大学物理实验绪论课

1、大学物理实验大学物理实验 绪论课数据的获得与评估主讲：张主讲：张 静静数理与土木工程学院数理与土木工程学院 大学物理教学部大学物理教学部2016年春年春这一部分主要讲解大学物理实验课程的目的、学习任务，课程的执行方法、考核办法，实验学生守则等内容。第一部分第一部分 基本情况说明基本情况说明 p 它不是它不是大学物理大学物理的的，大学大学物理物理是以物理实验为基础的，离开了实是以物理实验为基础的，离开了实验寸不难行。验寸不难行。p 大学物理实验大学物理实验的目标是培养学生运用的目标是培养学生运用实验手段去观察、发现、分析和解决问题实验手段去观察、发现、分析和解决问题的的，而并非是让学生学习各种理

2、论知，而并非是让学生学习各种理论知识。识。 一、一、大物实验大物实验与与大学物理大学物理的关系的关系二、大学物理实验课目的和任务二、大学物理实验课目的和任务o 通过对实验现象的观察、分析、测量，学习物理实通过对实验现象的观察、分析、测量，学习物理实验知识，验知识，加深对物理学原理的理解加深对物理学原理的理解；o 培养、提高科学实验能力培养、提高科学实验能力，如：阅读实验材料，正确使如：阅读实验材料，正确使用仪器，对实验现象初步分析判断，正确记录和处理实验数用仪器，对实验现象初步分析判断，正确记录和处理实验数据，撰写合格的实验报告，能完成简单的具有设计性内容的据，撰写合格的实验报告，能完成简单的

3、具有设计性内容的实验。实验。o 培养、提高科学实验素养培养、提高科学实验素养，如：要具有理论联系实际和如：要具有理论联系实际和实事求是的科学作风，严肃认真的科学态度，主动研究的探实事求是的科学作风，严肃认真的科学态度，主动研究的探索精神，遵守纪律、团结协作和爱护公共财产的优良品德。索精神，遵守纪律、团结协作和爱护公共财产的优良品德。三、应该学习的实验技巧与技术三、应该学习的实验技巧与技术：不确定度不确定度（评估直接和间接测量结果）；数据处理方法：列表法，作（评估直接和间接测量结果）；数据处理方法：列表法，作图法，最小二乘法及计算机软件处理方法图法，最小二乘法及计算机软件处理方法：长度、质量、时

4、间、压力、电：长度、质量、时间、压力、电流等；流等；：比较法、转换法、放大法、补偿：比较法、转换法、放大法、补偿法等；法等；实验室实验室：示波器、电：示波器、电表、分光仪、信号发生器等；表、分光仪、信号发生器等；：零位调整，水平、铅直调整，光：零位调整，水平、铅直调整，光路的共轴调整等。路的共轴调整等。四、课程考核方法四、课程考核方法o 分为两个学期展开，每学期分为两个学期展开，每学期16课时。课时。 大一：基础实验大一：基础实验 大二上学期：综合性、设计性实验。大二上学期：综合性、设计性实验。o 每个实验一份实验报告，满分每个实验一份实验报告，满分10分（其中预习分（其中预习3分、分、实验操

5、作过程以及数据处理实验操作过程以及数据处理7分）。分）。o 期末将本学期的实验报告分数加权平均，转换为优期末将本学期的实验报告分数加权平均，转换为优秀、良好、中等、及格、不及格五个等级。秀、良好、中等、及格、不及格五个等级。五、实验流程五、实验流程1. 购买购买“北京理工大学珠海学院实验报告纸北京理工大学珠海学院实验报告纸” 2. 每次实验课都每次实验课都（实验名（实验名称、目的、仪器、原理、数据记录表格），并写上姓称、目的、仪器、原理、数据记录表格），并写上姓名、学号、班级、实验时间、教师姓名。实验原理中名、学号、班级、实验时间、教师姓名。实验原理中写出简要的公式和图表。写出简要的公式和图表

6、。3. 按照课表以及进度表及时到达实验室，由实验老师检按照课表以及进度表及时到达实验室，由实验老师检查预习报告。查预习报告。4. 老师就该次实验讲解老师就该次实验讲解1530min，然后学生分组操作。，然后学生分组操作。将测量的数据以及计算的结果续写在预习报告上并上将测量的数据以及计算的结果续写在预习报告上并上交。交。报告要求简单明了，语言确切，工整整洁。报告要求简单明了，语言确切，工整整洁。六、实验课程表进度表、分组六、实验课程表进度表、分组六、实验课进度表六、实验课进度表o 15级电气自动化1.2.3班六、实验课分组六、实验课分组七、实验学生守则七、实验学生守则准时到相应实验室，迟到者会酌

