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1、大学物理实验1 大学物理实验2 一、大学物理实验课的作用 二、教学安排及要求 三、误差理论简介 大学物理实验3 一、大学物理实验课的作用一、大学物理实验课的作用 1、高等工科院校的一门必修基础课程； 2、对学生进行科学实验基本训练； 3、提高学生分析问题和解决实际问题能力； 4、实验课与理论课具有同等重要的地位。 大学物理实验4 课程时限：2个学期 学时安排：误差理论2学时 实验操作48学时，共计16项实验。 上课时间：下午 14:30-16:45 晚上 18:30-20:45 上课地点: 秋实楼（第二实验楼）的第5层及第3层 成绩评定：每学期8个实验项目，每个项目百分制； 平均分60分者成绩
2、合格. 二、教学安排及要求二、教学安排及要求 大学物理实验5 每项实验成绩的分值分配： 实验环节一：预习（15分）； 实验环节二：实验操作（40分）； 实验环节三：数据处理（40分） 实验环节四：仪器整理（5分） （一）实验课的基本要求 1. 实验成绩评定： 大学物理实验6 2.网上选课的注意事项 1）选课登录方式： 方式一：登录网址 http:/202.207.80.1:8939/http:/202.207.80.1:8939/ 方式二：校园网访问数理与生物工程学院 大学物理实验示范中心网上选课。 方式三：访问http:/i.imust.c n 我的 应用开放物理实验平台网上选课。 2）登录
3、账户、密码：学号。 大学物理实验7 3）选课项目数量：8个实验项目。 4）选课系统开放时间：2月29日0:003月6日24 日24:59。未按期选课会导致成绩不及格。 5）选课原则：先按“综合教务”系统指定“物 理实验(1)”上课时间选；如果该时间段已选满 ，则可以选择其他的上课时间。 6）凡漏选、多选、错选，教务系统均统计成绩 为零分。 大学物理实验8 3.其它注意事项 1）经常关注选课系统的“通知公告栏”，调停 课的通知、成绩查询等消息都在此处发布。 2）通常在低版本IE浏览器或360浏览器登陆， 高版本浏览器可能无法登陆。 大学物理实验9 （二）实验课中的具体规定 1、人仪对应原则：按编
4、号对应仪器实验。 2、迟到：迟到15分钟，取消本次实验资格 ，申请补做成绩最高50分； 3、旷课：旷课1次，重修。 4、课前预习：无预习报告不得进行实验操 作。申请补做最高50分。 5、课中：未经教师许可不得操作仪器；完 成实验后须整理仪器；由教师指定值日生清 扫卫生。 大学物理实验10 6、实验数据记录表及首页：实验数据确认 后再记录到数据表上，不得涂改，必需有本 人和教师的签字；首页注意信息完整，无教 师签字，视为无效实验，按缺实验处理。 7、下列行为之一者重修：替做实验双方、 私改教师所登分数者、实验数据各种形式造 假者。一经发现，重修。 8、关于请假：请假要有学院批准的假条（ 班主任及
5、各种学生组织批准无效），课前办 理请假手续；主动与任课教师预约补做实验 ，未补做实验者，按旷课论处。（公共假期 及学校临时放假除外）。 大学物理实验11 （三）实验报告的要求 1、数据记录表：从教材附页中裁下。（未 经许可，复印件及自制表不予签字。 2、实验报告：1）报告首页；2）数据记录 表；3）数据处理（计算公式、计算过程、有 效数字明确、不确定度估算、结果表达、图标 等）。按以上顺序装订好。 3、上交、下发报告：实验后一周内交到任 课教师报告柜中（C506西门外）；两周内由学 委从班级报告柜中（C508西门外）取回。 大学物理实验12 三、误差理论简介三、误差理论简介 （一）测量与误差的
