绪论教学片2011级理科

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1、欢迎2012级同学 到物理实验中心参加物理 实验课程的学习物理实验中心位于良乡校区物理实验楼14层主讲人： 彭祖林物理实验绪论课(两学时)物理实验是我校本科生 的校级必修课 工科 48学时 3学分 一学年完成 理科 96学时 6学分 一学年完成 基科班 80学时 5学分 一学期完成前言 为什么要做物理实验 物理实验课程的任务 物理实验课程的内容 完成物理实验课程的主要环节 物理实验课程的基本要求一.为什么要做物理实验 物理学是实验科学也是一门重要的基础 学科，物理学的成就已经广泛渗透于各 个学科。学好物理学理论、掌握物理实 验的方法、技能有助于同学们今后创造 性地开展各项工作。 课程所学习的基

2、本实验方法、实验技能 以及数据处理的基本知识将为同学们后 续课程和专业实验课程的学习打下良好 的基础。丁肇中先生在1978年获得诺贝尔 物理学奖时写的一封信中指出：“中国有一句古话劳心者治人, 劳力者 治于人这种落后的思想，对于发展中国家的青 年们有很大的害处。由于这种思想，很多发展中 国家的学生都倾向于理论的研究，而避免实验工 作”。“事实上，自然科学理论不能离开实验的基 础”。“我希望由于我这次获奖，能够唤起发展中 国家的学生们的兴趣，而注意实验工作的重要性 ”。二.物理实验课程的任务 从理论和实践的结合上加深对大学 物理理论的理解。 学习物理实验的基础知识，掌握物 理实验的基本方法和基本

3、技能。 通过实验, 培养正确的治学态度, 养成爱护仪器设备、爱护国家财产 的优良品质。三.物理实验课程的内容 第一循环实验（基础实验）力学基础实验（力学基本量测量） 电学基础实验（数字式示波器的原理与 使用） 光学基础实验（薄透镜的焦距与成像）第二循环实验（必做实验） 刚体转动惯量实验 杨氏模量实验 霍尔效应实验 电桥实验 分光计实验 光的干涉实验第三循环实验（选做实验） 迈克耳逊干涉仪 普朗克常数测量 传感器系列实验 声速测量实验 核磁共振 夫兰克赫兹实验 密里根油滴实验 四.完成物理实验课程的主要环节 上网注册网址 http:/ 每个学生均要在物理实验中心网上注册，否则期末教师 无法给成绩

4、。 注册用户名：学号，首次密码：班号；绪论课后及时注 册上网查看自己的实验记录是否有问题。 注册内容：注册时要填写全部项目才能成功注册。 注册后按照实验中心网上的安排上课，平时要注意网上 的教学通知。 课前预习 课上实验操作 课后及时完成实验报告 （限于课后一周内必须交报告）关于预习 每次实验前，按所选实验项 目写好预习报告。 未写预习报告不允许做实验 。 物理实验中心的统一要求实验报告格式 实验名称（教师预习报告签字页） 实验目的 实验仪器 实验原理（不必抄书、应自己归纳写出） 实验内容及主要步骤( 同上 ) 以上内容为预习报告要求 实验数据处理（有必要的公式、图表等） 实验结果讨论 实验思

5、考题的解答 原始数据页（教师检查数据签字页） 应严格按照上述顺序装订报告关于实验 应提前510分钟到达实验室，做好课前准备。迟到 超过15分钟，不允许上课。如生病不能如期上课， 要有病假条并跟上课教师请假，并由教师安排补课 。 进入实验室请先在实验名单上亲笔签名（不要代签 ）。 上课时间：上午 8：00 - 11：20下午 2：00 - 5：20晚上 6：10 - 9：30 与其他课程有别 进入实验室后，应在室内上课名单上亲笔签到（请 勿代签）。 实验操作前, 应认真检查仪器设备, 有问题应向老师 反映、以便及时解决相关问题。由于个人原因造成 仪器设备损坏时，要按照学校相关制度规定进行赔 偿。

