普通物理实验(误差分析)第二版(2010级)

1、物理实验学生学到了什么？1.学生在实验班吗？(1)学习实验方法、测量仪器、数据处理问题和操作技巧。(2)研究实验的物理思想。(3)提高思维能力，尤其是创造性思维能力。A.综合运用现有知识解决实际问题。B.发现并提出问题。C.灵活考虑问题D.预见事物的未来。E.提出新的想法。2.探索中的研究3.误差分析分析错误的来源。4.实验结果的评估5.实验的物理思想设计一个物理过程，将不可预测或不可预测的量转化为可测量或可测量的校准量。6.提问(1)实验方法和仪器不完全清晰的问题。(2)实验后理解问题更重要，更有创造性。第一章物理实验的目的、地位和重要性物理学是一门重要的基础科学。它是所有科学、工程、医学和

2、农业专业的基础课程。普通物理实验是物理的坚实基础。1.物理实验课的目的物理学是一门实验科学。物理实验是一门独立的学科，不同于其他学科。它有自己完整的知识结构和独特的理论和方法。物理学中新概念的建立和新定律的发现依赖于反复实验。物理实验的方法、思路、仪器和技术已广泛应用于自然科学和技术部门的各个领域。物理实验课是学生进行实验教育的入门课程。其目的是使学生在学习物理实验基础知识的同时接受严格的训练，掌握初步的实验能力，养成良好的实验习惯和严谨的科学作风。物理实验课的要求：(1)学习基本的实验方法、仪器和数据处理知识。(2)锻炼手的操作能力。(3)学习实验的物理思想。(4)培养思维能力思维：在观察的

3、基础上，进行分析、综合、判断、推理和提出新观点的认知过程。例如：A.观察现象，分析测量数据，判断实验是否正常。对实验故障的分析和判断可以发现问题并及时解决。C.回顾实验记录，我们可以发现存在的问题。D.分析实验结果，给出适当的评价，并提出深层次的思考问题。在实验班，学生有很强的自主性和更大的独立性。我希望学生能以研究者的态度组装实验装置，进行观察和分析，讨论最佳实验方案，积累经验和锻炼技能，为今后独立设计实验方案和解决新的实验课题创造条件。2.物理实验的地位和重要性物理学是一门严谨的科学，它的所有理论都应该通过实验来验证。物理学理论体系的建立必须以实验为基础。因此，物理实验在整个物理学中占有极

4、其重要的地位。这可以从物理学发展的漫长历史中得到证明。(1)匀加速运动的定义匀加速运动：如果一个物体从静止状态开始，并在相等的时间间隔内获得相等的速度增量，那么这个物体的运动就是匀加速运动。这个定义无疑是正确和完美的。然而，伽利略在开始寻找这个定义时给出了以下定义：在下落过程中，物体获得的速度与下落距离成正比，即匀加速运动是速度与通过距离成正比的运动。这个定义是错误的。伽利略通过著名的“倾斜实验”验证了这个定义。(2)物理光学的建立物理光学的建立完全是从实验开始的。意大利物理学家格里马迪在观察放置在光束中的小棒时，发现小棒的阴影比几何光学计算的尺寸要宽。此外，在阴影的边缘还有几层彩色条纹。这表

5、明光线在物体的边缘有轻微的扭曲。他是第一个称之为衍射的人。正是由于“衍射”现象的发现，光学才取得了巨大的进步并建立了理论基础丹麦物理学家奥斯特在他的研究中注意到了这样一个现象：1751年，富兰克林发现用莱顿罐发电可以使焊条和钢针磁化或退磁，这表明电和磁之间存在某种内在联系。1819年冬天，当奥斯特在哥本哈根大学讲授电学和磁学时，他分析了前人未能发现电流方向上的磁效应这一事实。他认为磁效应可以像电流通过导线时产生的热和光一样辐射到所有的侧面，这是一种横向效应，而不是纵向效应。因此，应将磁针放在载流导线的上、下、左、右四面进行观察。1820年4月的一个晚上，当他在做一个关于“热和电的相互关系”的演

