大學(xué)物理實驗緒論haox

緒論大學(xué)物理實驗進出實驗室都要刷卡，并在登記表上簽名。按照實驗臺的序號對號入座。注意事項為什么要上大學(xué)物理實驗課?物理實驗的重要作用物理學(xué)一詞最早源于希臘文，字義是自然?，F(xiàn)代的含義則是研究物質(zhì)運動一般規(guī)律及物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)的科學(xué)，它必須以客觀事實為基礎(chǔ)，必須依靠觀察和實驗。歸根結(jié)底物理學(xué)是一門實驗科學(xué)，無論物理概念的建立還是物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)都必須以嚴格的科學(xué)實驗為基礎(chǔ)，并通過今后的科學(xué)實驗來證實。

物理實驗的重要作用實驗可以發(fā)現(xiàn)新事實，實驗結(jié)果可以為物理規(guī)律的建立提供依據(jù).實驗是檢驗理論正確與否的重要判據(jù).實驗可以發(fā)現(xiàn)新規(guī)律

伽利略的單擺實驗和斜面實驗為研究力學(xué)規(guī)律提供了依據(jù)；奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)，揭示了原來認為性質(zhì)不同的電現(xiàn)象與磁現(xiàn)象之間的聯(lián)系，揭開了電磁學(xué)研究的序幕；

牛頓的色散實驗證明了不同顏色的光具有不同折射性能，這個實驗不僅為顏色理論奠定了基礎(chǔ)，而且為光譜學(xué)的發(fā)展開辟了道路；

19、20世紀之交的年代里，X射線、放射性和電子的發(fā)現(xiàn)等為原子物理學(xué)、核物理學(xué)等的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

實驗檢驗理論正確與否的重要判據(jù)德布羅意的物質(zhì)波假說是在電子衍射實驗發(fā)現(xiàn)以后才得到肯定的。在近代物理方面，1905年愛因斯坦的光量子假說總結(jié)了光的微粒說和波動說之間的爭論，能很好地解釋光電效應(yīng)實驗結(jié)果，但是直到1916年當密立根以極其嚴密的實驗證實了愛因斯坦的光電效應(yīng)之后，光的粒子性才為人們所接受。

諾貝爾物理學(xué)獎從1901年第一次授獎至今已有得主約150名，其中主要以實驗物理方面的成就而獲獎?wù)呒s占73％.培養(yǎng)學(xué)生的基本科學(xué)實驗技能，使學(xué)生初步掌握實驗科學(xué)的思想和方法,提高學(xué)生的分析能力和創(chuàng)新能力。提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際、實事求是的科學(xué)作風(fēng)，認真嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度，積極主動的探索精神，遵守紀律，團結(jié)協(xié)作，愛護公共財產(chǎn)的優(yōu)良品德。物理實驗課一、測量和誤差1、測量

所謂測量就是以確定量值為目的的一組操作。測量的結(jié)果應(yīng)包括數(shù)值（即度量的倍數(shù)）、單位以及結(jié)果可信賴的程度（用不確定度來表示)。測量可分為直接測量與間接測量直接測量指將待測量與預(yù)先標定好的儀器或量具進行比較,直接讀出量值的大小。間接測量指利用直接測量的量與被測量之間的已知函數(shù)關(guān)系經(jīng)過計算從而得到被測量值的測量。

誤差理論與數(shù)據(jù)處理2、真值定義:

任何一個物理量的大小都是客觀存在的并有一個不以人的意志為轉(zhuǎn)移的客觀值。

米尺—千分尺—光學(xué)顯微鏡—電子顯微鏡精度逐漸增大由于測量技術(shù)、條件以及真值本身的性質(zhì)，真值是不可得的，測量結(jié)果根據(jù)需要有限度地接近真值。被測量的真值是一個理想的概念。實驗中常用算術(shù)平均值代替真值參與運算。3、誤差計算時：誤差的表示絕對誤差：

