大学物理实验.ppt

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1、1物理实验绪论物理实验绪论2目录目录第一章第一章 绪论绪论 1 1 开设物理实验课程的目的开设物理实验课程的目的 2 2 物理实验课程的要求物理实验课程的要求 3 3 物理实验课程的三个教学环节物理实验课程的三个教学环节 4 4 课程有关事宜课程有关事宜第二章第二章 数据处理数据处理 1 1 测量与误差及不确定度测量与误差及不确定度 2 2 有效数字及其运算法则有效数字及其运算法则 3第一章第一章第一章 绪论绪论绪论1 1 开设物理实验课程的目的开设物理实验课程的目的 使学生在物理实验的使学生在物理实验的基本知识基本知识、基本方法基本方法、基本技能基本技能等方面受到较等方面受到较系统的训练，加

2、深对物理学基本概系统的训练，加深对物理学基本概念和基本规律的理解和掌握，培养念和基本规律的理解和掌握，培养良好的科学素质、创新精神和实际良好的科学素质、创新精神和实际能力。能力。4第一章第一章第一章 绪论绪论绪论2 2 物理实验课程的基本要求物理实验课程的基本要求 1.1.基本素质基本素质 1 1）自觉遵守各项实验规则；）自觉遵守各项实验规则； 2 2）完成规定的实验项目；）完成规定的实验项目； 3 3）撰写合格的实验报告；）撰写合格的实验报告； 4 4）借助计算工具，进行科学的数据处理；）借助计算工具，进行科学的数据处理； 5 5）具有独立操作能力及团结协作）具有独立操作能力及团结协作精神。

3、精神。5第一章第一章第一章 绪论绪论绪论 2 2、基本实验技能和实验方法、基本实验技能和实验方法 1 1）借助资料了解实验原理、仪器性能；）借助资料了解实验原理、仪器性能； 2 2）掌握常用仪器的调节和正确使用方法；）掌握常用仪器的调节和正确使用方法； 3 3）了解常用的测量方法；）了解常用的测量方法； 4 4）掌握常用物理量的测量方法；）掌握常用物理量的测量方法； 5 5）理解误差的基本知识，具有数据处理能力。）理解误差的基本知识，具有数据处理能力。 3 3、安全问题、安全问题6第一章第一章第一章 绪论绪论绪论3 3 物理实验课程的三个教学环节物理实验课程的三个教学环节 1 1、实验预习、实

4、验预习 做什么？怎样做？为什么？做什么？怎样做？为什么？ 1 1）阅读实验教材和有关资料）阅读实验教材和有关资料 2 2）写预习报告）写预习报告主要写简要实验原理（测量公式）、注意事项主要写简要实验原理（测量公式）、注意事项（写在实写在实验报告第验报告第1页页）；）； 7第一章第一章第一章 绪论绪论绪论 2、实验操作实验操作 1）认真阅读并严格执行实验室的规章制度；认真阅读并严格执行实验室的规章制度； 2 2）教师）教师检查预习报告检查预习报告； 3 3）仪器检查、布置、调节）仪器检查、布置、调节 4 4）按步骤进行实验；（观察现象、先粗后细）按步骤进行实验；（观察现象、先粗后细） 5 5）原

5、始数据记录；如实记录数据（）原始数据记录；如实记录数据（写在实验报告纸的写在实验报告纸的最后一页最后一页），不得拼凑、涂改或事后追记数据；），不得拼凑、涂改或事后追记数据； 6 6）教师审核、签字教师审核、签字； 7 7）整理仪器、清洁卫生。（要将仪器恢复到实验前的）整理仪器、清洁卫生。（要将仪器恢复到实验前的状态）。状态）。 8第一章第一章第一章 绪论绪论绪论 3 3、撰写实验报告、撰写实验报告做完实验后要及时写出实验报告（做完实验后要及时写出实验报告（在下一在下一次实验课时务必上交次实验课时务必上交）。）。内容依次为：实验目的、实验仪器（要写内容依次为：实验目的、实验仪器（要写上仪器型号）

