物理实验绪论课讲义

1、物理实验绪论课讲义物理实验绪论课讲义如何正确认识实验课的作用明确实验课的目的和意义实验绪论的主体内容课后作业与实验考核指导有关规定与选课方法物理实验绪论课讲义实验课是为了培养动手能力实验课仅仅是为了培养动手能力？更重要的是：观察、思考和读懂文字眼观六路（想），耳听八方（想）四年大学学习你能够带走的是什么？物理实验绪论课讲义学习并掌握各种基本物理量的测量方法学习并掌握各种基本测量仪器的使用方法学习并掌握实验数据处理的基本方法学习并掌握实验报告的撰写方法 四个基本方法=基本工作能力 物理实验绪论课讲义物理实验绪论课讲义 认真阅读实验讲义，明确实验目的和实验原理，初步了解实初步了解实验方法和关键步骤

2、。认真填写预验方法和关键步骤。认真填写预习报告习报告（按标准预习报告填写），画出实验原理图（电路图、光路画出实验原理图（电路图、光路图）和画出或设计实验数据记录图）和画出或设计实验数据记录表格。表格。 物理实验绪论课讲义 实验者应准时来到实验室进行实验。首先，在实验前应认真对照讲义上的仪器介绍或听老师的讲解熟悉仪器，禁止盲目动手。其次，在进行实验操作时，严格遵守实验规则，爱护实验仪器，未经许可不得调换仪器。实验过程中如果发现仪器设备出现故障，应及时报告指导教师。最后，实验结束后要实事求是地记录实验数据，实验数据一律用钢笔或圆珠笔填写。实验完毕后，实验数据需经教师检查签字后方可离开。物理实验绪论

3、课讲义一、有效数字的概念物理实验绪论课讲义二、有效数字的性质和说明1、有效数字的位数与小数点的位置无关；2、“0”在有效数字中的特殊地位。 四位 五位 三位 四位，3、参与计算的常数，如 4，e等，其有效数字的位数可以认为是无限的；4、如遇到测量结果是用科学计数法表示时，指数部分不计入有效数字的位数。电子的电荷 库仑四位有效数字1910602. 1q物理实验绪论课讲义三、有效数字的运算准确数+准确数=准确数准确数+存疑数=存疑数存疑数+存疑数=存疑数进位视为准确数计算结果保留一位存疑数物理实验绪论课讲义物理实验绪论课讲义一般规律1.加减法（略）2.乘除法：与参与运算的有效数字最少 的那个数位数

4、相同3.乘方开方：与底的有效数字位数相同4.指数、对数、三角函数：由改变量决定。 0=0.3351227 0所以 0物理实验绪论课讲义约定：1.表示测量结果的有效数字的末尾数永远与不确定度的末尾数具有相同的数量级（即尾数对齐）。2.计算过程中，中间的运算结果可以适当多保留一到二位有效数字。3.绝对不确定度取一位有效数字，相对不确定度可以取二位有效数字。物理实验绪论课讲义改错：1. N =（）2. N =（）3. N =（105 1000）4. N =物理实验绪论课讲义一一基本知识基本知识（一）测量和误差一）测量和误差物理实验绪论课讲义从一个或几个直接测量结果按一定的函数关系计从一个或几个直接测

5、量结果按一定的函数关系计算出来的的过程，称为间接测量。算出来的的过程，称为间接测量。42hdV hdMVM24 物理实验绪论课讲义真值真值: :是反映物体特性的某一物理量在一定的条件下所具有的真实数值测量值测量值x x与真值之间总存在一定的差异，这种差异称与真值之间总存在一定的差异，这种差异称为测量误差，表示为：为测量误差，表示为：我们称之为测量的绝对误差我们称之为测量的绝对误差。 0 x0 xxx%1000 xxEr物理实验绪论课讲义m03. 072.561l%053. 0%10072.5603. 01rE%5 . 1%10098. 103. 02rEm03. 098. 12l物理实验绪论课

