大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)課件

1、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程 基礎(chǔ)知識（三）1112冬季學(xué)期實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果應(yīng)包括： 測量值、不確定度、單位。測量結(jié)果中的幾位可靠數(shù)字加一位可疑 數(shù)字稱為有效數(shù)字。有效數(shù)字可靠數(shù)字1位可疑數(shù)字。不確定度在結(jié)果表示式中只取一位。測量結(jié)果的最后一位和不確定度所在 那一位對齊。用米尺、游標(biāo)卡尺和千分尺測量同一物體的長度， 可以得到不同位數(shù)的有效數(shù)字，有效數(shù)字的位數(shù)越多，測量結(jié)果越精確。直接測量量的有效位數(shù)由被測物理量的大小和測量儀器決定的。間接測量量的有效位數(shù)先由運(yùn)算規(guī)則暫定，最后由間接測量量的不確定度所在位確定。例題：已知則：數(shù)據(jù)處理的基本方法一、列表法1、列表的作用 簡單明了，便于看出有關(guān)量之間的關(guān) 系，便于填

2、寫、核對和處理數(shù)據(jù)。列表法 表1.不同溫度下的金屬電阻值n123456t(C)10.526.038.351.062.875.5R()10.42310.89211.20111.58612.02512.344物理量的名稱(符號)和單位有效數(shù)字正確二作圖法 （圖示法、圖解法）1、圖示法作物理量間的關(guān)系圖線。2、圖解法由圖線求得待測物理量。 作圖用鉛筆、鋼直尺、作圖工具作在專用圖紙上圖紙選擇 種類直角坐標(biāo)紙（毫米方格紙）、對數(shù)坐標(biāo)紙、半對數(shù)坐標(biāo)紙、極坐標(biāo)紙等。物理實(shí)驗(yàn)中常用直角坐標(biāo)紙。尺寸要能夠反映測量數(shù)據(jù)的全部有效數(shù)字。 10 20 （毫米方格紙） 19.5mm坐標(biāo)軸表示物理量及單位。橫軸（自變量）

3、斜面的高度h（cm）?？v軸（應(yīng)變量）下滑的加速a（cm/s2）。 原點(diǎn)不一定?。?，0），可取比數(shù)據(jù)中最 小值略小的整齊數(shù)。本例可?。?.500、10.00）圖示法物體下滑加速度a與斜面高度h的關(guān)系標(biāo)坐標(biāo)軸、原點(diǎn) 用粗實(shí)線畫坐標(biāo)軸，用箭頭標(biāo)軸方向，標(biāo)明坐標(biāo)軸的名稱或符號、單位。圖示法物體下滑加速度a與斜面高度h的關(guān)系定比例、標(biāo)標(biāo)度比例：每小格（mm）所表示物理量的大小。橫軸比例：1mm 0.010cm或0.010cm/mm縱軸比例：1mm 或標(biāo)度：按順序標(biāo)出坐標(biāo)軸整分度格上的整數(shù)值。圖紙大小橫軸h：1mm0.010 cm 橫軸長度 =250mm 縱軸a：1mm0. 10 cm/s2 縱軸長度

4、= = 170mm 圖示法物體下滑加速度a與斜面高度h的關(guān)系標(biāo)出實(shí)驗(yàn)點(diǎn)、連線標(biāo)出實(shí)驗(yàn)點(diǎn)標(biāo)測試點(diǎn)：、等標(biāo)記，不需標(biāo)出坐標(biāo)值。同一條圖線只能用相同的標(biāo)記，若同一圖中有幾條圖線應(yīng)用不同的標(biāo)記以示區(qū)別。連線連成光滑的曲線、直線，連線不一定通過所有的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，使實(shí)驗(yàn)點(diǎn)均勻分布在曲線的兩側(cè)。 圖示法2圖解法由圖線求得待測量常用例：在直線情況下（y=kx+b)由圖求（斜率）K，再求某些待測量值： 用作計算的點(diǎn)不能取實(shí)驗(yàn)點(diǎn)； 兩個計算點(diǎn)盡可能遠(yuǎn)些（實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)）， 以免減少計算結(jié)果的有效數(shù)字； 在圖上標(biāo)出坐標(biāo)值； 計算K（有一定位數(shù)、單位）； 計算有關(guān)物理量。圖解法注意圖名、比例、作圖者、日期圖解法原點(diǎn)h( cm

