物理實驗緒論課電子PPT課件

1、物理實驗在物理學(xué)發(fā)展中的作用主要表現(xiàn)在：物理實驗在物理學(xué)發(fā)展中的作用主要表現(xiàn)在：1 、發(fā)現(xiàn)新事物和探索新規(guī)律。、發(fā)現(xiàn)新事物和探索新規(guī)律。2 、驗證理論。、驗證理論。3 、測定常數(shù)。、測定常數(shù)。4 、技術(shù)的推廣應(yīng)用。、技術(shù)的推廣應(yīng)用。 諾貝爾獎是科學(xué)最高獎，從諾貝爾獎是科學(xué)最高獎，從 1901 1992 年，年，物理學(xué)獎有物理學(xué)獎有 140 位獲獎?wù)?，因?qū)嶒灦@獎的有位獲獎?wù)?，因?qū)嶒灦@獎的有 103 人，約占人，約占 74% 。 科學(xué)實驗是科學(xué)理論的源泉，是自然科學(xué)的根本，科學(xué)實驗是科學(xué)理論的源泉，是自然科學(xué)的根本，也是工程技術(shù)的基礎(chǔ)。也是工程技術(shù)的基礎(chǔ)。第1頁/共56頁大學(xué)物理實驗的目的：大

2、學(xué)物理實驗的目的：1 、對工科學(xué)生進(jìn)行科學(xué)實驗基本訓(xùn)練、對工科學(xué)生進(jìn)行科學(xué)實驗基本訓(xùn)練2 、系統(tǒng)地進(jìn)行實驗方法和實驗技能的訓(xùn)練、系統(tǒng)地進(jìn)行實驗方法和實驗技能的訓(xùn)練3 、介紹科學(xué)實驗的主要過程和基本方法，為今、介紹科學(xué)實驗的主要過程和基本方法，為今后的科學(xué)實驗活動奠定初步基礎(chǔ)。后的科學(xué)實驗活動奠定初步基礎(chǔ)。4 、進(jìn)行科學(xué)素質(zhì)訓(xùn)練、進(jìn)行科學(xué)素質(zhì)訓(xùn)練第2頁/共56頁二、大學(xué)物理實驗課的任務(wù)二、大學(xué)物理實驗課的任務(wù)1.通過對實驗現(xiàn)象的觀測、分析和對物理量的測量，通過對實驗現(xiàn)象的觀測、分析和對物理量的測量，學(xué)習(xí)物理實驗知識，加深對物理學(xué)原理的理解。學(xué)習(xí)物理實驗知識，加深對物理學(xué)原理的理解。2 、培養(yǎng)與提

3、高學(xué)生的科學(xué)實驗?zāi)芰ζ渲邪ǎ骸⑴囵B(yǎng)與提高學(xué)生的科學(xué)實驗?zāi)芰ζ渲邪ǎ?1)能夠自行閱讀實驗教材或資料，做好實驗前的準(zhǔn)能夠自行閱讀實驗教材或資料，做好實驗前的準(zhǔn)備；備；(2)能夠借助教材或儀器說明書正確使用常用儀器；能夠借助教材或儀器說明書正確使用常用儀器；(3)能夠運(yùn)用物理學(xué)理論對實驗現(xiàn)象進(jìn)行初步的分析判能夠運(yùn)用物理學(xué)理論對實驗現(xiàn)象進(jìn)行初步的分析判斷；斷；(4)能夠正確記錄和處理實驗數(shù)據(jù)、繪制曲線、說明能夠正確記錄和處理實驗數(shù)據(jù)、繪制曲線、說明實驗結(jié)果、撰寫合格的實驗報告；實驗結(jié)果、撰寫合格的實驗報告；(5)能夠完成簡單的具有設(shè)計性內(nèi)容的實驗。能夠完成簡單的具有設(shè)計性內(nèi)容的實驗。第3頁/共5

4、6頁3 、培養(yǎng)與提高學(xué)生的科學(xué)實驗素養(yǎng)要求學(xué)生具有、培養(yǎng)與提高學(xué)生的科學(xué)實驗素養(yǎng)要求學(xué)生具有理論聯(lián)系實際和實事求是的科學(xué)作風(fēng)，嚴(yán)肅認(rèn)真的理論聯(lián)系實際和實事求是的科學(xué)作風(fēng)，嚴(yán)肅認(rèn)真的工作態(tài)度，主動研究的探索精神，遵守紀(jì)律、團(tuán)結(jié)工作態(tài)度，主動研究的探索精神，遵守紀(jì)律、團(tuán)結(jié)協(xié)作和愛護(hù)公共材產(chǎn)的優(yōu)良品質(zhì)。協(xié)作和愛護(hù)公共材產(chǎn)的優(yōu)良品質(zhì)。第4頁/共56頁三、三、 物理實驗的學(xué)習(xí)方法物理實驗的學(xué)習(xí)方法1 、注意三個環(huán)節(jié)、注意三個環(huán)節(jié)(1) 預(yù)習(xí)預(yù)習(xí)預(yù)習(xí)是做實驗的準(zhǔn)備工作首先要明確本次實驗要達(dá)預(yù)習(xí)是做實驗的準(zhǔn)備工作首先要明確本次實驗要達(dá)到的目的，以此為出發(fā)點(diǎn)，弄明白實驗所依據(jù)的理到的目的，以此為出發(fā)點(diǎn)，弄明白

5、實驗所依據(jù)的理論、所采用的實驗方法；搞清控制物理過程的關(guān)鍵論、所采用的實驗方法；搞清控制物理過程的關(guān)鍵及必要的實驗條件；知道實驗要進(jìn)行的內(nèi)容和實施及必要的實驗條件；知道實驗要進(jìn)行的內(nèi)容和實施的步驟，儀器如何選擇、安排和調(diào)整；預(yù)料實驗中的步驟，儀器如何選擇、安排和調(diào)整；預(yù)料實驗中可能出現(xiàn)的問題等。在此基礎(chǔ)上寫出實驗預(yù)習(xí)報告。可能出現(xiàn)的問題等。在此基礎(chǔ)上寫出實驗預(yù)習(xí)報告。第5頁/共56頁在實驗中要努力弄懂為何要這樣安排實驗、如此在實驗中要努力弄懂為何要這樣安排實驗、如此規(guī)定實驗步驟的道理；要掌握正確的調(diào)整操作方規(guī)定實驗步驟的道理；要掌握正確的調(diào)整操作方法；要注意觀測實驗現(xiàn)象：什么現(xiàn)象說明調(diào)節(jié)已法；

