大学物理实验绪论剖析

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1、绪论及物理实验基本知识,一、绪论,物理实验课的地位和作用,实验课的教学环节,实验学生须知,“物理实验课”是独立于“大学物理”的一门基础课。物理实验能使学生在实验方法与实验技能上得到系统的训练，使学生的科学实验素质与素养得到培养与提高。,学习实验知识,本课程的任务,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。,学习实验知识,借助教材或仪器说明书正确使用常用仪器； 运用物理学理论对实验现象进行初步的分析判断； 正确记录和处理实验数据，绘制实验曲线，说明实验结果，撰写合格的实验报告； 能够根据实验目的和仪器设计出合理的实验。,培养实验能力,培养理论

2、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。,提高实验素养,物理实验课的地位和作用,实验课的教学环节,实验学生须知,课前预习,课堂实验,实验课的教学环节,(1)课前仔细阅读实验教材，明确实验原理、实验目的、测量内容和方法、实验步骤和注意事项,课前预习,(2)写出预习报告，内容包括： 实验题目； 实验目的； 实验原理：简要叙述实验的理论依据（包括文字简述、公式、原理图），公式中各量的物理含义及单位，公式成立的实验条件等。不要抄书！ 列出数据记录所需要的表格 没有预习报告不准做实验！,课堂实验,（1） 在了解仪器的调

3、整和使用方法、 注意事项的基础上，经教师检查无误后方可进 行实验操作。 （2）实验时要注意安全，要细心观察实验现象，实事求是地记录实验数据。 （3）要做到手脑并用，能够随时判断实验是否在正常进行，出现实验故障尽可能自己排除，若不能排除再找指导教师帮助查明原因并加以解决（发现问题、分析原因、找出解决方案是培养实验能力的重要途径）。 （4）实验完成后，要将实验数据交教师审查、签字，然后将仪器整理好才能离开实验室。,是实验课的中心环节,（1）个人信息写全：姓名、学号、班级与专业、任课教师、实验时间、仪器号（即实验台编号） （2）实验名称（3）实验目的 （4）实验仪器 （5）实验原理：简要叙述实验的理

4、论依据（包括文字简述、公式、原理图），公式中各量的物理含义及单位，公式成立的实验条件等。不要抄书！ （6）实验步骤：根据实际的实验过程写明关键步骤和操作要点。 （7）数据记录：要树立“原始数据神圣不可侵犯”的观念，绝不能因误差大而采取随意“修正”数据的自欺欺人的作法。对于错误数据也不要涂掉，可在旁边注明作废。,课后按要求完成实验报告,并在下次实验时交来。,（8）数据处理：按实验的要求采用适当的方法（如计算法、作图法、逐差法、最小二乘法等）给出实验结论。（此部分在报告纸上空间不够可另附纸张）（注意有效数字和单位） 要有计算过程，包括：列公式、数值代入、计算过程、计算结果 计算不确定度 给出结果正

5、确表达式 （9）问题讨论：内容不限，可以是实验现象的分析、对实验关键问题的研究体会、实验的收获和建议、解答思考题等。,物理实验课的地位和作用,实验课的教学环节,实验学生须知,1）缺做一次实验，伪造教师签名，本学期实验不给成绩； 2）如果某个实验缺少实验报告，则该次实验 报告为0分； 3）实验报告无教师签字的，报告无效； 4）如发现抄袭实验报告，抄袭者和被抄袭者，该实验报告都是0分；,成绩评定办法,期末成绩=平时成绩70%+期末考试30% 平时成绩计算方法： 1）课堂(50分) 预习20分、课堂纪律10、实验操作20分. 2）实验报告（50分） 实验原理及方法：15分； 实验步骤：5分； 实验数

6、据：10分； 数据处理及实验结果：15分 结果分析及讨论：5分；,评分参考标准,1）没有预习报告不能做实验。 2）不按要求操作，损坏仪器要赔偿。 3）不得穿拖鞋和背心进入实验室，不得抽烟和吃东西。 5）遇到自己不能解决的问题应及时报告老师。 6）做完实验要整理实验台，实验数据经指导老师签字后，在实验室写实验报告，直到下课时间才能离开实验室。 7）值日生留下打扫卫生。 8）实验报告（原始数据付后）在下次实验时交上，迟交扣分。,实验室守则,1）按时上课。迟到15分钟以上者，取消该次实验的上课资格，迟到15分钟以内者，任课教师将按情况对本次实验进行扣分。 2）上课前学生在登记表上签到，对号入座。认真

7、完成实验内容和要求，不早退。 3）请假事宜：病假必须要有医院的证明；事假需持学生所在院系负责人签字的请假条。病、事假过后，必须尽快与任课教师联系，将所缺实验补上。,学生考勤,2010年下半年实验题目顺序（单周）,2010年下半年实验题目顺序（双周）,二、实验基础知识,测量与有效数字,误差与不确定度,数据处理的基本方法,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,测量与有效数字,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。,测量,直接测量：可

8、以从测量仪器上直接读出测量值的测量称为直接测量。,测量分类,测量,按测量值获得的途径,间接测量：利用待测物理量与某些可直接测量量之间的已知函数关系，求得该待测物理量的测量值。,等精度测量：是指在相同的测量条件下（同一测量者、同样的方法、同样的仪器、同样的环境条件等）对同一物理量进行的重复测量。,测量分类,测量,按测量条件的不同,非等精度测量：如果在重复测量过程中，诸多的实验条件只要有一个条件发生了变化，这时所进行的测量就是非等精度测量。,有效数字的读取,测量值 = 读数值(有效数字)+单位 有效数字可靠数字可疑数字（一位）,35 36 (cm),3 36.00cm,3,2 35.40cm,2,

9、1,1 35.16cm,有效数字的读取,一位存疑数字,单位换算时用科学计数法表示，不能改变有效位数,1.85cm=18.5mm=1.85104m 1.85cm18.50mm 1.85cm18500 m,有效数字的读取,1、一般读数应读到最小分度以下再估一位。,2、有时读数的估读位，就取在最小分度位。例如，仪器的最小分度值为0.5，则0.1-0.4,0.6-0.9都是估计的，不必估到下一位。,3、游标类量具，读到卡尺分度值。,4、数字式仪表及步进读数仪器不需估读。,1、加、减法：经加、减运算后，计算结果中小数点后面应保留的位数和参与运算的诸数中小数点后位数最少的一个相同。 4.178 + 21.