5、 )ah圖線 (h1,a1)(h2,a2)(單位) 作圖法可形象、直觀地顯示出物理量之間的函數(shù)關(guān)系，也可用來求某些物理參數(shù)，因此它是一種重要的數(shù)據(jù)處理方法。作圖時要先整理出數(shù)據(jù)表格，并要用坐標(biāo)紙作圖。1.選擇合適的坐標(biāo)分度值，確定坐標(biāo)紙的大小 坐標(biāo)分度值的選取應(yīng)能基本反映測量值的準(zhǔn)確度或精密度。 根據(jù)表數(shù)據(jù)U 軸可選1mm對應(yīng)于0.10V，I 軸可選1mm對應(yīng)于0.20mA，并可定坐標(biāo)紙的大小（略大于坐標(biāo)范圍、數(shù)據(jù)范圍） 約為130mm130mm。作圖步驟：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)列表如下. 表1：伏安法測電阻實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作圖法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)2、標(biāo)明坐標(biāo)軸： 用粗實(shí)線畫坐標(biāo)軸，用箭頭標(biāo)軸方向，標(biāo)坐標(biāo)軸的名稱或符號、

6、單位,再按順序標(biāo)出坐標(biāo)軸整分格上的量值。I (mA)U (V)8.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.0002.004.006.008.0010.001.003.005.007.009.003、標(biāo)出實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，用“ + ”、“ ”、“ ” 符號表示。4、連線：根據(jù)標(biāo)出實(shí)驗(yàn)點(diǎn)連成直線或光滑曲線，實(shí)驗(yàn)點(diǎn)要均勻分布在所畫線的兩側(cè)。標(biāo)出圖線特征：在圖上空白位置標(biāo)明實(shí)驗(yàn)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直線上相距較遠(yuǎn)處讀取兩點(diǎn) A、B 的坐標(biāo)就可求出 R 值。I (mA)U (V)8.004.0020.0016.0012.0

7、018.0014.0010.006.002.0002.004.006.008.0010.001.003.005.007.009.00標(biāo)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)至此一張圖才算完成作圖比例：U 軸:1mm0.10V I 軸:1mm0.20mA圖名：伏安特性曲線 作圖者：xxx由圖上A、B兩點(diǎn)可得被測電阻R為：不當(dāng)圖例1：應(yīng)改為：曲線太粗，不均勻，不光滑定容氣體壓強(qiáng)溫度曲線 1.20001.60000.80000.4000圖3P(105Pa)t()60.00140.00100.00o120.0080.0040.00

8、20.00圖紙使用不當(dāng)。實(shí)際作圖時，坐標(biāo)原點(diǎn)的讀數(shù)可以不從零開始。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：（三）逐差法（牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)）（四）曲線改直 （如PV=C） PV圖線是曲線，P 圖線是直線。（五）最小二乘法逐差法具體: 測量得到的偶數(shù)組數(shù)據(jù)分成前后2組 將對應(yīng)項(xiàng)分別相減 最后再求最佳值1 2 3 4 5 6 7 8x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 x8 y1 y2 y3 y4 y5 y6 y7 y8最佳值作圖法 簡單直觀,但隨意

9、性大采用逐差法可避免 牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)習(xí)題（p.50）：1、3、5、7、8(1)、(3) 、9、12(1)。作圖作業(yè)要求做在實(shí)驗(yàn)報告紙上。作圖使用毫米方格紙。(到F114買方格紙)實(shí)驗(yàn)儀器的使用方法游標(biāo)卡尺結(jié)構(gòu)游標(biāo)卡尺由主尺和副尺（游標(biāo)尺）組成。主尺的分度為1mm，游標(biāo)尺用于讀出不足1mm的數(shù)值。它有10個分度格、20個分度格、和50個分度格幾種。0.02mm主尺游標(biāo)尺原理游標(biāo)尺上n個分度格長主尺上（n-1）個分度格長。nb=(n-1)a，（a、b分別為主尺和游標(biāo)尺的分度格長）， ，稱為游標(biāo)尺的分度值。0.02mm主尺游標(biāo)尺10分度游標(biāo)尺，分度值為十分之一毫米 20分度游標(biāo)尺，分度值為二十分之一毫米

10、 50分度游標(biāo)尺，分度值為五十分之一毫米 分度值是儀器所標(biāo)示的最小分劃單位。讀數(shù)方法 先讀出主尺的準(zhǔn)確刻度值（以游標(biāo)尺的零刻線為基準(zhǔn)），再找出主尺與游標(biāo)尺對齊的刻線，把此刻線所在的游標(biāo)值讀出，兩數(shù)值相加后，得出結(jié)果。10分度游標(biāo)卡尺（0.1mm）末位的讀數(shù)為09游標(biāo)尺 主尺6 7 61.7mm0312456789020分度游標(biāo)尺（0.05mm）游標(biāo)尺0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0主尺 15 16 17152.60 mm末位的讀數(shù)為0、5讀數(shù)方法 先讀出主尺的準(zhǔn)確刻度值（以游標(biāo)尺的零刻線為基準(zhǔn)），再找出主尺與游標(biāo)尺對齊的刻線，把此刻線所在的游標(biāo)值讀出，兩數(shù)值相加后，得出結(jié)果。讀數(shù)方法

