基础物理实验理论市公开课一等奖省赛课获奖课件

合肥工业大学电物学院大物试验中心大学物理实验电子教案第1页绪第2页一，物理试验课目标1，经过对物理试验现象观察和分析，学习利用理论指导试验、分析和处理试验中问题方法。2，培养学生从事科学试验初步能力。3，培养学生实事求是科学态度、严谨踏实工作作风、勇于探索、坚忍不拔科学精神和品德。

第3页期望

提出一个问题往往比处理一个问题更主要，因为处理问题可能仅仅是一个教学上或试验上技能而已。而提出新问题，从新角度去看旧问题，都需要有创造性想像力，而且标志着科学真正进步。-----阿尔伯特·爱因斯坦第4页二、物理试验课主要教学步骤1，试验预习2，试验操作3，试验总结第5页三、物理试验课教学要求1，课前要写预习汇报2，课后要按时完成试验汇报3，不允许缺乏两次以上试验课第6页试验汇报实例第7页试验汇报实例第8页试验汇报实例第9页试验汇报实例第10页试验汇报实例第11页第一章第12页一、测量与误差基本概念1，测量：是将待测物理量与选作计量标准同类物理量进行比较，并得出其倍数过程。倍数值成为待测物理量数值，选作计量标准称为单位。一个物理量测量值应由数值和单位两部分组成。如：x=123.5mm第一节测量与误差第13页2，分类按测量伎俩测量可分为两类：（1）直接测量：能够用测量仪器或仪表直接读出测量值测量。（2）间接测量：待测物理量无法进行直接测量，需要依据待测量与若干个直接测量值函数关系求出。g=4²l/T²第14页从测量条件上能够分为：（1）等精度测量：对一个物理量进行屡次重复测量时，每次测量条件都相同一系列测量。如：用同一把游标卡尺屡次测量一个物体长度。（2）不等精度测量：对一个物理量进行屡次重复测量时，测量条件完全不一样或部分不一样，各测量结果可靠程度也不相同系列测量。如：用米尺和游标卡尺测量同一个物体长度。第15页3，测量误差（1）真值：在某一时空状态下，待测物理量所含有客观实际值。用数字表示时，应是一个无穷多位数。（2）测量误差：测量值X和真值X0之间差异：△=X-X0偏差：△Xi=Xi-XX为算术平均值，Xi为第i次测量值。第16页（3）误差分类：a，系统误差：在屡次测量同一物理量时，符号和绝对值保持不变误差；或按某一确定规律改变误差。如仪器缺点、测量理论不完善、环境改变对测量结果造成误差。B，随机误差（偶然误差）：在实际测量条件下，屡次测量同一物理量时，误差符号和绝对值改变：时大时小、时正时负；以不可预定方式改变着误差。第17页C，粗大误差：因为观察者错误使用仪器、观察错误或统计错误数据等不正常情况下引发误差。粗大误差会显著地歪曲客观现象。因为误差性质不一样，起源不一样，处理方法不一样，对测量结果影响也不一样。有时系统误差和随机误差能够加以区分，有时则难以区分，有时二者之间能够相互转化。第18页4,测量精密度、准确度和准确度

（1）精密度：表示测量结果中随机误差大小程度。

精密度高，即测量数据重复性好、随机误差小。

（2）准确度：表示测量结果中系统误差大小程度。

准确度高，即测量结果靠近真值程度好、系统误差小。

（3）准确度：表示测量结果中随机误差和系统误差综合。

第19页二、系统误差1，系统误差种类：（1）仪器误差（2）理论方法误差（3）环境误差（4）个人误差物理试验中只考虑仪器误差。第20页仪器误差：仪器误差是指在仪器要求使用条件下，仪器指示数和被测量真值之间可能产生最大误差，用△仪来表示。仪器上假如没有注明预计以下：（1）用仪器最小刻度估测：△仪=最小刻度/2（2）用仪器级别进行估测：△仪=量程×级别%（3）数显式用读数最小单位估测。测量仪器标准误差为：或0.683△仪第21页三、随机误差1，随机误差统计分布规律大部分测量中随机误差服从正态分布规律，也有服从泊松分布、均匀分布、t分布等。2，随机误差处理（1）算术平均值-бб第22页（2）测量列标准误差n次测量中某次测量值标准误差为：第23页（3）算术平均值标准误差经过屡次测量后取得一组试验数据，并把求得算术平均值作为测量结果，假如在完全相同条件下再重复测量时，因为随机误差影响，不一定能得到相同算术平均值，这表明算术平均值本身也有离散性。故引入算术平均值标准误差：第24页四、测量不确定度1，测量不确定度概念测量不确定度是指对测量结果不能必定程度。即提供测量结果范围，使被测量值能以一定概率位于其中。2,标准不确定度A类评定因为A类评定是对一系列观察值用统计分析进行标准不确定度评定方法，所以能够用随机误差处理结论来表述。第25页详细表述为：算术平均值：某一次测量值A类标准不确定度：第26页算术平均值A类标准不确定度：бX=бA3，标准不确定度B类评定B类评定是用其它方法（非统计方法）进行评定标准不确定度。当被测量值X标准不确定度不是由重复测量得到时，可用对X可能改变全部信息预计来评定。第27页在大学物理试验中，为了简单化，普通假定测量B类不确定度主要起源于测量仪器误差，详细表述方法以下：测量仪器标准误差为：普通用б仪来表示B类标准不确定度