相對誤差：

誤差理論與數(shù)據(jù)處理1、系統(tǒng)誤差：二、誤差的分類和來源特點:在相同條件下（實驗方法、儀器、環(huán)境、人員）對同一物理量測量時誤差的正、負始終保持不變（要么始終偏大，要么始終偏??；不可能一會偏大，一會偏?。?。（1）儀器的固有缺陷;

（2）理論方法有誤差;（3）個人誤差。產(chǎn)生的原因：誤差理論與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)誤差舉例千分尺的零值誤差修正值=測量值—零值誤差(1)儀器的固有缺陷如:刻度不準,零點沒有調(diào)準,儀器水平面或鉛直沒有調(diào)準,砝碼未校準.系統(tǒng)誤差舉例mA表外接，伏特表分流mA表內(nèi)接，mA表分壓

V

mA

V

mA電阻小時適用電阻大時適用(2)理論方法有誤差如:單擺的周期公式成立的條件是擺角趨于零,這在實際上是達不到的.伏安發(fā)測電阻時電表內(nèi)阻的影響.系統(tǒng)誤差舉例(3)個人誤差如用停表計時,有人常使之過快,有人常使之過慢.系統(tǒng)誤差定值的系統(tǒng)誤差零點不準積累性的系統(tǒng)誤差用受熱膨脹的米尺測量,指示值小于真實長度,誤差值隨待測長度成比例增加.系統(tǒng)誤差特點：要么偏大，要么偏小

對于在現(xiàn)有條件下無法克服的系統(tǒng)誤差要進行不確定度評定。要在報告中有所體現(xiàn)。系統(tǒng)誤差處理：根據(jù)具體問題采取一些措施,例如進行零值修正、改進實驗方案等在一定程度上去克服它。誤差理論與數(shù)據(jù)處理2、偶然（隨機）誤差：隨測量次數(shù)的增加,偶然（隨機）誤差遵從統(tǒng)計規(guī)律.偶然的或不確定的因素所造成的每一測量值的無規(guī)則的漲落.誤差理論與數(shù)據(jù)處理（4）抵償性特點：P=0.683——偶然（隨機）誤差分布函數(shù)：（1）單峰性（2）對稱性（3）有界性誤差理論與數(shù)據(jù)處理平均值的標準偏差：測量值的標準偏差σ：ExcelExcel計算器誤差理論與數(shù)據(jù)處理三、不確定度的評定不確定度表示由于測量誤差的存在而對被測量值不能確定的程度.1、不確定度評定的意義在測量方法正確的情況下，不確定度愈小，表示測量結(jié)果愈可靠。不確定度必須正確評價。評價得過大，在實驗中會懷疑結(jié)果的正確性而不能果斷地作出判斷，在生產(chǎn)中會因測量結(jié)果不能滿足要求而需再投資，造成浪費；評價得過小，在實驗中可能得出錯誤的結(jié)論；在生產(chǎn)中則產(chǎn)品質(zhì)量不能保證，造成危害。

誤差理論與數(shù)據(jù)處理（1）A類評定不確定度△A：統(tǒng)計方法得到的2、關(guān)于不確定度的一些基本概念和分類不確定度是表征測量結(jié)果具有分散性的一個參數(shù)，它是被測量的真值在某一量值范圍內(nèi)的一個評定。所謂“標準不確定度”是指以“標準偏差”表示的測量不確定度估計值，簡稱不確定度，記為△。標準不確定度一般可分為以下三類：（2）B類評定不確定度△B：非統(tǒng)計方法得到的（3）合成標準不確定度△：誤差理論與數(shù)據(jù)處理（1）A類評定不確定度：對單次測量，不計算A類不確定度。3、直接測量標準不確定度的評定

計算器上有單次測量的標準偏差鍵[σ］，則平均值的標準偏差。誤差理論與數(shù)據(jù)處理kd△d11.7260.00721.7210.00231.7070.01241.7040.01551.7280.00961.7150.00471.7210.00281.7120.00791.7190.000101.7370.018平均1.719例1：（2）B類評定不確定度：為簡單起見,我們只考慮儀器不確定度,而且按平均分布處理△儀參看教材P10是用非統(tǒng)計方法獲得的,由測量不確定度和儀器不確定度兩部分組成。

