01绪论,测量,误差,数据处理

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1、物理实验物理实验方法方法11. 1. 物理实验课的三个基本要求物理实验课的三个基本要求2. 2. 为什么要上物理实验课为什么要上物理实验课3. 3. 怎样上好物理实验课怎样上好物理实验课4. 4. 科学精神与科学方法科学精神与科学方法5. 5. 测量、误差和数据处理测量、误差和数据处理绪论绪论21.1.物理实验课的三个基本要求物理实验课的三个基本要求1.1 1.1 严格而系统地训练严格而系统地训练“三基三基”( (基本知识、基本基本知识、基本 方法、基本技能方法、基本技能) )1.2 1.2 学习用实验的方法研究物理现象、验证物理规学习用实验的方法研究物理现象、验证物理规 律，加深对物理理论的

2、理解和掌握，并在实践中律，加深对物理理论的理解和掌握，并在实践中 提高发现问题、分析问题和解决问题的能力提高发现问题、分析问题和解决问题的能力1.3 1.3 养成实事求是的科学态度和积极创新的科学精神养成实事求是的科学态度和积极创新的科学精神32.2.为什么要上物理实验课为什么要上物理实验课2.1 2.1 物理实验的作用物理实验的作用2.2 2.2 物理实验课的目的物理实验课的目的4物理实验的作用物理实验的作用物理学是研究物质运动一般规律及物质基本 结构的科学，它必须以客观事实为基础，必须依 靠观察和实验，是自然科学的基础学科,是学习 其它自然科学和工程技术的基础。归根结底物理 学是一门实验科

3、学，无论物理概念的建立还是物 理规律的发现都必须以严格的科学实验为基础， 并通过今后的科学实验来证实。物理实验在物理学的产生、发展和应用过程 中起着重要作用。5 伽利略把实验和逻辑引入物 理学,使物理学最终成为一 门科学。 经典物理学规律是从实验事 实中总结出来的。 近代物理学是从实验事实与 经典物理学的矛盾中发展起 来的。 很多技术科学是从物理学的 分支中独立出去的。6经典物理学（力学、电磁学、光学）规律是 由以往的无数实验事实为依据来总结出来的。X射线、放射性和电子的发现等为原子物理学、核物理学等的发展奠定了基础。卢瑟福从大角度粒子散射实验结果提出了原子核基本模型。JJ 实验可以发现新事实

4、，实验结果可以为实验可以发现新事实，实验结果可以为物理规律的建立提供依据物理规律的建立提供依据7l1905年爱因斯坦的光量子假说总结了光的微粒说和波动说之间的争论 ，能很好地解释勒纳德等人的光电效应实验结果，但是直到1916年当 密立根以极其严密的实验证实了爱因斯坦的光电方程之后，光的粒子 性才为人们所接受。l1974年J/粒子的发现更进一步证实盖尔曼1964年提出的夸克理论。电磁场理论的提出与公认电磁场理论的提出与公认假说 库仑定律安培定律高斯定律法拉第定律麦克斯韦在1865年提出电磁场理论麦克斯韦方程组统一了电、磁、光现象, 预言了电磁波的存在并预 见到光也是一种电磁波1879年赫兹实验发

5、现了 电磁波的存在并证实电 磁波的传播速度是光速电磁场理论 才得到公认二十多年后理论物理与实验物理相辅相成。规律、公式是否正确必须经受 实践检验。只有经受住实验的检验，由实验所证实，才会得到公认 。JJ 实验又是检验理论正确与否的重要判据实验又是检验理论正确与否的重要判据8以诺贝尔物理学奖为例： 80%以上的诺贝尔物理学奖给了实验物理学家 。 20%的奖中很多是实验和理论物理学家分享 的。 实验成果可以很快得奖，而理论成果要经过至 少两个实验的检验。 有的建立在共同实验基础上的成果可以连续几 次获奖。9 1997：发明了用激光冷却和俘获原子的方法 Steven Chu Cohen-Tannou

