华东交通大学物理实验中心艾剑锋物理实验的地位作用和任务

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1、欢迎大家开始学习 大学物理实验课程 华东交通大学物理实验中心 大学物理实验 绪论 华东交通大学大学物理实验中心艾剑锋 物理实验的地位 作用和任务 物理学本质上说是一门实验科学 物理规律的发现和物理理论的建立 都必须以严格的实验为基础 并接受实验的检验 对学生进行实验方法和实验技能的基本培训 一些物理量的测量 常用仪器的基本原理和性能及使用方法 能正确记录 处理数据 分析结果 写报告 培养 提高科学实验能力 观察 测量和分析 加深理论的学习理解 培养学生科学实验的素质 工作作风 科学态度 爱护财物 遵纪的优良品德 华东交通大学物理实验中心 物理实验课的基本程序和要求 1 网上选修网上选修地址 进 #

2、入选修系统后 按要求进行选修 2 课前预习阅读教材 了解实验目的 原理 仪器 明确实验方法 操作步骤和注意事项 书写预习报告 报告模版可以到网上选修的主页下载并按要求打印 根据实验要求设计数据记录表格 原始数据教师需签名 否则数据无效 基本程序 1 网上选课2 课前预习3 实验阶段4 课后总结 华东交通大学物理实验中心 凭预习报告进入实验室 教师检查 3 实验阶段 进入实验室必须衣着整洁 并将有效证件交教师检查 实验前 清点实验仪器 了解实验仪器 填写仪器登记本 实验中 认真观察实验现象 如实记录实验数据 实验后 仪器复位 将原始数据交指导教师审阅签名 未签名不得离开实验室 4 课后总结按实验

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3、要求在测试报告上进行数据处理 主要包括 数据表格 数据处理和结果表示 结论分析必须按照实际测量进行总结 不得照本宣科 华东交通大学物理实验中心 物理实验成绩考核办法 选修网站上有链接 华东交通大学物理实验中心 注意 学生必须在实验完成当天起一周内将实验报告交到1 205的报告上交柜子内 以便教师及时批改 绪论 一 测量与误差的基本概念二 有效数字三 算术平均值与误差的估算四 不确定度及其估算 华东交通大学物理实验中心 测量与误差的基本概念 1 测量 概念和分类 概念 将待测量与被选作为标准单位的物理量进行比较 其倍数即为物理量的测量值 分类 2 误差 直接测量 可以用仪表直接读出测量值的测量 #

4、如测量长度 时间等 间接测量 用仪表测出待知物理量的相关量 通过计算得出待知物理量 如测量密度等 华东交通大学物理实验中心 误差 1 真值 任何物质 系统 都有它本身的 客观的 某些物理量 真实数值 称为真值 2 测量值 就是通过测量所得到的值 3 误差 测量值与真值之间的差异 产生误差的原因 四个方面 误差分类 按误差的性质 产生原因来分 华东交通大学物理实验中心 产生误差的原因 四个方面 1 任何仪器 总有一个最小分度线 2 最小分度之间的值是估计出来的 因人 因时而异 3 仪器本身的分度线也不是绝对的准确 4 外界环境的变化对仪器也会产生影响 确定 华东交通大学物理实验中心 误差分类 系 #

5、统误差 误差值固定不变或在条件变化时按一定的规律变化 产生原因 偶然误差 误差的大小是随机变化的 所以又叫随机误差 产生原因 过失误差 测量值与真值之间明显偏离 产生原因 华东交通大学物理实验中心 系统误差产生原因 仪器缺陷 刻度不准 零点未调好 环境的改变 温度 压强等 个人习惯与偏向 理论方法的近似 有关因素考虑不全等 BACK 华东交通大学物理实验中心 偶然误差产生原因 个人 读数能力不一致 外界的干扰 不可消除 也无法估量 性质 a 测量结果中与真实值相差越小的可能性越大 反之越少b 测量值比真实值大和比真实值小 两者出现的几率相等 于是我们据此进行多次测量 取平均值 以减少偶尔误差 #

