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1、大学物理实验绪论董有忠电脑基础知识IT计算机专业资料物理实验教学中心简介物理实验教学中心简介n n30名实验教师中教授4人，副教授（或高级实验师）19人。具有博士学位教师占87%。n n2006年获批为广东省物理实验教学示范中心。n n开设实验内容：基础物理实验；综合和近代物理实验；设计性和研究性实验。仪器设备总资产1200万元。课程介绍和教学目的。教学安排和考核要求。有效数字及其运算规则。测量和测量误差。测量结果的估算。数据处理方法。课程介绍：大学物理实验是高等学校学生进行科学实验基本训练的一门独立的必修基础课，是学生进入大学后系统的学习实验方法和实验技能的开端。同时，在培养科学工作者的良好
2、素质及科学世界观方面也起着潜移默化的作用。在物理实验的基本知识、基本方法、基本技能方面受到较系统的训练。包括：有关仪器的选择和使用、基本的测量技能和方法、实验数据的处理、对结果的误差做出分析和判断、完成实验报告等。培养和提高科学实验能力。包括：自学能力、动手实践能力、创新思维能力、书面表达能力、和简单设计能力等。培养和提高从事科学实验的素质，为后续实验课程以及社会工作打好基础。包括：理论联系实际和实事求是的科学作风、严肃认真的工作态度，不怕困难、主动进取的探索精神、遵守操作规程、爱护公物的优良品德等。教学目的：教学安排：开课时间：下午为2：005：00、晚上为6：30 9：20。一学期完成32
3、学时，一个学分。每次实验为4个学时，共8次实验。各专业班级按照成绩表的顺序及我们的计划人数进行分组，各组按照轮流表进行实验。不同的组别，同一时间的实验内容不同。各组选定该组的组长，每次实验课之前由组长拿一张本组的登记表给当堂的指导老师。周 实验组 1、23、45、67、89、1011、1213、1415、16一大学物理绪论课4.2,5.33.2,4.13.4,6.94.3,4.45.2,5.44.64.7二3.2,4.13.4,6.94.3,4.45.2,5.44.64.75.5三3.4,6.94.3,4.45.2,5.44.64.75.54.2,5.3四4.3,4.45.2,5.44.64.
4、75.54.2,5.33.2,4.1五5.2,5.44.64.75.54.2,5.33.2,4.13.4,6.9六4.64.75.54.2,5.33.2,4.13.4,6.94.3,4.4七4.75.54.2,5.33.2,4.13.4,6.94.3,4.45.2,5.4八5.54.2,5.33.2,4.13.4,6.94.3,4.45.2,5.44.6实验轮流表(样表):物理实验课的主要教学环节物理实验课的主要教学环节n n物理实验室在物理实验室在B5B5栋栋B B座二、三楼。晚上上课时座二、三楼。晚上上课时间为间为6 6：3030分分，不随学校作息时间改变。，不随学校作息时间改变。n n理
5、学院首页的资料下载物理实验分组安排n n物理实验示范中心网站地址：基础物理精品课程网站（含教学论坛）：物理实验课的主要教学环节物理实验课的主要教学环节 一、课前预习n n实验前学生必须预习实验教材和仪器说明书等有关资料，在此基础上写出实验预习报告。n n老师上课时将抽查并提问打分，计入总评成绩。n n请假要有教务员签字盖章。物理实验课的主要教学环节物理实验课的主要教学环节 二、实验过程n n各班按实验顺序表、个人按实验顺序号就位上课（通常一人一套仪器），提前5分钟进入课室。n n遵守实验室规则，测量数据不得直接填在预习报告上，不得用铅笔写，要另用一张纸记录，必须经指导教师检查并在该记录纸上签名
6、，作为实验报告附录一并上交。n n实验完毕，整理好仪器才能离开实验室。物理实验课的主要教学环节物理实验课的主要教学环节 三、三、课后实验总结课后实验总结 n n实验后要对实验数据及时进行处理，并写出完整实验后要对实验数据及时进行处理，并写出完整的实验报告。的实验报告。n n实验报告要求用实验报告纸撰写，第二次实验课实验报告要求用实验报告纸撰写，第二次实验课时交第一次的实验报告，第三次实验时交第二次时交第一次的实验报告，第三次实验时交第二次的实验报告，以此类推。的实验报告，以此类推。交报告都由组长完成。交报告都由组长完成。n n绪论课的练习做完后，第一次做实验时交给任课绪论课的练习做完后，第一次
7、做实验时交给任课老师评阅，作为一次实验分数计入总评成绩。老师评阅，作为一次实验分数计入总评成绩。绪论课作业第一章的练习题 2、4、5、6、7，共5题29页练习题第7题,表格中电阻R的数据7.105应改为4.105 物理实验课的主要教学环节物理实验课的主要教学环节 四、实验报告的格式和内容 n n实验名称实验名称n n实验目的实验目的 n n实验仪器实验仪器 n n实验原理：实验原理：简要叙述实验原理、计算公式、实验电路图或光路图。简要叙述实验原理、计算公式、实验电路图或光路图。n n实验内容和主要步骤实验内容和主要步骤物理实验课的主要教学环节物理实验课的主要教学环节 四、实验报告的格式和内容
