济时代的到来，科技创新能力日益成为世界各国核心竞争力的关键要素。物理学是一门研究自然界基本规律和物质基本结构的科学，它以数学作为语言，以实验作为检验理论正确性的标准，是一门自然科学。物理学在人类文明历史进程中起着重要的推动作用，人类历史上几乎所有重大的科学发现与技术进步都与物理学的发展密切相关。作为所有理工医科学生必修和部分文科学生选修的实验课，物理实验在培养学生的技能、思维、科学精神方面有不可替代的作用。本书是在《理工科类大学物理实验课程教学基本要求》（2023年版）的教学理念指导下编写的，旨在通过科学可行的实验设计，摆脱对传统实验仪器和实验室的依赖，利用非实验室环境开展探究式物理实验。随着实验技术的发展，以及学生参与各类创新实践的活动增加，实验教学的时域、场域和教学方式都不断发生变化。这些都推动着参与本书编写的实验教学工作者在长期参与国际青年物理学家锦标赛（International Young Physicistsrsquo; Tournament，简称IYPT）、国际物理奥赛（International Physics Olympiad，简称IPhO）、亚洲物理奥赛（Asian Physics Olympiad，简称APhO）、欧洲物理奥赛（European Physics Olympiad，简称 EuPhO）等教研过程中，不断进行提炼和总结。探究式物理实验具有灵活的学习场景和学习方式、开放的教学内容，是课程思政育人的新的教学形式。本书结合实验背景和实验目的，将课程思政融入每个实验项目中，培养学生的世界观。在内容上，凸显实验设计、实验拓展和讨论、实验数据的可视化等传统验证性实验相对缺乏的内容，体现了对学生批判性思维、独立开放式思考能力的培养。编者参与的大学基础物理实验MOOC上线国家智慧教育平台，可以为本书提供部分支持。本书也在实验室课程教学改革、国际化交流、实验室开放、实验室传统与创新课程开设等方面进行了探讨。本书的编写得到了南开大学物理科学学院和机械工业出版社的大力支持，也得到了各高校和单位从事物理实验的老师们的大力支持。全书分为绪论、力学实验、电磁学实验、热学实验、光学实验、声学与振动、流体研究、课堂内外的探究式物理实验，共八章，由王槿、惠王伟、朱江、文小青、李文华、张思遥进行主要内容的编写和统稿，钱钧、牛紫平、刘丽飒、刘东奇、李强等教师与助教参与了部分内容的编写、审核与校对。感谢一直给予我们支持和帮助的各示范中心、实验中心的老师们；感谢和我们一起成长的研究生和本科生，他们是胡丛霖、王玥、姜宇辰、章翔宇、史雨、胡浩、王成进、程麒麟、张楚紫越、罗秋月、高静怡、史歆祺、刘鑫、魏明哲、李俊宏、董佳豪、孟子翔、王晓、易江奕、谷雨青、谭森、田野、林雪儿、董兆轩等，作为实验助教，他们在实验验证、教材编写中提供了帮助。各个学期都有大量的同学参与到实验室开放工作中：2017年于宏宇、韦良瑜、李子涵、杨凤妍、杜凡、曹孟尧、王艺馨等；2018年武兵、马得原、史秋帅、陈远强、刘天成、刘锦锦、杨凤妍、王世杰、唐本豪、马奕昕、李桑丫等；2019年刘天成、孙聪璐、刘逸飞、余莹凤、郭丽娟、杨衍磊、黄嘉泰、颜实、刘鸿业、姚尧等；2020 年冯超超、林子舰、王廷振、余莹凤、李逸、杨琦、施博轩、梁元昊、沈逸、梁嘉禾、张辰洋、朱闻睿、郭林霄等；2021 年春季陆雨航、史雨、沈羽、 蒋思源、唐祥铮、刘怡珂等，2021年秋季吴清范、姜宇辰、孔令之、郭庆、史雨、陈思捷、沈羽、施博轩、张辰洋等；2022 年寒假肖莘宇、卿李敬亭、钟传涛、孙荣、郝嘉静、封硕、李思瑶、张诗悦、雷雨丰、金铭洋、周小川、张屹杰等，2022年春季戴文烁、姜宇辰、聂彬彬、高诗嘉、罗艺豪、刘晓海、郭庆、何沐森、李宁一等，2022年秋季李培增、李天驰、郭庆、丁海芮、郭汉飞、程加雨、刘博一、郭钰翀、宋柏君、梁栩豪、龚泽宇等；2023年春季李昱桐、郭庆、龚泽宇、张睿颖、高枝、孟子翔、程加雨、史歆祺、周渝清等，2023年秋季程加雨、孟子翔、宋柏君、张子涵、彭智山、王晓、谭森、陈信瑜、向思喆等；2024年春季宋柏君、廖康启、李昱桐、董佳豪、崔智皓、时霄、董兆轩、高宇飞、董漪芃、刘希明等；2024年秋季宋柏君、李青林、李星谕、郭知易、高源、范佳蕾、魏永康、许铭迪、綦昭栋、白超、李天、张金哲等，在此一并致谢。感谢所有关心和支持实验教学发展并为之贡献的同行和同学们！本书不足之处，敬请批评指正。2026年5月于天津南开大学

