大物實(shí)驗(yàn)-0緒論三

歡迎各位同學(xué)進(jìn)入物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心學(xué)習(xí)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)!中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心大學(xué)物理一級(jí)實(shí)驗(yàn)緒論物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心張?jiān)雒魑锢韺?shí)驗(yàn)課程體系如何學(xué)習(xí)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)(第一章)實(shí)驗(yàn)課程的安排、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)物理實(shí)驗(yàn)課的基本程序和要求測量的不確定度和數(shù)據(jù)處理(第二章)時(shí)間測量中隨機(jī)誤差的分布規(guī)律P62(下周)單擺的設(shè)計(jì)和研究P125(下周)物理系天文學(xué)系物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心天體物理近代物理系光學(xué)凝聚態(tài)物理

理論物理原子分子物理物理電子學(xué)粒子物理與核物理等離子體物理國家級(jí)重點(diǎn)學(xué)科省級(jí)重點(diǎn)學(xué)科光學(xué)與光學(xué)工程系實(shí)驗(yàn)課程數(shù)：15實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)：280年實(shí)驗(yàn)學(xué)生數(shù)：6500面向?qū)I(yè)數(shù)：37年實(shí)驗(yàn)人學(xué)時(shí)數(shù)：35萬教學(xué)簡況1－6級(jí)面上實(shí)驗(yàn)1、2級(jí)開放實(shí)驗(yàn)

一二年級(jí)三四年級(jí)知識(shí)和能力并重的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系開放實(shí)驗(yàn)自主設(shè)計(jì)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)論文競賽教學(xué)實(shí)驗(yàn)物理學(xué)從根本上來說是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)理論在物理學(xué)中占據(jù)了非常重要的地位，許多諾獎(jiǎng)獲得者都是因?yàn)樵诶碚摲矫娴耐黄菩载暙I(xiàn)。（近30年的諾獎(jiǎng)中：理論占30%，實(shí)驗(yàn)70%，理論家占28%，實(shí)驗(yàn)家占72%）但物理學(xué)的理論只有在實(shí)驗(yàn)上得到驗(yàn)證的才能真正成為真理.

歷史上許多理論消聲匿跡了，因?yàn)榈貌坏綄?shí)驗(yàn)的證明或違背實(shí)驗(yàn)。（如以太假論）FromProf.X.Wang丁肇中在中山大學(xué)談實(shí)驗(yàn)與理論實(shí)驗(yàn)在物理研究中具有突出地位，但理論也非常重要。一個(gè)實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家對(duì)理論一定要有深刻的了解，他做每一個(gè)實(shí)驗(yàn)都要尋求理論依據(jù)。但是理論又依賴于實(shí)驗(yàn)，再好的理論沒有實(shí)驗(yàn)證明都是無效的。

理論永遠(yuǎn)推翻不了實(shí)驗(yàn)，但實(shí)驗(yàn)可以推翻理論。當(dāng)實(shí)驗(yàn)把理論推翻了之后，可以尋找新的理論。理論是認(rèn)識(shí)事物的依據(jù)，實(shí)驗(yàn)是事實(shí)。StephenHawkin《時(shí)間簡史》

任何物理理論總是臨時(shí)性的：你永遠(yuǎn)不可能證明它。

不管多少回實(shí)驗(yàn)的結(jié)果和某一理論相一致，你永遠(yuǎn)不可能斷定下一次結(jié)果不會(huì)和它矛盾。另一方面，哪怕你只要找到一個(gè)和理論預(yù)言不一致的觀測事實(shí)，即可證偽之。每回觀察到與這預(yù)言相符的新的實(shí)驗(yàn)，則這理論就幸存，并且增加了我們對(duì)它的可信度；然而若有一個(gè)新的觀測與之不符，則我們只得拋棄或修正這理論。Hawkin關(guān)于黑洞的理論上個(gè)世紀(jì)70年代初，Hawkin提出了一個(gè)理論，即黑洞能夠發(fā)出放射物。這一理論在當(dāng)時(shí)引起極大的爭議，多數(shù)科學(xué)家認(rèn)為黑洞擁有非常強(qiáng)大的引力場以致沒有東西能夠逃離它們。其后，Hawkin的假說贏得了廣泛認(rèn)同，但未能證實(shí)。

而諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)只有實(shí)驗(yàn)證明一種新現(xiàn)象的前提下才會(huì)授予。

CERN的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）可能會(huì)證實(shí)Hawkin的預(yù)言。劍橋大學(xué)的BenAllanach博士說：“如果LHC證實(shí)了霍金輻射的存在，獲得諾貝爾獎(jiǎng)就不是什么難事了?！备吣芪锢韺?shí)驗(yàn)（加速環(huán)）高能物理實(shí)驗(yàn)（加速環(huán)）CERN歐洲核子中心27km2900employees(->2008)6000visitors20Memberstates+US,Canada,Japan,Russia,China,India,...Accelerators(LHC,2009)Detectors(ATLAS,

CMS,LHCb,ALICE)LargeHadronCollider大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)OverallViewoftheLHCExperiments4.5kmLHCKeyComponents2×8RFcavitiesMagnets:9300Dipole:1232B(max):8.33TLength:~46mRadius:~12mWeight:~7000tonsChannels:~108

Lcable:~3000kmATLASAveragedeformationsincerelease(Sept)=24.3mm(expected27mm,still~20%ofmuonspectrometerweighttogo)1913HeikeKamerlinghOnnes<<forhisinvestigationsonthepropertiesofmatteratlowtemperatureswhichled,interalia,totheproductionofliquidhelium>>超導(dǎo)被發(fā)現(xiàn)部分原因是一個(gè)小男孩思想開小差

荷蘭萊頓大學(xué)的HeikeKamerlinghOnnes在實(shí)現(xiàn)了He的液化而獲得了極低溫度后，想測量液He溫度下Hg的電阻，看它是否像LordKelvin所預(yù)言電子在絕對(duì)零度時(shí)停止運(yùn)動(dòng)，電阻為無限大。但他詫異地發(fā)現(xiàn)Hg的電阻在LHe溫度下變?yōu)榱恪ＫJ(rèn)為一定是樣品在哪處短路了，就想法修復(fù)，沒有成功。

一次，他們發(fā)現(xiàn)Hg的電阻很奇怪地自己恢復(fù)正常了。一查，發(fā)現(xiàn)看管溫度的男孩在值班時(shí)打瞌睡，溫度上升超過了4.2K的Hg的轉(zhuǎn)變溫度。短路不可能和溫度有關(guān)，應(yīng)該排除，Hg電阻的劇降應(yīng)該是一種固有特性。Onnes把這一現(xiàn)象稱為超導(dǎo)。1957ChenNingYang(楊振寧)andTsungDaoLee(李政道)?fortheirpenetratinginvestigationoftheso-calledparitylawswhichhasledtoimportantdiscoveriesregardingtheelementaryparticles>>

吳健雄用實(shí)驗(yàn)證實(shí)宇稱不守恒，但沒有得諾獎(jiǎng)1956年，李政道和楊振寧提出弱作用中宇稱可能不守恒。他們還提出了幾個(gè)可以用來驗(yàn)證宇稱不守恒的實(shí)驗(yàn)建議。但是，并不是馬上就有人響應(yīng)去做實(shí)驗(yàn)。一方面，大多數(shù)人不相信。Pauli曾說：“上帝不是弱的左撇子”。Feynman與人打賭，賠率為50:1。另一方面，宇稱不守恒的實(shí)驗(yàn)很難做。許多人認(rèn)為即使去做，最后結(jié)果一定是證明宇稱守恒。

吳健雄認(rèn)為宇稱守恒即使不被推翻，也應(yīng)被測試。她和美國國家標(biāo)準(zhǔn)局的學(xué)者合作，經(jīng)過約半年的努力，1957年1月9日凌晨2點(diǎn)吳健雄在美國NBS與其合作者舉行了小組內(nèi)慶祝。1月10日夜，吳健雄趕回哥倫比亞大學(xué)。1月15日下午，哥倫比亞大學(xué)物理系召開緊急會(huì)議，向公眾宣告宇稱守恒定律被推翻。