6、、实验原理（略为详细并上仪器型号）、实验原理（略为详细并有必要的推导）、实验内容与步骤、数有必要的推导）、实验内容与步骤、数据处理、注意事项与体会。据处理、注意事项与体会。要保证内容齐全，版面工整，图表规范，要保证内容齐全，版面工整，图表规范，结果正确，分析与讨论认真。结果正确，分析与讨论认真。9第一章第一章第一章 绪论绪论绪论4 4 课程有关事宜课程有关事宜 1 1、学习用品：、学习用品： 稿纸稿纸1 1本本; ;实验报告纸实验报告纸1010份（包括一份设份（包括一份设计性的实验报告）计性的实验报告）. . 2 2、课程考核：平时占、课程考核：平时占40%40%， 笔试笔试 + + 考试占考

7、试占60%60%10（1 1）误差的分类）误差的分类 粗大误差粗大误差系统误差系统误差随机误差（也叫偶然误差）随机误差（也叫偶然误差）性质分类：性质分类：环境误差（条件误差）环境误差（条件误差）个人误差个人误差装置误差装置误差理论方法误差理论方法误差仪器误差仪器误差来源分类：来源分类：第二章 数据处理1 测量误差及不确定度测量误差及不确定度11b）B类不确定度：类不确定度：不能通过不能通过多次测量用统计多次测量用统计方法估算方法估算 ， uB) 1()(12nnxxSniix算术平均数标准偏差只考虑仪器误差，标准不只考虑仪器误差，标准不确定度的确定度的B类分量为类分量为) 1()(2)(nnx

8、xUiXAa）A类不确定度：类不确定度：可以通过多次测量用统计可以通过多次测量用统计方法估算，方法估算， uA（2）不确定度的分类）不确定度的分类( )BUxc仪器仪器误差近似服从均匀分布仪器误差近似服从均匀分布规律，标准差为规律，标准差为3仪仪12用合成标准不确定度用合成标准不确定度表示测量结果表示测量结果2222:( )()( )( )cxUxABScUxUx仪器合成标准不确定度%100)(xuExc(),68.3%100%ccxxuPuEx单位含义：在区间含义：在区间 内，包含被测量内，包含被测量x的真值的真值的可能性为的可能性为68.3%。),(ccux ux13对一个数字，从它的左边

9、第对一个数字，从它的左边第一个非零数字开始到最右边的数一个非零数字开始到最右边的数字字。由可靠数字和一位可疑数字由可靠数字和一位可疑数字组成，比如组成，比如90.7mm,990.7mm,9和为可靠和为可靠数字，为可疑数字数字，为可疑数字。有效数字有效数字的位数由测量条件和待测量的大的位数由测量条件和待测量的大小共同决定小共同决定。例如，用最小分度值例如，用最小分度值为为1mm的尺，测量一物的尺，测量一物体长度得到体长度得到1.65cm。 “5”是在是在6和和7两个整毫米刻两个整毫米刻度内估读的，是不可靠度内估读的，是不可靠的，的，可疑数字可疑数字；1.6是由是由尺子刻度直接读出的，尺子刻度直接

10、读出的，是是可靠数字可靠数字。1.65cma ）有效数字的概念）有效数字的概念2 有效数字及其运算法则有效数字及其运算法则14有效数字的位数有效数字的位数有效数字有效数字“可靠数字可靠数字”“一位可疑数字一位可疑数字” 总共有几位称为几位有效数字。总共有几位称为几位有效数字。有效数字由表征测量结果的有效数字由表征测量结果的可靠数可靠数字字与与可疑数字可疑数字组成的。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。15.86，四位有效数字，四位有效数字5.32，三位有效数字，三位有效数字5.320，四位有效数字，四位有效数字0.0532，三位有效数字，三位有效数字1.

