大学物理实验课件x

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大学物理实验绪论\n本次课主要内容课程简介课程意义与目的课程安排与考核办法上课基本程序与要求知识学习1.1测量与误差1.2测量结果的评价：不确定度自学内容实验数据处理方法\n课程意义：高等理工科院校必修基础课程伽利略把实验和逻辑引入物理学,使之最终成为一门科学。经典物理学规律是从实验事实中总结出来的。近代物理学是从实验事实与经典物理学的矛盾中发展起来的。很多技术科学是从物理学的分支中独立出去的。课程简介课程意义与目的课程安排与考核办法上课基本程序与要求课程简介\n课程意义：以诺贝尔物理学奖为例——80%以上奖给了实验物理学家。20%的奖中很多是实验和理论物理学家分享的。实验成果可很快得奖，而理论成果要经过至少两个实验的检验。有的建立在共同实验基础上的成果可以连续几次获奖。课程简介\n学习物理实验知识和设计思想，掌握和理解物理理论。培养实验能力正确使用仪器、实验现象的初步分析判断，正确记录和处理实验数据等。培养实事求是的科学作风，严肃认真的工作态度，团结协作和爱护公物的优良品德。学习实验知识提高实验素养课程目的\n课程安排：时间：一年。学分：3.0学分。安排：共16个实验，每个实验3课时。第一学期：8个实验（包含绪论）。第二学期：8个操作实验。课程简介课程意义与目的课程安排与考核办法上课基本程序与要求课程安排考核\n课程考核：独立设课，必修。成绩按百分计。期末总成绩：该学期8个实验的平均分。单个实验的成绩：课程考核加起来预习20分操作40分报告40分旷课\n上课基本程序及基本要求：实验前预习20分1填写预习报告，否则不允许做实验2按学号排座.严禁抄或编数据老师签字（做完数据后）整理仪器3课后写报告40分在实验室操作40分交报告（课后第三天交）勿迟交.照抄0分取回报告：课代表提前2-3天抱回报告以便下次预习.\n物理实验课请假及补课规定凡请假者，请持本院盖章的证明（请病假，也可持医院盖章的病假条）。事后应主动联系补课。凡无故旷课者，一律不补课，成绩按前面的旷课规定处理。考核之“旷课处理规定”：旷课一次:总成绩最高为及格。旷课二次:总成绩为不及格。课程考核\n一、测量(B:P3)1.测量定义：用合适的工具或仪器通过科学的方法将被测物理量与选作标准单位的同类物理量进行比较的过程。其比值即为被测物理量的测量值。知识学习1.1测量与误差1.2测量结果的评价：不确定度1.1测量与误差测量的分类\n2.测量的分类：按测量方式、测量条件异同来分类：条件：环境.人员.仪器.方法等测量数值包含的三层信息\n3.测量值包含三层必要信息：有效数字\n测量值=读数值(有效数字)+单位有效数字＝可靠数字＋可疑数字（一位）例：用毫米分度的米尺测一物体的长度：15.215.0有效数字的几点说明1、有效数字的组成2、有效数字的读取二、有效数字（B:p10）\n有效数字的运算非零数字之间或之后的“0”都是有效数字；第一位非零数字之前的“0”不是有效数字有效位数意义数值的有效位数，能反映测量所用仪器以及测量方法。如1.3500cm肯定不是米尺测,可能螺旋测微器，而1.35cm则可能米尺在单位换算时，有效位数要保持不变。科学计数法时，有效位数要保持不变。“0”是否有效保持有效位数3、关于有效数字的几点说明：练习：报告第19（5）、20题\n4、有效数字的运算规则乘除法加减法有效数字运算：计算结果的有效末位，应和参与运算各量的尾数位最高的取齐。5.286+32.537.786=37.8\n乘除法有效数字的运算：诸量相乘（除）后其积（商）所保留的有效数字，只须与诸因子中有效数字最少的一个相同。4.178×10.141784178421978=42.2误差练习：报告第21题\n三、误差约定真值1.误差的定义：测量值与真值(或约定真值)之差称为测量误差。绝对误差：反映误差本身的大小相对误差：反映误差的严重程度\n2、约定真值：被测量的真值只是一个理想的概念，对测量者来说真值一般是不知道的.在实际测量中常用以下几种量值代替真值，称为约定真值。误差的几点说明\n关于误差的几点说明：△x是可正、可负的量，△x绝对值愈小，说明测量值越接近真值。此时，我们说测量结果愈准确。误差存在于一切测量的始终。误差可以减少，但不能完全消除。不必一味地为减少误差而选择过于精确的仪器和方案。误差分类\n系统误差四、误差的分类按产生误差的原因和误差所表现出的性质分为三类：\n1、系统误差：定义：在对同一被测量的多次测量过程中绝对值和符号保持恒定或随测量条件的改变而按确定的规律变化的误差分量产生原因：系统误差的处理方法\n对系统误差的处理方法：对系统误差应：随机误差\n环境原因气流温度扰动杂散电磁场、噪声的存在人为原因人感官限制（听、视触觉）仪器因素将会引起测量误差必须避免定义：在相同条件下对同一物理量进行多次重复测量：即使系统误差减小到最小程度之后，测量值仍会出现一些难以预料和无法控制的起伏。