6、BACK 华东交通大学物理实验中心 过失误差产生原因 既可能具有系统误差的性质 又可能具有偶尔误差的性质 总之是实验者过失造成的 是可以避免的 BACK 华东交通大学物理实验中心 算术平均值与误差的估算 1 单次直接测量的误差估算2 多次测量的平均值和误差3 粗大误差数据的剔除4 间接测量的误差计算 华东交通大学物理实验中心 单次直接测量的误差估算 估算方法 条件是偶然误差很小 1 按仪器上注明的仪器误差 2 未注明的取仪器最小刻度的一半 3 数字仪表 取显示表的最后位数的一个单位 条件不许可或要求不太高 BACK 华东交通大学物理实验中心 多次测量的平均值和误差 1 多次测量的平均值 X的平 #

7、均值最接近于真值 称之为最佳值 2 算术平均偏差 3 标准偏差 均方根偏差 4 绝对误差与相对误差 评价一个测量结果的优劣 还需要看测量量本身的大小 BACK 华东交通大学物理实验中心 测量不确定度 下一页 华东交通大学物理实验中心 不确定度的概念 表征合理地赋予被测量之值的分散性 与测量结果相联系的参数 此参数可以是标准差或其倍数 或说明了置信水准的区间的半宽度 其值恒为正值 它是被测量客观值在某一范围内的一个评定 不确定度的分类 符合统计规律的称为A类不确定度 而不符合统计规律的称为B类不确定度 A类不确定度的计算计算方法与偶然误差用标准偏差来计算的方法完全相同 测量值Ni的不确定度为 平 #

8、均值N的不确定度为 B类不确定度的评定方法 在实验教学中约定 为仪器误差极限值 仪器误差限的确定可按以下三个原则 1 对可估读测量数据的仪器 仪 最小刻度的1 2 2 对不可估读测量数据的仪器 仪 仪器最小分辨读数 3 对有仪器说明书的仪器 仪按仪器说明书计算 直接测量总的合成不确定度和相对不确定度 四 直接测量的不确定度 单次测量 因不存在 故 多次测量 五 间接测量的不确定度 设 其中 则 上一页 华东交通大学物理实验中心 N的合成不确定度为 或由 得 说明 上式对加减形式的函数比较适合 下式对乘除形式的函数比较适合 有利于变量分离 两者最终结果相同 粗大误差数据的剔除 判断某组实验数据中

9、是否有粗大误差的方法很多 最简单的拉依达准则 它的具体内容是 在多次测量中 若发现第j个数据偏差 则说明该数据有粗大误差 应 将其剔除 BACK 华东交通大学物理实验中心 间接测量的误差计算 它们之间具有一定的函数关系 即 下一页 用微分学可证明 间接测量量的最佳值是 全微分 华东交通大学物理实验中心 间接测量的误差计算 上一页 将上式改为误差公式时 用 所以 相对误差 也可证明 标准误差S 有效数字 用实验仪器直接测量的数值都含有一定的误差 因此 测得的数据都只能是近似数 由这些近似数计算出的间接测量值也是近似数 从仪器上读出的数字 通常都要估计到仪器最小刻度的下一位 因此这一位是有疑问的

10、称为存疑数字 我们把仪器上读出的确切数字和最后一位存疑数字 通通记录下来 称为有效数字 有效数字的运算规则 有效数字的进位法则 华东交通大学物理实验中心 进位法则 法则 过半入 不足舍 一半凑偶 解释 拟舍弃数字最左一位若小于5时 舍弃 大于5时 包括等于5而其后尚有非零的数 进一 拟舍弃数字最左一位为5其后无数字或皆为零时 按所保留的末位为奇数则进一 为偶数则舍弃 举例 21 52421 52 36 26 25 21525 22 25 22525 22 25 22 华东交通大学物理实验中心 有效数字的运算规则 下一页 华东交通大学物理实验中心 有效数字的运算规则 3 乘方 开方的有效数字 不难证明 乘方开方的有效数字与其底数的有效数字位数相同 上一页 华东交通大学物理实验中心 #