8、n n实验数据处理：实验数据处理：将原始记录数据转记于实验报告上（签名的原始数据记录纸附在将原始记录数据转记于实验报告上（签名的原始数据记录纸附在报告后），计算要遵循有效数字的运算规则进行，用标准不确定报告后），计算要遵循有效数字的运算规则进行，用标准不确定度评估测量结果的可靠性。度评估测量结果的可靠性。n n结果与讨论：结果与讨论：该部分要明确给出实验测量结果，并对结果进行讨论（如实验该部分要明确给出实验测量结果，并对结果进行讨论（如实验中观察到的现象分析、实验中存在的问题讨论、回答思考题等）。中观察到的现象分析、实验中存在的问题讨论、回答思考题等）。也可以对实验本身的设计方案、实验仪器的改
9、进等提出建设性意也可以对实验本身的设计方案、实验仪器的改进等提出建设性意见。见。n n实验者姓名、实验日期实验者姓名、实验日期物理实验课的主要教学环节物理实验课的主要教学环节 五、实验成绩的评定n n平时实验报告成绩（绪论课作业算一次实验）平时实验报告成绩（绪论课作业算一次实验）7 70%0%0%0%，期期末考试末考试30%30%30%30%n n实验报告评分点包括：预习报告检查及问答老师提问、实验报告评分点包括：预习报告检查及问答老师提问、课堂操作、数据记录及误差处理、实验结果及作图、课堂操作、数据记录及误差处理、实验结果及作图、综述讨论及思考题等。如有创新点将格外加分。综述讨论及思考题等。
10、如有创新点将格外加分。n n不按规定时间做实验者扣不按规定时间做实验者扣3030分，不按时交报告者扣分，不按时交报告者扣2020分；分；n n抄袭、篡改、拼凑实验数据一律记零分；抄袭、篡改、拼凑实验数据一律记零分；n n迟到迟到5 5分钟内扣分钟内扣1010分，分，5 5分钟以上扣分钟以上扣2020分，分，3030分钟以上分钟以上不得进入实验室；不得进入实验室；n n预习报告未完成扣预习报告未完成扣2020分，预习报告马虎者扣分，预习报告马虎者扣5-105-10分；分；有效数字及其运算规则：1、有效数字:0 01 12 23 34 4L=3.23cm,L=3.24cmL=3.235cm有效数字
11、为可靠数和一位可疑数.没有估读的情况:如数字仪表和游标卡尺.其最后一位仍为误差位.有效数字及其运算规则：2、有效数字的基本性质:见课本 P18.（新课本还在印刷，所以页码都不同）3、有效数字的运算规则：原则:a、可靠数与可靠数运算结果为可靠数。b、可疑数与任何数运算，其结果为可疑数，进位为可靠数。运算规则：见课本 P19.有效数字及其运算规则：4、有效数字运算实例：23.1 X 8.4=?2 3.1X8.49 2 41 8 4 81 9 4 0 4其中：9=8+1其中：10=2+8其中：14=9+4+119412=3X4测量和测量误差：1、测量：在一定条件下待测量与标准计量仪器比较，从而确定被
12、测量的数值和单位。直接测量间接测量等精度测量不等精度测量存在值（真值）（存在但不可知）测量值 x测量和测量误差:2、误差：X=X-。（只具有理论意义）大小表示偏离的程度，符号表示偏离的方向。实际中：相对误差：测量和测量误差:3、误差的分类：既然测量不能得到真值，那么怎样才能最大限度的减小测量误差并估算出这误差的范围呢？要解决这个问题，首先要了解误差产生的原因及其性误差产生的原因及其性质质。测量误差按其产生的原因与性质可分为系统分为系统误差、偶然误差误差、偶然误差和和粗大误差粗大误差。测量和测量误差:系统误差：保持不变或以可预知方式变化的误差分量。来源:仪器固有缺陷;实验理论近似或方法不完善；实
13、验环境、测量条件不合要求；操作者生理或心理因素。特点：大小、方向恒定或有规律。可以修正。测量和测量误差:偶然误差（随机误差）：以不可预知的方式变化着的误差分量。来源:环境起伏变化；实验装置的变动性；判断、读数估计的差异。对每次测量值来说，其变化是无规则的，但对大量测量值，其变化则服从确定的统计分布（正态分布）规律。0 0正态分布特征：单峰性单峰性对称性对称性有界性有界性抵偿性抵偿性即测量和测量误差:粗大误差:测量值明显地偏离正常测量值的异常误差.(错误)来源:使用仪器方法不对；粗心大意，记录出错；实验条件突变等。实验中出现粗大数据,要想办法剔除.测量和测量误差:测量结果的估算:早期是用绝对误差
14、,现在采用的是用标准差来表示测量的准确度.国际上采用的是不确定度.标准差和不确定度的核心内容,处理方法以及常用的公式基本相同.测量结果的估算:1、直接测量的误差估算测量列的标准差：对N,进行n次等精度测量，得到测量列：x1、x2、x3xn.n很大.定义:测量列的标准差:只具有理论意义.测量结果的估算:定义:实验列的标准差:(实际操作)意义:反映 相对于 的分布,数据的离散程度.测量结果的估算:算术平均值的标准差:平均值的标准差与测量列的标准差之间存在如下关系:(等一下,我们将以最简单的方法证明该关系.)的意义:反映 相对于真值 的分布状态,算术平均值的可靠程度.测量结果的估算:误差的合成:偶然
