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1、大学物理实验杭州电子科技大学物理实验中心课 程 简 介物理实验是物理学发展的基础。本课程是为本科生了解基本物理实验内容而设立的。由基础实验、设计实 验、综合性实验等组成。总课时为72学时，分两学期完 成。本教学系统主要由教材、多媒体课件等构成学生实验操作前的预习体系。要求同学在进入实验室前必须写 好预习报告，并在实验过程中，发挥自主实验的能动性 ，积极探索。绪 论大学物理实验课程的安排 总课时72学时，分两学期完成：本学期完成：大学物理实验甲（1） 40学时第1周：理论3学时第215周：完成11个实验，具体内容如下： 实验三 空气比热容比的测定（实习一、二） 实验四 导热系数的测定 实验五 转
2、动惯量的测量 实验六 液体表面张力系数的测量 实验十 电位差计的原理和使用 实验十一 示波器的使用 实验十二 螺线管轴向磁感应强度分布的测定（霍尔效应及其 应用） 实验十三 硅光电池的特性及其应用 实验二十一 分光计（实习一） 实验二十五 电子束的偏转与聚焦及电子荷质比的测定（实习 一、二） 实验四十 伏安法测非线性电阻成绩评定及学习方法1、期末成绩的评定期末考试形式：本学期：笔试下学期：操作考试期末考试：30%平时成绩：70%期末成绩2、学习方法-三环节（1）预习：预习是实验的基础。 要求如下： 了解：目的原理方法步骤注意事项思考题 掌握：仪器原理使用方法 写出预习报告：实验目的简要原理列出
3、实验仪器 数据表格注意事项 注意：A）列出数据记录表格，标明实验条件和实验参数，单 位和数量级。 B）没有预习报告不能进入实验室做实验 （2）课堂实验：课堂实验是实验的主体。独立 性。 要求如下： 正确连接实验仪器或实验装置。 按仪器操作规程调整仪器，合理选择量程。 细心操作观察实验现象-记录数据（正确表示有效数 字和单位）。 分析数据和结果。实验数据与标准数据有差别，不能 笼统说实验结果不好。误差在允许范围内，就正常。误 差太大，要分析原因，解决。 不能拼凑数据。 （3）实验报告：实验报告是实验工作的总结。 实验报告一般包括以下几个部分。（1）实验目的（2）实验原理（3）实验仪器（注明型号、
4、规格）（4）数据处理（包括：数据表格、图表、计算结果、误 差计算及结论分析）（5）误差分析（文字叙述，分析误差产生的主要原因）（6）分析讨论题及心得体会 注意： 每次实验报告的批改，都有一个评分标准，老师按评分标准给出成绩。 实验报告绝对不能互相抄袭，凑数据，要实事求是，不合格重做。 3.平时成绩的评定办法（1）每个实验按100分计预习报告： 20分实验操作：30分实验报告：50分（2）如果做了实验但不交实验报告，则该次实 验不及格（一般为40分）；（3）如发现抄袭实验报告，则退回重写报告或 给0分。实验选课系统 打开理学院主页 点击 “物理实验选课” 先注册用户名：学号密码：123456 选
5、课：每次只能选择一个实验，预选从周六7:00 开始到下周五24:00结束 预约实验：从2月26日7:003月4日24:00 选第3周要做 的实验；3月5日7:003月11日 选第四周的 实验；依次类推但要注意：1、周五的时候要上网查看一下是否预约成功，因为实验分组进行，每组15-20人，少于15人系统会在周四的时候自动取消。若被取消，则重新选择其他还不满 20人的实验。2、预约成功后不能旷课，旷课2次，系统会取消预约资格。周次SUNMONTUEWEDTHUFRISAT12021222324252622728 周次SUNMONTUEWEDTHUFRISAT20102030405 30607080
