大学物理实验 绪论

1、同学们好静1大 学 物 理 实 验绪 论2NCIT 绪 论一、物理实验的作用和地位1.实验是人类研究自然规律、改造客观世界的特殊的实践形式和手段。2.实验是基础科学赖以生存和发展的基础。3二、物理实验课的学习目的和任务1. 学习物理实验知识，加深对物理原理 的理解。2. 培养和提高学生的科学实验能力。3. 培养和提高学生的科学素养，实事求是、理论联系实际的科学作风，一丝不苟、严肃认真的科学态度NCIT4 1、在规定的时间、地点参加听课、实验、 考试。 2、认真完成规定的作业和实验报告。 3、不得迟到、早退。 4、不得无故缺席。 5、遵守实验室规则。三、物理实验课的基本要求NCIT5四、物理实验

2、课的基本程序、课前预习： 按照进程，看懂教材, 写好预习报告。 实验预习报告没有写好，做实验！NCIT6基本知识、基本方法、基本技能2、实验操作： 掌握“三先三后”原则先观察后测量，先调衡后测量，先粗测后细测。 注意“三基” 贯彻“三严”严肃的态度、严格的要求、严密的观测NCIT四、物理实验课的基本程序73、实验结果和数据必须经老师检查, 签字。 离开实验室前自觉整理好仪器。四、物理实验课的基本程序NCIT8五、撰写实验报告1、内容和格式： 实验名称 实验目的 实验原理，包括基本公式，示意图 实验设备、仪器 实验步骤 实验数据及处理、图表 实验结果及误差分析、问题讨论NCIT9 2、方式：可与

3、预习报告合二为一 3、注意：内容真实 切忌抄书4、书写清楚、整洁 书写清楚、报告整洁与否表现了对实验的态度和对自己实验结果的负责程度。 实验报告整洁占实验成绩的10NCIT105 、关于数据涂改问题NCIT116、交实验报告和每次实验后实验报告须在一周内由物理课代表收齐集中交到物理实验室。实验报告评分标准：(共100分)卷面 10分 报告格式 10分操作和数据记录 30 数据处理 30分 结果表示 10分 问题讨论 10分实验报告评分的说明NCIT127、实验内容和大学物理实验包括两部分：基础及综合性实验和预备及预备及研究性实验。实验评分重在过程考核。课程安排基础及综合性实验七个是考核重点（

4、80% ）。预备及研究性实验也是考核的一部分（ 20% ）。预备及研究性实验没有安排专门课时，同学可用实验之余或课外时间来自行完成。实验成绩评定的说明NCIT13 第一章 误差理论一、测量及其分类测量 将被测物理量与一个选作单位的同类量进行比较。 测量结果：数值单位NCIT14测量的分类根据测量手段根据测量条件测 量 直接测量 间接测量等精度测量 非等精度测量NCIT15二、误差及其分类1、误差的定义 真值( a ) 被测物在其所处的确定条件下，客观具有的量值。 误差( ) 测量值(x)与真值( a ) 之差,又称绝对误差。 相对误差( r ) 绝对误差( )与真值( a )的比值 NCIT1

5、6误差的分类错误不是误差不允许存在！NCIT17三、误差的处理随机误差可以通过多次重复测量来减小。、随机误差的处理： 随机误差服从统计的规律，最常见的为正态分布。其数学表达式和图形如下 ：NCIT18对n次等精度测量，其平均值：用平均值 代替真值 时，趋于真值。当残差（绝对误差）NCIT192、系统误差的处理a) 系统误差的发现 理论分析、数据分析、实验对比 b) 系统误差的减小和修正 改进测量原理和方法、引入修正值、消除系统误差产生的因素NCIT20四. 精密度、准确度和精确度a) 精密度高，测量重复性好，随机误差小。 b) 准确度相对较高，测量结果较接近真值。 c) 精确度高，随机误差、系

