普通物理實驗課程緒論[0001]

1、物理實驗課程緒論,孟輝暨南大學(xué)物理系2014年3月,看視頻！?。。。。。。。?！,* 加深對一些重要物理概念、物理現(xiàn)象、物理規(guī)律的認識* 掌握基本物理量的測量方法和實驗操作的基本技能* 掌握常用的數(shù)據(jù)處理方法，撰寫合格的實驗報告* 培養(yǎng)嚴(yán)謹求實的實驗作風(fēng)，培養(yǎng)獨立分析處理問題的能力,物理實驗課程的目的,* 上好物理實驗課的三個環(huán)節(jié)* 成績評定* 測量與結(jié)果表示* 不確定度* 數(shù)據(jù)處理的基本方法,上好物理實驗課三個主要環(huán)節(jié)

2、,實驗預(yù)習(xí)實驗操作實驗報告,明確實驗?zāi)康?弄懂實驗原理 了解實驗難點,預(yù)習(xí)報告是實驗工作的前期準(zhǔn)備，寫給自己的，要求簡單明了。實驗前應(yīng)清楚本次實驗的目的通過何種實驗方法測量哪些數(shù)據(jù)達到實驗?zāi)康?實驗?zāi)康膶嶒炘?，用高度概括的語言給出實驗的理論依據(jù)、 計算公式及原理圖，切勿不加思考地照抄！主要實驗步驟數(shù)據(jù)記錄表格，要留有余地。注意：使用學(xué)校新版的A3實驗報告紙、標(biāo)準(zhǔn)作圖紙！ 完成預(yù)習(xí)報告才可進

3、實驗室做實驗！,預(yù)習(xí)報告內(nèi)容,遵守實驗室規(guī)則，準(zhǔn)時簽到，實驗前出示預(yù)習(xí)報告了解實驗儀器的使用及注意事項，留意黑板提示老師允許之前，切勿動手！！認真聽老師講解??！仔細觀察和認真分析實驗現(xiàn)象在實驗報告紙上如實記錄實驗數(shù)據(jù)和現(xiàn)象，數(shù)據(jù)記錄完整（不能用鉛筆記錄數(shù)據(jù)，原始數(shù)據(jù)不得改動，必須經(jīng)任課老師審閱簽名確認）整理實驗儀器和操作臺，簽離,實驗操作要求,在預(yù)習(xí)報告基礎(chǔ)上繼續(xù)完成完成實驗數(shù)據(jù)表格、數(shù)據(jù)處理（包括主要計算過程、作圖及

4、實驗結(jié)果和結(jié)論、實驗現(xiàn)象分析、誤差評估、小結(jié)和討論）、思考題注意：實驗報告必須在下次實驗開始前，統(tǒng)一交給相應(yīng)任課教師，遲交最多只能得60分，不交視為自動放棄該實驗成績；教師一周后會將批改后的實驗報告發(fā)回。妥善保存，學(xué)期末要整理裝訂后統(tǒng)一上交！,實驗報告,成績評定,每次實驗按滿分100分評分，其中實驗預(yù)習(xí)10分，實驗操作50分，實驗報告40分。課程總成績?nèi)?0個實驗成績平均分。注意：曠課2次、缺實驗報告3次，按重修處理！

5、 因故缺席，須提前請假（附假條），否則視為曠課！備注：實驗不能當(dāng)堂完成的，可與指導(dǎo)教師協(xié)商時間補做， 但該實驗成績會適當(dāng)削減。,測量,，就是用合適的工具或儀器，通過科學(xué)的方法，將反映被測對象某些特征的物理量（被測物理量）與選作標(biāo)準(zhǔn)單位的同類物理量進行比較的過程，其比值即為被測物理量的測量值。,測量的本質(zhì)：把被測量和標(biāo)準(zhǔn)量進行比較，從而 確定被測量的數(shù)值和單位。,,直接測量：

6、直接將待測物理量與選定的同類物理量的標(biāo)準(zhǔn)單位相比較直接得到測量 如長度、時間、溫度 間接測量：利用直接測量量與被測量之間的已知函數(shù)關(guān)系，求得被測物理量 如密度、體積,測量的分類,* 比較測量法 * 放大測量法* 平衡測量法* 轉(zhuǎn)換測量法* 其它測量法,基本測量方法,基本測量方法,比較測量法直接比較法：如米尺測長度、秒表測時間替代法：如曹沖稱象間接比較法：如指針式電表測電流,基本測量方法,放大測量法機械放大法：如

