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1、12大学物理实验课的作用大学物理实验课的作用大学物理实验课是高等工科大学物理实验课是高等工科 院校的一门必修基础课程，是对院校的一门必修基础课程，是对 学生进行科学实验基本训练，提学生进行科学实验基本训练，提 高学生分析问题和解决问题能力高学生分析问题和解决问题能力 的重要课程。物理实验课和物理的重要课程。物理实验课和物理理论课具有同等重要的地位。理论课具有同等重要的地位。 3大学物理实验课的任务大学物理实验课的任务通过大学物理实验课的学习，学通过大学物理实验课的学习，学 生应在习惯、知识、能力三方面达到生应在习惯、知识、能力三方面达到 如下要求。如下要求。（一）培养良好的科学实验素养。（一）
2、培养良好的科学实验素养。（二）掌握物理实验理论基础知识（二）掌握物理实验理论基础知识, ,加深对物理学原理的理解。加深对物理学原理的理解。（三）具有相应的实验能力。（三）具有相应的实验能力。 4物理实验基本程序和要求物理实验基本程序和要求1.1.实验课前预习实验课前预习 (1)(1)预习讲义中与本实验相关的全部内容。预习讲义中与本实验相关的全部内容。 (2)(2)写出预习报告（实验题目、目的、原理、写出预习报告（实验题目、目的、原理、主要计算公式、原理简图）主要计算公式、原理简图）, ,准备原始实验准备原始实验数据记录表格。数据记录表格。 2.2.课堂实验操作课堂实验操作 (1)(1)上课需带
3、实验讲义、笔、尺、计算器等。上课需带实验讲义、笔、尺、计算器等。 (2)(2)必须在了解仪器的工作原理、使用方法、必须在了解仪器的工作原理、使用方法、 注意事项的基础上，方可进行实验。 注意事项的基础上，方可进行实验。 5(3)(3)仪器安装调试后经教师检查无误后方可进仪器安装调试后经教师检查无误后方可进行实验操作。行实验操作。(4)(4)注意观察实验现象，认真记录测量数据，注意观察实验现象，认真记录测量数据，将数据填入原始实验数据记录表格将数据填入原始实验数据记录表格, ,数据须数据须经指导老师检查及签字。经指导老师检查及签字。(5)(5)实验后请将使用的仪器整理好，归回原处。实验后请将使用
4、的仪器整理好，归回原处。经教师允许后方可离开实验室。经教师允许后方可离开实验室。3.3.课后按要求完成实验报告课后按要求完成实验报告, ,（原始数据整理到（原始数据整理到实验报告上，进行数据处理并回答问题实验报告上，进行数据处理并回答问题) )，在，在 一周内将实验报告交来。一周内将实验报告交来。6实验报告示例 实验目的主要仪器名称实验原理,操作步骤回答问题:指导教师意见武进学院 物 理 实 验 报 告学院 专业 班 实验日前 学号 姓名 作者 成绩 实验名称 第4页第1页课前完成课后完成 7实验数据，计算及分析第2页第3页课前完成课后完成接 前 页8大学物理实验原始记录实验名称 实验日期学院
5、 班 学号 姓名 指导教师签字 年 月 日abcdef原始数据记录表格课前做好，上课 时随预习报告一起交 指导老师检查。实验 时将数据记录在此表 上。实验结束交老师 检查、签字。课后将 数据整理到预习报告 上。此表格要同实验 报告一同交来。课前完成9第一章第一章测测 量量 误误 差差1 测量与误差 2 误差处理 3 有效数字的记录与运算 4 测量结果的不确定度评定10物理实验是对物理现象、运动规律的物理实验是对物理现象、运动规律的 定量的认识定量的认识, ,当然离不开测量当然离不开测量, , 但决不仅但决不仅 仅是测量仅是测量, , 还需从一定的理论出发，对测还需从一定的理论出发，对测 量数据
6、加以分析量数据加以分析, ,归纳出有关结论。归纳出有关结论。1 1 测量与误差测量与误差一一. .测量及其分类测量及其分类11它包含着：理论它包含着：理论 实验方法实验方法 仪器选择仪器选择 测量测量 数据处理数据处理 结结果分析等环节，可见物理实验包括测量果分析等环节，可见物理实验包括测量 ，但物理实验决不是单纯的测量。，但物理实验决不是单纯的测量。测量是用仪器通过一定的方法，进行实 验比较，以某一计量单位，把待测量定 量地表示出来。12测量的分类测量的分类直接测量直接测量 间接测量间接测量等精度测量等精度测量 不等精度测量不等精度测量13二二. .误差与偏差误差与偏差1、真值与误差测量值x
7、：通过直接测量或间接测量 得到的物理量的值。绝对误差：真值x0 : 一个物理量客观存在的量值， 与测量所用的理论方法及仪器 无关。142、最佳值与偏差是评价测量值准确与否的客观标准。最佳值：多次测量的算术平均值偏差：相对误差：对物理量X进行多次等精度测量，测 量列为15三、误差的分类三、误差的分类系统误差随机误差过失误差16天平不等臂所造成的系统误差仪器误差1.1. 系统误差系统误差17转轴与几何中心重合转轴与几何中心重合 ，由于，由于 所以可用弧长反映角所以可用弧长反映角 度的大小。度的大小。由于偏心，使之用由于偏心，使之用 弧长反映角度弧长反映角度 时产时产 生的系统误差。如：生的系统误差
