(武汉)实验绪论课

1、一、实验室安全教育一、实验室安全教育 匪警匪警 110110 火警火警 119119 急救中心急救中心 120120 交通事故交通事故 122122 校园校园“110” 110” 80601108060110 实验室安全用电常识实验室安全用电常识 违章用电常常可能造成人身伤亡，火灾，损坏仪违章用电常常可能造成人身伤亡，火灾，损坏仪 器设备等严重事故。物理实验室使用电器较多，特别器设备等严重事故。物理实验室使用电器较多，特别 要注意安全用电。要注意安全用电。 一一 防止触电防止触电 1) 1)不用潮湿的手接触电器。不用潮湿的手接触电器。 2) 2)电源裸露部分应有绝缘装置电源裸露部分应有绝缘装置

2、( (例如电线接头处应裹上例如电线接头处应裹上 绝缘胶布绝缘胶布) )。 3) 3)所有电器的金属外壳都应保护接地。所有电器的金属外壳都应保护接地。 4) 4)实验时，应先连接好电路后才接通电源。实验结束时，实验时，应先连接好电路后才接通电源。实验结束时， 先切断电源再拆线路。先切断电源再拆线路。 5) 5)修理或安装电器时，应先切断电源。修理或安装电器时，应先切断电源。 6) 6)不能用试电笔去试高压电。使用高压电源应有专门的不能用试电笔去试高压电。使用高压电源应有专门的 防护措施。防护措施。 7) 7)如有人触电，应迅速切断电源，然后进行抢救。如有人触电，应迅速切断电源，然后进行抢救。 8

3、) 8)测量绝缘电阻可用兆欧表。测量绝缘电阻可用兆欧表。 9) 9)在需要带电操作的低电压电路实验时用单手比双手操在需要带电操作的低电压电路实验时用单手比双手操 作安全作安全 实验室安全用电常识实验室安全用电常识 二二 防止引起火灾防止引起火灾 1)1)使用的保险丝要与实验室允许的用电量相符。使用的保险丝要与实验室允许的用电量相符。 2) 2)电线的安全通电量应大于用电功率。电线的安全通电量应大于用电功率。 3) 3)室内若有氢气、煤气等易燃易爆气体，应避室内若有氢气、煤气等易燃易爆气体，应避 免产生电火花。继电器工作和开关电闸时，易免产生电火花。继电器工作和开关电闸时，易 产生电火花，要特别

4、小心。电器接触点产生电火花，要特别小心。电器接触点( (如电如电 插头插头) )接触不良时，应及时修理或更换。接触不良时，应及时修理或更换。 4)4)如遇电线起火，立即切断电源，用沙或二氧如遇电线起火，立即切断电源，用沙或二氧 化碳、四氯化碳灭火器灭火，禁止用水或泡沫化碳、四氯化碳灭火器灭火，禁止用水或泡沫 灭火器等导电液体灭火。灭火器等导电液体灭火。 实验室安全用电常识实验室安全用电常识 三三 防止短路防止短路 1) 1)线路中各接点应牢固，电路元件两端接头不要线路中各接点应牢固，电路元件两端接头不要 互相结触，以防短路。互相结触，以防短路。 2) 2)电线、电器不要被水淋湿或浸在导电液体中

5、，电线、电器不要被水淋湿或浸在导电液体中， 例如实验室加热用的灯泡接口不要浸在水中。例如实验室加热用的灯泡接口不要浸在水中。 3) 3)三相电闸闭合后或三相空气开关闭合后，由于三相电闸闭合后或三相空气开关闭合后，由于 缺相会导致三相电机嗡嗡响、不转或转速很慢。缺相会导致三相电机嗡嗡响、不转或转速很慢。 4) 4)实验时，电源变压器付边输出被短路，会出现实验时，电源变压器付边输出被短路，会出现 电源变压器有异味；电源变压器冒烟；电源变压电源变压器有异味；电源变压器冒烟；电源变压 器发热现象，直至烧毁。器发热现象，直至烧毁。 5) 5)交流电路断电后，内部的电容可能会有高电压交流电路断电后，内部的

6、电容可能会有高电压 用仪表测量电容值时会损坏仪表。用仪表测量电容值时会损坏仪表。 激光器安全使用须知激光器安全使用须知 一一 激光器激光器无论任何时候决不可指向自己无论任何时候决不可指向自己 或他人的眼睛，即便激光器在关闭的情况或他人的眼睛，即便激光器在关闭的情况 下也会有误开的可能性。下也会有误开的可能性。 二二 激光器激光器不可以照射任何反光面或者光不可以照射任何反光面或者光 滑表面，激光的反射性极好，在照射到反滑表面，激光的反射性极好，在照射到反 光表面的时候会产生反射，如果恰好照射光表面的时候会产生反射，如果恰好照射 到人的眼睛，可导致伤害。到人的眼睛，可导致伤害。 激光器安全使用须知

