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1、大 学 物 理 实 验,绪 论,绪 论,一、物理实验的作用和地位,1.实验是人类研究自然规律、改造客观世界的特殊的实践形式和手段。,2.实验是基础科学赖以生存和发展的基础。,二、物理实验课的学习目的和任务,1. 学习物理实验知识，加深对物理原理理解。 2. 培养和提高学生的科学实验技能。如：开启仪器电源开关前应把调节旋钮预置好；万用表表笔的拿法、表笔正确插接、旋盘正确置位；电路接通前电阻箱旋预置等。 3. 培养和提高学生的科学素养，实事求是、理论联系实际的科学作风，一丝不苟、严肃认真的科学态度。不得拼奏实验数据。,1、各个小组按照课表在规定的时间、地点参加实验课。缺课三次不得参加期末考试；没有
2、指导老师签字的实验报告不予评分；没有实验预习报告的不能做实验。2、认真完成实验课前预习、课堂操作和课后数据处理，组长在实验课后三天内将本组实验报告册交至实训楼C504，在下次课之前将报告册取回，以便同学预习下次实验。预习等级ABCD；操作等级ABCD，老师要做实验报告上标出。3、不得迟到、早退，不得无故缺席。4、要经过指导教师同意方可进入实验室。5、遵守实验室规则。平时70%、考试30%,三、物理实验课的基本要求,、课前预习：按照实验项目，看懂教材, 预习可进入班长QQ群参考实验视频进行；写好预习报告，指导教师将根据预习情况给予预习成绩评定。,基本知识、基本方法、基本技能,2、实验操作：, 掌
3、握“三先三后”原则,先观察后测量，先调衡后测量，先粗测后细测。, 注意“三基”, 贯彻“三严”,严肃的态度、严格的要求、严密的观测,四、物理实验课的基本程序,3、实验结果和数据必须经老师检查, 签字。离开实验室之前自觉整理好桌凳、 仪器。,四、物理实验课的基本程序,1、内容和格式：, 实验名称, 实验目的, 实验原理，包括基本公式，示意图, 实验设备、仪器, 实验步骤, 实验数据及处理、图表, 实验结果及误差分析、问题讨论,2、注意：内容真实 切忌抄书,3、书写清楚、整洁,书写清楚、报告整洁与否表现了对实验的态度和对自己实验结果的负责程度。 实验报告整洁占实验成绩的10,4、实验成绩评定的说明
4、,被测量的测量结果用数值（标准量的倍数）、标准量的单位（物理实验中一般采用SI制）以及结果可信赖的程度（不确定度）来表示。 没有单位的物理量是没有意义的！,注意：在国际单位制（SI制）中，以米、秒、千克、安培、开尔文、摩尔和坎德拉作为基本单位，其他量都由以上七个单位导出，称为国家单位制的导出单位。,1. 测量,因此，测量的必要条件是被测物理量、标准量及操作者。测量结果应包含数字和单位，必要时还要给出测量所用的量具或仪器，测量的方法及条件等。,测量的分类,直接测量将待测物理量与选定的同类物理量的标准单位相比较直接得到的测量值。,2. 间接测量：,利用直接测量的量与被测量之间的已知函数关系，求得该
5、被测物理量。 如：测圆柱体的体积, 在实际的测量过程中,由于测量仪器、测量方法、测量条件和测量人员的水平以及种种因素的局限,不可能使测量结果与客观存在的真实值之间完全相同,我们所测得的只能是某物理量的近似值。 任何一种测量结果的量值与真值之间总会或多或少地存在一定的差值,将其称为该测量值的测量误差,简称“误差”,误差的大小反映了测量的准确程度。,2. 误差,绝对误差 = 测量值真值相对误差 =真值是一个理想的概念，一般说来是不知道的，实际测量中有时采用已修正过的被测量的算术平均值来代替真值，称为约定真值。,误差的表示,绝对误差,真值,平均值 假定对一个物理量进行了n次测量， 测得的值为xi (
6、i =1, 2，n)可以用多次测量的算术平均值作为被测量的最佳估计值，测量次数n为无穷大时，算术平均值等于真值。,多次测量的平均值,误差的来源,来源,测量过程中产生,处理测量数据时产生,仪器,方法,环境,主观,误差的消除或减小是实验技能问题，采取各种措施将它降低到最小程度。,误差的分类,（1）系统误差,在相同条件下（指方法、仪器、环境、人员）多次重复测量同一量时，误差的大小和符号（正、负）均保持不变或按某一确定的规律变化，这类误差称为系统误差，它的特征是确定性。前者称为定值系统误差，后者称为变值系统误差。,天平不等臂所造成的系统误差,仪器误差,如：螺线管磁场公式 成立条件是螺线管为无限长，管壁
