物理实验课程绪论14-15(二)

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1、大学物理实验 课程绪论 2015年2月,教学环节注意事项,实验前必须认真预习，写出预习报告，经教师检查同意后方可进行实验。 原始数据记录须经指导教师审阅签名。 实验报告（含预习报告）必须在下一次实验时交教师批阅（投进任课教师的报告箱）。 实验报告无原始数据记录单即预习报告（有指导教师签名）将不予批阅实验报告，报告部分为零分。,实验报告批改完毕以后发放到各班的报告箱。 报告箱钥匙由各班班长领取。 领取时间：第一、二周周五全天。 领取地点：第四学科北楼410室，汪老师。 领取钥匙时须付20元押金，钥匙归还后，押金退回。 请各班长留下你们的联系电话。 上实验课时要把书包放到书包架上,实验成绩评定,大

2、学物理实验1 总成绩 = 平时实验成绩94%+开放实验学习6% 平时实验成绩： 按所做实验平均分计算。每个实验满分10分 其中预习2分，操作4分，报告4分 开放实验成绩： 开放实验要求至少去基础训练实验室和演示实验室（力、热）学习各一次。,成绩评定办法：,大学物理实验2 总成绩 = 平时成绩70%（平时实验成绩94%+演示实验学习6%） +实验考查30%。 要求至少去演示实验室（电、光）学习一次； 同时可以参加开放设计性实验学习（视情况加分）。采取主动报名形式，报名时间在第10周。 报名地点：第四学科楼302室。联系人：王老师。 设计性实验（包括近代实验）开放时间另行通知,无故迟到者实验要扣分

3、，迟到达15分钟以上者，取消本次实验，成绩为零。无故旷课者本次实验记零分； 没有预习报告不得进行实验; 未按时交实验报告者要视情节情况扣分； 抄袭及被抄袭者，本次实验记零分。,每人16张“实验报告纸” 各班班长本周内至第四学科楼212室统一领取，及时发给同学，联系电话：60873187 每位同学自备8张毫米方格纸。 节假日放掉的实验跳过不补做。 实验报告写的非常好的会被留作优秀报告，不再发下来。,注意事项： 1.明确实验分组和运行情况，请提前上网查询，正确预习实验项目。 2.上课时间分单双周，与绪论课时间一致。 备注： 大学物理实验（一）24学时：物理实验绪论(3学时)， 7个实验项目（21学

4、时）。 大学物理实验（二）24学时：7个实验项目（21学时），实验考查(3学时)。,基础训练实验室：第3周至第6周(提前网上预约) 物理演示实验室：第3周至第8周（提前网上预约）,星期一、二、三、四下午、晚上开放 下午：13:0016:40；晚上：17：30 20：15 星期五下午：13:00-15:15。星期五晚上不开放,基础训练实验项目： 实验一：固体密度的测量 实验二：热电偶定标实验 实验三：伏安法测电阻 实验四：薄透镜焦距的测定 实验五：示波器的使用 演示实验（128项）,物理实验中心校园网址： http:/210.35.98.35 用户名和初始密码为本人学号 物理实验中心：第四学科楼

5、北楼及南楼3层各实验室 教务办公室： 数理楼北楼302室 联系电话：60873187 实验室办公室：数理楼北楼302、112、410室,基本问题 1. 为什么要上物理实验课(意义、目的) 2. 怎样上好物理实验课（程序、要求） 3. 基础知识（测量、误差和不确定度估计、 有效数字、数据处理基本方法）,物理实验的意义,物理学是一门实验科学 物理实验是系统实验方法和技能训练 的开始,80%以上的诺贝尔物理学奖给了实验物理学家。 20%的奖中很多是实验和理论物理学家分享的。 实验成果可以很快得奖，而理论成果要经过至少两个实验的检验。 有的建立在共同实验基础上的成果可以连续几次获奖。,以诺贝尔物理学奖