6、 实验中要认真观测实验数据, 实事求是地记录 观测结果（应该用钢笔或圆珠笔记录实验原始 数据）。 完成实验后，要将观测数据交给指导老师检查 签字。如果数据不合格，必须重新测量，完成 实验。 离开实验室前，应将本人使用过的所有仪器、 设备包括实验凳恢复到原位，为下一班同学创 造好的工作条件。 最后检查预习报告及实验数据，教师的两个签 字是否完整？没有教师签字的报告为无效报告 。关于实验关于实验报告 应在实验课完成后的一周内, 将实验报告交到 物理实验中心楼二层有上课教师姓名的报 告柜中。报告迟交要扣分。对于只做过实验， 而始终未交实验报告者，期末该实验成绩最高 计40分。 实验报告必须写全班号、

7、学号、姓名、 实验组号、实验时间等信息。信息不全 将可能影响本人该实验成绩的登记与期末成绩 的统计评定。 每两个星期做一个实验，本学期有一次绪论课 和五个实验课。期末成绩是这六次成绩的平均 值。这学期学生的课已经排好，只需按时上课 ，不用再选课了。几点说明 本次课后所留绪论作业请大家课后自行到物理实验 中心网站实验课件栏下载并打印练习题。 一定写清楚班号、学号，姓名，以及上课的时间。 绪论作业在第四周周五前交到给你上绪论课的教师 报告箱内。 未按规定时间交绪论作业者，绪论成绩记 0 分。 物理实验课代表请于第三周后到实验中心一层114 房间找刘纪元老师，交10元押金，领取本班实验报 告柜钥匙。

8、 本课程结束交还钥匙，退回押金。 注意： 有班号的报告柜是教师发还实验报告所用!同学们千万不要将实验报告放入该柜之中! 几点说明 讲义上实验名称对照如下： 力学基础实验A,B在讲义上名称是：力学基本 量测量。 光学基础实验A,B在讲义上名称是：薄透镜的 焦距与成像。 上课教师姓名以物理实验中心网站上的为准， 有别于教务处网站。测量误差及数据处理的基础知识第 一 节测 量 与 误 差测 量 通过各种方法对“被测量”进行赋值 的过程 （将被测量与被定为标准量的同一物理量 进行比较，并确定其比值的过程） 参与测量的五个要素 测量装置（或测量仪器） 测量人员 测量方法 测量环境 被测对象测 量 的 分

9、 类 按获取结果的方式分类 直接测量 通过测量可以直接从量具上读出 数据结果。 间接测量 在进行了若干项直接测量后, 需 将直接测量的结果带入公式中进 行处理或用其他方式处理, 才能 得到最终结果。 按测量条件分类 等精度测量: 在测量条件不变的情 况下，对同一被测量进行重复测量 。 不等精度测量: 在测量条件改变的 情况下,对同一被测量进行重复测量 。在物理实验中应避免此种情 况发生测 量 的 分 类真 值 真值在某时刻、某种物理状态 下，被测量客观存在的真实值。 不论是直接测量还是间接测量，待 测的物理量在一定条件下都存在真 值。 例如：在一定温度下，物体有确切的 体积、金属棒有确切的长度

10、等等。 测量结果都具有误差，误差 自始至终存在于一切科学实 验和测量的过程之中。 测量结果不可能获得真值。误 差 公 理为什么要学习误差理论？ 明确测量结果的可信赖程度。 寻找误差产生原因，提出消除误差或减 小误差的方向和措施。 误差理论是设计合理的实验方法，选择 合理的测量仪器的必要理论依据。 利用误差理论进行测量结果不确定度的“ 评定”与“表示”是现代科技交流和国际贸 易的需要。 实验数据的去伪存真，上升为理论 英国物理学家瑞利（ J.W.S.Rayleigh)对于用两种制氮方法 产生的密度的系统误差的深入研究， 发现了惰性气体氩气，而在1904 年获诺贝尔奖。为什么要学习误差理论？误差的

