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1、大学物理实验,绪论,深圳大学物理实验中心,一、 课程基本要求,1、掌握测量误差的基本知识，具有正确处理实验数据的基本能力。,2、掌握基本物理量的测量方法。,3、了解常用的物理实验方法，并逐步学会使用。,5、 掌握常用的实验操作技术。,4、 掌握实验室常用仪器的性能，并能够正确使用。,内容基本要求,1.通过对物理现象的观察、分析和对物理量的测量，学习科学实验知识，加深对物理学原理的理解。,2. 培养和提高治学能力和工作能力。（1）自行阅读实验教材或资料，概括归纳要点，做好工作前的准备；（2）借助教材或仪器说明书正确使用仪器；（3）运用物理学理论对实验现象进行分析；（4）正确记录和处理实验数据，绘
2、制曲线，说明实验结果，撰写合格的实验报告。（5）完成简单的设计性实验。,3.培养科学精神，提高科学素养，逐步具备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，锲而不舍的探索欲望，团结协作的团队意识，遵守纪律、爱护公物和环境的优良品德。,作用和意义,实验室行为规范的养成：,认真阅读实验中心学生守则（墙面上） 实验课要严格按照轮换表，不能随意更换实验分组 进入实验室三件事：1、打卡、2、签预习报告、3、签到表上签字进入实验室按组号入座，使用本组仪器，如有损坏需和教师联系更换，不可随意挪用他组的仪器。坏仪器放在讲桌上，并说明故障表现。 实验时要严格按照操作规范和要求，每个实验要先阅读注意事项
3、 认真预习，按时完成实验报告。,数据采集完毕后，先请教师签字、数据无误再拆线整理仪器，凳子归位、填写登记表方可离开。,保持实验室卫生：1、不要在实验室吃东西，遗留物品及垃圾；2、不要刻画桌面；3、不要用笔在仪器面板上留下痕迹；4、橡皮残渣清理到垃圾楼,实验室行为规范的养成：,实验课程程序,1、课前预习：,（1）上课前应通读教材，以求对当次实验有个全面了解，然后按照指定的预习重点，精读有关数学模型，明确要测量的物理量，对主要仪器的功能及使用方法形成一个初步印象。,（2）课前预习必须做书面预习报告，课上请老师审阅。无预习报告或预习报告不合格者不准上课。预习报告一般包含下列内容（参照范例）,2、实验
4、,（1）提前五分钟进入实验室，按组号入座。不能乱窜座位! 进任何实验室，都不要擅自动手，以免造成仪器损坏或发生事故。严格按操作要求进行操作，损坏仪器要按规定赔偿。,（2）注意在细节上培养科学作风. 如仪器布局合理整齐;操作姿式正确文明；电学仪器经教师检查后才能通电；不要触摸光学元件的工作表面；实验完毕及时断开电源，整理仪器并恢复到原来的陈列状态；主动请老师指导操作、检查数据、验收仪器。,（3）记录完整实验数据，实事求是。有些实验条件（如温度、仪器规格等）比较重要，但不一定参加运算，不要漏记。,实验数据不得随意改动，仅当确认测量有误时才能修改。先在原数据上轻轻地划一条横线，再把重新测到的数据工整
5、地写在一旁，必要时应注明更改理由。不应重笔描画、涂抹黑块甚至撕扯挖补，这样既影响卷面整洁，也失去了分析错误的依据。有时毁掉的数据反而是正确的。,不要用铅笔记录数据!,（4）保持实验环境的安静整洁，不得在室内吸烟、吃零食、扔废纸、藏掖果皮、吐口香糖，大声喧哗和随意走动。要爱护室内设施, 不要刻画桌面.,实验课绝不以“数据完美”评定成绩，切不可主观意愿更改数据，更不允许抄袭、拼凑和伪造数据。只有依靠真实数据，才能看到事物的本来面貌。操作完毕应主动请教师审核实验记录并签字，不经教师签字的记录无效。,可从以下几方面考虑：迟到、提问、完成时间、违规操作、数据记录规范、仪器收尾（断电、仪器、桌凳回位）等,
