《大学物理实验》绪论讲义新版

1、大学物理实验 绪 论 课,2,主 要 内 容,一、课程特点及要求；二、测量和测量误差；三、测量结果的误差估算；四、有效数字及其运算规则；五、数据处理方法。,3,一、课程特点及要求,1、课程介绍： 大学物理实验是高等学校学生进行科学实验基本训练的一门独立的必修基础课，是学生进入大学后，系统的学习实验方法和实验技能的开端。同时，在培养学生的良好素质及科学世界观方面也起着潜移默化的作用。,4,2、物理实验课的目的：,一、课程特点及要求,培养和提高从事科学实验的素质，为后续 实验课程以及社会工作打好基础(包括：理 论联系实际和实事求是的科学作风、严肃认真的工 作态度，不怕困难、主动进取的探索精神、遵守纪 律、爱护公物的优良品德等)。,培养和提高科学实验能力(包括：自学能力、 动手能力、分析能力、书面表达能力、和创新能 力等)；,通过物理实验，掌握其基本知识、方法、 技能，加深对物理学原理的理解；,5,3、教学环节：A、课前预习，写预习报告：报告内容包括实验名称、实验目的、实验仪器、简要实验原理和实验记录表格。（做实验时要带上预习报告，如无，不能做实验）,一、课程特点及要求,华南理工大学实验报告

2、 课程名称_ _系_专业_班 姓名_ 实验名称_实验日期_指导教师_ （报告内容：目的、仪器装置、简单原理、数据记录及结果分析）,6,B、实验过程：,一、课程特点及要求,C、处理实验数据，分析实验结果：整理原始数据 且转记到预习报告上，并继续完成该报告：按要求 处理实验数据(计算结果和误差)，分析实验结果(评 价实验结果、分析实验误差、提出建设性意见等)。,7,D、实验成绩扣分项目：抄袭或篡改实验数据；不良的仪器使用习惯；不爱护仪器设备；迟到15分钟以上；报告不完整；用纸不规范；字体太潦草；逻辑不通；数据不全；图表不规范；数据处理不规范；没有过程；没有单位；结果错误；无预习报告、无教师签名的原始数据等。,8,4、考核要求：本学期的总成绩由每次实验的成绩平均得出；如果有考试,则由实验的平均成绩和考试成绩加权平均得出.不设补考，成绩不合格者直接重修。每次实验的成绩主要由三部分组成:预习报告、实验过程、数据处理。绪论课作业：第一章的练习题（P28-29）2、4、5、6、7，共5题做在实验报告纸上。绪论课的作业交给第一次实验的指导老师。绪论课作业成绩算一次实验成绩计入总成绩。,一、课程特点及要

3、求,9,5、其它注意事项时间安排：从第3周开始上课；下午为2：005：00、晚上为6：30 9：20。每次实验为4个学时，共7次实验课。各专业班级按照我们的计划人数进行分组，各组按照实验轮流表进行实验。不同的组别，同一时间的实验内容不同。各组选定该组的组长，每次实验课之前由组长拿一张本组的登记表给当堂的指导老师。实验报告在下一次实验时，由组长收齐，交回原实验老师。再一次做实验时可以取第一次的实验报告。地点：物理实验中心位于B5栋B座二楼和三楼。,一、课程特点及要求,10,理学院首页的资料下载: 物理实验分组安排 http:/ 物理实验示范中心网站地址： http:/202.38.193.222/phylab/index.aspx 基础物理精品课程网站（含教学论坛）： http:/202.38.193.234/physics/,11,实验轮流表(样表):,一、课程特点及要求,12,二、测量和测量误差,主要内容,测量的定义和分类真值和约定真值误差的定义和分类,13,1、测量： 定义：在一定条件下，将待测量与标准计量仪 器进行比较，从而确定被测量的数值和 单位。,约定真值（见P5）,（存在但

4、不可知）,分类：,在理想条件下，多次测量的算术平均值可作为约定真值,二、测量和测量误差,测量值=数值+单位,14,3、误差的定义 某物理量X的测量值为 ，真值为，算术平均值为,相对误差： 能更好的反映测量的准确度和评价结果的可靠性,绝对误差： 表示测量值与真值之间的偏离大小和方向,二、测量和测量误差,例 1000mm 10mm =0.5mm,E1=0.05% E2=5%,15,4、误差的分类（1）系统误差特点：误差的大小和符号总是保持恒定，或 按一定规律以可约定的方式变化，用 “正确度”表示其大小。来源：仪器固有缺陷; 实验理论公式的近似性或方法不完善； 操作者生理或心理因素； 实验环境、测量条件不合要求。处理方法：修正理论公式、采用适当实验方法,二、测量和测量误差,16,（2）随机误差（偶然误差）特点：对每次测量值来说，误差的绝对值和 符号变化不定；但对大量测量值，其变 化则服从确定的正态统计分布规律；用 “精密度”来表示其大小。来源: 环境和实验条件起伏变化； 判断、读数估计的差异。处理方法：取多次测量的算术平均值,二、测量和测量误差,17,（3）粗大误差特点：误差值很大，且无规律

