大物实验绪论(白地)2.

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1、大学物理实验选课要求 一.注册： 网址:219.216.105.181 身份（选学生）、姓名、学 号、学院、班级、电话 等信息要 真实，不真实将会影响学生本人 的期末成绩录入。 二.选课： 每个学生自己上网选课，具体要求 详见网上的选课注意事项。 名字、密码名字、密码 必须在确认没有课的时间段选课必须在确认没有课的时间段选课 2011-2012学年第一学期： 1. 10个实验选9个，电桥、示波器、分光计必选。 2. 每人每周只作一个实验。 3. 网上选课系统开通时间： 第二周周五16：00第二周周日24:00 补选时间：第三周周一8：00-第三周周二17:00 选课人数不足4人，补选。 1.

2、2011-2012学年第二学期：具体要求详见选课要求 。 3. 上课时间：物理实验课上课时间每天 分四段：第一段：7：30； 第二段：10：10； 第三段：13：30; 第四段：16：00. 讲解实验课上课要求 4. 按时交报告： 每个实验完成的一周后，提交实验报 告。迟交报告者，降低该实验成绩。抄袭 与被抄袭均计零分。 5. 实验报告册： 每个学生20份实验报告册，收取工本费6 元。以班为单位，第三周周一到周三由学委负 责统一到建筑馆118室办理。同时，领报告箱钥 匙。 三三. .成绩评定：成绩评定： 大学物理实验课是考查课，两大学物理实验课是考查课，两 个学期修完。期末成绩以优、良、个学期

3、修完。期末成绩以优、良、 中、及格、不及格评定。期末总成中、及格、不及格评定。期末总成 绩由平时成绩求和取平均后给出。绩由平时成绩求和取平均后给出。 平时成绩：每个实验满分平时成绩：每个实验满分5 5分。分。 其中：其中： 预习：预习： 1 1分；分； 实验室工作：实验室工作： 2 2分；分； 完成实验报告完成实验报告:2:2分。分。 四.注意事项： 1.上课签到： 学生要提供能够证明身份的证件。如 果不能证明自己的身份，不允许做实验。 2.预习报告： 课前要求学生写好预习报告（预习报 告的具体要求见讲义），并带到实验室，交 任课教师检查。没写预习报告或写错内容者 不允许做实验。 6. 上课操

4、作 上课的实验操作有操作分，实验数据 由任课教师签字后方可离开，数据不能用 铅笔。 实验报告接预习报告后面写 平时成绩：每个实验满分5分。 其中： 预习： 1分； 实验室工作： 2分； 完成实验报告： 2分。 9 9 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 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。 1010 以诺贝尔物理学奖为例以诺贝尔物理学奖为例： n n 80%80%以上的诺贝尔物理学奖给了实验物理学家。以上的诺贝尔物理学奖给了实验物理学家。 20%20%的奖

5、中很多是实验和理论物理学家分享的。的奖中很多是实验和理论物理学家分享的。 n n 实验成果可以很快得奖，而理论成果要经过至少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。两个实验的检验。 n n 有的建立在共同实验基础上的成果可以连续几次有的建立在共同实验基础上的成果可以连续几次 获奖。获奖。 1111 n n 经典物理学规律是从实验事实中总结出来的。经典物理学规律是从实验事实中总结出来的。 n n 赫兹的电磁波实验使得麦克斯韦电磁场理论获赫兹的电磁波实验使得麦克斯韦电磁场理论获 得普遍承认得普遍承认 n n 杨氏干涉实验使光的波动说得以确立杨氏干涉实验使光的波动说得以确立 n

6、n 卢瑟福的粒子散射实验揭开了原子的秘密卢瑟福的粒子散射实验揭开了原子的秘密 n n 没有物理实验，就没有物理学本身没有物理实验，就没有物理学本身 物理实验的作用 第一章 有效数字和不确定度 一.物理量的测量； 1.物理量的测量： 直接测量： 用测量器具直接测出物理量量值的测 量称为直接测量。相应的物理量称为直接 测得量。 间接测量： 先直接测出与某物理量有关的直接测 得量，再根据该物理量与这些直接测得量 之间的数学关系计算出该物理量的量值。 该过程称为间接测量。相应的物理量称为 直接测得量。 例：例： 测量铜柱的密度时，我们可以用米尺量出它的高测量铜柱的密度时，我们可以用米尺量出它的高 h

7、h 和直径和直径 d d ，算出体积，算出体积 然后用天平称出它的质量然后用天平称出它的质量MM，算出密度，算出密度 铜柱的高铜柱的高 h h 、直径、直径 d d 和质量和质量 MM是是直接测得量直接测得量 体积体积 V V 和密度和密度 是是间接测得量间接测得量 1414 等精度测量： 在相同的条件下，对某物理量所进行的多 次重复测量称为等精度测量。 非等精度测量： 在不同的条件下，对某物理量所进行的多 次重复测量称为非等精度测量。 等精度测量的数据处理比较简单，作为基 本训练，本讲义所涉及的测量基本是等精度 测量。 2.物理量 v真值： 在一定条件下，待测量所存在的不依人的 意志为转移的

