综合性物理实验绪论.ppt

1、,大学物理实验(二) 综合性物理实验,绪 论,周进 51788330 89680300（仙林） 课程主持人：苏为宁引 言,自 主 创 新,实验室一角,COLUMBIA,STANFORD 学生实验情况,实验室内有很多参考资料可供学生查阅，有各种工具和元器件供学生使用。,STANFORD 物理实验室,MIT,大学物理实验教学中心,课程体现了四个阶段的教学模式： 实验基本能力的培养 创新、研究意识的培养 综合实验能力的培养 科学研究能力的培养 教学模式体现了的波浪式前进，螺旋式上升过程。,对应的四个阶段开设课程：,实验基本能力的培养 大学物理实验 （一）,创新研究意识的培养

2、 大学物理实验（三） (学生主导型研究性物理实验，学生自主实验）,综合实验能力的培养 近代物理实验（一）、(二),科学研究能力的培养 近代物理实验研究性实验，跨教学与科研实验室参加科研,实验基本能力的培养 大学物理实验 （二）,一、实验课程的目和安排 二、如何进行设计性实验和 研究性实验 三、实验误差的基本理论,一、实验课程的目的和安排,物理学是研究物质运动一般规律的学科，它是一门以实验为基础的学科，物理实验是物理学理论的源泉和检验标准。 物理实验在培养学生独立从事科学研究、技术创新能力和理论联系实际能力等方面都具有独特的优势。,在科学研究中，实验中的某些现象往往为我们提供了线索，要善于把握住

3、这些线索中作出特有的判断，进行推测、归纳和总结然后用实验手段来验证其结果，这种能力需要逐步积累。 在大学物理实验阶段，要认识到从事科学研究和创新能力是以实验的基本知识、基本方法、基本技能的熟练掌握为基础的，同时还要注意到创造性地从事科学研究物理思维能力具有广泛的适宜性。,大学物理实验（二）目的,在大学物理实验（一）中，达到 1。培养实事求是、一丝不苟、严格认真的科学研究态度。 2。学习物理实验的基本理论、典型的实验方法及其物理思想。 3。培养动手能力、实验操作技能。,在大学物理实验（二）中，除上述目的外，开始逐步过渡到研究能力以及创新能力的培养上，而这两种能力必须在实践中得到提高.它要求在实验

4、安排上给同学一定的自主时间和空间。,1、实验的安排,第 2 周： 学生实验绪论 周五9-13点在丙316领讲义 第39周： 完成 7 个基本物理实验 第 10 周：在完成上一个实验基础上进行一次拓展 实验A（AB选做一次） 第1113周：完成3个基本物理实验 第14周：在完成上一个实验基础上进行一次拓展 实验B （AB选做一次） 第 1516周：设计性实验小论文（选做）,安排：体现逐步开放和引导,下午14：0017：00 晚上17：5020：40 星期六实验室两周开放一次 8：4016：40 可自由进行实验或预习补做实验,实验序号、内容、地点,学生分组,每一单元时间学生分为若干个组，分组名单见

5、丙区电梯口墙上 每组学生由三位老师分别指导实验 实验循序见循环表。,物理实验循环表,2、实验要求,对基本实验 预习阶段 需要将所做实验预习一遍，准备好预习报告，包含实验题目、目的、原理（要点）和使用仪器（该部分可以作为正式报告的一部分）。并准备好实验中需要的数据表格，老师会检查。,实验阶段 注意仪器的使用方法，按实验要求进行操作，实验测量数据必须用有色笔记录，经过老师的认可签字，该实验原始记录数据作为实验报告的附件与实验报告同时交。 实验完成后，必须将实验仪器整理好才能离开实验室。,实验报告 要完整：包含题目、目的、仪器、原理、数据记录和处理、思考题、实验讨论。 其中原理应列出主要的理论公式和

