改2010大学物理实验.ppt

大学物理实验绪论 西南科技大学理学院 物理实验课程预约必读 一 物理实验课程安排 采取网上预约的方式进行 请同学们按时 按要求进行预约 预约前务必阅读此须知 平时应多查看该网页 及时了解本课程的情况及通知 实验预约IP地址 http 202 115 160 199 StuExpbook 二 学生进行网上预约实验的时间安排在第二教学周 2010年9月8日 第四教学周 2010年9月26日 请同学们务必在此时间内完成本期的实验预约 过时将不再预约 后果自负 预约实验时 请注意自己本期的课程安排 不要与其它任何课程发生冲突 三 本期有多个层次的物理实验 不同层次的物理实验在课程要求 内容和学时上有区别 请同学们在预约实验前务必核查清楚自己的学习层次 不同层次物理实验的要求如下 选修物理实验A1 32学时 物理实验B1 24学时 的同学 完成本期全部7个实验 选修物理实验C1 16学时 的同学 完成本期5个实验 预备知识 示波器的使用 杨氏模量的测量 分光计调整和测量三棱镜的折射率 电桥测电阻 重修大学物理实验 1 的同学按 的选课方式实验 重修大学物理实验D的同学按 的选课方式实验 四 实验中的理论课学习 每个实验 考试等都有相应的成绩并对期末成绩产生影响 请同学们认真对待每个内容 五 物理实验每个实验为3学时 本期物理实验开放的时间段为 上午3 5节 9 55 12 20 中午6 8节 13 10 15 30 下午9 10节 15 55 18 20 请同学们注意上课时间 同时合理地预约自己完成实验的时间 六 物理实验中心地址 新区东6幢C座2 3层 七 物理实验学期成绩评定标准 为严格实验秩序和纪律 发挥基础实验对学生能力培养的重要作用 物理实验将施行比较灵活的实验考试 考试形式为 随机抽取应完成实验中的某个实验为考试实验 考试实验的成绩占期末成绩的30 其余实验成绩以平均成绩的形式占期末成绩的70 请同学们认真对待每个实验内容 2010年9月11日 绪论误差 理论课安排表 2010年9月12日 绪论误差 理论课安排表 二 课程要求 1 按目前教学大纲 物理实验A1共64学时 分2学期完成 第一学期24学时 包括7个实验内容和1堂 误差理论 理论课 第二学期40学时 包括8个基础物理实验加上16学时的光学实验 理学院专业物理教研室承担 物理实验B1共48学时 分两学期完成 第一学期24学时 包括包括7个实验内容和一堂 误差理论 理论课 第二学期24学时 包括8个基础物理实验 物理实验C1共32学时 分两学期完成 第一学期17学时 包括包括5个实验内容和1堂 误差理论 理论课 第二学期15学时 包括5个基础物理实验 2 每期实验安排采取学生网上预约的方式 开学后一般安排2周时间 课程较多的同学特别应及早预约 以免发生课程冲突 预约系统IP地址 http 202 115 160 199 StuExpbook 随时查看通知 人数严重不满的课次将重新预约 3 每学期实验期末成绩为 本期所有实验成绩及 绪论误差 课作业成绩的平均占70 随机实验考试成绩占30 4 每个实验成绩由预习 20分 操作 20分 实验报告 60分 组成 具体评分细则有相关规定 5 实验教学流程 按时上课 检查预习报告 点名 任课教师讲授及操作示范 学生操作 教师辅导答疑及解决各种实验相关问题 教师检查数据 评定操作成绩及检查实验设备状况 合格后整理桌面设备 做好清洁卫生 离开实验室 7 实验报告交纳完成实验后一周内将实验报告交至任课教师指定的报告收取箱 上课时注意记录任课教师出示的姓名及实验报告收取箱号码 物理实验报告收取箱位于东6幢C座3楼 8 熟悉实验室各项规章制度 6 实验中心为便于管理 要求参加实验的学生务必携带本人证件 注意 1 全期实验预习报告单 实验报告单 本堂课后作业题领取地点 东6幢C座102 电话15808161735 以班为单位集体领取 2 实验教材领取 本期学习物理实验教材以班为单位到学校 老区 教材科领取 电话 2419081 