7、激光器安全使用须知 1 1 、有些激光工作时会发射人眼不可见的红外、紫外光，、有些激光工作时会发射人眼不可见的红外、紫外光， 切勿认为激光器发生故障而去用眼睛检查，在检查激光切勿认为激光器发生故障而去用眼睛检查，在检查激光 器时一定确保激光器处于断电情况下。器时一定确保激光器处于断电情况下。 2 2 、包括激光器发生故障、停电等可能导致激光器停止、包括激光器发生故障、停电等可能导致激光器停止 工作的情况，请先确认激光器断电，然后再执行检查工工作的情况，请先确认激光器断电，然后再执行检查工 作。作。 3 3 、即使佩戴了激光防护镜，亦不可直视激光发射口。、即使佩戴了激光防护镜，亦不可直视激光发射

8、口。 4 4、请勿直视、请勿直视ClassClassIVIV（500mW500mW）以上激光的反射光，在）以上激光的反射光，在 使用此类激光器时请佩戴好激光防护镜。使用此类激光器时请佩戴好激光防护镜。 5 5、禁止在激光路径上放置易燃、易爆物品及黑色的纸张、禁止在激光路径上放置易燃、易爆物品及黑色的纸张、 布、皮革等燃点低的物质（激光毁伤实验除外）布、皮革等燃点低的物质（激光毁伤实验除外） 激光器安全使用须知激光器安全使用须知 6 6、ClassClassIIIaIIIa（5mW5mW）以上的激光照射人体可能会导致灼）以上的激光照射人体可能会导致灼 伤，请勿使这种激光直射人体。伤，请勿使这种激

9、光直射人体。 7 7、请勿将激光器放置在非专业人士能触及的地方。、请勿将激光器放置在非专业人士能触及的地方。 8 8、禁止将激光直射向面前的玻璃。常规玻璃会有约、禁止将激光直射向面前的玻璃。常规玻璃会有约4%4%的的 反射率，这样可能会导致反射回的激光入眼造成伤害。反射率，这样可能会导致反射回的激光入眼造成伤害。 9 9、在您搭建实验平台时，在激光发射口高度会有一个、在您搭建实验平台时，在激光发射口高度会有一个 “工作平面工作平面”，在激光工作中请勿将头部接近这个工作，在激光工作中请勿将头部接近这个工作 平面，因为透镜及反射镜组反射、透射的光可能会入眼平面，因为透镜及反射镜组反射、透射的光可能

10、会入眼 造成伤害。请勿使激光发射口及反射镜上扬，易导致向造成伤害。请勿使激光发射口及反射镜上扬，易导致向 上发射的激光入眼造成伤害。上发射的激光入眼造成伤害。 1010、在您使用激光工作时，请摘掉您的手表，以避免手表、在您使用激光工作时，请摘掉您的手表，以避免手表 反射的光入眼造成伤害。反射的光入眼造成伤害。 火场逃生技能火场逃生技能 学校火灾逃生中的几种错误行学校火灾逃生中的几种错误行 为为 1、原路脱险。 这是人们最常见的火灾逃生行为 模式。因为大多数建筑物内部的平面 布置、道路出口一般不为人们所熟悉， 一旦发生火灾时，人们总是习惯沿着 进来的出入口和楼道进行逃生，当发 现此路被封死时，才

11、被迫去寻找其他 出入口。殊不知，此时已失去最佳逃 生时间。 学校火灾逃生中的几种错误行为学校火灾逃生中的几种错误行为 2、向光朝亮。 这是在紧急危险情况下，由于人的 本能、生理、心理所决定，人们总是向 着有光亮的方向逃生。而这时的火场中， 90的可能是电源已被切断或已造成短 路、跳闸等，光和亮之地正是火魔肆无 忌惮地逞威之处。 学校火灾逃生中的几种错误行为学校火灾逃生中的几种错误行为 3、盲目追随。 当人的生命突然面临危险状态时，当 听到或看到有什么人在前面跑动时，第 一反应就是盲目紧紧地追随其后。克服 盲目追随的方法是平时要多了解与掌握 一定的消防自救与逃生知识，避免事到 临头没有主见而随波

12、逐流。 学校火灾逃生中的几种错误行为学校火灾逃生中的几种错误行为 4、自高向下。 俗话说：“人往高处走，火焰向上 飘”。当高楼大厦发生火灾，人们总 是习惯性地认为火是从下面往上着的， 越高越危险，越下越安全。殊不知， 这时的下层可能是一片火海，盲目地 朝楼下逃生，岂不是自投火海吗? 学校火灾逃生中的几种错误行为学校火灾逃生中的几种错误行为 5、冒险跳楼。 人们在发现火灾时，大多的分析与 判断还是比较理智的。但是，当发现 判断失误，逃生之路又被大火封死， 所选择的路线逃生失败，且火势愈来 愈大，烟雾愈来愈浓时，人们就很容 易失去理智，采取过激行为。此时人 们不要盲目跳楼、跳窗，而应另谋生 路，以