11、定义 测量误差=测量值-被测量的真（实）值 xi= xi - x0 绝对误差：xi = xi - x0 可正、可负 相对误差 以 % 表示 误差的分类和它的特点 系统误差 已定系统误差 未定系统误差 可消减或消除 随机误差不可消减或消除 粗大误差系统误差的定义 在同一被测量的多次测量过程中保 持恒定或以可预知方式变化的测量 误差分量 仪器不准是造成系统误差产生的 重要原因。 理论公式的不完善，也是造成系 统误差产生的原因之一。 实验条件（环境、人）的影响。 已定系统误差：符号、绝对值已经确定 的误差分量。实验中应尽量消除已定系 统误差。或者对结果进行修正 测量结果 = 测量值 已定系统误差 未

12、定系统误差：符号或绝对值未经确定 的系统误差分量。实验中一般只能估计 出未定系统误差的限值或分布范围。系统误差的定义如何发现、减小、消除系统误差 理论分析 测量系统调整、校准 实验数据的修正 交换测量 实验人员的培训 随机误差 测量中误差出现的大小和方向都不 能预料，变化方式不可预知的误差 分量。 随机误差的产生从表面上看似乎纯 属偶然，但如果测量次数很多，结 果就会出现明显的规律性统计 规律（正态分布、均匀分布、泊松 分布、三角分布等等）。正态分布特征单峰性绝对值小的误差出现的概 率 大于绝对值大的误差出现的概率。对称性绝对值相同的正、负性误 差出现的概率相同。有界性在一定条件下，误差的绝

13、对值不超过一定限度。抵偿性随机误差的算术平均值随测 量次数的增加趋于零。xnf(x)x。1234正态分布特征抵偿性公式（总体平均值）有限次测量的条件下最接近真值真值最佳估计值正态分布特征x-物理量n-出现次数概率密度函数 f(x)满足归一化条件=100%即：各种测量结果出现的概率 之和为100%曲线和x轴之间的面积表示被 测量值落在某一曲间的概率f(x)x m-mm+n正态分布特征正态分布的概率密度函数式中m是总体平均值特征值表征被测量 分散程度的重要参量两公式由误差理论得到标准误差特征值？ 的位置：曲线的拐点 物理意义： 某一次测量值落在（m ，m +） 区域内的概率P(可能性）为 68.3

14、% 落在（m -2，m +2），P=95.4% 落在（m -3，m +3），P=99.7%x特征值与置信度由误差的定义式分析：当取误差 时测量值出现在 真值 区域内的几率为68.3%-置信度为68.3%xi = xi - x0有或者同理置信度为95%置信度为99.7%量值的意义？xmn, f(x)由几率密度函数式 可知：x = m 时因为f(x)满足归一化条件小：曲线陡、数据集中大：曲线平坦、数据分散小大是统计意义上的参量它不说明任意一次测量值随 机误差的大小，但可以表征一系 列同一物理量测量值的分布状况 。和m都是统计意义上的理想值 ，不可实现。方差与贝塞尔公式测量值与算术平均值之差称为残差

15、：方差：方差的正平方根：贝塞尔公式表述的标准偏差s(x)S(x)：与残差相联系的表征测量值分散性的统计量实验标准差 注意：当n=1时，S(x)式发散、此式不适用于单次测量。标准偏差与平均值的标准偏差标准偏差S(x)也称为实验标准差，是从有限次测量中得到的对标准误差(x)的最佳估计值，其置信度接近68.3%平均值 比任何一次的测量值 都更接近总体平均值m，平均值的标准偏差与任一次测量值的标准偏差的关系为：物理实验中多次测量的次数 一般取 5 n 10 随机误差的均匀矩形分布 一个连续随 机变量x，它 的概率密度 函数在某一 有限区间内 为常数，在 该区间外为0 。 均匀矩形分布函数形式及其方差V（X）=s2（x）=（a1+a2）2/12您能搞清楚这些概念吗？精密度正确度准确度什么叫“精密度” 精密度是指对同一物理量进行 多次等精度测量时，各测量值 之间接近