物理实验复习资料.doc

大学物理实验物理实验复习资料此资料仅作参考，没有完全覆盖书中内容。希望以书为主。第一部分1、 误差大致分三类：系统误差、随机误差（也叫偶然误差）和粗差。系统误差可以消除，而随机误差（偶然误差）不能消除，可以多次测量来减小误差。粗差是明显偏离真值的误差，在分析数据是应将其剔除。2、 精密度、准确度、精确度的区别。随机误差的大小反映了测量精密度的高低，如误差越小，精密度越高。系统误差的大小反映了测量准确度的高低，如系统误差越小，准确度越高。而精确度是对测量结果的系统误差与随机误差的综合评定。3、 我们绝大部分实验都采用等精度测量。4、 直接测量的误差估计 多次测量的算术平均值：算术平均绝对误差：在严格误差分析和计算中，都采用方均根误差（又称标准偏差）做为随机误差大小的量度。 精确算术平均绝对误差：测量结果的表示： （当 时） （当时） 其中为实验误差，为仪器的精度。相对误差 有相对误差E评定测量结果的好坏。5、 间接测量的误差估计用对数微分法推导相对误差公式：（1） 取自然对数 （2） 求微分 （3） 合并同类项，将其系数取绝对值。（4） 微分号变误差号 6、 有效数字的舍入规则：四舍六入五成双。如18.405取四位有效数字为18.40，22.535取四位有效数字为22.54。7、 有效数字位数的确定 （1）乘、除法中，结果的有效数字位数与参与运算各量中有效数字位数最少的相同。如2.4536.2=15.2086， 结果只保留三位即15.3。 （2）乘方、开方与其底的有效数字位数相同。如=0.45825，结果应为0.46。第二部分1、物理实验常用的测量方法：比较法、放大法、平衡法、补偿法、转换法、模拟法、干涉法、示踪法、比例法、量纲分析法等。比较法：将被测量与标准量进行比较而得到测量值的方法。分为直接比较法赫间接比较法。放大法：由于被测量过分地小，需要某种途径将被测量放大，然后进行测量。分为累计放大法、机械放大法、电子电路放大法和光学放大法。平衡法：利用平衡态测量被测物理量的方法称为平衡法。补偿法：某一系统若受某种作用产生A效用，受另一种同类作用产生B效应，如果由于B 效应的存在而使A效应产生不出来，就叫做B效应对A效应进行补偿。利用这种方法进行测量的方法叫补偿法。转换法：有些物理量，由于属性关系无法或难以用仪器直接测量，为此常将这些物理量转换成其他便于准确测量的物理量进行测量，之后再反求待测量，这种测量方法叫转换法。干涉法：应用相干波干涉时所遵循的物理规律，进行有关物理量测量的方法，称为干涉法。比例法：通常与平衡法一起用。利用已知两个量的比值作为定值，通过测量一个变量来利用定值求待测测量。这几种方法在第三部分实验中会应用到。2、处理数据的方法主要分四种：平均值法、逐差法、最小二乘法、作图法。第三部分的实验会详细介绍这些方法的应用。第三部分物理实验实验一 长度测量 数据处理方法：平均值法游标卡尺（由主尺和附尺组成，附尺又称游标）读数方法：测量时，毫米的整数部分根据游标上零点对应的主尺的毫米来读数，毫米的小数部分为游标尺上与主尺第一个对的最齐的刻线所示的读数，最后，把读出的整数部分与小数部分相加就得到了待测量的长度。螺旋测微计（由主尺和附尺组成）读数方法：从附尺边缘所对着的主尺分度上读出0.5mm以上的读数，从主尺准线所对着的附尺分度上读出小于0.5mm的读数，附尺的每一分度代表0.01mm，因此它可以准确地读出0.01mm的长度，并可以估测到0.001mm的数值。注意事项：1、会校正螺旋测微计仪器的初始读数（即校正零点）附尺边缘与主尺的零刻度线相重合而且附尺上的零分度与主尺的准线L对齐，读数0.000mm；如果附尺零点在L线的上方，读数取“负”；如果附尺零点在L线的下方，读数取“正”。