2015-2工科基础物理实验绪论.ppt

1、物理实验绪论,物理实验课程的教学要求,课前预习物理实验的重要环节,课前必须预习 ！,课前预习 明白实验原理、方法、做什么以及怎么做实验 知道实验中的注意事项和预习中存在的问题 课前预习完成实验报告本上“预习报告”的内容 设计出 原始数据的表格！ 预习合格者进行实验，不合格者重新预习，下次再进行实验。 预习成绩计入实验总分。,课内实验要细致耐心,实验课必须携带：实验教材、已完成相应预习内容的实验报告本、方格纸、计算器及必备的文具。选做实验须携带一卡通，在实验中心各楼层刷卡机上刷卡开启实验桌电源 实验课非数据测量课，实验时应严肃认真，胆大心细；努力训练独立分析和解决问题的能力。养成严谨求实的实验作

2、风及良好的实验习惯。 如实记录原始数据（勿用铅笔），不能凑数据、造数据，抄袭数据一经发现，该次实验成绩记零分,课内实验注意事项,实验课应注意安全，正确使用、爱护仪器，如有遗失或损坏仪器等情况发生，及时向指导教师报告，教师将酌情按有关章程处理。 实验完毕经指导教师审核签字后方可结束实验。无特殊情况未经任课教师允许，不得提前离开实验室,牢记上课时间：（迟到超过20分钟的同学不得进行本次实验） 上午 9:45-12:45 下午13:45-16:45 晚上18:15-21:15,课内实验注意事项,实验教材、讲义和报册：教材大学物理实验有印刷错误，勘误表见网站通告栏；物理实验报告册和方格纸可由班长到学校

3、教材科统一购买，建议平均每个实验准备1本报告册和1张方格纸。,课后实验报告要求完整而规范,1、实验名称：明确做什么实验！ 2、实验目的：明确实验要求达到的目的，以便检验实验后的效果！ 3、仪器设备：写清仪器设备的名称、型 号和规格，以及实验仪器的编号。 4、实验原理：简要原理(或定律)及计算 公式(光学、电磁学等实验，还要画出光路图或电路图)；,课后实验报告要求完整而规范,5、实验步骤 ： 实验中所做过内容的简要步骤,6、实验数据表格及数据处理：包含原始数据的表格、计算、图表、误差分析等 7、实验结果：实验的结论,8、分析讨论 ： * 实验结果是否合理及实验误差分析 * 实验中存在的问题及需要

4、改进的地方 * 好的 意见和建议,必做：交至田家炳楼二楼大厅东侧 “理工必做交报告柜”的对应实验时间和任课教师的报告箱中； 选做：交至田家炳楼二楼大厅东侧 “理工选做交报告柜”的对应任课教师报告箱中。 注意：交报告请务必看清报告箱标识，切勿交错，避免教师无法拿到报告而影响成绩。实验报告首页上写清楚实验项目、实验时间（注明上午、下午还是晚上）、任课教师等详细信息，这样若有教师或学生捡到您的报告册可根据此信息递送给相关教师。,课后实验报告递交：每次实验课后 一周内递交,必做：任课教师在下一次实验课时将批改后的实验报告返还。 选做：四周后请班长择机到实验中心办公室（田家炳楼南楼209室）取钥匙，田家

5、炳楼二楼大厅东侧“理工选做发报告柜”按班级号统一取回后发给班上各位同学。,实验报告返还,本课程总成绩：由必做实验、选做实验、理论测试,班级成绩规格化因子等诸元素综合评定；必做和选做实验成绩由实验预习、操作能力、实验报告等几方面评定。 缺席两次以上(含两次)实验，则重修。 重修：理工科物理实验分为两学期，两学期各有其相应的成绩和学分。物理实验不设置补考，若某学期实验总评成绩不及格，只能进行重修。,成绩管理,1.物理实验基础理论考试：时间定在第11周，具体时间到时会在教务处和实验中心网站出通知。内容为:,课程安排,绪论课授课内容（50%）,基于做过的前4个实验项目出的实验题（50%）,2.必做实验

