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1、张战士张战士主讲教师：主讲教师：做好预习，按时上课。尊守纪律，严禁唠嗑。 尊重老师，好问刻苦。独立完成，细心无误。养好习惯，完成任务。纪律要求： 上课时间：上课时间： 上午上午 10:20-12:35 下午下午 14:00-16:15 16:30-18:45严格考勤制度, 迟到考勤分为零！不得无故缺课，有特殊情况必须事先请，否则不安排补做。一次没来且不补做，期末总评不及格！注意事项： 禁止穿 入实验室，上课 关机，选一名物理实验课代表，职责有三条选一名物理实验课代表，职责有三条 A、与老师经常保持联系，及时反映物理实验教学上的问题和要求。、与老师经常保持联系，及时反映物理实验教学上的问题和要求
2、。B、每次实验前收齐上次的实验报告交给老师并发回老师改好的实、每次实验前收齐上次的实验报告交给老师并发回老师改好的实 验报告。验报告。C、每次安排、每次安排5名同学实验结束后协助老师整理课室。名同学实验结束后协助老师整理课室。实验报告最好用物理实验中心统一印制的实验报告纸和坐标纸。实验报告最好用物理实验中心统一印制的实验报告纸和坐标纸。总学时总学时48学时学时第一学期：第一学期：24学时学时第二学期：第二学期：24学时学时绪论绪论3学时学时实验实验21学时学时实验实验21学时学时考试考试3学时学时课前预习课堂操作实验报告实验目的、实验原理、实验方法调整仪器装置观察实验现象学习排除故障测读实验数
3、据完成实验报告数据处理误差分析问题的讨论等考勤预习课堂操作10405010 5 305成绩评定成绩评定创新和闪光点综合应用知识的能力定位定位大学物理实验是对学生进行科学实验基本训练的一门独立设置必修的重要基础考试课程。目标目标撰写科技论文的能力培养科学实验的素养 耐心耐心内心的平静那才是永远内心的平静那才是永远。 恒心恒心有志者立长志。有志者立长志。 细心细心差以毫厘，谬以千里。差以毫厘，谬以千里。( (汉书汉书) ) 热心热心经验告诉我们：成功和能力的关系经验告诉我们：成功和能力的关系 少，和充满热情的关系大。少，和充满热情的关系大。 花心花心博观而约取博观而约取, ,厚积而薄发。厚积而薄发
4、。( (苏轼苏轼) ) 怎样学好这门课？怎样学好这门课？做个有 人！心实验原理部分的文字在实验原理部分的文字在400400字左右，要有原理字左右，要有原理图、实验电路图、主要的公式，并注明各物图、实验电路图、主要的公式，并注明各物理量的意义和单位。理量的意义和单位。目的目的原理原理仪器仪器实验步骤实验步骤表格表格 实验中，要遵守实验室规章制度；要能正确地调整仪器、连接线路；发现故障并能学习排除故障；能正确地显示实验现象；能正确地记录数据；操作时要严格遵守操作规程和安全实验操作实验操作 记录数据必须实事求是，记录数据必须实事求是，原原始数据要用钢笔书写，不能用铅始数据要用钢笔书写，不能用铅笔，不
5、得涂改。笔，不得涂改。实验完毕，实验完毕，数据数据须交指导老师检查审阅并签字。须交指导老师检查审阅并签字。数据记录数据记录预习报告问题讨论操作&数据数据处理作图结论教师签过字教师签过字的实验原始的实验原始数据纸（附数据纸（附在实验报告在实验报告末）末）不准抄袭数据和实验报告，否则均做零分处理。不准抄袭数据和实验报告，否则均做零分处理。实验科学的基础理论测量和误差测量和误差有效数字有效数字数据处理数据处理测量测量 所谓测量，就是把待测的物理量所谓测量，就是把待测的物理量 与一个被选作标准的同类物理量进行与一个被选作标准的同类物理量进行 比较，以确定它是标准量的多少倍。比较，以确定它是标准量的多少
6、倍。 例子：例子：2.3cm2.3cm；24.6s24.6s 在人类的发展历史上，在人类的发展历史上，不同时期，不同不同时期，不同国家国家，乃至不同的地区，同一种物理量有许乃至不同的地区，同一种物理量有许多不同的计量单位多不同的计量单位。如长度单位就分别有码、如长度单位就分别有码、英尺、市尺和米等。为了便于际交流，国际英尺、市尺和米等。为了便于际交流，国际计量大会于计量大会于19901990年确定了国际单位制（年确定了国际单位制（SISI），），它规定了以米、千克、秒、安培、开尔文、它规定了以米、千克、秒、安培、开尔文、摩尔、坎德拉作为基本单位，其他物理量摩尔、坎德拉作为基本单位，其他物理量(
