大學物理實驗緒論課10112

實驗報告物理實驗成績評定方法第6頁/共37頁實驗操作要求遵守實驗室規(guī)則；了解實驗儀器的使用及注意事項；正式測量之前可作試驗性探索操作；仔細觀察和認真分析實驗現象；如實記錄實驗數據和現象;

用鋼筆或圓珠筆記錄數據，原始數據不得改動整理儀器，清掃實驗室。第7頁/共37頁

大學物理實驗緒論課

-----測量、誤差和數據處理1.

測量與誤差2.

測量的不確定度3.

有效數字4.

實驗數據處理第8頁/共37頁

1.測量與誤差1.1

測量1.2

誤差1.3

誤差的分類第9頁/共37頁

物理實驗以測量為基礎，所謂測量，就是用合適的工具或儀器，通過科學的方法，把被測物理量與選作標準單位的同類物理量進行比較的過程，其比值即為被測物理量的測量值。1.1測量第10頁/共37頁被測量的測量結果用數值（標準量的倍數）、標準量的單位（物理實驗中一般采用SI制）以及結果可信賴的程度（不確定度）來表示。沒有單位的物理量是沒有意義的！1.1測量注意：在國際單位制（SI制）中，以米、秒、千克、安培、開爾文、摩爾和坎德拉作為基本單位，其他量都由以上七個單位導出，稱為國家單位制的導出單位。第11頁/共37頁

因此，測量的必要條件是被測物理量、標準量及操作者。測量結果應包含數字和單位，必要時還要給出測量所用的量具或儀器，測量的方法及條件等。

數值單位第12頁/共37頁測量的分類直接測量

將待測物理量與選定的同類物理量的標準單位相比較直接得到的測量值。234567890第13頁/共37頁2.間接測量：利用直接測量的量與被測量之間的已知函數關系，求得該被測物理量。如：測圓柱體的體積hd第14頁/共37頁1.2

誤差

在實際的測量過程中,由于測量儀器、測量方法、測量條件和測量人員的水平以及種種因素的局限,不可能使測量結果與客觀存在的真實值之間完全相同,我們所測得的只能是某物理量的近似值。

任何一種測量結果的量值與真值之間總會或多或少地存在一定的差值,將其稱為該測量值的測量誤差,簡稱“誤差”,誤差的大小反映了測量的準確程度。第15頁/共37頁絕對誤差=測量值－真值相對誤差=真值是一個理想的概念，一般說來是不知道的，實際測量中有時采用已修正過的被測量的算術平均值來代替真值，稱為約定真值。誤差的表示

絕對誤差

真值第16頁/共37頁

平均值假定對一個物理量進行了n次測量，測得的值為xi(i=1,2，…，n)

可以用多次測量的算術平均值作為被測量的最佳估計值，測量次數n為無窮大時，算術平均值等于真值。

多次測量的平均值第17頁/共37頁誤差的來源來源測量過程中產生

處理測量數據時產生

儀器方法環(huán)境主觀

誤差的消除或減小是實驗技能問題，采取各種措施將它降低到最小程度。第18頁/共37頁1.3

誤差的分類（1）系統誤差

在相同條件下（指方法、儀器、環(huán)境、人員）多次重復測量同一量時，誤差的大小和符號（正、負）均保持不變或按某一確定的規(guī)律變化，這類誤差稱為系統誤差，它的特征是確定性。前者稱為定值系統誤差，后者稱為變值系統誤差。第19頁/共37頁天平不等臂所造成的系統誤差儀器誤差第20頁/共37頁如：螺線管磁場公式成立條件是螺線管為無限長，管壁磁漏可忽略。

由于理論推導中的近似,產生的系統誤差。理論誤差第21頁/共37頁環(huán)境因素光點檢流計接近時，靜電干擾，使光斑移動等。第22頁/共37頁（2）偶然誤差

偶然誤差也被稱為隨機誤差，是由實驗中多種因素的微小變動所引起的。溫度忽高忽低氣流飄忽不定電壓漂移起伏第23頁/共37頁偶然誤差沒有規(guī)律,其大小和方向也都是不可預知的。但對一個量進行足夠多次的測量,則會發(fā)現它們的偶然誤差是按一定的統計規(guī)律分布的,最最典型和常見的分布規(guī)律是正態(tài)分布規(guī)律。第24頁/共37頁

2

測量的不確定度

由于測量誤差的存在而對被測量值不能確定的程度即為測量的不確定度,它給出測量結果不能確定的誤差范圍。一個完整的測量結果不僅要標明其量值大小,還要標出測量的不確定度,以表明該測量結果的可信賴程度。

通常不確定度按計算方法分為兩類,即用統計方法對具有隨機誤差性質的測量值計算獲得的A類分量,以及用非統計方法計算獲得的B類分量第25頁/共37頁3.

有效數字的一般概念從數據左起第一位非零數字起，到右邊的全部數字稱為有效數字。有效數字的最末一位是誤差所在位，即是有誤差的數字。

有效數字=準確數字+一位欠準數字第26頁/共37頁數學：

物理實驗：

01234(a)分度值1mm

L=3.23cm三位有效數字01234(b)分度值1cm

L=3.3cm二位有效數字第27頁/共37頁注意以下幾點：各欄目都要注明名稱和單位。欄目的順序應充分注意數據間的聯系和計算順序，力求簡明、齊全、有條理。反映測量值函數關系的數據表格，應按自變量由小到大或由大到小的順序排列。列表法處理數據

4.

實驗數據處理第28頁/共37頁

表1不同溫度下的金屬電阻值n1234567T(C)10.526.038.351.062.875.585.7R()10.42310.89211.20111.58612.02512.34412.670物理量的名稱（符號）和單位有效數字正確第29頁/共37頁基本測量第30頁/共37頁電位差計測量微小電壓箱式電位差計

第31頁/共37頁等厚干涉現象的觀察和測量讀數顯微鏡和光學劈尖

第32頁/共37頁空氣比熱容比的測定第33頁/共37頁扭擺法測定物體轉動慣量轉動慣量實驗儀第34頁/共37頁光電效應測普朗克常數光電效應實驗儀

第35頁/共37頁穩(wěn)恒的電流場模擬靜電場靜電場描繪電源和靜電場測試儀