6、要注意觀測實驗現(xiàn)象：什么現(xiàn)象說明調(diào)節(jié)已到達(dá)規(guī)定的要求？觀測到的現(xiàn)象是否與預(yù)期的一到達(dá)規(guī)定的要求？觀測到的現(xiàn)象是否與預(yù)期的一致？這些現(xiàn)象說明什么問題？出現(xiàn)故障如何根據(jù)致？這些現(xiàn)象說明什么問題？出現(xiàn)故障如何根據(jù)現(xiàn)象來分析產(chǎn)生的原因等；應(yīng)正確記錄數(shù)據(jù)：正現(xiàn)象來分析產(chǎn)生的原因等；應(yīng)正確記錄數(shù)據(jù)：正確地設(shè)計出數(shù)據(jù)記錄表格，正確地判斷數(shù)據(jù)的科確地設(shè)計出數(shù)據(jù)記錄表格，正確地判斷數(shù)據(jù)的科學(xué)性，如實地、清楚地記錄下全部原始實驗數(shù)據(jù)學(xué)性，如實地、清楚地記錄下全部原始實驗數(shù)據(jù)和必要的環(huán)境條件、儀器型號與規(guī)格以及正確的和必要的環(huán)境條件、儀器型號與規(guī)格以及正確的有效數(shù)字等。有效數(shù)字等。(2) 實驗實驗第6頁/共56頁

7、(3) 實驗報告實驗報告要求：認(rèn)真學(xué)習(xí)實驗數(shù)據(jù)的處理方法；有根據(jù)地、要求：認(rèn)真學(xué)習(xí)實驗數(shù)據(jù)的處理方法；有根據(jù)地、具體地去進(jìn)行誤差分析；正確地表示出測量結(jié)果，具體地去進(jìn)行誤差分析；正確地表示出測量結(jié)果，并對結(jié)果作出合乎實際的說明和討論；記錄并分并對結(jié)果作出合乎實際的說明和討論；記錄并分析實驗中發(fā)生的現(xiàn)象；認(rèn)真回答思考問題等。析實驗中發(fā)生的現(xiàn)象；認(rèn)真回答思考問題等。2 、嚴(yán)格基本訓(xùn)練，培養(yǎng)動手能力、嚴(yán)格基本訓(xùn)練，培養(yǎng)動手能力基礎(chǔ)實驗訓(xùn)練是能力培養(yǎng)的基礎(chǔ)基礎(chǔ)實驗訓(xùn)練是能力培養(yǎng)的基礎(chǔ)實驗不能僅滿足于測幾個數(shù)據(jù)要充分利用實踐機(jī)會實驗不能僅滿足于測幾個數(shù)據(jù)要充分利用實踐機(jī)會來培養(yǎng)自己的動手能力。來培養(yǎng)自己

8、的動手能力。結(jié)合該實驗的目的和要求進(jìn)行必要的歸納總結(jié)，提結(jié)合該實驗的目的和要求進(jìn)行必要的歸納總結(jié)，提高自己駕馭知識的能力。高自己駕馭知識的能力。第7頁/共56頁四、實驗報告的內(nèi)容四、實驗報告的內(nèi)容實驗報告分為兩個部分：預(yù)習(xí)報告和課后報告。實驗報告分為兩個部分：預(yù)習(xí)報告和課后報告。 1. 預(yù)習(xí)報告內(nèi)容：預(yù)習(xí)報告內(nèi)容：(1) 實驗名稱；實驗名稱；(2) 實驗?zāi)康?；實驗?zāi)康模?3)實驗原理，包括：簡要的實驗理論依據(jù)，實驗方法，實驗原理，包括：簡要的實驗理論依據(jù)，實驗方法，主要計算公式及公式中各量的意義，電路圖、光路圖主要計算公式及公式中各量的意義，電路圖、光路圖和實驗裝置示意圖以及注意事項，有些實驗

9、還要求寫和實驗裝置示意圖以及注意事項，有些實驗還要求寫出自擬的實驗方案、設(shè)計的實驗線路、選擇的儀器；出自擬的實驗方案、設(shè)計的實驗線路、選擇的儀器；第8頁/共56頁(4) 實驗步驟，扼要地說明實驗的關(guān)鍵步驟和主要實驗步驟，扼要地說明實驗的關(guān)鍵步驟和主要注意事項；同時還應(yīng)附有注意事項；同時還應(yīng)附有“ 原始數(shù)據(jù)記錄紙原始數(shù)據(jù)記錄紙”，它是用來在實驗時記錄原始數(shù)據(jù)，實驗前應(yīng)根據(jù)它是用來在實驗時記錄原始數(shù)據(jù)，實驗前應(yīng)根據(jù)實驗要求設(shè)計好原始數(shù)據(jù)記錄表格。實驗要求設(shè)計好原始數(shù)據(jù)記錄表格。做完實驗在離開實驗室之前，上課老師在原始數(shù)做完實驗在離開實驗室之前，上課老師在原始數(shù)據(jù) 記 錄 紙 上 簽 字 ， 方 可

10、 離 開 實 驗 室 。據(jù) 記 錄 紙 上 簽 字 ， 方 可 離 開 實 驗 室 。(5) 數(shù)據(jù)表格；數(shù)據(jù)表格；( 6) 預(yù)習(xí)思考題。預(yù)習(xí)思考題。 2 、課后報告內(nèi)容：、課后報告內(nèi)容：(1) 測量數(shù)據(jù)記錄；測量數(shù)據(jù)記錄；(2) 數(shù)據(jù)處理，包括計算公式、簡單計算過程、作圖、數(shù)據(jù)處理，包括計算公式、簡單計算過程、作圖、不 確 定 度 計 算 及 最 后 測 量 結(jié) 果 的 表 示 ；不 確 定 度 計 算 及 最 后 測 量 結(jié) 果 的 表 示 ；( 3) 實驗后思考題的回答。實驗后思考題的回答。課后報告與預(yù)習(xí)報告構(gòu)成一份完整的實驗報告。第9頁/共56頁1 、緒論和誤差與數(shù)據(jù)處理理論課。、緒論和

