物理实验实验绪论课1.0章节

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1、大学物理实验,1,实验课上课要求,1. 学生上课需带学生证，上课教师要严格检查，不带学生证者不可以上课。 2. 上课迟到10分钟以内，上课教师可酌情扣分，最多扣0.5分。迟到超过10分钟不允许做实验。 3. 替做实验者报教务处按违纪处理。 4. 没有预习报告者，不允许做实验。,大学物理实验,2,5. 抄袭他人实验数据者本实验按 0 分处理。 6. 发现雷同报告均按 0 分处理。 7. 实验报告在一周内上交，晚交实验报告者每晚一周扣 0.2 分。 8. 不交实验报告者，本实验成绩 2 分。 9. 学生进入实验室不允许带任何食品。 10. 选好上课时间无故不来者，期末补实验最高成绩3分。 11.

2、病假要有医院诊断书，事假必须有学生所在学院教学院长签字假条。,大学物理实验,3,大学物理实验选课要求,一. 注册 ： 网址: 219. 216. 105. 181 身份（选学生）、姓名、学号、学院、班级、电话 等信息要真实，不真实将会影响学生本人的期末成绩录入。 二. 选课： 学生注册后自己上网选课，选课前请仔细阅读网上选课要求。,大学物理实验,4,要求学生必须在确认没课的时间段选课。,1. 选课内容： 每个学生在规定的10个实验中选作9个，其中电桥、示波器、分光计三个实验为必选实验，不可不选。 2. 每人每周只可以选作一个实验，如多选无效，只记录一个成绩。,大学物理实验,5,3. 网上选课系

3、统开通时间： 第二周周五 16:00点-第二周周日24:00点 4. 网上补选时间： 第三周周一 8:00 点-第三周周二17:00点 选课人数不足4人不开课。学生可于第三周周一查看选课结果，如所选的上课时间段不足4人，要重新补选。 2012-2013学年第二学期：具体要求详见网上选课要求。,大学物理实验,6,上课时间：物理实验课上课时间每天 分四段： 第一段： 7：30； 第二段：10：10； 第三段：13：30； 第四段：16：00； 四、实验报告册，20份，6元，集体购买。 时间：第三周 周一到周三， 上午 8:30-10:30，下午2:30-4:30， 地点建筑馆118，同时领报告箱钥

4、匙。,大学物理实验,7,大学物理实验绪论,大学物理实验,8,第一章,测 量 误 差,1 测量与误差 2 误差处理 3 有效数字的记录与运算 4 测量结果的不确定度评定,大学物理实验,9,物理实验是对物理现象、运动规律的定量的认识,当然离不开测量, 但决不仅仅是测量, 还需从一定的理论出发，对测量数据加以分析,归纳出有关结论。,一.测量及其分类,大学物理实验,10,它包含着：理论 实验方法 仪器选择 测量 数据处理 结果分析等环节，可见物理实验包括测量，但物理实验决不是单纯的测量。,测量是用仪器通过一定的方法，进行实 验比较，以某一计量单位，把待测量定 量地表示出来。,大学物理实验,11,测量的

5、分类,直接测量,间接测量,等精度测量,不等精度测量,大学物理实验,12,二.误差与偏差,1、真值与误差,测量值x：通过直接测量或间接测量 得到的物理量的值。,绝对误差：,真值x0 : 一个物理量客观存在的量值，与测量所用的理论方法及仪器无关。,大学物理实验,13,2、最佳值与偏差,是评价测量值准确与否的客观标准。,最佳值：多次测量的算术平均值,偏差：,相对误差：,对物理量X进行多次等精度测量，测量列为,大学物理实验,14,三、误差的分类,系统误差,随机误差,过失误差,大学物理实验,15,天平不等臂所造成的 系统误差,仪器误差,1. 系统误差,大学物理实验,16,大学物理实验,17,由于理论推导