6、教师在课堂上要对学生的操作情况有记录!,3、实验报告,在预习报告的基础上添加内容,（）数据整理后重新写入报告正文（原始数据必须附在报告中）,（） 数据处理及结论。,数据处理包括结果计算、不确定度评定和曲线图等内容。凡属计算，均应有文字公式、代入数据和计算结果等主要运算步骤。不要漏写单位。,结论包括测量结果的规范表示和观察现象、研究规律所得出的结论。,（） 问题讨论:对本实验的原理、方法、仪器、不确定度评定的进一步探讨或改进建议。要有具体分析，切忌泛泛空谈。有则写，无则免。,（）回答思考题,【注：实验报告要求统一的封面包装。,路径：深大主页实验与设备管理处示范中心物理报告模版,第二节：误差理论与
7、数据处理,误差理论包括：误差的定义、分类、来源、误差的控制以及不确定度的评估等,数据处理包括：计算步骤、作图、作表、有效数字运算、实验结果表示等,一、测量和误差,二、误差的种类和来源,四、有效数字,五、结果表示,三、不确定的评定,一、测量和误差,1、测量（measurement）,所谓测量就是以确定量值为目的的一组操作。,2、真值（ true valve或of a quantity）,真值是与给定的特定量定义一致的值。由于测量技术、条件以及真值本身的性质，真值是不可得的，测量结果根据需要有限度地接近真值。实验中用算术平均值代替真值参与运算 。,3、误差（error of measurement
8、）,计算时：,（2）误差的表示,（1）定义：,绝对误差：,相对误差：,1、系统误差：（systematic error）,二、 误差的分类和来源,是指在相同条件下（实验方法、仪器、环境、人员相同）对同一物理量测量时误差的正、负始终保持不变（要么始终偏大，要么始终偏小；不可能一会偏大，一会偏小）。,系统误差处理：根据具体问题采取一些措施,例如进行零值修正、 改进实验方案等在一定程度上去克服它。,对于在现有条件下无法克服的系统误差要进行不确定度评定。要在报告中有所体现。,2、偶然（随机）误差：,（1）单峰性 （2）对称性 （3）有界性 （4）抵偿性,特点：,随测量次数的增加,偶然（随机）误差遵从统
9、计规律,其分布函数：,某次测量的测量结果与在重复性条件下对同一被测量进行无限多次测量所得结果的平均值之差。,P=0.683,测量列中单次测量的标准偏差：,平均值的标准偏差：,三、不确定度的评定,1、不确定度评定的意义,即使采用了正确的测量方法，由于测量仪器和测量者的问题，测量结果仍不可能是绝对准确的，它必然有不确定的成分。实际上，这种不确定的程度是可以用一种科学的、合理的、公认的方法来表征，这就是“不确定度”的评定，在测量方法正确的情况下，不确定度愈小，表示测量结果愈可靠。,不确定度必须正确评价。评价得过大，在实验中会怀疑结果的正确性而不能果断地作出判断，在生产中会因测量结果不能满足要求而需再
10、投资，造成浪费；评价得过小，在实验中可能得出错误的结论；在生产中则产品质量不能保证，造成危害。,（1）A类评定不确定度A：统计方法得到的,2、关于不确定度的一些基本概念和分类,不确定度是表征测量结果具有分散性的一个参数，它是被测量的真值在某一量值范围内的一个评定。,所谓“标准不确定度”是指以“标准偏差”表示的测量不确定度估计值，简称不确定度，记为。,标准不确定度一般可分为以下二类：,（2）B类评定不确定度B：非统计方法得到的,合成标准不确定度：,（1）A类评定不确定度：,对单次测量，不计算A类不确定度。,3、直接测量标准不确定度的评定,计算器上有单次测量的标准偏差键，则平均值的标准偏差。,（2
11、）B 类评定不确定度：,为简单起见, 我们只考虑仪器不确定度,而且按平均分布处理,仪参看教材P10,是用非统计方法获得的,由测量不确定度和仪器不确定度两部分组成。,和差形式函数f，测量结果N的标准不确定度为：,乘除形式函数f，测量结果N的相对不确定度为：,3、间接测量的标准不确定度的传递,常用函数的不确定度传递公式,四、有效数字,有效数字：测量值读准了的位数加上一位估读位组成有效数字。,1、有效数字的概念,有关有效数字的几点说明：,（1）有效数字的位数与小数点的位置无关。,例如：0.00430m = 0.430cm =4.30mm 皆为三位有效数字。（有效数字前的零不是有效数字）,（2）数字中