7、磁漏可忽略。,由于理论推导中的近似,产生的 系统误差。,理论误差,环境因素,光点检流计,接近时，静电干扰，使光斑移动等。,（2）偶然误差,偶然误差也被称为随机误差，是由实验中多种因素的微小变动所引起的。,温度忽高忽低,气流飘忽不定,电压漂移起伏,偶然误差没有规律,其大小和方向也都是不可预知的。但对一个量进行足够多次的测量,则会发现它们的偶然误差是按一定的统计规律分布的,最最典型和常见的分布规律是正态分布规律。,3. 有效数字的一般概念,从数据左起第一位非零数字起，到右边的全部数字称为有效数字。有效数字的最末一位是误差所在位，即是有误差的数字。,有效数字=准确数字+一位欠准数字,数 学：,不确定
8、度是对测量结果可信度的描述,表征误差可能存在的范围。,A类不确定度 对测量结果离散性的评 价。主要涉及随机误差。,B类不确定度 主要涉及系统误差。由仪器误差造成。,3.测量的不确定度,1. A类不确定度可用统计方法计算,一般用平均值的标准偏差来表示。即：,n8时，tP 1,2. B类不确定度用非统计方法估算,在实验教学中约定：,为仪器误差限，常用的仪器误差限根据国家计量检测规程（简称JJG）规定。,常根据： （1） 对可估读测量数据的仪器：仪 = 最小刻度的1/2 （2） 对不可估读测量数据的仪器：仪 = 仪器最小分辨读数 （3） 对有仪器说明书的仪器：仪按仪器说明书计算,3、直接测量的合成不
9、确定度和相对不确定度:,合成不确定度：,例1：用螺旋测微仪测得圆柱体直径为：1.0076、1.0086 、1.0090 、1.0068 、1.0078；,单位：,用游标卡尺测得圆柱体高为：1.258 、1.264 、1.236 、1.256 、1.260 ,游标卡尺：是不可估读量具 仪 = 仪器最小分辨读数0.002 ,用游标卡尺测得圆柱体高h 的合成不确定度为：0.009,螺旋测微仪是可估读量具，最小刻度是 0.001 , 仪= 0.001/2=0.0005,用螺旋测微仪测得圆柱体直径d 的合成不确定度为：0.0008,用螺旋测微仪测得圆柱体直径d 为：,用游标卡尺测得圆柱体的高h 为：,测
10、量结果：,1、列表法,（1）列表法的优点:,A.能简单的反映事物的对应关系、明了地显示测量值的变化情况。,B.容易从排列的数据中发现规律和问题,C.为进一步进行数据处理创造条件,第二章 数据处理,（2）列表规则,A.精心设计、用尺画线、力求工整,C.各栏目均要标明名称和单位，自用符号要说明,B.对应关系清楚简洁、一目了然,D.表格名称、表头、标题栏目：名称、符号、单位，仪器规格、物理参数等,二、数据处理的基本方法,用伏安法测电阻,优点：条理清楚，结构简洁，测量结果一目了然缺点：不易看出被测量量的函数变化关系。,2、图示法和图解法,（1）作图法的优点 A.能形象、直观、简便地显示物理量之间的关系
11、 B.具有取平均的效果 C.有助于发现测量中的错误数据 D.有助于发现经验公式、,图示法和图解法统称为作图法，是物 理实验中最常用的方法，必须熟练掌握。,（2）作图规则,A.列表（按列表的规则） B.选择坐标纸、选择适当的大小和比例 C.标出坐标轴的名称和标度、物理（符号）及单位 D.描点和连线（用表示点） E.在图的空处标出名称、绘制人姓名、日期, 图示法,（a）图纸的选择,图纸：直角坐标（方格）纸、对数纸、极坐标纸等 选取原则：有利于画图和读图，使图形表现更为直观。,（b）坐标的分度与标记,原则：为便于画图和读图，应采用能被10整除的数分度；坐标的分度值也不一定要从零开始。,（c）标点（又
12、称实验数据点）,* 实验点要用“+” 或“”等符号表示 * 同一张图上画 不同的曲线标点要 用不同的符号* 对不同的曲线 还应加注文字说明,（d）拟合直线, 图解法,斜率： 截距：,3、逐差法（P10）,实验中常会遇到自变量是等间距的多次测量，按平均值计算，会使中间测量值彼此抵消，这样就失去多次测量的意义，采用逐差法来处理这类数据，可保持多次测量的优越性,有其独特的优点。,逐差法处理数据,两个测量值成 y=a+bx线性关系时，利 用逐差法可以方便地求得斜率和截距。并 能充分地利用测量数据。设x、y之间有线性关系，实验测得一列对应数据为x1、x2、，xn和y1、y2、yn，直接测量量不确定度估算过程与表示,逐差法处理数据,设x、y之间有线性关系,则：,逐差法,系数,逐差法,截距,最小二乘法（普物、近物实验）,图解法处理数据时，人工拟合的曲线不是最佳的。科研工作中常用最小二乘法来拟合曲线。用最小二乘法求得变量之间的函数关系称为回归方程，因此用实验数据寻求最佳拟合线的问题也常称为方程的回归问题。这里只讨论一元线性回归问题。变量代入方程，为使方程成立，必须引入偏差项，,最小二乘法,线性相关系数,最小二乘法：线性相关系数,直接测量量不确定度估算过程与表示,.求测量数据的平均测量值；判断有无应当剔除的异常数据，如有,剔除后重新计算； 2.用已知系统误差修正平均值； 3.计算标准差;,
