大学物理实验预备知识(新)

1、大学物理实验导论，郑州大学物理实验中心，1。大学物理实验，其位置、功能、客观测量和有效数字测量误差及处理方法。测量结果的不确定度表明了数据处理的基本方法。如何做好物理实验课的实验成绩评估和本学期的课程安排？许多物理理论和定律是在实验新发现的基础上提出来的，并通过实验得到进一步验证。物理实验的地位和作用，物理学、理论物理学、实验物理学的研究方法和物理学的发展，积累了丰富的实验方法，创造了无数精密仪器，广泛应用于工程技术和生产实践的各个领域。如计量技术、激光技术、半导体技术、真空技术、航空航天技术等。现代理论物理和实验物理的发展孕育了现代高科技的成长和发展。现代信息技术发展和物理学发展的起源：19

2、47年，贝尔实验室的巴丁提出了晶体表面理论；1948年，巴丁和布莱顿发明了第一个双点接触晶体管；1949年，贝尔实验室的肖克利提出了pn结理论，并发明了结型晶体管；1958年，杰克基尔比发明了第一个集成电路；1967年，大规模集成电路问世；1977年，超大规模集成电路诞生。从而为现代信息技术的发展奠定基础。高科技的发展需要不断探索新理论、新材料、新方法和新工艺。为此目的进行的科学实验在实验设计、实验方法、仪器选择和数据处理方面从物理实验移植和扩展而来。4.大学物理实验3。物理实验是独立于大学物理的基础课程。物理实验可以系统地培养学生的实验方法和技能，培养和提高学生的科学实验素质和素养。物理实验

3、课采用案例教学，每个实验都是一个案例。它的内容要么是测量一些物理量，要么是研究某种物理规律。学习实验涉及一般科学实验的全过程：提出任务、研究实验原理、设计实验方案、选择仪器设备、安装调试、按照设计方案的步骤进行实验、观察现象、记录数据、处理数据、分析结果和撰写实验报告。实验过程中经常有许多随机因素。学生应该正确运用理论知识和实验技能来发现问题、分析问题、解决问题、观察现象和总结结论。大学物理实验，物理实验课的目的，学习实验知识，培养实验能力，提高实验素养，大学物理实验，通过观察和分析实验现象，测量物理量，学习物理实验知识和设计思想，掌握和理解物理理论。学习实验知识，7、大学物理实验，借助教材或

4、仪器手册正确使用常用仪器；用物理理论对实验现象进行初步分析和判断；正确记录和处理实验数据，绘制实验曲线，解释实验结果，撰写合格的实验报告；能根据实验目的和仪器设计合理的实验。培养实验能力，8、大学物理实验，培养理论联系实际、实事求是的科学作风；认真的工作态度；积极的研究和创新的探索精神；遵纪守法、团结协作、爱护公物的良好品德。提高实验素养，9，大学物理实验，测量和有效数，阅读有效数，有效数的运算，有效数尾数的舍入规则，10，大学物理实验，物理实验是以测量为基础，所谓测量是指利用适当的工具或仪器，科学地比较反映被测对象某些特征的物理量(被测物理量)与所选的同类作为标准单位测量，11，大学物理实验

5、，直接测量：将待测物理量与所选同类物理量的标准单位直接比较，得到的比值即为待测物理量的测量值；间接测量：被测物理量的测量值是利用被测物理量和一些直接可测量量之间已知的函数关系获得的。测量，测量，12，大学物理实验，读数的有效数，测量值=读数值(有效数)，单位有效数，可靠数(一位数字)，13，大学物理实验，35 36(厘米)，2。有时读数的估计位置是在最小刻度位置。例如，如果仪器的最小指数值是0.5，那么0.1-0.4和0.6-0.9都是估计的，所以没有必要估计下一个位置。3。对于游标测量工具，读取卡尺的分度值。别猜了。4.不需要评估数字仪器和步进读数仪器。1.加减：加减后，计算结果中小数点后位

6、数与参与计算的数字中小数点后位数最少的数字相同。4.178 21.3 25.478=25.5，有效数字操作，2。乘法和除法：在乘法和除运算之后，计算结果的有效数字与因子中的最低有效数字相同。4.178 10.1 4178 4178 421978=42.2、16，大学物理实验，有效数运算，3，幂公式：有效数与底部有效数相同。4.对数函数：运算后的尾数位数与真位数相同：LG 1.938=0.2973 LG 1938=3 LG 1.938=3.2973 5。指数函数：运算后的有效位数与指数小数点后的有效位数相同(包括小数点后的零)。示例：106.25=1.8 106 100.0035=1.008，1

7、7，大学物理实验，有效数运算，6，三角函数：位取决于角度有效数。示例：Sin3000=0.5000 Cos2016=0.9381 7。常数和测量值的有效数字位数相同。18，大学物理实验，有效数字尾数的舍入规则，例如：将以下所有数字舍入为四个有效数字1)尾数4，1.118400001.118 2)尾数6，1.118600001.119 3)尾数5，A)5的右侧有一个不是0的数字：1.11859991.119 1.118500011.119b)如果大学物理实验，测量误差及其处理方法，测量误差系统误差随机误差，测量误差，测量误差，真值和误差，测量值：根据一定的理论方法和使用一定的仪器直接或间接测量得

8、到的物理量的值。误差：真值：物理量的客观存在值与测量中使用的理论方法和仪器无关。21，大学物理实验，2，错误分类，意外错误：当同一被测对象被多次测量时，其幅度和符号以不可预测的方式变化的错误分量。所有测量都存在测量误差。消除或减少误差和估计误差是测量不可缺少的组成部分。系统误差：当多次测量同一个被测对象时，其大小和符号保持不变或以某种可预测的方式变化的误差分量。22、大学物理实验，系统误差，仪器误差，不平衡臂引起的系统误差，1、系统误差源，系统误差，公式(忽略空气阻力)，理论误差，方法误差，插值。系统误差、26、大学物理实验、环境误差、商用电源干扰、输入、点检流计、接近时、静电干扰、使光点移动

