24-第十七章-物理实验一

第十七章-物理实验（一）第六篇物理实验第十七章 物理实验【知识要点】一、误差和有效数字二、常用物理仪器三、物理实验一、误差和有效数字（1）误差在物理测量中，由于诸多原因，如仪器不精确、实验方法的粗略、各种偶然因素对实验操作者和测量仪器的影响等，使测量所得的结果与待测量的客观值之间具有一定的差异，这种差异就是测量的误差。误差是不可避免的，它可以减小，但不能消除，至于测量时操作上的错误则是可以避免的。多次测量的平均值一个待测量具有的客观的数值，叫做这个量的真实值。有的待测量有公认的准确值，这个准确值就作为真实值，如重力加速度g，公认的北京地区的值是g=9.801m/s2。有的待测量并没有公认的准确值，如一根棒的长度，没有人事先知道它的真实值.在这种情形下，我们需要对棒的长度进行多次测量，多次测量所得的值常常不同，有的大些，有的小些，通常就取这些测量值的算术平均值作为真实值。绝对误差每次测量值与平均值之差的绝对值叫做该次测量的绝对误差。各次测量的绝对误差的算术平均值称为测量的平均绝对误差，简称绝对误差。相对误差（百分误差）相对误差是绝对误差与真实值的比值，通常用百分比表示它的大小，所以又叫做百分误差。测量结果的表示方法：（2）有效数字在对待测量物体进行测量后，测量结果总是用一个数值表示，一般这个数值除了仪器的最小刻度的倍数之外，还加有一个刻度的分数，后者是测量者估计得到的，如用米尺测量一个物体的长度，米尺的最小刻度是毫米，若测量结果得到物体的长度是119.7mm，那么119是最小刻度（mm）的倍数，而0.7则是最小刻度的分数0.7是测量者估计的，也许另一个测量者会估计成0.8或0.6，因此，这个数字是不可靠的，我们把测量得到的带有一位估计数字的近似数字叫做有效数字，在估计数字后面的位数上出现的数字是没有意义的，应当舍去。119.7mm是4位有效数字.有效数字的位数决定于待测量的大小以及测量仪器的最小刻度，不能随便更改。有效数字中处于估计数位置上的0不能去掉，如用直尺量出物体的长度是29.0mm，这表示估计数是0，尺的最小刻度是毫米；如果把0去掉而写成29mm或2.9cm，则9就成为估计数字，尺的最小刻度则是厘米，可见，处于估计数位置上的0是有意义的，不能随便去掉。同一个数由于选取的单位不同，可以有不同的表示方法，例如 1.47mA（3位有效数字）可以表标为0.00147A，在这里有效数字147前面的零不是有效数字，可以添加。如果1.47mA用A来表示，那就不能写成1470uA。因为在1470uA中，在原来的有效数字147后面添加了0，使有效数字的位数增加了，由原来的3位变成4位，这是不允许的，因此，通常采用科学的记数方法；把一个数字表示成有效数字乘以10的幂次的形式。例如，1.47mA=1.47103A= 1.47103A总之，有效数字的位数取决于测量仪器的最小刻度，不能随意更改。对有效数字进行运算时，凡是与估计数字运算后得到的数字都是不可靠的，通常，在计算结果中，最后只保留一位不可靠的数字。二、常用物理仪器 （1）米尺用途：测量长度，最小刻度是毫米。使用方法：把待测物体的边缘与尺上的零点或选定的某一刻度对齐，物体的另一边缘就对着尺上的一点，这一点的读数与起始点读数之差，即是待测物体的长度。注意：物体边缘与尺对齐时应尽量垂直，不要歪斜。读数时视线要与尺垂直普通使用的具有刻度的小直尺叫做刻度尺、刻度尺的量程一般是20cm，最小刻度是毫米（mm）。（2）游标卡尺用途：测量长度，主尺的最小刻度是毫米，能比较精确地测量到0.1mm。常用来测量零件的厚度和管的内、外直径。游标卡尺的结构如图所示，它由主尺和游标尺构成，主尺的最小刻度是1mm。游标尺的刻度一般有10分格和20分格的，10分格的游标尺总长为9mm，20分格的游标尺总长为19mm。注意：使用前先检查一下游标的零刻线是否与主尺的零刻线重合，如果不重合，存在系统误差，叫做零误差，如果游标的零刻线在主尺零刻线的左侧，零误差为正值，在读出的数据中应加上零误差；如果游标的零刻线在主尺零刻线的右侧，零误差为负值，则在读出的数据中需加上负的零误差、在每次读数前要用紧固螺钉固住。（3）螺旋测微器（螺旋测径计、千分尺）用途：螺旋测微器常用来测量薄板的厚度、小球和金属丝的直径等。螺旋测微器是比游标卡尺更精密的长度测量仪器，它能测量到1/10000cm，量程为25mm。