成型12-1大學物理實驗

大學物理實驗杜正良

duzhengliang@126.com675530理論部分主要內(nèi)容：一、物理實驗的作用與過程二、測量的基礎知識三、誤差的基本性質(zhì)與處理四、誤差的合成與分配五、測量不確定度六、有效數(shù)字七、物理實驗中的數(shù)據(jù)處理方法八、應用例題物理實驗的作用

提出、解決應用性問題如何測量以下三種材料的密度？材料的比熱測量？

Q=cmΔT①預習

做什么、怎么做—實驗能否取得主動的關鍵②實驗過程

膽大心細—實驗的主要過程③實驗報告—實驗的總結，評分的依據(jù)二物理實驗的三環(huán)節(jié)

周次月日實驗、實習項目、課程設計名稱實驗、實習、課程設計具體地點時數(shù)作業(yè)或?qū)嶒?、實習報?9.5緒論(怎樣做好物理實驗)第1章

實驗誤差與不確定度評定1.1測量與誤差1.2測量的不確定度評定和測量結果的表示西校區(qū)1-3012習題3、429.121.3有效數(shù)字及其運算規(guī)則第2章

數(shù)據(jù)的處理的基本方法習題講解西校區(qū)1-3012習題6、8、9-1、9-5、10周次月日實驗、實習項目、課程設計名稱實驗、實習、課程設計具體地點時數(shù)作業(yè)或?qū)嶒?、實習報?9.191彈簧振子周期的測量5用三線擺測量物體的轉動慣量西校區(qū)1-3012預習報告49.261彈簧振子周期的測量5用三線擺測量物體的轉動慣量西校區(qū)1-3012實驗報告610.101彈簧振子周期的測量5用三線擺測量物體的轉動慣量西校區(qū)1-3012實驗報告710.172冷卻法測量金屬的比熱容6液體的表面張力系數(shù)測量西校區(qū)1-4142預習報告810.242冷卻法測量金屬的比熱容6液體的表面張力系數(shù)測量西校區(qū)1-4142實驗報告910.312冷卻法測量金屬的比熱容6液體的表面張力系數(shù)測量西校區(qū)1-4142實驗報告1011.73用CCD成像系統(tǒng)觀測牛頓環(huán)7光敏電阻基本特性的測量西校區(qū)1-5032預習報告1111.143用CCD成像系統(tǒng)觀測牛頓環(huán)7光敏電阻基本特性的測量西校區(qū)1-5032實驗報告1211.213用CCD成像系統(tǒng)觀測牛頓環(huán)7光敏電阻基本特性的測量西校區(qū)1-5032實驗報告1311.284霍爾法測量線圈的磁場8示波器的使用西校區(qū)1-5052預習報告1412.54霍爾法測量線圈的磁場8示波器的使用西校區(qū)1-5052實驗報告1512.124霍爾法測量線圈的磁場8示波器的使用西校區(qū)1-5052實驗報告1612.19設計性實驗：實驗任務布置西校區(qū)1-2272實驗設計方案1712.26設計性實驗西校區(qū)1-2272實驗總結報告設計性實驗拋射體運動的照相法研究教師實驗分工高鳳梅：實驗2、6；王懷軍：實驗3、7；章國榮：實驗4、8；杜正良：緒論、第1章、第2章；實驗1、5；設計性實驗。第1章實驗誤差與不確定度1什么是測量？2測量怎么分類？M，ρ測量數(shù)據(jù)1

kg誤差（Error）：誤差測得值真值＝－真值（TrueValue）：觀測一個量時，該量本身所具有的真實大小。4誤差的定義及表示法

為了減小測量誤差，提高測量準確度，就必須了解誤差來源。而誤差來源是多方面的，在測量過程中，幾乎所有因素都將引入測量誤差。主要來源

測量裝置誤差

測量環(huán)境誤差

測量方法誤差

測量人員誤差

二、誤差的來源

測量裝置誤差標準器件誤差儀器誤差附件誤差以固定形式復現(xiàn)標準量值的器具，如標準電阻、標準量塊、標準砝碼等等，他們本身體現(xiàn)的量值，不可避免地存在誤差。一般要求標準器件的誤差占總誤差的1/3～1/10。測量裝置在制造過程中由于設計、制造、裝配、檢定等的不完善，以及在使用過程中，由于元器件的老化、機械部件磨損和疲勞等因素而使設備所產(chǎn)生的誤差。

