大學(xué)基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)緒論P(yáng)PT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1大學(xué)基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)緒論大學(xué)基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)緒論第1頁(yè)/共90頁(yè)第2頁(yè)/共90頁(yè)n加深大家對(duì)理論的理解n使同學(xué)獲得基本的實(shí)驗(yàn)知識(shí)，在實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)技能諸方面得到較為系統(tǒng)、嚴(yán)格的訓(xùn)練，是大學(xué)里從事科學(xué)實(shí)驗(yàn)的起步n在培養(yǎng)科學(xué)工作者的良好素質(zhì)及科學(xué)世界觀方面，物理實(shí)驗(yàn)課程也起著潛移默化的作用。第3頁(yè)/共90頁(yè)1uxxxxuxE第4頁(yè)/共90頁(yè)第5頁(yè)/共90頁(yè)2.間接測(cè)量利用它與另外一些可直接測(cè)出的物理量之間的函數(shù)關(guān)系利用它與另外一些可直接測(cè)出的物理量之間的函數(shù)關(guān)系間接求取間接求取, 例如：s/tv 第6頁(yè)/共90頁(yè)讀數(shù)規(guī)則的重要性讀數(shù)規(guī)則的重要性儀器、儀表讀數(shù)的末位即是讀數(shù)誤差所在位，它將直接關(guān)系到

2、對(duì)測(cè)量不確定度的估計(jì)。第7頁(yè)/共90頁(yè)第8頁(yè)/共90頁(yè)第9頁(yè)/共90頁(yè)第10頁(yè)/共90頁(yè)9.3mm 兩位有效數(shù)兩位有效數(shù)字字0.0093m 兩位有效數(shù)兩位有效數(shù)字字 X第11頁(yè)/共90頁(yè)數(shù)是無(wú)限的。nA 102n)(41. 000.100R4位有效數(shù)字位有效數(shù)字第12頁(yè)/共90頁(yè)4.187一個(gè)四位有效數(shù)字減去一個(gè)四位有效數(shù)字結(jié)果是幾位有效數(shù)字一個(gè)四位有效數(shù)字減去一個(gè)四位有效數(shù)字結(jié)果是幾位有效數(shù)字？9999-1000=8999 9999-9000=9999999-9900=999999-9990=9第13頁(yè)/共90頁(yè)第14頁(yè)/共90頁(yè)e, , 3/1 ,2第15頁(yè)/共90頁(yè)1uxxxxuxE第1

3、6頁(yè)/共90頁(yè)被測(cè)量-作為測(cè)量對(duì)象的特定量。測(cè)得值-由測(cè)量所得到的并賦予被測(cè)量的值。真 值-被測(cè)量客觀存在的真實(shí)值。（理想化的概念）約定真值-給定目的、具有一定不確定度的、賦予特定 量的值。常用的約定真值有：國(guó)際計(jì)量會(huì)議約定的值或公稱值（如基本物理常數(shù)、基本單位標(biāo)準(zhǔn)），經(jīng)高一級(jí)儀器校驗(yàn)過的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器的量值等。例如-國(guó)際千克原器的質(zhì)量就是國(guó)際計(jì)量學(xué)約定真值。第17頁(yè)/共90頁(yè)第18頁(yè)/共90頁(yè)表示。第19頁(yè)/共90頁(yè)axx 認(rèn)識(shí)能力不足和科學(xué)技術(shù)水平的限制，儀器制造不可能十分精確，觀測(cè)者測(cè)量方法和技能技巧受到主、客觀條件的影響；外界環(huán)境條件的干擾，儀器的使用條件不易得到完全滿足，物理量本身客觀存

4、在的真值會(huì)發(fā)生變化；理論公式建立在一定理論或條件基礎(chǔ)上的抽象和簡(jiǎn)化；每一個(gè)測(cè)量要素對(duì)物理量的測(cè)得值均可能產(chǎn)生影響，使其與真值之間不可避免地產(chǎn)生差異。第20頁(yè)/共90頁(yè)測(cè)量誤差的系統(tǒng)部分在相同條件下多次測(cè)量同一量時(shí)，誤差的絕對(duì)值和符號(hào)恒定，或在條件改變時(shí)按某一確定規(guī)律變化的誤差。測(cè)量誤差的隨機(jī)部分在相同條件下多次測(cè)量同一量時(shí)，誤差時(shí)大時(shí)小、時(shí)正時(shí)負(fù)，無(wú)規(guī)則地漲落，但是對(duì)大量測(cè)量數(shù)據(jù)而言，其誤差遵循統(tǒng)計(jì)規(guī)律。第21頁(yè)/共90頁(yè) 精密度高精密度高 準(zhǔn)確度高準(zhǔn)確度高 精確度高精確度高隨機(jī)誤差隨機(jī)誤差 系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差第22頁(yè)/共90頁(yè)無(wú)限次測(cè)量有限次測(cè)量第23頁(yè)/共90頁(yè)2/1122/112/)(/n

