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1、普通物理实验 绪论 数据处理课件下载：http:/普通物理实验课总体安排第1周：讲课第一章（1）、第二章 第2周：讲课第一章（2）、（3） 第317周：7组实验（14个） 第18周：复习 第19周：考试（笔试） 要获得更多的信息请登陆本实验中心网站 ： http:/ 本实验中心机房免费向各位同学开放 实验中心机房地点：物理楼121室 开放时间：周一至周四：下午 13:30 16:30晚上 18:00 20:00周五和周六、周日全天暂时不开放。绪论（第一节） 物理实验的重要性一、什么是普通物理实验？二、物理实验在物理学研究与发展中的作用 三、物理实验对物理学在其他学科中应用的意义精美的推动人类文
2、明与进步的物理学画册出版 最美丽的十大物理实验 1. 用单电子作的杨氏双缝干涉实验（1961）2. 伽利略的落体实验（1600左右）3. 密立根油滴实验（1909）4. 牛顿用棱镜将日光分解为七色的实验（16651666）5. 杨氏用光作的干涉实验（1801）6. 卡文迪许用扭秤测定万有引力常数的实验（1798）7. 埃拉托色尼测定地球周长的实验（约公元前300）8. 伽利略的斜面实验（1600左右）9. 卢瑟福用 粒子散射发现原子核的实验（1911）10. 佛科摆的实验（1851）物理实验之美 埃拉托色尼是一位杰出的数学家、天文学家、运动学家、诗人、地理学家 排名第二的全能学者排名第二的全能
3、学者故事的主角故事的主角确定大地的形状确定大地的形状 亚里士多德时期，他已经明确提出，大 地是一个球体 地球是个球型的证据地球是个球型的证据 人们如果来到海边就能看到地平线本身 便是个巨大的圆弧 月食时地球的阴影显然是个圆形 北京时间2008年2月21日（元宵节）上午9时 43分-13时09分天空发生了一次月全食，由于这次 月球食发生在中国的白天，因此中国公众无缘直 接目睹这次天象。右上图右上图为乌拉圭首都蒙得维的 亚出现的月全食。思考题：月全食时为什么月亮呈暗红？ 如果一直朝南走，熟悉的北方天空星座会渐渐下沉 哈 勃 望 远 镜 拍 摄 的 地 球 照 片地球是个球形的直接证据地球是个球形的
4、直接证据天体物理学的观测结果天体物理学的观测结果埃拉托色尼测定 地球周长的实验 （约公元前300）问题1：给 你一根直杆，你 能否测出地球的 周长？塞恩城塞恩城亚历山大城北回归线北回归线亚历山大城和塞恩城亚历山大城和塞恩城 埃拉托色尼测定地球周长的实验（约公元前300）埃拉托色尼测定地球周长的实验（约公元前300）L = 360 800 / 7.2 千米问题2：当你躺在海滩上看到太阳落下而消失在平 静的海面时，如果紧接着站起来，会再一次看到太阳 落下。假如能测出这两次太阳落下对应的时间间隔， 你就可以估计出地球的半径。那么，这样的简易观察是如何能用来测量地球的？d 2+ r2 = (r + h
5、)2，式中d = HE,d 2 =2rh + h2， h r,d 2 =2rh / 360 = t / 24h,d = r tan ， h ,r 2h / tan2 设 t = 11.1s, = 0.04625, h = 1.70m, r 5.22106m, 在公认的地球（平均）半径 （ 6.37106m ）的20范围之内Dennis Rawlins, Am. J. Phys. 47(2), 1979, 126-128d“怎样使用表和米尺来测量地球的大小”，美国物理学杂志, 47(2) (1979) p.126-128利用现代化的传感器技术开展物理实验 。许多物理量，如距离、位移、力、速度 、