吳健雄的這一工作為什么沒有得到諾貝爾獎(jiǎng)？眾說紛紜。當(dāng)時(shí)曾有一種說法，說是因?yàn)橛性S多實(shí)驗(yàn)幾乎同時(shí)都證明宇稱不守恒，諾貝爾獎(jiǎng)不可能給許多人。比如與吳健雄的文章發(fā)表在同一期刊物上，僅差一頁，就有另一篇加爾文、勒德曼和溫利希的驗(yàn)證宇稱不守恒的文章。

其實(shí)，加爾文等的工作是受吳健雄等的啟發(fā)的，他們意識(shí)到，在π介子、μ子等的衰變鏈中也應(yīng)有大的不對(duì)稱性。于是，他們立刻去做這個(gè)衰變鏈的實(shí)驗(yàn)。

這個(gè)實(shí)驗(yàn)比吳健雄的Co-60實(shí)驗(yàn)要簡單得多，幾乎24小時(shí)就可出結(jié)果。果然，他們的實(shí)驗(yàn)很快也顯示出大的不對(duì)稱性。在加爾文等人的文章中明確寫明，他們是在得知吳健雄等實(shí)驗(yàn)的初步結(jié)果后才決定做實(shí)驗(yàn)的。

所以，吳健雄是第一個(gè)用實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證宇稱不守恒的人，她的首創(chuàng)性沒有任何疑問。

吳健雄未獲諾貝爾獎(jiǎng)，引起科學(xué)界的不平。諾貝爾獎(jiǎng)得主Rabi，楊政寧，李政道，Steinberger，Ramsey，Seaborg，Rainwater等，都認(rèn)為吳健雄是毫無疑問應(yīng)獲得諾貝爾獎(jiǎng)的。Steinberger認(rèn)為，不給吳健雄獎(jiǎng)是瑞典諾貝爾委員會(huì)的最大敗筆。

以色列人專為那些應(yīng)得但未得諾貝爾獎(jiǎng)?wù)叨O(shè)立了Wolf獎(jiǎng)，1978年第一個(gè)Wolf獎(jiǎng)金就頒給了吳健雄。

世界上一流的物理學(xué)家都公認(rèn)，吳健雄是唯一的從來沒有做過錯(cuò)誤試驗(yàn)的物理學(xué)家。人們相信，如果這個(gè)實(shí)驗(yàn)是吳健雄做的，那就一定是對(duì)的。1907年密立根在芝加哥大學(xué)開始做這個(gè)實(shí)驗(yàn)。他一開始用的是水滴。但是水滴很很容易揮發(fā)，只能對(duì)它們的運(yùn)動(dòng)情況做幾秒種的觀察。這時(shí)研究生哈維·弗雷徹加入了實(shí)驗(yàn)室。為了防止水滴蒸發(fā)，弗雷徹建議改用油滴做實(shí)驗(yàn)。在一天內(nèi)，弗雷徹制作了油滴實(shí)驗(yàn)的設(shè)備，并在當(dāng)天就進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，獲得了一個(gè)比較靠譜的數(shù)據(jù)。那一天密立根不在實(shí)驗(yàn)室，他第二天回到實(shí)驗(yàn)室后，看到了弗雷徹的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，非常興奮。此后兩個(gè)人一起工作，對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行了改進(jìn)。6周后，公布了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。密立根油滴實(shí)驗(yàn)

顯然，這個(gè)實(shí)驗(yàn)的論文應(yīng)該由兩人聯(lián)合發(fā)表。但密立根提醒弗雷徹，根據(jù)學(xué)校要求，研究生的博士論文必須單獨(dú)署名，不能有合作者。密立根建議，弗雷徹可以在以后的某篇論文單獨(dú)署名做為其博士論文，作為交換條件，這篇論文必須只署密立根一人的名字。弗雷徹雖然感到失望，但沒有辦法，同意了這一安排。于是在1910年密立根作為唯一作者發(fā)表了第一篇油滴實(shí)驗(yàn)的論文，并最終獲得諾獎(jiǎng)。1923年：關(guān)于基本電荷的研究以及驗(yàn)證光電效應(yīng)