11、誤差與數(shù)據(jù)處理理論課。2 、實驗課、實驗課 (在在6號樓號樓2樓物理實驗室樓物理實驗室) 進(jìn)行。進(jìn)行。3 、實驗和時間的確定、實驗和時間的確定-網(wǎng)上選課網(wǎng)上選課網(wǎng)上選課課前預(yù)習(xí)（查閱相關(guān)資料，寫出預(yù)習(xí)報告網(wǎng)上選課課前預(yù)習(xí)（查閱相關(guān)資料，寫出預(yù)習(xí)報告或設(shè)計性實驗的設(shè)計方案并做好數(shù)據(jù)記錄表格或設(shè)計性實驗的設(shè)計方案并做好數(shù)據(jù)記錄表格)網(wǎng)上選課程序：登陸網(wǎng)上選課程序：登陸西南交通大學(xué)網(wǎng)頁西南交通大學(xué)網(wǎng)頁 本科生本科生(教務(wù)網(wǎng)頁教務(wù)網(wǎng)頁) 物理實驗選課物理實驗選課，進(jìn)入選課網(wǎng)頁。，進(jìn)入選課網(wǎng)頁。網(wǎng)上選課確定后，要按網(wǎng)上選課確定后，要按選定的實驗內(nèi)容選定的實驗內(nèi)容和和時間時間到到實驗室進(jìn)行實驗，實驗室進(jìn)行

12、實驗，不得隨意更改時間不得隨意更改時間。第10頁/共56頁實驗報告包括：預(yù)習(xí)報告和課后報告。預(yù)習(xí)報告實驗報告包括：預(yù)習(xí)報告和課后報告。預(yù)習(xí)報告在實驗前完成，課后報告在實驗完后進(jìn)行。在實驗前完成，課后報告在實驗完后進(jìn)行。4、完成實驗報告、完成實驗報告5、上交實驗報告、上交實驗報告實驗完一周內(nèi)，實驗完一周內(nèi)，按老師簽字的名字按老師簽字的名字，將報告交到老，將報告交到老師的報告箱內(nèi)（師的報告箱內(nèi)（6號樓號樓2樓大廳）。樓大廳）。做完實驗一周內(nèi)，復(fù)習(xí)該實驗，完成做完實驗一周內(nèi)，復(fù)習(xí)該實驗，完成“ 實驗報實驗報告告”。第11頁/共56頁五、有關(guān)事項五、有關(guān)事項1.實驗報告要求用實驗報告要求用統(tǒng)一的物理實

13、驗報告紙寫報告，用統(tǒng)一的物理實驗報告紙寫報告，用統(tǒng)一的原始數(shù)據(jù)記錄紙記錄原始數(shù)據(jù)。（物理實驗統(tǒng)一的原始數(shù)據(jù)記錄紙記錄原始數(shù)據(jù)。（物理實驗報告紙和原始數(shù)據(jù)記錄紙在教材科購買）報告紙和原始數(shù)據(jù)記錄紙在教材科購買）2. 設(shè)計性實驗要求設(shè)計性實驗要求. 預(yù)習(xí)實驗教材中指定的相關(guān)內(nèi)容，查閱相關(guān)資料。預(yù)習(xí)實驗教材中指定的相關(guān)內(nèi)容，查閱相關(guān)資料。. 實驗前擬定較完整的實驗設(shè)計方案，包括：實驗前擬定較完整的實驗設(shè)計方案，包括： a. 設(shè)計實驗的原理、公式設(shè)計實驗的原理、公式 b. 實驗所需儀器的名稱，并簡述其在實驗中的作用實驗所需儀器的名稱，并簡述其在實驗中的作用 c. 擬定主要實驗步驟擬定主要實驗步驟第12

14、頁/共56頁、報告發(fā)放說明、報告發(fā)放說明 實驗報告經(jīng)教師批閱后發(fā)還到學(xué)生所在班的報告實驗報告經(jīng)教師批閱后發(fā)還到學(xué)生所在班的報告箱，由班長統(tǒng)一取回后發(fā)給大家。箱，由班長統(tǒng)一取回后發(fā)給大家。、實驗室規(guī)則、實驗室規(guī)則（1） 實驗前檢查儀器設(shè)備，發(fā)現(xiàn)問題立即向教師報實驗前檢查儀器設(shè)備，發(fā)現(xiàn)問題立即向教師報告，實驗中盡量獨(dú)立完成。告，實驗中盡量獨(dú)立完成。（2） 實驗完畢，整理儀器，凳子放回原位。實驗完畢，整理儀器，凳子放回原位。（3） 在機(jī)房進(jìn)行計算機(jī)仿真實驗時，嚴(yán)禁進(jìn)行與實在機(jī)房進(jìn)行計算機(jī)仿真實驗時，嚴(yán)禁進(jìn)行與實驗無關(guān)的任何操作。一但發(fā)現(xiàn)，嚴(yán)肅處理。驗無關(guān)的任何操作。一但發(fā)現(xiàn)，嚴(yán)肅處理。（4） 嚴(yán)格按

15、照操作要求進(jìn)行實驗，注意人身安全。嚴(yán)格按照操作要求進(jìn)行實驗，注意人身安全。第13頁/共56頁5、規(guī)定、規(guī)定1）實驗前必須完成本實驗的）實驗前必須完成本實驗的“ 預(yù)習(xí)報告預(yù)習(xí)報告”及原始及原始數(shù)據(jù)記錄表格。設(shè)計性實驗，完成設(shè)計方案，及相數(shù)據(jù)記錄表格。設(shè)計性實驗，完成設(shè)計方案，及相關(guān)數(shù)據(jù)的記錄表格。關(guān)數(shù)據(jù)的記錄表格。）選定做實驗課的時間后，按時到實驗室做實驗。）選定做實驗課的時間后，按時到實驗室做實驗。無故不到或遲到分鐘以上者，該實驗平時成績無故不到或遲到分鐘以上者，該實驗平時成績記為零分，不允許在網(wǎng)上重選。記為零分，不允許在網(wǎng)上重選。缺席者可到實驗室缺席者可到實驗室補(bǔ)做這個實驗，但不記平時成績。