12、间的0和末尾的0均算有效数字，所以末尾的零不能随意增减。,例如：200.5mm 和 30.50cm 都是四位有效数字。,(3) 常数不用取有效数字，但在计算时等常数所取的位数不应少于其他数值的有效数位。,(4) 一般情况下，绝对误差的有效数位只取一位，特殊情况下不超过两位。误差进位的原则是只进不舍。相对误差EN最多取两位,(5)在任何数值中，数值的最后一位应与误差位对齐。,正确，,错误。,例如：,需要商榷?是否改成四舍六入五凑偶?绝对误差的有效数位是否取两位 ?,2、仪器的估计读数:,1、和仪器的不确定度对齐,读数 L=25.6 （mm）,例1:,实验报告中要在实验仪器一项中绘制并填写仪器表格
13、,例2:有的仪器是五进制的，应将最小格分成5份来估读；有的仪器是二进制的，应将最小格分成2份来估读，即游码左缘靠近刻线读偶数，靠近半格读奇数，所谓“靠近”，包括稍欠和稍超。,1 2 3 4 5 6 7 8 9,0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6,当然在日常生活中，测量一般是不进行估读的。,3、有效数字的运算,（1） 加减运算：,（2）乘除运算,（3）乘方开方运算,（4）测量结果的有效数字位数的确定：,“四舍六入五凑偶”。,由不确定度决定有效数字的数位。其最后一位要与不确定度所在的那一位取齐，多余的位数按尾数修约规则进行取舍,4、数据处理过程中的计算步骤,有效数字保留按运算规则取
14、舍，中间结果要比规则多保留一位,五、结果表示：,（单位）,1、结果属于计算出一个量值的,例:,(1)作图用纸一般应采用标准坐标纸，图纸的大小应能反映物理量的有效数字；作图区域应占图纸的一半以上。 (2)取自变量为横坐标（向右增大）；取因变量为纵坐标（向上增大）。画出纵、横坐标轴，并与图纸上印的线条密切重合，但坐标轴不一定取图纸所印表格的边线，坐标轴的标度值不一定从零开始。 (3)根据自变量（及因变量）的最低值与最高值，选取合适的作图比例，应取图纸上的1格所表示的原数据的量值变化为1、2、5等数（或它们的十进倍率）。 (4)每隔相同距离，沿轴画一垂直于轴的短线（称为标度线），并在其附近注以标度值
15、，标度值的位数不必取实验数据中的全部有效数字位数，例如2.50只标2.5即可。（一般在各坐标轴上可标510个标度值。） (5)对每一坐标轴，要标明物理量的名称及单位符号。（标注的方法与表格相同。）,2、属于作图的：,(6.)数据点要用端正的“”或“”等符号来表示。数据点应在符号的中心，符号的大小应相当于不确定度的大小；但为简单起见，也可统一取23mm。在一张图纸上作多条曲线时，不同的数据组应使用不同的符号来表示数据点，并在图中适当位置说明不同符号的不同意义。求斜率时取点的符号应采用有别于这些数据点的符号，例如用正三角形“ ”，并在其旁标以坐标（坐标值应正确写出有效数字）；求斜率时所取点的位置应靠近直线的两端，为计算方便起见，可选取横坐标为整数。(7)拟合直线或曲线的线条务必匀、细、光滑。不通过图线的数据点应匀称地分布在图线的两侧，且尽量靠近图线。(8)在实验报告的图纸中，应写上图名、日期、图纸上的中英文字及数字等均需写端正。,以上是针对用手工作图的。当然也可以借助计算机作图，则有些规则（如数据点在符号的中心，线条匀、细、光滑，书写端正等）是自动满足的。虽然计算机可以任意取比例，使曲线（或直线）充满图纸，但实验作图时不宜采用这种方法，两标度线间的量值变化仍应取1、2、5及其十进倍率为佳，因为只有这样，才易于使用者读图。,深圳大学物理实验中心,谢谢,
