《绪论12-13-2》由会员分享，可在线阅读，更多相关《绪论12-13-2（82页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、大学物理实验绪论,桂林电子科技大学 物理实验中心 2013年3月,本学期实验安排,实验内容：1次理论课 + 7个实验 (开出的实验共11个) 实验顺序：教师固定，学生按顺序循环,实验名称及地点（尧山11号教学楼）,实验名称及地点（尧山11号教学楼）,物理实验规定,1、迟到10分钟以上，本次实验成绩为零，补做后成绩扣分； 2、未撰写预习报告（或未预习），教师有权停止其实验并扣分； 3、实验时，实验者序号与仪器编号相对应，实验完毕后整理仪器； 4、数据记录必须经教师检查并签名，并与总结报告粘贴在一起。 5、有事必须先请假（院系证明），严禁先斩后奏。 6、由于非正常原因造成的零分，可与相关实验室联系
2、补做。 7、有下列情况之一者，物理实验总成绩评定为不及格： （1）无故缺做1次实验，或缺交1次总结报告； （2）请假后未补做实验。,物理实验成绩评定方法,1、平时成绩与考核成绩（50% : 50%）； 考核方式：基本理论 + 操作 混合考试 2、每项实验按满分10分进行评分（预习、操作、总结）； 3、在实验的三个环节中，发现有抄袭情况，抄袭及被抄袭 者同样扣分； 4、违章操作损坏仪器者酌情分，造成重大事故者， 该次实验成绩以零分计。,物理实验的基本过程与要求,实验三个环节,预习：撰写预习报告。 撰写抄写，应该是阅读教材后的归纳和总结。 实验：安装和调节实验仪器，观察和分析实验现象，分析 和解决
3、实验难题，正确的读取和记录实验数据。 实验测量数据，不是说会测量数据就掌握了实验。 总结：先对实验所得数据进行计算（包括误差），再对这些 结果进行分析和讨论。 总结强调对实验结果的分析和讨论， 这是能力培养的重点之一。,预习报告怎么写,课号-组号-序号,1220024-一-10,概括性撰写,实验数据记录, 如实记录实验现象； 用钢笔或圆珠笔记录数据，原始数据不得改动； 实验数据先自行检查； 实验数据经教师检查签字确认后； 整理仪器，清扫实验室。,总结报告,对测量数据进行数据整理，以表格、图形图形、公式等展示实验结果，并对实验结果进行分析、讨论或评估。,总结报告展示你的实验数据,1、测量与有效数
4、字 2、误差与不确定度 3、数据处理的基本方法,主要内容,测量与有效数字,测量 有效数字的读取 有效数字的运算 有效数字尾数的舍取规则,1.1、测量的基本概念,将反映被测对象某些特征的物理量与选作标准单位的同类物理量进行比较的过程，其比值即为测量值。,110cm,1) 直接测量,测量值 = 读数值(有效数字) + 单位,有效数字 = （多位）可靠数字 （一位）可疑数字,测量值的构成,L=3.23 cm,0是不是有效数字,非零之后所有的数（包括0）都是有效数字。,记录数据时错误的做法：,显示频率：f50.00Hz,记录数据：f50Hz,1、分度式（刻度式）仪器 如米尺、温度计等,三类仪器的读数方
5、法,读法：先读仪器能分辨的可靠数字， 再估计最小分度的下一位。,2、定步长仪器 如游标卡、数字显示仪表等,读法：最小步长量,3、等级仪器 如电压表、电流表等,读法：,有效数字中的基本问题,1、有效数字位数越多，测量精度越高。,物理量：,米 尺： L=5.2 mm 游标卡尺： L=5.22 mm 千 分 尺： L=5.221 mm,3、有效数字位数与单位变换、小数点位置无关。,4、科学记数法,5、不确定度约定取一位有效数字， 在取舍时“只入不舍”。,6、测量结果的表示中，尾数要对齐。,8、自然数与常量，有无穷多位有效数字,7、相对不确定度保留1-2位,有效数字尾数的舍入规则,数值修约规则(按国家
