
大学物理实验课程指导华东交通大学.ppt
31页大学物理实验课程指导华东交通大学大学物理实验大学物理实验绪论华东交通大学华东交通大学大学物理实验中心 艾剑锋物理实验的地位、作用和任务物理实验的地位、作用和任务n物理学本质上说是一门实验科学物理规律的发现和物理学本质上说是一门实验科学物理规律的发现和物理理论的建立,都必须以严格的实验为基础,并接物理理论的建立,都必须以严格的实验为基础,并接受实验的检验受实验的检验n对学生进行实验方法和实验技能的基本培训(一些物对学生进行实验方法和实验技能的基本培训(一些物理量的测量;常用仪器的基本原理和性能及使用方法;理量的测量;常用仪器的基本原理和性能及使用方法;;能正确记录、处理数据、分析结果、写报告)能正确记录、处理数据、分析结果、写报告)n培养、提高科学实验能力观察、测量和分析,加培养、提高科学实验能力观察、测量和分析,加深理论的学习理解)深理论的学习理解)n培养学生科学实验的素质工作作风;科学态度;培养学生科学实验的素质工作作风;科学态度;爱护财物、遵纪的优良品德)爱护财物、遵纪的优良品德)华东交通大学物理实验中心物理实验课的基本程序和要求物理实验课的基本程序和要求n1、网上选修 网上选修地址:,进入选修系统后,按要求进行选修。
网上选修地址:,进入选修系统后,按要求进行选修n2、课前预习 阅读教材,了解实验目的、原理、仪器,明确实验方法、阅读教材,了解实验目的、原理、仪器,明确实验方法、操作步骤和注意事项操作步骤和注意事项 书写预习报告(报告模版可以到网上选修的主页下载并按书写预习报告(报告模版可以到网上选修的主页下载并按要求打印),根据实验要求设计数据记录表格,原始数据要求打印),根据实验要求设计数据记录表格,原始数据教教师需签名师需签名,否则数据无效否则数据无效基本程序:1 1、网上选课、网上选课 2 2、课前预习、课前预习 3 3、实验阶、实验阶段段 4 4、课后总结、课后总结华东交通大学物理实验中心凭预习报告进入实验室(教师检查)凭预习报告进入实验室(教师检查)n3、实验阶段(进入实验室必须衣着整洁,并将有效证件交教师检查) 实验前:清点实验仪器,了解实验仪器,填写仪器登实验前:清点实验仪器,了解实验仪器,填写仪器登记本 实验中:认真观察实验现象,如实记录实验数据实验中:认真观察实验现象,如实记录实验数据 实验后:仪器复位,将原始数据交指导教师审阅签名实验后:仪器复位,将原始数据交指导教师审阅签名(未签名不得离开实验室)(未签名不得离开实验室)。
n4、课后总结 按实验要求在测试报告上进行数据处理,主要包括:按实验要求在测试报告上进行数据处理,主要包括:数据表格、数据处理和结果表示结论分析必须按照实际数据表格、数据处理和结果表示结论分析必须按照实际测量进行总结,不得照本宣科测量进行总结,不得照本宣科华东交通大学物理实验中心物理实验成绩考核办法物理实验成绩考核办法n选修网站上有链接选修网站上有链接华东交通大学物理实验中心注意:学生必须在实验完成当天起一周内将实验报告交到1-205的报告上交柜子内以便教师及时批改绪绪 论论一、测量与误差的基本概念一、测量与误差的基本概念二、有效数字二、有效数字三、算术平均值与误差的估算三、算术平均值与误差的估算四、不确定度及其估算四、不确定度及其估算华东交通大学物理实验中心测量与误差的基本概念测量与误差的基本概念1.测量(概念和分类)测量(概念和分类) 概念:将待测量与被选作为标准单位的物理量进概念:将待测量与被选作为标准单位的物理量进行比较,其倍数即为物理量的测量值行比较,其倍数即为物理量的测量值 分类:分类:2.2.误差误差直接测量:可以用仪表直接读出直接测量:可以用仪表直接读出测量值的测量测量值的测量如测量长度;时间等如测量长度;时间等间接测量:用仪表测出待知物理量的间接测量:用仪表测出待知物理量的相关量,通过计算得出待知物理量。
