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1、物理实验绪论物理实验中心-杨俊忠课程介绍与具体要求课程介绍与具体要求测量不确定度和数据处理方法测量不确定度和数据处理方法什么是实验什么是实验实验是为了解决文化、政治、经济及其社会、 自然问题，而在其对应的科学研究中用来检验 某种新的假说、假设、原理、理论或者验证某 种已经存在的假说、假设、原理、理论而进行 的明确、具体、可操作、有数据、有算法、有 责任的技术操作行为。 通常实验要预设“实验目的”、“实验环境”， 进行“实验操作”，最终以“实验报告”的形 式发表“实验结果”。物理实验课的具体任务物理实验课的具体任务1)1) 接受系统的实验原理、实验方法、实验技能培养接受系统的实验原理、实验方法、
2、实验技能培养 的开端的开端; ;2)2)通过对实验现象的观察、分析和测量通过对实验现象的观察、分析和测量, ,加深对物理加深对物理 学原理的理解学原理的理解; ;3)3)学习科学的思维方式、提高分析和解决问题的能力学习科学的思维方式、提高分析和解决问题的能力. .实验课的目训练目的实验课的目训练目的两个能力的培养两个能力的培养：1. 动手的能力动手的能力2. 分析的能力分析的能力实验室作为高等教育的重要组成部分已成为高等实验室作为高等教育的重要组成部分已成为高等学校教学与科研活动的中心和基地学校教学与科研活动的中心和基地，是新形势下培养，是新形势下培养高素质人才、出高水平成果、为经济建设服务的
3、心和高素质人才、出高水平成果、为经济建设服务的心和基地，是新形势下培养高素质人才、出高水平成果、基地，是新形势下培养高素质人才、出高水平成果、为经济建设服务的主要场所；为经济建设服务的主要场所； 从某种意义上说，一从某种意义上说，一个学校的实验室的建设和管理水平个学校的实验室的建设和管理水平，体现了一个学校，体现了一个学校从某种意义上说，一个学校的实验室的建设和管理水从某种意义上说，一个学校的实验室的建设和管理水平，平，也体现了一个学校的教学、科研也体现了一个学校的教学、科研和管理水平以及和管理水平以及在高校中的地位在高校中的地位。物理实验中心物理实验中心师资力量师资力量：1818名教师中有教
4、授名教师中有教授5 5名，副教授名，副教授3 3名。名。教育部跨世纪人才，新世纪人才各一名。教育部跨世纪人才，新世纪人才各一名。是第一批北京市物理实验示范中心的六所是第一批北京市物理实验示范中心的六所高校中的一个。高校中的一个。开设实验内容开设实验内容：范围广泛。基础物理实验；综合：范围广泛。基础物理实验；综合和近代物理实验；设计性和研究性实验。和近代物理实验；设计性和研究性实验。如何上好物理实验课如何上好物理实验课 作好预习作好预习预习报告不要单纯抄书，用自己的话，做到简明扼要。预习报告不要单纯抄书，用自己的话，做到简明扼要。 独立完成实验操作：独立完成实验操作：通过阅读实验教材和仪器说明书
5、，能够正确使用常用的实验仪器通过阅读实验教材和仪器说明书，能够正确使用常用的实验仪器能够独立完成课程要求的实验内容；能够正确记录和处理实验数据能够独立完成课程要求的实验内容；能够正确记录和处理实验数据 认真处理数据，高质量地完成实验报告认真处理数据，高质量地完成实验报告 理解和遵守实验室的各项规定理解和遵守实验室的各项规定1 1、实验内容安排、实验内容安排（1 1）2 2- -1010周：周：7 7个安排的实验（两个一组）个安排的实验（两个一组）（2 2）1212- -1515周：具体安排由任课老师通知周：具体安排由任课老师通知2 2、上课时间、上课时间: :上午：上午：8 8：0000111