11、 先讀出主尺的準(zhǔn)確刻度值（以游標(biāo)尺的零刻線為基準(zhǔn)），再找出主尺與游標(biāo)尺對齊的刻線，把此刻線所在的游標(biāo)值讀出，兩數(shù)值相加后，得出結(jié)果。61.42mm末位的讀數(shù)為2、4、6、8、050分度游標(biāo)尺（0.02mm）主尺游標(biāo)尺6 7 8 9 10 110 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0對圓形游標(biāo)，其原理和直形游標(biāo)相同，讀數(shù)方法也相同。對圓形游標(biāo)，其原理和直形游標(biāo)相同，讀數(shù)方法也相同。對圓形游標(biāo)，其原理和直形游標(biāo)相同，讀數(shù)方法也相同。螺旋測微器的構(gòu)造：APFTGHKKA、固定小砧P、可動小砧F 、U型框架G、固定尺H、可動尺K、旋鈕（又稱微分筒） K微調(diào)螺旋測微計（千分尺） 螺旋測微計是比游標(biāo)尺精

12、度更高的儀器。結(jié)構(gòu) 由微動螺桿、微分筒、棘輪等組成。微分筒轉(zhuǎn)動一周，微動螺桿后退或前進(jìn)一個螺距。接近待測物時，使用棘輪，以使壓力均勻。0450.01mm025mm螺桿微分筒棘輪鎖緊手柄微分筒轉(zhuǎn)動一周，微動螺桿后退或前進(jìn)一個螺距，一個螺距為0.5mm，微分筒一周分為50格，每一小格為0.01mm。儀器誤差：0450.01mm025mm螺桿微分筒棘輪鎖緊手柄0測量物體前，先轉(zhuǎn)動棘輪，使卡口合攏。轉(zhuǎn)動棘輪卡口合攏卡口合攏時，聽到“嗒嗒”聲后，讀出初讀數(shù)。0螺旋測微器的讀數(shù)原理：012固定刻度：每刻度為1毫米可動刻度每轉(zhuǎn)1周，可動小砧就沿軸線直進(jìn)（或退）0.5毫米，若旋轉(zhuǎn)n個最小分度（包括估讀分度），

13、則l=0.01n毫米。45040可動刻度：50等分主尺上的0.5毫米，每等分為0.01毫米測量讀數(shù)=固定刻度+半刻度+可動刻度（+估讀位）半刻度3固定刻度：0是否超過半刻度？不太清楚。看可動刻度：說明已經(jīng)超過半刻度線0545L= 0 + 0.5 + 0.006 = 0.506 mm螺旋測微器的讀數(shù)練習(xí)：00固定刻度：0是否超過半刻度？不太清楚。可動刻度：49.6說明沒有超過半刻度線0545L= 0 + 0 + 0.496 = 0.496 mm螺旋測微器的讀數(shù)練習(xí)：0 1 404535讀出下列測量結(jié)果：1.40504045357、請你讀出下列測量結(jié)果：0.9030 0545讀出下列測量結(jié)果：0.

14、502L0=0.000mm05450初讀數(shù)：初讀數(shù) 初讀數(shù)為負(fù)L00.006mm 初讀數(shù)為正L00.005mm0455004550待測物體長度末讀數(shù)初讀數(shù) L= L末L0045400L10.001mm0.001mm 10.000mm基本調(diào)整技術(shù)簡介零位調(diào)整：實(shí)驗(yàn)前需要檢查及校正儀器的零位水平、鉛直調(diào)整逐次各半逼近調(diào)整共軸調(diào)整：分粗調(diào)和細(xì)調(diào)消除視差直流交流常用電表性能標(biāo)志0.5電表級別（分7個級別）水平型直立型交直流兩用表電表等級的含義：等級為1.0的電流表的含義：用該表測出的數(shù)值可能包含的最大誤差，是該數(shù)值所在量程最大數(shù)值的如：一個量程為30mA的1.0級電流表，它測得的任一數(shù)值上包含的最大可