6、讲义（二）误差的分类（二）误差的分类 误差的产生及其原因是多方面的，我们一般从其性质和来源性质和来源，将误差分为三类： 1.系统误差系统误差 2.偶然误差偶然误差 3.过失误差过失误差物理实验绪论课讲义1.系统误差系统误差 在一定条件下，多次测量同一量值时，绝对值和符号保持不变；或在条件改变时，按一定规律变化的误差称为系统误差。（服从因果规（服从因果规律）律）其来源包括以下几个方面：（1）仪器误差仪器误差。由于仪器本身的缺陷或没按规定条件调整、使用所造成的误差（如天平、砝码、电压电流表未按规定定期送检，以及仪器零点校正不准）。（2）方法误差方法误差。由于实验方法本身或理论不完善所造成的误差（如

7、用伏安法测电阻时未计及电表的内阻）。物理实验绪论课讲义（3）个人误差个人误差。由于观察者生理或心理特点造成的误差。通常与观测人员的反映速度和固有习惯等有关（如有的人对准目标时总是偏左或偏右，致使读数偏大或偏小）。（4）环境误差环境误差。由于外界环境（如温度、光照、电磁等）的恒定偏离规定条件时而产生的误差。 系统误差具有确定性，它总向一个方向偏离或按一定规律变化。在实验中可以通过校准仪器、改进实验设备、选择更好的实验方法或进行理论修正来消除或尽量使之减小。对于那些既不能修正，又不能消除的系统误差应根据具体情况在测量误差（或测量不确定度）中反映出来。 物理实验绪论课讲义2.偶然误差 在实际测量中，

8、由于某种偶然的原因，使测量在实际测量中，由于某种偶然的原因，使测量结果在测量平均值附近起伏变化，由此产生的误差结果在测量平均值附近起伏变化，由此产生的误差称为称为偶然误差偶然误差。 温度忽高忽低气流飘忽不定电压漂移起伏物理实验绪论课讲义(1)(1)随机现象：在一定条件下，随机现象：在一定条件下，可能发生也可能不发生，或者可能发生也可能不发生，或者出现多种结果的偶然现象。出现多种结果的偶然现象。(2)(2)概率：某一事件在试验中概率：某一事件在试验中发生的可能性的大小，用发生的可能性的大小，用P(X)P(X)或或PX|PX|表示表示。 物理实验绪论课讲义21物理实验绪论课讲义物理实验绪论课讲义)

9、2/)(exp(21)(220 xxxpx)(xp0 x0 x0 x物理实验绪论课讲义%3 .68)(dxxpP222%4 .95)(dxxpP333%7 .99)(dxxpP物理实验绪论课讲义 3过失误差 那些因为方案设计错误、操作不当、仪器损坏或测读错误等人为原因造成的测量错误，将得到一些坏记录。尽管有人把由此而产生的误差归类为过失误差，但在实质上它们不能算作是误差。在工程上人们指定了若干法则(如如3规则规则)，用来发现及剔除那些坏记录，以消除过失误差。 物理实验绪论课讲义（三）测量的不确定度我们测量某物理量时，总是想要找到物理量的真值。而真值又无法确切知道，所以实际测量中，我们只能提供一

10、个范围。例如),(00 xxxx物理实验绪论课讲义*不确定度的权威文件是国际标准化组织(ISO)、国际 计量局(BIPM)等七个国际组织1993年联合推出的 *不确定度表示由于测量误差存在而对被测量值不能 确定的程度。不确定度是一定概率下的误差限值。 *由于真值的不可知，误差一般是不能计算的，它可 正、可负也可能十分接近零；而不确定度总是不为 零的正值，是可以具体评定的（因为测量离不开测量工具）。测量误差与不确定度测量误差与不确定度物理实验绪论课讲义 ), 2 , 1( niAi), 2 , 1( njBj物理实验绪论课讲义合成不确定度合成不确定度 ijBjAi22AiBj物理实验绪论课讲义在

11、物理实验中，常常遇到的仪器误差是指国家标准规定的或生产厂家给出的计量工具、计量仪表的准确等级或允许的误差范围，并且根据测试方法或使用条件的简化约定，我们通常用仪表示。它是仪器的最大可能误差，其置信概率为99.7%，属于B类不确定度。仪物理实验绪论课讲义二、直接测量的数据处理 仪)(仪x%)1001 (xx仪物理实验绪论课讲义（二）多次测量的不确定度1.算术平均值是真值的最佳估计值(无系统误差情况下) nxxxx,.,3210 xxxii0nxxxiinxnxxii0_0ixxxn物理实验绪论课讲义2.多次测量的标准偏差 但是由于测量次数有限，测量值的平均值将不符合正态分布，而是符合t 分布。测