13、避免未入火海而失去生命。 可供选择的逃生方式可供选择的逃生方式 跑离火场 结绳自救 巧用地形 积极待援 跑离火场跑离火场 在火场上发现自己可能被火围困，生命安全受到威在火场上发现自己可能被火围困，生命安全受到威 胁时，要立即放弃手中的工作，争分夺秒，设法脱胁时，要立即放弃手中的工作，争分夺秒，设法脱 险。要先迅速做些必要的防护准备险。要先迅速做些必要的防护准备( (如穿上防护服或如穿上防护服或 质地较厚的衣物，用水将身上浇湿，或披上湿棉被，质地较厚的衣物，用水将身上浇湿，或披上湿棉被， 或用湿毛巾或口罩捂住口、鼻以防烟雾等或用湿毛巾或口罩捂住口、鼻以防烟雾等) )，尽快离，尽快离 开危险区域，

14、切不可延误逃生良机。在跑离火场过开危险区域，切不可延误逃生良机。在跑离火场过 程中，应选择烟气不浓，大火尚未烧及的楼梯、应程中，应选择烟气不浓，大火尚未烧及的楼梯、应 急疏散通道、楼外附设敞开式楼梯等往下跑：一旦急疏散通道、楼外附设敞开式楼梯等往下跑：一旦 在往下跑的过程中受到烟火或人为封堵，应水平方在往下跑的过程中受到烟火或人为封堵，应水平方 向选择其他通道，或临时退守到房间及避难层内，向选择其他通道，或临时退守到房间及避难层内， 争取时间，进而采取其他方式逃生；在逃离过程中，争取时间，进而采取其他方式逃生；在逃离过程中， 不要牵着孩子的手，应将小孩抱起。不要牵着孩子的手，应将小孩抱起。 结

15、绳自救结绳自救 可将窗帘、被罩撕成粗条，结成可将窗帘、被罩撕成粗条，结成 长绳，一端紧固在暖气管道或其长绳，一端紧固在暖气管道或其 他足以载负体重的物体上，另一他足以载负体重的物体上，另一 端沿窗口下垂至地面或较低楼层端沿窗口下垂至地面或较低楼层 的窗口、阳台处，顺绳下滑逃生；的窗口、阳台处，顺绳下滑逃生； 注意应将绳索结扎牢固，以防负注意应将绳索结扎牢固，以防负 重后松脱或断裂重后松脱或断裂 巧用地形巧用地形 巧用地形巧用地形 由于建筑样式各异，相应形成了不同由于建筑样式各异，相应形成了不同 的构成特点，有些特点是可以用来逃的构成特点，有些特点是可以用来逃 生的。人们平时应注意观察居所及常生

16、的。人们平时应注意观察居所及常 去地的建筑构成特点，想好几条不同去地的建筑构成特点，想好几条不同 方向的逃生路线。建筑上附设的落水方向的逃生路线。建筑上附设的落水 管、毗邻的阳台、邻近的楼顶，都可管、毗邻的阳台、邻近的楼顶，都可 能会成为人们死里逃生的一线生机。能会成为人们死里逃生的一线生机。 积极待援积极待援 积极待援积极待援 火势渐大，自身无力灭火，逃生无门时，发出信号，火势渐大，自身无力灭火，逃生无门时，发出信号， 寻求救援。被困者要及时发出求救信号（打火警电寻求救援。被困者要及时发出求救信号（打火警电 话话119119或或110110）。人应卧在地面上呼救。如电话不能）。人应卧在地面上

17、呼救。如电话不能 打，手机不在身边，应尽量呆在阳台、窗口等易于打，手机不在身边，应尽量呆在阳台、窗口等易于 被人发现和能避免烟火近身的地方。在白天，可以被人发现和能避免烟火近身的地方。在白天，可以 向窗外晃动鲜艳衣物，或外抛轻型晃眼的东西；在向窗外晃动鲜艳衣物，或外抛轻型晃眼的东西；在 晚上，即可以用手电筒不停地在窗口闪动或者敲击晚上，即可以用手电筒不停地在窗口闪动或者敲击 东西，及时发出有效的求救信号，引起救援者的注东西，及时发出有效的求救信号，引起救援者的注 意。在将要失去知觉前，要努力滚到墙边，便于消意。在将要失去知觉前，要努力滚到墙边，便于消 防人员寻找、营救，因为消防人员进入室内都是

