大连理工大学大物实验绪论.ppt

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通知,各班学习委员以班级为单位，务必于第三周周一（9月15日）下午1:

30-4:

30到综合楼307买报告纸，每份4元，共20张，两学期共做17（9+8）个实验。

领报告箱的钥匙，钥匙押金100元，第二学期实验结束后，在选课系统信息栏会通知返还钥匙退押金的时间。

物理实验（绪论）,基础物理实验中心2014.9,前言,1.网上选课须知及相关规定2.开设物理实验课的目的3.课程内容设置4.实验课的教学环节及其要求5.考核方法,1.网上选课须知及相关规定,

（2）本学期共做9个实验，其中有6个必选实验，3个任选实验。

实验43请在网上下载讲义，网址http:

/。

（1）大学物理实验的选课系统会在第3周周二上午8:

00开通，开通前同学一定要修改密码，认真阅读信息发布栏中的大学物理实验教学管理规定和大学物理实验选课说明，平时要注意浏览信息栏发布的通知。

（从教务处网页进入）,必须先在教务处系统选课，然后才能在物理实验系统选课！

建议每人每周只选择一个实验。

先选实验20示波器的原理与使用，后选实验43磁滞回线,（3）重修、补修、密码错误和咨询选课事宜。

到综合教学楼307办理，办理时间：

第3周全天，第416周，每周一五下午1:

30-5:

00。

（4）事假（除极特殊原因）一般不会得到批准。

请事假需提前申请,请假时必须写清事由、学生姓名和学号，以及原来预约的时间，由院系辅导员签字并加盖院系公章，到307办理，经确认情况属实后方可在网上取消原来所预约的实验。

否则只能按“缺课”处理。

（5）请病假,除了要提交由院系辅导员签字并加盖院系公章的请假条外,还必须有医院的证明及诊断书（复印件），到307办理，经确认情况属实后即可在网上取消该生原来所预约的实验,（7）上课时要持本人学生证或身份证，代替或找他人做实验者，按校规处罚。

（8）爱护仪器设备,不准擅自拆卸仪器,仪器发生故障应立即报告,损坏仪器要照章赔偿.,（9）实验报告在做完实验一周内投入任课教师的报告箱内综合楼二楼。

每拖一周扣10分，扣到零为止。

教师将批改后的实验报告投入三楼各班的实验报告箱内，由各班学习委员统一取回。

上课迟到15分钟以内，按时间长短扣分,迟到15分钟以上，取消本次实验资格。

注意：

上课时不要把水瓶、书包等与实验无关的东西放在实验台上。

（6）无故不来上课者，实验成绩记为零分。

无论何种原因缺席两次以上（含两次）的同学，本学期课程不通过。

2.开设物理实验课的目的（物理实验的重要作用）,物理学是一门以实验为基础的学科，物理学概念的形成、物理规律的发现以及理论的建立，都以实验为基础，并受到实验的检验,由此可见，物理实验在物理学发展中的地位是非常重要的！

，可以说，没有物理实验，就没有物理学，没有物理实验的重大突破，就没有物理学的发展。

（1）学习实验知识和实验方法通过对实验现象的观察、分析和对物理量的测量，学习物理实验知识和设计思想，掌握基本的实验测量方法。

实验课的主要目的：

（2）培养实验能力借助教材或仪器说明书正确使用常用仪器；运用所学的物理学理论对实验现象进行初步的分析判断；正确记录和处理实验数据，绘制实验曲线，说明实验结果，撰写合格的实验报告；能够根据实验目的和仪器设计出合理的实验。

（3）提高实验素养培养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；主动研究和创新的探索精神；遵守纪律、团结协作和爱护公共财产的优良品德。

3.物理实验课的内容设置,实验1拉伸法测扬氏摸量实验2水的表面张力系数测定实验3直流平衡电桥测电阻实验5霍尔效应；实验6利用霍尔效应测磁场实验7光的等厚干涉实验8液体旋光率的测定实验9热电偶测温技术/实验10温度传感技术实验12密立根油滴实验实验19全息照相实验20示波器的原理与使用实验43磁滞回线实验38巨磁电阻,本学期实验题目如下：