6、dji William D. Phillips 1998：量子霍耳效应，电子能够形成新型粒子 Robert B. Laughlin Horst L. Stormer Daniel C. Tsui101997年诺贝尔物理学奖授予美国加州斯坦福大学的朱棣文（Stephen Chu，1948），法 国巴黎的法兰西学院和高等师范学院的科恩塔诺季（Claude CohenTannoudji，1933 ）和美国国家标准技术院的菲利普斯（William D.Phillips，1948），以表彰他们在发展用 激光冷却和陷俘原子的方法方面所作的贡献。朱棣文 (Steven Chu) 年月日出生于美国密苏里州圣路

7、易斯。祖籍中国 江苏太仓。父亲朱汝瑾是国际知名的化学工程专家，母亲李静贞曾就读于麻省理工 学院。年毕业 于罗切斯特大学， 获数学学士和物理学学士学位，年 获加利福尼亚大学伯克利分校物理学博士学位，后留校做了两年博士后研究， 年到贝尔电话实验 室工作， 年任该实验 室量子电子学研究部主任。 年任美国斯坦福大学物理学教授，年任该校物理系主任。年 月被选为 美国国家科学院院士。 年月被任命为位于加利福尼亚州的美国 能源部下属的劳伦 斯伯克利国家实验 室主任，月日正式上任。朱棣文研究的领域包括基础原子物理、激光、生物物理等。年因“发明了 用激光冷却和俘获原子的方法”荣获诺贝 尔物理学奖，与他同获该奖项

8、 的是美国科学 家威廉菲利普斯和一名法国学者。还曾获费萨 尔国王国际科学奖。朱棣文曾多次访问 中国。年月日，当选为 中国科学院外籍院士。目前供职于美国斯坦福大学物理学和应用物理教授。朱棣文于2008年12月15日被美国新当选总统奥巴马提名出任能源部长。2009年1月20日，美国联邦参议院无异议通过朱棣文担任能源部长的提名。 11-分数量子霍耳效应的发现苏克林 施特默 崔琦1998年诺贝尔物学理奖授予美国加州斯坦福大学的劳克林（Robert B .Laughlin,1950- )，美国纽约哥伦比亚大学 与新泽西州贝尔实验室的施特默（Horst L.Stormer,1949- )和美国新泽西州普林

9、斯顿大学电气工程系的崔琦 (Daniel C.Tsui,1939- ), 以表彰他们发现了一种具有分数电荷激发状态的新型量电子流，这种状态起因于所谓的分数量子霍儿效应。 量子流体早在研究极低温度状态下的液氦和超导体时就已有所了解。在这些领域里，已经有好几位物理学家获得 过物理学奖。 例如，卡末林-昂内斯由于液氨的研究和超导电性的发现获1913年诺贝尔物理学奖；郎道由于液氨和超流理论获 1962年诺贝尔物理学奖；巴丁、库伯和施里弗由于提出超导电性的BCS理论获1972年诺贝尔物理学奖；卡皮查由 于发现氦的超流动性获1978年诺贝尔物理学奖；柏诺兹和缪勒由于发此案高温超导获1987年诺贝尔物理学奖

10、；戴 维.李、奥谢罗夫和R.C.里查森则因为发现氦-3的超流动性获1996年诺贝尔物理学奖。这麽多的物理学家受到如此 殊荣，说明凝聚态物理学在20世纪有极大的发展，而低温和超导在这一领域内又有特殊重要的地位。分数量子霍 尔效应正是继高温超导之后凝聚态物理学又一向展新课题。 121998年10月13日，华裔美籍科学家崔琦因发现逊电子在强磁场、超低温条件下互相作用，能形成某种特异性质 的量子流体，获得1998年诺贝尔物理学奖，他是继1997年朱棣文之后登上诺贝尔殿堂的第六位华人。崔琦，1939年生于河南，已入美国籍。1967年获美国芝加哥大学物理学博士，1982年起任普林斯顿大学教 授。他于198

11、4年获得了美国物理学会颁发的奥列佛伯克利奖，1998年还获得了世界著名的本杰明富兰克林物 理奖。1998年12月，他对采访他的记者谈了治学为人之道：崔琦认为，“获得成功，要有一定的运气和时机，但勤 奋是基础。”他说，他每年都要带二三十个研究生，他们都很刻苦，往往把别人花在舞会上的时间花在了实验室 ，周末不休息，一天工作10至12小时是常有的事。一般人看来，学物理非常枯燥，不容易出成果，与学法律与商业的人相比，也挣不到大钱。但崔教授有自 己的见解。他认为，搞物理研究只要投入，就会趣味盎然，每当有新的发现，哪怕是很微小的发现，也会享受 到无穷的乐趣。崔琦还说，要想成功，千万不要受周围环境的影响，“

