物理实验方法与你成功必然联系.ppt

张战士主讲教师： 做好预习，按时上课。 尊守纪律，严禁唠嗑。 尊重老师，好问刻苦。 独立完成，细心无误。 养好习惯，完成任务。 纪律要求： 上课时间： 上午 10:20-12:35 下午 14:00-16:15 16:30-18:45 严格考勤制度, 迟到考勤分为零！ 不得无故缺课，有特殊情况必须事先请，否 则不安排补做。一次没来且不补做，期末总 评不及格！ 注意事项 ： 禁止穿 入实验室，上课 关机， 选一名物理实验课代表，职责有三条 A、与老师经常保持联系，及时反映物理实验教学上的问题和要求 。 B、每次实验前收齐上次的实验报告交给老师并发回老师改好的实 验报告。 C、每次安排5名同学实验结束后协助老师整理课室。 实验报告最好用物理实验中心统一印制的实验报告纸和坐标纸 。 总学时48学时 第一学期：24学时第二学期：24学时 绪论3学时 实验21学时 实验21学时 考试3学时 课前预习 课堂操作 实验报告 实验目的、实 验原理、实验 方法 调整仪器装置 观察实验现象 学习排除故障 测读实验数据 完成实验报告 数据处理误差分析 问题的讨论等 考勤 预习 课堂 操作 10 40 50 10 5 30 5 成绩评定 创新和闪光点 综合应用知识的能力 定位 大学物理实验是对学生进 行科学实验基本训练的一 门独立设置必修的重要基 础考试课程。 目标 撰写科技论文的能力 培养科学实验的素养 耐心内心的平静那才是永远。 恒心有志者立长志。 细心差以毫厘，谬以千里。(汉书) 热心经验告诉我们：成功和能力的关系 少，和充满热情的关系大。 花心博观而约取,厚积而薄发。(苏轼) 怎样学好这门课？ 做个有 人！ 心 实验原理部分的文字在400字左右，要有原理 图、实验电路图、主要的公式，并注明各物 理量的意义和单位。 目的目的 原理 仪器 实验步骤 表格 实验中，要遵守实验室规章制度 ；要能正确地调整仪器、连接线 路；发现故障并能学习排除故障 ；能正确地显示实验现象；能正 确地记录数据；操作时要严格遵 守操作规程和安全 实验操作 记录数据必须实事求是， 原始数据要用钢笔书写，不能 用铅笔，不得涂改。实验完毕 ，数据须交指导老师检查审阅 并签字。 数据记录数据记录 预习报告 问题讨论 操作&数据 数据处理作图 结论 教师签过字 的实验原始 数据纸（附 在实验报告 末） 不准抄袭数据和实验报告，否则均做零分处理。 实验科学的基础理论 测量和误差 有效数字 数据处理 误差理论 实验结果都具有误差, 自始至终存在于一切科学 实验的过程中，而且贯穿 于整个测量过程的始终。 误差的存在是绝对的，误 差的大小则是相对的。 测量 所谓测量，就是把待测的物理量 与一个被选作标准的同类物理量进行 比较，以确定它是标准量的多少倍。 例子：2.3cm；24.6s 在人类的发展历史上，不同时期，不同 国家，乃至不同的地区，同一种物理量有许 多不同的计量单位。如长度单位就分别有码 、 英尺、市尺和米等。为了便于际交流，国际 计量大会于1990年确定了国际单位制（SI） ， 它规定了以米、千克、秒、安培、开尔文、 摩尔、坎德拉作为基本单位，其他物理量 (如力、能量、电压、磁感应强度等）均作 为这些基本单位的导出单位。 测量分类 直接测量 间接测量 234567890 直接测量 可直接从测量仪器（或量具）上读出待测量的 值 间接测量 由直接测量量获得相关数据，再用已知的函 数关系经过运算才能得到待测量的量值。 如：测元柱体的体积 h d 误差分类 系统误差 随机误差 过失误差 系统误差 由于偏离测量规定条件， 或由于测量方法所引入的 因素，而引起的有确定规 律的误差，称为系统误差。 天平不等臂所造成的系统误差 仪器误差 意大利科学家伽利略在意大利科学家伽利略在 比萨斜塔上做的铁球落地比萨斜塔上做的铁球落地 实验。两个不同重量的铁实验。两个不同重量的铁 球从高处落下，同时着地球从高处落下，同时着地 说明理论在一般情况下都说明理论在一般情况下都 能较准确地反映物体真实能较准确地反映物体真实 的运动规律的运动规律 公式 （忽略了空气阻力等） 系统误差特点： 增加测量次数误差不能减少，只能从 方法、理论仪器等方面的改进与修正来实 现。表现出恒偏大、恒偏小或周期性的特 点。 分类处理方法分类处理方法 已定系统误差：已定系统误差：修正修正 未定系统误差：未定系统误差：估计估计 定义： 在实际相同条件下即使每次都消除了系统 误差（假定已全部消除）多次测量同一量时， 每次测量值还不可能一样，误差的绝对值的变 化时大时小，符号时正时负，具有偶然性而没 有确定的规律，也不可以预定，但具有抵偿性 的误差。 