8、客观量值。 v测量值： 利用实验手段测量所得到的物理量的量值 。 v最佳值： 在一定的测量条件下，测量出的最接近真 值的测量值。 例如：无系统误差下等精度测量得到的算术平均值、公认值、理 论计算值、标称值、校准值等均可作为最佳值。 注意：任何物理量值必须标有单位，单纯的数值无任何意义。 二.误差： 1.定义：设 为真值， 为测量值，则测量的 绝对误差定义为： 2.误差分类： a.系统误差 b.随机误差 c.粗大误差 v系统误差： 在等精度测量中得到的各个测量误差， 其符号和绝对值保持不变，或按一定的规律 变化，这样的误差称为系统误差。 系统误差的特点：确定性。 系统误差产生的原因： 理论方法

9、仪器装置 环境条件 操作技术 系统误差不能靠增加测量次数来减少或消除 ,而应该找出引入系统误差的原因,针对原因来 采取相应的措施将其减少或消除。 粗大误差产生的原因： 因各种过失造成。如：读错、记错、测量 条件不符合要求等等。 粗大误差： 误差列 中，有个别的误差明显超出规定 条件下的预期值，这样的误差称为粗大误差。 粗大误差的特点：反常。 粗大误差对应的测量值称为坏值。首先按一 定规则判断测量值是否是坏值，确定后，将此 坏值从测量列中剔除。 随机误差可以通过增加测量次数取平均值的方法抵 消其部分影响，但不能完全消除。 当测量次数为无穷多次时，随机误差可以消除。 随机误差产生的原因 ： 操作者

10、视觉影响的估读位起伏； 仪器精度限制使平衡点确定不准; 环境随机变化引起的待测量的变化 。 随机误差： 在等精度测量中得到的各个测量误差，其符 号和绝对值以不可预定的方式变化。这样的误差 称为随机差。 随机误差的特点：随机性。 5.测量的精密度、正确度和准确度。 .测量的精密度（简称精度）： 在规定的条件下，对被测量进行多次测量 时，所得结果之间的符合程度。 它表示随机误大小的程度，随机误差越小 ，测量的精度越高。 .测量的正确度： 在规定条件下，测量结果中所有系统误差 综合大小的程度。 系统误差越小，测量的正确度越高。 测量的准确度（精确度）： 表示测量结果与被测量真值之间的一致程 度。 它

11、反映的是测量结果中系统误差和随机误 差的综合大小程度。综合误差越小，测量的 准确度越高。 由定义可知：精密度高，正确度不一定高 ，反之也是如此。但准确度高就意味着精密 度和正确度都高。 a）精密度高，正确度低 b）精密度低，正确度高 c）准确度高 d）精密度低，正确度低 2323 综上所述，我们可知：系统误差中的 可定系差（能够确定其数值的系统误差） 可以从测量结果中修正掉；粗大误差可以 从测量列中剔除掉。所以，误差理论主要 是关于未定系差（无法确定其数值的系统 误差）和随机误差的理论。 中只存在随机误差 。 3. 随机误差简介： 理想模型： 测量次数 ; 测量列： 其中 表示在单位误差间隔内

12、出现该误 差的概率的大小。 .概率密度函数： 随机误差分布形式有以下几种： 正态分布、均匀分布、三角分布、二 点分布、反正弦分布等。 在这些分布形式中，人们看重的是正 态分布。主要原因是对它的研究最完善、 最彻底，且其他分布的一些参数可以由正 态分布的一些参数简单地求得。 (2)正态分布： 正态分布的概率密度函数： 其中 为任意一次测量的标准误差，具体形式为： 0 正态分布曲线： 为曲线的拐点，它代表了 测量数据的精密程度。 越小 ，曲线越陡， 越集中。而 可见：任意一次测量值 的测量误差 落 在 之间，的 置信概率为百分之百。 标准差小：标准差小：表示测得值 很密集，随机误差分布 范围窄，测

13、量的精密度 高； 标准差大：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。 标准差表示测量值的离散程度 0 2929 正态分布型随机误差的性质： 单峰性：绝对值大的误差出现的概率小于绝对值 小的误差出现的概率。 对称性：绝对值相等的误差出现的概率相等。 有界性：在一定条件下，误差的绝对值不超过误 差限。 抵偿性：随着测量次数的增加，随机误差的算术 平均值趋于零。 即： 在可以忽略系统误差的情况下，随着测量次 数的增加，测量值的平均值趋于真值。 即： 可见：增加测量次数可以减少随机误差，用 作为测量值的最佳值是有一定科学根据的。 其中：p 称为置信概率； c 称为置信系数； 称为置信区间。 通过计算可知： 0.683，c = 1 0.90， c = 2 0.95， c = 2.6 0.997，c = 3 (3)(3)置信概率、置信系数、置信区间置信概率、置信系数、置信区间 对于正态分布，下面研究任一次测量误差 落在以 为对称点的某个误差区间内的概 率大小。 可见 的随机误差出现的概率仅为 0.3，按概率论中的小概率原理，可视其为不 可能发生的事件。 因此： 极限误差（或误差限）: 即：随机误差出现的外端界为 。 以上讲的是对 时的随 机误差，下面讨论 为有限次的 情况。 4.有限次测量 的情形： （1）真值的最佳估计多次测量的算