6、标准文件：GB8170-87) 在进行具体的数字运算前，按照一定的规则确定一致的位数，然后舍去某些数字后面多余的尾数的过程被称为数字修约，指导数字修约的具体规则被称为数字修约规则。,例：将下列数字全部修约为四位有效数字 1）5，1.118600001.119 入 1.118599991.119 1.118500011.119 3） =5, 1.117500001.118 1.118500001.118 尾数凑偶,口诀： 4舍6入5凑偶,有效数字尾数的舍入规则,有效数字运算规则,只保留一位可疑数字,(1)加减运算,加减结果的有效数字取到参与运算各数中最靠前出现可疑数的那一位。,(2)乘除运算,1
7、1111,11111,+ 11111,乘除结果的有效数字位数和参与运算各数中有效数字位数最少的相同,(3)乘方、立方、开方运算,有效数字位数与底数的相同,(4)函数运算,根据间接不确定度的知识来确定。,(5)常数,不参与有效数字运算,误差与不确定度,误差 随机误差的处理 测量结果的不确定度表示 间接测量不确定度的合成,真值：待测量客观存在的值,误差,任何测量结果都有误差！,常用的三种真值： （1）理论值或定义值 如三角形内角和为180度。 （2）计量学约定值 在1/299792458秒内，光在真空中的传播 的距离为一米。 （3）相对真值 高一级标准器的误差仅为低一级仪器误差 的1/31/20时
8、。 电表7个等级：0.1, 0.2, 0.5, 1, 1.5, 2.5, 5级。,随机误差,随机性,可通过多次测量来减小 但不能消除,系统误差,确定性,可用特定方法来消除 比如交换法,粗大误差,误差的分类,（1）系统误差,在相同条件下多次测量同一物理量，误差的绝对值和符号保持恒定或按确定规律变化的误差。,产生的原因: 仪器固有缺陷;,实验理论近似或方法不完善；,实验环境、测量条件不合要求；,操作者人为误差。,系统误差的定量分析:,已定系统误差：必须修正。 如：电表、螺旋测微计的零点误差。,（2）随机误差,在相同条件下多次测量同一物理量，误差的绝对值和符号以不可预知方式变化的误差。,随机误差既然
9、具有不确定性，如何定量分析？,随机误差的定量分析:,单次测量是满足随机性， 无穷次测量满足统计规律。,打中7.xxxxxxxxxx环 的概率是多少？,(1) 单峰性：小误差出现的概率大； (2) 对称性：正负误差出现的概率相等； (3) 有界性：误差绝对值不会超过一定的界限； (4) 抵偿性：误差和的极限为0，平均值有利于减小随机误差。,随机误差服从正态分布规律,任意一次测量值落入区间 的概率为,这个概率叫置信概率（置 信度）。对应的区间叫置 信区间，表示为：,不同置信区间的置信概率,多次测量的最佳值,最佳测量值：算术平均值,无限次测量时 标准误差 有限次测量时 标准偏差,随机误差的估算,的物
10、理意义:,进行一次测量，随机误差落在区间 的概率为 。,小，小误差占优，数据集中，重复性好。,大，数据分散，随机误差大，重复性差。,粗大误差,在数据处理时，常常会遇到个别数据偏离预期或者统计结果。,物理判别法：经验、常识来判断。,（2）格拉布斯准则（公认最可靠的）,测量不确定度,科学研究和工程技术离不开测量。要测量，就要讲究测量的质量。误差总是存在的，真值也常不可知。如何定量评定测量结果的可靠性？引入测量不确定度,测量不确定度：由于测量误差的存在而对被测量值不能肯定的程度，是表征被测量的真值所处的量值范围的评定。它是一定概率下的误差限值。,希望不确定度越小越好！,一、不确定度简化估算方法,A类