6、温度、电压、电流等，都可用Sensor进行 测量。物 理 实 验 之 美朴素之美 现代之美一、什么是普通物理实验：最基本的物理实验，包括力、热、电 、光及近代物理实验理科、工科、医科各专业都普遍要做 的物理实验。二、物理实验在物理学研究与发展中的作用 从物理学史看物理实验的重要性经典物理学的建立： 近代物理学的建立： 力学（伽利略）力学（伽利略） 电磁学（库仑、法拉第、麦克斯韦）电磁学（库仑、法拉第、麦克斯韦） 光学（杨氏、菲涅耳）光学（杨氏、菲涅耳）三大发现（三大发现（X X光、放射性、电子）光、放射性、电子） 从宏观到微观从宏观到微观 两朵乌云（黑体辐射、迈莫实验）两朵乌云（黑体辐射、迈莫
7、实验） 从经典到近代从经典到近代物理学家看物理实验的重要性物理学家看物理实验的重要性牛顿：“探求事物属性的准确方法是从实验中把他们推导出来。 考察我的理论的方法就在于考虑我所提出的实验是否确实 证明了这个理论；或者提出新的实验去验证这个理论。”叶企孙叶企孙：“ “对于象李政道这样优秀的学生，理论课可以免上，对于象李政道这样优秀的学生，理论课可以免上， 只参加考试；但只参加考试；但实验不能免实验不能免，每个必做。，每个必做。” ”丁肇中：“我是一个做实验的工程师。希望通过我的得奖，能 提高中国人对实验的认识。没有实验就没有现代科学技术。”杨振宁：“象我这样有了一点名气的人也有不好的影响。在 国内
8、有许多青年人都希望搞我这一行（指搞理论），但是， 象我这样的人，中国目前不是急需。要增加中国的社会生产 力需要的是很多会动手的人。”结论结论：物理学是一门实验科学。在物理学的发展过 程中，实验是决定性的因素。发现新的物理现象，寻找 物理规律，验证物理定律等等，都只能依靠实验。离开 了实验，物理理论就会成为“无源之水，无本之木”，不 可能得到发展。从诺贝尔奖看物理实验的重要性从诺贝尔奖看物理实验的重要性1901年以来的100多年中， 获诺贝尔奖的理论物理学家与实验物理学家的比为： 1：2.2其中，1971年以来的30多年中， 获诺贝尔奖的理论物理学家与实验物理学家的比为： 1 1：6.56.5宇
9、宙幼年的照片2006年度诺贝尔物理学奖2006年10月3日，瑞典皇家科学院宣布，本年度的诺贝尔物理学奖授予马 塞（John C. Mather，美国哥达空间飞行中心）和斯穆特（George F. Smoot，美国加 州大学伯克利分校），奖励他们对宇宙微波背景辐射的黑体谱形和各向异性的发现 。1. 陆埮，物理，2007，第36卷3期，1852. 诺贝尔奖网址，http:/nobelprize.org/信息存储时代的物理英雄 记2007年诺贝尔物理学奖获得者1. 物理，2007，第36卷12期，9512007年10月9日，法国物理学家阿尔贝费尔（ Albert Fert）和德国物理学家彼得格伦贝格
10、（Peter Grunberg）被授予2007年诺贝尔物理学奖，以表彰他 们各自独立发现的巨磁阻效应（giant magnetoresistance，GMR），导致了具有海量存储硬 盘技术的出现，从而引发了一场信息存储技术的革命 ，给我们的生活带来了极大的便利：用MP3和MP4聆 听音乐，拿数码相机记录生活，甚至能够让我们十分 轻松地将一个“图书馆”随身携带。三、 物理实验对物理学在其他学科中应用的意义化学：光谱分析、放射性测量、激光分离同位素、量子化学生物：各类显微镜（光学显微镜、电子显微镜、X光显微镜、原子 力显微镜），DNA操纵、切割、重组以及双螺旋结构的分析医学：诊断X光、CT、核磁共