1982年，弗雷徹死后發(fā)表的文章中才披露了這個(gè)秘密。雖然密立根在第一論文中也提到實(shí)驗(yàn)是由他和弗雷徹一起做的，但是不管怎么樣，剝奪研究生在參與設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)的論文的署名權(quán)，仍然是一種不正當(dāng)?shù)男袨椤?/p>

這樣，密立根通過有選擇性地刪除數(shù)據(jù)，獲得了漂亮的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并且在論文中誤導(dǎo)讀者。像這樣對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行修飾，不論是刪除不利數(shù)據(jù)還是增添有利數(shù)據(jù)，都是一種嚴(yán)重的學(xué)術(shù)不端行為。

密立根的問題還不限于此。1981年，阿蘭·富蘭克林研究了密立根的實(shí)驗(yàn)記錄本，發(fā)現(xiàn)密立根在1913年做了140次觀察，然而他把其中49次觀察的數(shù)據(jù)舍棄不用，只根據(jù)91次他認(rèn)為較好的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。但在論文中，他卻聲稱該論文“代表了所有的油滴實(shí)驗(yàn)”。如果把所有的數(shù)據(jù)都包括進(jìn)去，結(jié)果的誤差會(huì)加大。

現(xiàn)在看來，密立根當(dāng)時(shí)獲得的電荷e數(shù)值偏低，因?yàn)樗谟?jì)算空氣阻力時(shí)使用了不準(zhǔn)確的空氣粘滯系數(shù)。1974年，F(xiàn)eynman在Caltech畢業(yè)典禮發(fā)表的演說中提到一個(gè)有趣的現(xiàn)象：在密立根之后物理學(xué)家測定的e數(shù)值隨著時(shí)間的推移在不斷增大，每次只增大一點(diǎn)點(diǎn)。費(fèi)曼認(rèn)為這是由于后來的物理學(xué)家在測定e時(shí)，如果獲得的數(shù)值比密立根的數(shù)值高得多，就會(huì)想當(dāng)然地認(rèn)為自己測錯(cuò)了，回頭去找原因，舍去這些“高得離譜”的數(shù)據(jù)，只保留那些比較接近密立根數(shù)值的數(shù)據(jù)?？磥砀尚揎棓?shù)據(jù)勾當(dāng)?shù)奈锢韺W(xué)家還不在少數(shù)呢。學(xué)習(xí)Onnes在“科學(xué)找到考慮這些事實(shí)的新思路。”學(xué)習(xí)丁肇中的科學(xué)精神：“要對(duì)自己有信心，做你認(rèn)為正確的事，不要懼怕困難，不要因?yàn)榇蠖鄶?shù)人的反對(duì)而改變。”不要犯Millikan那樣的錯(cuò)誤，要謹(jǐn)慎對(duì)待成果的合作者，要有懷疑精神，不要修飾數(shù)據(jù)。學(xué)習(xí)吳健雄，做一個(gè)人人信得過的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家。持之以恒，不放棄，不拋棄，要折騰。養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣，認(rèn)真分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)環(huán)境。在實(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)自己的創(chuàng)新能力。遵守實(shí)驗(yàn)室操作規(guī)程和安全規(guī)則。Top10MostBeautifulExperimentsinPhysicsApollofthe<PhysicsWorld>RobertPCreasereported,

Sept20021Young‘s雙縫實(shí)驗(yàn)用于單個(gè)電子的干涉(開放)

2Galileo‘s自由落體實(shí)驗(yàn)(1600s)(隨時(shí)隨地)3Millikan‘s油滴實(shí)驗(yàn)