6、1：2020下午：下午：1313：00001616：2020 晚上晚上1818：0000- -21:2021:20物理实验的基本设置物理实验的基本设置物理实验课程的安排物理实验课程的安排周周9月214 46 68 8101013131515实验 内容和地点绪绪 论论 课课示波器示波器 的使用的使用 + + 声速声速霍尔效应霍尔效应 + +集成霍集成霍 尔开关研尔开关研 究简谐振究简谐振 动动分 光 计分 光 计 的调整的调整惠斯登惠斯登 电桥电桥+ + 双臂电双臂电 桥桥网上任网上任 选选网 上 任网 上 任 选选周五晚 6：15 地点 3-333示波器与示波器与 声速预习声速预习 报告写在报
7、告写在 一起一起 主主 楼楼425425 主楼主楼 413413 主楼主楼 418418 主楼主楼 421421 电信工程电信工程 院院 06119 班班 上课时间上课时间: 星期二下午星期二下午教师教师: 杨俊忠杨俊忠第二周（下周）实验课安排第二周（下周）实验课安排0611606116周一上午示波器的使用周一上午示波器的使用+ +声速的测定声速的测定 主楼主楼4254250611706117周一上午周一上午 霍尔效应霍尔效应+ +集成霍尔开关研究简谐集成霍尔开关研究简谐振动振动主楼主楼4134130611806118周二下午周二下午 分光计的调整分光计的调整 主楼主楼418418 06119
8、 06119 周二下午周二下午 示波器的使用示波器的使用+ +声速的测定声速的测定 主楼主楼42542506120 06120 周二下午周二下午 霍尔效应霍尔效应+ +集成霍尔开关研究简谐集成霍尔开关研究简谐振动振动主楼主楼413413学生须知学生须知0 0. .今年的教学评估今年的教学评估大家都明白！大家都明白！ 评估专家的检查！评估专家的检查！ 该会的必须要会！该会的必须要会！1.1.各班按自己的实验顺序表上课。请务必记住自各班按自己的实验顺序表上课。请务必记住自己的实验顺序号，按上课内容做好预习。己的实验顺序号，按上课内容做好预习。2 2 实验课前必须预习，写出预习报告，预习报告实验课前
9、必须预习，写出预习报告，预习报告 就写在空白报告上。就写在空白报告上。记录数据不得用铅笔写记录数据不得用铅笔写，原原 始数据必须有教师签字始数据必须有教师签字。3. 提前5分钟进入实验室若因病（要有医生证 明）、因事（要有系教务部门证明）而缺课，应 提前请假，并在规定时间补做实验，值班老师凭 证明在补做报告上签字。课上未完成实验需要补 做的，应由任课教师在报告上签字注明，值班教 师根据任课教师的签字，在补做数据上签字。4.绪论课的练习做完后随第一次实验课的报告交 给老师评阅，每次实验报告在下次实验时交任课 老师。5.实验室开放时间：周末上下午6. 6. 实验报告成绩评定实验报告成绩评定预习报告
10、：预习报告：2020分分 分分A A，B B，C C四档，对应分数为四档，对应分数为2020，1515，1010课堂操作：课堂操作： 3030分分 分分A A，B B，C C三档，对应分数为三档，对应分数为3030，2525，2020数据处理及回答问题：数据处理及回答问题： 5050分分 误差处理或作图：误差处理或作图：2020 实验结果，综述讨论及思考题：实验结果，综述讨论及思考题：2020创新：创新：1010 惩罚性扣分：惩罚性扣分： 迟到迟到5 5分钟内扣分钟内扣1010分，分，5 5- -1010分钟内扣分钟内扣2020分；分； 1010分钟以上，扣分钟以上，扣3030分，且该实验只能
11、在开放时间完成。分，且该实验只能在开放时间完成。 预习报告未完成，扣预习报告未完成，扣2020分；预习报告马虎者扣分；预习报告马虎者扣5 5- -1010分分 实验报告应于下次实验时交给老师，不按时交报告的扣实验报告应于下次实验时交给老师，不按时交报告的扣1010- -3030分分7. 7. 成绩评定成绩评定课堂操作情况及实验报告成绩、绪论课作课堂操作情况及实验报告成绩、绪论课作 业业70%期末考试期末考试30%8. .重修重修总评成绩不合格者总评成绩不合格者 有旷课现象，不按老师要求补做实验者有旷课现象，不按老师要求补做实验者 缺两次或以上实验报告者，不得参加期末考试缺两次或以上实验报告者，