6、讲时，他的助手打开了电池的电流，电流流过非常细的铂丝，使铂丝变红。他的眼睛迅速瞥了一眼磁针(它悬挂在铂丝附近的一根导线上，与铂丝平行)。通电后，磁针似乎突然离开它的位置，向垂直于铂丝的方向摆动。这表明电和磁之间有某种联系。正是这种旋转使电磁学迅速发展，并预示着电力技术应用的巨大可能性。(4)法拉第电磁感应定律的发现法拉第受到电流磁效应的启发，认为变化的磁场可以产生电流，这一点得到了实验的验证。法拉第实验后，能产生感应电流的情况可归纳为五类：A.改变电流B.变化的磁场C.稳定的运动流D.移动磁铁E.在磁场中运动的导体正是随着这一发现，电力技术发展迅速。综上所述，可以看出，物理理论的建立一般遵循以

7、下规则：观察一般现象(积累实验经验)提出工作假设用数学或逻辑方法得出结论实验检验修改结论推广。结论：实验是理论建设中不可缺少的重要环节。第二章普通物理实验的基本过程要做任何事情，必须有一定的工作程序，以及普通的物理实验。其基本过程分为四个步骤：1.准备2.观察和记录3、数据整理和分析4.实验报告2.1准备准备是指实验前要做的工作。做实验前，我们应该从两个方面准备：根据以上两点，写一份预览报告，并在了解每个直接测量值和间接测量值之间关系的基础上，准备实验中数据记录所需的各种表格。2.2观察和记录实验时，应根据实验原理和仪器的工作条件安装仪器。熟悉仪器的使用方法后，按照预先设定的实验步骤进行正式测

8、量(最好在正式测量前进行试测，以确定整个实验装置是否能正常工作，并粗略检查测量的准确性)。用实验中测得的数据填写记录表格。观察实验时，应注意实验中的各种现象，尽可能消除异常因素，以保证实验的准确性。2.3数据整理和分析实验完成后，根据数据处理原理对实验数据进行处理，并对实验结果进行可靠性分析。2.4实验报告实验报告是对整个实验过程的全面总结。2.4.1预览报告预览报告应包括以下内容：1.实验原理2.实验设备3.实验步骤4.记录表格5.问题的答案2.4.2报告的基本内容完整的实验报告应包括以下内容：1.实验的目的；2.实验的理论基础；3.实验中使用的仪器设备；4.实验步骤；5.原始数据；6.数据

9、处理；7.结论和不确定性分析；8.思考。2.4.3注释1.不确定性分析的目的测量不确定度的分析和计算是实验工作中必不可少的环节。以下内容4)增强不确定性分析能力。2.测量结果的评估实验结果是否符合要求以及其准确性如何，将在实验完成后进行评估。评估方法如下：1)计算不确定度和相对不确定度：当总不确定度与仪器的不确定度相比不明显过大时，认为测量满足要求。2)当测量结果(Y)与识别值(标准值Ay)之差不超过其标准不确定度的3倍时，可认为测量结果与识别值在测量误差范围内一致。那就是：3)当时，可能是：测量误差；有未发现的和相对较大的不确定性来源；实验原理或仪器有问题。4)在实际工作中，测量通常面临未知

10、的物理量。因此，我们必须在实验中不断学习，以提高测量和分析的准确性。只有这样才能评估未知物理量的测量结果。3.实验的分析与思考实验结束后，不仅仅是写实验报告的问题。在实验报告中，应该有一些东西来反映对实验的思考。通过思考，我们可以改进实验。这种改进可以在原理上、仪器上或操作上进行。综上所述，实验结束后，实验报告是对整个实验的综合总结。第三章数据处理实验数据的分析和处理方法是一种基于统计规律的严格的处理方法。这是实验中不可缺少的一部分。数据处理问题贯穿于整个实验过程。实验前：根据实验结果的不确定性要求，设计实验方案。1.考虑实验理论的近似对实验的影响；2.考虑环境因素对实验的影响；3.考虑实验仪

11、器设备的选择等。在实验过程中，利用数据处理的原理，随时对测量数据进行粗略判断，并粗略确定其准确性。这样，在实验过程中可以发现大多数错误。实验结束后：对实验数据进行处理，得出实验结果和不准确性，并对实验结果做出最终评价。通过对数据的分析，找出规律，然后调整实验方案，再次进行实验，直到获得满意的结果。综上所述，为了做好物理实验，必须掌握数据处理的知识。3.1测量所谓的测量是指为了确定幅度而进行的一系列操作。指通过实验确定物体测量值的过程。测量形式多种多样，通常可分为两类：1.直接测量直接测量是指通过将测量值与标准物体或类似单位的测量仪器直接比较来测量测量值。例如：用米尺测量物体的长度，用天平测量物