（每个项目2小时）,共14个项目。

注意：

红字为必选实验,物理实验课的基本过程,4.实验课的教学环节及其要求,大学物理实验报告姓名学号院系班级做实验时间第周，周，第节任课教师评语说明：

报告必须写清实验目的、要求、主要仪器设备、原理、内容、操作步骤和方法、数据表（重新整理原始数据）、数据处理、结果分析、讨论、质疑与建议等。

成绩,任课教师签字,预习报告的要求:

（1）实验目的如：

实验分光计的调节和使用实验目的1了解分光计的构造与工作原理；2掌握分光计的调节思想和使用方法；3学会用最小偏向角法测量玻璃折射率的原理和方法4学会间接测量不确定度的分析和计算方法。

（2）实验原理必须要用简明扼要的语言文字叙述。

所用的公式及其来源，简要的推导过程。

画出原理图或实验装置示意图。

如图不止一张，应依次编号，安插在相应的文字附近。

（3）实验仪器仪器的名称、种类、型号和数量。

对于复杂仪器，要介绍其组成部分及工作原理（4）实验内容概括性地写出实验的主要内容或步骤，特别是关键性的步骤和注意事项。

（5）画出数据记录表格,注意：

不写实验预习报告不允许做实验。

评分标准中严格规定：

抄书者扣分,为提高预习效果，提倡到实验室来预习实验,课堂操作步骤：

（1）对照仪器，仔细阅读有关仪器的使用说明书和操作注意事项，记录已知条件。

（2）认真听取教师对本实验的要求、重点、难点和注意事项的讲解，进一步明确本实验的具体要求和操作要领。

（3）仪器调整（4）观察测量、记录测量数据（5）整理好实验台,测量数据经老师检查签字后方可离开实验室,实验操作是物理实验的核心环节，要做到多观察、多动手、多分析、多判断。

这样才能真正有所收获。

课后总结的要求在预习报告的基础上完成实验报告：

（1）实验目的

（2）实验原理（3）实验仪器（4）实验内容（5）数据处理（6）实验结果的分析与讨论（7）实验总结,（5）数据处理1.将原始数据用表格的形式写入实验报告2对于需要通过数值计算而得出实验结果的，要将原始数据如实代入计算公式，不能在公式后直接写出结果；3对结果进行不确定度分析并计算出不确定度大小（个别不确定度估算较为困难的实验除外）；4写出实验结果的表达式（测量值、不确定度、单位,置信度为0.95时可不必说明），实验结果的有效数字必须正确；5若所测量的物理量有标准值或标称值，则应与实验结果比较，求相对误差。

6需要作图时，要用座标纸作图，图要贴在报告中。

（6）实验结果的分析与讨论一篇好的实验报告，除了有详细的测量记录和正确的数据处理外，还应该对结果作出合理的分析讨论，从中找到被研究事物的运动规律，并且判断自己的实验或研究工作是否可信。

现象分析误差来源分析问题讨论,（7）实验总结体会和收获,平时成绩:

每个实验项目的成绩以百分计,5.实验成绩的考核方法,期末成绩为所做9个实验的平均成绩,采用“学生实验平时成绩”70%，和笔试30%的考核方式:

笔试内容:

数据处理和所做的实验项目;笔试初步定在17周周六或周日，17周周四下午实验室开放，期末会在选课系统信息栏上通知具体时间。

第一章,测量与误差,1.测量的定义:

测量就是将待测物理量与选作计量标准的同类物理量进行比较，并得出其倍数的过程。

倍数值称为待测物理量的数值，选作的计量标准称为单位。

一、测量及其分类,

（1）直接测量:

用量具或仪表直接与被测量进行比较,并读出数值的测量,2.测量的分类:

（2）间接测量:

有些物理量无法进行直接测量，而需要通过待测物理量与若干个直接测量量的函数关系求出，这样的测量就称为间接测量。

大多数的物理量都是间接测量量。

从测量条件上，可分为,等精度测量：

在对某一物理量进行多次重复测量过程中，每次测量条件都相同的一系列测量称为等精度测量。

不等精度测量：

在对某一物理量进行多次重复测量时，测量条件完全不同或部分不同，各测量结果的可靠程度自然也不同的一系列测量称为不等精度测量。

注：

一般来讲，在实验中，保持测量条件完全相同的多次测量是极其困难的。

但当某一条件的变化对测量结果影响不大时，仍可视这种测量为等精度测量。

注：

真值是个理想概念，只有通过十分完善的测量才能获得，它一般无从得知，因此无法计算出测量误差，只有少数情况下用准确度高的实际或理论值作为约定真值时才能计算误差。

一、测量误差及其分类,1.测量误差:

测量误差测量值真值.,则测量误差为:

=y-y0,上式所定义的测量误差反映了测量值偏离真值的大小和方向，因此又称为绝对误差。

若某物理量的测量值为y,真值为y0,仅仅根据绝对误差的大小还难以评价一个测量结果的精度高低，例如：

为了评价一个测量结果的可靠程度，还需要引入相对误差的概念：

相对误差=,以仪器的示值代替最佳值，此时的相对误差称为示值相对误差。

2.误差的分类:

（2）产生原因：

仪器中零部件配合的不稳定或摩擦、实验条件和环境因素无规则的起伏变化等，引起测量值围绕真值发生涨落的变化。

（一）随机误差,

（1）定义：

随机误差是重复测量中以不可预知方式变化的测量误差分量（误差的大小和符号随机变化，不可修正。

）,有界性：

非常大的正、负的误差出现的概率接近零；抵偿性（对称性）：

绝对值相等、符号相反的误差值出现的机会相等。

即随机误差的算术平均值随着测量次数的增加而减小，最后趋于零；单峰性：

即绝对值大的误差出现的概率小，绝对值小的误差出现的概率大。

（3）特点,随机误差的大小和符号虽然未知，在相同条件下对同一稳定被测量的多次重复测量中，它们的分布常常满足一定的统计规律性服从正态分布,它的分布具有如下特点：

（4）随机误差的处理,取多次测量算术平均值来减小随机误差,算术平均值通常被作为被测量的最佳值.,在实际测量中，一般应使n6,设对同一量重复测了n次，测得值为:

，,用实验标准（偏）差来表示由随机误差引起的测量值的离散性,根据误差理论，实验标准偏差s由贝塞尔公式出：

标准差小：

随机误差分布范围窄，测得值很密集，离散性越小，测量的精密度高；标准差大：

随机误差分布范围宽，测量值越分散，测量的精密度越低。

平均值的标准差：

在实际测量中，测量结果常用平均值来表示，因此需要知道平均值的离散程度平均值的离散程度用平均值的标准差表示:

（误差的大小和符号均保持不变；或按某种确定的规律变化）具有“重现性”和“单向性”,

（二）系统误差,系统误差是指在重复测量中保持恒定或以可预知方式式变化的测量误差分量,

（1）系统误差的定义,例如：

电流表未调零，无电流时示值已是0.3mA，测量将产生0.3mA系统误差。

（d）实验人员的生理或心理特点所造成的误差。

如停表记时时，总是超前或滞后；对仪表读数时总是偏一方斜视等。

（b）理论或方法误差它是由测量所依据的理论公式近似性或实验条件达不到理论公式所规定的要求引起的。

如用三线摆测转动惯量时，所用公式的近似性；伏安法测电阻时，不考虑电表内阻的影响等。

（c）环境误差。

它是由外部环境，如温度、湿度、光照等与仪器要求的环境条件不一致而引起的误差。

（3）系统误差的分类,已定系统误差:

在一定的条件下，采用一定的方法，对误差取值的变化规律及其大小和符号都能确切掌握的系统误差分量。

实验中应尽量消除已定系统误差，或对测量结果进行修正。

（i）定值系统误差:

（ii）变值系统误差:

未定系统误差：

指不能确切掌握误差取值的变化规律及其大小和符号，仅知最大误差范围（或极值误差）的系统误差。

未定系差分量是B类不确定度的主要来源,电表一般分为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5和5.0七个级别，数值越大精度越低。

Am使用档的量程,a为电表的精度等级。

仪=Ama%,例如，由电流表本身结构缺陷引入的系统误差。

可以根据表的等级估计出该误差的极限：

消除-消除产生系统误差的根源修正-用修正值,修正公式对测量结果进行修正,（4）系统误差的的处理方式,例如：

伏安法测电阻,例如：

千分尺测直径,选择适当的测量方法，减小和消除系统误差。

例如：

用单臂电桥测电阻；天平称质量,此外，还有一类误差称为粗大误差。

粗大误差的处理方法:

按一定的准则将其剔除。

粗大误差明显地歪曲了测量结果。

来源:

它是由于实验者使用仪器的方法不正确，粗心大意读错、记错、标错测量数据,或实验条件的突变，以及外部的强突发性干扰等原因造成的。

含有粗大误差的测量值明显偏离正常值称为坏值或异常值。

精密度：

指重复测量所得测量结果相互接近的程度。

反应结果中随机误差的大小。

精密度、正确度和准确度（精确度）：

正确度：

测量结果与真值的接近程度。

反应结果中系统误差的大小。

精确度：

表示系统误差和随机误差综合影响程度。

用来综合评定测量结果的重复性以及和真值接近的程度。

用来评价测量结果误差大小的常用术语,精密度低（随机误差大）正确度低（系统误差大）,精密度高（随机误差小）正确度低（系统误差大）,精密度高（随机误差小）正确度高（系统误差小）,不严格区分通称测量精度,有效数字及其运算规则,第二章,1.有效数字的定义：

任何测量都存在误差，即所有测量数据都含有误差，因此测量值的位数就不应该无限制地写下去，应从有误差的哪一位开始，取一到两位数即可，以后的数按取舍规则进行取舍。

在测量结果中把可靠的几位数字加上一两位有误差的数字（可疑数字）称为有效数字。

例如：

在使用量具或仪表（或其它读数装置）直接测量一物理量时，读数由两部分组成：

一部分是按仪器的刻度读出来的，它可以读到刻度的最小分度，显然这部分数有刻度为依据，是可靠数字；另一部分是在最小分度值的后一位估读的，因是估读，可能因人而异，是不准确的，是可疑数字。

这两部分数字放在一起称为有效数字.,如用毫米刻度尺测某物体长度，如图：

15.2mm,15.0mm,三位有效数字,有效数字的位数代表着测量精度,位数越多,说明测量仪器精度越高.,例如：

用一电压表测电压，指针正好指在分度线上如图所示,注意指针指在整刻度线上时读数的有效位数。

这个电压表的最小分度是十分之一伏，应估读到百分之一伏:

2.00V,有效数字的位数代表着测量精度,位数越多,说明测量仪器精度越高.,2.直接测量的有效数字记录,

（1）原始数据有效位数的确定,游标类器具（游标卡尺、分光计度盘、大气压计等）读至游标最小分度的整数倍，即不需估读。

数显仪表及有十进步进式标度盘的仪表（电阻箱、电桥、电位差计、数字电压表等）一般应直接读取仪表的示值。

指针式仪表及其它器具，读数时估读到仪器最小分度的1/41/10，或使估读间隔不大于仪器基本误差限的1/51/3。

有效数字的科学表示法在书写很大或很小的数字，而数字的有效位数又不多时，采用有效数字的科学表示法，通常在小数点前保留一位整数，写成10N（N可正可负）的标准形式例如，0.000000021m应写成2.110-8m再如，把10V转换成以mV为单位时，只能写成10103mV或1.0104mV，而不能写成10000mV.（有效数字位数不能变）,