测量后，最终读数 L0为或的读数。 2、主尺上毫米刻线中点刻有半毫米的刻线，螺旋转一周，螺距为半毫米。若判断毫米数的小数部分读数是否大于0.5mm，需观察附尺套筒的边缘在主尺刻度上是否已超过半毫米刻度，还应注意从附尺上读小数部分时，应估读到千分之一毫米。 3、测量时应旋转顶端旋钮，直到听到声音为止。不可直接旋转套筒，以免损伤工具或不能准确测量。 4、使用完后，钳口留一小空隙，以免热膨胀时，过分压紧而损坏螺纹。数据处理 平均值： 算术平均绝对误差： 结果表示方法：实验二 液体粘滞系数的的测定实验原理：在稳定流动的液体中，如果各层液体的流速不同，那么相邻两层液体的接触面上，会形成一对阻碍两液体层相对运动的等值反向相互作用力，这一对力成为内摩擦力。实验证明，内摩擦力F除与两液体层间接接触面积S成正比外，还与该处速度梯度成正比，即 为液体的粘滞系数，它决定了液体的性质和温度，单位是帕秒（pa s）计算公式的推导： 设n为内筒单位时间内的转数，内筒转动的线速度为2an。由于外筒不动，速度为零，则外与内筒间液层的稳定速度梯度为： 内筒的表面积：S=2al故内筒表面上收到的总摩擦力为： 由于内摩擦力产生的力矩Fa，与外力矩mgR相平衡，故有： 其中m为砝码筒与内装砝码质量之和，由此得到： 误差公式的推导： (1)取对数： （2）求微分： (3)合并同类项： (4) 变号： 则随机误差： 测量结果： 实验三 液体表面张力系数的测定 测量方法：放大法 数据处理方法：作图法液体表面存在着张力。设想在液体表面上任画一条直线，直线两旁的液膜之间存在着相互作用的拉力，方向垂直于所画直线，大小与所画直线长L成正比，即： F=aL A称液体表面张力系数。其单位Nm，它与液体的性质及温度有关。 将一长度为L洁净型丝浸入水中后，慢慢拉出水面，型丝将在液面上竖直拉出一液膜，在型丝从液面上被拉出瞬间，所受液体表面张力 fx=2F=2aL 则液体表面张力系数：数据处理：对测量的数据f、进行图像处理，由之前测得的x，在图像上找到对应的f，然后由公式求出a。实验四 刚体转动实验 测量方法：补偿法、平衡法 数据处理方法：作图法公式：J为刚体对该轴的转动惯量。实验原理：1、根据上式，保持r、h及m。位置不变，改变m测出相应下落时间t，则m和1t2的关系为： 在直角坐标系上作m-1t2图，如得一直线，则说明转动定理是成立的。2、如果保持h、m、m0位置不变，改变r，测出相应下落时间t，则r和1t的关系为： 在直角坐标系上作r-1t图，如得一直线，则说明转动定理是成立的。3、 只改变m0位置，保持其他不变，观测转动惯量与m0位置的关系。4、 将m0换成外形完全相同而密度不同的物体，可以观测转动惯量与质量的关系。实验五 示波器的使用示波器组成部分：示波管、扫描放大器、x、y放大器，衰减器和电源。李萨茹图形：如果在垂直偏转板和水平偏转板同时加上正弦变化的电压，则荧光屏上亮点的运动将是这两个互相垂直的振动的合成，称为李萨茹图形。利用李萨茹图形可以测量位置频率。 fy是加在垂直偏转板上的电压的频率，fx是加在水平偏转板上的电压的频率。下列旋钮位置参见课本第61页。示波器某些旋钮的作用：偏转因数的开关：改变输入偏转因数B，此为1、2、5、.1、.2、 .5进制。微调：调节显示波形的幅度，顺时针方向增大，顺时针旋足处于校准位置。tdiv开关：为扫描时间因数X档级开关，也为1、2、5、.1、.2、 .5进制。当观察李萨茹图像前，逆时针旋转使其输入值为0，去掉锯齿波。电平锁定旋钮：稳定波形图，便于观察图形的特征，只能稳定正弦波图形，不能稳定李萨茹图形。数据测量：电压 Vp-p=nAB V有效=Vp-p22式中n为探极衰减比，由仪器决定；A为图形的垂直距离；B为Y轴Vdiv（偏转因数）开关所处档级。 