6089105 3 本堂课作业务必在 国庆 前交到本堂课教师指定的地点或收取箱 题单上务必写清任课教师姓名 过时不交或不按教师要求交到指定地点 后果自负 本堂课任课教师 万伟 物理实验室规则 部分 一 未经实验老师允许 不得随意进入实验室 二 凭预习报告进实验室实验 三 无故迟到十五分钟以上者 取消本次实验资格 并以零分计成绩 四 实验时 严格遵守操作规程 五 实验结束后 原始数据经过指导老师检查签字 评定实验操作成绩 整理好实验器材 方可离开实验室 六 实验结束后 在一周内交实验报告到教室指定地点 1 实验的过程 绪论 1 预习 1 理论的准备 2 实验仪器的准备 3 观测的准备 2 实验 1 仪器的安装和调整 2 观测 3 记录 3 实验报告 2 测量与误差 1 测量的含义借助仪器用一计量单位把待测量的大小表示出来 即待测量是该计量的多少倍 测量数据 量值 测量单位 2 测量的分类 1 直接测量和间接测量 按结果获得方式 直接测量 直接由仪器标尺读数而获得被测量的值的测量 叫直接测量 间接测量 利用函数关系算出被测量的大小的测量 叫间接测量 2 等精度测量与非等精度测量 测量条件 等精度测量 在测量过程中 影响测量结果的各种条件不发生变化 这种测量称为等精度测量 非等精度测量 反之 则称为非等精度测量 二 误差 1 误差的表示形式 1 绝对误差定义 测得值x减去真值x0为测得值的绝对误差 真值x0须建立在相对意义上 A 理论值 B 计量学约定 C 高一级以上量具测量值 D 近似真值 最佳估计值 E 高 精仪器测得的科技界公认的值 2 相对误差定义 测得值的绝对误差 除真值x0 理论描述 相对误差描述了误差相对测量值的大小关系 实际运用 3 引用误差 仪表类设备 S为仪器的准确度等级 如 0 1 0 2 0 5 含义 结论 对仪表类设备 应尽可能在仪表满刻度值的2 3或1 2以上的量值内使用 2 误差的分类 1 系统误差 定义 系统误差指实验系统在测量过程中和在取得其结果的过程中存在恒定的或按一定规律变化的误差 检查 理论公式 近似 假设 仪器设备 缺陷 环境条件满足否 操作 按操作规程否 检查测量数据 消除 消除原因 A 恒定系统误差的消除 a 交换法将测量中的某些条件互相交换 使产生的系统误差的原因对测量结果起相反影响 从而被抵消 b 代替法测量条件不变的情况下 用一个标准量去代替被测量 使之达到同样状态 被测量值 标准量值 如天平称量 如 电桥测电阻 理论上 若存在系统误差 采用代替法 c 异号法通过改变某些量的方向 使系统误差符号相反 最后取平均值消除系统误差 如霍耳效应法测磁场 B不变 I换向 B换向 I不变 B和I同时换向 B 周期性系统误差的消除半周期 偶数测试法 修正方式消除系统误差 2 偶然误差 随机误差 定义 在同一条件下多次测量同一物理量时 测得值总是有稍许差异而且变化不定 并在消除系统误差之后依然如此 这部分绝对值和符号经常变化的误差 其值时大时小 时正时负 不可预测 但总体来说服从一定的统计规律的误差 称为偶然误差 特性 随机性 偶然性 无法消除 正态分布 有界性一定条件下 误差绝对值不会超过一定限度 单峰性绝对值小的误差出现的概率大 绝对值大的误差出现的概率小 对称性绝对值相等的正误差和负误差出现的概率相等 补偿性 即 n有限时 数据剔除 或重新测量 3 粗大 过失 误差 在实验过程中 由于仪器损坏和操作错误而产生读数和记录的错误 这些错误称为粗大误差 3 测量值误差的估计 1 测量列的标准误差 其中 1 正态分布的标准误差 总体标准误差 表征测量值分散性的一个重要参数 值越小则测量值分散程度越小 反之亦然 2 实验标准偏差 样本标准偏差简称标准差 表征对同一被测量作n次有限测量时 其结果的分散程度 3 算术平均值的实验标准偏差 平均值标准偏差 每组作有限的n次测量 把各组的值组合的列用标准偏差来表征的分散 离散 程度 的离散程度要比X的离散程度小得多 2 不确定度 测量的目的 找近真值 评定近真值的可靠程度 