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1、* *物理实验物理实验如何正确认识实验课的作用明确实验课的目的和意义实验绪论的主体内容课后作业与实验考核指导有关规定与选课方法 DateDate物理实验物理实验实验课是为了培养动手能力实验课仅仅是为了培养动手能力？更重要的是：观察、思考和读懂文字眼观六路（想），耳听八方（想）四年大学学习你能够带走的是什么？DateDate物理实验物理实验学习并掌握各种基本物理量的测量方法学习并掌握各种基本测量仪器的使用方法学习并掌握实验数据处理的基本方法学习并掌握实验报告的撰写方法四个基本方法=基本工作能力创造性的思维能力创造性的思维能力DateDate物理实验物理实验（一）课前预习及预习报告（一）课前预习及
2、预习报告 （二）实验操作及注意事项（二）实验操作及注意事项 （三）课后书写实验报告（三）课后书写实验报告 （四）（四）期末考核期末考核DateDate物理实验物理实验认真阅读实验讲义，明确实 验目的和实验原理，初步了解实 验方法和关键步骤。认真填写预 习报告（按标准预习报告填写） ，画出实验原理图（电路图、光 路图）和画出或设计实验数据记 录表格。 DateDate物理实验物理实验实验者应准时来到实验室进行实验。首先 ，在实验前应认真对照讲义上的仪器介绍或听老 师的讲解熟悉仪器，禁止盲目动手。其次，在 进行实验操作时，严格遵守实验规则，爱护实 验仪器，未经许可不得调换仪器。实验过程中如 果发现
3、仪器设备出现故障，应及时报告指导教师 。最后，实验结束后要实事求是地记录实验数 据，实验数据一律用钢笔或圆珠笔填写。实验完 毕后，实验数据需经教师检查签字后方可离开 。DateDate物理实验物理实验一、有效数字的概念0.50.51.01.01.51.51.13 m1.13 m准确数准确数 存疑数存疑数DateDate物理实验物理实验二、有效数字的性质和说明1、有效数字的位数与小数点的位置无关； 2、“0”在有效数字中的特殊地位。 1206cm 2.0000mm 0.000125cm 0.001206mm四位 五位 三位 四位， 3、参与计算的常数，如 4，e等，其有效数字的 位数可以认为是无
4、限的； 4、如遇到测量结果是用科学计数法表示时，指数部 分不计入有效数字的位数。 电子的电荷 库仑四位有效数字DateDate物理实验物理实验三、有效数字的运算准确数+准确数=准确数 准确数+存疑数=存疑数 存疑数+存疑数=存疑数 进位视为准确数 计算结果保留一位存疑数DateDate物理实验物理实验32.32.1 1 + + 3.263.267 735.35.3 36 67 7结果：结果：35.435.426.626.65 5 - - 3.923.926 622.722.72424 结果：结果：22.7222.725.345.348 8 10.10.1 1 534853480000 0000
5、0 05353 4 48 854.54.01480148结果：结果：54.054.017.17.3434 21217 7 3763764 4 21217 7151594941511519 9750750651651DateDate物理实验物理实验一般规律1.加减法（略） 2.乘除法：与参与运算的有效数字最少的那个数位数相同 3.乘方开方：与底的有效数字位数相同 4.指数、对数、三角函数：由改变量决 定。 sin19.580=0.3351227 sin19.590=0.3352871 所以 sin19.580 =0.3351DateDate物理实验物理实验约定：1.表示测量结果的有效数字的末尾数
6、 永远与不确定度的末尾数具有相同的 数量级（即尾数对齐）。 2.计算过程中，中间的运算结果可以 适当多保留一到二位有效数字。 3.绝对不确定度取一位有效数字，相 对不确定度可以取二位有效数字。DateDate物理实验物理实验改错： 1. N =（2.586 0.036）2. N =（23.9560.0201）3. N =（2.36105 1000）4. N = 1.231.235=1.519= =（2.29 0.042.29 0.04）= =（23.960.0223.960.02）= =（2.36 0.01)2.36 0.01)10105 5= = 1.23 1.23 1.235=1.521.