产生原因： 实验条件和环境因素无规则的起伏变化， 引起测量值围绕真值发生涨落的变化。 随机误差（偶然误差） (1)、单峰性：绝对值小的误差出现的概率比绝对值 大的误差出现的概率大。 (2)、有界性：绝对值很大的误差出现的概率趋零 (3)、对称性：绝对值相等的正负误差出现的概率相 等。 (4)、抵偿性：由于随机误差在各项测量中的单个无 规性，导致了它们的和有正负相消的机会，随着次数 的增加，偶然误差的算术平均值随测量次数的增加而 趋于零。 随机误差的特点 过失误差（粗差） 定义：明显歪曲测量结果的误差。测量中， 应避免粗差的出现。处理数据时， 先将其剔除。 测量结果的评价 精密度精密度 准确度准确度 精确度精确度 是对是对测量数据的精密度和准确度测量数据的精密度和准确度的综合的综合 评定。精确度高，说明测量评定。精确度高，说明测量数据比较集数据比较集 中而且靠近真值中而且靠近真值。即测量的随机误差与。即测量的随机误差与 系统误差都比较小。系统误差都比较小。 表示表示重复测量所得数据的相互接近程度重复测量所得数据的相互接近程度 。测量结果的精密度高，说明所得结果。测量结果的精密度高，说明所得结果 的重复性好，测量误差分布密集，也就的重复性好，测量误差分布密集，也就 是是随机误差随机误差小。小。 表示表示测量数据的平均值与真值的接近程测量数据的平均值与真值的接近程 度度。准确度高，说明测量值接近真值的。准确度高，说明测量值接近真值的 程度好，即程度好，即系统误差系统误差小小 （a)精密度高,准确度低 (b)精密度低,准确度高 (c)精密度低,准确度低 (d)精密度高,准确度高 真值 定义：在某一时刻和位置或状态下某量 的效应体现出的客观值或实际值。 绝对真值永远不可知 理论真值仅存在于纯理论之中 指定真值国际计量大会的决议 （7个基本物理量） h h1= 176.33cm 176.36cm 176.38cm 176.35cm 176.34cm 176.37cm h2= h5= h3= h4= h6= = = 176.37176.37 =176.37=176.37 0.02(cm)0.02(cm) = = 0.02(cm)0.02(cm) = = 该如何描述一个物理量？ 算术平均 值: 的算术平均值 绝对误差 各测量值误差的平 方和平均值的平方 根 标准误差 次测量的算术平均 值的标准误差为（实 验中以此式用得最多 ，最普遍）。 标准偏差的物理意义 若测量的标准误差 很小，则测得值的离 散性小，重复测量所 得的结果相互接近， 测量的精密度高； 如果很大，误差分 布的范围就较宽，说 明测得值的离散性大 ，测量的精密度低。 标准误差结果表示 绝对误差结果表示 相对误差 绝对误差与其测量值的比称为相对误差，换算 成百分数称为百分误差。 有理论值的实验中： 最大误差的传递 已知x =(34.50.2)m，y =(12.40.3)m =(12.40.3)m,求N =x+y，并写出最后 结果表达式. 数据处理基本方法 1、列表法 2、作图法 3、逐差法 4、最小二乘法 列表法列表法 传统的焦利秤测定液体的表面张力系数 次数12345 /m 7.457.457.457.537.23 /m 8.098.068.098.057.84 /m 0.640.610.640.520.61 表面张力系数 相对误差 E1.2% 0.05917 Nm-1 标准误差0.0007 简明，便于表示对应关系，处理数据方便。写明表的序号和名 称，标明物理量、单位及数量级。表中所列数据应是正确反映结 果的有效数字。实验说明和必要的实验条件记在表外。 根据各变量之间的变 化 规律，选择相应类型 的 坐标纸。 正确选择坐标比例和 原 点，满图纸作图。对 坐 标轴标度时应使数据 的 最末位可靠数字与坐 标 纸中最小分度对应。 写明图名、各坐标轴 所 代表的物理量、单位 、 数值的数量级等。 电压 （ v) 11.321.230.439.650.1 电流 (mA) 0.821.752.883.794.90 (10.0,0.60) (48.0,4.70) 4.5v 作图法 作图法的应用 b 注意：计算斜率时选用距离尽可能远 的两点，且不能用原始数据点！ 横坐标起点不为零 不当图例展示： n (nm) 1.6500 500.0 700.0 1.6700 1.6600 1.7000 1.6900 1.6800 600.0 400.0 玻璃材料色散曲线图 改正为： 曲线太粗，不均匀，不光滑。