(1910s)(一級(jí))4Newton‘s三棱鏡分解陽光

(1665-1666)(二級(jí))5Young‘s光干涉實(shí)驗(yàn)(1801)(一級(jí))6Cavendish‘s扭擺實(shí)驗(yàn)(1798)(開放)7Eratosthenes‘測量地球周長(3rdcenturyBC)8Galileo‘s斜面上滾動(dòng)球?qū)嶒?yàn)(1600s)(開放)9Rutherford‘s背散射(1911)(三級(jí))10Foucault‘s擺(1851)(開放)1.Young'sdouble-slitexperimentappliedtotheinterferenceofsingleelectrons2.Galileo'sexperimentonfallingbodies (1600s)3.Newton'spositionofsunlightwithaprism(1665-1666)4.Millikan'soil-dropexperimentRobertAMillikan(1910s)5.Young’sdoubleslitlight-interferenceexperimentThomasYoung(1801)6Cavendish'storsion-barexperiment(1798)HenryCavendish7Eratosthenes'measurementoftheEarth's circumference(3rdcenturyBC)8Galileo'sexperimentswithrollingballs downinclinedplanes(1600s)9Rutherford'sdiscoveryofthenucleus(1911) ErnestRutherford埃拉托色尼地理學(xué)之父

第一個(gè)提出設(shè)想在夏至日那天，分別在兩地同時(shí)觀察太陽的位置，并根據(jù)地物陰影的長度之差異，加以研究分析，從而總結(jié)出計(jì)算地球圓周的科學(xué)方法。10.FoucaultpendulumJeanBernardLeonFoucaulttodemonstratethespinofearthThefirstFoucaultpendulumexhibitedtothepublicwasin1851,suspendeda28Kgbobbya67metrewirefromthedomeofthePantheon(先哲祠)inParis萬向節(jié)演示出地球的自轉(zhuǎn)現(xiàn)象地球轉(zhuǎn)動(dòng)緩慢，需要一個(gè)比較長的擺線才能顯示出軌跡的差異因?yàn)榭諝庾枇?，這個(gè)系統(tǒng)必須擁有足夠的機(jī)械能懸掛擺線的地方必須允許擺線在任意方向運(yùn)動(dòng)物理學(xué)理論物理實(shí)驗(yàn)物理理論指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)從實(shí)驗(yàn)中創(chuàng)建理論1956：李楊定律1957：吳健雄宇稱實(shí)驗(yàn)光電效應(yīng)1924：德布羅意波1927：戴維遜－革末電子衍射實(shí)驗(yàn)低溫超導(dǎo)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課獨(dú)立課程與理論課相互輔助學(xué)過的理論可以指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)做過的實(shí)驗(yàn)加深理論的理解知識(shí)更新一級(jí)物理實(shí)驗(yàn):科學(xué)實(shí)驗(yàn)的入門課實(shí)驗(yàn)思想方法和技能訓(xùn)練的開端后續(xù)實(shí)驗(yàn)課程的基礎(chǔ)一級(jí)物理實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容:基本量的測量基本實(shí)驗(yàn)儀器的使用基本實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練基本測量方法數(shù)據(jù)處理、誤差分析知識(shí)點(diǎn)：力、熱、電、光、近代物理物理實(shí)驗(yàn)課的基本程序和要求預(yù)習(xí):

預(yù)習(xí)報(bào)告包括實(shí)驗(yàn)名稱、實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理、不超過一頁紙，手寫不寫預(yù)習(xí)報(bào)告不允許做實(shí)驗(yàn)！實(shí)驗(yàn)： 原始數(shù)據(jù)需要老師簽字。

不能抄數(shù)據(jù)、湊數(shù)據(jù)，按零分計(jì)算

！實(shí)驗(yàn)完成必須整理儀器！實(shí)驗(yàn)報(bào)告： 實(shí)驗(yàn)名稱、實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)原理、數(shù)據(jù)處理、思考題。計(jì)算要有過程。

一級(jí)物理實(shí)驗(yàn)成績?cè)u(píng)定預(yù)習(xí)15%操作45%報(bào)告40%上課時(shí)間：下午：2:00—5:00晚上：7:00—10:00

遲到扣分標(biāo)準(zhǔn)：超過15分鐘，不允許做實(shí)驗(yàn)！2分/5分鐘；5分/10分鐘；10分/15分鐘

實(shí)驗(yàn)報(bào)告： 手寫報(bào)告閱后發(fā)還,分?jǐn)?shù)及時(shí)上傳到教學(xué)平臺(tái)上，核查是否有誤。電子報(bào)告，當(dāng)周內(nèi)學(xué)生可以重新修改上傳；老師在第二周方可批閱。老師閱后學(xué)生就無法再次修改。電子版報(bào)告需寫學(xué)號(hào)和姓名。學(xué)生要按時(shí)交報(bào)告，老師要按時(shí)發(fā)報(bào)告,歡迎就實(shí)驗(yàn)中的科學(xué)問題與老師交流。