7、螺旋測微器電學(xué)放大法：如電子放大電路的應(yīng)用光學(xué)放大法：如望遠鏡、顯微鏡,基本測量方法,平衡測量法力學(xué)平衡法：如天平電學(xué)平衡法：如電橋穩(wěn)態(tài)測量法：如熱導(dǎo)率的測量,基本測量方法,轉(zhuǎn)換測量法：利用變換原理將不能或不易測量的 物理量轉(zhuǎn)換成能測或易測的物理量，實際上是 間接測量法的引伸和拓展。參數(shù)轉(zhuǎn)換：如間接比較法能量轉(zhuǎn)換： 聲速測量：聲壓－電壓（壓電效應(yīng)）

8、 霍爾效應(yīng)測磁場：磁場－電壓（霍爾效應(yīng)） 光電效應(yīng)：光強－電流（光電效應(yīng)）,基本測量方法,其它測量法干涉法：如牛頓環(huán)示蹤法：如示波器－時間示蹤補償法：如二極管,注意：每個實驗往往是多種測量方法的綜合運用， 如“伸長法測楊氏模量”實驗中就運用了 比較法、放大法、轉(zhuǎn)換法。

9、,測量誤差,任何測量都是存在誤差的。約定真值：如被測物理量的理論計算值、 公認的基本常數(shù)、 已修正過的算術(shù)平均值絕對誤差 相對誤差系統(tǒng)誤差 隨機誤差,測量值＝讀數(shù)值(有效數(shù)字)＋單位有效數(shù)字＝可靠數(shù)字＋可疑數(shù)字,有效數(shù)字：測量結(jié)果中所有的準(zhǔn)確數(shù)字和一位可疑 數(shù)字的統(tǒng)稱。有效數(shù)字的最后一位是誤差所在位。,有效數(shù)字

10、的讀取,15.0 mm,15.2 mm,可疑數(shù)字,有效位數(shù)說明,* 同一物理量可以有不同的有效位數(shù)* 有效位數(shù)從第一個不為零的數(shù)字算起 （中間、末位都算），如：0.067010* 常數(shù)可看作有無窮多有效位數(shù)* 有效位數(shù)與小數(shù)點無關(guān)，如：1.0 mm = 0.0010 m 但 1.0 m ? 1000 mm* 單位改變時，有效數(shù)字的位數(shù)不發(fā)生變化* 科學(xué)記數(shù)法是有

11、效位數(shù)記錄的正確方法 如：1.0 m = 1.0?103 mm,直接測量中有效數(shù)字的讀取,刻度類（如米尺、螺旋測微器、指針式儀表、示波器 熒屏），估讀游標(biāo)類（如游標(biāo)卡尺，分光計），一般不估讀，讀到 儀器的讀數(shù)值位數(shù)字類（如數(shù)字電表、信號發(fā)生器），記錄到最后一 個單位,* 準(zhǔn)確數(shù)與準(zhǔn)確數(shù)的運算結(jié)果為準(zhǔn)確數(shù)

12、* 可疑數(shù)與任何數(shù)運算，結(jié)果仍為可疑數(shù)，但進位數(shù)為準(zhǔn)確數(shù)* 運算過程中至少保留兩位可疑數(shù)，最終結(jié)果只保留一位可疑數(shù),有效數(shù)字運算的一般規(guī)則,有效數(shù)字的運算,加、減法：諸數(shù)相加（或相減）時，其和（或差） 數(shù)在小數(shù)點后保留的位數(shù)與諸數(shù)中小數(shù)點后 位數(shù)最少的一個相同。例如： 4.178

13、 ＋21.3 25.478 ＝25.5,,,有效數(shù)字的運算,乘、除法：諸數(shù)相乘（或除）后其積（或商）所 保留的有效數(shù)字，與諸因子中有效數(shù)字最少 的一個相同。例如：

14、 4.178 ? 10.1＝41.78＋0.4178＝42.1978＝42.2開方、乘方運算：結(jié)果的有效數(shù)字與被開方、 被乘方數(shù)的有效數(shù)字位數(shù)相同,三角函數(shù)運算：計算結(jié)果有效數(shù)字位數(shù)由自變量末位 增加或減少1個單位后得到的函數(shù)值比較后確定。 例如：求,有效數(shù)字的運算,測量值有效數(shù)字尾數(shù)的舍入規(guī)則,通俗地說：四舍六入，

15、五湊偶 如保留4位有效數(shù)字: 4.32749 → 4.327 4.32761 → 4.328 4.32750 → 4.328 4.32850 → 4.328,科學(xué)數(shù)據(jù)的表示：,不確定度,相對不確定度,置信概率,,,,,不確定度，表示由于測量誤差的存在而對測 量值不能肯定的程度，即測量結(jié)果不能肯定 的范圍。