5、iinixxnaxniiixn的1/nixx/第24頁(yè)/共90頁(yè)2/1122/1121/) 1/(niinixxnxxnsiiixsnxxixinixix實(shí)際測(cè)量中的測(cè)量次數(shù) 總是有限的，所以，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中常以誤差符號(hào)代替偏差的符號(hào)；即以 代表。 樣本方差、標(biāo)準(zhǔn)偏差樣本方差、標(biāo)準(zhǔn)偏差在有限次測(cè)量中，以 表示一組符合正態(tài)分布的等精度測(cè)量的取樣標(biāo)準(zhǔn)誤差的精確估計(jì)值，稱為樣本標(biāo)準(zhǔn)偏差。算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差也為 的1/ ，即： nssixx/ixsixs第25頁(yè)/共90頁(yè)xExx/%100)/(000 xxxEx第26頁(yè)/共90頁(yè)cmxi01.20,99.19,00.20cmx000.203/ )0

6、1.2099.1900.20(cmix010. 0 ,010. 0, 0 cmsix010. 013010. 0)010. 0(0222cmnssixx006. 0用米尺測(cè)量黑板擦的長(zhǎng)度三次算數(shù)平均值誤差第27頁(yè)/共90頁(yè)略第28頁(yè)/共90頁(yè)glT/2IRV 第29頁(yè)/共90頁(yè)按對(duì)系統(tǒng)誤差掌握的程度劃分按對(duì)系統(tǒng)誤差掌握的程度劃分第30頁(yè)/共90頁(yè)第31頁(yè)/共90頁(yè)第32頁(yè)/共90頁(yè)),(21mjxxxxfN), 2 , 1(mjxj)d(d1jmjjxxfN)(001jxmjjNxf第33頁(yè)/共90頁(yè)n主要來源于不確定或無(wú)法控制的隨機(jī)因素，如觀測(cè)者視覺、聽覺的分辨能力及外界環(huán)境影響因素的擾動(dòng)等

7、。這些外界因素的微小擾動(dòng)，使單個(gè)測(cè)量值的誤差毫無(wú)規(guī)則，從而導(dǎo)致它們?cè)诖罅繙y(cè)量中產(chǎn)生正負(fù)相消的機(jī)會(huì)。n相同條件下多次測(cè)量的算術(shù)平均值比單個(gè)測(cè)量值的隨機(jī)相同條件下多次測(cè)量的算術(shù)平均值比單個(gè)測(cè)量值的隨機(jī)誤差小，增加測(cè)量次數(shù)可以減小隨機(jī)誤差誤差小，增加測(cè)量次數(shù)可以減小隨機(jī)誤差。第34頁(yè)/共90頁(yè)jjxjkaxxjj區(qū)間序號(hào) 測(cè)得值 (cm)誤差 (cm)出現(xiàn)次數(shù)12.998-0.012423.000-0.010733.002-0.008943.004-0.0061153.006-0.0041463.008-0.0022073.010 0.0002383.012 0.0021793.014 0.0041

8、2103.016 0.00612113.018 0.00810123.020 0.0107133.022 0.0124平均值3.0100 0.000第35頁(yè)/共90頁(yè)jknkjj/%)100(xfjj/)cm/(%jkjjxjcxjc) 1(表表 測(cè)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)測(cè)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表表 vf第36頁(yè)/共90頁(yè)0lim1niin抵償性是隨機(jī)誤差最本質(zhì)的統(tǒng)計(jì)特性。原則上可以說，凡是具有抵償性的誤差，均可按隨機(jī)誤差進(jìn)行處理。陰影部分的面積表示隨機(jī)變量在該數(shù)據(jù)區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)的頻率，即： 所有矩形面積之和 圖1縱坐標(biāo)平移（如虛線所示），有：jjjxfv1%10011jnjjnjjxfv111jnjjnjjfv第37頁(yè)