6、基本概念 （二）测量结果不确定度的估算 （三）有效数字处理的基本知识 大学物理实验实验13 （一）测测量与误误差的基本概念 1 测测量的基本概念 2 误误差的基本概念 大学物理实验14 1.测 量：确定被测量值的过程。 2.测量分类 直接测量：用量具、仪表直接得到数据。 例如：米尺测长度，万用表测电阻。 间接测量: 通过计算而得到数据。 例如：测液体密度： M/V （M质 量 V体积） 1 1 测量的基本概念测量的基本概念 大学物理实验15 3.测量结果的表示方法 表示 y 的真值落在 和 的概率较大 其中的不确定度 的取值与一定的概率相联系。 例如：电桥法测某电阻，测量结果写成下式： 被测量
7、 被测量的均值 不确定度 单位 注意：测量值 两个值 而表示 R 在 附近，上下浮动 范 围内含盖真值的可能性为 95.4 大学物理实验16 数轴表示： P=95.4% 大学物理实验17 （2）误差：测量值 x与真值 x0之差 （1）真值：一定条件下，物理量真实大小。 2 2 误差的基本概念误差的基本概念 约约定真值值： 真空中光速c =2.9979245810 8 米/秒 电子的电量e =1.602189210-19库库 1.真值与误差 注意：实际测量中，真值不可知。 大学物理实验18 特点 普遍性 误误差是小量 系统误统误 差 随机误误差 （偶然误误差） 误误差 仪仪器误误差 理论论(方法
8、）误误差 个人误误差 偶然因素造成 满满足正态态分布 注：测量结 果总的误差 由系统误差 和随机误差 的构成。 2.误差的特点 3.误差分类 大学物理实验19 误误差保持恒定或以某种规规律变变化的误误差。 (1)仪仪器误误差： 仪仪器本身缺陷或未按要求使用仪仪器而造成。 (2)理论论（方法）误误差： 理论论公式的近似性，或实验实验 条件不能达到理论论公式 所规规定的要求或测测量方法所带带来的。 (3)个人误误差： 观测观测 者的视觉视觉 分辨能力、感官的感知程度、反应应 速度和固有习惯习惯 都不相同引起的误误差。 减少系统误统误 差处处理方法 改进实验进实验 方法、理论论修正、改进仪进仪 器等
9、来实现实现 。 3.1 系统误统误 差 大学物理实验20 相同条件下重复测测量同一个量，由于各种 偶然因素使得测测量值值随机变变化。 例如：测测量物体长长度时时,多次的估读值读值 均 不相同；电电源电压电压 不稳稳；环环境温度涨涨落等等 。 随机误差对某一次的测量值来说，其大小 和方向都是不能预知的。但测量次数趋于无 穷时，随机误差是按统计规律分布的。 我们常讨论是正态分布 3.2 随机误误差（偶然误误差） 大学物理实验21 正态分布正态分布 正态分布：当测量次数n随机误差服从正态分布。 表示随机变量 x 出现概率最大的值，消除系统误差后， 通常就可认为是 x 的真值。称为标准误差，决定了 线
10、型的宽窄。 P表示随机变量 x 在x1，x2区间出现的概率，称为置信 水平（或称置信概率）。 四个特性 有界性对称性 单峰性抵偿性 概率密度 拐点 拐点 取多次测测量值值的平均值值有利于消弱随机误误差的影响。 概率密度 通常 大学物理实验22 1 不确定度概述 2 直接测测量量不确定度估算 3 间间接测测量量不确定度估 算 （二）测量结果不确定度的估算办法 大学物理实验实验23 1 不确定度概述 1.不确定度： 由于测测量误误差存在而对对被测测量值值不能确 定的程度，是一定概率下的误误差限值值。 2.不确定度的实质实质 ： 反映了随机误误差和系统误统误 差的联联合分布 范围围。 3.不确定度的
11、特征： 总总是不为为零的正值值，是可以具体评评定的 。 大学物理实验24 2 直接测测量量不确定度估算 1. 总总不确定度 的估算方法： 总总不确定度分为为A、B两类类分量 A 类类分量A ： 多次重复测测量用统计统计 方法估算的误误差分量 ，主要针对针对 随机误误差进进行估算； B 类类分量B ： 与系统误统误 差有关的其它误误差分量。 测测量结结果的总总不 确定度： 大学物理实验实验25 2. 2. 直接直接测测测测量量量量总总总总不确定度的不确定度的简简化估算方法 A 的估算：当 x 值值的测测量次数n 在 5 n 10 时时，可简简化为为 : B的估算：B= 仪 仪 , 仪仪称为 为仪
