大物实验物理实验绪论最新ppt课件.ppt

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1、大学物理实验绪论 1 如何学 学什么 n时间观 n上课习惯 n操作分 n修养分 2 基本事项 n地点 物理实验中心位于B5栋B座二层和 三层 n时间 分单双周 每次实验课均为四节 课时间 按课表程序行 n成绩 按优秀 良好 中等 及格 不及 格五级评定 3 什么情况导致最后不及格 n报告写不好 抄袭 n不交报告 n组长负责 报告交错人 取报告 核实 人数 途中丢失 报告不写名字 n成绩如果不及格 一年后重修 4 注意事项 n迟到15分钟以上不得做实验 n病假要有医院证明 n事假要有学院签字盖章的假条 以后 可另行补做 否则按旷课处理 5 实验轮流顺序表 6 绪论 物理实验是高等学校学生进行科学

2、 实验基本训练的一门独立的必修基础课 是学生进入大学后系统的学习实验方 法和实验技能的开端 同时 在培养科 学工作者的良好素质及科学世界观方面 也起着潜移默化的作用 7 物理实验是一门独立的 必修基础课 独立记分 总学时64 2个学分 分 两学期完成 8 为啥学 n跟读书一样 这是一门普通教材 n学习的氛围 效率高 n碰到名师 前沿课题 了解实验的仪器 n自学 n相当于工作前的实习 n要求要严格 9 物理实验课的主要教学环节 一 课前预习 实验前学生必须预习实验教材和仪 器说明书等有关资料 明确实验目的 基本弄懂实验原理和实验内容 并对测 量仪器和测量方法有所了解 在此基础 上写出实验预习报告

3、 报告内容包括 实验名称 实验目的 实验仪器 实验 原理和实验记录表格 10 n实验前要做好预习 写出预习报告 n在实验过程中 要实事求是 不允许篡改 拼 凑实验数据 不允许抄袭实验报告 n实验后完成实验报告 并准时交报告给任课教 师 n实验以小组为教学单位 所以各班按计划分好 组 选出组长 每次组长把填好组员名单的考 核登记表带来交给任课老师 各组严格按实验 轮流表进行实验 11 12 物理实验课的主要教学环节 二 实验过程 调整实验装置 进行测量记录 准时到实验室上课 下午上课时间 2 00 5 00 晚上上课时间改为18 30 21 20 请同学们注意 进入实验室后要遵守实验室规则 在实

4、验 过程中 要认真 仔细观察物理现象 正确读 取和记录测量数据 要学会分析和排除实验故 障 若发现问题而无法解决时 可以请指导教 师帮助处理 实验完毕 测量数据要经指导教 师检查并签名 然后整理好仪器离开实验室 13 14 物理实验课的主要教学环节 三 课后实验总结 实验结果报告 在预习报告的基础上 将 原始数据整理到 预习 报告上 处理数据 计 算结果和误差 写出结果分析 实验结果 评价 误差分析 实验方法改进 创新实验设 计等等 实验报告要求用实验报告纸撰写 第二次 实验课时交第一次的实验报告 第三次实验时 交第二次的实验报告 以此类推 15 实验报告的格式和内容 科研论文 n实验名称 n

5、实验目的 n目前的研究状况及问题 n实验仪器 n实验原理 简要叙述实验原理 计算公 式 实验电路图或光路图 n实验内容和主要步骤 16 实验报告的格式和内容 n数据记录与处理 将原始记录数据转记于实验报告上 签名的原始数据也应附在报告上 以便 教师检查 按照实验要求计算测量结 果 计算要遵循有效数字的运算规则进 行 用标准差评估测量结果的可靠性 17 实验报告的格式和内容 n结果与讨论 该部分要明确给出实验测量结果 并对结果 进行讨论 如实验中观察到的现象分析 实验 中存在的问题讨论 回答思考题等 也可以 对实验本身的设计思想 实验仪器的改进等提 出建设性意见 n实验者姓名 实验日期 18 预