不确定度 3 意义 2 测量结果表示 4 书写规则 a 近真值 单位 三要素 c 由确定有效位数 小数位对齐 d 与的数量级 单位必须相同 3 不确定度的两类分量 贝塞尔公式 合成不确定度 B类非统计不确定度用其它方法 非统计方法 估计的偏差 仪器不准对应的不确定度 实验指导书299 300页 例 解 1 计算L的算术平均值 2 计算A类不确定度 测量L cm 53 27 53 25 53 23 53 29 53 24 53 28 53 26 53 20 53 24 53 21试计算合成不确定度 并写出测量结果 应用 3 计算B类不确定度 4 合成不确定度 5 测量结果表示为 4 间接测量结果的合成不确定度 应用 4 有效数字及运算法则 实验中的数据必须是有意义的 有效数字概念 有效数字的位数 从左至右第一个不为零的数开始有几位即为几为有效数值 例 0 0325 cm 三位有效数字 0 5030 cm 四位有效数字 一 关于有效数字的几点说明 如 12 04cm 20 50cm2 1 000A4位0 507mm 0 0320mm3位 注意 2 85cm 2 850cm 2 8500cm 3 在十进制单位换算中 测量数据的有效位数不变 2 测量值最末一位欠准位应与仪器误差位对齐 普通米尺测量 12 3mm 千分尺测量 12 357mm 如 56 3mm 5 63cm 0 0563m 1 有效数字的记录问题 1 当 0 在数字的中间或末尾时为有效位 4 直接测量结果的有效位数 决定于被测量大小及测量仪器精度 如 普通米尺测量 12 3mm 千分尺测量 12 357mm 5 部分测量仪器的约定 游标卡尺 数字式仪表无法估度 仍然认定最后一位为欠准位 2 结果表达式中有效数字的确定 有效数字的末位应当与所取误差所在位一致 如 24mm与25mm之间读着24 3mm 0 3是估读位正对24mm时读着24 0mm 2 确定测量结果有效数字的方法 1 从测量工具直接读取测量值时有效数字的确定 读至仪器最小分度的下一位 的有效数字为1 02cm3 3 数字的科学表达式 结果L 3 25 0 02 10 4 m 为简化书写 减少出错要求 小数点前保留一位整数 用10n表示 二 有效数字的运算法则 1 加法 减法运算 结论 加减法运算结果的末位 应当和参加运算各数中最先出现的可疑位一致 相加 减关系的直接量用精度相同的仪器测量 2 乘法 除法运算 5 无理常数 的有效数字是无穷多位 6 三角函数 对数的运算法则 一般可采用误差分析方法 先决定误差位 再将测量结果与误差位对齐 例如 求cos7026 的数值 测量仪器精度为1 游标卡尺类读数机构 在10 5数量级上 即在小数点后第5位为欠准位 cos7026 0 991596 0 99160 三 数值的修约规则 四舍六入 五看右左 5 数据处理 实验中 被记录下来的一些原始数据还需经过适当的处理和计算才能反映出事物的内在规律或得出测量值 这种处理的计算过程称为数据处理 根据不同的需要 可采用不同的数据处理方法 一 列表法 1 优点简单而明确地表示出有关量之间的对应关系 便于对比检查测量和运算结果是否合理 便于发现和分析问题 有助于从中找出规律性的联系 求出经验公式 2 列表的具体要求 1 原始数据和必要的运算过程中间结果列入表中 2 指明各符号所代表的物理量 并写明单位及数量级 3 表中的数据要正确反映测量结果的有效数字 二 作图法 在坐标纸上用图形描述各物理量间关系 将实验数据用几何图形表示的方法 1 优点用图形描述物理量间的关系直观 简便 形象 便于比较实验结果 2 作图规则 1 作图要使用坐标纸直角 单对数 双对数 极坐标 3 标明坐标轴 单位和图名 4 连线平滑 2 例求直线的斜率和截距 三 图解法 由图形求解表达式的方法 1 优点有取平均的效果 能将曲线改直 斜率 b 取点不能太近 截距 四 逐差法 例 一线性电阻的电压 电流测量数据如下表 传统处理方法 用电压每变化2 00V 对应电流变化的平均