6、9101112 413141516171819 520212223242526 62728293031第一章 实验误差和数据处理基本知识要点： 一、测量与误差 二、偶然误差的估算 三、实验不确定度 四、有效数字的概念和运算 五、实验数据的处理方法 六、对同学的基本要求一. 测量与误差由于物理实验是测量工作，一般地，不可能得到真正的真值，即存在一定的偏差。偏差的大小反映了测量 的可信的程度。另外，从偏差的分析中也可能发现新现 象和新规律。1、测量（1）测量的定义 用一个作为标准单位的物理量与被测量进行比较， 其倍数即为被测量的大小，标准量作为单位。（3）测量的分类： A 按测量方法分：直接测量和
7、间接测量直接测量：可以用仪器或仪表直接测出被测量的测量。如用米尺测长度L，物理天平称量质量m等.直接测量又分单次测量和多次测量间接测量：无法进行直接测量, 需先测出与待测量有一定函数关系的直接测量量，然后经过一定的数学运算才能得到结果的测 量。如用单摆法测重量加速度.（2）测量的四要素：测量对象、测量单位、测量方 法和测量准确度B 按测量条件分：等精度测量和非等精度测量 等精度测量：在同等条件下进行的多次重复性测量。 即实验 环境、人员、仪器、方法等相同不变，对同一个待测量进行多 次重复测量。 非等精度测量：在特定的不同条件下，用不同的仪器、不同的 测量方法、不同的测量次数和不同的实验人员进行
8、的测量和研 究。主要用于高精度的测量中实验中常用的测量主要是单次测量、等精度测量和间接测量 。当测量精度要求不高时用单次测量。（4）测量的方法测量的方法很多，常用的有：直读测量法、比较测量法、替代测量法、放大测量法、平衡测量法、模拟测量法、几何光学测量法、干涉测量法和衍射测量 法等等2. 误差真值：在某一时空状态下，被测量所具有的客观实际值（1）误差的定义： 误差=测量值-真值 由于真值常常未知，无法得到误差。偏差：测量值与算术平均值的差，即：（2）误差的来源：实验环境、实验仪器、实验方法和实验人员特点：普遍存在； 是小量。 3.误差分类（按性质分）（1） 系统误差：在对同一被测量的多次重复测
9、量过程中，误差为常数或以一定规律变化的称为系统误差。又分为已定系统误差和未定系统误差 特点确定性系统误差产生的原因： a. 测量仪器本身的缺陷 b. 测量方法或计算公式的近似性 c. 测量条件（环境等）与所使用仪器的规定使用条件不符 d. 实验者的不良习惯系统误差的消除对已定系统误差的消除A、消除产生系统误差的根源（如先进行仪器校对，再进行测 量）B、找出修正值对测量进行修正：实际值=测量值-修正值 对未定系统误差的消除A、替代法 B、交换法 C、异号法 D、半周期法注意：多次测量既不能减小系统误差，更不能消除系统误差。2）偶然误差：对同一量的多次重复测量中，误差变化是随机的，忽大忽小，忽正忽
10、负，没有规律。 特点随机性。当测量次数比较多时就满足一种规律统计规律。大多数偶然误差遵从正态分布（也称高斯分布），分布函数为：正态分布具有4个特性： a.单峰性：小误差出现的概率比 大误差出现的概率大； b.对称性：绝对值相等的正负误 差出现的概率相同； c.有界性：在一定条件下，误差 的绝对值不超过一定的界限； d.抵偿性：偶然误差的算术平均 值随测量次数的增加而趋向于 零。(3)粗大误差（过失误差）：读数错误、记录错误、计算错误等。这属于不正常的测量范畴，应尽量避免。二、偶然误差的估算物理实验中多次独立测量得到的数据一般可以近 似看作服从正态分布（高斯分布）。x(=xi-x0) 为误差，
