大学物理实验绪论2013

大学物理实验绪论2013

物理实验管理方法个人注册预约实验按预约的时间、内容作实验一周内提交实验报告自由决定做实验时间，实验内容（先后）。16周参加实验笔试\n开放方式：（1）第2周—第15周为开放时间；（2）每周周一——周五(法定假日及周六,日除外)下午1：30——3：20（2学时）3：30——5：20（2学时）第一周为注册时间，在www://211.82.81.190/WLSY或农大主页\理学院\友情链接\物理实验室注册(实名)注意:密码（不要多于10位）,学号必须在英文状态下输入,否则系统在辨认时会出错!注册的密码注意保密\n实验课选择方法：经注册预约的学生，从第二周开始可以做实验。做实验的时间由学生自由选择；在实验室开放时间内，学生除必须完成教师指定的6个必做实验外，另自由选做其它的实验；\n6个必做实验为：[与先后顺序无关！]A1长度与固体密度测量A2用拉伸法测金属丝的杨氏弹性模量A5驻波A11用惠斯登电桥研究金属电阻温度系数A12用补偿法测电池的电动势A14等厚干涉-用牛顿环测曲率半径\n每一个学生在一个时间段（2学时）只能完成1个实验；在一天中最多只能完成2项实验内容；在同一周内最多只能完成3项实验内容；多做的实验一经查出视为作废，并且不可以重做该项实验；学生应按时间段（1：30或3：30）准时参加预约过的实验，超过十分钟不得进行实验，若已预约该实验未按时参加，则取消该生再次预约此实验的权力。但在以后该实验未满员时，经指导教师同意可以做此实验。\n学生在每次实验时，必须出示预习报告(包括实验目的、原理、仪器、步骤、数据表格等，该预习报告后面加上数据处理等可做为正式报告提交)，学生进入实验室在教师处签到；实验结束后经教师检查数据后，要在实验室的计算机中录入本次的实验数据；未正确签到学生的实验数据无效！\n校园网预约实验时间：每个实验只允许预约一次！实验完成后应在一周内提交实验报告，否则按零分记录该实验。报告交理学楼物理实验室二层的专用信箱中（每班一个）。学生在第八周前至少应完成七项实验（以提交报告为准），未完成任务的学生不能进行下一轮实验；实验课成绩按不及格处理。\n学生在第十五周前应至少完成本专业所规定完成的实验数量，[物理实验B-32学时的各专业(烟台研究院,水院,食院,理学院)最少完成12个实验,未按时完成的学生按不及格处理；多做不限（最多为18个实验）。凡不正常完成实验，而伪造、抄袭实验数据的学生，一经查出，实验课成绩按不及格处理。\n三、考核方法：第十六周进行期末理论考试；考试内容涉及所有的实验（分为选做和必做），完成少于规定实验数量的学生不能参加理论考试；成绩评定方法为：平时成绩和期末理论考试成绩各占50%，总评不及格或理论考核低于20分（满分50分）者，按不及格处理；凡实验不及格者,来年需重作实验.\n理学楼实验内容204-206A3碰撞A25基本电学量测量212-214A12电动势A17偏振211-213A2杨氏弹性模量C1误差配套215-217A18示波器A13霍耳效应108-110A11电阻温度系数B5热电偶111-113A22普朗克常量A9粘滞系数115-117A5驻波A7表面张力B113-115A1长度测量A10刚体转动惯量B109(地下）A14牛顿环B111(地下）A19分光计可供选做(18-6=12)个实验\n大学物理实验开设物理实验的意义和目的物理学是实验的科学。物理学新概念的确立和新规律的发现都依赖于反复实验。物理实验的方法、思想、仪器和技术已经被普遍地应用在自然科学各个领域和技术部门。物理学理论上新的突破常常是通过新的实验得以实现的。物理实验课的教学目的：使学生在学习物理实验基础知识的同时，受到严格的训练，掌握初步的实验能力、养成良好的实验习惯和严谨的科学作风。实验能力包括动手能力和动脑能力。安装、调整和操作实验装置的技能，设计实验步骤、选取实验条件、分析现象、判断故障和审查数据等方面的能力。\n物理实验课的主要教学环节（预习实验报告）(1)预习实验教材(2)写好预习报告实验名称实验目的实验内容(要写出哪些是已知量，哪些是待测量，待测量是用什么仪器去测量等)简要的实验原理(或主要的计算公式)数据记录表格2.实验中的观测：实验操作、记录数据12\n实验后的报告：内容：实验名称实验目的实验原理：写出简要的原理及有关的计算公式，如有必要的图(如电路图、光路图等)还要绘制出来。实验仪器实验数据数据处理讨论以及对实验的建议、体会等。实验报告一律用统一规格的实验报告纸书写。13\n期望：同学们以研究者的态度组装实验装置，观测分析，探讨最佳实验方案，从中积累经验、锻炼技巧，为以后独立设计实验方案和解决新的实验课题创造条件。