物理實驗緒論課講義

1、物理實驗緒論課講義物理實驗緒論課講義如何正確認識實驗課的作用明確實驗課的目的和意義實驗緒論的主體內(nèi)容課后作業(yè)與實驗考核指導(dǎo)有關(guān)規(guī)定與選課方法物理實驗緒論課講義實驗課是為了培養(yǎng)動手能力實驗課僅僅是為了培養(yǎng)動手能力？更重要的是：觀察、思考和讀懂文字眼觀六路（想），耳聽八方（想）四年大學(xué)學(xué)習(xí)你能夠帶走的是什么？物理實驗緒論課講義學(xué)習(xí)并掌握各種基本物理量的測量方法學(xué)習(xí)并掌握各種基本測量儀器的使用方法學(xué)習(xí)并掌握實驗數(shù)據(jù)處理的基本方法學(xué)習(xí)并掌握實驗報告的撰寫方法 四個基本方法=基本工作能力 物理實驗緒論課講義物理實驗緒論課講義 認真閱讀實驗講義，明確實驗?zāi)康暮蛯嶒炘?，初步了解實初步了解實驗方法和關(guān)鍵步驟

2、。認真填寫預(yù)驗方法和關(guān)鍵步驟。認真填寫預(yù)習(xí)報告習(xí)報告（按標準預(yù)習(xí)報告填寫），畫出實驗原理圖（電路圖、光路畫出實驗原理圖（電路圖、光路圖）和畫出或設(shè)計實驗數(shù)據(jù)記錄圖）和畫出或設(shè)計實驗數(shù)據(jù)記錄表格。表格。 物理實驗緒論課講義 實驗者應(yīng)準時來到實驗室進行實驗。首先，在實驗前應(yīng)認真對照講義上的儀器介紹或聽老師的講解熟悉儀器，禁止盲目動手。其次，在進行實驗操作時，嚴格遵守實驗規(guī)則，愛護實驗儀器，未經(jīng)許可不得調(diào)換儀器。實驗過程中如果發(fā)現(xiàn)儀器設(shè)備出現(xiàn)故障，應(yīng)及時報告指導(dǎo)教師。最后，實驗結(jié)束后要實事求是地記錄實驗數(shù)據(jù)，實驗數(shù)據(jù)一律用鋼筆或圓珠筆填寫。實驗完畢后，實驗數(shù)據(jù)需經(jīng)教師檢查簽字后方可離開。物理實驗緒論

3、課講義一、有效數(shù)字的概念物理實驗緒論課講義二、有效數(shù)字的性質(zhì)和說明1、有效數(shù)字的位數(shù)與小數(shù)點的位置無關(guān)；2、“0”在有效數(shù)字中的特殊地位。 四位 五位 三位 四位，3、參與計算的常數(shù)，如 4，e等，其有效數(shù)字的位數(shù)可以認為是無限的；4、如遇到測量結(jié)果是用科學(xué)計數(shù)法表示時，指數(shù)部分不計入有效數(shù)字的位數(shù)。電子的電荷 庫侖四位有效數(shù)字1910602. 1q物理實驗緒論課講義三、有效數(shù)字的運算準確數(shù)+準確數(shù)=準確數(shù)準確數(shù)+存疑數(shù)=存疑數(shù)存疑數(shù)+存疑數(shù)=存疑數(shù)進位視為準確數(shù)計算結(jié)果保留一位存疑數(shù)物理實驗緒論課講義物理實驗緒論課講義一般規(guī)律1.加減法（略）2.乘除法：與參與運算的有效數(shù)字最少 的那個數(shù)位數(shù)

4、相同3.乘方開方：與底的有效數(shù)字位數(shù)相同4.指數(shù)、對數(shù)、三角函數(shù)：由改變量決定。 0=0.3351227 0所以 0物理實驗緒論課講義約定：1.表示測量結(jié)果的有效數(shù)字的末尾數(shù)永遠與不確定度的末尾數(shù)具有相同的數(shù)量級（即尾數(shù)對齊）。2.計算過程中，中間的運算結(jié)果可以適當(dāng)多保留一到二位有效數(shù)字。3.絕對不確定度取一位有效數(shù)字，相對不確定度可以取二位有效數(shù)字。物理實驗緒論課講義改錯：1. N =（）2. N =（）3. N =（105 1000）4. N =物理實驗緒論課講義一一基本知識基本知識（一）測量和誤差一）測量和誤差物理實驗緒論課講義從一個或幾個直接測量結(jié)果按一定的函數(shù)關(guān)系計從一個或幾個直接測