7、 (如力、能量、电压、磁感应强度等）均作如力、能量、电压、磁感应强度等）均作为这些基本单位的导出单位。为这些基本单位的导出单位。测量分类 直接测量 间接测量234567890直接测量直接测量 可直接从测量仪器（或量具）上读出待测量的值可直接从测量仪器（或量具）上读出待测量的值 间接测量 由直接测量量获得相关数据，再用已知的函数由直接测量量获得相关数据，再用已知的函数由直接测量量获得相关数据，再用已知的函数由直接测量量获得相关数据，再用已知的函数关系经过运算才能得到待测量的量值。关系经过运算才能得到待测量的量值。关系经过运算才能得到待测量的量值。关系经过运算才能得到待测量的量值。如：测元柱体的体
8、积如：测元柱体的体积如：测元柱体的体积如：测元柱体的体积 hd误差分类误差分类系统误差由于偏离测量规定条件，或由于测量方法所引入的因素，而引起的有确定规 律的误差，称为系统误差。天平不等臂所造成的系统误差天平不等臂所造成的系统误差仪器误差仪器误差 意大利科学家伽利略在意大利科学家伽利略在比萨斜塔上做的铁球落地比萨斜塔上做的铁球落地实验。两个不同重量的铁实验。两个不同重量的铁球从高处落下，同时着地球从高处落下，同时着地说明理论在一般情况下都说明理论在一般情况下都能较准确地反映物体真实能较准确地反映物体真实的运动规律的运动规律公式公式（忽略了空气阻力等）（忽略了空气阻力等） 系统误差特点：系统误差
9、特点： 增加测量次数误差不能减少，只能从方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。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。表现出恒偏大、恒偏小或周期性的特点。 分类处理方法分类处理方法 已定系统误差：已定系统误差：修正修正 未定系统误差：未定系统误差：估计估计定义：定义： 在实际相同条件下即使每次都消除了系统在实际相同条件下即使每次都消除了系统误差（假定已全部消除）多次测量同一量时，误差（假定已全部消除）多次测量同一量时，每次测量值还不可能一样，误差的绝对值的变每次测量值还不可能一样，误差的绝对值的变化时大时小，符号时正时负，具
10、有偶然性而没化时大时小，符号时正时负，具有偶然性而没有确定的规律，也不可以预定，但具有抵偿性有确定的规律，也不可以预定，但具有抵偿性的误差。的误差。产生原因：产生原因： 实验条件和环境因素无规则的起伏变化，实验条件和环境因素无规则的起伏变化，引起测量值围绕真值发生涨落的变化。引起测量值围绕真值发生涨落的变化。随机误差（偶然误差）随机误差（偶然误差）(1)(1)、单峰性单峰性：绝对值小的误差出现的概率比绝对值：绝对值小的误差出现的概率比绝对值大的误差出现的概率大。大的误差出现的概率大。(2)(2)、有界性有界性：绝对值很大的误差出现的概率趋零：绝对值很大的误差出现的概率趋零(3)(3)、对称性对
11、称性：绝对值相等的正负误差出现的概率相：绝对值相等的正负误差出现的概率相等。等。(4)(4)、抵偿性抵偿性：由于随机误差在各项测量中的单个无：由于随机误差在各项测量中的单个无规性，导致了它们的和有正负相消的机会，随着次数的规性，导致了它们的和有正负相消的机会，随着次数的增加，偶然误差的算术平均值随测量次数的增加而趋于增加，偶然误差的算术平均值随测量次数的增加而趋于零。零。 随机误差的特点随机误差的特点 过失误差（粗差）过失误差（粗差）定义：明显歪曲测量结果的误差。测量中，定义：明显歪曲测量结果的误差。测量中， 应避免粗差的出现。处理数据时，应避免粗差的出现。处理数据时， 先将其剔除。先将其剔除