6、为例：,1997：激光制冷 Steven Chu Cohen-Tannoudji William D. Phillips 1998：量子霍耳效应 Robert B. Laughlin Horst L. Stormer Daniel C. Tsui,2001：玻色-爱因斯坦凝聚 Eric A. Cornell Wolfgang Ketterle Carl E. Wieman,2002：探测宇宙中微子 发现宇宙X射线源,Kasatoshi Koshiba,Riccardo Giacconi,Raymond Davis Jr,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,学习实验知识,

7、通过对实验现象的观察、分析和对物理量的测量，学习物理实验知识和设计思想，掌握和理解物理理论。,培养实验能力 1. 通过阅读教材或资料,做好实验的准备。 2. 正确使用常用仪器,掌握基本物理量的测量方法和 技术。 3. 运用物理理论对实验现象进行初步分析判断。 4. 正确记录和处理实验数据、分析实验结果、撰写合 格的实验报告。 5. 完成简单的具有设计性内容的实验。,提高实验素养,培养理论联系实际和实事求是的科学作风； 严肃认真的工作态度； 主动研究和创新的探索精神； 遵守纪律、团结协作和爱护公共财产的优良品德。,物理实验课的基本程序 (三个环节),实验预习实验能否顺利进行的关键 实验操作 实验

8、报告实验的总结,明确实验目的 预习实验原理 练习基本仪器使用 开放实验室： 基础训练实验室 地点: 第四学科楼101,106。 演示实验室 地点:第四学科楼103，105。 设计创新实验室401,402,406。 了解实验注意事项 写好实验预习报告,实验预习, 实验名称、目的、主要仪器； 原理简述（主要公式、原理图）； 列出记录数据表格（分清已知量、指定量、待测 量和单位）。,预习报告内容：, 请务必写明姓名、学号（完整）、课程序号、实验日期等， 便于老师登录成绩和报告发放。 预习报告是实验工作的前期准备,要求简单明了。, 遵守实验室规则；将书包放于实验室书包架上； 了解实验仪器的使用及注意事

9、项； 仔细观察和认真分析实验现象； 如实记录实验数据和现象； 用钢笔或圆珠笔记录数据(不能用铅笔记录数据)，原始数据不得改动，不能使用涂改液； 整理仪器，清扫实验室。,实验操作要求,实验报告, 写实验报告是对实验全过程进行总结和深入理解的一 个重要步骤；, 书写实验报告时，要求努力做到字迹端正，文句通顺，数据记录整洁，图表正确，内容简明扼要。实验报告应在课堂实验后独立完成，并在下次实验时交于指导老师批阅； 交实验报告要求附上预习报告； 交、发实验报告使用实验报告箱。 每班一个报告箱，钥匙由班长负责保管,（1）实验内容（简明叙述实验步骤）； （2）数据记录与处理（实验数据表格、数据处理主要过 程

10、、作图及实验结果）； （3）回答思考题及分析讨论。,实验报告内容,测量、误差和不确定度, 测量与有效数字 测量误差和不确定度估算的基础知识,测量与有效数字, 测量 有效数字的读取 有效数字的运算 有效数字尾数的舍取规则,测 量,物理实验以测量为基础。所谓测量，就是用合适的工具或仪器，通过科学的方法，将反映被测对象某些特征的物理量（被测物理量）与选作标准单位的同类物理量进行比较的过程，其比值即为被测物理量的测量值。,直接测量：直接将待测物理量与选定的同类物理量的标准单位相比较得到测量值； 间接测量：利用直接测量的量与被测量之间的已知函数关系，求得该被测物理量。 测量值读数值(有效数字)+单位 有

11、效数字可靠数字可疑数字,有效数字的读取,15.2mm 15.0mm,有效数字的运算,加、减法：诸量相加（相减）时，其和（差）数在小数点后所应保留的位数与诸数中小数点后位数最少的一个相同。 4.178 + 21.3 25.478 = 25.5,乘、除法：诸量相乘（除）后其积（商）所保留的有效数字，只须与诸因子中有效数字最少的一个相同。 4.178 10.1 4178 4178 42.1978=42.2,乘方开方:有效数字与其底的有效数字相同。 一般函数运算： 将函数的自变量末位变化1个单位,运算结果产生差异的最高位就是应保留的有效位数的最后一位. 例: sin302=0.500503748 si

