孟輝-實(shí)驗(yàn)緒論20140909

物理實(shí)驗(yàn)課程緒論孟輝暨南大學(xué)物理系看視頻?。。。。。。。。?！*加深對(duì)一些重要物理概念、物理現(xiàn)象、物理規(guī)律的認(rèn)識(shí)*掌握基本物理量的測(cè)量方法和實(shí)驗(yàn)操作的基本技能*掌握常用的數(shù)據(jù)處理方法，撰寫合格的實(shí)驗(yàn)報(bào)告*培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的實(shí)驗(yàn)作風(fēng)，培養(yǎng)獨(dú)立分析處理問(wèn)題的能力物理實(shí)驗(yàn)課程的目的*上好物理實(shí)驗(yàn)課的三個(gè)環(huán)節(jié)*成績(jī)?cè)u(píng)定*測(cè)量與結(jié)果表示

*不確定度

*數(shù)據(jù)處理的基本方法

上好物理實(shí)驗(yàn)課三個(gè)主要環(huán)節(jié)實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)報(bào)告明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐畬?shí)驗(yàn)原理了解實(shí)驗(yàn)難點(diǎn)實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)預(yù)習(xí)報(bào)告是實(shí)驗(yàn)工作的前期準(zhǔn)備，寫給自己的，要求簡(jiǎn)單明了。實(shí)驗(yàn)前應(yīng)清楚本次實(shí)驗(yàn)的目的通過(guò)何種實(shí)驗(yàn)方法測(cè)量哪些數(shù)據(jù)達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)原理，用高度概括的語(yǔ)言給出實(shí)驗(yàn)的理論依據(jù)、

計(jì)算公式及原理圖，切勿不加思考地照抄！主要實(shí)驗(yàn)步驟數(shù)據(jù)記錄表格，要留有余地。注意：使用學(xué)校新版的A3實(shí)驗(yàn)報(bào)告紙、標(biāo)準(zhǔn)作圖紙！

完成預(yù)習(xí)報(bào)告才可進(jìn)實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)！預(yù)習(xí)報(bào)告內(nèi)容遵守實(shí)驗(yàn)室規(guī)則，準(zhǔn)時(shí)簽到，實(shí)驗(yàn)前出示預(yù)習(xí)報(bào)告了解實(shí)驗(yàn)儀器的使用及注意事項(xiàng)，留意黑板提示老師允許之前，切勿動(dòng)手！！認(rèn)真聽(tīng)老師講解！！仔細(xì)觀察和認(rèn)真分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象在實(shí)驗(yàn)報(bào)告紙上如實(shí)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)象，數(shù)據(jù)記錄完整（不能用鉛筆記錄數(shù)據(jù)，原始數(shù)據(jù)不得改動(dòng)，必須經(jīng)任課老師審閱簽名確認(rèn)）整理實(shí)驗(yàn)儀器和操作臺(tái)，簽離實(shí)驗(yàn)操作要求在預(yù)習(xí)報(bào)告基礎(chǔ)上繼續(xù)完成完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格、數(shù)據(jù)處理（包括主要計(jì)算過(guò)程、作圖及實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析、誤差評(píng)估、小結(jié)和討論）、思考題注意：實(shí)驗(yàn)報(bào)告必須在下次實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，統(tǒng)一交給相應(yīng)任課教師，遲交最多只能得60分，不交視為自動(dòng)放棄該實(shí)驗(yàn)成績(jī)；教師一周后會(huì)將批改后的實(shí)驗(yàn)報(bào)告發(fā)回。妥善保存，學(xué)期末要整理裝訂后統(tǒng)一上交！實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)?cè)u(píng)定每次實(shí)驗(yàn)按滿分100分評(píng)分，其中實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)10分，實(shí)驗(yàn)操作50分，實(shí)驗(yàn)報(bào)告40分。課程總成績(jī)?nèi)?0個(gè)實(shí)驗(yàn)成績(jī)平均分。注意：曠課2次、缺實(shí)驗(yàn)報(bào)告3次，按重修處理！因故缺席，須提前請(qǐng)假（附假條），否則視為曠課！備注：實(shí)驗(yàn)不能當(dāng)堂完成的，可與指導(dǎo)教師協(xié)商時(shí)間補(bǔ)做，

但該實(shí)驗(yàn)成績(jī)會(huì)適當(dāng)削減。測(cè)量

，就是用合適的工具或儀器，通過(guò)科學(xué)的方法，將反映被測(cè)對(duì)象某些特征的物理量（被測(cè)物理量）與選作標(biāo)準(zhǔn)單位的同類物理量進(jìn)行比較的過(guò)程，其比值即為被測(cè)物理量的測(cè)量值。測(cè)量的本質(zhì)：把被測(cè)量和標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，從而

確定被測(cè)量的數(shù)值和單位。

直接測(cè)量：直接將待測(cè)物理量與選定的同類物理量的標(biāo)準(zhǔn)單位相比較直接得到測(cè)量如長(zhǎng)度、時(shí)間、溫度