6、统误差均小。 NCIT21五、不确定度及其分类不确定度是对测量结果可信度的描述,表征误差可能存在的范围。A类不确定度 对测量结果离散性的评价。 主要涉及随机误差。 B类不确定度 主要涉及系统误差。由仪器误差造成。 NCIT22六、直接测量不确定度的估算1. A类不确定度可用统计方法计算 一般用平均值的标准偏差来表示。即：NCIT232. B类不确定度用非统计方法估算六、直接测量不确定度的估算在实验教学中约定：为仪器误差限，可按以下三个原则确定:NCIT24（1） 对可估读测量数据的仪器： 仪 = 最小刻度的1/2（2） 对不可估读测量数据的仪器： 仪 = 仪器最小分辨读数（3） 对有仪器说明书

7、的仪器： 仪按仪器说明书计算六、直接测量不确定度的估算NCIT253、直接测量的合成不确定度和相对不确定度: 相对不确定度：（2）单次测量：因 不存在，故（1）多次测量：合成不确定度：NCIT26 4、测量结果的一般表达形式：（单位）三个部分缺一不可！单次：多次：（单位）（单位）直接测量NCIT27例1：用螺旋测微仪测得圆柱体直径为：1.0076、1.0086 、1.0090 、1.0068 、1.0078；单位：用游标卡尺测得圆柱体高为：1.258 、1.264 、1.236 、1.256 、1.260 NCIT28游标卡尺：是不可估读量具仪 = 仪器最小分辨读数0.002 用游标卡尺测得圆

8、柱体高h 的合成不确定度为：0.009 NCIT29螺旋测微仪是可估读量具，最小刻度是 0.001 , 仪= 0.001/2=0.0005 用螺旋测微仪测得圆柱体直径d 的合成不确定度为：0.0008 NCIT30 用螺旋测微仪测得圆柱体直径d 为：用游标卡尺测得圆柱体的高h 为： 测量结果：NCIT31不确定度的计算可以利用计算器进行，有函数功能的计算器都可以。SHARP计算器在STAT功能下输入N个测量值后，直接可得平均值 和s，即CASIO计算器在SD功能下输入（MODE下选择2即SD功能）。其他计算器可查阅说明书。NCIT32七、间接测量的不确定度设:其中：则：NCIT33N的合成不确

9、定度为:或由:得:上式对加减形式的函数比较适合;说明:下式对乘除形式的函数比较适合。两者最终结果相同。NCIT34例2：测量圆柱体的体积：高直径求体积的合成不确定度。解：NCIT353圆柱体体积的合成不确定度:NCIT36注意：L=45.250.032 L=45.250.04L=45.2550.04L=45.260.04NCIT 有效数字要一致，不确定度的有效数字只保留一位“只进不舍”。37 第二章 数据处理一、有效数字及其运算:有效数字测量误差正确表示结果能表达被测量实际大小的全部信息。1、基本 概念NCIT有效数字 = 准确数字 + 可疑数字38例:待测物长度在3.5cm3.6cm之间，如

10、果估:3.57cm 则: 3.57称为有效数字此处:准确数字为3.5cm 可疑数字为0.07cm注意:有效数字的特点:数字末尾有且仅有一位欠准确数NCIT39有效数字的位数多少与测量方法有关有效数字的位数越多表示测量越精确、相对误差越小有效数字的位数从第一个不是“”的数字开始算起有效数字的位数与小数点位置或单位换算无关NCIT402、有效数字尾数的取舍法则:（1）四舍六入五凑偶法则 4.855例:4.8554(取3位时) 4.86(取4位时)(取2位时)4.8（）只进不舍（非零即进）法则例如：NCIT413、有效数字的运算法则 有效数字的运算过程存在误差的传递（1）有效数字的加减法则例：12.

