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1、欢迎大家开始学习,大学物理实验课程,华东交通大学物理实验中心,大学物理实验,绪论,华东交通大学 大学物理实验中心 艾剑锋,物理实验的地位、作用和任务,物理学本质上说是一门实验科学。物理规律的发现和物理理论的建立，都必须以严格的实验为基础，并接受实验的检验。 对学生进行实验方法和实验技能的基本培训（一些物理量的测量；常用仪器的基本原理和性能及使用方法；能正确记录、处理数据、分析结果、写报告）。 培养、提高科学实验能力。（观察、测量和分析，加深理论的学习理解） 培养学生科学实验的素质。（工作作风；科学态度；爱护财物、遵纪的优良品德）,华东交通大学物理实验中心,物理实验课的基本程序和要求,1、网上选
2、修 网上选修地址：，进入选修系统后，按要求进行选修。 2、课前预习 阅读教材，了解实验目的、原理、仪器，明确实验方法、操作步骤和注意事项。 书写预习报告（报告模版可以到网上选修的主页下载并按要求打印），根据实验要求设计数据记录表格，原始数据教师需签名，否则数据无效。,基本程序：1、网上选课 2、课前预习 3、实验阶段 4、课后总结,华东交通大学物理实验中心,物理实验成绩考核办法,选修网站上有链接,华东交通大学物理实验中心,注意：学生必须在实验完成当天起一周内将实验报告交到1205的报告上交柜子内。以便教师及时批改。,绪 论,一、测量与误差的基本概念 二、有效数字 三、算术平均值与误差的估算 四
3、、不确定度及其估算,华东交通大学物理实验中心,测量与误差的基本概念,1.测量（概念和分类） 概念：将待测量与被选作为标准单位的物理量进行比较，其倍数即为物理量的测量值。,分类：,2.误差,直接测量：可以用仪表直接读出 测量值的测量,如测量长度；时间等,间接测量：用仪表测出待知物理量的 相关量，通过计算得出待知物理量。,如 测量密度 等,华东交通大学物理实验中心,误差,1.真值：任何物质（系统）都有它本身的、 客 观的（某些物理量）真实数值。称为真值。 2.测量值：就是通过测量所得到的值。 3.误差：测量值与真值之间的差异。 产生误差的原因（四个方面） 误差分类（按误差的性质、产生原因来分）,华
4、东交通大学物理实验中心,产生误差的原因（四个方面）,1.任何仪器，总有一个最小分度线。 2.最小分度之间的值是估计出来的（因人、因时而异）。 3.仪器本身的分度线也不是绝对的准确。 4.外界环境的变化对仪器也会产生影响。,确定,华东交通大学物理实验中心,误差分类,系统误差误差值固定不变或在条件变化时按一定的规律变化 产生原因 偶然误差误差的大小是随机变化的。所以又叫随机误差 产生原因 过失误差测量值与真值之间明显偏离 产生原因,华东交通大学物理实验中心,系统误差产生原因：,仪器缺陷（刻度不准，零点未调好）；环境的改变（温度、压强等）；个人习惯与偏向；理论方法的近似；有关因素考虑不全等；,BAC
5、K,华东交通大学物理实验中心,偶然误差产生原因：,（个人）读数能力不一致；外界的干扰。 不可消除，也无法估量,性质：a、测量结果中与真实值相差越小的可能性越大； 反之越少 b、测量值比真实值大和比真实值小，两者出 现的几率相等；于是我们据此进行多次测量， 取平均值，以减少偶尔误差,BACK,华东交通大学物理实验中心,过失误差产生原因： 。,既可能具有系统误差的性质，又可能具有偶尔误差的性质，总之是实验者过失造成的。 是可以避免的,BACK,华东交通大学物理实验中心,算术平均值与误差的估算,1.单次直接测量的误差估算 2.多次测量的平均值和误差 3.粗大误差数据的剔除 4.间接测量的误差计算,华