12、n303=0.500755559 两者差异出现在第4位上，故sin302=0.5005。 这是一种有效而直观的方法，严格地说，要通过求微 分的方法来确定函数的有效数字取位。 取常数（如 、e 等）与测量值的有效数字位数 相同。,有效数字尾数的舍入规则 四舍六入，五凑偶, 拟舍弃数字的最高位为4或4以下的数,则舍去。 拟舍弃数字的最高位为6或6以上的数,则进一。 拟舍弃数字的最高位为5时，前一位数为奇数， 则进一；为偶数，则舍去。 例： 4.327494.327 4.327514.328 4.327614.328 4.328504.328,测量误差和不确定度估算的基础知识, 误差 随机误差的处理

13、 测量结果的不确定度表示 间接测量不确定度的合成,定义: 对一待测物理量 x 误差dx测量结果 x 真值 真值：物理量在一定实验条件下的客观 存在值。 测量误差存在于一切测量过程中，可以控制 得越来越小，不可能为零。,分类:,系统误差,定义：在对同一被测量的多次测量过程中，绝对值和符号 保持恒定或随测量条件的改变而按确定的规律变化。 产生原因：由于测量仪器、测量方法、环境带入 分类及处理方法： (1) 已定系统误差：必须修正 电表、螺旋测微计的零位误差； 测电压、电流时由于忽略表内阻引起的误差。 (2) 未定系统误差：要估计出分布范围 螺旋测微计制造时的螺纹公差等,随机误差,定义： 在对同一量

14、的多次重复测量中绝对值和符号以不可预知方式变化的测量误差分量。 产生原因： 实验条件和环境因素无规则的起伏变化，引起测量值围绕真值发生涨落的变化。 例如：电表轴承的摩擦力变动 螺旋测微计测力在一定范围内随机变化 操作读数时的视差影响,特点： (1) 小误差出现的概率比大误差出现的概率大； (2) 无穷多次测量时服从正态分布； (3) 具有抵偿性 取多次测量的平均值有利于消减随机误差。,标准差表示测量值的离散程度 标准差小：表示测得值很密集，随机误差分布范围窄， 测量的精密度高； 标准差大：表示测得值很分散，随机误差分布范围宽， 测量的精密度低。,平均值 假定对一个物理量进行了n次测量，测得的值

15、 为xi (i =1, 2，n) 可以用多次测量的算术平均值作为被测量的最佳估计值，测量次数n为无穷大时，算术平均值等于真值。, 有限测量时，算术平均值不等于真值，它 的标准偏差为： 的意义可以理解为：真值处于区间 内的概率为 0.683。,任意一次测量值落入区间 的概率为 这个概率叫置信概率，也叫置信度 对应的区间叫置信区间，表示为, 扩大置信区间，可增加置信概率, 在测量次数n 较小的情况下，测量量将呈t 分布， 其分布函数为： n 较小时, 偏离正态分布较多， n 较大时, 趋于正态分布 t分布时，置信区间和置信度的计算需要对 特殊函数积分，且不同的测量次数对应不同的 值，计算很繁。,物理实验中，置信度一般取作0.95,这时t分布相应的置信区间可写为: 我们一般取 6n10,测量结果的不确定度表示,概念：不确定度u是由于测量误差存在而对 被测量值不能确定的程度。 意义：不确定度是一定置信概率下的误差限值, 反映了可能存在的误差分布范围。,A类分量 ：可以用统计学方法估算的分量； 一般指随机误差。,当置信概率取0.95，6n10时，A类分量可简化为：,组成：,B类分量 ：不能用统计学估算的分量； 一般指系统误差。,若不特别说明，B类分量可简化为,是仪器的最大允差