7、情扣分，最高为当次实验的30%；七、实验学生守则七、实验学生守则预习报告交给老师批改，没有预习的不允许做实验；七、实验学生守则七、实验学生守则 不准在实验室内吃东西！七、实验学生守则七、实验学生守则不得在实验室大声讲话，到处乱窜；不得随意翻动未启用的仪器设备。七、实验学生守则七、实验学生守则实验结束后： 实验结果送交老师检查； 关闭仪器电源，复原仪器； 填写实验记录本，得到老师允许后方可离开。第二部分第二部分 实验数据的获取与评估实验数据的获取与评估 这一部分讲解大学物理实验教材第一章，主要涉及单位、数据的测量、处理，以及误差的评估等内容。1-1 国际单位制国际单位制p 在国际单位制在国际单位

8、制(SI)中，有中，有7个基本单位个基本单位: 长度：米(m) 时间：秒(s) 质量：千克(kg) 电流：安培(A) 热力学温度：开尔文(K) 发光强度：坎德拉(cd) 物质的量：摩尔(mol)。p 另外，还有两个辅助单位另外，还有两个辅助单位：平面角：弧度(rad) 立体角：球面度(sr)。其他单位都可以由其他单位都可以由7 7个基本单位导出。个基本单位导出。国际单位制中的倍数因子国际单位制中的倍数因子因数因数词头名称词头名称符号符号英文英文中文中文10109 910106 610103 3gigagigamegamegaKiloKilo吉吉兆兆千千G GM Mk k10102 210101

9、 11010-1-11010-2-2HectoHectoDecaDecaDeciDeciCentiCenti百百十十分分厘厘h hdadad dc c1010-3-31010-6-61010-9-91010-12-12MilliMilliMicroMicroNanoNanoPicoPico毫毫微微纳纳皮皮m mn np p由于各种物理量变动范由于各种物理量变动范围很大，因此规定了围很大，因此规定了SI单位的倍数单位。单位的倍数单位。练习题一练习题一2 mm_nm33200 mm_cm331 km_m1 kg_g1 s_ms_s_ns83 10 Pa_GPa300 pF_F531 MPa_Pa5

10、28 nm_m3338.9 10 kg/m_g/cm练习题二练习题二221 kg m/s_g cm/s22221 g cm /s_kg m /s1 kV A_V mA221 g/(cm mm )_kg/ m m在数字计算机中，1 Gbit_Mbit1 Mbit_kbit1-2 1-2 测量与误差测量与误差o 测量分类：测量分类： 1、按测量方法分类：按测量方法分类：直接测量直接测量 间接测量间接测量 2、按测量条件分类：、按测量条件分类： 等精度测量、不等精度测量等精度测量、不等精度测量 (很少用很少用) o 误差及其分类误差及其分类 定义：由于方法和设备不完善、环境影响、认识能定义：由于方法

11、和设备不完善、环境影响、认识能力限制，力限制，测量得到的数据测量得到的数据 x与被测物理量与被测物理量真值真值x0的的差差，称为误差，称为误差。0 xx误差与分类误差与分类-按表示方法不同：p 误差：误差： 绝对误差：绝对误差： 相对误差：相对误差： 算术平均值，算术平均值，多次测多次测量求平均（最常用）：量求平均（最常用）： 测量值与算术平均值测量值与算术平均值的差称为的差称为偏差或残差：偏差或残差： 0 xx0 xx0 x11niixxniivxx一样么？一样么？练习题三练习题三绝对误差和相对误差的区别绝对误差和相对误差的区别误差与分类误差与分类-按来源分类：p 按照误差的来源分类按照误差

12、的来源分类（1）仪器误差）仪器误差（2）环境误差）环境误差（3）方法误差）方法误差（4）人员误差）人员误差p 按照误差的特点与性质分类按照误差的特点与性质分类（1）系统误差）系统误差（统计计算）统计计算）（2）随机误差）随机误差（经验）经验）（3）粗大误差）粗大误差评价测量结果常用的概念评价测量结果常用的概念（1）精密）精密度：反映度：反映随机误差随机误差大小的程度大小的程度（2）正确度：反映）正确度：反映系统误差系统误差大小的程度大小的程度（3）精确）精确度：反映度：反映随机误差和系统误差随机误差和系统误差大小的程度。大小的程度。准确度高则精确度和正确度高。准确度高则精确度和正确度高。精密度