6、东交通大学物理实验中心,单次直接测量的误差估算,估算方法（条件是偶然误差很小）： 1.按仪器上注明的仪器误差。 2.未注明的取仪器最小刻度的一半。 3.数字仪表，取显示表的最后位数的一个单位。,条件不许可或要求不太高,BACK,华东交通大学物理实验中心,多次测量的平均值和误差,1.多次测量的平均值,X的平均值最接近于真值，称之为最佳值。,2.算术平均偏差,3.标准偏差（均方根偏差）,4.绝对误差与相对误差，评价一个测量结果的优劣，还需要看测量量本身的大小。,BACK,华东交通大学物理实验中心,测量不确定度,下一页,华东交通大学物理实验中心,不确定度的概念: 表征合理地赋予被测量之值的分散性，与
7、测量结果相联系的参数。此参数可以是标准差或其倍数，或说明了置信水准的区间的半宽度，其值恒为正值。它是被测量客观值在某一范围内的一个评定。 不确定度的分类：符合统计规律的称为A类不确定度，而不符合统计规律的称为B类不确定度 。,A 类不确定度的计算 计算方法与偶然误差用标准偏差来计算的方法完全相同。,测量值Ni 的不确定度为,平均值N 的不确定度为,B类不确定度的评定方法: 在实验教学中约定,为仪器误差极限值,仪器误差限的确定可按以下三个原则: （1） 对可估读测量数据的仪器：仪 = 最小刻度的1/2 （2） 对不可估读测量数据的仪器：仪 = 仪器最小分辨读数 （3） 对有仪器说明书的仪器：仪按
8、仪器说明书计算,直接测量总的合成不确定度和相对不确定度:,四、直接测量的不确定度 、单次测量： 因 不存在，故,、多次测量：,五、间接测量的不确定度,设:,其中：,( ),则：,上一页,华东交通大学物理实验中心,N的合成不确定度为:,或由:,得:,说明: 上式对加减形式的函数比较适合; 下式对乘除形式的函数比较适合。（有利于变量分离）。 两者最终结果相同。,粗大误差数据的剔除,判断某组实验数据中是否有粗大误差的方法很多，最简单的拉依达准则。它的具体内容是： 在多次测量中，若发现第j个数据偏差,，则说明该数据有粗大误差，应。,将其剔除。,BACK,华东交通大学物理实验中心,间接测量的误差计算,它
9、们之间具有一定的函数关系，即,下一页,用微分学可证明，间接测量量的最佳值是,全微分,华东交通大学物理实验中心,间接测量的误差计算,上一页,将上式改为误差公式时，用,所以,相对误差,也可证明，标准误差S,有 效 数 字,用实验仪器直接测量的数值都含有一定的误差。因此，测得的数据都只能是近似数。由这些近似数计算出的间接测量值也是近似数。 从仪器上读出的数字，通常都要估计到仪器最小刻度的下一位。因此这一位是有疑问的，称为存疑数字。我们把仪器上读出的确切数字和最后一位存疑数字，通通记录下来，称为有效数字。,有效数字的运算规则,有效数字的进位法则,华东交通大学物理实验中心,进 位 法 则,法则：过半入，不足舍，一半凑偶。 解释：拟舍弃数字最左一位若小于5时，舍弃； 大于5时（包括等于5而其后尚有非零的数），进一；拟舍弃数字最左一位为5其后无数字或皆为零时，按所保留的末位为奇数则进一，为偶数则舍弃。,举例：2 1.5 2 4 21.52；,36.2 5 5 4 36.26；,25.2 1 5 25.22；,25.2 2 5 25.22；,25.2 1 5 0 25.22；,华东交通大学物理实验中心,有效数字的运算规则,下一页,华东交通大学物理实验中心,有效数字的运算规则,3.乘方、开方的有效数字： 不难证明，乘方开方的有效数字与其底数的有效数字位数相同。,上一页,华东交通大学物理实验中心,