間接測(cè)量：利用直接測(cè)量量與被測(cè)量之間的已知函數(shù)關(guān)系，求得被測(cè)物理量如密度、體積測(cè)量的分類*比較測(cè)量法*放大測(cè)量法*平衡測(cè)量法*轉(zhuǎn)換測(cè)量法*其它測(cè)量法基本測(cè)量方法基本測(cè)量方法比較測(cè)量法直接比較法：如米尺測(cè)長(zhǎng)度、秒表測(cè)時(shí)間替代法：如曹沖稱象間接比較法：如指針式電表測(cè)電流基本測(cè)量方法放大測(cè)量法機(jī)械放大法：如螺旋測(cè)微器電學(xué)放大法：如電子放大電路的應(yīng)用光學(xué)放大法：如望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡基本測(cè)量方法平衡測(cè)量法力學(xué)平衡法：如天平電學(xué)平衡法：如電橋穩(wěn)態(tài)測(cè)量法：如熱導(dǎo)率的測(cè)量基本測(cè)量方法轉(zhuǎn)換測(cè)量法：利用變換原理將不能或不易測(cè)量的物理量轉(zhuǎn)換成能測(cè)或易測(cè)的物理量，實(shí)際上是

間接測(cè)量法的引伸和拓展。參數(shù)轉(zhuǎn)換：如間接比較法能量轉(zhuǎn)換：聲速測(cè)量：聲壓－電壓（壓電效應(yīng)）霍爾效應(yīng)測(cè)磁場(chǎng)：磁場(chǎng)－電壓（霍爾效應(yīng)）光電效應(yīng)：光強(qiáng)－電流（光電效應(yīng)）基本測(cè)量方法其它測(cè)量法干涉法：如牛頓環(huán)示蹤法：如示波器－時(shí)間示蹤補(bǔ)償法：如二極管注意：每個(gè)實(shí)驗(yàn)往往是多種測(cè)量方法的綜合運(yùn)用，

如“伸長(zhǎng)法測(cè)楊氏模量”實(shí)驗(yàn)中就運(yùn)用了

比較法、放大法、轉(zhuǎn)換法。測(cè)量誤差任何測(cè)量都是存在誤差的。約定真值：如被測(cè)物理量的理論計(jì)算值、公認(rèn)的基本常數(shù)、已修正過(guò)的算術(shù)平均值絕對(duì)誤差相對(duì)誤差系統(tǒng)誤差隨機(jī)誤差測(cè)量值＝讀數(shù)值(有效數(shù)字)＋單位有效數(shù)字＝可靠數(shù)字＋可疑數(shù)字有效數(shù)字：測(cè)量結(jié)果中所有的準(zhǔn)確數(shù)字和一位可疑數(shù)字的統(tǒng)稱。有效數(shù)字的最后一位是誤差所在位。

有效數(shù)字的讀取

15.0mm15.2mm可疑數(shù)字有效位數(shù)說(shuō)明*

同一物理量可以有不同的有效位數(shù)*有效位數(shù)從第一個(gè)不為零的數(shù)字算起（中間、末位都算），如：0.067010*常數(shù)可看作有無(wú)窮多有效位數(shù)*有效位數(shù)與小數(shù)點(diǎn)無(wú)關(guān)，如：1.0mm=0.0010m

但1.0m1000mm*

單位改變時(shí)，有效數(shù)字的位數(shù)不發(fā)生變化*

科學(xué)記數(shù)法是有效位數(shù)記錄的正確方法

如：1.0m=1.0103mm直接測(cè)量中有效數(shù)字的讀取刻度類（如米尺、螺旋測(cè)微器、指針式儀表、示波器

熒屏），估讀游標(biāo)類（如游標(biāo)卡尺，分光計(jì)），一般不估讀，讀到

儀器的讀數(shù)值位數(shù)字類（如數(shù)字電表、信號(hào)發(fā)生器），記錄到最后一

個(gè)單位*

準(zhǔn)確數(shù)與準(zhǔn)確數(shù)的運(yùn)算結(jié)果為準(zhǔn)確數(shù)*可疑數(shù)與任何數(shù)運(yùn)算，結(jié)果仍為可疑數(shù)，但進(jìn)位數(shù)為準(zhǔn)確數(shù)*運(yùn)算過(guò)程中至少保留兩位可疑數(shù)，最終結(jié)果只保留一位可疑數(shù)有效數(shù)字運(yùn)算的一般規(guī)則有效數(shù)字的運(yùn)算加、減法：諸數(shù)相加（或相減）時(shí)，其和（或差）數(shù)在小數(shù)點(diǎn)后保留的位數(shù)與諸數(shù)中小數(shù)點(diǎn)后