16、若確有正當(dāng)理由補(bǔ)做這個實驗，但不記平時成績。若確有正當(dāng)理由不能按時做實驗者，可持相關(guān)證明到網(wǎng)上選課的管不能按時做實驗者，可持相關(guān)證明到網(wǎng)上選課的管理老師處進(jìn)行改選。理老師處進(jìn)行改選。3) 一周內(nèi)不交報告者，平時成績只有操作成績一周內(nèi)不交報告者，平時成績只有操作成績(操作成績滿分操作成績滿分50分分)。第14頁/共56頁一、測 量按方法分為直接測量和間接測量：測量：為確定被測對象的量值而進(jìn)行的一組操作。測量：為確定被測對象的量值而進(jìn)行的一組操作。把被測量與選作計量單位（標(biāo)準(zhǔn)）的同類量比把被測量與選作計量單位（標(biāo)準(zhǔn)）的同類量比較，得到含單位的數(shù)據(jù)過程。較，得到含單位的數(shù)據(jù)過程。直接測量：直接測量：

17、把被測量與標(biāo)準(zhǔn)量比較，直接讀取把被測量與標(biāo)準(zhǔn)量比較，直接讀取得到數(shù)據(jù)。得到數(shù)據(jù)。例如：例如： 用尺測長度，用秒表測時間。用尺測長度，用秒表測時間。第15頁/共56頁 間接測量：由直接測量通過函數(shù)關(guān)系得出被測量。334rv例如：測球的體積例如：測球的體積第16頁/共56頁二、物理量的基本單位和導(dǎo)出單位二、物理量的基本單位和導(dǎo)出單位 物理量是由數(shù)值和單位兩部分組成。不同的物理物理量是由數(shù)值和單位兩部分組成。不同的物理量有各自不同的單位。量有各自不同的單位。 基本單位基本單位 導(dǎo)出單位導(dǎo)出單位 國際單位制國際單位制 ：長度單位米長度單位米(m)，時間單位秒時間單位秒(s)，質(zhì)量單位千克質(zhì)量單位千克(

18、kg)，絕對溫度單位開爾文絕對溫度單位開爾文(K)，電流單位安培電流單位安培(A)，發(fā)光強(qiáng)度單位坎德拉發(fā)光強(qiáng)度單位坎德拉(cd)，物質(zhì)的量單位摩爾物質(zhì)的量單位摩爾(mol) 國際單位制為我國法定計量單位國際單位制為我國法定計量單位 第17頁/共56頁三、誤差 1、誤差的基本概念、誤差的基本概念例如：鋼絲長度測量例如：鋼絲長度測量 實驗中，由于實驗儀器、實驗方法、實驗環(huán)境及實驗中，由于實驗儀器、實驗方法、實驗環(huán)境及實驗人員的操作水平等原因，實驗的測量值與實實驗人員的操作水平等原因，實驗的測量值與實際值不完全一致，即存在誤差。際值不完全一致，即存在誤差。定義定義 誤差：誤差：誤差誤差=測量值測量值

19、-真值真值真值：被測量在其所處的條件下，實際具有的量值真值：被測量在其所處的條件下，實際具有的量值真值是一個理想的概念，僅有少數(shù)量的真值為人類真值是一個理想的概念，僅有少數(shù)量的真值為人類所知（所知（ SI 制的基本量：國際千克質(zhì)量），絕大多制的基本量：國際千克質(zhì)量），絕大多數(shù)的真值未知，所以誤差也是一個理想概念數(shù)的真值未知，所以誤差也是一個理想概念第18頁/共56頁以下幾種情況認(rèn)為是真值：以下幾種情況認(rèn)為是真值：(1)理論值；理論值；(2)公認(rèn)值；公認(rèn)值；(3)已修正過的測量值的算術(shù)平均值來代替真值已修正過的測量值的算術(shù)平均值來代替真值；(4)用可靠性更高的儀器的測量結(jié)果用可靠性更高的儀器的測

20、量結(jié)果；約定真值：近似真值。約定真值：近似真值。定義定義: 偏差偏差=測量值測量值-約定真值約定真值嚴(yán)格意義：“誤差”和“偏差”是兩個不同概念。第19頁/共56頁2、相對誤差、相對誤差定義：定義：%100%100約定真值偏差真值誤差E3、研究誤差的意義、研究誤差的意義 作為一個測量結(jié)果，不僅應(yīng)當(dāng)提供被測對象作為一個測量結(jié)果，不僅應(yīng)當(dāng)提供被測對象的量值大小和單位，還應(yīng)該對該量值本身的可靠的量值大小和單位，還應(yīng)該對該量值本身的可靠程度作出判斷不知道可靠程度的測量值是沒有多程度作出判斷不知道可靠程度的測量值是沒有多大意義的。大意義的。第20頁/共56頁按誤差特征和表現(xiàn)形式可分兩類4、誤差的分類、誤差

21、的分類（1） 系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差在同一被測量的多次測量過程中，保持恒定或在同一被測量的多次測量過程中，保持恒定或可以預(yù)知方式變化的那一部分誤差稱為系統(tǒng)誤可以預(yù)知方式變化的那一部分誤差稱為系統(tǒng)誤差，系統(tǒng)誤差服從確定性規(guī)律。差，系統(tǒng)誤差服從確定性規(guī)律。系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因：由于儀器未調(diào)試好，方法系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因：由于儀器未調(diào)試好，方法不夠完善，環(huán)境不合要求，測量者的感官特點(diǎn)等不夠完善，環(huán)境不合要求，測量者的感官特點(diǎn)等導(dǎo)致。導(dǎo)致。第21頁/共56頁 例如：如用例如：如用 短短10 mm的米尺進(jìn)行測量，測值總的米尺進(jìn)行測量，測值總要比真值大要比真值大 些些，用走得慢的表測時間，時間讀數(shù)總用走得慢的表測時