相关量,通过计算得出待知物理量如如 测量密度测量密度 等等华东交通大学物理实验中心华东交通大学物理实验中心误差误差1.真值:任何物质(系统)都有它本身的、真值:任何物质(系统)都有它本身的、 客客 观的(某些物理量)真实数值称为真值观的(某些物理量)真实数值称为真值2.测量值:就是通过测量所得到的值测量值:就是通过测量所得到的值3.误差:测量值与真值之间的差异误差:测量值与真值之间的差异n产生误差的原因(四个方面)产生误差的原因(四个方面)n误差分类(按误差的性质、产生原因来分)误差分类(按误差的性质、产生原因来分)华东交通大学物理实验中心华东交通大学物理实验中心产生误差的原因(四个方面)产生误差的原因(四个方面)n1.任何仪器,总有一个最小分度线n2.最小分度之间的值是估计出来的(因人、因时而异)n3.仪器本身的分度线也不是绝对的准确n4.外界环境的变化对仪器也会产生影响确定华东交通大学物理实验中心误差分类误差分类n系统误差-误差值固定不变或在条件变化时按一定的规律变化 [产生原因]n偶然误差-误差的大小是随机变化的所以又叫随机误差 [产生原因]n过失误差-测量值与真值之间明显偏离 [产生原因]华东交通大学物理实验中心系统误差产生原因: n仪器缺陷(刻度不准,零点未调好);环境的改变(温度、压强等);个人习惯与偏向;理论方法的近似;有关因素考虑不全等;BACK华东交通大学物理实验中心偶然误差产生原因:n(个人)读数能力不一致;外界的干扰。
n〔不可消除,也无法估量〕性质:a、测量结果中与真实值相差越小的可能性越大; 反之越少 b、测量值比真实值大和比真实值小,两者出 现的几率相等;于是我们据此进行多次测量, 取平均值,以减少偶尔误差BACK华东交通大学物理实验中心过失误差产生原因: n既可能具有系统误差的性质,又可能具有偶尔误差的性质,总之是实验者过失造成的n〔是可以避免的〕BACK华东交通大学物理实验中心算术平均值与误差的估算算术平均值与误差的估算n1.单次直接测量的误差估算n2.多次测量的平均值和误差n3.粗大误差数据的剔除n4.间接测量的误差计算华东交通大学物理实验中心单次直接测量的误差估算单次直接测量的误差估算估算方法(条件是偶然误差很小):估算方法(条件是偶然误差很小):1.按仪器上注明的仪器误差按仪器上注明的仪器误差2.未注明的取仪器最小刻度的一半未注明的取仪器最小刻度的一半3.数字仪表,取显示表的最后位数的一个单位数字仪表,取显示表的最后位数的一个单位条件不许可或要求不太高条件不许可或要求不太高BACK华东交通大学物理实验中心华东交通大学物理实验中心多次测量的平均值和误差多次测量的平均值和误差1.多次测量的平均值多次测量的平均值 X的平均值最接近于真值,称之为最佳值。
的平均值最接近于真值,称之为最佳值2.算术平均偏差算术平均偏差3.标准偏差(均方根偏差)标准偏差(均方根偏差)4.绝对误差与绝对误差与相对误差相对误差,评价一个测量结,评价一个测量结果的优劣,还需要看测量量本身的大小果的优劣,还需要看测量量本身的大小BACK华东交通大学物理实验中心华东交通大学物理实验中心测量不确定度下一页下一页华东交通大学物理实验中心不确定度的概念不确定度的概念: : 表征合理地赋予被测量之值的分表征合理地赋予被测量之值的分散性,与测量结果相联系的参数此参数可以是散性,与测量结果相联系的参数此参数可以是标准差或其倍数,或说明了置信水准的区间的半标准差或其倍数,或说明了置信水准的区间的半宽度,其值恒为正值它是被测量客观值在某一宽度,其值恒为正值它是被测量客观值在某一范围内的一个评定范围内的一个评定不确定度的分类:不确定度的分类:符合统计规律的称为符合统计规律的称为A A类不确定度类不确定度,,而不符合统计规律的称为而不符合统计规律的称为B B类不确定度类不确定度 A A 类不确定度的计算类不确定度的计算计算方法与偶然误差用标准偏差来计算的方法完全相计算方法与偶然误差用标准偏差来计算的方法完全相同。
