大学物理实验绪论-1.ppt

1,学时：30 + 30 教室：博雅楼9层(6-15周) 性质：必修、考查 教材：《大学物理实验》 教师：刘庆国,2,开篇 大学物理实验课程简介,0-1、大学物理实验重要性,物理学是自然科学与技术的基础理论； 理工科专业课程绝大部分都是物理学的分支学科； 物理学是一门实验的科学； 物理实验是理工科各专业第一门独立的必修基础课； 物理实验是大学生的系统实验技能训练的开端； 物理实验为后续的专业实验课程打下良好的基础； 对于一名合格的工程技术工作者，必须具备较深的实验理论知识和较强的现代科学实验的能力3,0-2、大学物理实验的目的和任务,1、在具备一定的物理知识和中学物理实验的基础上对学生进行实验方法和实验技能的基本训练 例如：力、热、电、光的基本知识， 实验方法：比较法、交换法、补偿法、放大法…… 实验仪器：卡尺、千分尺、计时器、天平、各种电表 实验技能：实验方案设计、实验数据处理、实验报告撰写,2、培养并逐步提高学生观察和分析实验现象的能力，提高理论联系实际的独立工作能力，巩固并加深对物理学中的概念和规律的理解3、培养学生严肃认真的工作作风、实事求是的科学态度和爱护国家财产、遵守纪律的优良品德。

4,0-3-1、实验前的准备-预习,0-3、大学物理实验课程要求,(1)、实验理论的准备： 预习实验讲义，查阅有关参考资料，充分了解实验的理论依据和条件，解答预习思考题； (2)、实验仪器的准备： 了解实验仪器的工作原理、工作条件和操作规程； (3)、实验观测的准备： 掌握实验步骤和注意事项，设计原始数据纪录表格5,0-3-2、实验观测及数据记录,(1)、仪器的安装和调整(参照具体实验要求)： 使用仪器进行测量时，必须满足仪器的正常工作条件(水平、铅直、工作电压、光照等)；必须按操作规程进行2)、实验观测： 在明确实验目的、内容和步骤、并能正确使用仪器后，可进行正式观测3)、数据记录： 实验数据记录在专用的记录纸上，记录内容应包括： 日期、时间、地点、室温、气压、仪器、合作者等 原始数据：从仪器上直接读出的，未经过任何运算的数据 原始数据需经指导教师签字0-3、大学物理实验课程要求,6,0-3-3、实验数据整理和撰写实验报告,测量结束后应尽快整理实验数据、计算实验结果并绘出必要的图线数据的整理工作应尽量在实验课上完成，根据数据整理过程中出现的问题作必要的补充测量实验报告内容： (1)实验名称 (2)实验目的 (3)实验仪器 (4)实验原理 (5)实验步骤 (6)实验记录原始数据 (7)实验数据处理 (8)实验结果的分析及讨论,,实验成绩的评定： 每个实验5分，总分50分。

其中：预习报告 1 分 实验操作 2 分 数据处理 2 分,,0-3、大学物理实验课程要求,7,(8)实验讨论的内容 实验原理、方法、仪器印象如何? 实验目的完成如何? 实验系统误差表现在那些地方?如何改进? 怎样更好地安排实验步骤? 实验过程中有何反常现象?是否遇到困难? 测量结果是否满意? 若不满意，是何原因? 对实验的安排和教师的指导有何希望? ……,0-3、大学物理实验课程要求,0-3-3、实验数据整理和撰写实验报告,8,第一节 物理量的测量及分类,1-1、测量,,物理实验中的测量是指把被测物理量与选作计量标准单位的同类物理量进行比较的过程，找出被测量是计量单位的多少倍这个倍数值称为测量的读数，读数和单位同时记录下来就是数据在人们的日常生活中，在工农业生产和科学实验过程中，存在着各种各样的测量过程 例如：长度、高度、时间、质量、速度……,例：,,注意：没有单位数据，没有物理意义9,1-2-1、根据测量的手段和方法分类,1-2、测量的分类,直接测量 间接测量,物理量的测量多数是间接测量，随着科学技术的不断发展，可直接测量的物理量将会越来越多10,严格意义上说，在实验过程中保持实验条件完全不变的多次测量是极其困难的，但当某一条件发生变化时，对测量结果影响不大，甚至可忽略不计时，这种测量仍可视为等精度测量。