18、沿防人员寻找、营救，因为消防人员进入室内都是沿 着墙壁摸索前进的。着墙壁摸索前进的。 二、二、物理上课方法 见word文档 “2016-2017-1武汉校区学生 班级实验课表.doc” 三、三、上课要求 1、学生每次实验之前必须写预习报告学生每次实验之前必须写预习报告，预习报告预习报告 直接写在实验报告纸上作为实验报告的前半部分直接写在实验报告纸上作为实验报告的前半部分， 实验前交任课教师检查，完成实验后学生把数据处实验前交任课教师检查，完成实验后学生把数据处 理接着预习报告写完后，作为实验报告上交（即预理接着预习报告写完后，作为实验报告上交（即预 习报告为实验报告的前半部分，数据处理为实验报

19、习报告为实验报告的前半部分，数据处理为实验报 告的后半部分）。上实验课前检查实验预习报告，告的后半部分）。上实验课前检查实验预习报告， 对无预习报告的或者预习很差的学生，任课教师将对无预习报告的或者预习很差的学生，任课教师将 取消本次实验的资格。取消本次实验的资格。 前半部分预习报告内容前半部分预习报告内容：实验名称、实验目的、：实验名称、实验目的、 实验原理、实验仪器、实验步骤或者内容。实验原理、实验仪器、实验步骤或者内容。 后部分实验报告内容后部分实验报告内容：原始数据表格、数据处理：原始数据表格、数据处理 及分析、心得体会或者思考题。及分析、心得体会或者思考题。 2、（、（1）实验时必须

20、）实验时必须携带学生证携带学生证，否则不准做该次实，否则不准做该次实 验。验。 （2）测得的原始数据首先记载到自己的）测得的原始数据首先记载到自己的草稿纸草稿纸上，上， 指导老师认可后方可抄到指导老师认可后方可抄到原始数据记录表原始数据记录表上。上。 （3）做完实验后，必须经老师同意并）做完实验后，必须经老师同意并签字签字后方可后方可 离开实验室。离开实验室。 3、旷课超过三分之一学时的，本学期的实验成、旷课超过三分之一学时的，本学期的实验成 绩将以零分计，旷课小于三分之一学时的，根绩将以零分计，旷课小于三分之一学时的，根 据旷课的次数在平时成绩中扣除相应的分数。据旷课的次数在平时成绩中扣除相

21、应的分数。 4、做完实验后，一、做完实验后，一周之内周之内写完实验报告并且交到老写完实验报告并且交到老 师的报告箱内，实验报告必须写明师的报告箱内，实验报告必须写明班级班级、姓名姓名、自己自己 的班级序号的班级序号（不是实验室的座位号），否则无法登记（不是实验室的座位号），否则无法登记 成绩。成绩。 5、所有实验通知均在、所有实验通知均在网上网上挂出（包括调停课，成绩挂出（包括调停课，成绩 查询等），一般不另行通知。查询等），一般不另行通知。 网址：网址：http:/， 或者百度或者百度“长江大学物理实验中心长江大学物理实验中心”即可查到。即可查到。 课件教案等资料下载地址：课件教案等资料下载

22、地址： http:/ ws.asp?id=156 四、物理实验绪论四、物理实验绪论 误差及数据处理误差及数据处理 一、大学物理实验课的意义 1、物理实验是对高等工业学校学生进 行科学实验基本训练的一门独立的必修 基础课程； 2、物理实验教学和物理理论教学具有 同等重要的地位。它们既有深刻的内在 联系和配合，又有各自的任务和作用。 通过物理实验课的学习，对大学生进 行综合素质的训练。 该课程对学习者的作用是多方面的： 1、实事求是的科学态度； 2、严谨踏实、认真细致的工作作风； 3、勇于探索、勇于实践的钻研精神； 4、遵守纪律、团结协作、爱护公物的优 良品行； 5、独立动手的能力，独立运用实验方

23、法 和手段去分析和解决实际问题的能力，科 学想象力和开拓创新的能力； 6、撰写科技论文的写作能力； 二、怎样学好物理实验二、怎样学好物理实验 q 课前预习：课前预习： q 1 1、上课前应通读教材，以求对当次实验有个、上课前应通读教材，以求对当次实验有个 全面了解，然后按照指定的预习重点，精读有关数学全面了解，然后按照指定的预习重点，精读有关数学 模型，明确要测量的物理量，对主要仪器的功能及使模型，明确要测量的物理量，对主要仪器的功能及使 用方法形成一个初步印象。用方法形成一个初步印象。 2 2、课前预习必须做书面预习报告，课、课前预习必须做书面预习报告，课 上请老师审阅。无预习报告或预习报上

24、请老师审阅。无预习报告或预习报 告不合格者不准上课。预习报告一般告不合格者不准上课。预习报告一般 包含下列内容：实验名称、实验目的包含下列内容：实验名称、实验目的 、实验原理、实验仪器、实验步骤。、实验原理、实验仪器、实验步骤。 实验操作（实验操作（50%50%） 1 1、提前、提前5-105-10分钟进入实验室，将预习报告分钟进入实验室，将预习报告 交老师检查，没有预习报告者不允许进行实验。交老师检查，没有预习报告者不允许进行实验。 指导老师提问实验有关内容，按序号入座。进任指导老师提问实验有关内容，按序号入座。进任 何实验室，都不要擅自动手，以免造成仪器损坏何实验室，都不要擅自动手，以免造