同 测量值测量值Ni 的不确定度为的不确定度为 平均值平均值N 的不确定度为的不确定度为 B B类不确定度的评定方法类不确定度的评定方法: :在实验教学中约定在实验教学中约定为仪器误差极限值为仪器误差极限值 仪器误差限的确定可按以下三个原则仪器误差限的确定可按以下三个原则:((1)) 对对可可估估读读测测量量数数据据的的仪仪器器::△△仪仪 = 最最小小刻刻度度的的1/2((2)) 对对不不可可估估读读测测量量数数据据的的仪仪器器::△△仪仪 = 仪仪器器最最小分辨读数小分辨读数((3)) 对对有有仪仪器器说说明明书书的的仪仪器器::△△仪仪按按仪仪器器说说明明书书计计算算 直接测量总的合成不确定度和相对不确定度: 四、直接测量的不确定度四、直接测量的不确定度 1、单次测量:1、单次测量: 因因 不存在,故不存在,故2、多次测量:2、多次测量:五、间接测量的不确定度五、间接测量的不确定度设设:其中:其中:( ) 则:则:上一页上一页华东交通大学物理实验中心N的合成不确定度为的合成不确定度为:或由或由:得得:说明说明:上式对加减形式的函数比较适合上式对加减形式的函数比较适合;下式对乘除形式的函数比较适合。
有利于变量分离)下式对乘除形式的函数比较适合有利于变量分离)两者最终结果相同粗大误差数据的剔除粗大误差数据的剔除 判断某组实验数据中是否有粗大误差的方法判断某组实验数据中是否有粗大误差的方法很多,最简单的拉依达准则它的具体内容是:很多,最简单的拉依达准则它的具体内容是: 在多次测量中,若发现第在多次测量中,若发现第j个数据偏差个数据偏差,则说明该数据有粗大误差,应则说明该数据有粗大误差,应将其剔除将其剔除BACK华东交通大学物理实验中心华东交通大学物理实验中心间接测量的误差计算间接测量的误差计算间接测量量间接测量量y是由是由n个直接测量量个直接测量量的测量结果决定的测量结果决定它们之间具有一定的函数关系,即它们之间具有一定的函数关系,即下一页下一页用微分学可证明,间接测量量的最佳值是用微分学可证明,间接测量量的最佳值是全微分全微分华东交通大学物理实验中心华东交通大学物理实验中心间接测量的误差计算上一页上一页将将上式上式改为误差公式时,用改为误差公式时,用所以所以相对误差相对误差也可证明,标准误差也可证明,标准误差S有有 效效 数数 字字 用实验仪器直接测量的数值都含有一定的误差。
用实验仪器直接测量的数值都含有一定的误差因此,测得的数据都只能是近似数由这些近似数计因此,测得的数据都只能是近似数由这些近似数计算出的间接测量值也是近似数算出的间接测量值也是近似数 从仪器上读出的数字,通常都要估计到仪器最小从仪器上读出的数字,通常都要估计到仪器最小刻度的下一位因此这一位是有疑问的,称为存疑数刻度的下一位因此这一位是有疑问的,称为存疑数字我们把仪器上读出的确切数字和最后一位存疑数字我们把仪器上读出的确切数字和最后一位存疑数字,通通记录下来,称为有效数字字,通通记录下来,称为有效数字有效数字的运算规则有效数字的运算规则有效数字的进位法则有效数字的进位法则华东交通大学物理实验中心进进 位位 法法 则则法则:过半入,不足舍,一半凑偶解释:拟舍弃数字最左一位若小于5时,舍弃; 大于5时(包括等于5而其后尚有非零的数),进一;拟舍弃数字最左一位为5其后无数字或皆为零时,按所保留的末位为奇数则进一,为偶数则舍弃举例:举例:2 1.5 2 42;;36.2 5 5 46;;25.2 1 52;;25.2 2 52;;25.2 1 5 02;;华东交通大学物理实验中心有效数字的运算规则1.加减运算:以参与运算的末位最高的数为准。
加减运算:以参与运算的末位最高的数为准 32.1 +)+) 3.276 35.376 其结果为:其结果为:35.42.乘除运算:与诸因子中有效数字位数较少的相同乘除运算:与诸因子中有效数字位数较少的相同 5. 3 4 8 × 2 0 . 5 2 6 7 4 0 0 0 0 0 1 0 6 9 6 1 0 9.6 3 4 0其结果为:其结果为:110下一页下一页讨论:如果将讨论:如果将5改成小于改成小于5的数的数或或将将2改成改成1华东交通大学物理实验中心有效数字的运算规则3.乘方、开方的有效数字:乘方、开方的有效数字: 不难证明,乘方开方的有效数字与其底数的有不难证明,乘方开方的有效数字与其底数的有效数字位数相同效数字位数相同上一页上一页华东交通大学物理实验中心谢谢观赏谢谢观赏。