11、称为标准误差，+D-x曲线与x轴之间所包围的 面积等于1。随机误差落在区域 -，之内的概率为P这表示作任何一次测量时，测量值的误差落在-，+区间的概率是68.3%, 若把区间范围扩大到-2，+2，则概率为95.4%; 落到-3，+3区间的概 率为99.7%。 1、用标准偏差估算（1）直接测量A 先求算术平均值：B 按贝塞耳公式求出标准偏差x ： 注意这是在有限次测量时，任何一次测量的标准偏差 。对算术平均值为结果时，平均值的标准偏差应为：C 结果表达式或在实际测量中，有的测量不能或不需要重复多 次测量；或者仪器精度不高，测量条件比较稳定， 多次重复测量的结果相近，则只需单次测量即可。 用仪器误
12、差仪计算。结果表达式（2）间接测量结果表达式三、实验不确定度（测量结果不确定度）2、不确定度的分类（1）A类不确定度：是对随机误差的统计处理，常用平均值的标准偏差估算。1、不确定度的定义不确定度是由于测量误差的存在而造成对被测量值不能确定的程度。（2）B类不确定度：是对未定系统误差大多按均匀分布进行的非统计处理。仪器是一种产品，作为一个结果，它的不可靠量值应该是不 确定度仪。它在测量中产生未定系统误差，该误差大多服从均匀分布。仪器不确定度的获得： （1）由仪器或说明书中给出 （2）仪器的准确度等级 （3）估计：对连续读数的仪器取仪=1/2分度值对非连续读数的仪器取仪=分度值-仪f()仪2仪1（
13、3）合成不确定度（4）相对不确定度（X0是指公认值或理论值）%10000-=xxxA百分比误差例：用50分度的游标卡尺测某一圆棒长度L，6次测量 结果如下（单位mm）：25.08，25.14，25.06, 25.10, 25.06, 25.10 则：测得值的最佳估计值为:测量列的标准偏差:相对误差：结果表达式：-%1 . 0%100=LEL r用不确定表示用不确定表示结果表达式：注意：1. 误差本身只是一个估计的范围，因此在一般情况下表示最后结果的不确定度只取一位有效位 数2. 相对不确定E：1% 保留一位有效位数；1% 保留二位有效位数间接测量的不确定度间接测量的相对不确定度间接测量偶然误差
14、估算的举例结果表达式： 解：圆柱体的体积为= 3.017103 mm3例1 设有一圆柱体，其直径为d=9.8000.005mm，高度h=40.000.06mm，求圆柱体的体积V、标准偏差v和Er。 例 四、有效数字表示法及运算规则在实验中我们所测的被测量都是含有误差的数值， 对这些数值不能任意取舍，要正确地反映出测量值的准 确度。所以在记录数据、计算以及书写测量结果时，要 求用有效数字来正确表达。定义：所有的准确数加一位可疑数称为有效数字7.0mm(1)有效数字的位数与仪器的精度（最小分度值）有关，有效位数越多，表明测量的准确度越高。(2)“0”的特殊性：如15.10mm 0.01510m(3
15、)有效数值书写时应注意：有效数值的位数与小数点 位置无关。也不因使用的单位不同而改变。 例如 重力加速度某人测量值为980cm/s2, 改写单位为 m/s2,仍为三位有效数字，即9.80m/s2(9.8m/s2 注意0不 可随意添减)。若以mm/s2为单位, 应写成9.80103 mm/s2 ，不能写成9800 mm/s2.有效数字在记录中应注意下列几点：(4)误差的取位和结果的表示：误差本身是一个估计的范围，所以在普通物理实 验中，一般情况下误差的位数只取一位。测量量的平 均值的最后一位应与误差所在位对齐。进位法则：四舍六入五凑偶, 并规定，若拟舍弃数字5， 而其后尚有非零数，则进位。 如：9.8245 m/s 9.82 m/s9.8251 m/s 9.83 m/s9.8250 m/s 9.82 m/s9.8150 m/s 9.82 m/s(5)常数不作有效数字对待如: L=2R =3.14162.乘除运算：其结果的有效数字位数按各因子中的最少有效数字位数取舍。例如：5.348205=1.10 103在运算过程中的有效数字取舍，一般遵循：1.加减运算：以参与运算的末位最高的数为准（即竖式对齐）例如： 12.4+0.571=13.0 3.乘方、开方运算：其结果的有效数字位