22、間，時間讀數(shù)總偏慢（即使用一準(zhǔn)確的表，由一動作反映遲鈍的人偏慢（即使用一準(zhǔn)確的表，由一動作反映遲鈍的人去測量，測值也會慢）。去測量，測值也會慢）。系統(tǒng)誤差的特點(diǎn)：測值相對真值發(fā)生定向偏離。系統(tǒng)誤差的特點(diǎn)：測值相對真值發(fā)生定向偏離。 系統(tǒng)誤差具單向性。系統(tǒng)誤差具單向性?？啥ㄏ到y(tǒng)誤差：大小和符號已知的系統(tǒng)誤差可定系統(tǒng)誤差：大小和符號已知的系統(tǒng)誤差未定系統(tǒng)誤差：未定系統(tǒng)誤差： 大小和符號未知的系統(tǒng)誤差大小和符號未知的系統(tǒng)誤差 前者一般可以在測量過程中采取措施予以消除或在前者一般可以在測量過程中采取措施予以消除或在測量結(jié)果中進(jìn)行修正；而后者一般難以作出修正，測量結(jié)果中進(jìn)行修正；而后者一般難以作出修正，

23、只能估計出它的取值范圍。只能估計出它的取值范圍。第22頁/共56頁隨機(jī)誤差產(chǎn)生的原因：由環(huán)境干擾，儀器精度有限，被測量波動，測量者靈敏度有限等造成的。（2）隨機(jī)誤差（偶然誤差）隨機(jī)誤差（偶然誤差）在實際測量條件下，多次測量同一量時，以不在實際測量條件下，多次測量同一量時，以不可預(yù)知的方式變化的那一部分誤差稱為隨機(jī)誤可預(yù)知的方式變化的那一部分誤差稱為隨機(jī)誤差。隨機(jī)誤差服從統(tǒng)計規(guī)律。差。隨機(jī)誤差服從統(tǒng)計規(guī)律。隨機(jī)誤差的特點(diǎn)：單個具有隨機(jī)性，而總體服隨機(jī)誤差的特點(diǎn)：單個具有隨機(jī)性，而總體服從統(tǒng)計規(guī)律測量值在真值附近隨機(jī)變化。從統(tǒng)計規(guī)律測量值在真值附近隨機(jī)變化。第23頁/共56頁例如：測人體身高，無確

24、定值，人體高度測量值： 1.62 ， 1.63 ， 1.61 ， 1.60 ， 1.64(m) ，在 1.62m附近變化或大或小。 還有一類誤差，由于外界干擾、操作讀數(shù)失誤等還有一類誤差，由于外界干擾、操作讀數(shù)失誤等原因而明顯超出規(guī)定條件下的預(yù)期值，以前稱為粗原因而明顯超出規(guī)定條件下的預(yù)期值，以前稱為粗大誤差。包含粗大誤差的測得值或粗大誤差稱為異大誤差。包含粗大誤差的測得值或粗大誤差稱為異常值。測量要避免出現(xiàn)高度顯著的異常值。已經(jīng)被常值。測量要避免出現(xiàn)高度顯著的異常值。已經(jīng)被確定為異常值的個別要剔除。確定為異常值的個別要剔除。第24頁/共56頁5、隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差的關(guān)系有區(qū)別、有聯(lián)系，共存于

25、實驗中，一定條件下可有區(qū)別、有聯(lián)系，共存于實驗中，一定條件下可互相轉(zhuǎn)換，有時不便嚴(yán)格區(qū)分?；ハ噢D(zhuǎn)換，有時不便嚴(yán)格區(qū)分。例如：例如：工廠制造米尺，有微小的長短差別，長短工廠制造米尺，有微小的長短差別，長短不可預(yù)知，屬隨機(jī)誤差。如果所造米尺的長度短不可預(yù)知，屬隨機(jī)誤差。如果所造米尺的長度短 0.1mm 時，用該尺進(jìn)行測量，其值與標(biāo)準(zhǔn)長度尺時，用該尺進(jìn)行測量，其值與標(biāo)準(zhǔn)長度尺相比就會有相比就會有 0.1mm 左右誤差，這時所產(chǎn)生的誤左右誤差，這時所產(chǎn)生的誤差就是系統(tǒng)誤差。隨著人類認(rèn)識水平的提高，一差就是系統(tǒng)誤差。隨著人類認(rèn)識水平的提高，一個無確定性規(guī)律可變成確定性規(guī)律個無確定性規(guī)律可變成確定性規(guī)律,

26、這樣隨機(jī)誤這樣隨機(jī)誤差就變成系統(tǒng)誤差。差就變成系統(tǒng)誤差。第25頁/共56頁6、名詞介紹、名詞介紹（1）精密度：表示隨機(jī)誤差大小，反映測值的）精密度：表示隨機(jī)誤差大小，反映測值的集中程度。集中程度。（2）正確度：表示系統(tǒng)誤差大小，反映測值與）正確度：表示系統(tǒng)誤差大小，反映測值與真值的集中程度。真值的集中程度。（3）準(zhǔn)確度：上面）準(zhǔn)確度：上面 1 、 2 項之綜合，如準(zhǔn)確度項之綜合，如準(zhǔn)確度高則反映測量值集中而且接近真值。高則反映測量值集中而且接近真值。 三個概念可用三個概念可用“打靶實驗打靶實驗”說明以彈著點(diǎn)表示測說明以彈著點(diǎn)表示測量值，靶心表示真值。量值，靶心表示真值。第26頁/共56頁(a)