本书遵循*教指委相关指导文件和高等院校学生学习规律编写而成。践行四新理念，融入思政元素，注重理论与实践相结合。

本书以*高等学校大学物理课程教学指导委员会编制的《理工科类大学物理实验课程教学基本要求》（2023年版）为指导，突破传统实验室条件，设计了一系列可在非实验室环境中开展的探究式实验。全书涵盖力学、电磁学、热学、光学、流体力学等内容，注重实验设计、数据可视化和拓展讨论，融合课程思政与科学素养培养，并配有线上MOOC资源。本书强调批判性思维和开放式探究，适合理、工、医科学生及对物理实验感兴趣的文科生使用，也可作为各类物理竞赛、创新实践和科学教育活动的参考用书。

王槿，女，湖北十堰人，博士，南开大学物理科学学院，高级实验师。本科和硕士就读于天津大学精仪学院生物医学工程专业，获得工学硕士学位，南开大学物理学院光学专业，理学博士。研究方向为光学检测、仪器仪表以及生物医学光子学，包括生物组织光学参数测量、光与物质的相互作用等。目前担任南开大学基础物理国家级实验教学示范中心副主任。长期承担《大学基础物理实验》、《基础物理实验1》、《基础物理实验2》、《预备实验》、《IYPT_学习物理新思路》等课程的教学工作，年均300余学时。面向南开大学本科生开设《IYPT_学习物理新思路》通识选修课，获批天津市一流课程。国家重点研发计划“国家质量基础的共性技术研究与应用”重点专项子课题负责人2项；主持国家自然科学基金青年项目1项，天津市应用基础与前沿技术研究计划项目1项；参与其它国家级省市级项目6项。主持或参与*港澳与内地高等学校师生交流计划项目、高等学校教学研究立项项目、基础学科拔尖学生培养试验计划研究课题、南开大学教学改革项目等 20余项。2017年，参与的物理学术竞赛教学团队，获天津市级教学团队。2018年，参与的TEAL“未来课堂”教学团队，获南开大学教学团队。2019年获物理学术竞赛教育教学改革奖优秀个人。长期指导本科生参与创新课题，包括国家大学生创新性实验计划、天津市大学生创新创业训练计划和南开大学百项工程等项目。中国大学生物理学术竞赛（CUPT）华北赛/全国赛特等奖/一等奖、全国大学生物理实验竞赛（CUPEC）全国一等奖指导教师、2022年国际物理奥林匹克竞赛实验领队。负责全国物理实验标准化设计中力热实验标准——“液体表面张力系数的测量”组织与起草。

前言第一章绪论1第一节引言1第二节绪论知识简介28第二章力学实验75第一节力学实验基础知识75第二节用单摆测量重力加速度80第三节探索摩擦力85第四节冲量与动量90第五节弹性球的非弹性碰撞96第六节杨氏模量的测定101第七节物体转动惯量的测量双线摆106第八节物体转动惯量的测量三线摆111第九节复摆116第十节IYPT与力学实验119第三章电磁学实验134第一节电磁学实验基础知识134第二节地磁场测量146第三节磁刹车152第四节磁力小火车156第五节磁力电流计159第六节IYPT与电磁学实验162第四章热学实验173第一节热学基础知识173第二节散热规律探究185第三节冰的熔解热的测量189第四节气体状态方程验证及空气比热容比的测定194第五节IYPT与热学实验198第五章光学实验204第一节光学实验基础知识204第二节利用视差确定虚像位置208第三节液体折射率测量213第四节凸透镜焦距测量和自组显微镜217第五节光的偏振实验226第六节自制光栅光谱仪230第七节IYPT与光学实验233第六章声学与振动242第一节声学实验基础知识242第二节弦振动现象研究252第三节声速的测定（一）利用亥姆霍兹腔共振测量声速255第四节声速的测定（二）利用共鸣管测量声速259第五节声速的测定（三）利用空气柱振动发声测量声速262第六节声音可视化克拉德尼图267第七节多普勒效应探究269第八节硬币弹跳272第九节IYPT与声学实验278第七章流体研究297第一节流体力学知识简介297第二节气体、液体密度测量314第三节液体表面张力系数的测量320第四节水钟实验337第五节海伦喷泉343第六节IYPT与流体力学实验348第八章课堂内外的探究式物理实验370第一节探究式物理实验与基础物理实验课程370第二节探究式物理实验与创新类课程373第三节探究式物理实验与传统理论课程379第四节探究式物理实验与实验室开放382第五节探究式物理实验与教学改革385第六节总结与展望387