第一章测量误差及数据处理的基础知识一、测量的误差测量：为确定被测量对象的量值而进行的被测物与仪器相比较的实验过程。测量分为直接测量和间接测量。直接测量：是指在测量工具上直接读出被测量数值的测量。如：用米尺测桌子的长度，用天平测物体的质量。\n间接测量：是指利用已知函数关系和直接测量值，经过计算得到该被测量值的测量。在实验中进行的测量，有许多是间接测量。测量值误差存在于一切测量过程之中。被测量真值，实际常取多次测量的平均值。等精度测量，不等精度测量。后者取平均值无意义。相对误差(相对不确定度)：(用百分数表示)误差的表示：如：欲测量某地的重力加速度g，利用函数关系直接测量量：摆长和振动周期T计算得到g。绝对误差(不确定度)：\n二、误差的分类及其处理方法1、系统误差：特点：误差大小恒定，具有规律性、重现性和可修正性。如：由于天平左右臂长不完全相等。物放短臂端称得轻，物放长臂端称得重。按误差来源分：2、随机误差(偶然误差)：特点：误差具有随机性。随机误差的分布服从统计规律：大多数服从正态分布对系统误差的研究:1)探索系统误差的来源,设计实验方案消除或削减该项误差。2)估计系统误差的可能范围。随机误差的正态分布误差概率密度分布函数0\n测量结果的评价：(定性)1、精密度指重复测量所得结果相互接近的程度。2、正确度指测量结果接近真值的程度。3、准确度是综合反映系统误差与随机误差大小的程度图(A)图(B)图(C)精密度高准确度低精密度低准确度高精确度高\n平均值及标准偏差实验中常用标准偏差来估计测量的随机误差。设对某一物理量测得n个测量值x1，x2，…，xn。它们算术平均值是当n→∞时，平均值趋近真值。每一次测量值xi与平均值之差称为残差，即表示测量结果表示每一次测量值的绝对误差\n标准偏差的统计意义：标准偏差小的测量值，显示测量值偏离真值的可能性较小，即测量值的可靠性较高。标准偏差，以Sx表示为（有时也写为）Sx数值的大小是测量精密度高低的重要参数。\n三、直接测量结果的表示和不确定度的估计(一)、测量结果的完整表示(二)、为什么要引入不确定度根据国际计量委员会（CIPM）在1981年通过的《建议书1实验不确定度的表达》，误差将由不确定度取代。前述为经典误差理论，它把误差分为系统误差和随机误差两类来处理。不确定度能更准确地用于测量结果的表示。Δ:不确定度表示完整的测量结果，应写成X＝±Δ的形式。\n测量值不等于真值，可以设想真值就在测量值附近的一个量值范围内。测量不确定度就是评定作为测量质量指标的此量值范围。设测量值为x,其测量不确定度为u，其真值可能在量值范围（x-u,x+u)之中，显然此量值范围越窄，即测量不确定度越小，用测量值表示真值的可靠性就越高。对测量不确定度的评定，常以估计标准偏差去表示大小，此时称其为标准不确定度。不确定度△是指由于测量误差的存在而对被测值不能肯定的程度，是表征被测量的真值在某个量值范围的评定。可以理解为一定概率的误差限值。误差落在区间(-Δ,+Δ)之外的可能性(概率)非常小。\n(三)、不确定度的简化评定方法②B类分量ΔB：用其它方法(非统计学方法)评定的分量；不确定度的表述不确定度用于测量结果的报告X＝±Δ表达式中，表示真值在区间(-Δ,+Δ)内的可能性(概率)约等于或大于95％。1、测量结果表示中一律采用不确定度△这两类分量用方和根合成：2、不确定度的分类及合成方法不确定度从评定方法上分为两类分量①A类分量ΔA：多次重复测量时,用统计学方法计算的分量；\n4、B类分量的估算方法可近似取计量器具的误差限值，即ΔB=Δ仪小结：在普通物理实验中对同一量作多次测量时，当时\n直接测量量(x,y,z)测量结果：式中由于n=6\n测量结果的表示x0测量结果的值不确定度单次测量：x0=x，x=B多次测量：相对不确定度用%表示25含义：真值落在在区间(x0-Δ,x0+Δ)内的可能性(概率)约等于或大于95％。\n试计算例：26用标准米尺（）测某一物体的长度共10次，其数据如下：(直接测量）\n解：求平均值27求标准偏差A类不确定度已知B类不确定度\n总不确定度28均为小数点后第二位.对齐！实验结果表示:\n四、间接测量的结果和不确定度的合成设1）当为和差形式的函数，间接测量量的不确定度：式中的：为间接测量结果；x，y，z，…为直接测量结果。间接测量量的不确定度Δφ由各直接测量量的不确度,及等合成。根据间接测量量计算公式形式的不同，可有两种合成方法：\n2）当为积商形式的函数时，先对公式两端取对数设然后求全微分，得到间接测量量的相对不确定度\n例：已知金属空心圆柱体的外径D2=3.600±0.004cm,内径D1=2.880±0.004cm,高度h=2.575±0.004cm,求圆柱体的体积V和不确定度Δv．