8、。如：这是由偏心这是由偏心 造成的。造成的。BAOb b18螺线管为无限长，管壁磁漏可忽略。如：由于理论推导中的近似由于理论推导中的近似, ,产生的产生的 系统误差系统误差理论19公式 （忽略了空气阻力等） 意大利科学意大利科学 家伽利略在比家伽利略在比 萨斜塔上做的萨斜塔上做的 铁球落地实验铁球落地实验 。两个不同重。两个不同重 量的铁球从高量的铁球从高 处落下，同时处落下，同时 着地。说明理着地。说明理 论在一般情况论在一般情况 下都能较准确下都能较准确 地反映物体真地反映物体真 实的运动规律实的运动规律20下降时所受空气下降时所受空气 阻力阻力f f与下落速度与下落速度 V V 乃至乃至
9、 V V2 2成正比，成正比，V V 增大到一定值时，增大到一定值时， f=mg f=mg ，则物体将作则物体将作 匀速直线运动，物体匀速直线运动，物体 下落的极限速度约为下落的极限速度约为V V极极5050m/sm/s。由此求由此求 得飞机的高度得飞机的高度h h实实h h理理。21人为心理作用，读数（估计）偏大或偏小。心理作用，读数（估计）偏大或偏小。生理因素听觉嗅觉色觉视觉对音域（20HZ-20KHZ） 的辨别。 对音色的辨别。22环境市电的干扰市电的干扰输入输入光点检流计光点检流计接近时，静接近时，静 电干扰，使电干扰，使 光斑移动等光斑移动等 。23方法方法内接内接AVVRVA AV
10、IRIV用V作为VR的近似值 时，求外接外接24系统误差系统误差特点是增加测量次数误差不能减少，只增加测量次数误差不能减少，只能从方法、理论、仪器等方面的改进能从方法、理论、仪器等方面的改进与修正来实现。表现出恒偏大、恒偏与修正来实现。表现出恒偏大、恒偏小或周期性的特点，影响实验结果的小或周期性的特点，影响实验结果的正确度。正确度。25测量过程中另一类不可避免的误差测量过程中另一类不可避免的误差, , 来自于大量的微小的干扰的合成。其影来自于大量的微小的干扰的合成。其影 响程度表现为随机特性，增加测量次数响程度表现为随机特性，增加测量次数 可减小其影响。可减小其影响。2. 2. 随机误差随机误
11、差误差误差 = = 随机误差随机误差 + + 系统误差系统误差3.3.精密度、正确度、准确度和精度精密度、正确度、准确度和精度精密度随机误差；正确度系统误差； 准确度随机误差与系统误差综合大小。 精 度 一种泛指，物理意义不明确。26（a)精密度？正确度？(b)精密度？正确度？ (c)精密度？正确度？(d)精密度？正确度？272 2 误差处理误差处理一一. .处理系统误差的一般知识处理系统误差的一般知识1 1、发现系统误差的方法、发现系统误差的方法2 2、系统误差的减小与消除、系统误差的减小与消除理论分析法 实验对比法 数据分析法误差根源：减小、消除实验技巧：交换法、替代法、异号法等。28随机
12、误差在实验过程中是不可避免随机误差在实验过程中是不可避免亦不可消除的，其对任一次测量结果的亦不可消除的，其对任一次测量结果的影响具有随机性的特点。但在多次测量影响具有随机性的特点。但在多次测量中表现出确定的规律即统计规律。依此中表现出确定的规律即统计规律。依此可用来对随机误差的影响程度作出客观可用来对随机误差的影响程度作出客观的评价。的评价。二二. .随机误差及分布随机误差及分布291、标准误差与标准偏差标准误差（标准差)：实验标准（偏）差贝塞尔法 测量次数n为有限次时用其计算直 接测量量的实验标准差。302、平均值的实验标准差有限次测量的算术平均值 亦为随机 变量，其实验标准差为：是用测量列
13、的平均值 作为真值 的最佳估计值时， 与 两者之间的偏离程度。31平均值的实验标准 差 比任何一次 测量的实验标准差小,增加测量 次数,可以减少平均 值的实验标准差,提 高测量的准确度.但是,n10以后,n再 增加, 减小缓 慢,因此,在物理实 验教学中一般取n为 610次s0510n15051015sn测量次数对 的影响323、随机误差的正态分布规律：例，用秒表测单摆的周期T，将各测量值出现 的次数列表如下。测量值xi 1.01 1.02 1.03 1.04 1.05 1.06 1.07 1.08 1.09 1.10 次 数 n 1 1 2 8 8 5 2 2 1 0 xin=30次n33测
14、量值xi 1.01 1.02 1.03 1.04 1.05 1.06 1.07 1.08 1.09 1.10次 数 n 0 2 4 10 14 16 7 5 1 1n=60 次10206161.05n测量值 341.0561016202630测量值 次数xi n1.01 11.02 41.03 71.04 231.05 251.06 201.07 111.08 51.09 21.10 2n=100次nxi 35随着测量次数增多，统计显示出如下规律。在1.05附近，测量值出现的次数最多，表现为单峰性。与1.05相差越多，测量值出现的次数越少，表现为有界性。偏大的数 据与偏小的数据基本相等表现为对 称性。大部分数据存在于确定的范围内，该范围可评价随机误差的大小。 36可以预计，当 测量次数无限增 多 时，曲线将表现 为 单峰、有界、严 格 对称的特征。在 有 限次测量下，得 到 的所有曲线，是 以 对称曲线为中心 ， 左右摆动的曲线 族。nxi30次60次100次37在数理统计上, 描述具有单峰、有界、对称的统计函数.叫正态分布函数。常用来解释随机量测量