27、彈著點(diǎn)集中但偏離靶心，表示精密度高但正確彈著點(diǎn)集中但偏離靶心，表示精密度高但正確度低。度低。第27頁/共56頁(b)彈著點(diǎn)分散但圍繞靶心，表示精密度低但正確彈著點(diǎn)分散但圍繞靶心，表示精密度低但正確度高。度高。第28頁/共56頁(c)彈著點(diǎn)集中且近靶心，表示準(zhǔn)確度高。彈著點(diǎn)集中且近靶心，表示準(zhǔn)確度高。第29頁/共56頁一、研究系統(tǒng)誤差的意義一、研究系統(tǒng)誤差的意義 系統(tǒng)誤差的大小直接影響測量的正確度因此在實系統(tǒng)誤差的大小直接影響測量的正確度因此在實驗中應(yīng)首先消除它的影響，設(shè)法予以校正。只有當(dāng)驗中應(yīng)首先消除它的影響，設(shè)法予以校正。只有當(dāng)系統(tǒng)誤差減小到可以忽略程度或者它的影響小于隨系統(tǒng)誤差減小到可以忽

28、略程度或者它的影響小于隨機(jī)誤差時，才能保證測量值的可靠性。發(fā)現(xiàn)和消除機(jī)誤差時，才能保證測量值的可靠性。發(fā)現(xiàn)和消除系統(tǒng)誤差是培養(yǎng)實驗?zāi)芰Φ囊粋€重要部分。系統(tǒng)誤差是培養(yǎng)實驗?zāi)芰Φ囊粋€重要部分。二、二、系統(tǒng)誤差的來源系統(tǒng)誤差的來源2. 2 系統(tǒng)誤差的發(fā)現(xiàn)和消除系統(tǒng)誤差的發(fā)現(xiàn)和消除 儀器誤差儀器誤差：由儀器的結(jié)構(gòu)和測量標(biāo)準(zhǔn)不完善引：由儀器的結(jié)構(gòu)和測量標(biāo)準(zhǔn)不完善引起，其表現(xiàn)形式分為起，其表現(xiàn)形式分為系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差主要來源有四個方面：主要來源有四個方面：第30頁/共56頁機(jī)構(gòu)誤差機(jī)構(gòu)誤差：如螺旋測微計的空程差，量塊的不：如螺旋測微計的空程差，量塊的不平行性，多數(shù)是制造工藝所引起的。平行性，多數(shù)是制造工藝

29、所引起的。調(diào)整誤差調(diào)整誤差：儀表量具等沒有調(diào)到說明書要求的：儀表量具等沒有調(diào)到說明書要求的程度。如不垂直，不水平，偏心與定向不準(zhǔn)等因素程度。如不垂直，不水平，偏心與定向不準(zhǔn)等因素引起的誤差。引起的誤差。量值誤差量值誤差：刻度不準(zhǔn)，示值與實際值不符，或：刻度不準(zhǔn)，示值與實際值不符，或刻度值所代表的實際值隨時間變化等引起的誤差?？潭戎邓淼膶嶋H值隨時間變化等引起的誤差。 這種誤差是由于測量依據(jù)的理論公式本身帶有近似這種誤差是由于測量依據(jù)的理論公式本身帶有近似性，或?qū)嶒灧椒ɑ驅(qū)嶒灄l件不滿足要求而引起的。性，或?qū)嶒灧椒ɑ驅(qū)嶒灄l件不滿足要求而引起的。方法誤差方法誤差(或稱理論誤差或稱理論誤差)如單擺的

30、周期公式如單擺的周期公式 ： glT2公式成立的條件是公式成立的條件是，擺球的體積擺球的體積V0。第31頁/共56頁用伏安法測量電阻時，采用不同的連接方法，表頭用伏安法測量電阻時，采用不同的連接方法，表頭內(nèi)阻的影響也將引起方法誤差。內(nèi)阻的影響也將引起方法誤差。當(dāng)條件得不到滿足時，將引起的誤差，這種誤差是當(dāng)條件得不到滿足時，將引起的誤差，這種誤差是方法誤差。方法誤差。環(huán)境誤差環(huán)境誤差由于各種環(huán)境因素如：溫度、氣壓、振動、照明、由于各種環(huán)境因素如：溫度、氣壓、振動、照明、電磁場等與要求的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)不一致，或這些物理電磁場等與要求的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)不一致，或這些物理量隨空間、時間變化，引起測量設(shè)備的量值變化、

31、量隨空間、時間變化，引起測量設(shè)備的量值變化、機(jī)構(gòu)失靈、相互位置改變等產(chǎn)生的誤差。機(jī)構(gòu)失靈、相互位置改變等產(chǎn)生的誤差。第32頁/共56頁人員誤差人員誤差由觀測人員心理或生理特點(diǎn)所造成的。如：感覺器由觀測人員心理或生理特點(diǎn)所造成的。如：感覺器官不完善，色盲、色弱帶來的誤差；記時間總是超官不完善，色盲、色弱帶來的誤差；記時間總是超前或延后；反映速度或固有習(xí)慣引起的誤差；瞄準(zhǔn)前或延后；反映速度或固有習(xí)慣引起的誤差；瞄準(zhǔn)目標(biāo)始終偏左或偏右；估計讀數(shù)始終偏大或偏小等。目標(biāo)始終偏左或偏右；估計讀數(shù)始終偏大或偏小等。第33頁/共56頁三、系統(tǒng)誤差的發(fā)現(xiàn)三、系統(tǒng)誤差的發(fā)現(xiàn) 發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)誤差是消除、修正系統(tǒng)誤差的前提

32、。發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)誤差是消除、修正系統(tǒng)誤差的前提。系系統(tǒng)誤差的特點(diǎn)是它有規(guī)律性統(tǒng)誤差的特點(diǎn)是它有規(guī)律性，即在一定的條件下多，即在一定的條件下多次測量，誤差有確定的大小和符號，因此次測量，誤差有確定的大小和符號，因此簡單地重簡單地重復(fù)測量不可能發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)誤差復(fù)測量不可能發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)誤差。要發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)誤差，就。要發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)誤差，就必須仔細(xì)研究測量理論和方法，檢驗或校準(zhǔn)每一套必須仔細(xì)研究測量理論和方法，檢驗或校準(zhǔn)每一套儀器，分析每一個實驗條件，考慮每一步調(diào)整和測儀器，分析每一個實驗條件，考慮每一步調(diào)整和測量，注意每一個因素對實驗的影響等。量，注意每一個因素對實驗的影響等。一些基本發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)誤差的方法：一些基本發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)誤