7、235=1.52DateDate物理实验物理实验一基本知识（一）测量和误差测量：借助仪器测量：借助仪器 把待测物理量的把待测物理量的 大小表示出来的大小表示出来的 过程过程。直接测量直接测量110cm110cmDateDate物理实验物理实验从一个或几个直接测量结果按一定的函数 关系计算出来的的过程，称为间接测量。h hd dMMDateDate物理实验物理实验真值:是反映物体特性的某一物理量在 一定的条件下所具有的真实数值测量值x与真值之间总存在一定的差异，这种 差异称为测量误差，表示为：我们称之为测量的绝对误差。 相对误差DateDate物理实验物理实验DateDate物理实验物理实验（二
8、）误差的分类误差的产生及其原因是多方面的，我 们一般从其性质和来源，将误差分为 三类：1.系统误差 2.偶然误差 3.过失误差DateDate物理实验物理实验1.系统误差在一定条件下，多次测量同一量值时，绝对 值和符号保持不变；或在条件改变时，按一定规 律变化的误差称为系统误差。（服从因果规 律）其来源包括以下几个方面： （1）仪器误差。由于仪器本身的缺陷或没按规定 条件调整、使用所造成的误差（如天平、砝码、 电压电流表未按规定定期送检，以及仪器零点校 正不准）。 （2）方法误差。由于实验方法本身或理论不完善 所造成的误差（如用伏安法测电阻时未计及电表 的内阻）。DateDate物理实验物理实
9、验（3）个人误差。由于观察者生理或心理特点造 成的误差。通常与观测人员的反映速度和固有习 惯等有关（如有的人对准目标时总是偏左或偏右 ，致使读数偏大或偏小）。 （4）环境误差。由于外界环境（如温度、光照 、电磁等）的恒定偏离规定条件时而产生的误差 。系统误差具有确定性，它总向一个方向偏离 或按一定规律变化。在实验中可以通过校准仪器 、改进实验设备、选择更好的实验方法或进行理 论修正来消除或尽量使之减小。对于那些既不 能修正，又不能消除的系统误差应根据具体情况 在测量误差（或测量不确定度）中反映出来。 DateDate物理实验物理实验2.偶然误差在实际测量中，由于某种偶然的原因， 使测量结果在测
10、量平均值附近起伏变化，由 此产生的误差称为偶然误差。温度忽高忽低气流飘忽不定电压漂移起伏DateDate物理实验物理实验(1)随机现象：在一定条件下 ，可能发生也可能不发生，或 者出现多种结果的偶然现象。 (2)概率：某一事件在试验中 发生的可能性的大小，用P(X) 或PX|表示。 DateDate物理实验物理实验PP正面朝上正面朝上=DateDate物理实验物理实验偶然误差的特点偶然误差的特点：在相同条在相同条 件下，对同一物理量作多次重复件下，对同一物理量作多次重复 测量（专业术语：测量（专业术语：等精度重复测等精度重复测 量量），其测量值将有时偏大，有），其测量值将有时偏大，有 时偏小。
11、每次测量值的偏大偏小时偏小。每次测量值的偏大偏小 具有偶然性，但只要测量次数足具有偶然性，但只要测量次数足 够多，测量所得到的一系列数据够多，测量所得到的一系列数据 的的偶然误差就服从一定的统计规偶然误差就服从一定的统计规 律，即正态分布规律律，即正态分布规律。DateDate物理实验物理实验标准正态分布如下图所示：标准正态分布如下图所示：均方根差（标准偏差）均方根差（标准偏差）反映了测量数据的离散程反映了测量数据的离散程 度度 值小，测量值的误差中值小，测量值的误差中 绝对值小的误差出现的机绝对值小的误差出现的机 会多，数据比较集中，重会多，数据比较集中，重 复性好、测量的精密度高复性好、测
12、量的精密度高 。反之亦然。反之亦然。DateDate物理实验物理实验特点：特点：1.1.对称性对称性2.2.单峰性单峰性3.3.有界性有界性增加测量次数可以增加测量次数可以 减小偶然误差，但减小偶然误差，但 不能消除不能消除DateDate物理实验物理实验3过失误差 那些因为方案设计错误、操作不当、 仪器损坏或测读错误等人为原因造成的测 量错误，将得到一些坏记录。尽管有人把 由此而产生的误差归类为过失误差，但在 实质上它们不能算作是误差。在工程上人 们指定了若干法则(如3规则)，用来发现 及剔除那些坏记录，以消除过失误差。 DateDate物理实验物理实验（三）测量的不确定度我们测量某物理量时
13、，总是想要找到物理量 的真值。而真值又无法确切知道，所以实际 测量中，我们只能提供一个范围。例如然后我们说：真值落在该然后我们说：真值落在该范围范围内的内的概率概率是是 多少，这个多少，这个xx就叫做就叫做测量的不确定度测量的不确定度。DateDate物理实验物理实验*不确定度的权威文件是国际标准化组织(ISO)、国际计量局(BIPM)等七个国际组织1993年联合推出的 *不确定度表示由于测量误差存在而对被测量值不能确定的程度。不确定度是一定概率下的误差限值。*由于真值的不可知，误差一般是不能计算的，它可正、可负也可能十分接近零；而不确定度总是不为零的正值，是可以具体评定的（因为测量离不开测
14、量工具）。测量误差与不确定度DateDate物理实验物理实验A A类不确定度类不确定度不确定度中服从统不确定度中服从统 计规律的那一部分分量计规律的那一部分分量 B B类不确定度类不确定度不确定度中不服从不确定度中不服从 统计规律的那一部分分量统计规律的那一部分分量 不确定度分类DateDate物理实验物理实验合成不确定度 1. 1. ， 互相独立互相独立 2. 2. 相同的置信概率相同的置信概率DateDate物理实验物理实验在物理实验中，常常遇到的仪器误 差是指国家标准规定的或生产厂家 给出的计量工具、计量仪表的准确 等级或允许的误差范围，并且根据 测试方法或使用条件的简化约定， 我们通常
15、用仪表示。它是仪器的最 大可能误差，其置信概率为99.7% ，属于B类不确定度。注意：注意：DateDate物理实验物理实验二、直接测量的数据处理 （一）单次直接测量的误差估算：（一）单次直接测量的误差估算： 单次测量中，单次测量中，A A类不确定度为零，类不确定度为零， B B类不确类不确 定度只考虑仪器误差，定度只考虑仪器误差，合成合成不确定度不确定度 测量结果测量结果DateDate物理实验物理实验（二）多次测量的不确定度1.算术平均值是真值的最佳估计值 (无系统误差情况下) DateDate物理实验物理实验2.多次测量的标准偏差但是由于测量次数有限，测量值的平均 值将不符合正态分布，而是符合t 分布。测 量次数小时，t 分布偏离正态分布较多。测 量次数大时趋于正态分布。DateDate物理实验物理实验标准偏差标准偏差n n个测量数据中各个数据的离散程度个测量数据中各个数据的离散程度平均值标准偏差平均值标准偏差反映了平均值接近真值的程度反映了平均值接近真值的程度 DateDate物理实验物理实验3.测量结果的合成不确定度DateDate物理实验物理实验（三）间接测量的不确定度的合成DateDate物理实验物理实验函数形式 不确定度传递公式DateDate物理实验物理实验例题:以下解法对吗以下解法对吗? ?令令