9、/共90頁(yè)隨機(jī)誤差概率密度分布函數(shù)（正態(tài)分布函數(shù)）的歸一化條件歸一化條件。概率密度函數(shù)為：概率是隨機(jī)事件出現(xiàn)可能性大小的概率是隨機(jī)事件出現(xiàn)可能性大小的量度量度dd)(fp ndi1d)(d)(xxffpP222/12/exp)2(1)(f第38頁(yè)/共90頁(yè)niiniinaxn12122/)(/222/12/exp)2(1)(f第39頁(yè)/共90頁(yè)2121d)()(21fPP/ )(/axt)2/exp(21)(2ttf0a1ttttd2/ )2/exp()(2dd)(fp 第40頁(yè)/共90頁(yè))(1)(tt3ucUpp第41頁(yè)/共90頁(yè)a2/112) 1/(niixixnss2/112) 1(/)

10、(/niiixxnnxxnssxs第42頁(yè)/共90頁(yè)xkpxaxstu),(auixaxsu第43頁(yè)/共90頁(yè)xkstx),683. 0( xxaktkkkktfxakde/1) 2/() (/2/ ) 1(), (012/ ) 1(2第44頁(yè)/共90頁(yè)1 nk),683. 0(kt),90. 0(kt),95. 0(kt),99. 0(kt),999. 0(kt第45頁(yè)/共90頁(yè)cmxi01.20,99.19,00.20cmx000.203/ )01.2099.1900.20(cmsix010. 01301. 0)01. 0(0222cmnssixx006. 0用米尺測(cè)量黑板擦的長(zhǎng)度三次算數(shù)

11、平均值cmstuxax008. 032. 1006. 0)2,683. 0(A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度第46頁(yè)/共90頁(yè)t) s (4001. 05/100 . 116/52/1612iitits) s (6000. 06/ittss) s (7000. 06000. 011. 1)5 ,683. 0(ttatstu11. 1)5 ,683. 0(t51 nk例例 以數(shù)字毫秒計(jì)時(shí)器（時(shí)基即最小讀數(shù)單位為1ms）測(cè)定氣軌斜面上滑塊由某定點(diǎn)開始下滑時(shí)通過一定距離所經(jīng)歷的時(shí)間間隔t，在相同條件下獨(dú)立測(cè)量了次。測(cè)得數(shù)據(jù)如下（單位：s）：。試估計(jì)其類不確定度。第47頁(yè)/共90頁(yè)第48頁(yè)/共90頁(yè)第49頁(yè)/共90頁(yè)

12、第50頁(yè)/共90頁(yè)第51頁(yè)/共90頁(yè)2121., 0,)(rcf或211dd)(f)(, 0)(),/(1)(212112或f2/ )()/(dd )(12122121fa12/)(d)()(21222fa第52頁(yè)/共90頁(yè)3/bxu3/3/xxbxu第53頁(yè)/共90頁(yè))1(/cuxbx)1(c3623/xbxux2.多次測(cè)量多次測(cè)量其B類不確定度一律遵從均勻分布。設(shè)儀器的分辨率為 ,則，類標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：米尺 最小分度值1mm最大允許誤差0.5mm分辨率游標(biāo)卡尺 螺旋測(cè)微器第54頁(yè)/共90頁(yè)mjmjbjajxuuu1122利用廣義方和根法，即把各標(biāo)準(zhǔn)不確定度利用廣義方和根法，即把各標(biāo)準(zhǔn)不確定

13、度分量平方、求和，再求其算術(shù)平方根分量平方、求和，再求其算術(shù)平方根第55頁(yè)/共90頁(yè)當(dāng)測(cè)量不確定度的首數(shù)小于當(dāng)測(cè)量不確定度的首數(shù)小于“5 5”時(shí)，取兩位數(shù)字，時(shí)，取兩位數(shù)字，當(dāng)其首數(shù)大于或等于當(dāng)其首數(shù)大于或等于“5 5”時(shí)只取一位數(shù)字時(shí)只取一位數(shù)字。標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)不確定度一律取兩位數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)不確定度一律取兩位數(shù)字。單位xuxExuxx1單位NuNENuNN1測(cè)量結(jié)果的表示測(cè)量結(jié)果的表示第56頁(yè)/共90頁(yè)cmxi01.20,99.19,00.20cmx000.203/ )01.2099.1900.20(cmsix010. 01301. 0)01. 0(0222cmnssixx006. 0用米尺測(cè)量黑

