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1、 大学物理实验绪论大学物理实验绪论 2014年2月 “大学物理实验”课程概况： 1.“大学物理实验” 课程是理工类专业的必 修课，分为“大学物理实验” 和“大学物 理实验” 两类。 2. “大学物理实验” 共计64学时，2学分 ，分2个学期完成，分别是“大学物理实验 1” 和“大学物理实验2” 。 3. “大学物理实验”共计32学时，1学分 ，1个学期完成。 4.“大学物理实验” 课程实行开放型教学模 式，实验项目分为绪论与误差理论、预备实 验、必做实验、自选实验和综合性实验。 一、大学物理实验课程的要求 二、大学物理实验课的作用和目的 三、测量的不确定度和数据处理 大学物理实验绪论课的主要内
2、容 绪论课作业 第第2626页页 第1. 2. 3大题 *绪论课的作业做完后第3周内交给本班负责老师评阅。 一、物理实验课程的要求 物理实验课学生须知物理实验课学生须知 大学物理实验选课网站 *第2、3周内完成选课，选课规则见网站通知。 *有旷课现象且没有按照教师要求补作实验的,以 及缺2次实验报告的学生，需重修本课程。 *大学物理实验管理员关于课程的重要信息、通知 会发布在选课网站“通知” 中，请学生随时关注 。 一、物理实验课程的要求 选课系统： 点击这里！ 一、物理实验课程的要求 选课系统： 一、物理实验课程的要求 点击这里可以选择实验项目 一、物理实验课程的要求 *怎样上好物理实验课怎
3、样上好物理实验课 三个主要教学环节三个主要教学环节 实验预习实验能否取得主动的关键 实验操作 实验报告实验的总结 一、物理实验课程的要求 *实验预习完成“预习报告” 明确实验目的， 预习实验原理， 了解实验注意事项。 预习报告是实验工作的前期准备，是写 给自己参考用的，故要求简单明了。实验前 应清楚本次实验应达到什么目的，通过什么 实验方法和测量哪些数据才能实现实验的目 的。 展示实验预习报告模版 实验预习方法： 1、大学物理实验教程第2版。 2、选课网络“在线学习” “大学物理仿真实验”。 3、选课网络“在线学习” “实验指导书”。 点击这里可以进行仿真实验， 还可以获得实验补充材料。 *实
4、验操作完成“原始数据记 录” 遵守实验室规则； 了解实验仪器的使用及注意事项； 正式测量之前可作试验性探索操作； 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，原始数据不得改用钢笔或圆珠笔记录数据，原始数据不得改 动动 6. . 整理仪器，把垃圾放入纸篓； 7. . 不得在实验室饮食。 *实验时爱护仪器设备，实验时一定要注意人身安全！ 展示原始数据记录模版 * *实验报告实验报告实验的总结 实验目的实验目的 实验原理与操作步骤实验原理与操作步骤 基本物理思想、实验设计原理、物理公式及其意义、电路图 （光路图）等；主要操作步骤 实验仪器名称实验仪器名称 实验数据
5、处理与分析实验数据处理与分析 实验数据计算、不确定公式推导与计算、结果表示、误差分 析、结果讨论 回答问题与实验总结回答问题与实验总结 展示实验报告模版 *上课要求： （1）课前必须写预习报告。 （2）上课必须准时，不得无故迟到、缺席。若因病（要有 医生证明）、因事（要有院系教务部门证明）而缺课，应提 前请假，并在规定时间补做实验。课上未完成实验需要补做 的，应由任课教师在数据表上签字注明，补做数据需要教师 签字，报告仍交原班教师批改。 （3）原始数据不得用铅笔记录，实验完毕原始数据需经任 课教师签字认可；预习报告中的电路及光路要求铅笔直尺作 图，文字部分不得用铅笔；实验报告应格式规范，书写工