而且测量值误差的绝对值和符号在随机变化着。2、随机误差——δ产生原因：随机误差规律\n其中：δ——随机误差；σ——标准误差随机误差统计规律系统误差已消除被测量本身稳定0随机误差的规律：①正态分布特点：置信概率区间\n扩大置信区间置信区间置信概率②置信区间和置信概率：0标准误差σ的物理意义：在等精度测量条件下,任一次测量值xi的随机误差落在区间内的概率为68.3%.密集窄高标准误差σ大：表示测得值很分散.随机误差分布范围宽，测量的精密度低。标准误差σ小：表示测得值很____.随机误差分布范围____，测量的精密度___。标准误差σ大小与分布曲线特点的关系：曲线的形状取决于σ值的大小.σ大σ可描述测量值的离散程度。\n置信区间置信概率②置信区间和置信概率：由上式，随机误差落在±3σ之外的概率仅为0.3%，是正常情况下不应该出现的小概率事件，因此将±3σ定为误差极限，即：||>3σ时的xi为坏值。——3σ法则的由来贝塞尔公式\n用计算器计算Sx：on→2ndf→stat→数据→M+→……→Sx（σx）③实际测量中随机误差的估算：标准偏差用算术平均值表示测量结果的最佳值，代替真值。（贝塞尔公式）对残差进行“方、均、根”运算，实际中可用的公式：(p4，1.1.7)(p3，1.1.4)公式含有真值,无法实际使用.咋办？算术平均值的标准偏差\n(p4，1.1.8)④算数平均值的标准误差——由于也是随机变量，其值随测量次数的增减而变化，但比的变化小，所以反映其离散程度的标准差比小。有限次测量的随机误差估算的物理意义：表示测量结果的真值落在区间内的概率为68.3%。在内包含真值的概率为0.954；在内包含真值的概率为0.997。\n由公式可知，随着测量次数增加而减小,即通过测量次数的增加可减小随机误差.但由于以后变化得很慢,所以测量次数一般不需要很多。当时,要获得与时同样的置信概率,需进行修正：⑤有限次测量随机误差的估算：t因子的数值表格(p5，1.1.9)0t分布正态分布\n不同置信概率P下的t因子和测量次数n-1的关系n-1P23456789100.6831.321.201.141.111.091.081.071.061.050.9544.303.182.782.572.452.362.312.262.230.9979.925.844.604.033.713.503.363.253.17粗大误差普物实验中常取95.4%的置信概率\n3、粗大误差:粗大误差是由于实验者粗心大意或环境突发性干扰而造成的，该测量值是坏值。在处理数据时不能将坏值计算在内，应予剔除。该准则是建立在n→∞的前提下的。当测量次数较小时，该法则就不十分可靠。一般要求n>9。测量列包含粗差,xi为坏值应剔除对剩余(n-1)个数据继续检验，直到无坏值为止.“3σ法则”剔除坏值：1.4测量结果的评定\n测量结果的定性评价主要内容：1.不确定度的概念、分类、估算4.各类测量的完整测量结果表示及其不确定度估算（1）单次测量（2）多次直接测量（3）间接测量中不确定度的传递1.2测量结果的评价知识学习1.1测量与误差1.2测量结果的评价：不确定度\n测量结果的定性评价：（1）精密度：表示重复测量所得各测量值的离散程度。它反映了随机误差的大小与系统误差无关。（2）正确度：表示测量值或实验结果偏离真值的程度。它反映了系统误差的大小与随机误差无关。（3）准确度：它是正确度和精密度的综合，它反映了系统误差和随机误差对测量结果综合影响的大小。测量结果的定量评价测量结果准确程度与射击打靶的类比\n测量结果的定量评价——不确定度△依照国际标准化组织等7个国际组织联合发表的《测量不确定度表示指南ISO1993(E)》的精神，对普通物理实验中，完整的测量结果应给出被测量的量值，同时还要标出测量的不确定度，将实验结果写成形式不确定度的概念公式中：是测量值，△是总不确定度，置信概率取95.4%，是相对不确定度.\n不确定度的估算1、不确定度的概念：不确定度是指由于测量误差的存在而对被测量值不能肯定的程度。它的大小反映了测量结果可信赖程度的高低。2、不确定度的分类：由于误差的来源很多，测量结果的不确定度一般也包含几个分量。在修正了可定系统误差之后，将其余的各种误差按计算方法分为二类，其中：A类分量△A:可以用统计学方法估算的分量，一般指随机误差。B类分量△B：用其它非统计方法估算的分量，一般指系统误差。总不确定度:是A、B类分量的方和根合成:（P7:1.2.1）\n3、不确定度的估算A类分量:n345672.481.591.241.050.926954.0nt由上表可见，5＜n≤10时，，1954.0»nt论证:在5

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