成型12-1大学物理实验

大学物理实验杜正良

duzhengliang@126.com675530理论部分主要内容：一、物理实验的作用与过程二、测量的基础知识三、误差的基本性质与处理四、误差的合成与分配五、测量不确定度六、有效数字七、物理实验中的数据处理方法八、应用例题物理实验的作用

提出、解决应用性问题如何测量以下三种材料的密度？材料的比热测量？

Q=cmΔT①预习

做什么、怎么做—实验能否取得主动的关键②实验过程

胆大心细—实验的主要过程③实验报告—实验的总结，评分的依据二物理实验的三环节

周次月日实验、实习项目、课程设计名称实验、实习、课程设计具体地点时数作业或实验、实习报告19.5绪论(怎样做好物理实验)第1章

实验误差与不确定度评定1.1测量与误差1.2测量的不确定度评定和测量结果的表示西校区1-3012习题3、429.121.3有效数字及其运算规则第2章

数据的处理的基本方法习题讲解西校区1-3012习题6、8、9-1、9-5、10周次月日实验、实习项目、课程设计名称实验、实习、课程设计具体地点时数作业或实验、实习报告39.191弹簧振子周期的测量5用三线摆测量物体的转动惯量西校区1-3012预习报告49.261弹簧振子周期的测量5用三线摆测量物体的转动惯量西校区1-3012实验报告610.101弹簧振子周期的测量5用三线摆测量物体的转动惯量西校区1-3012实验报告710.172冷却法测量金属的比热容6液体的表面张力系数测量西校区1-4142预习报告810.242冷却法测量金属的比热容6液体的表面张力系数测量西校区1-4142实验报告910.312冷却法测量金属的比热容6液体的表面张力系数测量西校区1-4142实验报告1011.73用CCD成像系统观测牛顿环7光敏电阻基本特性的测量西校区1-5032预习报告1111.143用CCD成像系统观测牛顿环7光敏电阻基本特性的测量西校区1-5032实验报告1211.213用CCD成像系统观测牛顿环7光敏电阻基本特性的测量西校区1-5032实验报告1311.284霍尔法测量线圈的磁场8示波器的使用西校区1-5052预习报告1412.54霍尔法测量线圈的磁场8示波器的使用西校区1-5052实验报告1512.124霍尔法测量线圈的磁场8示波器的使用西校区1-5052实验报告1612.19设计性实验：实验任务布置西校区1-2272实验设计方案1712.26设计性实验西校区1-2272实验总结报告设计性实验抛射体运动的照相法研究教师实验分工高凤梅：实验2、6；王怀军：实验3、7；章国荣：实验4、8；杜正良：绪论、第1章、第2章；实验1、5；设计性实验。第1章实验误差与不确定度1什么是测量？2测量怎么分类？M，ρ测量数据1

kg误差（Error）：误差测得值真值＝－真值（TrueValue）：观测一个量时，该量本身所具有的真实大小。4误差的定义及表示法

为了减小测量误差，提高测量准确度，就必须了解误差来源。而误差来源是多方面的，在测量过程中，几乎所有因素都将引入测量误差。主要来源

测量装置误差

测量环境误差

测量方法误差

测量人员误差

二、误差的来源

测量装置误差标准器件误差仪器误差附件误差以固定形式复现标准量值的器具，如标准电阻、标准量块、标准砝码等等，他们本身体现的量值，不可避免地存在误差。一般要求标准器件的误差占总误差的1/3～1/10。测量装置在制造过程中由于设计、制造、装配、检定等的不完善，以及在使用过程中，由于元器件的老化、机械部件磨损和疲劳等因素而使设备所产生的误差。