6、： 第三周开课 实验内容：,l 用三线扭摆法测定物体的转动惯量：实验4 l 静态拉伸法测弹性模量：教材实验9-1 l 模拟示波器的使用：教材实验20-1 l 霍尔效应的研究 830公斤= 830000克； 830公斤= 8.3105 克,错,错,错,2、P=31690 200 kg d=10.430 0.5 cm t=18.5480.312cm D=18.652 1.4 cm,P=(3.170.02 )104kg,d=(10.4 0.5) cm,t=(18.5 0.3) cm,D=(18.6 1.4) cm,例6：判断下列运算有几位有效数字,N = D + A / ( B C ) , 已知 A

7、 = 20.026 , B = 5.418 , C = 5.414 , D = 20.63 答： d= c ( a + b ) , a为常数1 , b = 0.0020 , c = 2.312594 答：,5103,2.3172,例题 一长方体的长、宽、高分别为8.56厘米，4.32厘米；6.21厘米。用计算器算得其体积为229.64083立方厘米。这个数值的8个数字是否都是有效数字？为什么？应该取几位有效数字？如果已经计算出体积的不确定度为12立方厘米，最后结果应如何表示？,答：230立方厘米， ( 2.30 0.12 ) 10 2立方厘米,例题: 用一级螺旋测微计测量一个小钢球的直径，测得

8、数据如下：d(mm) 9.345, 9.346, 9.347, 9.346, 9.347 螺旋测微计的初始读数为-0.006mm，试求小钢球的体积。,分析： 先求出小钢球的直径的测量结果（平均值，不确定度） 求小钢球的体积 求体积的测量不确定度,由计算器，直径平均值和标准偏差的数值为： S= 0.00084mm,对螺旋测微计的初始读数构成系统误差应予修正: d的平均值 标准偏差S = 0.00084mm,解: 小钢球的直径d是直接测量量， 体积V是间接测量量。 (1) 先求出小钢球的直径的测量结果,测量次数 n = 5 , 查表1得 查附录-1 取ins = 0.004 mm，,(2)再求小钢

9、球的体积：,（3）求体积的测量不确定度：,对V 取对数：,对lnV求导数：,所以小钢球直径的测量结果为:,则有小钢球的不确定度为： UV = U Vr V = 0.13% 428.26 = 0.56mm3,所以，小钢球的体积为:,实验数据处理方法,实验数据处理方法,列表法 实验数据表达准确但欠直观 图示和图解法 直观欠准确，但便于分析实验规律并进行图解分析。 最小二乘法求实验的直线方程 解析法寻找实验数据的最佳拟合曲线（一元线性回归方程）。 逐差法处理实验数据 ,列表法表达实验数据和结果,首先要写明数据表格的名称， 必要时还应提供有关参数。 标题栏设计要合理、简单明了，便于记录数据、揭示物理量

10、间的关系，标题栏中标明物理量的名称、符号、单位及数量级。 数据表格可分为原始数据表格和实验报告的数据表格两种。 数据要正确反映测量结果的有效数字,例题8：用分度值为0.002cm的游标尺测量一空心园柱体，测得其内径d、外径D及高H的数值如下表所示。试计算其体积。,原始数据表格, 4.811, 3.301,实验报告的数据表格,求空心园柱体的体积：,求园柱体体积的不确定度：,对lnV求偏导：,Uvr = 0.17 %,UV = U VrV = 1.710332.594 = 0.055 cm3,因此，空心园柱体的体积为:,图示和图解法处理实验数据,图示优点 简明直观地分析实验数据，易于发现实验异 常

11、点。 平滑曲线有多次测量求平均得效果。 可通过内插或外推法得到非观测点的数据。 图解后可求知某些物理量。,作图步骤与规则：,（1）选择坐标纸 主要采用直角坐标纸（毫米方格纸） 应能包含所有的实验点。 尽量不损失实验数据的有效数字位数 不扩大误差,（2）确定坐标轴和坐标分度,横坐标 自变量 纵坐标 因变量 用直尺画坐标轴、箭头方向 注明坐标轴所代表的物理量的名称（或符号）及单位。 标注坐标分度,标注坐标分度,便于正确、迅速读数 避免 用3、6、7、9等数字。 不损失有效数字。 作出的图线最好充满整个图纸而不是偏于一边或一角。坐标轴的起点不一定从零开始 。,（3）正确标出测量标志点 ： 使用削尖的