应该用 直尺、曲线板等工具把实验点连成光 滑、均匀的细实线 n (nm) 1.6500 500.0 700.0 1.6700 1.6600 1.7000 1.6900 1.6800 600.0 400.0 玻璃材料色散曲线图 横轴坐标分度选取不当。横轴以3 cm 代表1 V，使作图和读图都很困难。实际在选择坐 标分度值时，应既满足有效数字的要求又便 于作图和读图，一般以1 mm 代表的量值是 10的整数次幂或是其2倍或5倍。 I (mA) U (V) o 1.002.003.004.00 8.00 4.00 20.00 16.00 12.00 18.00 14.00 10.00 6.00 2.00 电学元件伏安特性曲线 I (mA) U (V) 0 2.00 8.00 4.00 20.00 16.00 12.00 18.00 14.00 10.00 6.00 2.00 1.00 3.00 电学元件伏安特 性曲线 某人用弹簧振子测弹簧的劲度，振子质量为 、时测得伸长的位置坐标为 、，根据虎克定律 得 逐差法 如果简单地计算每一个x相加的算术平均值， 要想充分地、最大限度地利用所测得的数据，保 持多次测量的优点，减少测量误差，则必须要使 用逐差法求的平均值。 i +i=x(n/2)+i4+i-i 5Y1=5-1 26Y2=6-2 7Y3=7-3 Y4=8-4 逐差法的优点： 利用逐差法求物理量，可以充分利用数据，消除 一些定值系统误差，减小随机误差的影响 最小二乘法是一种比较精确的曲线拟合 法,它的主要原理是：若能找到一条最佳的拟 合曲线那么各测量值与这条拟合曲线上对应 点之差的平方和应是最小的。 最小二乘法 y = b + kx 斜率 回归分析 有效数字 测量结果数据单位 观测值 误差界 准确数 欠准数 全部准确数位欠准确数有效数字 （3）此时刻度读数为90.70厘米（4）此时刻度读数为90.8厘米 因此，我们可得出其定义：有效数字实际是由表征测量结果的可 靠数与可疑数组成的。可疑数字在有效数字中一般只有一位。 有效数字的位数与所用仪器的精度有关 。 有效数字的特点有效数字的特点 （1）位数与小数点的位置无关。 35.76cm = 0.3576m = 0.0003576km （2）0 的地位 0.0003576 3.005 3.000 都是四位 （3）科学计数法 （4）有效数字不能随意增减，如数据 0.01370中的前面两个“0”不是有效数 字,而末尾的“0”是有效数字，它与1 、3、7三个数具有同等地位。故末尾的 “0”不能去掉。 （5）单位换算过程中有效数字的位数不 应改变。如15cm的长度换算为mm表示时 ，应写：15cm1.5101mm，而不能写 成150mm。 测量结果截取的有效数字位数由 绝对误差决定。规定：绝对误差 只取位有效数字；相对误差最 多可以取位。测量结果的有效 数字最末位应与误差所在位对齐 。如L=6.240.02cm是正确的， 而L= 6.20.02cm或 L= 6.2430.02cm都是错误的。 直接测量量数据处理举例直接测量量数据处理举例 对某量测量6次,测量值分别为9.180 9.193 9.267 9.251 9.266 9.239 (cm) cm计算 最后结果： 绝对误差保留1位,且使平均值的最后一位与之对齐 （相对误差 ） （标准误差） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 四舍六入，五看奇偶，前奇入，前偶舍。 例如: 舍入为 ； 舍入为 舍入为 ； 舍入为 等等。(加横划者为可疑数字)。 但是，对于五看奇偶在舍入之前必须看舍入 位（5）之后有无数字，比如46.452要保留3 位有效数字时，就应该 舍入为 46.5 舍入规则： 有效数字的运算规则： 有效数字相加减： 结论：几个数相加减， 其和（或差）在小数后 所应保留的位数跟参与 运算的诸数中小数点后 位数最少的一个相同。 25.3+4.24=29.5 37.9-5.62=32.3 25.3 37.9 + 4.24 - 5.62 29.54 32.28 布置讲解习题 17题 目的是什么？ 真正目的 学会观察问题、提出问题，分析问题、 解决问题的能力，并善于总结。 同学们应掌握一整套科学实验方法 把复杂问题简单化、规律化，而把简单问题， 规 律东西具体化，这就是所谓用理论指导实验， 又 从实验中完善理论。 Think