12、仪器误误差限 ，由仪仪器精度决定 总总不确定度 ： A用标标准偏差 sx 代替， 该该公式称为为贝贝塞尔公式。 相对对不确定度Ur ： 测测量结结果的完整表示 大学物理实验26 注意：上述约定并不能说明单次测量比多次测 量的不确定度变小,而是一种更为粗略的估算 。 3. 单单次测测量量合成不确定度的估算方法 当实验中被测量的量只测一次时，A类 分量A是不存在的。 所以，单次测量 B =仪 大学物理实验27 4. 4. 直接直接测测测测量量量量总总总总不确定度不确定度的估算的估算过过过过程程 1）求测测量数据列的最佳值值（代替真值值） 2）用贝贝塞耳公式求标标准偏差 3） A用标标准偏差sx代替
13、 A sx 4）B根据所用仪仪器得出 B= 仪 仪 5）合成不确定度 6）给给出直接测测量的最后结结果： 大学物理实验实验 28 5. 5. 直接直接测测测测量量量量数据数据处处处处理理举举举举例例 例:用10分度卡尺测测某物体长长度6次,分别为别为 29.18，29.19，29.27， 29.25， 29.26，29.24(cm)。已知仪 仪=0.01cm，表达测 测量结结果 。 cm最佳值值 估算不确定度 相对对不确定度 结结果表示： 大学物理实验实验29 能估读读的测测量仪仪器均取最小刻度的一半做为仪为仪 器误误差限 (1) 米尺： 仪 仪=0.5mm (2) 游标标卡尺：取最小分度值值
14、 （因无估读读） 10分度仪 仪=0.1mm； 20分度仪仪=0.05mm 50分度仪仪=0.02mm (3) 螺旋测测微器（千分尺）仪 仪=0.005mm (4) 机械秒表：仪 仪=0.05s (5) 电电子秒表：仪 仪=0.01s （ 取最小显 显示量） (6) 等臂天平： 仪 仪感量 (7) 读读数显显微镜镜：取法与千分尺相同（实验实验 情况应应大于千分尺的误误差 ） 仪 仪=0.005mm (8) 温度计计：1间间有10个格，则则取仪 仪0.05（最小刻度的一半） (9) 电电表、电桥电桥 ：根据电电器的级别级别 ，照公式计计算， 仪 仪=AmK% (10) 有仪仪器说说明书书仪 仪=
15、说 说明值值 6. 实验实验 室常用几种量具约约定的仪仪器不确定度 大学物理实验30 设设间间接测测量量N与直接测测量 x, y, z的函数关系为为： 间间接测测量量的最佳值值： 3 间接测量量合成不确定度估算 1. 间间接测测量的总总不确定度估算方法 大学物理实验实验31 1）方法一 : 适合的函数 N=xy 相对误差 结果表示 对(1)式求全微分 大学物理实验32 结果表示 2）方法二: 对(1)式两边取自然对数: 再取全微分: 不确定度 适合其它函数 大学物理实验33 求间接测量量的最佳值： 求出各直接测测量量的不确定度： 写出结果的完整表达式 2. 间间接测测量的总总不确定度估算步骤骤
16、 大学物理实验34 大学物理实验35 已知质量已知质量m =m =（213.04213.040.0.0505）g g，的铜圆柱体，用，的铜圆柱体，用0125mm0125mm、 分度值为分度值为0.02mm0.02mm的游标卡尺测量其高度的游标卡尺测量其高度h h六次；用一级六次；用一级 025mm025mm千分尺测量其直径千分尺测量其直径D D也是六次，其测量值列入下表（也是六次，其测量值列入下表（ 仪器零点示值均为零），求铜的密度。仪器零点示值均为零），求铜的密度。 次数 123456 高度 h/mm 80.3880.3780.3680.3880.3680.37 直径 D/mm 19.46519.46619.46519.46419.46719.466 3