手寫和電子版報(bào)告都需要寫預(yù)習(xí)報(bào)告,預(yù)習(xí)報(bào)告和老師簽字的原始數(shù)據(jù)在交正式報(bào)告的時(shí)候要交上來。如果是手寫報(bào)告，預(yù)習(xí)報(bào)告可以作為正式報(bào)告的一部分。

一級(jí)物理實(shí)驗(yàn)課表實(shí)驗(yàn)室1310142214241413132214211409132714231417負(fù)責(zé)教員黃環(huán)浦其榮黃雙安梁燕趙霞陸紅琳霍劍青陶小平王曉蒲蔣作宏實(shí)驗(yàn)室老師鄭虹胡勇郭強(qiáng)張宏昌談爾強(qiáng)甄素貞汪啟昕郭華菊鄭虹胡勇郭強(qiáng)實(shí)驗(yàn)名稱1．分光計(jì)的調(diào)節(jié)和使用(1)2．分光計(jì)的調(diào)節(jié)和使用(2)1．切變模量的測量固體比熱容的測量1．用示波器測量時(shí)間2．交流電及整流濾波電路1．光電效應(yīng)法測普朗克常數(shù)2．密立根油滴實(shí)驗(yàn)測電子電荷1．直線運(yùn)動(dòng)中速度的測量碰撞過程中守恒定律的研究1．半導(dǎo)體溫度計(jì)的設(shè)計(jì)與制作2．用熱敏電阻測量溫度1．用天平測量質(zhì)量2．鋼絲楊氏模量的測量1．干涉法測微小量2．透鏡參數(shù)的測量1．測量螺線管的磁場2．直流電表和直流測量電路1．落球法測定液體的粘度2．表面張力系數(shù)的測定一下1組少年班20人曹宏睿2組少年班20人吳以治3組少年班20人劉應(yīng)玲4組少年班19人梁燕5組少年班18人趙霞6組少年班18人芮先宏7組少年班18人郭玉剛8組少年班18人羅敏杰9組少年班18人袁泉10組少年班18人冀偉田二下21組管理學(xué)院20人呂翠紅22組管理學(xué)院20人吳以治23組管理學(xué)院20人習(xí)建博24組管理學(xué)院19人唐學(xué)峰25組管理學(xué)院9人五系9人浦其榮26組五系18人陸紅琳27組五系18人趙偉28組五系18人劉虹宏29組五系18人蔡俊30組五系16人理2班2人趙峰名單名單第一個(gè)實(shí)驗(yàn)第一個(gè)實(shí)驗(yàn)第二個(gè)實(shí)驗(yàn)第二個(gè)實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)

每個(gè)實(shí)驗(yàn)室做兩周實(shí)驗(yàn)

兩周實(shí)驗(yàn)后循環(huán)到下一個(gè)實(shí)驗(yàn)室對(duì)號(hào)入座物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息平臺(tái)http://本人學(xué)號(hào)123學(xué)生屬性注意事項(xiàng)遲到15分鐘以上不得做實(shí)驗(yàn)學(xué)生不得擅自調(diào)課病假要有醫(yī)院證明，事假要有系教學(xué)主任和教務(wù)處處長簽字的假條。以后可另行補(bǔ)做，否則按曠課處理。補(bǔ)做實(shí)驗(yàn)需插空補(bǔ)。遇法定節(jié)假日和全?；顒?dòng)，跳過一次課，系級(jí)活動(dòng)不得影響教學(xué)。保持實(shí)驗(yàn)室衛(wèi)生、不吃零食、避免大聲喧嘩報(bào)告抄襲按零分處理實(shí)驗(yàn)安全電學(xué)安全實(shí)驗(yàn)完成要整理!光學(xué)安全儀器使用安全實(shí)驗(yàn)報(bào)告姓名班級(jí)年月日