15、误差未消除的系统误差误差总误差:该合成方法也就是用标准差来表示误差的优点.测量结果的估算:测量的结果表示:三个要素(、单位）结果：（基本的表达方法）意义：a、区间的概念。b、几率的概念。表示：真值 落在区间 的几率为 68.3%。因为它为最基本的表达方式，所以省去P=68.3%。测量结果的估算:扩展:(P=95.4%)(P=99.7%)P称为置信水平or置信概率.结果中误差按“只进不舍”的原则取一位有效数字，结果的数值（平均值）的取位必须与误差在位数上对齐，下一位按“四舍六入五凑偶”的原则取舍。例：结果为：测量结果的估算:异常数据的剔除（含有粗大数据）：方法：1）准则，。即极限误差为认为 为异
16、常数据。不断反复直到没有粗大数据。（要求n比较大）2）格拉布斯准则：求 ，假定一个危险率查表1-2-1（P10）得到临界值 。设 若 则 为异常数据。不断反复直到没有粗大数据。测量结果的估算:单次测量的误差估算(为仪器本身的误差):步骤:1)根据仪器本身得到误差限,及极限(最大)误差 .确定方法:a,标准;b,取最小刻度的一半.2)将仪器的误差限转变为实验标准差.置信概率为 和 时,或 .未给置信概率时 .标准不确定度：用标准偏差表示测量结果的不确定度，称为标准不确定度。按数值的估算方法不同可以分为两类标准不确定度，即A类和B类。A类标准不确定度：用统计方法来分析评定的标准不确定度，用uA表示
17、。B类标准不确定度：用非统计方法评定的标准不确定度，用uB表示。合成标准不确定度：由各标准不确定度分量合成而来的标准不确定度称为合成标准不确定度。测量不确定度表示A A类标准不确定度的评定类标准不确定度的评定定义算术平均值的标准偏差为定义算术平均值的标准偏差为A A类标准不确定度，类标准不确定度，即：即：B类标准不确定度的评定 标准不确定度的B类分量主要来自于测量仪器的仪器误差，在仅考虑仪器误差且均匀分布（即在测量值的某一范围内，测量结果取任一可能值的概率相等）的情况下 仪指计量器具的示值误差，一般取仪器最小分度值的一半，或者是按仪表准确度等级算得的最大基本误差测量结果的估算:2、间接测量的误
18、差估算：对间接测量量 其中 为直接测量量，且独立无关。通过测量我们可以得到：则N的标准差为：误差传递系数得到的方法见P13.数据处理方法:前面讲了计算测量误差的有关方法和知识，下面我们要讲的是如何将所测到的数据进行处理，也就是从现象寻找规律的方法或步骤。表表1.不同温度下的金属电阻值不同温度下的金属电阻值n n1 12 23 34 45 56 67 7t t/C C10.510.526.026.038.338.351.051.062.862.875.575.585.785.7R R/10.42310.42310.89210.89211.20111.20111.58611.58612.02512
19、.02512.34412.34412.67012.670物理量的名称物理量的名称物理量的名称物理量的名称(符号符号符号符号)和单位和单位和单位和单位有效数字正确有效数字正确1、列表法：2、图示图解法图示图解法(1)选择图纸选择图纸多用毫米坐标纸多用毫米坐标纸(17 25cm)(2)曲线改直曲线改直斜率斜率截距截距(3)确定坐标比例与标度确定坐标比例与标度单位长度单位长度(1cm)(1cm)代表的物理量大小代表的物理量大小曲线曲线因变量因变量自变量自变量标度标度起点起点终点终点(4)数据点数据点 的标出的标出+(5)曲线描绘曲线描绘电阻电阻R随温度随温度 t变化曲线变化曲线图名图名比例比例B14
20、XR007B14XR007班班班班 张三张三张三张三作者作者(6)注解说明注解说明(7)直线图解法直线图解法求待定常数求待定常数B(83.5,12.600)B(83.5,12.600)+电阻电阻电阻电阻R R随温度随温度随温度随温度 t t变化曲线变化曲线变化曲线变化曲线B14XR007uB14XR007u班班班班 张三张三张三张三A(13.0,10.500)A(13.0,10.500)3、逐差法逐差法砝码质量砝码质量/Kg/Kg 1.0001.0002.0002.0003.0003.0004.0004.0005.0005.0006.0006.0007.0007.0008.0008.000弹簧伸长位置弹簧伸长位置/cm/cm x x1 1x x2 2x x3 3x x4 4x x5 5x x6 6x x7 7x x8 84、最小二乘法、最小二乘法实验数据：实验数据：+最小二乘法拟合结果的好坏由相关系数R来评定，见P24P25。谢谢观赏谢谢观赏