6、中的近似,产生的 系统误差,理论,大学物理实验,18,公式 （忽略了空气阻力等）,大学物理实验,19,人为,心理作用，读数（估计）偏大或偏小。,大学物理实验,20,环境,市电的干扰,输入,光点检流计,接近时，静 电干扰，使 光斑移动等 。,大学物理实验,21,方法,内接,用V作为VR的近似值 时，求,外接,大学物理实验,22,系统误差特点是,增加测量次数误差不能减少，只能从方法、理论、仪器等方面的改进与修正来实现。表现出恒偏大、恒偏小或周期性的特点，影响实验结果的正确度。,大学物理实验,23,测量过程中另一类不可避免的误差,来自于大量的微小的干扰的合成。其影响程度表现为随机特性，增加测量次数可

7、减小其影响。,2. 随机误差,误差 = 随机误差 + 系统误差,3. 精密度、正确度、准确度,精密度随机误差；正确度系统误差； 准确度随机误差与系统误差综合大小。,大学物理实验,24,（1）精密度？正确度？,（2）精密度？正确度？,（3）精密度？正确度？,大学物理实验,25,2 误差处理,一.处理系统误差的一般知识,1、发现系统误差的方法,2、系统误差的减小与消除,理论分析法 实验对比法 数据分析法,误差根源：减小、消除 实验技巧：交换法、替代法、异号法等。,大学物理实验,26,随机误差在实验过程中是不可避免亦不可消除的，其对任一次测量结果的影响具有随机性的特点。但在多次测量中表现出确定的规律

8、即统计规律。依此可用来对随机误差的影响程度作出客观的评价。,二.随机误差及分布,大学物理实验,27,1、标准误差与标准偏差, 测量次数n为有限次时用其计算直接测量量的实验标准差。,大学物理实验,28,2、平均值的实验标准差,有限次测量的算术平均值 亦为随机变量，其实验标准差为：,大学物理实验,29,平均值的实验标准差 比任何一次测量的实验标准差 小,增加测量次数,可以减少平均值的实验标准差,提高测量的准确度. 但是,n10以后,n再增加, 减小缓慢,因此,在物理实验教学中一般取n为610次,测量次数对 的影响,大学物理实验,30,3、随机误差的正态分布规律： 例，用秒表测单摆的周期T，将各测量

9、值出现的次数列表如下。,测量值xi 1.01 1.02 1.03 1.04 1.05 1.06 1.07 1.08 1.09 1.10 次 数 n 1 1 2 8 8 5 2 2 1 0,大学物理实验,31,测量值xi 1.01 1.02 1.03 1.04 1.05 1.06 1.07 1.08 1.09 1.10 次 数 n 0 2 4 10 14 16 7 5 1 1,n=60 次,10,20,6,16,1.05,n,测量值,大学物理实验,32,1.05,6,10,16,20,26,30,n=100次,n,xi,大学物理实验,33,随着测量次数增多，统计显示 出如下规律。在1.05附近，

10、测量值 出现的次数最多，表现为单峰性。 与1.05相差越多，测量值出现的次 数越少，表现为有界性。偏大的数 据与偏小的数据基本相等表现为对 称性。大部分数据存在于确定的范 围内，该范围可评价随机误差的大 小。,大学物理实验,34,可以预计，当 测量次数无限增多 时，曲线将表现为 单峰、有界、严格 对称的特征。,大学物理实验,35,在数理统计上, 描述具有单峰、有界、对称的统计函数.叫正态分布函数。常用来解释随机量测量过程中的随机行为与规律.在测量 次数趋于无穷时，随机误差概率密度函数,大学物理实验,36,o,t分布,大,式中 表示测量的随机误差, 是标准差,其数值标志误差的离散程度。 当测量次