12、量次数小时，t 分布偏离正态分布较多。测量次数大时趋于正态分布。物理实验绪论课讲义niixxnS12)(11) 1()(2nnxxnSSix物理实验绪论课讲义3.测量结果的合成不确定度 22_仪xpsnt5n nntp SSnSntxxp_22仪S物理实验绪论课讲义（三）间接测量的不确定度的合成Nf A B C( ,)NNANBNCABC 222222NNNNANNBNNCABC111222222 lnlnlnNANBNCABC222222物理实验绪论课讲义AANcos函数形式 CBANCBAN222CBAN222 CCBBAANNBAN 22 BBAANNnaAN AAnNNnAN AAnN

13、N1AANcos物理实验绪论课讲义例题:CAAN2222lnlnCCNAANNN2222111CCAACAABAN CAB22CAB 222222CACAAABBAANN物理实验绪论课讲义（四）测量结果的完整表示_()100%?%rxxEx单位物理实验绪论课讲义mm004. 0,518. 1_SmmDmm006. 0004. 02222仪仪Bmm007. 0006. 0004. 02222BSmm007. 0518. 1D物理实验绪论课讲义已知：已知：A=71.3 0.5 cm ； B=6.262 0.002 cm ; C=0.751 0.001 cm ; D=271 1 cm 求：求：DBC

14、ANDCBAN物理实验绪论课讲义解解：（：（1）cm8 .347271751. 0262. 63 .71DCBAN2222)()()()(DCBADCDB,cmN1348cm1)()(22DA03164. 0271262. 6751. 03 .71DBCAN2222)()()()(DDCCBBAANNEr%8 . 0008. 00002. 0008. 003164. 0NNNN0002. 00316. 0N物理实验绪论课讲义一、列表法物理实验绪论课讲义二、图示法与图解法（一）、图示法电信股指LUCENT: -89%物理实验绪论课讲义2. 标明坐标轴：方向，坐标轴的名称、单位, 分格。I (mA

15、)U (V)8.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.0002.004.006.008.0010.001.003.005.007.009.004. 连成图线： 用直尺、曲线板等把点连成直线、光滑曲线。一般不强求直线或曲线通过每个实验点，应使图线两边的实验点与图线最为接近且分布大体均匀。3.标实验点： 1.选择合适的坐标分度值确定坐标纸的大小作图的三个要素物理实验绪论课讲义5.标出图线特征： 在图上空白位置标明实验条件或从图上得出的某些参数。如利用所绘直线可给出被测电阻R大小：从所绘直线上读取两点 A、B 的坐标就可求出 R 值。I (mA)U (V

16、)8.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.0002.004.006.008.0010.001.003.005.007.009.00电阻伏安特性曲线6.标出图名： 在图线下方或空白位置写出图线的名称及某些必要的说明。A(1.00,2.76)B(7.00,18.58)由图上A、B两点可得被测电阻R为：)k(379. 076. 258.1800. 100. 7ABABIIUUR物理实验绪论课讲义不当图例展示：n(nm)1.6500500.0700.01.67001.66001.70001.69001.6800600.0400.0玻璃材料色散曲线图图1曲

17、线太粗，不均匀，不光滑。应该用直尺、曲线板等工具把实验点连成光滑、均匀的细实线。物理实验绪论课讲义n(nm)1.6500500.0700.01.67001.66001.70001.69001.6800600.0400.0玻璃材料色散曲线图改正为：物理实验绪论课讲义图2I (mA)U (V)02.008.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.001.003.00电学元件伏安特性曲线横轴坐标分度选取不当。横轴以3 cm 代表1 V，使作图和读图都很困难。实际在选择坐标分度值时，应既满足有效数字的要求又便于作图和读图，一般以1 mm 代表的量值是10的整

18、数次幂或是其2倍或5倍。物理实验绪论课讲义I (mA)U (V)o1.002.003.004.008.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.00电学元件伏安特性曲线改正为：物理实验绪论课讲义定容气体压强温度曲线1.20001.60000.80000.4000图3P(105Pa)t()60.00140.00100.000120.0080.0040.0020.00图纸使用不当。实际作图时，坐标原点的读数可以不从零开始。物理实验绪论课讲义定容气体压强温度曲线1.00001.15001.20001.10001.0500 P(105Pa)50.0090.00