13、精密度正确度正确度精确度精确度1 1- -3 3 误差的评估与消除误差的评估与消除o 几种常见系统误差几种常见系统误差 （1）固定系统误差（）固定系统误差（2）线性变化的系统误差）线性变化的系统误差 （3）周期变化系统误差）周期变化系统误差o 系统误差的修正方法系统误差的修正方法 （1）理论分析法（）理论分析法（2）实验对比法）实验对比法 （3）残余误差法（）残余误差法（4）其他方法）其他方法 P10需要注意需要注意：对于仪器误差限不等于测量数据的误对于仪器误差限不等于测量数据的误差，而是误差分布的界限！差，而是误差分布的界限！系统误差的评估系统误差的评估：1、仪器、仪器的，以精确度为仪器差限

14、；的，以精确度为仪器差限；2、不知道仪器准确度信息的，像刻度尺一类可以、不知道仪器准确度信息的，像刻度尺一类可以的仪器，取最小分度的一半作为仪器误差的仪器，取最小分度的一半作为仪器误差限；游标卡尺一类离散读数的仪器，取最小分度限；游标卡尺一类离散读数的仪器，取最小分度作为仪器误差限。作为仪器误差限。3、根据仪器、根据仪器计算仪器误差。比如电表类计算仪器误差。比如电表类仪器的误差限（范围）为仪器的误差限（范围）为 %级别量程仪器误差范围：仪器误差范围：o 随机误差大致满足正态分布随机误差大致满足正态分布o 误差落在误差落在之间的概率为之间的概率为68.3%，落在，落在3之间之间的概率为的概率为9

15、9.7%.o 标准差（均方差）标准差（均方差）随机误差的评估：随机误差的评估：211niixxxn标准差的大小反映了测量数据的分散程度。标准差的大小反映了测量数据的分散程度。o由于错误的操作或计算而出现的误差。如果某个数据偏离平均值（-3，+3）就剔除。粗大误差的处理：粗大误差的处理：练习题四练习题四1-4 1-4 不确定度不确定度 o 概念：表示被测量的真值在某个量值范围内的一个概念：表示被测量的真值在某个量值范围内的一个评定。显然与误差的定义不同。评定。显然与误差的定义不同。P12o 分类：分类： 根据处理方法的不同分两类：根据处理方法的不同分两类： 可以用统计方法处理；可以用统计方法处理

16、； 不能用统计方法处理，只能依靠经不能用统计方法处理，只能依靠经验以及假设估计；验以及假设估计；21A1niixxxun n22B3u22ABUuu不确定度计算不确定度计算A类不确定度：类不确定度：B类不确定度：类不确定度：总不确定度：总不确定度：是平均值的标准差是平均值的标准差x测量结果的标准表示形式测量结果的标准表示形式说明：说明：1、总的不确定度、总的不确定度Ux：一般保留：一般保留1-2位有效数字，位有效数字，2、平均值平均值：计算计算平均值平均值的中间过程，有效数字可保存的中间过程，有效数字可保存多几位，处理时与多几位，处理时与Ux的最低位保持一致，的最低位保持一致，：P13100%

17、xxxxxUUEx（相对不确定度）（相对不确定度）有效数字有效数字o 有效数字：是指在分析工作中实际能够测量到有效数字：是指在分析工作中实际能够测量到的数字。所谓能够测量到的是包括最后一位估的数字。所谓能够测量到的是包括最后一位估计的，不确定的数字。计的，不确定的数字。读数：读数：2.80cm精确值精确值估读值估读值o 说明：说明：n 实验中的数字与数学上的数字是不一样的实验中的数字与数学上的数字是不一样的.如如 n 第一个非零数字前的零不是有效数字：第一个非零数字前的零不是有效数字：0.0304km.n 第一个非零数字以及之后的所有数字（包括零）都第一个非零数字以及之后的所有数字（包括零）都

18、是有效数字是有效数字.n 单位的变换不应改变有效数字的位数单位的变换不应改变有效数字的位数.有效数字有效数字数学的数学的 8.35=8.350=8.3500实验的实验的 8.358.3508.3500 例题与习题例题与习题o 1. 按照“四舍六入五凑偶”的规则，将下列数字保留至小数点后第二位3.1416，2.7183，1.4152，1.4149，1.4150，3.5248，3.5251，3.5250o 2. 按照“四舍六入五凑偶”的规则，将下列数字保留3位有效数字12.345，23.45，34.56，4.554，5.675，0.6751，0.7849，0.089050，90150 测量结果的标准表示形式测量结果的标准表示形式说明：说明：1、总的不确定度、总的不确定度Ux：一般保留：一般保留1-2位有效数字，采取位有效数字，采取的原则处理！的原则处理！2、平均值平均值：计算计算平均值平均值的中间过程，有效数字可保存的中间过程，有效数字可保存多几位，多几位，处理时与处理时与Ux的最低位保持一致的最低位保持一致，尾数采取，尾数采取的原则的原则.P13100%xxxxxUUEx（相对不确定度）（相对不确定度）1-5 1-5 数据处理数据处理做图要求做图要求o 标出