12、。 测量结果的评价测量结果的评价精密度精密度准确度准确度精确度精确度是对是对是对是对测量数据的精密度和准确度测量数据的精密度和准确度测量数据的精密度和准确度测量数据的精密度和准确度的综合的综合的综合的综合评定。精确度高，说明测量评定。精确度高，说明测量评定。精确度高，说明测量评定。精确度高，说明测量数据比较集数据比较集数据比较集数据比较集中而且靠近真值中而且靠近真值中而且靠近真值中而且靠近真值。即测量的随机误差与。即测量的随机误差与。即测量的随机误差与。即测量的随机误差与系统误差都比较小。系统误差都比较小。系统误差都比较小。系统误差都比较小。表示表示表示表示重复测量所得数据的相互接近程度重复测
13、量所得数据的相互接近程度重复测量所得数据的相互接近程度重复测量所得数据的相互接近程度。测量结果的精密度高，说明所得结果的测量结果的精密度高，说明所得结果的测量结果的精密度高，说明所得结果的测量结果的精密度高，说明所得结果的重复性好，测量误差分布密集，也就是重复性好，测量误差分布密集，也就是重复性好，测量误差分布密集，也就是重复性好，测量误差分布密集，也就是随机误差随机误差随机误差随机误差小。小。小。小。表示表示表示表示测量数据的平均值与真值的接近程测量数据的平均值与真值的接近程测量数据的平均值与真值的接近程测量数据的平均值与真值的接近程度度度度。准确度高，说明测量值接近真值的。准确度高，说明测
14、量值接近真值的。准确度高，说明测量值接近真值的。准确度高，说明测量值接近真值的程度好，即程度好，即程度好，即程度好，即系统误差系统误差系统误差系统误差小小小小（a)a)精密度高精密度高, ,准确度低准确度低(b)(b)精密度低精密度低, ,准确度高准确度高(c)(c)精密度低精密度低, ,准确度低准确度低(d)(d)精密度高精密度高, ,准确度高准确度高 真值真值定义：在某一时刻和位置或状态下某量定义：在某一时刻和位置或状态下某量 的效应体现出的客观值或实际值。的效应体现出的客观值或实际值。绝对真值绝对真值永远不可知永远不可知理论真值理论真值仅存在于纯理论之中仅存在于纯理论之中指定真值指定真值
15、国际计量大会的决议国际计量大会的决议 （7 7个基本物理量）个基本物理量）hh1=176.33cm176.36cm176.38cm176.35cm176.34cm176.37cmh2=h5=h3=h4=h6=176.37 =176.37 0.02(cm) =0.02(cm) =该如何描述一个物理量？该如何描述一个物理量？ 算术平均值算术平均值: 的算术平均值的算术平均值绝对误差绝对误差各测量值误差的平各测量值误差的平方和平均值的平方方和平均值的平方根根 标准误差标准偏差的物理意义标准偏差的物理意义 若测量的标准误差很小，则测得值的离散性小，重复测量所得的结果相互接近，测量的精密度高测量的精密度
16、高； 如果很大，误差分布的范围就较宽，说明测得值的离散性大，测量的精密度低。 标准误差结果表示绝对误差结果表示相对误差相对误差绝对误差与其测量值的比称为相对误差，换算绝对误差与其测量值的比称为相对误差，换算成百分数称为百分误差。成百分数称为百分误差。有理论值的实验中：有理论值的实验中：数据处理基本方法数据处理基本方法 1 1、列表法、列表法 2 2、作图法、作图法 3 3、逐差法、逐差法 4 4、最小二乘法、最小二乘法 列表法列表法传统的焦利秤测定液体的表面张力系数次数12345 /m7.457.457.457.537.23 /m8.098.068.098.057.84 /m0.640.610
17、.640.520.61表面张力系数 相对误差 E1.2% 0.05917 Nm-1 标准误差0.0007简明，便于表示对应关系，处理数据方便。写明表的序号和名简明，便于表示对应关系，处理数据方便。写明表的序号和名 称，标明物理量、单位及数量级。表中所列数据应是正确反映结称，标明物理量、单位及数量级。表中所列数据应是正确反映结果的有效数字。实验说明和必要的实验条件记在表外。果的有效数字。实验说明和必要的实验条件记在表外。根据各变量之间的变化规律，选择相应类型的坐标纸。正确选择坐标比例和原点，满图纸作图。对坐标轴标度时应使数据的最末位可靠数字与坐标纸中最小分度对应。写明图名、各坐标轴所代表的物理量