圆柱体体积的对数及其微分式为(函数为积商形式先取对数)解：间接测量量圆柱体的体积为\n代入方和根合成公式，因此圆柱体体积为V＝V=9.44土0.08cm3则有\n几点说明：1、不确定度有效数字一般只取一位，相对不确定度E有效数字一般取两位数。在对不确定度截尾时，为了不人为地缩小不确定度，均采用进位的方法。如：0.38与0.33都应取0.4。3、测量值的截尾原则，一般按“四舍六入，逢五凑偶”的规则来进行。例如若=0.03cm,如果则应取成18.62cm如果则应取成18.64cm2、测量值应保留的位数，应由不确定度所在的位确定。原则是：测量值的末位与不确定度的末位对齐。例如应将（3.5625±0.033)cm写成（3.56±0.04)cm,因为不确定度取一位后,在小数点后第二位。\n五、有效数字及其表示有效数字是精确值加一位估计值（可疑数字）组成。运用有效数字时应注意的要点：1、有效数字的位数与小数点位置无关。例如：73.5mm和7.35cm及73.0mm均为三位有效数字。3、表示测量值最后结果的有效数字尾数与不确定度的尾要取齐。2、对较大或较小的数值，常用科学记数法表示。例如：73.0mm换成微米为单位，不应写成73000，而应写为4、对π,等无理数，常数和系数等应比测量值多取一位，或直接按计算器上的按健取用。(即有效数字的位数不取决于这些数的位数)如:周长,体积中的2,1/4等。\n有效数字运算规则：（2）在乘除的运算中，结果跟参与运算的各量中有效数字位数最少的相同；（1）在加减运算中，则按参与加减的各量的末位数中数量级最大的那一位为结果的末位．如无不确定度的估算，1）可疑数字无论跟可靠数字还是跟可疑数字一起运算，其结果均为可疑数字。2）运算结果一般只保留一位可疑数字，末位多余的可疑数字按“四舍六入，逢五凑偶”的原则取舍。34.4+21.28355.683结果为55.7根据上述原则，可以给出以下运算规律：328-24.7结果为303303.3加减与乘除的运算法则不同!\n直接测量有效数字的确定——如何读数读数的一般规则：读至仪器误差所在的位置(1)自然数不是测量值，不存在误差，故有效数字是无穷位。(2)常数、e等的位数可与参加运算的量中有效数字位数最少的位数相同或多取一位。如在D=2R中，2不是一位有效数字，而是无穷位如：L=2R其中R=2.3510-2m就应取3.14(或3.142)即L=23.1422.3510-2=0.148(m)自然数与常量36\n当物体长度在24㎜与25㎜之间时，读数为24.7㎜当读数正好为24㎜时读数为24.0㎜被测物体用米尺测长度37\n△仪=100mA0.1%=0.1mA指针在82mA与83mA之间：读为82.2mA指针正好在82mA上：读为82.0mA对于0.1级表：用0.1级量程为100mA电流表测电流38\n必须用坐标纸作图，坐标的横轴为自变量，纵轴为因变量。六、用作图法处理实验数据作图规则：1、选择合适的坐标分度值，坐标的分度要和测量的有效数字位数对应。坐标的原点，不一定要和变量的零点一致。如：变量变化范围（a,b)，坐标的原点在a附近即可。x,y二变量变化范围表现在坐标纸上的长度应相差不大。xyabcdxyabcdxyacdb\n七、实验数据的直线拟合问题：通过作图求直线斜率的方法：点斜式？量角度求？6、写图名。实验者姓名、实验日期，将图纸与实验报告订一起5、写明图线特征。4、连成图线。3、标实验点。实验点可用“十”、“⊙”等符号标出。2、标明坐标轴。（长度,时间t/s，质量m/kg，温度t/℃)逐差法(实验中介绍)最小二乘法(实验中详细介绍)\n其中：求：N、N、EN。解：(2)计算相对不确定度(1)先计算N(3)根据不确定度，有：例41\n动手能力、分析问题和解决问题的能力的培养，主要在具体实验时完成。1)、认真听讲2)、进行实验学生进入实验室后应遵守实验室规则。严格按照仪器设备操作规程进行实验。合理布局，安全操作，注意细心观察实验现象。3)、记录数据2、实验中的观测1、实验前的预习预习实验教材写好预习报告八、物理实验课的主要教学环节\n7)、误差分析8)、小结或讨论实验评分方法：预习2分，操作4分，报告4分。3、实验报告实验报告是实验工作的全面总结，是培养科学表达能力的主要环节。报告一律采用学校统一的实验报告纸书写，要求文字工整、语句简练、阐述清楚、图表规范，结果正确、分析认真。一份完整的实验报告应包括以下几方面。1)、实验题目2)、实验目的3)、实验原理摘要4)、实验仪器：型号、规格、参数等。5)、实验步骤6)、数据表格与数据处理\n作业：第一章补充(1)98.645+1.02=(2)(3)7890.234123=(用实验报告纸作，第一次实验时交各自报告箱)