例2：千分尺：誤差理論與數(shù)據(jù)處理測量結(jié)果N的標準不確定度為：3、間接測量的標準不確定度的傳遞(1)和差形式函數(shù)(2)積商形式函數(shù)誤差理論與數(shù)據(jù)處理(3)混合形式函數(shù)f，測量結(jié)果N的相對不確定度為：例1不確定度的傳遞公式舉例常用函數(shù)的不確定度傳遞公式函數(shù)表達式合成標準不確定度公式相對不確定度直接測量數(shù)據(jù)的處理過程

①求測量數(shù)據(jù)列的平均值；②用貝塞爾公式求樣本的標準偏差,得到ΔA；③根據(jù)使用儀器得出ΔB；④合成總不確定度Δ；⑤給出直接測量的最后結(jié)果。

間接測量量的不確定度合成步驟

①先求出各直接測量量的不確定度Δxi；②依據(jù)Y=f(x1,x2,…,xn)關(guān)系求出；③利用求出ΔY或ΔY/Y；④完整表示出Y的值Y=y±Δ。三、有效數(shù)字測量值讀準了的位數(shù)加上一位估讀位組成有效數(shù)字。1、有效數(shù)字的概念從數(shù)左邊第一個非零數(shù)字起到最后一位均為有效數(shù)字。誤差理論與數(shù)據(jù)處理有關(guān)有效數(shù)字的幾點說明：

（1）有效數(shù)字的位數(shù)與小數(shù)點的位置無關(guān)。例如：0.00430m=0.430cm=4.30mm皆為三位有效數(shù)字。（有效數(shù)字前的零不是有效數(shù)字）（2）數(shù)字中間的0和末尾的0均算有效數(shù)字，所以末尾的零不能隨意增減。例如：200.5mm和30.50cm都是三位有效數(shù)字。(3)常數(shù)不用取有效數(shù)字，但在計算時常數(shù)所取的位數(shù)不應(yīng)少于其他數(shù)值的有效數(shù)位。(4)一般情況下，絕對誤差的有效數(shù)位只取一位到二位，不超過兩位。誤差進位的原則是只進不舍。相對誤差EN最多取兩位(5)在任何數(shù)值中，數(shù)值的最后一位應(yīng)與誤差位對齊。

正確，錯誤。例如：誤差理論與數(shù)據(jù)處理2、儀器的估計讀數(shù):（1）和儀器的不確定度對齊cm123讀數(shù)L=25.6（mm）儀器名稱量程分度值零值誤差鋼直尺300mm1mm——例1:

注：實驗報告中要在實驗儀器一項中繪制并填寫儀器表格誤差理論與數(shù)據(jù)處理3、有效數(shù)字的運算（1）加減運算：（2）乘除運算

（3）乘方開方運算（4）測量結(jié)果的有效數(shù)字位數(shù)的確定：和最靠前的對齊和位數(shù)最少的對齊位數(shù)一樣小數(shù)點對齊誤差理論與數(shù)據(jù)處理四、結(jié)果表示：（單位）1、結(jié)果屬于計算出一個量值的例:誤差理論與數(shù)據(jù)處理(1)作圖用紙一般應(yīng)采用標準坐標紙，圖紙的大小應(yīng)能反映物理量的有效數(shù)字；作圖區(qū)域應(yīng)占圖紙的一半以上。(2)取自變量為橫坐標（向右增大）；取因變量為縱坐標（向上增大）。畫出縱、橫坐標軸，并與圖紙上印的線條密切重合，但坐標軸不一定取圖紙所印表格的邊線，坐標軸的標度值不一定從零開始。(3)根據(jù)自變量（及因變量）的最低值與最高值，選取合適的作圖比例，應(yīng)取圖紙上的1格所表示的原數(shù)據(jù)的量值變化為1、2、5等數(shù)（或它們的十進倍率）。2、屬于作圖的：誤差理論與數(shù)據(jù)處理(4)每隔相同距離，沿軸畫一垂直于軸的短線（稱為標度線），并在其附近注以標度值，標度值的位數(shù)不必取實驗數(shù)據(jù)中的全部有效數(shù)字位數(shù)，例如2.50只標2.5即可。（一般在各坐標軸上可標5－10個標度值。）(5)對每一坐標軸，要標明物理量的名稱及單位符號。（標注的方法與表格相同。）(6)數(shù)據(jù)點要用端正的“＋”或“△”等符號來表示。數(shù)據(jù)點應(yīng)在符號的中心，符號的大小應(yīng)相當于不確定度的大?。坏珵楹唵纹鹨?，也可統(tǒng)一取2－3mm。在一張圖紙上作多條曲線時，不同的數(shù)據(jù)組應(yīng)使用不同的符號來表示數(shù)據(jù)點，并在圖中適當位置說明不同符號的不同意義。求斜率時取點的符號應(yīng)采用有別于這些數(shù)據(jù)點的符號，例如用正三角形“△”，并在其旁標以坐標（坐標值應(yīng)正確寫出有效數(shù)字）；(7)擬合直線或曲線的線條務(wù)必勻、細、光滑。不通過圖線的數(shù)據(jù)點應(yīng)勻稱地分布在圖線的兩側(cè)，且盡量靠近圖線。

(8)在實驗報告的圖紙中，應(yīng)寫上圖名、日期、圖紙上的中英文字及數(shù)字等均需寫端正。

誤差理論與數(shù)據(jù)處理以上是針對用手工作圖的。當然也可以借助計算機作圖，則有些規(guī)則（如數(shù)據(jù)點在符號的中心，線條勻、細、光滑，書寫端正等）是自動滿足的。雖然計算機可以任意取比例，使曲線（或直線）充滿圖紙，但實驗作圖時不宜采用這種方法，兩標度線間的量值變化仍應(yīng)取1、2、5及其十進倍率為佳，因為只有這樣，才易于使用者讀圖。

誤差理論與數(shù)據(jù)處理(6.4,4)(1.6,1)246n(cm)0246810圖：砝碼質(zhì)量與鋼絲伸長量關(guān)系曲線日期：2007-3-1擬合函數(shù)關(guān)系：斜率：m(kg)誤差理論與數(shù)據(jù)處理nλ(nm)1.6500500.0700.01.67001.66001.70001.69001.6800600.0400.0玻璃材料色散曲線圖圖1不當：曲線太粗，不均勻，不光滑。應(yīng)該用直尺、曲線板等工具把實驗點連成光滑、均勻的細實線。不當圖例展示圖2I(mA)U(V)02.008.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.001.003.00電學(xué)元件伏安特性曲線不當：橫軸坐標分度選取不當。橫軸以3cm

代表1V，使作圖和讀圖都很困難。實際在選擇坐標分度值時，應(yīng)既滿足有效數(shù)字的要求又便于作圖和讀圖，一般以1mm代表的量值是10的整數(shù)次冪或是其2倍或5倍。1、課前預(yù)習(xí)：

（1）上課前應(yīng)通讀教材，以求對當次實驗有個全面了解，然后按照指定的預(yù)習(xí)重點，精讀有關(guān)實驗原理，明確要測量的物理量，對主要儀器的功能及使用方法形成一個初步印象。

（2）課前預(yù)習(xí)必須做書面預(yù)習(xí)報告，課上請老師審閱。無預(yù)習(xí)報告或預(yù)習(xí)報告不合格者不準上課。預(yù)習(xí)報告一般包含下列內(nèi)容（參照范例）實驗課程程序?qū)嶒災(zāi)康膶嶒瀮x器實驗原理理論原理實驗原理簡明、扼要實驗步驟實驗名稱實驗報告的內(nèi)容數(shù)據(jù)記錄表格數(shù)據(jù)處理結(jié)果陳述與分析討論問答思考預(yù)習(xí)報告課后完成2、實驗（1）提前五分鐘進入實驗室，按組號入座。進任何實驗室，都不要擅自動手，以免造成儀器損壞或發(fā)生事故。嚴格按操作要求進行操作，損壞儀器要按規(guī)定賠償。（2）注意在細節(jié)上培養(yǎng)科學(xué)作風(fēng).如儀器布局合理整齊;操作姿式正確文明；電學(xué)儀器經(jīng)教師檢查后才能通電；不要觸摸光學(xué)元件的工作表面；實驗完畢及時斷開電源，整理儀器并恢復(fù)到原來的陳列狀態(tài)；主動請老師指導(dǎo)操作、檢查數(shù)據(jù)、驗收儀器。