12、不得参加期末考试A A 班教学班教学具有丰富教学经验和高级职称的老师教 学。 双向选择机制：学生自愿报名，任课老 师推荐。 报名时间：7，8两周。 入选名单公布：10周。 11周，A班师生见面。物理实验选修课物理实验选修课1 1学分学分1010月下旬开始，实验课开始后自愿报名；月下旬开始，实验课开始后自愿报名；报名时填写可以参加实验的时间表；报名时填写可以参加实验的时间表；1010月月1515日左右公布实验时间表。日左右公布实验时间表。测量不确定度和数据处理方法测量不确定度和数据处理方法 测量及误差基本知识介绍测量及误差基本知识介绍 测量的不确定度和结果的表达测量的不确定度和结果的表达 实验数
13、据有效位数的确定实验数据有效位数的确定 数据处理的常用方法数据处理的常用方法测量及误差基本知识介绍测量及误差基本知识介绍（1）测量与误差的基本概念测量与误差的基本概念测量测量测量是以确定被测对象量值为目的的全部操作测量是以确定被测对象量值为目的的全部操作，测量结果包括测量值和单位测量结果包括测量值和单位。测量测量直接测量直接测量间接测量间接测量 ( (例例: : 单摆周期单摆周期) 2lTg误差误差: : 测量值与测量值与真值之间的差别真值之间的差别真值真值：被测量真实值的大小真值无法得到；误差存在于一切测量值中真值无法得到；误差存在于一切测量值中，并贯并贯 穿测量的始终穿测量的始终。（误差）
14、（误差）（测量值）（测量值）（真值）（真值）NN0N0N正误差，正误差，0N负误差。负误差。（2） 误差的分类误差的分类系统误差系统误差：重复条件下：重复条件下, ,多次测量同一物理量时，保多次测量同一物理量时，保 持恒定或以可预知的方式变化的测量误差分量。持恒定或以可预知的方式变化的测量误差分量。特点特点: :确定性确定性。随机误差随机误差：重复条件下：重复条件下, ,对同一被测量进行足够多次对同一被测量进行足够多次 的测量时的测量时, ,以不可预知的方式变化的测量误差分量。以不可预知的方式变化的测量误差分量。特点特点: :单个具有单个具有随机性随机性，而总体服从统计规律。，而总体服从统计规
15、律。粗大误差粗大误差：超出在规定条件下预期的误差。它可能：超出在规定条件下预期的误差。它可能 是随机误差的某种极端情况，也可能是由于测量过程是随机误差的某种极端情况，也可能是由于测量过程 中人为过失而产生的错误。中人为过失而产生的错误。（3 3）如何发现和消除系统误差）如何发现和消除系统误差发现系统误差发现系统误差消除系统误差消除系统误差理论分析理论分析实践对比实践对比数据分析数据分析测量结果加修正值测量结果加修正值( (如修正公式如修正公式) )消去误差源消去误差源( (如零点误差如零点误差) )采用适当测量方法采用适当测量方法( (如交换法如交换法) )对某一物理量进行等精测量，得对某一物
16、理量进行等精测量，得 一测量列：一测量列：12,.nx xx当当时，误差的概率分布时，误差的概率分布 如图，这种分布称为（高斯）如图，这种分布称为（高斯） 正态分布正态分布n 221exp22xaf x 正态分布的特点正态分布的特点： 单峰性：单峰性： 对称性：对称性： 抵偿性抵偿性： 有界性：误差出现在区间有界性：误差出现在区间的概率为的概率为68.3%出出 现在区间现在区间的概率为的概率为99.7%。称为极限误差称为极限误差。, 3 ,331lim0ninixax )(x x )(xdx 小小 大大 小小 大大x )(x x )(xdx x )(xf x )(xdx （4 4）随机误差的统计处理：）随机误差