11、34+2.3574=14.6974 = 14.70 12.34 + 2.3574 14.6974例: 26.25-3.9257=22.3243=22.32 26.25 - 3.9257 22.3243NCIT42结论: 加减法运算中，和或差的有效数字中 的可疑数字所占位数，与参加运算的各数值中可疑数字所占位数最高的相同。 13.58+2.779=15.35915.3626.58-3.22904=23.3509623.35NCIT43（）有效数字的乘法规则 例：3.2 5.1 = 16.3 3.2 5.1 3 2 1 6 0 1 6.3 2NCIT44例：3.52318.6=65.5 3.5 2

12、 3 1 8.6 2 1 1 3 8 2 8 1 8 4 3 5 2 3 6 5.5 2 7 8 8.3243.26=359.9 8.3 2 4 3.2 6 4 9 9 2 1 6 6 4 2 4 9 63 3 2 8 3 5 9.9 2 3 2 45 结论: 在一般情况下,两个数相乘的积，其有效数字的位数一般与诸因子中有效数字位数最少的相同。 但如果它们的最高位相乘的积大于或等于10， 其积的有效数字应比诸因子中有效数字最少的多一位。 NCIT46（3）有效数字除法运算法则与乘法相似例：4.5254 5.47=0.827127 361=0.35（4）乘方、开方的运算法则与乘法相似例：5.38

13、92=29.041（5）常量计算时有效数字应多取或直接按计算器的按键（6）计算的中间过程可多保留一位有效数字NCIT47二、数据处理的基本方法 数据处理是指从获得数据到得出结果的加工过程，用简明而严格的方法提炼事物的规律，正确处理数据是实验能力的基本训练之一。NCIT481、列表法（1）列表法的优点:A.能简单的反映事物的对应关系、明了地显示测量值的变化情况。B.容易从排列的数据中发现规律和问题C.为进一步进行数据处理创造条件二、数据处理的基本方法NCIT49（2）列表规则A.精心设计、用尺画线、力求工整C.各栏目均要标明名称和单位，自用符号要说明B.对应关系清楚简洁、一目了然D.必要说明、表

14、格名称、仪器规格、物理参数二、数据处理的基本方法NCIT50例： 用伏安法测电阻序 号 k电 压 UK/V电 流 Ik/mA12.003.8524.008.1536.0012.0548.0015.80510.0019.90优点：条理清楚，结构简洁，测量结果一目了然缺点：不易看出被测量量的函数变化关系。NCIT512、图示法和图解法（1）作图法的优点A.能形象、直观、简便地显示物理量之间的关系B.具有取平均的效果C.有助于发现测量中的错误数据D.有助于发现经验公式、 图示法和图解法统称为作图法，是物理实验中最常用的方法，必须熟练掌握。NCIT52（2）作图规则A.列表（按列表的规则）B.选择坐标

15、纸、选择适当的大小和比例C.标出坐标轴的名称和标度、物理（符号）及单位D.描点和连线（用表示点） E.在图的空处标出名称、绘制人姓名、日期NCIT53 图示法NCIT54（a）图纸的选择图纸：直角坐标（方格）纸、对数 纸、极坐标纸等选取原则：有利于画图和读图，使 图形表现更为直观。NCIT55（b）坐标的分度与标记原则：为便于画图和读图，应采用能被10整除的数分度； 坐标的分度值也不一定要从零开始。NCIT56（c）标点（又称实验数据点）* 实验点要用“+”或“”等符号表示* 同一张图上画不同的曲线标点要用不同的符号 * 对不同的曲线还应加注文字说明NCIT57（d）拟合直线NCIT58 图解法斜率： 截距：NCIT593、逐差法 实验中常会遇到自变量是等间距的多次测量，按平均值计算，会使中间测量值彼此抵消，这样就失去多次测量的意义，采用逐差法来处理这类数据，可保持多次测量的优越性,有其独特的优点。NCIT60例：用拉力法测定弹簧的劲度系数：次 数负 荷 F/10-3N伸长量X/10-2100.0022 9.81.5034 9.83.