大学物理实验所做的测量都可近似看作等精度的直接测量或间接测量1-2-2、根据测量的条件是否相同分类,等精度测量 非等精度测量,11,(1) 、设法把测量值的偏差减至最小 (2) 、求出被测量的最近真值(最佳值) (3) 、对最近真值的可靠程度进行评价,测量的任务就变为(误差理论的主要内容)：,第二节 测量的误差,测量的目的是希望获得待测量的客观真值12,2-1、真值与误差,4、近真值(算术平均值、最佳值),5、偏差,2、测量值,13,在同一条件下(方法、仪器、环境、观测者)，多次测量同一个物理量时，其误差总是使测量结果向同一个方向偏离，其数值一定或按一定规律变化2-2、系统误差,2-2-1、 系统误差的分类,(略),14,(2)、仪器装置误差,实验所用仪器装置不完善而产生的误差,2-2-2、系统误差的来源,15,2-2-2、系统误差的来源,16,2-2-3、系统误差的发现方法,实验方法对比 仪器对比 测量方法对比 测量条件对比 人员对比,分析理论公式所要求条件是否满足 分析仪器所要求条件是否满足 分析环境因素是否与要求一致 数据分析—残差观察法(图解、列表),阿贝公式检验法 逐差检验法,17,2-2-4、系统误差的消除,原则一：消除根源--设法不产生 原则二：结果修正--找出修正值,18,在相同实验条件下，多次测量同一物理量，所得误差时大时小、时正时负，既不可预测又无法控制。

在消除系统误差以后依然如此2-3、随机误差,这种由偶然的或不确定因素造成的每一次测量值的无规则涨落叫偶然误差，也叫随机误差随机误差产生的原因很多，不可预测，具有一定的随机性但是，当对同一观测对象进行多次观测时，随机误差呈现统计规律性19,2-3-1、随机误差的统计规律,举例：测量某一圆柱形工件直径 N = 64 次，数据如下,20,增加测量次数 N ，同时减小间距 Δx 将得到一条对称性的光滑曲线，成为正态分布(高斯分布),21,2-3-2、随机误差的分布函数,当 时定义：,称为误差分布函数,22,2-3-3、随机误差的正态分布规律,23,①算术平均值(近真值、测量结果的最佳值),2-3-4、随机误差的正态分布特征量,在有限次测量中常用算术平均值来表示近真值,对某一物理量进行 n 次测量，测量值分别为,定义算术平均值,24,②标准差,标准差定义,25,描述测量数据离散程度,值越小，小误差出现的概率越大，各测量值的分散性小、重复性好值越大，小误差出现的概率越小，各测量值的分散性大、重复性差26,2-3-5、置信度、极限误差,测量值在给定误差范围内的几率为该测量数据在此误差区间内的置信度。

测量值误差超过 范围内的几率是极小的，故称 为极限误差在 之间测量数据很集中，约占总数据的68.3%2012-03-05,27,2-3-6、有限次数测量值的标准差,描述有限次测量值偏离平均值的程度又称样本标准差2-3-7、算术平均值的标准差,描述有限次测量值的平均值偏离真值的程度28,2-4、过失误差,29,2-5、正确度、精密度、准确度,2-5-1、测量结果的正确度,测量结果的正确度是指测量值或实验结果与真值符合的程度正确度反应测量实验过程中系统误差的大小正确度高，即测量结果接近真值的程度好，系统误差小射击的例子(高手/次枪),30,2-5-2、测量结果的精密度,测量结果的精密度是指重复实验中测量结果相互接近的程度精密度反映随机误差的大小精密度高，随机误差小，测量重复性好，各次测量的误差的分布密集射击的例子(新手/好枪),2-5、正确度、精密度、准确度,31,2-5-3、测量结果的准确度,测量结果的准确度是指综合评定测量结果的重复性和接近真值的程度精密度高时正确度不一定高，反之，正确度高时精密度也不一定高而准确度高说明精密度和正确度都高射击的例子(高手/好枪),2-5、正确度、精密度、准确度,32,通 知,1、大学物理实验课从第六周(3月19日)开始上课,地点博雅楼9层,课表在博雅楼909、913室旁,同学们可提前查看自己班级的上课时间。

物理实验中心 2012-03-05,2、大学物理实验课共设20个实验，分上下两学期完成，每个学生须购买二十份标准实验报告，每份报告0.50元，20份实验报告共须10.00元，各班班长请于下周星期1、2、3 下午一点半到博雅楼903室购买本班的实验报告册33,大学物理实验学生守则,1、学生必须按时上课，上课迟到扣分，无故不上课者，该实验无成绩病、事假需正当手续(医生诊断书或盖有院、系公章并经院、系主任签字的请假条)，口头带信无效迟到超过20分钟者取消该次实验成绩 2、实验前必须预习，进实验室后马上交预习报告，教师抽查学生预习情况，根据预习情况打分，没写预习报告的不许做实验 3、进入实验室后，未了解仪器性能前不准乱动仪器 4、离开实验室前必须整理好仪器，凳子放好，经教师验收后合格后，方可离开实验室 5、下次上实验课时交上一次的实验报告，实验报告要按班级学号排序，由课代表统一交给指导教师，实验室不接收单独交报告 物理实验室,。