18、、单位、数值的数量级等。电压电压（v)v)11.311.321.221.230.430.439.639.650.150.1电流电流( (mAmA) )0.820.821.751.752.882.883.793.794.904.90(10.0,0.60)(48.0,4.70)4.5v作图法作图法 作图法的应用作图法的应用b注意：计算斜率时选用距离尽可能远 的两点，且不能用原始数据点！横坐标起点不为零横坐标起点不为零不当图例展示不当图例展示：n(nm)1.6500500.0700.01.67001.66001.70001.69001.6800600.0400.0玻璃材料色散曲线图玻璃材料色散曲线图
19、改正为：改正为：曲线太粗，不均匀，不光滑。应该用曲线太粗，不均匀，不光滑。应该用直尺、曲线板等工具把实验点连成光直尺、曲线板等工具把实验点连成光滑、均匀的细实线滑、均匀的细实线n(nm)1.6500500.0700.01.67001.66001.70001.69001.6800600.0400.0玻璃材料色散曲线图玻璃材料色散曲线图横轴坐标分度选取不当。横轴以横轴坐标分度选取不当。横轴以3 cm 代表代表1 V，使作图和读图都很困难。实际在选择坐标使作图和读图都很困难。实际在选择坐标分度值时，应既满足有效数字的要求又便于分度值时，应既满足有效数字的要求又便于作图和读图，一般以作图和读图，一般以
20、1 mm 代表的量值是代表的量值是10的整数次幂或是其的整数次幂或是其2倍或倍或5倍。倍。I (mA)U (V)o o1.002.003.004.008.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.00电学元件伏安特性曲线电学元件伏安特性曲线I (mA)U (V)0 02.008.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.001.003.00电学元件伏安特电学元件伏安特性曲线性曲线 某人用弹簧振子测弹簧的劲度，振子质量为、某人用弹簧振子测弹簧的劲度，振子质量为、时测得伸长的位置坐标为、时测得伸长的位置坐标为、，根
21、据虎克定律、，根据虎克定律 得得逐差法逐差法如果简单地计算每一个如果简单地计算每一个 x x相加的算术平均值，相加的算术平均值，要想充分地、最大限度地利用所测得的数据，保要想充分地、最大限度地利用所测得的数据，保持多次测量的优点，减少测量误差，则必须要使持多次测量的优点，减少测量误差，则必须要使用逐差法求用逐差法求的平均值。的平均值。i i +i+i=x=x(n/2)+i(n/2)+i4+i4+i- -i i5 5Y Y1 1= =5 5- -1 12 26 6Y Y2 2= =6 6- -2 27 7Y Y3 3= =7 7- -3 3Y Y4 4= =8 8- -4 4逐差法的优点：逐差法
22、的优点：逐差法的优点：逐差法的优点： 利用逐差法求物理量，可以充分利用数据，消除一利用逐差法求物理量，可以充分利用数据，消除一利用逐差法求物理量，可以充分利用数据，消除一利用逐差法求物理量，可以充分利用数据，消除一些定值系统误差，减小随机误差的影响些定值系统误差，减小随机误差的影响些定值系统误差，减小随机误差的影响些定值系统误差，减小随机误差的影响 最小二乘法是一种比较精确的曲线拟合法,它的主要原理是：若能找到一条最佳的拟合曲线那么各测量值与这条拟合曲线上对应点之差的平方和应是最小的。 最小二乘法y y = = b b + + kxkx 斜率斜率 回归分析回归分析测量结果测量结果数据数据单位单
23、位 观测值观测值 误差界误差界 准确数准确数欠准数欠准数 全部准确数位欠准确数有效数字全部准确数位欠准确数有效数字 （3）此时刻度读数为）此时刻度读数为90.70厘米厘米（4）此时刻度读数为）此时刻度读数为90.8厘米厘米因此，我们可得出其定义：因此，我们可得出其定义：有效数字实际是由表征测量结果的可有效数字实际是由表征测量结果的可靠数与可疑数组成的。靠数与可疑数组成的。可疑数字在有效数字中一般只有一位。可疑数字在有效数字中一般只有一位。有效数字的位数与所用仪器的有效数字的位数与所用仪器的精度精度有关。有关。有效数字的特点有效数字的特点（1 1）位数与小数点的位置无关。）位数与小数点的位置无关