10、3 25.478 = 25.5,有效数字的运算,2、乘、除法：经乘、除运算后，计算结果的有效数字与诸因子中有效数字最少的一个相同。 4.178 10.1 4178 4178 421978=42.2,有效数字的运算,3、乘方开方：有效数字与其底的有效数字相同。 4、对数函数: 运算后的尾数位数与真数位数相同 例：lg1.938 = 0.2973 lg1938 = 3 + lg1.938 = 3.2973 5、指数函数:运算后的有效数字的位数与指数的 小数点后的位数相同（包括紧接 小数点后的零）。 例： 106.25 = 1.8 106 100.0035 = 1.008,有效数字的运算,6、三角函

11、数:让角度变化一个最小分度值，结果差异产生在哪一位，运算结果就保留到哪一位。 例：sin6016=0.868343121 sin6017=0.868487354 sin6016=0.8683 也有教材：取位随角度有效数字而定。 例：Sin3000= 0.5000 Cos2016= 0.9381,7、无理常数：取位应比参与运算的测量数据中有效数字位数最少的多取一位。 例：13.6912.6=13.6912.63.1425.42102 8、不确定度和测量结果有效数字的保留： 在不确定度未知时，测量数据进行有效数字的运算结果可以比按规则保留的位数多一位。不确定度确定后表示测量结果时，测量结果的取位要

12、根据不确定度取舍。,有效数字的运算,结果的最后一位有效数字与总不确定度的第一位有效数字对齐,有效数字尾数的舍取规则,例：将下列数字全部修约为四位有效数字 1）尾数4，1.118400001.118 2）尾数6，1.118600001.119 3）尾数5， a）5右面还有不为0的数 1.118599991.119 1.118500011.119 b） 5右面尾数为0则凑偶 1.117500001.118 1.118500001.118,口诀： 4舍6入5看右，5后有数进上去， 尾数为0向左看，左数奇进偶舍弃。,五下舍五上进，奇进偶舍指整五,测量与有效数字,误差与不确定度,数据处理的基本方法,1、

13、真值与误差,测量值 ：依据一定的理论方法，使用确定的 仪器，通过直接测量或间接测量得 到的物理量的值。,误差：,真值 : 一个物理量的客观存在值，与测量 所用的理论方法及仪器无关。,测量值与真值之差,2、误差的分类,绝对误差：x-x0(单位) 相对误差：E (x-x0)/x0100% (通常取 两位有效数字),按其定义可分为：,2、误差的分类,随机误差：在对同一被测量进行多次测量 时，误差的大小和符号以不可 预知的方式变化的误差分量。,系统误差：在对同一被测量进行多次测量 时，误差的大小和符号保持恒 定或以某种可预知的方式变化 的误差分量。,按其性质和产生原因可分为：,系统误差,仪器误差,天平

14、不等臂所造成的 系统误差,1、系统误差的来源,系统误差,公式 （忽略了空气阻力）,理论误差,方法误差,内接,V,VR,VA,V,IR,IV,用V作为VR的近似值 时，求,外接,系统误差,个人误差,心理作用，读数（估计）偏大或偏小。,系统误差,环境误差,市电的干扰,输入,光点检流计,接近时，静 电干扰，使 光斑移动等 。,系统误差,系统误差,已定系统误差：在测量结果中引入修正量对误 差进行消除。如伏安法测电阻时 要计算出电表内阻产生的修正量。 未定系统误差：可采用合适的测量方法对误差 进行补偿和消除。如交换法、补 偿法、异号抵消法等。 不可消除的误差要估计出分布 范围。,2、系统误差的处理方法,

15、随机误差,随机误差对每一次测量结果的影响具有随机性特点。但在多次测量中表现出确定的规律-统计规律。因此，可用统计规律对随机误差的影响程度作出客观的估计和评价。,1、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。随机误差无法消除。,举例:我们对某一长度x进行测量,共测量25次,其结果在各个长度区间中出现的次数如下表:,随机误差,2、无穷多次测量，随机误差服从正态分布,随机误差,任意一次测量值落入区间 的概率为,这个概率叫置信概率 对应的区间叫置信区间,0.683,随机误差,标准误差小：表示测得值很密集，随机误差分布范围窄，测量的精密度高； 标准误差大：表示测得值很分散，随机误差分布范围宽，测量的精密度低。,标准误差表示测量值的离散程度,用多次测量的算术平均值 作为被测量的最佳估计值。,可以证明，测量次数 为趋于无穷大时，算术平均值等于真值。,随机误差,假定对一个物理量进行了有限的 次测量，测得的值为 ，算术平均值为：,3、算术平均值替代真值,随机误差,4、平均值的标准偏差,测量列单次测量的标准偏差：,待测量的值处于置信区间 内的置信概率为0.683。,贝塞尔公式