6、整 ； （4）实验的报告由学委与班级负责老师联系交纳。 为什么要上物理实验课为什么要上物理实验课 二、物理实验课的作用和目的二、物理实验课的作用和目的 物理实验课程不同于一般的探索性的科学 实验研究，每个实验题目都经过精心设计、安 排，可使同学获得基本的实验知识，在实验方 法和实验技能诸方面得到较为系统、严格的训 练，是大学里从事科学实验的起步，同时在培 养科学工作者的良好素质及科学世界观方面， 物理实验课程也起着潜移默化的作用。 希望同学们能重视这门课程的学习，经过 一年的时间，真正能学有所得。 物理实验的作用物理实验的作用 物理学是研究物质运动一般规律及物质基本 结构的科学，是自然科学的基
7、础学科,是学习其 它自然科学和工程技术的基础。 物理学是一门实验科学，物理实验在物理学 的产生、发展和应用过程中起着重要作用。 很多技术科学是从物理学的分支中独立出去的。 物理学以实验为本 l l 理论与实验的关系理论与实验的关系 一切物理概念的确立、物理规律的发现、物理理 论都来源生产实践和科学实验，最终又要受到实验的 检验。 历史上，一切错误理论的推翻、旧理论适用范围 的界定及新理论的诞生往往是和一些著名实验相联系 的。 比萨斜塔实验 亚里士多德旧理论的破灭 阿基米德实验 浮力定律 l l 实验课的作用实验课的作用 物理实验课在培养学生的动手能力，提高实验技能和 素养，以及学生对物理理论的
8、理解都起到非常重要的作 用。 实验教学是培养学生体会“渗透式”学习方法的重要手 段。 “我觉得学习有两种方法。一个办法是按部就班的；一个 办法是渗透性的。什么叫渗透性的呢？就是在你还不太 懂的时候，在好像乱七八糟的状态之下，你就学到了很 多东西。” 摘自杨振宁文录 以诺贝尔物理学奖为例： 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。 物理实验课的目的物理实验课的目的 学习实验知识学习实验知识 培养实验能力培养实验能力 提高实验素养提
9、高实验素养 学习实验知识学习实验知识 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。 培养实验能力培养实验能力 1.通过阅读实验教材和仪器说明书，能够正确使用常 用的实验仪器。 2.能够独立完成课程要求的实验内容。 3.能够正确记录和处理实验数据，绘制曲线，并对实 验结果进行误差分析，撰写合格的实验报告。 4.能够运用所学物理理论知识对实验现象进行分析判 断。 提高实验素养提高实验素养 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。 三、测量的不确定度和
10、数据处理三、测量的不确定度和数据处理 1.1.测量与误差基本概念测量与误差基本概念 2.2.测量的不确定度和结果表达测量的不确定度和结果表达 3.3.有效数字及其运算法则有效数字及其运算法则 4.4.常用常用数据处理方法数据处理方法 一一 . . 误差理论误差理论 ( (一）一）测量与误差基本概念测量与误差基本概念 1. 1.测量测量 测量是以确定被测对象量值为目的的全部操作， 它是物理实验的基础。 测量 直接测量 间接测量 等精度测量：在测量条件相同的情况下进行的一系列测量。 不等精度测量：测量条件不同或部分不同的情况下进行的一系列测量 。 2.真值: 物理量自身客观存在的量值称为 该物理量
11、的真值. 3.误差与偏差: 测量误差可以用绝对误差和相对误差来表示 绝对误差 = 测量结果-真值 相对误差 = 测量值与真值之间总存在差异。误差存在于一切 测量值中，并贯穿测量的始终。 （二）（二） 误差的分类：误差的分类：根据性质分为 系统误差：在同一被测量的多次测量过程中，保持恒定或以可预 知的方式变化的测量误差分量。 随机误差：在同一量的多次测量中以不可预知的方式变化的测量 误差分量。 系统误差的特点是具有确定性。 随机误差的特点是单个具有随机性，而总体服从统计规律。 粗大误差：超出在规定条件下预期的误差。它可能是随机误差的 某种极端情况，也可能是由于测量过程中人为过失而产生的错误 。