33、差的方法：對比方法對比方法用不同實驗方法測同一物理量，看結(jié)果是否一致。用不同實驗方法測同一物理量，看結(jié)果是否一致。第34頁/共56頁如如：用單擺測重力加速度，得：用單擺測重力加速度，得： 用復(fù)擺測重力加速度，得：用復(fù)擺測重力加速度，得： 用自由落體測重力加速度，得用自由落體測重力加速度，得 0.2三者結(jié)果不一致，說明它們中至少有兩個存在系統(tǒng)誤差。三者結(jié)果不一致，說明它們中至少有兩個存在系統(tǒng)誤差。第35頁/共56頁儀器的對比：儀器的對比： 用兩個電表接入同一電路，讀數(shù)不一致。說明至用兩個電表接入同一電路，讀數(shù)不一致。說明至少有一個不準(zhǔn)。少有一個不準(zhǔn)。改變測量方法：改變測量方法： 增加砝碼與減少砝

34、碼中讀數(shù)；電流反向讀數(shù)；度增加砝碼與減少砝碼中讀數(shù)；電流反向讀數(shù)；度盤轉(zhuǎn)讀數(shù)等。盤轉(zhuǎn)讀數(shù)等。改變實驗中某些參數(shù)的數(shù)值，如改變電路電流改變實驗中某些參數(shù)的數(shù)值，如改變電路電流大小，看結(jié)果有無有規(guī)律性變化。大小，看結(jié)果有無有規(guī)律性變化。改變實驗條件：改變實驗條件： 控制環(huán)境參數(shù)，溫度，濕度，風(fēng)向，穩(wěn)定等?？刂骗h(huán)境參數(shù)，溫度，濕度，風(fēng)向，穩(wěn)定等。兩人對比觀測：發(fā)現(xiàn)人員誤差。兩人對比觀測：發(fā)現(xiàn)人員誤差。第36頁/共56頁理論分析的方法理論分析的方法分析原理，公式分析原理，公式（，小球為質(zhì)點(diǎn)，實際小球為質(zhì)點(diǎn)，實際，小球有一定大小球有一定大?。┬。ゞLT2分析儀器所要求的條件是否滿足分析儀器所要求的條件是

35、否滿足：如如:.級電阻箱，要求在（）級電阻箱，要求在（） 環(huán)環(huán)境下使用；有的電表要求水平放置，有的要求境下使用；有的電表要求水平放置，有的要求垂直放置等；不合要求條件必有系統(tǒng)誤差。垂直放置等；不合要求條件必有系統(tǒng)誤差。數(shù)據(jù)分析法數(shù)據(jù)分析法當(dāng)隨機(jī)誤差很小時，將測量的偏差：當(dāng)隨機(jī)誤差很小時，將測量的偏差：按測量的先后次序排列，觀測按測量的先后次序排列，觀測的變化，如果的變化，如果呈規(guī)律性變化，如線性增加或減少，穩(wěn)定的周期呈規(guī)律性變化，如線性增加或減少，穩(wěn)定的周期變化，則必有系統(tǒng)誤差存在。變化，則必有系統(tǒng)誤差存在。xxxii第37頁/共56頁四、消除系統(tǒng)誤差的方法四、消除系統(tǒng)誤差的方法消除產(chǎn)生系統(tǒng)誤

36、差的根源消除產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的根源采用符合實際的理論公式；采用符合實際的理論公式；實驗中嚴(yán)格保證儀器裝置和實驗測量條件；實驗中嚴(yán)格保證儀器裝置和實驗測量條件；嚴(yán)格控制環(huán)境條件；嚴(yán)格控制環(huán)境條件；多人合作，重復(fù)實驗。多人合作，重復(fù)實驗。2、通過理論公式引入修正值、通過理論公式引入修正值第38頁/共56頁例如伏安法測電阻，可由下式給出修正：例如伏安法測電阻，可由下式給出修正：電流表內(nèi)接，電流表內(nèi)接，ARIVR電流表外接，電流表外接，VRVIVR/ ,分別是電流表和電壓表的內(nèi)阻。分別是電流表和電壓表的內(nèi)阻。VARR ,使用特殊測量方法，設(shè)計專用儀器，抵消系統(tǒng)使用特殊測量方法，設(shè)計專用儀器，抵消系統(tǒng)誤差誤

37、差。在彈性模量實驗中，鋼絲的自然狀態(tài)基本是沒有在彈性模量實驗中，鋼絲的自然狀態(tài)基本是沒有完全伸直的，可以采用加起始荷載的方法來消除完全伸直的，可以采用加起始荷載的方法來消除這種這種“起始起始”誤差。誤差。第39頁/共56頁五、已定系統(tǒng)誤差的修正已定系統(tǒng)誤差已定系統(tǒng)誤差 誤差值已經(jīng)確定的誤差誤差值已經(jīng)確定的誤差 N0 = N - N 修正后值修正后值 測量值測量值 已定系統(tǒng)誤差已定系統(tǒng)誤差例：一個毫米刻度尺磨損短缺例：一個毫米刻度尺磨損短缺 1.5mm,測一物長為測一物長為 25.5mm ，則則 N=+1.5mm,所以所以 N0=25.5- 1.5=24.0(mm)第40頁/共56頁 在一定的測

38、量條件下，多次測量同一物理量時，在一定的測量條件下，多次測量同一物理量時，誤差時大時小，時正時負(fù)，以隨機(jī)的方式變化，誤差時大時小，時正時負(fù)，以隨機(jī)的方式變化，這種誤差稱為這種誤差稱為隨機(jī)誤差隨機(jī)誤差 23 隨機(jī)誤差的統(tǒng)計處理隨機(jī)誤差的統(tǒng)計處理一、隨機(jī)誤差和正態(tài)分布一、隨機(jī)誤差和正態(tài)分布 隨機(jī)誤差有比較完整的處理方法隨機(jī)誤差有比較完整的處理方法 介紹一些隨機(jī)誤差的介紹一些隨機(jī)誤差的主要特征和結(jié)論主要特征和結(jié)論： 多次測量其測量值具有隨機(jī)性對一次測量，無法多次測量其測量值具有隨機(jī)性對一次測量，無法預(yù)言測量結(jié)果的確切值，但可以從總體上把握結(jié)果預(yù)言測量結(jié)果的確切值，但可以從總體上把握結(jié)果取某個測量值的