11、分量： 用统计方法评定的分量(只存在于多次测量),当 5n10 时，可简化为,只考虑仪器误差，不考虑估计误差,常用仪器误差见下,B类分量： 用非统计方法评定的分量(单次、多次都存在用),仪器不确定度的估计, 根据说明书, 对于电学类仪器，由仪器的准确度等级来计算, 未给出仪器误差时,连续可读仪器:,非连续可读仪器:,最小分度/2,最小分度,取末位1,数字式的仪器:,总不确定度：由A类分量和B类分量按“方、和、根”方法合成,二、总不确定度的合成,三、测量结果表达式,、不确定度只取一位有效数字，在取舍时要求采取“只入不舍”的原则。 、测量值的末位数与不确定度的末位数对齐。,注意：,四、间接测量不确
12、定度的计算,如果间接测量量与相互独立的直接测量量（ ， ，）间存在函 数关系，并假设为：,间接测量量的测量值:,采用公式（1）或（2）计算，其结果是一致的。公式（2）是为了简化积商形式求导计算过程。,间接量的误差不仅取决于直接量的误差大小，也取决于误差传递系数。,不确定度的计算,计算举例,例如：,1.1 单次测量,直接测量量的结果表示,间接测量量的结果表示,一、列表法,表1 不同温度下的金属电阻值,物理量的名称(符号)和单位,有效数字正确,数据处理的基本方法,作图法形象、直观地显示出物理量间的函数关系，也可用来求某些参数。作图时要先整理出数据表格，并要用坐标纸作图。,表1：伏安法测电阻实验数据
13、,二、作图法,1.选择坐标分度值，确定坐标纸大小 坐标分度值的应能基本反映测量值的准确度或精密度。 U 轴可选1mm对应于0.20V，I 轴可选1mm对应于0.20mA； 定坐标纸略大于数据范围（如130mm130mm）。,作图步骤,3.标实验点 用符号（，）描绘散点，并用不同符合反应不同曲线。,2. 标明坐标轴 用粗实线画坐标轴，用箭头标轴方向，标坐标轴的名称或符号、单位, 及整分格上的量值。,4. 连成图线： 把散点连成直线、折线或光滑曲线。折线要求过点，而直线或曲线可以过点，也可以不过点。,5.标出图线特征 在图上空白位置标明实验条件或从图上得出的某些参数。如右图求电阻 R 值。,电阻伏
14、安特性曲线,6.标出图名 在图线下方或空白位置写出图线的名称及某些必要的说明。,由图上A、B两点可得被测电阻R为：,至此一张图才算完成,作者：某某,不当图例展示：,曲线太粗，不光滑、散点分布不均匀。,改正为：,横轴坐标分度选取不当。横轴以3cm (15格) 代表1V（1格=0.06666），使作图和读图都很困难。一般以1格代表 1,2,5，而非3,7,9。,改正为：,计算机作图的例子（Origin7.5软件）,三、逐差法,等间隔地测量线性连续变化的物理量，求其间隔平均值。,四、最小二乘法（直线拟合）,设此两物理量x、y 满足线性关系y=a+bx 通过实验测量得到一组数据 （xi，yi） i=1
15、，2，3,问题1：通过测量数据如何得出直线方程（a,b）？,经验公式：把最佳的直线方程称为经验公式。 数据拟合：把求解经验公式的过程称为数据拟合。,问题2：怎么样才是最佳的直线方程（a,b） ？,数学思想,散点间线性相关程度如何？相关系数,|r|1，线性关系好； |r|0，无线性关系， 拟合无意义。 物理实验中一般要求 r达到0.999以上 。,列表法计算a,b,r,a、b、r 的具体求解方法： 1. 用计算机Excel 程序; 2. 用计算机Origin软件或Matlab软件; 3. 可以根据实际情况自己编程。 用最小二乘法处理前一定要先用作图法作图, 以剔除异常数据!,作业：课本第二章后全部练习题 提交：下周实验课准时交到A302实验室， 作为一次实验成绩。过期作废。,下周实验,