實(shí)驗(yàn)名稱實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)原理(簡要，以自己的語言)測量記錄數(shù)據(jù)處理誤差分析、思考討論原始數(shù)據(jù)到那個(gè)實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)就在該實(shí)驗(yàn)室交實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)答疑:1.信息平臺(tái)2.熱線：3606943周三下午3:30—5:00房間號(hào)：1419(第五周開始)3、課程負(fù)責(zé)：浦其榮電話：3601856辦公室：1306Email：第二章

測量的不確定度和數(shù)據(jù)處理誤差測量直接測量：長度，質(zhì)量，時(shí)間等間接測量：重力加速度，速度等等精度測量：同人、同法、同儀器、同條件對(duì)同物進(jìn)行多次測量真值：物理量的真實(shí)值(一般不知道)測量的正確度、精密度、精確度結(jié)果比較接近客觀實(shí)際的測量：正確度高，表示系統(tǒng)誤差的大小結(jié)果彼此相近的測量：精密度高，隨機(jī)性的大小(彌散程度)既正確又精密的測量：精確度高(系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差的大小)測量誤差=測量值-真值誤差類別系統(tǒng)誤差公式近似儀器結(jié)構(gòu)不完善環(huán)境條件：環(huán)境誤差生理、心理因素特點(diǎn)：恒定，經(jīng)驗(yàn)積累減小誤差

偶然誤差:隨機(jī)性系統(tǒng)誤差公式近似：理論誤差單擺：絕熱系統(tǒng)：補(bǔ)償法伏安法測電阻內(nèi)接法外接法lAVRxAVRx減小電表內(nèi)阻引起的誤差系統(tǒng)誤差

儀器誤差： 結(jié)構(gòu)不完善 螺旋測微計(jì)零點(diǎn)不準(zhǔn)確(校準(zhǔn))

天平不等臂(交換)系統(tǒng)誤差

個(gè)人誤差：生理、心理因；按鈕超前、滯后，斜視

偶然誤差特點(diǎn)：隨機(jī)性，服從正態(tài)分布(單峰、對(duì)稱、有界、抵償性)抵償性：多次測量，增加測量次數(shù)減小偶然誤差但不能消除測量不確定度A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度：由觀測列統(tǒng)計(jì)分析評(píng)定也稱統(tǒng)計(jì)不確定度(多次等精度測量)B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度：不用統(tǒng)計(jì)分析評(píng)定，也稱非統(tǒng)計(jì)不確定度(單次測量、儀器誤差、估計(jì)誤差)測量誤差=測量值-真值一般不知道!!如何描述？不確定度測量誤差物理量Y待測量測量值：單次，多次平均，間接測量值不確定度不確定度：代表測量值N不確定的程度，也是對(duì)測量誤差的可能值的測度，對(duì)待測真值可能存在的范圍的估計(jì)。測量結(jié)果范圍：置信概率：100%，Δx：極限不確定度，e完整表達(dá)物理量：數(shù)值，單位，不確定度相對(duì)不確定度：置信區(qū)間大，置信概率大校準(zhǔn)差：大小標(biāo)志測量列的離散程度，<100%不確定度的估計(jì)平均值定義(貝塞爾公式)：測量列的標(biāo)準(zhǔn)差平均值的標(biāo)準(zhǔn)差直接測量結(jié)果的不確定度：待測物理量處在上的概率為68.3%3σ稱極限誤差.測量次數(shù)無限多時(shí),測量誤差的絕對(duì)值大于3σ的概率僅為0.3%,對(duì)于有限次測量,這種可能性是微乎其微,因此可以認(rèn)為是測量失誤,應(yīng)予以剔除.測量次數(shù)很少時(shí)，不確定度修正

擴(kuò)大置信區(qū)間獲得相同的概率

tp與測量次數(shù)有關(guān)見：P30

n/t/p34567891080.681.311.091.081.071.0610.902.922.352.132.021.941.861.831.761.650.954.303.182.782.572.462.372.312.261.960.999.935.844.604.033.713.503.363.252.58單次測量的誤差估計(jì)