12、体的质量，等等。2.间接测量间接测量是指通过已知的函数关系从一个或几个直接测量值计算出测量值的测量。例如，重力加速度的测量、物体密度的测量等。在物理实验中，大多数物理量不能直接测量，只能间接测量。3.工具仪器是指所有用于直接或间接测量被测物体值的仪器，如标尺、游标卡尺、秒表、惠斯通电桥、光栅光谱仪等。4.测量结果所谓的测量结果是指通过测量给出的要测量的值。完整的测量结果应包括测量结果和测量值的测量不确定度。一个国家最精确的测量仪器是主要的基准。全国各地的主要基准也验证了一些工作基准。实验室使用的仪器应通过工作基准进行验证。5.仪器的准确度等级该仪器被用作测量过程中进行比较的标准。这要求仪器是准

13、确的(至少它应该满足实验本身的不确定性要求)。然而，在实验中，由于测量目的不同，对仪器精度的要求也不同。即使同一实验中不同的直接测量值对最终结果的误差有不同的贡献，在测量仪器的精度上也应做出不同的选择。为了满足各种测量对仪器精度的不同要求，国家规定将仪器分为几个精度等级，以满足不同测量的要求。各种不同等级的仪器对准确度都有具体的规定。仪器的精度等级是指满足一定测量要求并使其误差保持在规定范围内的测量仪器的等级。然而，并不是每一种仪器和设备都必须有相应的精度等级。一般来说，测量工具、仪器和测量传感器可根据其允许误差分为其精度等级。然而，对于零点仪器和给出算术平均值作为测量结果以测量某个值并进行多

14、次读数或计算多次测量值的仪器，精度等级可能不被划分。该实验仪器具有多项性能指标。然而，在实验中要注意的是它的测量范围、精度等级和工作条件。综上所述，在选择实验仪器时，应适当选择仪器的准确度等级。一般来说，在满足测量要求的情况下，应尽可能选择精度较低的仪器。减少高精度仪器的使用次数，可以减少重复使用的损耗，延长仪器的使用寿命。3.2错误在实验中，每个被测者都有一个真实的尺寸，它不会随人的意志而改变：真实的价值。真实值是与给定特定量的定义一致的量。理想的测量结果是真实的，但事实上它是未知的。因为：1.测量仪器的精度有限；2.实验环境条件对实验有很大影响；3.观察者的操作和读数不能100%准确；4.

15、实验原理的近似处理。由于上述原因，在实验中通常使用约定的真值作为真值。所谓商定的真实价值是指具有适当不确定性的价值，并为某一特定目的提供一定数额，有时价值是商定的。误差定义：测量结果减去测量真实值：测量值(X)-真值(A)=误差()误差是世代数，可以是正数或负数。由于不能确定地知道真实值，所以不能确定地知道测量值的误差。因此，测量的任务是：1.给出测量真实值的最佳估计2.给出真实值最佳估计的可靠性估计最好的估计是误差最小、可靠性最高的估计。为了减少误差，有必要找到误差的来源，尽可能消除或减少其对测量的影响。测量误差是由各种因素引入的误差的综合影响。例如，用单摆测量重力加速度的实验。理论上，要求

16、质量由非质量和非弹性线悬挂。当摆角接近零时，摆长和周期之间存在关系。然而，由于各种原因，许多实验没有达到理论要求。这个实验中的主要误差来源是：仪表标尺和秒表本身的不准确性；仪器操作不正确；仪器读数不准确；摆线质量不为零；钟摆的体积不是零；摆角不为零；有空气浮力和阻力；支点状态不理想；支架振动或气流。这些错误的来源可以总结如下：1.理论：理论近似；2.仪器：仪器精度；3.实验设备：仪器之间的连接和协调；4.实验条件：实验装置满足实验条件和理论要求的程度；5.观察者：一个人自身心理和生理条件的局限性。3.3几个常见错误从以上分析，我们可以看出根据错误发生的条件，错误处理应采用不同的处理方法。首先，有必要了解各种类型错误的特点、原因和遵循的规律，以便解决问题，减少甚至消除错误。3.3.1系统错误1.系统错误的定义系统误差是指对同一被测物体进行无限次测量所得结果的平均值与重复性条件下的测量值之间的差值。在同一测量下的多次测量过程中，它保持不变或能预测de模式变化的测量误差，即测量中获得的测量值