39、可能性。取某個測量值的可能性。不同的測量值可以服從不同的概率分布。不同的測量值可以服從不同的概率分布。 在大學(xué)物理實驗中，許多測量值是服從均勻分布在大學(xué)物理實驗中，許多測量值是服從均勻分布和正態(tài)分布的。和正態(tài)分布的。第41頁/共56頁例：例：對鋼絲的長度我們進(jìn)行了對鋼絲的長度我們進(jìn)行了7373次測量，得到數(shù)據(jù)如次測量，得到數(shù)據(jù)如下下 測量值測量值Li (m)1.001.011.021.031.041.051.061.071.081.091.10測量值出現(xiàn)次數(shù)測量值出現(xiàn)次數(shù)ni 136101316117411以鋼絲長度以鋼絲長度Li為橫坐標(biāo)，測量值出現(xiàn)相對次數(shù)為橫坐標(biāo)，測量值出現(xiàn)相對次數(shù) 為縱為

40、縱坐標(biāo)作直方圖坐標(biāo)作直方圖 nni nni 1.031.051.071.011.09Li測量值具有下列分布特點(diǎn)：測量值具有下列分布特點(diǎn)：（1）對稱性對稱性 （2）單峰性單峰性 （3）有界性有界性 第42頁/共56頁無法預(yù)知測量結(jié)果的確切數(shù)值，但可以從測量數(shù)據(jù)無法預(yù)知測量結(jié)果的確切數(shù)值，但可以從測量數(shù)據(jù)的整體分布上把握測量結(jié)果取某個測量值的可能性的整體分布上把握測量結(jié)果取某個測量值的可能性 數(shù)學(xué)上把這種測量量稱為數(shù)學(xué)上把這種測量量稱為隨機(jī)變量隨機(jī)變量(常用常用x表示表示)，而把測量量取某個具體結(jié)果的可能性稱為而把測量量取某個具體結(jié)果的可能性稱為 的的概率概率，用，用概率函數(shù)概率函數(shù) 表示表示 i

41、xx )(ixPnnxPini lim)(當(dāng)測量次數(shù)當(dāng)測量次數(shù) n直方圖的邊緣就過渡為一條光滑的連續(xù)曲線直方圖的邊緣就過渡為一條光滑的連續(xù)曲線 概率密度曲線概率密度曲線 第43頁/共56頁 1.031.051.071.011.09p(x) Anni 1.031.051.071.011.09LinniLix用概率密度函數(shù)用概率密度函數(shù)p(x)來描寫測量結(jié)果的可能性來描寫測量結(jié)果的可能性 觀測量觀測量x取值取值 的概率的概率 dxxxdxxpxP)()(1)(dxxp概率密度函數(shù)概率密度函數(shù)p(x)滿足：滿足：第44頁/共56頁由大量、均勻、獨(dú)立的微小因素引起的隨機(jī)誤差都由大量、均勻、獨(dú)立的微小因

42、素引起的隨機(jī)誤差都滿足滿足正態(tài)分布正態(tài)分布。正態(tài)分布的概率密度函數(shù)可表示為。正態(tài)分布的概率密度函數(shù)可表示為 222)(21)(Axexp標(biāo)準(zhǔn)誤差，決定測量量的離散程度標(biāo)準(zhǔn)誤差，決定測量量的離散程度A 測量值的真值測量值的真值 二、標(biāo)準(zhǔn)誤差的定義及其物理意義二、標(biāo)準(zhǔn)誤差的定義及其物理意義 由誤差理論可知：測量結(jié)果的概率密度函數(shù)提供了由誤差理論可知：測量結(jié)果的概率密度函數(shù)提供了測量量及其誤差分布的全部知識測量量及其誤差分布的全部知識 對對 取不同值，作正態(tài)分布的概率密度函數(shù)曲線如下：取不同值，作正態(tài)分布的概率密度函數(shù)曲線如下： 第45頁/共56頁x p(x)A1A2A2A1A12 值越小，分布曲線

43、越尖銳，說明測量的精密度越值越小，分布曲線越尖銳，說明測量的精密度越高，高， 越大，分布曲線越平坦，說明測量精密度越越大，分布曲線越平坦，說明測量精密度越低。低。 的大小反映了測量隨機(jī)誤差的大小的大小反映了測量隨機(jī)誤差的大小 定義標(biāo)準(zhǔn)誤差：定義標(biāo)準(zhǔn)誤差： dxxpAx22第46頁/共56頁用標(biāo)準(zhǔn)誤差用標(biāo)準(zhǔn)誤差 作為測量結(jié)果的隨機(jī)誤差估計作為測量結(jié)果的隨機(jī)誤差估計 683. 0)(PdxxpAA任何一次測量，測量值任何一次測量，測量值x在區(qū)間在區(qū)間 內(nèi)出現(xiàn)內(nèi)出現(xiàn)的概率為的概率為 A ，A%3 .68p(x)Ap(x)Ap(x)Ap(x)AP=68.3%P=95.4%P=99.7%P=1AA2A2

44、A3A3A第47頁/共56頁 954. 0)2(22PdxxpAA 997. 0)3(33PdxxpAA 1dxxpp(x)Ap(x)Ap(x)Ap(x)AP=68.3%P=95.4%P=99.7%P=1AA2A2A3A3A第48頁/共56頁根據(jù)誤差理論，對于多次測量量可以用根據(jù)誤差理論，對于多次測量量可以用平均值代替平均值代替真值真值，用，用有限次測量的標(biāo)準(zhǔn)偏差有限次測量的標(biāo)準(zhǔn)偏差s s作為標(biāo)準(zhǔn)誤差作為標(biāo)準(zhǔn)誤差 的的估計值估計值，s s按下式計算按下式計算 ：12nxxsi三、算術(shù)平均值和算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)誤差三、算術(shù)平均值和算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)誤差 如何由獲得的一組數(shù)據(jù)來提取測量結(jié)果和最佳估計如何由獲得的一組數(shù)據(jù)來提取測量結(jié)果和