實驗課程程序（3）記錄完整實驗數(shù)據(jù)，實事求是。有些實驗條件（如溫度、儀器規(guī)格等）比較重要，但不一定參加運算，不要漏記。

實驗數(shù)據(jù)不得隨意改動，僅當確認測量有誤時才能修改。先在原數(shù)據(jù)上輕輕地劃一條橫線，再把重新測到的數(shù)據(jù)工整地寫在一旁，必要時應(yīng)注明更改理由。不應(yīng)重筆描畫、涂抹黑塊甚至撕扯挖補，這樣既影響卷面整潔，也失去了分析錯誤的依據(jù)。有時毀掉的數(shù)據(jù)反而是正確的。

實驗課程程序（4）保持實驗環(huán)境的安靜整潔，不得在室內(nèi)吸煙、吃零食、扔廢紙、藏掖果皮、吐口香糖，大聲喧嘩和隨意走動。要愛護室內(nèi)設(shè)施,不要刻畫桌面.實驗課絕不以“數(shù)據(jù)完美”評定成績，切不可主觀意愿更改數(shù)據(jù)，更不允許抄襲、拼湊和偽造數(shù)據(jù)。只有依靠真實數(shù)據(jù)，才能看到事物的本來面貌。操作完畢應(yīng)主動請教師審核實驗記錄并簽字，不經(jīng)教師簽字的記錄無效。實驗課程程序3、實驗報告——在預(yù)習(xí)報告的基礎(chǔ)上添加內(nèi)容（１）數(shù)據(jù)整理后重新寫入報告正文（原始數(shù)據(jù)必須附在報告中）（２）

數(shù)據(jù)處理及結(jié)論。數(shù)據(jù)處理包括結(jié)果計算、不確定度評定和曲線圖等內(nèi)容。凡屬計算，均應(yīng)有文字公式、代入數(shù)據(jù)和計算結(jié)果等主要運算步驟。不要漏寫單位。結(jié)論包括測量結(jié)果的規(guī)范表示和觀察現(xiàn)象、研究規(guī)律所得出的結(jié)論。實驗課程程序（３）

問題討論:對本實驗的原理、方法、儀器、不確定度評定的進一步探討或改進建議。要有具體分析，切忌泛泛空談。有則寫，無則免。（４）回答思考題注：實驗報告要求統(tǒng)一的封面包裝。實驗課程程序注意事項實驗課要嚴格按照輪換表，不能隨意更換實驗分組.按時上實驗課,不遲到.實驗要嚴格按照操作規(guī)范和要求，實驗時按照儀器編號小心操作，愛護實驗儀器和桌面,不要在上面亂刻亂畫.保持實驗室衛(wèi)生,不要在實驗室吃東西.實驗后將儀器擺放好,不要遺留物品及垃圾.實驗結(jié)束,將儀器擺放好.

實驗課程評分標準預(yù)習(xí)報告20分實驗操作40分報告40分儀器調(diào)整、數(shù)據(jù)采集35分數(shù)據(jù)處理20分實驗結(jié)果陳述10分Excel在處理物理實驗數(shù)據(jù)中的應(yīng)用§1用Excel處理物理實驗數(shù)據(jù)1.1誤差計算1.2圖形繪制1.3線性擬合（1）算術(shù)平均值：1.1誤差計算方法一：在G3單元格中直接輸入“=AVERAGE(B3:F3)”后回車。1.1誤差計算方法二：用鼠標選取B3：G3單元格，單擊工具