6、习报告和实验报告的关系 n可以将预习报告按实验报告的要求书写 即实 验名称 实验目的 实验仪器 实验原理 数 据记录表格 上课时带给教师检查 实验结束 时要让教师检查记录的实验原始数据 并且签 名 再将该报告带回去 加上数据记录与处理 结果与讨论 构成一份完整的实验报告 下 次上课时交这份实验报告 n预习报告的页数 19 第一章测量误差和实验数据处理 第一节 测量和测量误差 一 测量及其分类 测量就是在一定条件下使用具有计量标准单位 的计量仪器对被测物理量进行比较 从而确定 被测量的数值和单位 n直接测量 n间接测量 n等精度测量 n不等精度测量 20 直接测量 n直接测量是使用仪器或量具 直

7、接测得 被测量的量值的测量 由直接测量所得 的物理量 称为直接测量量 例如用天 平称衡物体的质量 21 间接测量 n间接测量是通过直接测量量 再根据某 一函数关系把待测量计算出来的测量 22 间接测量 n例如 用单摆测量某地 的重力加速度g 是根据 用米尺直接测得单摆的 摆长l和用秒表直接测得 周期T 再通过单摆公式 g 4 2l T2 把重力加速度g计算出来 l和T 是直接测量量 g 称为间接测量量 l T 23 等精度 不等精度测量 n若对同一个物理量的多次测量都是在相同条件 同一仪器 同一方法 同一环境 同一物理量 同一测量者 下进行的 称为等精度测量 否则 称为 不等精度测量 24 测

8、量列 n无法判定哪一次更可靠 n可以预期它们的平均值最可靠 n当测量次数 n 趋于无穷时 只要能 排除系统误差 如仪器或环境因素 其平均值就是被测物理量的 真 值 25 第一节 测量和测量误差 二 测量误差及其分类 一 误差的定义 1 绝对误差 被测量的物理量在特定条件下客观存在的 真实量值称为该物理量的真值 记作 测量值X和真值 的差定义为测量误差 记 为 X 即 X X 它反映了测量值偏离真值的大小和方向 称为 绝对误差 26 第一节 测量和测量误差 2 相对误差 E X 100 它反映了测量的准确程度 3 约定真值 n被测量的真值是一个理想概念 一般说来是不 可知的 在实际测量中 常用被

9、测量的算术平 均值代替真值 称为约定真值 27 为什么要用相对误差 一 10 0V V1 1 0V V2 0 1V 二 1 0cm X1 1mm 100m X 1m E1 10 E2 1 28 第一节 测量和测量误差 n由于取被测量的算术平均值代替待测量的真值 测量值x的测量误差又可以表示为 n称为绝对偏差和百分误差 29 第一节 测量和测量误差 二 误差的分类 n系统误差 n偶然误差 随机误差 n粗大误差 30 系统误差 系统误差是由于实验系统的原因 在测量 过程中造成的误差 n来源 仪器误差 环境误差 方法误差 个人 误差 n特点 误差的大小和符号总是保持恒定 或按 一定规律以可约定的方式

10、变化 n消除方法 找出原因 在实验前或实验后加以 修正 31 系统误差的修正 n仪器误差 n例如电表的零点误差 n修正 接入电路前 先调机械零点 电表指针不在零点 32 偶然误差 偶然误差是由某些偶然的或不确定的因素 在测量过程中造成的误差 n来源 环境和实验条件的无规则变化 n特点 偶然误差的量值和符号以不可约定的方 式变化着 对每次测量值来说 其变化是无规 则的 但对大量测量值 其变化则服从确定的 统计分布 正态分布 规律 33 34 正态分布 n当有大量的 彼此无关的等权重的次要 因素随机地影响测量结果 而测量次数 趋于无穷时 测量值与平均值之差成为 连续型随机变量 其概率密度分布为正

11、态分布 35 正态分布 n当有大量的 彼此无关的等权重的次要 因素随机地影响测量结果 而测量次数 趋于无穷时 测量值与平均值之差成为 连续型随机变量 其概率密度分布为正 态分布 36 正态分布 x 00 1 0 10 2 0 3 0 2 0 3 P 37 正态分布的特点 n单峰性 绝对值小的误差出现的概率大 而绝 对值大的误差出现的概率小 n对称性 绝对值相等的正 负误差出现的概率 大致相等 n有界性 绝对值非常大的正 负误差出现的概 率趋于零 38 在 节拍器 振动周期多次测量 误差分布研究中 并不完全符 合正态分布 n不是 许多 独立因素 也非 等权重 更不是 无穷多次 n数学模型是物理实