5、量結(jié)果按一定的函數(shù)關(guān)系計算出來的的過程，稱為間接測量。算出來的的過程，稱為間接測量。42hdV hdMVM24 物理實驗緒論課講義真值真值: :是反映物體特性的某一物理量在一定的條件下所具有的真實數(shù)值測量值測量值x x與真值之間總存在一定的差異，這種差異稱與真值之間總存在一定的差異，這種差異稱為測量誤差，表示為：為測量誤差，表示為：我們稱之為測量的絕對誤差我們稱之為測量的絕對誤差。 0 x0 xxx%1000 xxEr物理實驗緒論課講義m03. 072.561l%053. 0%10072.5603. 01rE%5 . 1%10098. 103. 02rEm03. 098. 12l物理實驗緒論課

6、講義（二）誤差的分類（二）誤差的分類 誤差的產(chǎn)生及其原因是多方面的，我們一般從其性質(zhì)和來源性質(zhì)和來源，將誤差分為三類： 1.系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差 2.偶然誤差偶然誤差 3.過失誤差過失誤差物理實驗緒論課講義1.系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差 在一定條件下，多次測量同一量值時，絕對值和符號保持不變；或在條件改變時，按一定規(guī)律變化的誤差稱為系統(tǒng)誤差。（服從因果規(guī)（服從因果規(guī)律）律）其來源包括以下幾個方面：（1）儀器誤差儀器誤差。由于儀器本身的缺陷或沒按規(guī)定條件調(diào)整、使用所造成的誤差（如天平、砝碼、電壓電流表未按規(guī)定定期送檢，以及儀器零點校正不準）。（2）方法誤差方法誤差。由于實驗方法本身或理論不完善所造成的誤差（如

7、用伏安法測電阻時未計及電表的內(nèi)阻）。物理實驗緒論課講義（3）個人誤差個人誤差。由于觀察者生理或心理特點造成的誤差。通常與觀測人員的反映速度和固有習(xí)慣等有關(guān)（如有的人對準目標時總是偏左或偏右，致使讀數(shù)偏大或偏?。＃?）環(huán)境誤差環(huán)境誤差。由于外界環(huán)境（如溫度、光照、電磁等）的恒定偏離規(guī)定條件時而產(chǎn)生的誤差。 系統(tǒng)誤差具有確定性，它總向一個方向偏離或按一定規(guī)律變化。在實驗中可以通過校準儀器、改進實驗設(shè)備、選擇更好的實驗方法或進行理論修正來消除或盡量使之減小。對于那些既不能修正，又不能消除的系統(tǒng)誤差應(yīng)根據(jù)具體情況在測量誤差（或測量不確定度）中反映出來。 物理實驗緒論課講義2.偶然誤差 在實際測量中，

8、由于某種偶然的原因，使測量在實際測量中，由于某種偶然的原因，使測量結(jié)果在測量平均值附近起伏變化，由此產(chǎn)生的誤差結(jié)果在測量平均值附近起伏變化，由此產(chǎn)生的誤差稱為稱為偶然誤差偶然誤差。 溫度忽高忽低氣流飄忽不定電壓漂移起伏物理實驗緒論課講義(1)(1)隨機現(xiàn)象：在一定條件下，隨機現(xiàn)象：在一定條件下，可能發(fā)生也可能不發(fā)生，或者可能發(fā)生也可能不發(fā)生，或者出現(xiàn)多種結(jié)果的偶然現(xiàn)象。出現(xiàn)多種結(jié)果的偶然現(xiàn)象。(2)(2)概率：某一事件在試驗中概率：某一事件在試驗中發(fā)生的可能性的大小，用發(fā)生的可能性的大小，用P(X)P(X)或或PX|PX|表示表示。 物理實驗緒論課講義21物理實驗緒論課講義物理實驗緒論課講義)