11、振、超声波治疗放射性、激光、微波、g 刀结论结论：物理实验是物理学在其他学科中应用的桥梁。物理实验是物理学在其他学科中应用的桥梁。材料：物性测试、新材料的发现（如C60、高温超导材料等）新材料制备方法的研究（如离子束注入、激光蒸发等）三、 物理实验对物理学在其他学科中应用的意义气象：观察多普勒雷达物理气象学研究大气中的声、光、电、辐射 、 蒸发、凝结、云、雾等物理现象及其产生原因、 演变过程和规律的学科。核磁共振 背景资料背景资料1. 塞曼效应1896年塞曼发现在强 磁场作用下，光谱的谱 线会发生分裂。1902年塞曼（Zeeman ）因此而获诺贝尔奖。 塞曼核磁共振 背景资料背景资料2. 拉比
12、（I. I. Rabi）以及随后的伯塞尔（E. M. Purcell）和布洛 赫（F. Bloch）因观察到核磁共振现象而分别获得1944和 1952年的诺贝尔物理学奖。拉比 伯塞尔 布洛赫核磁共振 背景资料背景资料3. 美国化学家Paul C Lauterbur和英国物理学家Peter Mansfiled由 于在核磁共振造影上的贡献共同获得2003诺贝尔生理医学奖 。核磁共振 应用应用广泛地用于确定分子结构，用于对生物在组织与活体组织 的分析、病理分析、医疗诊断、产品无损检测等诸多方面。医生在为患者做核磁共振检查 用核磁共振技术拍摄的脑截面图像第二章：实验数据的处理一、为什么要处理数据？二、
13、误差分析与不确定度评定三、不确定度的评定方法四、作图与拟合 一、为什么要处理数据？1、大多物理规律是用物理量之间 的定量关系来表述的。2、实验得到的数据只有经过正确的 处理才能得到公认的、合理的结论。二、误差分析与不确定度评定测量测量测量者测量者采取某种采取某种测量方法测量方法用某种用某种测量仪器测量仪器将将待测量待测量与与标标准量准量进行比较。（质量、长度、体积）进行比较。（质量、长度、体积）用毫米刻度尺测量某物体的长度左读数为：10.00cm 右端读数为：15.25cm数字表测量某一电路中的电流1、若数字表有稳定的输出：3.888A2、 若数字表输出不稳定呢？二、误差分析与不确定度评定误差
14、测量值与真值的差误差的成因：1.测量方法（伏安法测电阻、热电偶测温度）2.测量者（经验、估读、疏忽）3.测量仪器及标准量（定标、环境、时效）误差分析的重点在测量方法误差分析的重点在测量方法（体温计、单摆测（体温计、单摆测g g）。）。测量者的估读、仪器和标准量的不确定程度是可以用一定的方法评定的，称为“ “不确定度评定不确定度评定 ” ”。三、关于测量不确定度的评定方法不确定度的评价十分重要：过大-浪费；过小-失误。今年初，南方的冻雪导致电网的瘫痪输电线铁塔倒塌？！据称是国家电网的设计标准较低所致不确定度？1993年由国际计量局（BIPM）、国际标准化组织（ISO）等四个国际权威组织制定了测量
15、不确定度表示指南，并由国际理 论与应用物理学会（IUPAP）、国际理论与应用化学学会（IUPAC）等七个国际组织批准实施。不确定度-被测量分散性的表征。分为两类：A类-由多次测量统计分析评定的不确定度B类-其他方法评定的不确定度A类不确定度的评定方法: (对待测量x 进行n 次全同测量) 测量次数 n 越多，uA 越小。一般可在科学型计算器上直接得出计算结果。B B类不确定度的评定方法类不确定度的评定方法: :测量不确定度（与测量方法和测量经验有关），可取测量不确定度（与测量方法和测量经验有关），可取( (多次测量时，多次测量时，u uB1B1由由u uA A代替代替) )仪器不确定度（与仪器种类、级别及使用条件有关）仪器不确定度（与仪器种类、级别及使用条件有关） ， 可取可取不确定度的合成： 单次测量：在长度测量中，长度值是两个位置读数x1和x2之差，其不确定度合成公式为:多次测量：测量结果的表示方法： 1.测量结果的一般表示法：如，长度为（1.050.02）cm。2. 测量结果的百分比表示法：如，长度为1.05cm，相对不确定度2% 。3. 测量结果