12、际的理想化 39 偶然误差 n消除偶然误差的方法 在相同条件下 增加测量次数 40 粗大误差 过失误差 测量值明显地偏离正常测量值的异常误差 称为粗差 过失误差 n来源 使用仪器方法不对 粗心大意 记录出 错 实验条件突变等 n消除方法 按一定的科学标准鉴别和剔除 41 第二节 测量结果的误差估算 一 直接测量量偶然误差的估算 1 测量列的标准差 n设对某一真值为 的物理量X 进行n次等精度 测量 得一列测量值X1 X2 Xn 测量列的 标准差定义为各测量值误差平方和的平均值的 正平方根 42 第二节 测量结果的误差估算 n实验中 是未知值 用测量值的算术平均值 作为待测量X的最佳估计值 而且

13、物理实验的 测量次数是有限的 通常为3 5次 因此其偶 然误差可以用标准偏差来处理 n表示测量列中的测量值xi相对于测量值的算术 平均值的分布情况 43 第二节 测量结果的误差估算 n测量列算术平均值的标准偏差 n表示该测量列的算术平均值以一定概率落在真 值附近的范围 44 第二节 测量结果的误差估算 2 偶然误差与系统误差的合成 n设偶然误差为 n设未定的系统误差为 n则算术平均值的总标准偏差为 45 第二节 测量结果的误差估算 n d的计算 n取仪器的允许误差作为其测量值的最大误差 n取仪器最小分度值的一半作为其测量值的最大 误差 n作为均匀分布 有 46 第二节 测量结果的误差估算 n3

14、 测量结果的表示 n物理意义 待测量X的真 值 落在区间 n的概率为68 3 68 3 47 第二节 测量结果的误差估算 4 异常数据的判别和剔除 n鉴别异常数据的基本思想 以一定的置信水平 确定一个置信限 凡是超过该限度的误差就认 为它不属于偶然误差 其数据就是异常数据 可将其剔除 n判别方法 3 准则 格拉布斯准则 2 落在2倍正负标准差内的概率为0 955 3 落在3倍正负标准差内的概率为0 997 48 数据的舍弃 在多次等精度测量中 如果有个别数 据偏差很大 应慎重对待 往往新规 律就孕育于 异常 之中 与测量列的平均值之差大于该测量列 标准差的3倍 按高斯分布 其概率小 于0 3

15、对于有限次测量 可以判断 为差错 予以剔除 3 法则 49 第二节 测量结果的误差估算 n格拉布斯准则 设某一服从正态分布的测量列为x1 x2 xn 格拉布斯分布为 n选定一显著水平a 对应与某一定的测量次数n 和a 有临界值g0 n a 若gi g0 n a xi为 异常数据 若gi g0 n a xi为正常数据 50 第二节 测量结果的误差估算 二 间接测量量的误差估算 n设间接测量量N是各独立的直接测量量x y z 的函数 即 n各直接测量量的测量结果为 n问 51 间接测量量的误差估算 n若各直接量完全独立无关 则 n 称为误差的传递系数 52 间接测量量的误差估算 n若函数关系式只是

16、积或商的形式 可先对函数 两边取自然对数 再求全微分 得到N 的相对 误差公式 nN 的标准误差为 53 间接测量量的误差估算 n常用函数的标准偏差公式 54 间接测量量的误差估算 n常用函数的标准偏差公式 55 第三节 有效数字及其运算规则 在实验中所测得的被测量都是含有误差的 数值 对这些数值的尾数不能任意取舍 应能 反映出测量值的准确度 因此在记录数据和计 算测量结果时 应该取多少位 有严格的要求 1 有效数字的定义 n测量结果中所有可靠数字加上末位的可疑数字 统称为测量结果的有效数字 n有效数字中所有位数的个数称为有效数字的位 数 56 第三节 有效数字及其运算规则 2 有效数字的读取规则 n记录测量仪器的精度 级别 最小分度值 最 小刻度值 n估计测量仪器的仪器误差 n记录有效数字时要记录到误差所在位 57 第三节 有效数字及其运算规则 例1 用300mm长的毫米分度钢尺测量长度 n该钢尺最小分度值为1mm 仪器误差取最小分 度值的一半 即 因此正确记录数值是除了确切读出钢尺上有刻 线的位数外 还应估读一位 即读到0 1mm位 58 第三节 有效数字及其运算规则 例2 伏安法