5、 来源: 观察者的粗心大意 测量条件发生突变处理方法：按照一定的规律剔除,二、测量和测量误差,18,三、测量结果的误差估算,主要内容：,随机误差的统计学分布规律.标准误差的统计意义.随机误差的估算.异常数据的判断和剔除.,19,即,单峰性：绝对值小的误差出现的概率大，而 绝对值大的误差出现的概率小。有界性：绝对值非常大的正、负误差出现的 概率趋于零。对称性：绝对值相等的正、负误差出现的概 率大致相等。 抵偿性：算术平均值随着测量次数的增 加而减少，最后趋向零。,二、测量结果的误差估算,1、随机误差的统计学分布规律,20,2、随机误差的估算（1）测量列的标准差 设对某一真值为的物理量X进行n次等精度测量，得到一测量列 ， ， ，测量列的标准差 定义为,是未知值 ， 只具有理论意义。,三、测量结果的误差估算,21,实际操作中，采用标准偏差 来处理：,的物理意义：表示 相对于 的分布情况；对测量的可靠性进行估计： 越小，测量的可 靠性越大； 有68.3的概率落在 区间 内。,三、测量结果的误差估算,22,（2）算术平均值 的标准偏差:,三、测量结果的误差估算,的物理意义：对 可靠性的估计：

6、有68.3的概率落 在 区间； ，说明 的可靠性大于任一 ， 且 随着n 的增大而减小。,23,3、异常数据的判别和剔除,三、测量结果的误差估算,异常数据：在一个测量列中，误差超出极限 值的测量数据。,判别和剔除方法：,24,内容：对一服从正态分布的测量列，求 和 ，选定一个危险率a（查表）， 再根据测量次数n通过查表得到临界 值 ，设 ， 若 ，则 为异常数据。不 断反复直到没有异常数据。适用条件：测量列服从正态分布。具体的步骤和方法见课本P10 P11,三、测量结果的误差估算,方法 格拉布斯准则：,25,四、 测量不确定度表示,主要内容：测量不确定度的基本概念A类标准不确定度的评定B类标准不确定度的评定合成标准不确定度,26,（1）测量不确定度：是指对测量结果不能确 定的程度，提供测量结 果的值以一定概率落在 某个区间。 注意： 测量不确定度表示是国际上评定测量结果 可靠性的约定做法； 本课程要求测量结果一律用不确定度来评 价测量结果的质量。,四、 测量不确定度表示,1、测量不确定度的基本概念,27,(2)标准不确定度： 用标准偏差表示测量结果的不确 定度，称为。可分为两类： A类

7、标准不确定度用统计方法来分析评定的标准不确定度，用uA表示。 B类标准不确定度用非统计方法评定的标准不确定度，用uB表示。合成标准不确定度： 由各标准不确定度分量合成而来的标准不确定度称为合成标准不确定度。,四、 测量不确定度表示,28,2、A类标准不确定度的评定 定义算术平均值的标准偏差为A类标准不确定度，即：,四、 测量不确定度表示,29,3、B类标准不确定度的评定 标准不确定度的B类分量主要来自于测量仪器的仪器误差，在仅考虑仪器误差且均匀分布（即在测量值的某一范围内，测量结果取任一可能值的概率相等）的情况下 仪指计量器具的示值误差，一般取仪器最小分度值的一半，或者是按仪表准确度等级算得的最大基本误差。,四、 测量不确定度表示,30,4、合成标准不确定度(1)直接测量量合成标准不确定度 待测量X 的测量结果表示为 物理意义：待测量X的真值落在区间 的概率为68.3。,四、 测量不确定度表示,31,(2)间接测量量的标准不确定度设间接测量量N是各独立的直接测量量x，y，z，的函数，即： 各直接测量量表示为：问：,四、 测量不确定度表示,32,若各直接量完全独立无关，则： 称为各直接测

8、量量标准不 确定度的传递系数。,四、 测量不确定度表示,33,若函数关系式只是积或商的形式，可先对函数两边取自然对数，再进行全微分，得到各直接测量量标准不确定度的传递系数，最后由测量值N和相对误差求得合成标准不确定度。 N 的标准不确定度为,四、 测量不确定度表示,34,对X 进行等精度测量10次，得测量列如下，设仪器误差限为0.05cm。判别有无异常数据，并求测量结果 （见P15）。（1）求平均值 （2）求标准偏差,四、 测量不确定度表示,例题,35,（3）取显著水平a0.01， 查表得g0(10，0.01)2.41（4）计算g6 (5)g6g0， x6为异常数据，应予以剔除。,四、 测量不确定度表示,例题,36,用余下的数据重新计算测量结果 （1）求平均值（2）求标准偏差 再经格拉布斯准则判别，所有测量数据都符合要求。,四、 测量不确定度表示,例题,37,测量的A类标准不确定度分量为： 按均匀分布计算测量的B类标准不确定度分量为：,四、 测量不确定度表示,例题,38,合成标准不确定度为： 测量结果表示为：,四、 测量不确定度表示,例题,39,五、有效数字及其运算规则,主要内容:,有效数字的定义、性质和读取规则(直接测 量量有效数字的规定).有效数字的运算规则.误差的有效位数和间接测量量的有效数字.,40,、定义：测量结果中所有可靠数字加上末 位的可疑数字统称为测量结果的 有效数字。有效数字中所有位数 的个数称为有效数字的位数。,

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