11、65cm15当实验结果的有效数字位数较多时，当实验结果的有效数字位数较多时，进行取舍一般采用进行取舍一般采用1/21/2修约规则修约规则。（1） 需舍去部分的总数值大于需舍去部分的总数值大于0.5时，所留末位需加时，所留末位需加1，即进。，即进。（2） 需舍去部分的总数值小于需舍去部分的总数值小于0.5时，末位不变，即舍。时，末位不变，即舍。（3） 需舍去部分的总数值等于需舍去部分的总数值等于0.5时，所留部分末位应凑成偶数。时，所留部分末位应凑成偶数。即末位为偶数即末位为偶数(0、2、4、6、8)，数，数字舍去；末位为奇数字舍去；末位为奇数(1、3、5、7、9)，数字入进变为偶数。数字入进变

12、为偶数。b）有效数字的修约规则）有效数字的修约规则6.378501 6.3792.71729 2.7174.51050 4.5105.6235 5.6243.21650 3.216修约成修约成4位有效数字位有效数字3.14159 3.14216c）直接测量的有效数字）直接测量的有效数字2.00cm（1） 有指针或刻度的仪器：最小刻度以下再估读一位。有指针或刻度的仪器：最小刻度以下再估读一位。（2） 数字显示仪表：显示值均为有效数字，不再估读。数字显示仪表：显示值均为有效数字，不再估读。d）不确定度的有效数字）不确定度的有效数字不确定度一般只取一位有效数字不确定度一般只取一位有效数字，特殊情况可

13、以取二特殊情况可以取二位，但最多不超过二位。位，但最多不超过二位。(该知识点非常重要）该知识点非常重要）17e）中间结果和常数的）中间结果和常数的有效数字有效数字一般比直接测量结果的一般比直接测量结果的有效数字多取有效数字多取12位。位。圆的面积：圆的面积：S=r2直接测量直接测量r结果：结果：4.5678m,4.5672m,4.5679m,4.5676m五位有效数字五位有效数字中间结果平均值：中间结果平均值：4.567625m七位有效数字七位有效数字常数常数：3.141593七位有效数字七位有效数字f）单位换算的有效数字问题）单位换算的有效数字问题单位换算时有效数字的位数不变。单位换算时有效

14、数字的位数不变。1.3m1.3103mm 1300mm1300mm1.300m 1.3m用科学记数法表示。用科学记数法表示。g）实验结果的有效数字）实验结果的有效数字实验结果的有效数字实验结果的有效数字由不确定度确由不确定度确定定。有效数字的末位与不确定度的。有效数字的末位与不确定度的末位对齐。末位对齐。%2;)07. 065. 3(;07. 0,6456. 3BcmLcmcmL18h）有效数字运算例子34.4+21.28355.7328-24.730327449.3910070. 1872. 94137. 144. 812.980142. 34137. 144. 812.98041373.

15、144. 812.9804222D223. 11.5113579116.53106.25= 1.8106100.0035=1.00819（4）实验过程中的记录与计算）直接读数：在仪器的最小分度后，再用目力估计一位为止）计算过程中（在未得出结果以前）常在可疑数字后再留一位）在计算结果的数值中，可疑数字仍保留一位）表示误差的一般只取一位有效数字一位有效数字，至多不能超过两位有效至多不能超过两位有效数字数字%204. 0%,2 . 0%,100980978980:而不是其结果要写成误差比如20（1）直接测量问题）直接测量问题用用025mm的一级千分尺测钢球的直径的一级千分尺测钢球的直径D，6次数据为

16、：次数据为：D1=3.121mm， D2=3.128mm， D3=3.125mmD4=3.123mm， D5=3.126mm， D6=3.124mm写出完整的实验结果。写出完整的实验结果。解：解： 求算术平均值求算术平均值三、实验数据处理举例三、实验数据处理举例mmDDDDDDD1245.361654321求求A类不确定度类不确定度mmnnxxSxuniixA001.000099.01)(1221求不确定度求不确定度B类分量类分量mmumm002.03004.03004.0仪仪；计算合成不确定度计算合成不确定度mmusx002. 0002. 0001. 02222完整的测量结果表示完整的测量结果表示%06.0%100124.3002.0002.0124.3BmmD注意：注意：测量结果的有效数字，不确定度的有效数字，相测量结果的有效数字，不确定度的有效数字，相对不确定度的有效数字，单位。对不确定度的有效数字，单位。22试求体积试求体积V并表示多取一位实验结果。并表示多取一位实验结果。解：解：求求V：（2）间接测量问题）间接测量问题用千分尺测量圆柱体的体积用千分尺测量圆柱体的体积V ，已求