12、要相信自己，相信自己的能力”，“我常常鼓励学生们 往前看，相信自己从事的是对人类有用的事业。”他说，“如果只为一日三餐，并不需要去做研究，从事简单的体 力劳动，便可达到目的。做学问可不是为了钱，而是为了能对别人有用。”崔琦指出，在相信自己的同时，还要相信别人。只有向别人敞开你的胸怀，才会赢得别人的信任和帮助。 做到这一点对于远离故土到异国他乡求学的中国人来说尤为重要，因为他们要承受比别人更大的压力，如果不 能与周围的人接近，很容易陷入孤立。崔琦谈到他的那些来自中国名牌大学的一流学生时说，“他们的考试成绩非常好，但我告诉他们，做学问可 不是做作业，那只是重复前人做过的事。”他打了一个比喻，就像在

13、旷野或森林中寻找回家的路一样，需要有开 创性的探索精神。崔琦喜欢“只问耕耘，不问收获”的格言，而1998年获诺贝尔奖，却是多年心血耕耘换得的大丰收，记者问他 如何看待这一收获，崔教授淡淡地一笑并不直接作答，他说他将与往常一样，在普林斯顿大学教他的书，埋头 于物理学研究，因为那是一个令他感到其乐无穷的世界。年诺贝尔物理奖获得者.崔琦 (Daniel Chee Tsui) 年生于中国河南省宝丰县肖旗乡范庄村一个农民 家庭，在村里小学毕业后，他于年在北京读书，次年到香港培正中学就读。年香港培正中学毕业 ，年赴美国深造，就读于伊利诺伊州奥古斯塔纳学院。年在美国芝加哥大学获物理学博士学位， 此后到著名的

14、贝尔实验室工作。 13 2001：玻色-爱因斯坦凝聚Eric A. Cornell Wolfgang Ketterle Carl E. Wieman获得者: 埃里克康奈尔、卡尔维曼和沃尔夫冈克特勒 成就: 表彰他们根据玻色爱因斯坦理论发现了一种新的物质状态“碱金属原子稀薄气体的玻色爱因斯坦凝聚（BEC）”14物理实验课的目的物理实验课的目的 学习实验知识学习实验知识 培养实验能力培养实验能力 提高实验素养提高实验素养15学习实验知识学习实验知识通过对实验现象的观察、分析和对物理量的测量，学习物理实验知识和设计思想，掌握和理解物理理论。16培养实验能力培养实验能力 借助教材或仪器说明书正确使用常

15、用仪器； 运用物理学理论对实验现象进行初步的分析判 断； 正确记录和处理实验数据，绘制实验曲线，说 明实验结果，撰写合格的实验报告； 能够根据实验目的和仪器设计出合理的实验。17提高实验素养提高实验素养 培养理论联系实际和实事求是的科学作风； 严肃认真的工作态度； 主动研究和创新的探索精神； 遵守纪律、团结协作和爱护公共财产的优良品德 。18物理实验课程不同于一般的探索性的科 学实验研究，每个实验题目都经过精心设计 、安排，可使同学获得基本的实验知识，在 实验方法和实验技能诸方面得到较为系统、 严格的训练，是大学里从事科学实验的起步 ，同时在培养科学工作者的良好素质及科学 世界观方面，物理实验课程也起着潜移默化 的作用。193. 3. 怎样上好物理实验课怎样上好物理实验课三个主要教学环节三个主要教学环节 实验前的预习实验能否取得主动的关键 实验中的操作 实验后的报告实验的总结20实验预习实验预习 明确实验目的， 预习实验原理， 了解实验注意事项。预习报告是实验工作的前期准备，是写 给自己参考用的，故要求简单明了。实验前 应清楚本次实验应达到什么目的，通过什么 实验方法和测量哪些数据才能实现实验的目 的。21实验名称，实验目的， 实验简图（电路图、光路图、框架图）， 记录主要公式； 列出记录数据表格（分清已知量、指定量 、待测量和单位）。无需照抄实验原理！预习