大学物理实验(一)绪论讲义.ppt

,绪论,主要教材：大学物理实验，周殿清主编，科学出版社210年第一版； 本次课主要内容,一、本学期物理实验的教学安排及具体要求 二、测量误差和不确定度评定基本知识,主要目的 ：,帮助同学们了解物理实验的基本程序(预习-操作-处理)，如何去做好物理实验；以及了解实验误差和不确定度的基本概念，如何正确表达实验结果。,具体的目的：实验抓住两点，能力更要全面。两点是重点(知识点)和难点(操作点)。 能力指预习能力(准备实验) 、认知能力(尽快熟悉仪器)、操作能力(准确、快速)、数据记录(简洁、清晰有条理)和数据处理能力(方法科学、结论丰富)。,由于误差理论涉及较多的数理统计知识，一、两次课很难讲清楚，因此本次课只能介绍测量误差与不确定度的基本概念，在实验过程中如何运用这些知识，正确处理实验数据和评价实验结果，还需要我们结合具体实验，重新学习第一章的相关内容才行；“有效数字的运算及数据处理方法”不讲，留给同学们课后自学。,一、 物理实验(一）的 教学安排及要求,1物理实验（一）教学安排 2实验课具体要求 3实验考核,1. 本学期物理实验教学安排, 第二周 绪论课 第三 周第十四周 完成12个实验 实验题目和轮换表如下，分组名单各班班长(或学习委员)下课来领。, 注 意：,（1）实验轮换表的题号112与所用教材上的实验题号对应，不要弄错。 （2）每次实验分12个大组循环，弄清你在哪一组，把你这组的实验轮换顺序写在教材上，便于预习时不会弄错。 （3）节假日冲掉的实验不需补做，继续按轮换表进行。,2实验课具体要求,每堂实验课都包括三个环节： 课前预习 课堂实习 课后小结, 课前预习,认真阅读教材，明确本次实验的任务 和要求； 正确理解实验测量所依据的原理、公式及采用的方法； 了解所用仪器的结构及使用注意事项； 在原始记录纸上设计好数据表格，写出预习报告（包括实验目的、原理及数据表格），教师要检查。,预习报告：名称+目的+仪器+原理(可直接写在”武汉大学物理科学与技术学院物理实验报告”纸中或单独用纸) 突出重点，结合每个实验步骤、思考题，预测难点(不用写在预习报告中)。, 课堂实习,遵守实验室规则（不要迟到，自备鞋套），按轮换表顺序进行实验； 遵守仪器操作规则，严肃认真，独立操作（认真阅读电磁学P101和光学实验P209基本知识）； 要用钢笔或圆珠笔记录数据，不要用铅笔； 实验完毕后，原始数据交老师签字认可，整理好桌面仪器。 因病、事不能上课者，必须出具医院或院系办证明，否则按旷课论。, 课后小结,实验报告要用学校统一的报告纸撰写，要求字体工整、文理通顺、图表规矩、结论明确。 报告内容包括：实验名称、实验目的、实验原理、实验内容、数据记录与处理结果与讨论。要尽量用自己的语言写。 下次实验交前次实验报告（原始记录附在报告上）。,3实验考核,平时成绩：由各实验成绩累加平均， 占80% 每个实验成绩包括课堂表现、操作分和报告分（6：4）； 期未考试：占20% 实验考试分笔试和操作考试两部分，操作部分分组抽题，老师不讲，当场交考试报告。,实验成绩评定标准,1. 实验有新发现，见解独特、有创新，实 验成绩评定后，提高一档。 2. 迟到时间超过10分钟成绩降一档，之后每10分中为一档类推。 3. 无故缺席，不能补做，该次成绩记0分。 4. 无故迟交报告成绩降一档。 5. 篡改实验数据，成绩降一档。 6. 抄袭报告或数据、成绩为0分,说 明：,下面通过光学方面的四个案例来说明如何总结各个实验的“两点”，希望对各位同学能有启发。,光学预备知识中的重点：两灯、两镜。两灯:高压汞灯(白)、钠灯(黄)P198、199；两镜:测微目镜，读数显微镜P239、245；光学仪器的使用和维护6条P205。,实验4-1测焦距，重点(知识)：两图、两公式。高斯公式4-1-1和图4-1-1(P206)、贝塞尔(或二次成像)公式4-1-2和图4-1-2P。凸透镜成像规律物距大(小)，像距小(大)，且都不能小于f焦距(实像)。成像要求物距+像距略大于4f焦距(1-5厘米)，此时透镜在中间。凹透镜成像必须要凸透镜帮忙(实像)。,难点(操作)：透镜、物(十字)和光具座共轴P208;判断实像(十字像)的清晰(可看十字边缘)。 记录：表格化(数据多)；物距的正负号(透镜左边正号，右边负号)，本次像距均为正。 习题1、2P210,实验4-3分光计(4-3-2内容不做)P217-226，重点：六图、三公式。图1(仪器)、4 (读数)、6和7(原理兼光路)、3(现象)、9(操作)，公式1(偏心差)、2(自准直)和3(反射)/原理，全部运用平行光反射原理，入、反射光与反射面和法线夹角相等或反射光原路返回(垂直入射)；,难点：固定、调节螺钉多(图1P218)，固定13/14/20(重点)、2、8，调节11/21(重点)、12/19(微调)。望远镜光管水平难调(用反射规律，管外找像)。 记录：读数时一定固定一个(盘)，转动一个(盘)；两个读数游标1、2相像，不能弄混，不能刻、写标记。 习题P226：1、2题,实验4-8等厚干涉(牛顿环，4-8-2劈尖 不做)P240-244，重点：2图(图1、2),1公式 (式4-8-5)，两束光干涉重点是，两束光路程之差与波长的比值整数(亮)，半整数-尾数0.5(暗)。 