只能取儀器誤差作為單次測量結(jié)果的誤差，或者根據(jù)測量條件、儀器誤差以及測量者的技術(shù)對(duì)單次測量結(jié)果的誤差作出恰當(dāng)?shù)姆蠈?shí)際的估計(jì)。

估計(jì)誤差通常小于儀器的最大允差

。

置信概率：100%正態(tài)分布，B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度：C：置信系數(shù)，與儀器測量誤差的分布概率有關(guān)正態(tài)分布：均勻分布：三角分布：正態(tài)分布下，概率為P的測量值B類不確定度：置信因子，P32與儀器有關(guān)，P32正態(tài)分布均勻分布均勻分布三解分布正態(tài)分布

對(duì)于刻度式儀表,估算誤差Δ估常常取最小分度值的二分之一；對(duì)于數(shù)字式儀表，則取其穩(wěn)定顯示最末位數(shù)的一個(gè)最小單位。合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度展伸不確定度展伸不確定度忽略不同分布的差別，儀器允差、估計(jì)誤差都當(dāng)成均勻分布對(duì)待合成時(shí),各測量值具有相同的置信概率,這樣合成后,最終結(jié)果的不確定度才有共同的置信概率.測量結(jié)果的表示:

Δ儀=量程級(jí)別%（模擬式）例:量程為100伏的1級(jí)電壓表，測量一個(gè)電池的電動(dòng)勢為1.5V。儀表的不確定度為1.0V。若量程為10伏，則降低到0.1V。

Δ儀=讀數(shù)級(jí)別的百分?jǐn)?shù)+最末位幾個(gè)單位（數(shù)字式）例:如某精度為1.0級(jí)的三位半電表，用100.0伏量程測量電池電動(dòng)勢，讀數(shù)為1.5V.按其說明書,讀數(shù)乘級(jí)別的1%,再加上末位的(譬如)5個(gè)單位。則測量結(jié)果的不確定度為(0.015+0.5)V=0.52V。改用10.00V量程，則為（0.015+0.05）=0.065V。儀器的精確度等級(jí)指針電表級(jí)別：5.0,2.0,1.5,1.0,0.5,0.2,0.1最大允差：量程X級(jí)別%數(shù)字電表：讀數(shù)XC%+最未位幾個(gè)單位鋼卷尺：1m/1mm/+-0.8mm,2m/1mm/+-1.2mm游標(biāo)卡尺：125mm/0.02mm/+-0.02mm

300mm/0.02mm/+-0.05mm螺旋測微器：25mm/0.01mm/+-0.004mmP26方和根合成算術(shù)合成函數(shù)形式間接測量，不確定度的傳遞標(biāo)準(zhǔn)方法簡單方法棄用?。≌`差傳遞的基本公式：間接測量量:是彼此獨(dú)立的直接測量量.利用全微分公式:(1)先取對(duì)數(shù),再求全微分,

(2)兩邊取平方根據(jù)高斯誤差定律，測量次數(shù)足夠，正誤差和負(fù)誤差出現(xiàn)概率相等，對(duì)上式求和，則：

不確定度的合成最大不確定度（僅用于設(shè)計(jì)，不用于數(shù)據(jù)處理！）

在很多情況下,往往只需粗略估計(jì)不確定的大小,可采用較為保守的線性(算術(shù))合成法則標(biāo)準(zhǔn)不確定度：L=2.350+-0.012(cm)最大不確定度：L=2.350+-0.051(cm)兩邊取對(duì)數(shù)得：求全微分得：將微分號(hào)變?yōu)椴淮_定度符號(hào)：

合并同類項(xiàng)：不確定度分析的意義

不確定度表征測量結(jié)果的可靠程度，反映測量的精確度。更重要的是人們?cè)诮邮芤豁?xiàng)測量任務(wù)時(shí)，要根據(jù)對(duì)測量不確定度的要求設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，選擇儀器和實(shí)驗(yàn)環(huán)境。在實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)后，通過對(duì)不確定度大小及其成因的分析，找到影響實(shí)驗(yàn)精確度