（2）关于有效数字的几点说明:

在十进制单位换算中,其测量数据的有效位数不变,可见，第一位不为0的数字前面的0不是有效数字.它只是选用某一单位时用来定位的。

末位的0是有效数字.,有效数字的位数与小数点的位置无关.如3.25,32.5,0.325都是三位有效数字.计算中的常数，如、e、1/3等，其有效位数可根据需要任意选取。

计算中，一般应比参加运算的各数中有效数字位数最多的还要多取一位.有效位数取决于被测物本身的大小和所使用的仪器精度对同一个被测物来说，高精度的仪器，测量的有效位数多;低精度的仪器,测量的有效位数少例如：

长度约为2.5cm的物体,若用分度值为1mm的米尺测量，其数据为2.50cm；若用螺旋测微器测量（最小分度值为0.01mm），其测量值为2.5000cm测量结果的有效位数表明了测量精度,3.有效数字的运算规则在数据处理时,需要对直接测量量进行一定函数运算。

为使不同的人，处理同一组数据，得到相同的结果，有效数字的运算就要遵循一个统一的规则：

可靠数字与可靠数字进行四则运算，结果仍为可靠数字;可靠数字与可疑数字或可疑数字之间进行四则运算,其结果为可疑数字对于较为粗略的测量,有效数字中的可疑数只保留一位，直接测量如此，间接测量的计算结果也是这样,

（1）加减法运算：

几个数相加减时，最后结果的可疑数字与参加运各数的可疑数字的最高位对齐。

如:

已知A=103.3,B=13.561,C=1.652，求Y1=A+B，Y2=A-C解：

Y1A+B=103.3+13.561=116.861=116.9Y2=A-C=103.3-1.652=101.648=101.6,

（2）乘除运算：

几个数相乘除，计算结果的有效数字位数与参与运算的诸因子中有效数字最少的一个相同。

例:

1.11111.11,结果为:

1.23,为三位有效数字,4.17810.141784178421978=42.2,（3）乘方、开方运算结果的有效数字位数,与底数的有效数字位数相同.例:

4.2562=18.11（4）对数运算结果的有效数字与真数有效数字位数相同.例:

log21.368=1.3298,（5）指数函数:

运算后的有效数字的位数与指数的小数点后的位数相同（包括紧接小数点后的零）。

例：

106.25=1.8106100.0035=1.008,（6）三角函数:

取位随角度有效数字而定。

例：

Sin3000=0.5000,sin19.580=0.3351Cos2016=0.9381,4.有效数字的修约规则,采取“四舍六入五凑偶”的规则对有效数字进行取舍,即:

拟舍弃数字的最左一位数字小于5时，则舍去.拟舍弃数字的最左一位数字大于5，或者是5而其后跟有非0的数字时，则进1；拟舍弃数字的最左一位数字为5，而后面无数字或皆为0时，若所保留的末位数字为奇数，则进一，为偶数或0则舍弃，即“单进双不进”；,答案:

3.141593.1422.717292.7174.510504.5103.215503.2166.3785016.379,例:

将下列各数保留四位有效数字.,

（1）3.14159

（2）2.71729（3）4.51050（4）3.21550（5）6.378501,不允许连续修约。

在确定拟舍弃位数后，应当一次修约获得结果，不得逐次修约。

例如：

15.4546mm进行修约,保留两位有效数字。

正确做法：

15.4546mm一次修约为15mm。

错误做法15.4546mm15.455mm15.46mm15.5mm16mm,说明:

负数的修约，取绝对值，按上述规则修约，然后再加上负号；,根据有效数字的运算规则，为使计算简化，在不影响最后结果应保留的位数的前提下,可以在运算前按比结果多留一位的原则对数据进行修约,最后计算结果按有效数字修约规则进行修约,例如:

1.23+3.5+32.367+256.5623=,1.23+3.5+32.37+256.56=,小结,测量,测量误差,直接测量间接测量,等精度测量不等精度测量,或,随机误差（定义、来源、特点、处理方法：

求算术平均值和标准差）,一.测量与误差,系统误差（定义,来源,分类,处理方法）,小结,有效数字:

准确数+可疑数有效数字的修约规则：

四舍六入五凑偶有效数字的运算规则：

运算结果保留一位可疑数,加减法运算乘除运算乘方、开方运算（与底数相同）对数运算（与真数相同）常数的有效数字,二、有效数字及运算规则,原始数据有效位数的确定:

几类常用仪器的读数方法,1.研究误差的意义之一就是为了分析误差产生的原因，以消除或减小误差。

（）2.绝对误差的大小反映了测量的精度。

（）3.精确度反映了测量误差的大小。

（）4.在测量结果中，小数点后的位数越多越好。

（）5.只要是系统误差，就可以进行修正。

（）6.系统误差的大小，反映了测量的准确度。

（）,例：

判断对错,例：

为什么在使用微安表等各种表时，总希望指针在全量程的2/3范围内使用？

答：

当我们进行测量时，测量相对误差：

为减小误差，选择的量程应靠近真值，在测量时尽量使指针靠近满度范围的三分之二以上,所以当真值一定的情况下，所选用的仪表的量程越小，相对误差越小，测量越准确。

答：

1,2,3,4,5,6,例：

指出下列哪些为随机误差，哪些为系统误差,随机误差:

7、8、10，系统误差：

1、2、3、4、5、6、9,例：

将下列数字修约为4有效数字,例：

指出下列各数有几位有效数字,不确定度与测量结果的评定,第三章,3.1测量不确定度的概念,不确定度是对被测量的真值所处的量值散布范围的评定它表示由于测量误差的存在而对被测量值不能确定的程度不确定度反映了可能存在的误差分布范围，即随机误差分量和未定系统误差分量的联合分布范围,例如:

某个物理的测量结果为：

x=35.60.1（cm）,表示这个物理量的真值处在35.5-35.7cm范围内的概率是95%.可见，不确定度愈小，表示测量结果与真值愈靠近，测量结果越可靠。

反之，不确定度愈大，测量结果与真值的差别愈大，测量的质量愈低，它的可靠性愈差。

实验数据处理时，通常先作误差分析，谨慎地剔除高度异常值，修正已定系统误差，然后再评定不确定度,注意:

不确定度和误差是两个不同的概念:

误差是指测量值与真值之差,一般情况下,它是未知的、是可正可负的量不确定度是一定置信概率下的误差限值,总是不为零的正值，可具体评定.,3.2直接测量结果与不确定度的估算,

（1）不确定度的简化评定方法:

测量结果可以采用合成标准不确定度uc或采用扩展不确定度U表示,本教材采用扩展不确定度U的表示方法.,U是概率约等于0.95的扩展不确定度合成时要求各不确定度分量相互独立,具有相同的置信率。

UjB，j=1,2,，,合成扩展不确定度：

两类分量方和根.,不确定度从评定方法上分为两类：

B类分量:

是用其它方法（非统计方法）评定的分量.,A类分量:

是用统计方法计算的分量:

UA,若需要其它概率可以查阅相关资料或国家标准的数表,重复测量次数为n时，,A类不确定度表示系统误差为零时，真值在xUA区间内的概率约为95%,概率p=0.95的因子t由下式计算:

式中=n1，称为自由度,t因子的大小与测量次数和置信概率有关,

（2）A类分量UA的计算,（3）B类分量的近似评定,直接测量量的B类分量通常只考虑一项UB它的大小有时由实验室近似给出.在许多直接测量中，UB近似取计量器具的误差限值,，,扩展不确定度U用下式计算:

（4）单次测量的不确定度可简单取为: