大学物理实验(一)绪论讲义.ppt

绪论 主要教材 基础物理实验 周殿清主编 科学出版社2009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 实验2 9 注意 1 实验轮换表的题号1 12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 T 1 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 10 430 0 3cm 2 E 1 915 0 05V 3 L 10 85 0 200mm 4 P 31690 200Kg 5 6 7 10 0 0 095mm 1 d 10 430 0 3cm改正 10 4 0 3cm 3 L 10 85 0 200mm改正 L 10 8 0 2mm 5 改正 或 6 改正 7 10 0 0 095mm改正 10 0 0 1mm 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 7 7 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 mm4 80cm 4 80 10 2 m 4 80 10 mm 2 30 70g kg mg30 70g 3 070 10 2 kg 3 070 104 mg 3 3 50mA A A3 50mA 3 50 10 3 A 3 50 103 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D 6cm H 8cm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 002cm 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 T 1 0000s 5位 3 L 0 00001cm 1位 4 g 980 1230