測量儀器所帶附件和附屬工具所帶來的誤差。

設計測量裝置時，由于采用近似原理所帶來的工作原理誤差

組成設備的主要零部件的制造誤差與設備的裝配誤差設備出廠時校準與定度所帶來的誤差讀數(shù)分辨力有限而造成的讀數(shù)誤差

數(shù)字式儀器所特有的量化誤差

元器件老化、磨損、疲勞所造成的誤差測量環(huán)境誤差指各種環(huán)境因素與要求條件不一致而造成的誤差。

對于電子測量，環(huán)境誤差主要來源于環(huán)境溫度、電源電壓和電磁干擾等

激光光波波長測量中，空氣的溫度、濕度、塵埃、大氣壓力等會影響到空氣折射率，因而影響激光波長，產(chǎn)生測量誤差。高精度的準直測量中，氣流、振動也有一定的影響測量方法誤差

指使用的測量方法不完善，或采用近似的計算公式等原因所引起的誤差，又稱為理論誤差如用均值電壓表測量交流電壓時，其讀數(shù)是按照正弦波的有效值進行刻度，由于計算公式中出現(xiàn)無理數(shù)和，故取近似公式，由此產(chǎn)生的誤差即為理論誤差。測量人員誤差測量人員的工作責任心、技術熟練程度、生理感官與心理因素、測量習慣等的不同而引起的誤差。為了減小測量人員誤差，就要求測量人員要認真了解測量儀器的特性和測量原理，熟練掌握測量規(guī)程，精心進行測量操作，并正確處理測量結果。誤差絕對誤差相對誤差系統(tǒng)誤差隨機誤差表示形式性質(zhì)特點三、誤差分類

絕對誤差（AbsoluteError）

測得值

被測量的真值，常用約定真值代替

絕對誤差特點：1)絕對誤差是一個具有確定的大小、符號及單位的量。2)給出了被測量的量綱，絕對誤差的單位與測得值相同。x＝x－x0絕對誤差測得值真值＝－相對誤差Er=(x-x0)/x0x相同時，測量好壞…系統(tǒng)誤差（SystematicError）

在重復性條件下，對同一被測量進行無限多次測量所得結果的平均值與被測量的真值之差。

定義特征

在相同條件下，多次測量同一量值時，該誤差的符號保持不變，或者在條件改變時，按某一確定規(guī)律變化的誤差。

天平不等臂所造成的系統(tǒng)誤差

螺線管為無限長，管壁磁漏可忽略。如：

由于理論推導中的近似,產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差1)已定系統(tǒng)誤差：指符號和絕對值已經(jīng)明確確定的誤差分量；各測量值相對真值有一個整體的偏離；儀器誤差——儀器本身的缺陷所引起的；例如，

儀器零點不準等。理論誤差——由于實驗理論和方法不夠完善所引起的。系統(tǒng)誤差分為：已定系統(tǒng)誤差、未定系統(tǒng)誤差處理方法：測量結果＝平均值－已定系統(tǒng)誤差完全消除！2)未定系統(tǒng)誤差：符號或絕對值未經(jīng)確定的系統(tǒng)誤差分量。

如：卡尺或千分尺的示值誤差，等。處理方法：給出未定系統(tǒng)誤差的限值隨機誤差（RandomError）

在同一量的多次測量中，以不可預知

的方式變化的測量誤差分量。定義特征

多次測量時誤差分布滿足一定的統(tǒng)計分布規(guī)律。分布基本對稱，相互具有抵償性。產(chǎn)生原因?qū)嶒灄l件的偶然性微小變化，如溫度波動、噪聲干擾、電磁場微變、電源電壓的隨機起伏、地面振動等。

小張身高(cm)

1.58,1.59,1.60,1.61,1.62

1.56,1.58,1.60,1.62,1.64最佳值？誤差如何估算？精度

它反映測量結果中系統(tǒng)誤差的影響。準確度（Correctness）它反映測量結果中隨機誤差的影響程度。精密度（Precision）精確度（Accuracy）

它反映測量結果中系統(tǒng)誤差和隨機誤差綜合的影響程度，簡稱精度。

精確度（精度）在數(shù)值上一般多用相對誤差來表示，但不用百分數(shù)。如某一測量結果的相對誤差為0.001%，則其精度為10-5。

反映測量結果與真值接近程度的量，稱為精度，它與誤差的大小相對應，誤差小則精度高，誤差大則精度低。準確度、精密度和精確度三者之間的關系彈著點全部在靶上，但分散。相當于系統(tǒng)誤差小而隨機誤差大，即精密度低，準確度高。彈著點集中，但偏向一方，命中率不高。相當于系統(tǒng)誤差大而隨機誤差小，即精密度高，準確度低。彈著點集中靶心。相當于系統(tǒng)誤差與隨機誤差均小，即精密度、準確度都高，從而精確度亦高。誤差的局限

測量結果：x±u單位條件

直接測量不確定度的計算

例題：用0-25mm的螺旋測微器測量鋼絲的直徑d，數(shù)據(jù)如表所示，試用不確定度表示