9、2/)(exp(21)(220 xxxpx)(xp0 x0 x0 x物理實驗緒論課講義%3 .68)(dxxpP222%4 .95)(dxxpP333%7 .99)(dxxpP物理實驗緒論課講義 3過失誤差 那些因為方案設(shè)計錯誤、操作不當(dāng)、儀器損壞或測讀錯誤等人為原因造成的測量錯誤，將得到一些壞記錄。盡管有人把由此而產(chǎn)生的誤差歸類為過失誤差，但在實質(zhì)上它們不能算作是誤差。在工程上人們指定了若干法則(如如3規(guī)則規(guī)則)，用來發(fā)現(xiàn)及剔除那些壞記錄，以消除過失誤差。 物理實驗緒論課講義（三）測量的不確定度我們測量某物理量時，總是想要找到物理量的真值。而真值又無法確切知道，所以實際測量中，我們只能提供一

10、個范圍。例如),(00 xxxx物理實驗緒論課講義*不確定度的權(quán)威文件是國際標準化組織(ISO)、國際 計量局(BIPM)等七個國際組織1993年聯(lián)合推出的 *不確定度表示由于測量誤差存在而對被測量值不能 確定的程度。不確定度是一定概率下的誤差限值。 *由于真值的不可知，誤差一般是不能計算的，它可 正、可負也可能十分接近零；而不確定度總是不為 零的正值，是可以具體評定的（因為測量離不開測量工具）。測量誤差與不確定度測量誤差與不確定度物理實驗緒論課講義 ), 2 , 1( niAi), 2 , 1( njBj物理實驗緒論課講義合成不確定度合成不確定度 ijBjAi22AiBj物理實驗緒論課講義在

11、物理實驗中，常常遇到的儀器誤差是指國家標準規(guī)定的或生產(chǎn)廠家給出的計量工具、計量儀表的準確等級或允許的誤差范圍，并且根據(jù)測試方法或使用條件的簡化約定，我們通常用儀表示。它是儀器的最大可能誤差，其置信概率為99.7%，屬于B類不確定度。儀物理實驗緒論課講義二、直接測量的數(shù)據(jù)處理 儀)(儀x%)1001 (xx儀物理實驗緒論課講義（二）多次測量的不確定度1.算術(shù)平均值是真值的最佳估計值(無系統(tǒng)誤差情況下) nxxxx,.,3210 xxxii0nxxxiinxnxxii0_0ixxxn物理實驗緒論課講義2.多次測量的標準偏差 但是由于測量次數(shù)有限，測量值的平均值將不符合正態(tài)分布，而是符合t 分布。測

12、量次數(shù)小時，t 分布偏離正態(tài)分布較多。測量次數(shù)大時趨于正態(tài)分布。物理實驗緒論課講義niixxnS12)(11) 1()(2nnxxnSSix物理實驗緒論課講義3.測量結(jié)果的合成不確定度 22_儀xpsnt5n nntp SSnSntxxp_22儀S物理實驗緒論課講義（三）間接測量的不確定度的合成Nf A B C( ,)NNANBNCABC 222222NNNNANNBNNCABC111222222 lnlnlnNANBNCABC222222物理實驗緒論課講義AANcos函數(shù)形式 CBANCBAN222CBAN222 CCBBAANNBAN 22 BBAANNnaAN AAnNNnAN AAnN

13、N1AANcos物理實驗緒論課講義例題:CAAN2222lnlnCCNAANNN2222111CCAACAABAN CAB22CAB 222222CACAAABBAANN物理實驗緒論課講義（四）測量結(jié)果的完整表示_()100%?%rxxEx單位物理實驗緒論課講義mm004. 0,518. 1_SmmDmm006. 0004. 02222儀儀Bmm007. 0006. 0004. 02222BSmm007. 0518. 1D物理實驗緒論課講義已知：已知：A=71.3 0.5 cm ； B=6.262 0.002 cm ; C=0.751 0.001 cm ; D=271 1 cm 求：求：DBC