16、完整的測量結(jié)果必須包括不確定度。教學(xué)目標(biāo) 建立概念、掌握基礎(chǔ)、初步應(yīng)用,不確定度的表示,不確定度,相對不確定度,單位,不確定度的分類,A 類不確定度 多次等精度測量時能用統(tǒng)計學(xué)方法處理的分量B 類不確定度 針對單次測量的分量這兩類分量在相同置信概率下用“方和根”合成總不確定度：,多次等精度測量；無法判定哪一次更可靠，可以預(yù)期它們的平均值更可靠；當(dāng)測量次數(shù)趨于無窮時，只要

17、能排除系統(tǒng)誤差，其平均值就是被測物理量的“真值”；用測量列的標(biāo)準(zhǔn)差來評價測量值的離散程度,A類不確定度,概率論中，測量誤差落在區(qū)間 、 、 的概率分別為0.683、0.954、0.997。這些區(qū)間稱為置信區(qū)間，對應(yīng)的概率稱為置信概率（一般用P 表示）。,置信區(qū)間,A類不確定度,t因子:與測量次數(shù)與置信概率有關(guān),測量次數(shù)n 2

18、 3 4 5 6 7 8 9 10 ∞ t (0.683) 1.84 1.32 1.20 1.14 1.11 1.09 1.08 1.07 1.06 1,B類不確定度，針對單次測量。 包括：測量者估算產(chǎn)生的部分 儀器的最大允差,測量者估算產(chǎn)生的部分 對于刻度式儀

19、表，測量估算的不確定度常常 小于儀器最小刻度的一半 對于數(shù)字式儀表，如果數(shù)字穩(wěn)定，沒有估算 不確定度；如果數(shù)字跳動，記錄其穩(wěn)定 表示的值,儀器的最大允差 包含了儀器的系統(tǒng)誤差，也包含了環(huán)境以及測量 者自身可能出現(xiàn)的變化，對測量結(jié)果的影響 可從儀器說明書中得到，它表征同一規(guī)格型號的 合格產(chǎn)品在正常使用條件下，可能產(chǎn)生的最大

20、 誤差 一般而言，儀器最大允差為儀器最小刻度所對應(yīng) 的物理量的數(shù)量級,,,=uB,直接測量不確定度計算舉例,例：用螺旋測微器測某一鋼絲的直徑，6次測量值分別為: 0.249、0.250、0.247、0.251、 0.253、0.250; 單位 mm，同時讀得螺旋測微器的零位為：+ 0.004 mm。已知螺旋測微器的儀器允差為0.004 mm。請給出完整的測量結(jié)果。,科學(xué)數(shù)據(jù)的表示：,不確定度,相對不確定

21、度,置信概率,,,,,解：,零位修正！,一位有效數(shù)字,兩位有效數(shù)字,* P7 *,完整的測量結(jié)果表示：,注意：,1.平均值有效數(shù)字位數(shù)不要超過測量值的有效數(shù)字2.不確定度和相對不確定度分別保留一位和兩位有效數(shù)字3.不確定度所在位與測量值運算結(jié)果的最后一位對齊,間接測量量的不確定度,例如：,1.先寫出（或求出）各直接測量量 xi 的不確定度2.依據(jù) 求出 或3.用

22、 或 求出 或4.完整表示,間接測量量不確定度的合成過程,數(shù)據(jù)處理的基本方法,列表法 要求： 簡單明了 標(biāo)明物理量的含義、單位 表中的數(shù)據(jù)是有效數(shù)據(jù) 必要的文字說明,逐差法：當(dāng)自變量等間隔變化，兩物理量又呈線性

23、 關(guān)系時，可用逐差法處理數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)處理的基本方法,只有始末兩次測量值用到，中間值全部抵消。只要其中一個值測量錯誤，結(jié)果就是錯誤的。沒有起到多次測量減小誤差的作用！,數(shù)據(jù)處理的基本方法,作圖法：形象、直觀步驟：* 確定數(shù)據(jù)列表* 確定坐標(biāo)軸：自變量為橫坐標(biāo)，應(yīng)變量為縱坐標(biāo) 標(biāo)明坐標(biāo)軸所表示的物理量符號和單位* 確定坐標(biāo)比例和標(biāo)度；描點、連線* 必要的文字說明（圖名、條件、比例等）,,,教材購買,《大學(xué)物理實驗/