注意：使用前先要检查零点，如果微分筒上的零线与固定套筒上的水平线已对准，则零点已校正，如果微分筒上的零线与固定套筒上的水平线不能对准，则必须读出零读数.在这种情形下，每次的读数必须减去相应的零读数才能得到正确的读数，如果微分筒上的零线在固定套筒水平线的上面时，零读数为负值；如果微分筒上的零线在固定套筒水平线的下面时，零读数为正值。测量时不能把待测物体夹得太紧，以免损坏仪器和影响测量的正确性，当螺杆接近物体时应转动棘轮旋柄，一旦听到咯咯声时立即停止转动棘轮，此时螺杆刚好与待测物接合。（4）弹簧测力计（即弹簧秤）用途：测量力的大小。使用方法：使用前先检查指针是否在零点。如果不在零点，则应调整零点然后，再挂上已知重量的砝码，看指针读数与砝码重量是否相符合。如果不符合，也应加以校正。使用时要保持测力计的轴线与待测力的方向一致。注意：在测量时测力计的可动部分不能与外壳接触，以避免产生摩擦而造成误差。待测力的大小不能超过测力计的量程。读数时，视线应与刻度线垂直。（5）托盘天平用途：测量物体的质量，通常，它的最大称量是1000g，最小分度数是0.1g。托盘天平如图所示，横梁可以自由摆动，天平左边的称盘里放待测物体，右边的称盘里放砝码。当天平的横梁停在水平位置时，就可以由砝码的数值称出物体的质量、每一架天平都配有小一套砝码作为标准质量装在砝码盒里。使用方法：调水平、调平衡。称量。注意：取砝码时必须用镊子，切忌直接用手拿砝码，往天平秤盘里放置或取出砝码时要注意轻拿轻放。砝码用后应随时放回砝码盒里。天平的各个部件和砝码都要注意干燥、清洁、防锈、防腐蚀严禁直接把潮湿的东西或化学药品放在天平的称盘里。在用天平称量物体前，要注意天平的最大称量，待测物的质量不能超过天平的最大量程。（6）停表用途：测量时间间隔。使用方法：上好发条，右手持表，四指握住表身，大拇指放在按钮上。按动按钮表就启动，再按即停，这时表上指针的读数就是两次按动按钮的时间间隔。测量完毕后，再按一下，使指针复位。表上长针是秒针，短针是分针。（7）电流表（安培计）用途：测量数量级为1A到0.1A的电流。注意：使用前应先检查指针是否指在零点。如果指针不在零点，可用小螺丝刀轻旋调整螺丝加以调整。若事先难以估计待测电流的测量范围，应先接在大的量程上，以保护电流表；当发现电流属于小量程范围内时，再改接在小量程上，使测量更精确。（8）电压表（伏特计）用途：测量数量级为1V的电压注意：使用前，应检查和调整零点。如果事先估计不出待测电压的范围时，应先接在大量程上；接通后，若发现电压处在小量程程范围内，再换接小量程。（9）滑动变阻器用途：通过连续改变电阻值，调节电路中的电流和电路两端的电压。注意：使用前，应把滑动触头P来回滑动几次，除去触点上的灰尘，以保持良好的接触。不能使通过变阻器的电流超过规定值。变阻器的通电时间不宜太长。二、物理实验1.长度的测量（一）实验目的（1）练习正确使用刻度尺和游标卡尺测量长度。（2）用游标卡尺测量一段金属管的长度、内径和外径；测量一个小量筒的深度。（二）实验原理（1）刻度尺测量时直尺应与被测部分平行，读数时应估读一位，即最小刻度的下一位。温馨提示：要使刻度尺的刻度线紧贴被测物体，眼睛应正对刻度线读数，以避免视差。（2）游标卡尺1）构造和用途（如图1所示）2）原理：利用游标尺最小分度和主尺最小分度的微小差值，把微小长度积累起来进行测量。3）读数（三）实验器材mm刻度尺、游标卡尺、金属管、小量筒。（四）实验步骤、数据处理（1）用刻度尺测量金属管的长度，每次测量后让金属管绕轴转过约45，再测量 一下，共测量四次。把测量的数据填入表格中，求出平均值。（2）用游标卡尺分别在互相垂直的方向上测量金属管的内径和外径。分别求出内径和外径的平均值.把测量的数据填入表格中。（3）用游标卡尺测量小量筒的深度，共测量三次，把测量的数据填入设计的表格中，求出平均值。（五）注意事项（1）如果刻度尺端头有磨损，测量起点不要选在“0”刻度线处。（2）刻度尺毫米以下的数值靠目测估读一位，估读至最小刻度值的1/10（即0.1mm）。（3）用游标卡尺测量金属管的外径时，金属管不可在钳口间移动或压得太紧，以免磨损钳口。（4）用游标卡尺测量金属管的外径、内径和量筒的深度，把游标卡尺放在合适的位置后适当旋紧固定螺钉，再读数。（5）游标卡尺使用时不论多少分度都不用估读。如20分度的游标卡尺，读