11、数很少（n10）服从t分布，置信系数tp与 N、P的关系由相关表查出。,大学物理实验,37,4、置信区间和置信概率,置信概率,置信区间,大学物理实验,38,三.仪器误差,1.仪器的示值误差,计量器具最大允许误差或允许基本误差，经适当的简化称为仪器误差，用 表示。它代表在正确使用仪器的条件下，仪器示值与被测量真值之间可能产生的最大误差的绝对值。,仪器误差（限）举例,大学物理实验,39,2: 螺旋测微计，量程在 025 mm及 2550 mm的一级千分尺的仪器示值误差 均为 mm。,3:电表的示值误差， 量程 准确度等级%,1: 游标卡尺，仪器示值误差一律取 卡尺分度值。,大学物理实验,40,4:

12、 数字式仪表，误差示值取其末位数 最小分度的一个单位。,5: 仪器示值误差或准确度等级未知， 可取其最小分度值的一半为示值误差。,6: 电阻箱、电桥等，示值误差 用专用公式计算。,大学物理实验,41,2.仪器的标准误差,一般仪器误差的概率密度函数遵从如图所示的均匀分布规律。在 范围内，误差出现的概率相同，在 区间外出现的概率为零。均匀误差的概率密度函数为,仪器的标准误差与仪器误差（限）的关系：,大学物理实验,42,3.有效数字的记录与计算,数据左起第一位非零数起,到第一位欠准数止的全部数字。,有效数字=准确数字+欠准数位,一、有效数字的一般概念,大学物理实验,43,有效数字来源 于测量时所用的

13、 仪器。我们的任 务是使测量值尽 可能准确地反映 出它的真实值。 有两个特征：,大学物理实验,44,35 36 (cm),3,3位置介于35.7- 35.8之间,最接近真 实位置的值,既不是 35.7,也不是35.8, 而是35.7 - 35.8 之间的某值,可以估 计为35.75. 35.76 35.77，不妨取35.76 cm。,估计值只有一位，所以也叫欠准数位或可疑数位。,大学物理实验,45,有效数字的特点,（1）位数与小数点的位置无关。,35.76cm = 0.3576m = 0.0003576km,（2）0 的地位,0.0003576 3.005 3.000 都是四位,（3）科学计数

14、法,大学物理实验,46,二、有效数字的读取,进行直接测量时，由于仪器多种多样，正确读取有效数字的方法大致归纳如下：,1、一般读数应读到最小分度以下再估一位。 例如，1/2，1/5，1/4，1/10等。,2、有时读数的估计位，就取在最小分度位。 例如，仪器的最小分度值为0.5， 则0.1-0.4,0.6-0.9都是估计的，不必估到下一位。,大学物理实验,47,3、游标类量具，读到卡尺分度值。 多不估读，特殊情况估读到游标分度值的一半。,4、数字式仪表及步进读数仪器不需估读。,5、若测值恰为整数，必须补零，直补到 可疑位。,大学物理实验,48,三.有效数字的运算规则,准 准 准 欠 欠 欠,1加减

15、：与位数最 高者对齐。,2乘除：一般可与位 数最少者相同。,3幂运算、对数（指数）、三角函数(反 三角）不改变有效数字位数。,大学物理实验,49,加、减法,在加减法运算中，其结果的欠准数位与参与运算各量中位数最高者对齐。,大学物理实验,50,乘、除法,在乘除运算之前，运算结果一般与位数最少者相同，特殊情况比最少者多（少）一位。,多一位的情况,全部欠准时，商所在位即为 为欠准数位。比位数最少者 少一位的情况。,大学物理实验,51,初等函数运算,四位有效数字，经正弦运算后得几位？,大学物理实验,52,1. 误差的有效数字,一般情况下误差的有效数字取一位，精密测量情况下，误差的有效数字可取二位。,2. 测量结果的有效数字,测量结果最佳值的有效数字的末位与误差首位取齐。,3. 舍入规则： 四舍六入五凑偶,四、舍入法则,大学物理实验,53,一.测量不确定度的基本概念,一个测量过程存在诸多环节,用框图表示为:,1 人为误差 2 理论误差 3 方法误差 4 仪器误差 5 环境误