15、能誤差均為：使用電表應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）選擇合適的量程（2）注意電表的極性（3）電表在電路中的聯(lián)接（4）注意電表的性能標(biāo)志（5）注意視差（6）正確讀數(shù) 電表的讀數(shù)方法電表一般都為多量程，（實(shí)驗(yàn)中用到的C31A、C31V電表的量程為：7.5mA、15mA、30mA、75mA， 3V、7.5V、15V，）其量程可由使用者根據(jù)被測量的大小來選擇，讀數(shù)必須換算。電表讀數(shù)例：在相同量程下測量下列兩個量，由于表面示值大小不同，引起的相對誤差不同。相對誤差小相對誤差大 用電表測量物理量時，應(yīng)適當(dāng)選擇量程，使表面示值盡量大些，一般應(yīng)在三分之二以上。電流表外接電流表內(nèi)接電阻箱1000010001001010.

16、1面板圖實(shí)物圖電阻箱的規(guī)格： 1.總電阻：即最大電阻（上圖99999.9） 2.額定功率：使用電阻箱時，不得超過其額定功率或最大電流。（一般電阻箱的額定功率0.25W) 3.電阻箱的等級：根據(jù)其誤差的大小分為若干個等級，一般分為0.02，0.05，0.1，0.2等，它表示電阻值相對誤差的百分?jǐn)?shù)。例如0.1級當(dāng)電阻為662 時，其誤差為6620.10.7 1000010001001010.1變阻器：變阻器的用途是控制電路中的電流和電壓。變阻器的規(guī)格：1.全電阻：兩固定端間的電阻。2.額定電流：即變阻器所允許 通過的最大電流。 變阻器在電路中有兩種用法：制流電路：任何一固定端與滑動端串聯(lián)接在電路中

17、，另一端 空著不用。分壓電路：變阻器的兩個固定端分別與電源的兩極相聯(lián)，滑動端和一個固定端聯(lián)接到用電部分。電學(xué)實(shí)驗(yàn)的操作規(guī)程準(zhǔn)備： 根據(jù)電路圖放置儀器。聯(lián)線： 從電源正極出發(fā)沿主回路按順序進(jìn)行， 其次為支路。檢查： 自己復(fù)查，無誤后接通電源。實(shí)驗(yàn)： 實(shí)驗(yàn)中途調(diào)換儀器，改變接線時都要先 切斷電源。儀器不正常工作時也要先切斷 電源。整理： 數(shù)據(jù)通過簽字后，切斷電源后將所有儀器 放回原處，再離開實(shí)驗(yàn)室。 實(shí)驗(yàn)室常用的光學(xué)儀器的主要元件：透鏡、反射鏡、棱鏡、光柵等。常用的助視儀器：目鏡、望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡。常用的光源：熱輻射光源、氣體放電光源、激光光源。光學(xué)實(shí)驗(yàn)的操作規(guī)程使用光學(xué)元件時要輕拿、輕放，勿使元件

18、碰撞，避免損壞。任何時候都不能用手觸及光學(xué)表面。不要對著光學(xué)元件說話。光學(xué)面有沾污時，不要用手擦試，必要時可用鏡頭紙輕拭干凈。光學(xué)儀器中的機(jī)械部分，很多都經(jīng)過精密加工。要根據(jù)操作規(guī)程操作。每一個實(shí)驗(yàn)要求掌握：實(shí)驗(yàn)儀器的基本工作原理。實(shí)驗(yàn)的過程和現(xiàn)象觀察。實(shí)驗(yàn)儀器的調(diào)整。例題講解1.不確定度傳遞公式2.注意：令x-y=A，x+y=B的運(yùn)算是錯誤的，因?yàn)锳、B不是獨(dú)立變量。3.4用0.5級量程為7.5V的電壓表一次測量測得的電壓值為7.465V，試用不確定度表示電壓的測量結(jié)果：解： 例：測得金屬墊片的外徑 內(nèi)徑 厚度 求金屬墊片的體積解： 求墊片體積平均值 推導(dǎo)不確定度合成公式 求相對不確定度 測量結(jié)果表示 注意：實(shí)驗(yàn)報告上數(shù)據(jù)處理不要以這種形式出現(xiàn)數(shù)據(jù)處理：給出公式代入數(shù)據(jù)計算結(jié)果。報告格式與要求預(yù)習(xí)報告（寫專用實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報告紙上）實(shí)驗(yàn)名稱1.測量電路圖（光路圖）2.原始數(shù)據(jù)記錄表格3.預(yù)習(xí)思考題注意：做實(shí)驗(yàn)時必須有預(yù)習(xí)報告實(shí)驗(yàn)