14、ANDCBAN物理實驗緒論課講義解解：（：（1）cm8 .347271751. 0262. 63 .71DCBAN2222)()()()(DCBADCDB,cmN1348cm1)()(22DA03164. 0271262. 6751. 03 .71DBCAN2222)()()()(DDCCBBAANNEr%8 . 0008. 00002. 0008. 003164. 0NNNN0002. 00316. 0N物理實驗緒論課講義一、列表法物理實驗緒論課講義二、圖示法與圖解法（一）、圖示法電信股指LUCENT: -89%物理實驗緒論課講義2. 標明坐標軸：方向，坐標軸的名稱、單位, 分格。I (mA

15、)U (V)8.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.0002.004.006.008.0010.001.003.005.007.009.004. 連成圖線： 用直尺、曲線板等把點連成直線、光滑曲線。一般不強求直線或曲線通過每個實驗點，應(yīng)使圖線兩邊的實驗點與圖線最為接近且分布大體均勻。3.標實驗點： 1.選擇合適的坐標分度值確定坐標紙的大小作圖的三個要素物理實驗緒論課講義5.標出圖線特征： 在圖上空白位置標明實驗條件或從圖上得出的某些參數(shù)。如利用所繪直線可給出被測電阻R大?。簭乃L直線上讀取兩點 A、B 的坐標就可求出 R 值。I (mA)U (V

16、)8.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.0002.004.006.008.0010.001.003.005.007.009.00電阻伏安特性曲線6.標出圖名： 在圖線下方或空白位置寫出圖線的名稱及某些必要的說明。A(1.00,2.76)B(7.00,18.58)由圖上A、B兩點可得被測電阻R為：)k(379. 076. 258.1800. 100. 7ABABIIUUR物理實驗緒論課講義不當(dāng)圖例展示：n(nm)1.6500500.0700.01.67001.66001.70001.69001.6800600.0400.0玻璃材料色散曲線圖圖1曲

17、線太粗，不均勻，不光滑。應(yīng)該用直尺、曲線板等工具把實驗點連成光滑、均勻的細實線。物理實驗緒論課講義n(nm)1.6500500.0700.01.67001.66001.70001.69001.6800600.0400.0玻璃材料色散曲線圖改正為：物理實驗緒論課講義圖2I (mA)U (V)02.008.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.001.003.00電學(xué)元件伏安特性曲線橫軸坐標分度選取不當(dāng)。橫軸以3 cm 代表1 V，使作圖和讀圖都很困難。實際在選擇坐標分度值時，應(yīng)既滿足有效數(shù)字的要求又便于作圖和讀圖，一般以1 mm 代表的量值是10的整

18、數(shù)次冪或是其2倍或5倍。物理實驗緒論課講義I (mA)U (V)o1.002.003.004.008.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.00電學(xué)元件伏安特性曲線改正為：物理實驗緒論課講義定容氣體壓強溫度曲線1.20001.60000.80000.4000圖3P(105Pa)t()60.00140.00100.000120.0080.0040.0020.00圖紙使用不當(dāng)。實際作圖時，坐標原點的讀數(shù)可以不從零開始。物理實驗緒論課講義定容氣體壓強溫度曲線1.00001.15001.20001.10001.0500 P(105Pa)50.0090.00

19、70.0020.0080.0060.0040.0030.00t()改正為：物理實驗緒論課講義2.曲線改直kTeeASTI2kTeASeTI2kTeASkTeASTI303. 21lg303. 2lglg2物理實驗緒論課講義三、逐差法baxynnyyyyxxxx,32132112312nnxxxxxxxbxaybxaybxaynnn222111物理實驗緒論課講義一般方法xaxxayyyxaxxayyyxaxxayyynnnnnnn1111122322321121121)()()(xnyyxnyyyananni) 1() 1(111121 從上式看到,只有首末兩次的測量值才對單次測量的平均值起作用