14、板擦的長(zhǎng)度三次算數(shù)平均值cmstuxax008. 0006. 032. 1)2,683. 0(A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度cmuuuuxabaxxxx012. 0301. 0008. 03222222合成不確定度第57頁(yè)/共90頁(yè)tutatut565.196)65.19689.19624.19648.196(t27. 0141412iitits14. 04/ittss317. 014. 02 . 1)3 ,683. 0(atatkstu自由度)(07. 03/2 . 01sub)(006. 03/01. 02sub) s (18. 0006. 007. 017. 022222212bbattuuuu3k第

15、58頁(yè)/共90頁(yè)解解：測(cè)得值的算數(shù)平均值為測(cè)得值的算數(shù)平均值為 測(cè)得值的最佳估計(jì)值為測(cè)得值的最佳估計(jì)值為 算數(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差算數(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差 則則：測(cè)量結(jié)果為：測(cè)量結(jié)果為 Y0.246(mm)0.0040.25000yyy0.2500(mm)0.250)/60.2530.2510.2470.2500.249(y)(0007. 00006. 011. 1)5 ,683. 0(mmstuyay)(0009. 00006. 00007. 02222mmuuuyybay)(0006. 03/001. 03/mmuybymmnnyysniiy0006. 0) 1()(12例：用螺旋測(cè)微計(jì)測(cè)某一鋼絲

16、的直徑，6次測(cè)量值yi分別為：0.249, 0.250, 0.247, 0.251, 0.253, 0.250; 同時(shí)讀得螺旋測(cè)微計(jì)的零位y0為：0.004, 單位mm，請(qǐng)給出完整的測(cè)量結(jié)果。第59頁(yè)/共90頁(yè)), 2 , 1(),(mjxfNj)d(d1jmjjxxfN), 2 , 1(,12mjuxNumjxjjN第60頁(yè)/共90頁(yè)第61頁(yè)/共90頁(yè)cmxi01.20,99.19,00.20用米尺測(cè)量黑板擦的長(zhǎng)度三次cmuuuxxbax012. 022黑板擦的面積？其不確定度？用米尺測(cè)量黑板擦的寬度三次cmyi99. 9 ,00.10,01.10cmuy012. 0yxsdxydyxds2

17、1. 0012. 0000.10000.202222222xysuyuxu)(21. 000.20021. 0000.10000.20cmuyxusssscmx000.20cmy000.10第62頁(yè)/共90頁(yè)解：等式兩邊取對(duì)數(shù)lng=ln(4上式兩邊逐項(xiàng)平方，且以“”號(hào)接，并將微分符號(hào)“d”改為標(biāo)準(zhǔn)不確定度的符號(hào)“u”，再開平方即得到g的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度的公式 Eugug/g(ul/l)2+(2uT/T)21/2求微分 dg/g=dl/l-2dT/T第63頁(yè)/共90頁(yè)VltpD128402121hhhgpVtpDllnlnlnln4128lnlnVdVtdtppdDdDd 4222224Vut

18、upuDuuVtpD20222122241hhhpuuugu第64頁(yè)/共90頁(yè)/1Tf 第65頁(yè)/共90頁(yè)第66頁(yè)/共90頁(yè)第67頁(yè)/共90頁(yè)第68頁(yè)/共90頁(yè)第69頁(yè)/共90頁(yè)電阻伏安特性曲線電阻伏安特性曲線作圖步驟：作圖步驟： 1.選擇合適的坐標(biāo)分度值，確選擇合適的坐標(biāo)分度值，確定坐標(biāo)紙的大小定坐標(biāo)紙的大小2. 標(biāo)明坐標(biāo)軸：標(biāo)明坐標(biāo)軸：3.標(biāo)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)：標(biāo)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)：4. 連成圖線：連成圖線：5.標(biāo)出圖線特征：標(biāo)出圖線特征：6.標(biāo)出圖名：標(biāo)出圖名：伏安法測(cè)電阻實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：伏安法測(cè)電阻實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下： U (V )0.741.522.333.083.664.495.245.986.767.50I (

19、mA)2.004.016.228.209.7512.00 13.99 15.92 18.00 20.01U (V ) 0.74 1.52 2.33 3.08 3.66 4.49 5.24 5.98 6.76 7.50I (m A) 2.00 4.01 6.22 8.20 9.75 12.00 13.99 15.92 18.00 20.01A(1.00,2.76)B(7.00,18.58)由圖上由圖上A、B兩點(diǎn)可得被測(cè)電阻兩點(diǎn)可得被測(cè)電阻R為為：)k(379. 076. 258.1800. 100. 7ABABIIUURI (mA)8.004.0020.0016.0012.0018.0014.0