25、成仪器损坏 或发生事故。或发生事故。 2 2、认真听讲（每个实验讲、认真听讲（每个实验讲10-2010-20分钟），注意分钟），注意 在细节上培养科学作风在细节上培养科学作风. . 如仪器布局合理整齐如仪器布局合理整齐; ;操操 作姿式正确文明；电学仪器经教师检查后才能通电作姿式正确文明；电学仪器经教师检查后才能通电 ；不要触摸光学元件的工作表面；实验完毕及时断；不要触摸光学元件的工作表面；实验完毕及时断 开电源，整理仪器并恢复到原来的陈列状态；主动开电源，整理仪器并恢复到原来的陈列状态；主动 请老师指导操作、检查数据、验收仪器。请老师指导操作、检查数据、验收仪器。 3 3、记录完整实验数据，

26、实事求是。有些实验、记录完整实验数据，实事求是。有些实验 条件（如温度、仪器规格等）比较重要，但不一条件（如温度、仪器规格等）比较重要，但不一 定参加运算，不要漏记。定参加运算，不要漏记。 实验数据不得随意改动，仅当确认测量有误时实验数据不得随意改动，仅当确认测量有误时 才能修改。先在原数据上轻轻地划一条横线，再把才能修改。先在原数据上轻轻地划一条横线，再把 重新测到的数据工整地写在一旁，必要时应注明更重新测到的数据工整地写在一旁，必要时应注明更 改理由。不应重笔描画、涂抹黑块甚至撕扯挖补，改理由。不应重笔描画、涂抹黑块甚至撕扯挖补， 这样既影响卷面整洁，也失去了分析错误的依据。这样既影响卷面

27、整洁，也失去了分析错误的依据。 有时毁掉的数据反而是正确的。有时毁掉的数据反而是正确的。 （4 4）保持实验环境的安静整洁，不得在室内吸烟、）保持实验环境的安静整洁，不得在室内吸烟、 吃零食、扔废纸、藏掖果皮、吐口香糖，大声吃零食、扔废纸、藏掖果皮、吐口香糖，大声 喧哗和随意走动。要爱护室内设施喧哗和随意走动。要爱护室内设施, , 不要刻画不要刻画 桌面。桌面。 实验课绝不以实验课绝不以“数据完美数据完美”评定成绩，切不可评定成绩，切不可 主观意愿更改数据，更不允许抄袭、拼凑和伪造数主观意愿更改数据，更不允许抄袭、拼凑和伪造数 据。只有依靠真实数据，才能看到事物的本来面貌。据。只有依靠真实数据

28、，才能看到事物的本来面貌。 操作完毕应主动请教师审核实验记录并在数据表格操作完毕应主动请教师审核实验记录并在数据表格 上签字，上签字，不经教师签字的记录无效。不经教师签字的记录无效。 （5 5）旷课超过三分之一学时的，本学期的实验成）旷课超过三分之一学时的，本学期的实验成 绩将以零分计，旷课小于三分之一学时的，根据绩将以零分计，旷课小于三分之一学时的，根据 旷课的次数在平时成绩中扣除相应的分数。旷课的次数在平时成绩中扣除相应的分数。 、原始数据原始数据表格（有教师签名的）必须粘在报告上。表格（有教师签名的）必须粘在报告上。 、 数据处理及结论。数据处理及结论。 数据处理数据处理包括结果计算、不

29、确定度评定和曲线图等包括结果计算、不确定度评定和曲线图等 内容。内容。凡属计算，均应有文字公式、代入数据和计凡属计算，均应有文字公式、代入数据和计 算结果等主要运算步骤。不要漏写单位。算结果等主要运算步骤。不要漏写单位。 结论结论包括测量结果的规范表示和观察现象、研究规包括测量结果的规范表示和观察现象、研究规 律所得出的结论。律所得出的结论。 、问题讨论、问题讨论: :对本实验的原理、方法、仪器、不确对本实验的原理、方法、仪器、不确 定度评定的进一步探讨或改进建议。要有具体分析，定度评定的进一步探讨或改进建议。要有具体分析， 切忌泛泛空谈。有则写，无则免。切忌泛泛空谈。有则写，无则免。 、回答

30、思考题、回答思考题 实验报告（实验报告（50%50%） 在预习报告的基础上添加内容在预习报告的基础上添加内容 实验报告主要内容如下实验报告主要内容如下: : 1 1、实验名称、实验名称-实验项目或实验选题实验项目或实验选题. . 2 2、实验目的、实验目的希望得到的结果和实现的目标希望得到的结果和实现的目标. . 3 3、实验原理、实验原理用高度概括的文字语言给出实验用高度概括的文字语言给出实验 的理论依据、计算公式及原理图的理论依据、计算公式及原理图. . 4 4、实验仪器、实验仪器-仪器名称、型号仪器名称、型号 、规格等、规格等. . 6 6、实验步骤、实验步骤-主要实验步骤主要实验步骤.