20、,而一切中間量都失去意義.這就是說,多次測量和單次測量沒有差別,失去了多次測量減小誤差的優(yōu)越性.物理實驗緒論課講義逐差法ln2xlaxxayyyxlaxxayyyxlaxxayyylllllllllll)()()(2222222221111111), 2 , 1(11lixlyxlylalaii物理實驗緒論課講義四. 最小二乘法直線擬合設(shè)此兩物理量 x、y 滿足線性關(guān)系 y = a+bx，等精度地測得一組互相獨立的實驗數(shù)據(jù) xi，yi i = 1,.,n當(dāng)所測各yi 值與擬合直線上的 a +bxi之間偏差的平方和最小，即 所得系數(shù)a,b最好，擬合公式即為最佳經(jīng)驗公式。21()niiiQyabx

21、最小物理實驗緒論課講義 最小二乘法直線擬合21()niiiQyabx最小0)( 20) 1)( 211niiiiniiixbxaybQbxayaQ物理實驗緒論課講義 最小二乘法直線擬合niiniiniiiniiniiniiniixnxyxnxybxbyna1221111111物理實驗緒論課講義 最小二乘法直線擬合相關(guān)系數(shù) ： 最小二乘法處理數(shù)據(jù)除給出 a、b 外，還應(yīng)給出相關(guān)系數(shù) r ， 定義為 相關(guān)系數(shù)表示兩變量之間的函數(shù)關(guān)系與線性的符合程度，r-1，1。|r|1，x、y 間線性關(guān)系好， |r|0 ，x、y 間無線性關(guān)系，擬合無意義。 物理實驗中一般要求 r 絕對值達到以上。yyxxxyii

22、iiLLLyyxxyyxxr22)()()( )(物理實驗緒論課講義物理實驗緒論課講義物理實驗緒論課講義電流表電流表物理實驗緒論課講義電壓表電壓表物理實驗緒論課講義使用電表時的注意事項使用電表時的注意事項1.正確安放和零點調(diào)整。正確安放和零點調(diào)整。2.量程選擇：根據(jù)待測量選擇合適量程，盡量使量程選擇：根據(jù)待測量選擇合適量程，盡量使指針偏轉(zhuǎn)到指針偏轉(zhuǎn)到 滿刻度的滿刻度的2/3為宜。為宜。3.正確讀數(shù)：視線垂直于表盤并在指針正上方讀正確讀數(shù)：視線垂直于表盤并在指針正上方讀數(shù)。數(shù)。物理實驗緒論課講義4.電表的誤差電表的誤差儀表等級量程儀器最大誤差KII儀表等級量程儀器最大誤差KII3 0.50.01

23、50.02A A02. 026. 2 II物理實驗緒論課講義儀表等級量程儀器最大誤差KIIA04. 01.04物理實驗緒論課講義3.電阻電阻滑線電阻滑線電阻物理實驗緒論課講義電阻箱物理實驗緒論課講義mRR200 . 0K物理實驗緒論課講義（三）課后書寫實驗報告（三）課后書寫實驗報告 一份完整的實驗報告應(yīng)包含以下幾個內(nèi)容： 1、實驗名稱。 2、實驗?zāi)康摹?3、實驗儀器。 4、實驗原理（簡要敘述相關(guān)的物理學(xué)內(nèi)容，畫出原理圖畫出原理圖、裝置示意圖或電路圖、光路圖，寫出主要計算公式及公式中各量的物理含義和公式限定的條件等）。 5、數(shù)據(jù)表格（包括物理量名稱、單位、簡單的公式）。物理實驗緒論課講義 6、數(shù)據(jù)處理及結(jié)果。數(shù)據(jù)處理要有完整的計算、作圖和不確定度的估算，而且計算要有簡潔的計算式子；代入的數(shù)據(jù)要有根有據(jù)，作圖要美觀、規(guī)范。最后要給出實驗結(jié)果，得出實驗結(jié)論。 7、回答問題或討論。 8、原始數(shù)據(jù)（完整的預(yù)習(xí)報告和簽字的實驗記錄） 如發(fā)現(xiàn)原始數(shù)據(jù)有錯、漏等情況，應(yīng)予以重測或補測。實驗報告書