20、010.006.002.00U (V)0 02.004.006.008.0010.001.003.005.007.009.00第70頁(yè)/共90頁(yè)不當(dāng)圖例展示不當(dāng)圖例展示：n1.6500500.0700.01.67001.66001.70001.69001.6800600.0(nm)400.0玻璃材料色散曲線圖玻璃材料色散曲線圖曲線太粗，不曲線太粗，不均勻，不光滑均勻，不光滑。應(yīng)該用直尺、應(yīng)該用直尺、曲線板等工具把曲線板等工具把實(shí)驗(yàn)點(diǎn)連成光滑實(shí)驗(yàn)點(diǎn)連成光滑、均勻的細(xì)實(shí)線、均勻的細(xì)實(shí)線。圖圖 1第71頁(yè)/共90頁(yè)改正為改正為：n1.6500500.0700.01.67001.66001.70001

21、.69001.6800600.0(nm)400.0玻璃材料色散曲線圖玻璃材料色散曲線圖第72頁(yè)/共90頁(yè)2-3 作圖法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖圖2I (mA)U (V)0 02.008.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.001.003.00電學(xué)元件伏安特性曲線電學(xué)元件伏安特性曲線橫軸坐標(biāo)分度選橫軸坐標(biāo)分度選取不當(dāng)。取不當(dāng)。橫軸以橫軸以3 cm 代表代表1 V，使作圖和讀圖使作圖和讀圖都很困難。實(shí)際在選擇都很困難。實(shí)際在選擇坐標(biāo)分度值時(shí)，應(yīng)既滿坐標(biāo)分度值時(shí)，應(yīng)既滿足有效數(shù)字的要求又便足有效數(shù)字的要求又便于作圖和讀圖，于作圖和讀圖，一般以一般以1 mm 代表

22、的量值是代表的量值是10的整數(shù)次冪或是其的整數(shù)次冪或是其2倍或倍或5倍。倍。第73頁(yè)/共90頁(yè)2-3 作圖法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)I (mA)U (V)o o1.002.003.004.008.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.00電學(xué)元件伏安特性曲線電學(xué)元件伏安特性曲線改正為改正為：第74頁(yè)/共90頁(yè)2-3 作圖法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)定容氣體壓強(qiáng)溫度曲線定容氣體壓強(qiáng)溫度曲線1.20001.60000.80000.4000圖圖3P(105Pa)t()60.00140.00100.00o120.0080.0040.0020.00圖紙使用不當(dāng)圖紙使用不當(dāng)。實(shí)際作圖時(shí)

23、。實(shí)際作圖時(shí)，坐標(biāo)原點(diǎn)的，坐標(biāo)原點(diǎn)的讀數(shù)可以不從讀數(shù)可以不從零開始零開始。第75頁(yè)/共90頁(yè)2-3 作圖法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)定容氣體壓強(qiáng)溫度曲線定容氣體壓強(qiáng)溫度曲線1.00001.15001.20001.10001.0500 P(105Pa)50.0090.0070.0020.0080.0060.0040.0030.00t()改正為改正為：第76頁(yè)/共90頁(yè)xaay102210 xaxaay第77頁(yè)/共90頁(yè)nnnnxaayxaayxaayxaayxaay101101310321021101innnnnnxaxxayyyxaxxayyyxaxxayyy111112123123211121121)()

24、()()/()(/111xxyyxyann第78頁(yè)/共90頁(yè)llilililllliixaayxaayxaayxaayxaayxaay21021010110101101iiiliilixaxxayyy11)(li, 2 , 1 liiilliiillxxlyya111/ )(/ )(第79頁(yè)/共90頁(yè)hbDBlmgE28金屬絲楊氏模量的數(shù)學(xué)表達(dá)式 第80頁(yè)/共90頁(yè)xiimihihih（kg） （mm) （mm) （mm) （mm) 0100.0100.6100.3 2117.2118.0117.6 4134.2135.1134.6 6151.2151.0151.6 8168.1168.8168.4 10185.4185.4185.4jjjhhh3第81頁(yè)/共90頁(yè) ABABliliiilliliiilxxyyxlxlylyla/1111111