12、HB铅笔 用标志符号“+”标出各测量数据点的坐标位置。 一张图上多条曲线时，用不同的标志符号，如“”、“”、“”等。手工制图一般不用“ ”,（4）连接实验图线： 用直尺、曲线板、尖的HB铅笔，作光滑连续的曲线或直线。 因为实验值有误差，不要求每个实验点都落在曲线或直线上。 实验点以最短的距离均匀地分布在曲线或直线的两侧。,最后在：（5）图注与说明： 最后： 图线的名称、作者、作图日期。 必要的简短说明（如实验条件、数据来源、数据表格、简单的计算等）。,作图步骤与规则： （1）选择坐标纸 大小合理不损失数据的有效数和实验点、曲线尽量充满。 （2）建立标尺 轴、箭头、符号、单位、分度值 （3）正确

13、标出测量标志点 （4）连接实验图线 直尺、曲线板、HB铅笔、光滑连续、点均匀地分布两侧。 （5）图注与说明,图解法求实验的直线方程,图解法求实验的直线方程,( 1 ) 选取解析点 在直线上取两点（解析点）A、B， 不取用原始实验数据。 注明其坐标值 A（x1 , y1）、B（x2 , y2）。 注意书写正确的有效数字。 A、B两点在实验范围内尽量远离， 减小计算的相对误差,计算直线的斜率和截距： 若直线方程为：y = a + b x 则：斜率 b ： 截距a： a 、b对应于物理量，不是几何的斜率和截距。,有A、B、C共3组x的测量数据，x轴进行如下分度后对这3组数据都适合吗？,正确的图,曲线

14、的改直,曲线的改直 举例,（1）等温方程：PV=C, 实验测出P及V一组数据，求常数C。 解：方程移项得：P=C/V 作P1/V图线为直线，其斜率为C。 （2）电容充放电方程q=Q e-t/RC，实验测出q及t一组数据，求Q及RC。 解：两边取自然对数得：lnq=lnQ-t/RC 作lnqt直线，斜率为1/RC，截距为lnQ,例题9：实验测得与质量都为50克的弹簧振子弹性系数K相应的周期T的一组数据如下表所示，已知弹簧振子周期与其弹性系数之间的关系为： 求常数C和,解（1）利用曲线改直变换公式得： l g T = l g C + l g K （2）计算l g T及l g K,不合格的图线,在图

15、线上取解析点,（4）由解析点 A(0.500,-0.101)、 B(0.730,-0.217) 求斜率即,（5）求截距即lgC:,C=1.42,最小二乘法求实验的直线方程,( 1 )用数学解析的方法从一组实验数据中找出一条最佳拟合曲线（即寻求一个误差最小的实验方程），称为方程的回归，回归法中最常用的方法是最小二乘法。 （2）最小二乘法原理是：若能找到一条最佳的拟合曲线，那么各测量值与这条拟合曲线上对应点之差的平方和为最小。 （3）仅讨论实验中常用的一元线性回归即直线拟合问题。P22,逐差法的应用条件： 常用于自变量等间隔变化的线性函数的关系处理中，求其线性关系式中的斜率。,3 逐差法处理实验数据（自学）,逐差法: 把实验测量数据分成高低两组，实行对应相相减,逐差法的优点： 可以充分利用实验中单行程测量采集的数据，达到对数据取平均的效果，最大限度的保证不损失有效数据，减少相对误差,习题解答,1、试写出下列各函数的不确定度合成的公式 （1）,答：先求相对不确定度,UE = E UEr,（2）,答：先求相对不确定度,U= Ur,（3）,答：先求不确定度,（4）,答：先求不确定度,.2、计算=4M/d2H的结果和不确定度。并分析 直接测量值M、d、h的不确定度对间接测量值 的影响。其中， M=236.124 0.002g