周期、频率：T=L*X f=1T 式中L为水平方向每个波形的长度；X为x轴tdiv开关档级。实验六 电桥原理与使用 测量方法：平衡法 比例法 线路图参见课本第73页。 惠斯登电桥的线路原理： R1、R2、R0为电阻箱，Rx为待测电阻 公式： 在测量中，确定，N为比率臂倍率，通常为10的整数次方，如0.1、1、10、100，可方便求出Rx。为了得到N，分析待测电阻的阻值位数与电阻箱的最大阻值位数比值，如待测电阻为几十欧，而电阻箱最大最值为9999.9，两者比值约1100，即N=1100。电桥测量的灵敏度与电阻、电压和电流有关，与电流成正比，实验七 PN结的物理特性及弱电流测量 测量方法：放大法 数据处理方法：最小二乘法公式：I=I0 exp（eukT） 得：k=ebT （k=1.38110-23Jk，e=1.6010-19） K为玻尔兹曼常数。最小二乘法: 对线性回归 对指数回归 或 实验八 牛顿环 测量方法：转换法 干涉法 数据处理方法： 逐差法 光程差满足条件： k=0，1，2， 产生相长干涉 k=0，1，2， 产生相消干涉 曲率半径： 利用逐差法处理测量数据， 注意：1、不能往返的旋转鼓轮，这样会出现空程误差（空转误差），为了消除误差，要先把叉丝移到所研究的最左端或最右端，使鼓轮只向一个方向转动。2、牛顿环干涉条纹中心是低级次的，且越向外条纹半径越小。这是因为中心处的光程差为0，即为零级。由 明纹半径： 暗纹半径：公式可以计算出条纹半径变化规律。实验九 物质旋光性的研究与测量 数据处理方法：平均值法、作图法当偏振光通过某些透明的物质时，光矢量E的振动面会绕着光前进的方向旋转，这种现象称为“物质的旋光性”。公式： 用度，l用分米，c为百分比浓度，则a在数值上等于偏振光通过单位长度（分米）、单位浓度（gml）的溶液后，引起振动面旋转的角度。单位（度毫升分米克）。注意：1、溶液必须装满试管，不能留有气泡，万一有气泡，必须赶出气泡井里，放置时有井一端朝上。 2、为了避免偏心差带来的系统误差，读数时采用双游标读书法： A、B是在刻度盘上游标左右读数窗所读的数。 实验十 透镜焦距的测定薄透镜成像规律：在近轴光线条件下，透镜成像规律用下列公式表示： 其中u为物距，实物为正，虚物为负；v为像距，实像为正，虚像为负；f为焦距，凸透镜为正，凹透镜为负；a为像的大小，a为物的大小，从光轴算起，光轴之上为正，光轴之下为负；为放大率。 当uf：物象同侧，得到放大整理的虚像，即放大镜原理；当fu2f：像成在另侧fv2f之间，得到缩小倒立实像，即照相机原理。下列三种方法成像规律参见课本第120页。自准法测焦距位移法（共轭法）测焦距 物距像距法测凹透镜焦距 实验十一 伏安法测二极管的特性 测量方法：补偿法、平衡法 数据处理方法：作图法二极管的判定好坏判断：万用表测量，显示“1”和数据，两表笔交换，显示则相反。极性判断：导通时，红表笔一端为二级管正极。实验电路图参见课本第159页。在实验中，检流计G必须按课本所示接法。实验十二 两个探讨性实验大气压强：蜡烛燃烧熄灭后，容器内水面上升。容器越小，蜡烛越多，上升越明显。这是容器内外存在压强差产生的现象。水流振荡：带孔的塑料杯内外的溶液浓度不同，产生压强差。实验十三 声速的测量 测量方法：共振干涉法、相位比较法、时差法 数据处理方法：逐差法声波的传播速度与其频率和波长的关系为：v=f 由声波传播所经过的距离L和传播时间t也可获得声速：v=Lt 共振干涉法实验装置S1、S2两个换能片要保持平行，调节螺杆使接收换能器移动时，避免空回误差。实验中，调节S1和S2之间的距离，当两个平面间距L为半波长的整数倍 n=0，1，2，3，时，形成驻波