31、 . 7 7、实验数据处理、实验数据处理. . 8 8、分析与讨论、分析与讨论对实验结果以合理评价对实验结果以合理评价. . 5 5、实验环境、实验环境时间、地点时间、地点 、温度、温度 、气压等、气压等. . 三、测量误差 1、真值（X0） ： 当量和测量过程完全确定，且所有测量 不完善性可以排除时，由测量所获得的一个 值。简言之，真值就是客观实际真实值。 测量一个物理量就是企图找到该量的真 值。但真值几乎是不可能找到的。测出来的 都是真值的近似值。测量中进行的一切努力， 都是使测量结果尽量接近真值。 例如，一安培电流定义：真空真空中截面积可忽截面积可忽 略略的两根相距一米相距一米的无限长无

32、限长的圆而直圆而直的细导细导 线线，内通以等量等量的恒稳恒稳的电流，当每米长度 上所受的力恰好恰好是210-7牛顿牛顿时，则导线内 的电流强度为一安培。 在安培的定义中，如“真空”、“截面积 可忽略”、“相距一米”、“无限长”、“ 圆而直”、“等量恒稳电流”、“210-7牛 顿力”等要求，是难以做到或根本不可能做 到的。所以，安培的理论值在实验中不可能 准确测出。可见，要测到真值几乎是不可能 的。测量值总是存在或大或小的误差 2、误差 绝对误差: =Xi（测量值）-X0（真值） 相对误差： E=X0100 % 由于真值不可求，必须寻找一个真值的代替 者 3、算术平均值X： （约定真值） X=X

33、in ，实际测量中用X代替 X0 4、系统误差 在一定条件下，对同一物理量进行多次 测量时，其测量误差的符号与数值总保持不 变或者按某一确定的规律变化。 特点：确定性和规律性。 它使测量值要么都大于真值，要么都小于 真值，并且始终大于或小于真值。 误差的大小和正负保持恒定或者按某一确 定的规律变化。 例如， 米尺刻度不准；天平砝码质量不准 ；秒表偏快或偏慢；实验者的反映能力的习 惯性超前或滞后。 5、随机误差 在一定条件下，对同一物理量进行多次 测量时，其测量误差的符号与数值发生变化， 且变化的方式不可预知。 特点，偶然性、无规律性， 误差的大小和正负不确定，且无规律可循。 例如，仪表指针的变

34、动性（本身性能或外 来电压电流的突变等）；环境条件的变动性 ：如阵风对三线摆的影响，温度变化对标准 电池的影响；实验者感官能力的限制，如对 相同的指示读出不同的数据等。 6、随机误差的正态分布规律 对一个物理量进行多次测量，就其中任意 一个测量值而言，它的随机误差的大小和方 向无规律，但当测量次数足够多时，我们发 现，随机误差的分布服从一种统计规律。大 量的测量误差都服从一种被称为正态分布（ 高斯分布）的统计规律。 测量值的概率密度测量值的概率密度 - - + + 概 率 分 布 曲 线概 率 分 布 曲 线 P = 68.3%P = 68.3% x x 某一物理量的实验测量值某一物理量的实验

35、测量值 f（x） 68.368.3/ / 100100 图中: 为 n时测量的平均值（真值） ： （n 为测量次数） . 为正态分布的标准误差： 图的意思： 被测量的真值落在-， +区间中的概率为。 称为置信概率， 它就等于图中阴影部分的面积。由定积分算 得：=68.3% 。也就是说，被测量的真值有 68.3%的可能性落在-， +这一区间 内。 n x 2 )( lim n n X n =lim 也可以这样说：对这一列的也可以这样说：对这一列的n n个测量值，其个测量值，其 中有中有68.3%68.3%的测量值误差处于的测量值误差处于-，+区区 间之内。间之内。 -，+叫着置信区间，如果将置叫

36、着置信区间，如果将置 信区间扩大两倍：信区间扩大两倍：-2-2，+2+2，则，则X X0 0 落在该区间的概率提高到落在该区间的概率提高到95.4%95.4%；三倍时：；三倍时： -3-3，+3+3，=99.7%=99.7%。 正态分布的随机误差的特点： 单峰性单峰性：绝对值小的误差比绝对值大的 误差出现的机率大，测量值与真值相差愈小 ，出现的机率愈大； 对称性对称性：大小相等而符号相反的误差出 现的几率相等； 有界性有界性：很大或很小的测量值不会出现 ，即误差的绝对值不会超过一定的限度； 抵偿性抵偿性：随机误差的算术平均值随测量 次数的增加而愈来愈小，乃至趋向于零。 平均值的标准偏差： 这里