12、仪器误差如标尺的刻度偏差、指针的安装偏心等； 理论误差如伏安法测电阻中欧姆定律的使用； 观测误差如动态测量时，记录信号有滞后的倾向。 （三）（三）测量结果的评价测量结果的评价 精密度反映随机误差大小的程度，它是对测量结果的重复性的评价。 精密度高是指测量的重复性好，各次测量值的分布密集，随机误差小。 但是，精密度不能确定系统误差的大小。 正确度反映系统误差大小的程度。正确度高是指测量数据的算术平均 值偏离真值较小，测量的系统误差小。但是正确度不能确定数据分散的 情况，即不能反映随机误差的大小。 准确度反映系统误差与随机误差综合大小的程度。准确度高是指测量 结果既精密又正确，即随机误差与系统误差
13、均小。 现以射击打靶的结果为例说明以上三个术语的意义。图1-1中 （a） （b） （c） 图 正确度、精密度和准确度 （a）正确度好而精密度低，即系统误差小，而随机误差大。 （b）精密度高而正确度低，即系统误差大而随机误差小。 （c）准确度高，系统误差和随机误差都小。 （四）如何发现和消除系统误差（四）如何发现和消除系统误差 发现系统误差发现系统误差 消除系统误差消除系统误差 理论分析 实践对比 数据分析 测量结果加修正值 消去误差源 采用适当测量方法(天平称重悬 臂长度不一致） 二测量不确定度和结果的表达二测量不确定度和结果的表达 （一） 测量结果的表达： 表示测量结果的基本要素: 测量值
14、计量单位 测量值可信赖程度的指标误差不确定度 由于实际取得实验结果的过程是复杂的，在实际测量中很难 界定系统误差和随机误差，因此，用误差评定测量结果是困难的 。为了以最佳方式评价测量结果引入不确定度概念。 ur 称为测量结果的相对不确定度 。 测量结果表达： 其中：. k=1时，置信概率近似为68%，k=2时， 置信概率近似为95%， . u(x) 称为合成标准不确定度： . uA称为A类标准不确定度, uB称为B类标准不确定度 。 (二) 不确定度概念： 是与测量结果相联系的参数，表征测量结果不能被 肯定的程度，是恰当描述测量值的分散程度的物理量。 可以定量表示。 为了避免误差分类时界限不清
15、的问题，不确定度可以 按测量者是否采用统计分析而划分为两类： A类不确定度测量者对观测列进行统计分析，且用标准不确定度进 行估算。 B类不确定度测量者对观测列不进行统计分析，且用标准不确定度 进行估算。 合成不确定度A、B两类不确定度相互独立，A、B两类不确定度 的方和根合成称为合成不确定度， A A类不确定度类不确定度测量者采用统计方法评定的不确定度测量者采用统计方法评定的不确定度 1. 1.A A类标类标类标类标 准不确定度的准不确定度的评评评评定定 在重复性条件或复在重复性条件或复现现现现性条件下，性条件下，测测测测量被量被测测测测量量x x 共共n n次，以其算次，以其算术术术术平均平
16、均值值值值作作为为为为被被测测测测量的最佳量的最佳值值值值。即。即 ： 为为为为了表征了表征测测测测量量值值值值xi的分散性，的分散性，给给给给出出测测测测量量值值值值的的标标标标准偏差准偏差为为为为： 则则则则 x x 的的A A类标类标类标类标 准不确定度定准不确定度定义为义为义为义为 ： 上式中，上式中， 称称为为为为平均平均值标值标值标值标 准偏差；准偏差；应应应应用上式用上式时测时测时测时测 量次数量次数n n应应应应充分多，充分多， 一般一般应为应为应为应为 610610次。次。 B B类不确定度类不确定度测量者采用非统计方法得到的不确定度测量者采用非统计方法得到的不确定度 B类不确定度（ ）是测量者不采用统计分析法得出的，是所有不 同于统计分