位數(shù)最少的一個(gè)相同。例如：

4.178

＋21.325.478

＝25.5

有效數(shù)字的運(yùn)算乘、除法：諸數(shù)相乘（或除）后其積（或商）所保留的有效數(shù)字，與諸因子中有效數(shù)字最少

的一個(gè)相同。例如：

4.178

10.1＝41.78＋0.4178＝42.1978＝42.2開(kāi)方、乘方運(yùn)算：結(jié)果的有效數(shù)字與被開(kāi)方、

被乘方數(shù)的有效數(shù)字位數(shù)相同

三角函數(shù)運(yùn)算：計(jì)算結(jié)果有效數(shù)字位數(shù)由自變量末位增加或減少1個(gè)單位后得到的函數(shù)值比較后確定。例如：求有效數(shù)字的運(yùn)算測(cè)量值有效數(shù)字尾數(shù)的舍入規(guī)則通俗地說(shuō)：四舍六入，五湊偶如保留4位有效數(shù)字:4.32749→4.3274.32761→4.3284.32750→4.3284.32850→4.328科學(xué)數(shù)據(jù)的表示：不確定度相對(duì)不確定度置信概率不確定度，表示由于測(cè)量誤差的存在而對(duì)測(cè)

量值不能肯定的程度，即測(cè)量結(jié)果不能肯定

的范圍。完整的測(cè)量結(jié)果必須包括不確定度。

教學(xué)目標(biāo)

建立概念、掌握基礎(chǔ)、初步應(yīng)用不確定度的表示不確定度相對(duì)不確定度單位不確定度的分類A類不確定度

多次等精度測(cè)量時(shí)能用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法處理的分量B類不確定度

針對(duì)單次測(cè)量的分量這兩類分量在相同置信概率下用“方和根”合成總不確定度：多次等精度測(cè)量；無(wú)法判定哪一次更可靠，可以預(yù)期它們的平均值更可靠；當(dāng)測(cè)量次數(shù)趨于無(wú)窮時(shí)，只要能排除系統(tǒng)誤差，其平均值就是被測(cè)物理量的“真值”；用測(cè)量列的標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)評(píng)價(jià)測(cè)量值的離散程度

A類不確定度

概率論中，測(cè)量誤差落在區(qū)間、、的概率分別為0.683、0.954、0.997。這些區(qū)間稱為置信區(qū)間，對(duì)應(yīng)的概率稱為置信概率（一般用P表示）。置信區(qū)間

A類不確定度

t因子:與測(cè)量次數(shù)與置信概率有關(guān)測(cè)量次數(shù)n2345678910∞t(0.683)1.841.321.201.141.111.091.081.071.061B類不確定度，針對(duì)單次測(cè)量。包括：測(cè)量者估算產(chǎn)生的部分儀器的最大允差測(cè)量者估算產(chǎn)生的部分對(duì)于刻度式儀表，測(cè)量估算的不確定度常常小于儀器最小刻度的一半對(duì)于數(shù)字式儀表，如果數(shù)字穩(wěn)定，沒(méi)有估算不確定度；如果數(shù)字跳動(dòng)，記錄其穩(wěn)定表示的值儀器的最大允差

包含了儀器的系統(tǒng)誤差，也包含了環(huán)境以及測(cè)量

者自身可能出現(xiàn)的變化，對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響

可從儀器說(shuō)明書(shū)中得到，它表征同一規(guī)格型號(hào)的

合格產(chǎn)品在正常使用條件下，可能產(chǎn)生的最大

誤差

一般而言，儀器最大允差為儀器最小刻度所對(duì)應(yīng)

的物理量的數(shù)量級(jí)=uB直接測(cè)量不確定度計(jì)算舉例例：用螺旋測(cè)微器測(cè)某一鋼絲的直徑，6次測(cè)量值分別為:0.249、0.250、0.247、0.251、0.253、0.250;單位mm，同時(shí)讀得螺旋測(cè)微器的零位為：+0.004mm。已知螺旋測(cè)微器的儀器允差為0.004mm。請(qǐng)給出完整的測(cè)量結(jié)果?？茖W(xué)數(shù)據(jù)的表示：不確定度相對(duì)不確定度置信概率

解：

零位修正！一位有效數(shù)字兩位有效數(shù)字*P7*完整的測(cè)量結(jié)果表示：注意：1.平均值有效數(shù)字位數(shù)不要超過(guò)測(cè)量值的有效數(shù)字2.不確定度和相對(duì)不確定度分別保留一位和兩位有效數(shù)字3.不確定度所在位與測(cè)量值運(yùn)算結(jié)果的最后一位對(duì)齊間接測(cè)量量的不確定度

例如：

1.先寫出（或求出）各直接測(cè)量量xi的不確定度2.依據(jù)求出或3.用或求出或4.完整表示間接測(cè)量量不確定度的合成過(guò)程數(shù)據(jù)處理的基本方法列表法

要求：簡(jiǎn)單明了標(biāo)明物理量的含義、單位表中的數(shù)據(jù)是有效數(shù)據(jù)必要的文字說(shuō)明逐差法：當(dāng)自變量等間隔變化，兩物理量又呈線性

關(guān)系時(shí)，可用逐差法處理數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理