6、实验线路图 实验数据必须将原始实验记录重新誊写 数据处理有代数式和算术式和结果，可能的话，需要给出实验测量误差。 实验讨论可以将实验中遇到的问题、异常现象以及实验仪器的使用体会等都可以列入讨论范围，也可以向老师请教。,对拓展性实验 同学们在完成基本实验的基础上，可以就实验方法的改进，实验内容的拓展，实验环境变化等进行设计性实验，题目最好自己提出，也可以向老师要，可以独立完成，也可以与同学讨论，与老师讨论实验方案并完成实验。 结果作为基本实验的补充报告，形式不限。,对设计性实验： 作为大学物理实验课程的提高内容，可以选做，其结果作为实验考核评优的依据。 内容：1.可以将已做的拓展实验内容进行完

7、善。 2.可以在大学物理实验（一）（二）的 基本实验上进行拓展。 3.可以设计任何与物理有关的实验。 设计实验的结果以实验课题论文提交，组织交流,如何进行实验研究小论文,实验的根本目的不是要求大家会做安排好的实验，而是通过实验学习提出问题和解决问题的方法，因此，在实验小论文是衡量做实验成果的重要途径，对我们同学是提高性的要求。 实验题目：美国著名科学家F.B.Wilson提出，要是找到好的课题，等于完成一半的科研工作，可见找到好题目重要性，也反映了它的难度。,二。如何进行拓展实验和设计性实验,1. 在大学实验的范围内选题可以从“发现不满意开始”主要来源于所做实验中你认为不满意的地方或有其他想法

8、的东西。 2. 可以从最简单的实验开始，如一个单摆实验内容扩展后可以写一本厚厚的报告。 3. 可以从文献上看到我们也有实验条件可以做的，也可以其他与物理有关的内容进行实验，,例：测量地磁场的水平分量实验 实验要求是改变电流测量摆动周期从而计算地磁场。,1。做实验时你可能发现各个仪器测量结果不相同，那么你应该找原因，可能是仪器所处的环境不同，那些对实验有影响，影响引起的误差是多少，如何克服等进行定量研究。 2。也可以在实验中从摆动的幅度已经对结果的影响进行研究并与理论结果进行比较。 3。可以用该办法进行中心平面上磁场水平分量的出来，画出分别曲线图。 4。可以进行轴线上的磁场测量。 5。可以设计出

9、小磁针的磁矩的测量方案。 6。可以设计出小磁针的转动惯量的测量方案。 7。采用其他方法测量磁场如平衡法。,三、实验数据处理,回顾：在大学物理实验（一）中我们简单介绍了误差的简要处理，要求同学们掌握 直接测量量和误差问题 多次直接测量量的分析 设测量量为 x1 ，x2，xn 其测量值的平均值为 误差为,结果表示为：,理论可以证明其分布可能满足的分布为,现在我们进一步考虑实验的标准偏差问题 一个物理量多次测量，其偏差有大有小，小误差出现概率比大误差小，其结果满足一定分布,f(x),x,a,标准差（方均根值）： 连续分布 离散分布,这种分布称为正态分布,物理量的平均值：理论上为 离散分布,测量量的不

10、确定度U1,因子 与测量次数n有关,n 2 3 4 5 6 7 8 15 20,9 2.5 1.6 1.24 1.05 0.93 0.84 0.55 0.47,2。实验不确定度和测量结果的表示,国际上于1980年基本取得一致意见，用不确定度表示测量结果的不确定程度。国际计量局于1980年10月通过了实验不确定度的说明建议书，建议用不确定度(uncertainty)取代误差（error）来表示实验结果，用以评定实验结果的质量，表征被测量真值在某个量值范围内的可信程度。即：待测物理量=测量值不确定度（单位）（置信概率p=?） 即：Y=（?）10n（单位）（p=?）。如R=47.50.3 (P=0.683)。 它的物理意义是：R的真值在(47.50.3)范围内的可能性为68.3%,不确定度的分类,不确定度可分为 A类不确定度（统计不确定度）用S表示 B类不确定度（非统计不确定度）用V表示。 （它们与误差分为偶然误差和系统误差没有完全对应的关系）。它们的分量合成采用方和根合成： 教学实验中，单次测量没有S分量，多次测量S只有一个分量。V的分量要根据具体的测量进行分析，至少有一个分量仪器误差分量,间接测量不确定度的计算(不确定度的传递),设,绝对不确定度,相对不确定度,数据处理线性回归（最小二乘法）,设物理量