难点：读数显微镜的回程误差(应单方向测量)P245；调显微镜视场明亮、牛顿环清晰；读数显微镜的十字叉丝水平移动，垂直相切牛顿环。,记录和处理：读数显微镜要估读一位；要算不确定度(实验步骤7)，先算d平方差的不确定度，再用公式传递到R半径的不确定度，或自行设计方案。 习题P244：2、3题,实验4-12衍射光栅P254 重点：1式-衍射方程4-12-2P255，3图-图3、4、5（全是调节要求）P256；分光概念：复合光（如汞灯光白色）按不同的出射角（衍射角，与入射白光夹角）展开为众多单色光。波长短(紫、蓝)，衍射角小，波长长(红、黄、绿)，衍射角大。 习题P258：1、3题,难点：现象是分立的不同颜色的单色线（每根线一个波长）图2P255。保证入射角为0度，一要光栅垂直平行光管（现象图4P256）、二要光栅狭缝线平行分光计转轴（现象图5P257），注意光栅放法图3P256。 记录和处理：衍射角为+1级读数-(-1)级读数/2，实际要/4（用了两个游标读数消偏心差）。,二、测量误差与不确定度 基本知识,（一）测量误差理论的基本概念 （二）测量不确定度 （三）结果表达 （四）作图基本要求,真值,测量值,平均值,5.系统误差,以下讨论中，均认为系统误差已消除。,系统误差,随机误差,68.3%,标准差,测量的质量,实用标准差,8.粗差,粗差对应的测量项应剔除。,9.算术平均值的标准差,平均标准差,仪器未知差,不确定度U,1.意义：,（1）直接测量：,直测U公式,（2）间接测量,间测U公式,结果表达,3.结果表达中的有效数字取舍问题,举例阐述基本原则：,取舍原则,取舍实例,作图要求,作图实例,1指出下列各量是几位有效数字：,(1) (2位） (2) T1.0000s (5位） (3) L=0.00001cm (1位） (4) g=980.12306cm/s (8位） 有效数字的位数与小数点的位置无关,根据测量不确定度和有效数字的概念， 改正以下测量结果表达式，写出正确答案。,(1). d=10.4300.3 cm (2). E=1.9150.05 V (3). L=10.850.200 mm (4). P=31690200 Kg (5). (6). (7).10.00.095 mm,(1).d=10.4300.3 cm 改正：10.4 0.3 cm,(3). L=10.850.200 mm 改正：L=10.80.2 mm,(5). 改正： 或：,(6). 改正：,(7).10.00.095 mm 改正：10.00.1 mm,判断下列各式的正误，请在括号内填写有效数字的正确答案。,(1).1.732 1.74=3.01368 (3.01) (2). 628.77.8=80.603 (81) (3).（38.4+4.256） 2.0=21.328 (38.4+4.3)2.0 (21) (4).（17.34-17.13） 14.28=2.9988 （0.21 14.28 ） （3.0）,换算下列各测量值的单位：,（1） 4.80cm= ( )m= ( )mm 4.80cm= (4.8010-2 )m= (4.8010 )mm （2） 30.70g=( )kg= ( ) mg 30.70g=(3.07010-2 )kg= ( 3.070 104 ) mg （3） 3.50mA= ( )A= ( )A 3.50mA= (3.5010-3 )A= (3.50103 )A,一圆柱体的外径(D)约6厘米、高H)约8厘米，求测圆柱体的体积V和不确定度v，并写出测量结果表达式。 （要求：选用的仪器在测量时所产生的最大相对误差不超过0.3%）,解题步骤,根据要求选择合适的测量仪器。 直接测量圆柱体的外径（D）和高（H）。 计算（D）、（H）的平均值和标准偏差。 确定测量仪器误差引起的不确定度分量u。 计算直接测量量的合成不确定度UD、UH 。 写出D和H的测量结果表达式。 计算圆柱体的体积（平均值）。 计算圆柱体体积的测量不确定度。 测量结果表达式。,1.根据要求选择合适的测量仪器。,因为 根据仪器误差传递公式得： 已知： 即： 根据误差均分原则可得： 已知 D6cm， H8cm 则：D 0.001D 0.006cm H 0.001H 0.008cm 根据以上数据可用游标精度为0.002cm的游标卡尺测量圆柱体的外径(D)和高H),计算（D）、（H）的平均值和标准偏差,确定测量仪器误差引起的不确定度分量u,游标精度为0.002cm的游标卡尺 引起的不确定度分量 u=仪=0.002 cm,计算直接测量量的合成不确定度UD、UH,D和H的测量结果表达式,计算圆柱体的体积（平均值）,计算圆柱体体积的测量不确定度,计算圆柱体体积的测量不确定度,(1).,计算圆柱体体积的测量不确定度,(2).直接利用传递公式：Z=XkYm,测量结果表达式,1指出下列各量是几位有效数字：,(1) (2位） (2) T1.0000s (5位） (3) L=0.00001cm (1位） (4) g=980.12306cm/s (8位） 有效数字