б仪=бB第28页4，合成标准不确定度评定在实际测量中，测量值可能现有A类不确定度分量，也有B类不确定度分量，这么就要合并成为一个总标准不确定度б合，依据标准误差合成公式，有：第29页五，直接测量结果不确定度表示1，单次测量结果不确定度表示X=X测±б仪X测是单次测量值。相对不确定度表示为：第30页2，屡次测量结果不确定度表示X=X±б合公式中相对不确定度表示为：第31页例题：用米尺(△仪=0.5mm)测量一钢丝长度,共测六次。测量数据以下：x1=14.0mm、x2=14.4mm、x3=14.9mm、x4=14.2mm、x5=14.1、x6=14.8mm、试计算测量结果。解：测量列算术平均值为第32页测量列合成标准不确定度为测量列相对不确定度为最终测量结果表示为X=X±б合=14.4±0.4(mm)Ex=2.3%第33页六、间接测量结果不确定度表述设间接测量函数关系以下Y=f（X1，X2，X3，…，Xm）公式中Y为间接测量量，X1，X2，X3，…，Xm为直接测量量，其算术平均值、不确定度分别为

X1，

X2，

X3，…，

Xm。和б

1，б

2，.

б

m间接测量值为

Y=f（

X1，

X2，

X3，…，

Xm）第34页间接测量结果不确定度为：公式中第35页间接测量相对不确定度为：第36页[例题]用流体静力称衡法测量固体密度公式为ρ=mρ

0/(m-m0)，若测得m=(29.05±0.03)(g)，m0=(19.07±0.03)(g),ρ

0=(0.9998±0.0002)(g/cm³)，试计算测量结果。解(1)

ρ=mρ

0/(m-m0）=29.05×0.9998/(29.05-19.07)=2.91(g/cm³)(2)因б

m=0.03(g),б

m0=0.03(g),бρ

0=0.0002(g/cm³)故第37页бρ=ρE

=0.01(g/cm³)ρ=ρ±бρ

=(2.91±0.01)(g/cm³)第38页一、有效数字定义用一个米尺测量一个物体长度，测量读数为41.15cm，其中前三位数41.1cm是直接依据米尺上刻度读出，称为可靠数字。而最终一位0.05cm是由最小刻度之间预计出来，称为可疑数字，即有误差数字。把测量结果中可靠几位数字加上可疑一位数字统称为测量结果有效数字第二节有效数字第39页二、有效数字在实际中应用（1）仪器有效数字:估读到最小刻度下一位.测量值有效数字既反应被测量物理量大小又反应所用仪器测量精度。（2）“0”在有效数字中作用：“0前面有非0数字时0为有效数字，0前面全是0，0不是有效数字”。

“0”位置不一样,作用也不一样。如：0.0315m中两个“0”都不是有效数字，3.04cm和2.10cm中“0”都是有效数字。（3）科学表示式：小数点前有一位不为0数字，乘10幂次方。如：2.050×10³为四位有效数字。第40页（4）结果表示：

不确定度

：仅取一位有效数字，尾数只

进不舍。测量量平均X：最终一位有效数字取至与

不确定度

有效数字对齐。相对不确定度E：取两位有效数字，尾数只进不舍。（5）单位换算：测量结果单位换算不影响有效数字位数。1200g=1.200kg（6）常数和系数有效数字：取到不降低有效数字位数。位数能够认为是无限位。第41页三、有效数字运算规则1，四则运算（1）参加运算各数字能够认为最终一位是可疑，其它数码是可靠。（2）可靠数码之间运算结果仍为可靠数码。（3）可疑数码参加四则运算结果是可疑数码，进位和借位认为是可靠数码。（4）最终结果按四舍五入法仅保留一位可疑数码。第42页（1）加减法：5.345

+30.25.345+30.2

——————35.5455.345

+30.2=35.5

一样有：35.48-20.3=15.2第43页（2）乘除法运算规则：计算结果有效数字位数保留到和参加运算各数中有效数字位数最少位数相同，进行四舍五入。如：2.7×3.902÷3.4567=3.0第44页2，函数运算有效数字取位已知x，计算y=f(x)时，取б

x为x最终一位数量级，利用不确定度传递公式б

y=|f’(x)|

б

x预计y可疑数码位置，y计算结果最终一位就取б

y那一位。例题：已知x=56.7，y=lnx,计算y取бx=0.1,бy=|f’(x)|бx=б

x/x=0.1/56.7=0.002所以y=ln56.7=4.038第45页一、列表法标准：（1）简单明了，便于看出相关物理量之间关系，便于处理数据。（2）在表格中均应标明物理量名称和单位。（3）表格中数据要正确反应有效数字。（4）必要时应对一些项目加以说明。第三节实验数据的处理方法第46页二、作图法1，图示法：物理试验所揭示物理量之间关系能够用坐标纸在某一坐标平面内由一条直线表示。2，图解法：是依据试验数据所做曲线，用解析法找出对应函数形式，并求出其函数参数，得出详细解析式。第47页三、逐差法逐差法是对等间距测量有序数据进行逐项或等间隔项相减得到结果。它计算简便、能够充分利用测量数据，及时发觉差错、总结规律。1，逐差法使用条件（1）自变量是等间距改变。（2）被测物理量之间函数形式能够写成x多项式。普通为线性关系：y=a0+a1x第48页2，逐差法应用（1）验证函数形式是线性关系如：测量弹簧倔强系数试验中，让外力F等间隔改变9次，分别统计弹簧下端位置：L0，L1，L2，…，L9。把所测数据逐项相减得：△

L1=L1-L0，△

L2=L2-L1，…，△

L9=L9-

L8看△

L1

、△

L2

、…、△

L9是否基本相等。假如基本相等就验证了线性关系。第49页（2）求物理量数值

△

L=(△

L1+△

L2+…+△

L9)/9=[(L1-L0)+(