24、。35.76cm = 0.3576m = 0.0003576km35.76cm = 0.3576m = 0.0003576km（2 2）0 0 的地位的地位0.0003576 3.005 3.000 0.0003576 3.005 3.000 都是四位都是四位（3 3）科学计数法）科学计数法（4 4）有效数字不能随意增减，如数据）有效数字不能随意增减，如数据0.013700.01370中的前面两个中的前面两个“0 0”不是有效数不是有效数字字, ,而末尾的而末尾的“0 0”是有效数字，它与是有效数字，它与1 1、3 3、7 7三个数具有同等地位。故末尾的三个数具有同等地位。故末尾的“0 0”不
25、能去掉。不能去掉。（5 5）单位换算过程中有效数字的位数不）单位换算过程中有效数字的位数不应改变。如应改变。如15cm15cm的长度换算为的长度换算为mmmm表示时，表示时，应写：应写：15cm15cm1.51.510101 1mmmm，而不能写成而不能写成150mm150mm。测量结果截取的有效数字位数由测量结果截取的有效数字位数由绝对误差决定。绝对误差决定。规定：绝对误差规定：绝对误差只取位有效数字；相对误差最只取位有效数字；相对误差最多可以取位。测量结果的有效多可以取位。测量结果的有效数字最末位应与误差所在位对齐。数字最末位应与误差所在位对齐。如如L=6.240.02cmL=6.240.
26、02cm是正确的，而是正确的，而L= 6.20.02cmL= 6.20.02cm或或L= 6.2430.02cmL= 6.2430.02cm都是错误的。都是错误的。直接测量量数据处理举例直接测量量数据处理举例 对某量测量6次,测量值分别为9.180 9.193 9.267 9.251 9.266 9.239 (cm)cm计算计算最后结果最后结果：绝对误差保留绝对误差保留1 1位位, ,且使平均值的最后一位与之对齐且使平均值的最后一位与之对齐（相对误差）（相对误差）（标准误差）（标准误差） 1 2 3 4 5 6 7 8 9四舍六入，五看奇偶，前奇入，前偶舍。四舍六入，五看奇偶，前奇入，前偶舍。
27、 例如例如: 舍入为舍入为 ； 舍入为舍入为 舍入为舍入为 ； 舍入为舍入为 等等。等等。(加横划者为可疑数字加横划者为可疑数字)。但是，对于五看奇偶在舍入之前必须看舍入位（5）之后有无数字，比如46.452要保留3位有效数字时，就应该 舍入为 46.5 舍入规则：有效数字的运算规则：有效数字相加减：结论：几个数相加减，其和（或差）在小数后所应保留的位数跟参与运算的诸数中小数点后位数最少的一个相同。 25.3+4.24=29.5 37.9-5.62=32.3 25.3 37.9 + 4.24 - 5.62 29.54 32.28布置讲解习题布置讲解习题1717题题目的是什么？目的是什么？ 学会
28、观察问题、提出问题，分析问题、学会观察问题、提出问题，分析问题、解决问题的能力，并善于总结。解决问题的能力，并善于总结。 同学们应掌握一整套科学实验方法同学们应掌握一整套科学实验方法把复杂问题简单化、规律化，而把简单问题，规把复杂问题简单化、规律化，而把简单问题，规律东西具体化，这就是所谓用理论指导实验，又律东西具体化，这就是所谓用理论指导实验，又从实验中完善理论。从实验中完善理论。Think Different.mp4A=X+Y+Z! A就是成功，X就是努力工作，Y是懂得休息，Z是少说废话！这公式对我有用，我想对许多人也一样有用。 牛顿牛顿爱迪生爱迪生爱因斯坦爱因斯坦居里夫人居里夫人 多少科学家通过科学实验得 到科学结论，而科学结论在 生产实践中得到应用，从而 推动整个社会生产力的发展。掌握科学实验方法目的 学会观察问题学会观察问题分析问题能力分析问题能力提出问题提出问题 “？”解决问题的能力解决问题的能力并善于总结并善于总结