37、的数学证明从略。二式中， xxi 叫残 差，是测量列中各个测量值与算术平均值之 差。 )1( 2 nn xx x i S 8、仪器误差 仪器的标准差：=仪c 。仪是仪 器示值与真值之间的可能的最大误差，称为 仪器的误差限。其置信概率为99.7%；若取置 信概率为68.3%，则=仪c 。C 叫置信 系数，其取值由随机误差的分布状态决定。 若误差呈正态分布：C=3，若误差呈均匀分布 则： 一般测量仪器，厂家都给出误差限；对 未给定误差限的仪器，我们一般取其最小分 度值的一半或略大于一半作为误差限（如1mm ：取0.50.7mm）。 3c 四、不确定度U 1、定义 不确定度是指由于测量误差的存在而对

38、 被测量不能肯定的程度，是表征被测量的真 值所处的量值范围的评定。 不确定度给出了被测量的真值在某一 范围 X -U ，X +U 内的可能性有多大， 表示出测量结果的可信程度有多大,明确 指出了被测量的真值处于某一范围中的概 率。在、2、3三种范围中的概率分 别是：=68.3%，2=95.4%； 3=99.7% 。 2、不确定度的分类 不确定度的A类分量UA：用统计的方 法求得（主要涉及随机误差）； 不确定度的B类分量UB：用非统计的其它方 法求得（主要涉及系统误差）； 测量中两类不确定度都要考虑，即将二者 进行合成。 合成不确定度 : A类分量和B类分量都可能有若干个。 它们合成时应有相同的

39、置信概率。 22 BA UUU 3、不确定度与误差的区别 、不确定度是用来描述测量质量的，它 表征测量结果多大程度上代表了被测量，并 可用确切量值表述（以概率形式）这种代表 程度；而误差是测量结果与被测量的真值之 差，是一个未知数，不能用量值描述。 、不确定度是由误差造成的，一般来说， 由若干种误差共同造成。没有误差就无所谓 不确定度。我们可以这样理解：不确定度的 量值是在一定置信概率下误差限值（最大的 可能误差）的绝对值。 、测量结果到底怎么样，通过不确定度 来鉴定、衡量；测量结果为什么会这样，通 过误差分析来解释。从绝对误差可以看出误 差的幅度；而相对误差可以量化描述出误差 的严重程度。

40、4、物理实验中的不确定度处理 在物理实验中引入不确定度来描述测量结 果，经过了简化处理。在测量中，一般对被 测量进行5次以上的测量。当测量次数 5n10时，对A类分量作以下简化处理： x A SU A 类分量： 注意： A U 和x S 是两个不同的概念。作为 简化处理, x S 对A U 只是量值上的替代。 B 类分量也进行类似的简化处理： B 类分量：U UB B= = =仪 仪c c 仪器的标准差 可视为一种近似的标准 偏差：UB 。 由于随机误差的分布特征往往事先不知道， 考虑到大多数测量实验的误差可以认为或 近似认为服从正态分布， 也为了教学训练的 简化， 在仪器误差限和近似标准偏差

41、的关系 缺乏更完整的信息的情况下， 一般视随机误 差为正态分布 ，即取 C=3。当 C=3 时，Sx 与 的置信概率一致：68.3%。 于是，合成不确定度： 22 x SU 5、直接测得量的不确定度计算 、 多 次 测 量 ： 、单次测量： U=仪c 。单次测量 不存在统计分量，故 22 x SU 。0 x S 6、间接测得量的不确定度计算 例，矩形面积：S=ab ， a、b 为直 接测量值，S 为间接测得量。 如多次测量： 如是单次测量：Ua=Ub =。 S 由 a、b 间接计算得出，a、b 是有误差的， 则导致 S 也会有误差。 S 的不确定度如何计 算？ 22 a a SU 22 b b

42、 SU 设间接测得量 y 与直接测得量 X1、X2 Xn 满足某种函数关系： y=f（X1、X2 Xn） 如 则有： n n n UXX UXX UXX 2 2 2 1 1 1 )(21nXXXfY 、 nXXX 21、 都是彼此独立的直接测得 量，不能彼此取代。U1、U2 Un为各自的不 确定度。 不确定度 U 都是微小的量，相当于高等 数学中的增量， 可以将它看作数学中的微分元 dx。 间接测得量的不确定度计算公式在形式上 与数学中的全微分公式相同： n n dx x f dx x f dx x f dy 2 2 1 1 套全微分公式写出间接测得量的不确定度 公式： 、 （用于和差关系式）