测量仪器所带附件和附属工具所带来的误差。

设计测量装置时，由于采用近似原理所带来的工作原理误差

组成设备的主要零部件的制造误差与设备的装配误差设备出厂时校准与定度所带来的误差读数分辨力有限而造成的读数误差

数字式仪器所特有的量化误差

元器件老化、磨损、疲劳所造成的误差测量环境误差指各种环境因素与要求条件不一致而造成的误差。

对于电子测量，环境误差主要来源于环境温度、电源电压和电磁干扰等

激光光波波长测量中，空气的温度、湿度、尘埃、大气压力等会影响到空气折射率，因而影响激光波长，产生测量误差。高精度的准直测量中，气流、振动也有一定的影响测量方法误差

指使用的测量方法不完善，或采用近似的计算公式等原因所引起的误差，又称为理论误差如用均值电压表测量交流电压时，其读数是按照正弦波的有效值进行刻度，由于计算公式中出现无理数和，故取近似公式，由此产生的误差即为理论误差。测量人员误差测量人员的工作责任心、技术熟练程度、生理感官与心理因素、测量习惯等的不同而引起的误差。为了减小测量人员误差，就要求测量人员要认真了解测量仪器的特性和测量原理，熟练掌握测量规程，精心进行测量操作，并正确处理测量结果。误差绝对误差相对误差系统误差随机误差表示形式性质特点三、误差分类

绝对误差（AbsoluteError）

测得值

被测量的真值，常用约定真值代替

绝对误差特点：1)绝对误差是一个具有确定的大小、符号及单位的量。2)给出了被测量的量纲，绝对误差的单位与测得值相同。x＝x－x0绝对误差测得值真值＝－相对误差Er=(x-x0)/x0x相同时，测量好坏…系统误差（SystematicError）

在重复性条件下，对同一被测量进行无限多次测量所得结果的平均值与被测量的真值之差。

定义特征

在相同条件下，多次测量同一量值时，该误差的符号保持不变，或者在条件改变时，按某一确定规律变化的误差。

天平不等臂所造成的系统误差

螺线管为无限长，管壁磁漏可忽略。如：

由于理论推导中的近似,产生的系统误差1)已定系统误差：指符号和绝对值已经明确确定的误差分量；各测量值相对真值有一个整体的偏离；仪器误差——仪器本身的缺陷所引起的；例如，

仪器零点不准等。理论误差——由于实验理论和方法不够完善所引起的。系统误差分为：已定系统误差、未定系统误差处理方法：测量结果＝平均值－已定系统误差完全消除！2)未定系统误差：符号或绝对值未经确定的系统误差分量。

如：卡尺或千分尺的示值误差，等。处理方法：给出未定系统误差的限值随机误差（RandomError）

在同一量的多次测量中，以不可预知

的方式变化的测量误差分量。定义特征

多次测量时误差分布满足一定的统计分布规律。分布基本对称，相互具有抵偿性。产生原因实验条件的偶然性微小变化，如温度波动、噪声干扰、电磁场微变、电源电压的随机起伏、地面振动等。

小张身高(cm)

1.58,1.59,1.60,1.61,1.62

1.56,1.58,1.60,1.62,1.64最佳值？误差如何估算？精度

它反映测量结果中系统误差的影响。准确度（Correctness）它反映测量结果中随机误差的影响程度。精密度（Precision）精确度（Accuracy）

它反映测量结果中系统误差和随机误差综合的影响程度，简称精度。

精确度（精度）在数值上一般多用相对误差来表示，但不用百分数。如某一测量结果的相对误差为0.001%，则其精度为10-5。

反映测量结果与真值接近程度的量，称为精度，它与误差的大小相对应，误差小则精度高，误差大则精度低。准确度、精密度和精确度三者之间的关系弹着点全部在靶上，但分散。相当于系统误差小而随机误差大，即精密度低，准确度高。弹着点集中，但偏向一方，命中率不高。相当于系统误差大而随机误差小，即精密度高，准确度低。弹着点集中靶心。相当于系统误差与随机误差均小，即精密度、准确度都高，从而精确度亦高。误差的局限

测量结果：x±u单位条件

直接测量不确定度的计算

例题：用0-25mm的螺旋测微器测量钢丝的直径d，数据如表所示，试用不确定度表示