9、等。，系统误差，27，大学物理实验，系统误差，确定系统误差：在测量结果中引入校正以消除误差。例如，当用伏安法测量电阻时，应计算仪表内阻引起的校正。不确定系统误差：采用适当的测量方法可以补偿和消除误差。如交换法、补偿法、不同个数的偏移法等。对于无法消除的误差，应估计分布范围。2.系统误差、随机误差以及随机误差对各测量结果的影响的处理方法是随机的。但是在许多测量中，它显示了一个明确的规则统计规则。因此，统计规律可以用来客观地估计和评价随机误差的影响。1.原因：实验条件和环境因素不规则波动，导致测量值在真实值附近波动。随机误差无法消除。29，大学物理实验，随机误差，2，无限测量，随机误差服从正态分布

10、，30，大学物理实验，随机误差，小标准误差：表示测量值密集，随机误差分布范围窄，测量精度高；标准误差大意味着测量值分散，随机误差分布范围广，测量精度低。标准误差表示测量值的离散程度，31，大学物理实验，随机误差，任何测量值落入区间的概率是，这个概率叫做置信区间，0.683，32，大学物理实验，随机误差，扩大置信区间可以增加置信概率，33，大学物理实验，随机误差，测量次数都比较高。当分布时，算术平均值应该引入置信区间和置信概率的计算中。2.对于有限数量的测量，随机误差服从T分布。34.在大学物理实验中，多次测量的算术平均值被用作待测量的最佳估计值。可以证明，当测量次数趋于无穷大时，算术平均值等于

11、真值。随机误差，假设物理量已经被测量了有限的次数，测量值为：3，用算术平均值代替真值，35，大学物理实验，随机误差，4，平均值的标准偏差，测量列的单次测量的标准偏差，测量列的平均值的标准偏差，以及要测量的值在置信区间内的置信概率为0.683。36，大学物理实验，随机误差，如果置信概率增加到，置信区间为，这是与测量次数和置信概率有关的量。一般来说，我们把测量的次数记为6。在物理实验中，置信概率一般取为0.95，那么T分布的相应置信区间可以写成：或、37，在大学物理实验中，测量结果的不确定度是表示出来的，不确定度的基本概念是直接测量不确定度的估计和间接测量不确定度的结合、38，在大学物理实验中，不

12、确定度的基本概念是概念：否。含义：不确定度是在一定置信概率下测量真值范围的评定。置信概率一般为0.95，大学物理实验39，a类成分：这可以用统计方法估计。根据国际标准化组织1993(E)的精神，总不确定度可分为两类：b类分量：不能用统计方法估计。总不确定度：是仪器误差，40，大学物理实验，4，电表指示误差，量程准确度等级%。注：仪器错误示例：1。游标卡尺和仪表指示误差应使用卡尺分度值。2。025毫米和2550毫米范围内的螺旋千分尺和一级千分尺的示值误差均为3毫米。天平的指示误差被同意为天平最小分割值的一半。5。对于数字仪表，指示误差应以最后一位数字的最小刻度为单位。6。仪器的指示误差或准确度水

13、平未知，最小指标值的一半可作为指示误差(限值)。7、电阻箱、电桥等。使用特殊的f、41、大学物理实验中，直接测量的不确定度的估计和表示，其等效精密测量系列计算如下：2。用已知的系统误差校正平均值。3。计算标准偏差：4。算一个分量：42，大学物理实验，7。测量结果显示：6。合成，5。估计B分量：当它是不必要的，无法多次测量，或仪器的精度差时，只测量一次，43，大学物理实验，例1:用螺旋测量。原始数据表，直接测量不确定度的估计和表达，44，大学物理实验，例题解：误差为小数点后第三位，三位有效数字，45，大学物理实验，标准偏差：保持一位，不确定度A分量：总不确定度：不确定度B分量：测量结果指示2。被

14、测不确定度与各直接测量量的不确定度之间的关系如下：(1)计算和差方便，(2)计算乘除方便，(4)在大学物理实验中合成间接测量不确定度方便；(3)需要根据公式计算间接测量量33 360或相对不确定度：的不确定度；(1)有必要计算每个直接测量量的平均值和合成不确定度，2。计算间接测量的平均值：4。测量结果如下：48。大学物理实验，例2:如下测量圆柱体的质量m、直径d和高度h，并计算其密度和不确定度。间接测量不确定度的合成，示例2解决方案：1。圆柱密度公式：49，大学物理实验，3。间接测量量的不确定度计算，只有一个误差，50，大学物理实验，测量结果：最后一个与误差位对齐，51，大学物理实验，数据处理的基本方法，在大学物理实验中，绘图法用于处理实验数据，可以直观地显示物理量之间的函数关系，也可以用来寻找一些物理参数，是一种重要的数据处理方法。在绘图时，我们应该先整理数据表，然后用绘图纸绘图。1.选择适当的坐标分割值来确定图表纸张的大小。坐标分割值的选择应基本反映测量值的精度或精密度。根据表数据，1毫米的U轴对应于0.10伏，1毫米的I轴对应于0.20毫安，并且图形纸的尺寸(略大于坐标范围和数据范围)可以确定为大约130毫米和130米。标记坐标轴：用粗实线画坐标轴，用箭头标记轴的方向，标记名称或符号和坐标轴的单位，然后在坐标轴的整个框架上依