43、 、 （用于单纯的积商关系式） 2 2 2 2 2 2 2 1 2 1 n n u x f u x f u x f u 2 2 2 2 2 2 2 1 2 1 lnlnln n n u x f u x f u x f y u 这两个式子与全微分公式有两点不同： a、用U代替dx； b、考虑不确定度合成的统计性质，从最不 利的情况出发，进行了方根处理。 例：已知一金属圆环： 外径 D2 =3.6000.004 cm 内径 D1=2.8800.004 cm ; 高 h =2.5750.004 cm 求环体积V和不确定度UV 。 解： 不确定度：UV，环体积公式为积商形式。 取对数：lnv=ln /

44、 4 + ln（D2 2 D 1 2 ）+lnh 求偏导： 既 3 222 1 2 2 436. 9 575. 2)880. 2600. 3 ( 44 cm hDDV hh V DD D D V DD D D V1ln , 2ln , 2ln 2 1 2 2 1 1 2 1 2 2 2 2 dh h dD DD D dD DD D V dV 122 1 2 1 2 2 1 2 2 1 2 2 2 将微分号改为不确定度符号 （考虑到最不利 的情况，各项符号一律取正号） ，代入方和 根的合成公式 代入数据计算后： UV=8.110 -2， U=8.110 -2 V =8.110-29.4360.0

45、8cm3 结果表达式: V=(9.440.08)cm 3 2 2 2 2 2 1 2 2 12 2 2 1 2 2 2 122 12 hDD U h U DD D U DD D V U 7、实验测量结果表达式 X=XU（单位） ， =68.3% X：待测物理量；X：测该物理量的算术平 均值；U：合成不确定度。 在写实验报告时，不论是直接测得量，还 是间接测得量，都要写出最后的测量结果 表达式。测量结果不确定度是测量质量的 描述，没有这一描述，该结果就是不完善 的。 22 x SU 五、有效数字 1、定义： 能传达出被测量实际大小信息的全部数 字叫有效数字，它由可靠的几位数字加最后 一位可疑数字

46、构成。 如用最小分度值为毫米的直尺量一物的 长度为76.3 mm，这就是一个有效数字。7和6 是准确读出来的；3小于最小刻度，是估读出 来的，有一定的可疑性；虽然可疑，但毕竟 大致反映出这一位大小的信息，所以仍有效， 不能丢弃。76.3 mm反映了被测物实际大小的 信息，是有效数字，共有三位有效数字 2、有效数字读写规则：估读与补位 估读：测量时，使用任何测量工具（游 标卡尺等某些带游标的量具除外）测读到最 小分度值后，都必须估读一位，保证测量值 的最后一位是可疑的。 补位：上例中如果读数正好是76 mm，在 书写时注意补位，写成76.0 mm.。如果不补 位，写成76 mm，别人就会将6作为

47、可疑数字 ，添0的意义在于保证了6的可靠地位。 3、特殊的有效数字：0 1、2、3、 9这九个数在实验数据中， 不论处于什么位置，都是有效数字。独0不行 、0在数中间和数后面是有效数字。 如：76.04 （4位）；76.300 （5位）。 、小数点前无数字，小数点前的“0” 及紧挨着的“0”都不是有效数字。 如：0.00760 m、0.00000760 km、7.60 mm3位有效数字。 有效数字的位数与小数点的位置无关，数 前多出的零是因为单位改变造成的。单位的 改变，不能改变有效数字的位数。 4、有效数字的科学表述法 为方便处理过大或过小的数据，为避免 “0”影响识别有效数字，应采用科学记

48、数法 。 例： 0.00760 m 7.6010-3 m 0.00000760 km 7.6010-6 km 科学记数法原则: 用10的方幂表示数量 级,小数点前只写一位非零有效数字。 科学记数法在统一单位进行计算时特别 重要，只有采用科学记数法，才不会使有效 数字的位数有所增减。 例，将有效数字0.00000760 km的单位km 换成m： 0.00000760 km 7.6010-6 km 7.6010-3 m 5、有效数字尾数的舍入规则： 九个自然数：四舍五入不公平； 四舍六 入五凑偶。 、看清所应保留的有效数字的尾数； 、对尾数后准备舍去的那个数： 它大于5时入，小于5时舍，等于5时看前 面所应保留的那个尾数： 尾数是奇数时5应入（1、3、5、7、9）， 尾数是偶数时5应舍（0、2、4、6、8） 后面如还有数，此时的5作为大于5来处 理，如4.17253取四位：4.173。 例：4.172535 取二位：4.2 取三位：4.17 取四位：4.173 取五位：4.1725 取六位：4.17254 6、 不确定度的有效数字表达 不确定度是一个很小的量，一般只取一位 有效数字。如果要取两位，这两位数都应很 小（2）。 我们约定，在物理实验数据处理中，不 确定度只取一位有效数字。 不确定度有效数