19、70.0020.0080.0060.0040.0030.00t()改正为：物理实验绪论课讲义2.曲线改直kTeeASTI2kTeASeTI2kTeASkTeASTI303. 21lg303. 2lglg2物理实验绪论课讲义三、逐差法baxynnyyyyxxxx,32132112312nnxxxxxxxbxaybxaybxaynnn222111物理实验绪论课讲义一般方法xaxxayyyxaxxayyyxaxxayyynnnnnnn1111122322321121121)()()(xnyyxnyyyananni) 1() 1(111121 从上式看到,只有首末两次的测量值才对单次测量的平均值起作用

20、,而一切中间量都失去意义.这就是说,多次测量和单次测量没有差别,失去了多次测量减小误差的优越性.物理实验绪论课讲义逐差法ln2xlaxxayyyxlaxxayyyxlaxxayyylllllllllll)()()(2222222221111111), 2 , 1(11lixlyxlylalaii物理实验绪论课讲义四. 最小二乘法直线拟合设此两物理量 x、y 满足线性关系 y = a+bx，等精度地测得一组互相独立的实验数据 xi，yi i = 1,.,n当所测各yi 值与拟合直线上的 a +bxi之间偏差的平方和最小，即 所得系数a,b最好，拟合公式即为最佳经验公式。21()niiiQyabx

21、最小物理实验绪论课讲义 最小二乘法直线拟合21()niiiQyabx最小0)( 20) 1)( 211niiiiniiixbxaybQbxayaQ物理实验绪论课讲义 最小二乘法直线拟合niiniiniiiniiniiniiniixnxyxnxybxbyna1221111111物理实验绪论课讲义 最小二乘法直线拟合相关系数 ： 最小二乘法处理数据除给出 a、b 外，还应给出相关系数 r ， 定义为 相关系数表示两变量之间的函数关系与线性的符合程度，r-1，1。|r|1，x、y 间线性关系好， |r|0 ，x、y 间无线性关系，拟合无意义。 物理实验中一般要求 r 绝对值达到以上。yyxxxyii

22、iiLLLyyxxyyxxr22)()()( )(物理实验绪论课讲义物理实验绪论课讲义物理实验绪论课讲义电流表电流表物理实验绪论课讲义电压表电压表物理实验绪论课讲义使用电表时的注意事项使用电表时的注意事项1.正确安放和零点调整。正确安放和零点调整。2.量程选择：根据待测量选择合适量程，尽量使量程选择：根据待测量选择合适量程，尽量使指针偏转到指针偏转到 满刻度的满刻度的2/3为宜。为宜。3.正确读数：视线垂直于表盘并在指针正上方读正确读数：视线垂直于表盘并在指针正上方读数。数。物理实验绪论课讲义4.电表的误差电表的误差仪表等级量程仪器最大误差KII仪表等级量程仪器最大误差KII3 0.50.01

23、50.02A A02. 026. 2 II物理实验绪论课讲义仪表等级量程仪器最大误差KIIA04. 01.04物理实验绪论课讲义3.电阻电阻滑线电阻滑线电阻物理实验绪论课讲义电阻箱物理实验绪论课讲义mRR200 . 0K物理实验绪论课讲义（三）课后书写实验报告（三）课后书写实验报告 一份完整的实验报告应包含以下几个内容： 1、实验名称。 2、实验目的。 3、实验仪器。 4、实验原理（简要叙述相关的物理学内容，画出原理图画出原理图、装置示意图或电路图、光路图，写出主要计算公式及公式中各量的物理含义和公式限定的条件等）。 5、数据表格（包括物理量名称、单位、简单的公式）。物理实验绪论课讲义 6、数据处理及结果。数据处理要有完整的计算、作图和不确定度的估算，而且计算要有简洁的计算式子；代入的数据要有根有据，作图要美观、规范。最后要给出实验结果，得出实验结论。 7、回答问题或讨论。 8、原始数据（完整的预习报告和签字的实验记录） 如发现原始数据有错、漏等情况，应予以重测或补测。实验报告书