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1、北京工业大学大学物理实验课理论讲座大学物理实验课理论讲座 大学物理实验基础知识大学物理实验基础知识 青海民大物电学院 马元良 2013.3北京工业大学教学计划一课程计划(43课时)1.理论知识 4课时（讲授）2.分组实验 36课时（12 3）3.实验考试 3课时 二成绩考核 1.实验报告（60%）+考试（40%）2.不合格则重修。北京工业大学大学物理实验基础知识教学内容：第一节 绪论第二节 测量及其误差第三节 不确定度第四节 数椐处理的基本方法 北京工业大学第一节 绪论 一.大学物理实验的地位和作用：1.科学实验科学实验 是人们根据一定的研究目的，通过积极的构思，利用科学仪器、设备等物质手段，
2、人为地控制或模拟自然现象，使自然过程或生产过程以比较纯粹的或典型的形式表现出来，从而在有利条件下，探索自然规律的一种研究方法。北京工业大学第一节 绪论2.科学实验的任务是：研究人类尚未认识或尚未充分认识的自然过程，发现未知的自然规律，创立新的学说、新理论，研制、发明新材料、新方法、新工艺，为生产实践提供科学理论的依据，促进生产技术的进步和革命，提高人们改造自然的能力。北京工业大学第一节 绪论 3.大学物理实验的地位：.物理实验是科学实验的重要组成部分之一，物理实验在科学、技术的发展中有着独特的作用。.物理实验在物理学自身的发展中有着重要的作用，同时在推动其他科学、工程技术的发展中也起着重要作用
3、。.近代各学科相互渗透，发展了许多交叉学科，物理实验的构思、物理实验的方法和技术与化学、生物学、天文学等学科相互结合已经取得了丰硕的成果，而且必将发挥更大的作用。北京工业大学第一节 绪论 二.大学物理实验的目的和任务 物理实验作为一门独立的基础课程，它有以下三方面的目的和任务：1.通过实验现象的观察分析和对物理量的测量，使学生进一步掌握物理实验的基本知识、基本方法和基本伎能；并能运用物理学原理、物理实验方法研究物理现象和规律，加深对物理学原理的理解。2.培养与提高学生从事科学实验的素质。包括：理论联系实际和事实求是的科学作风；严肃认真的工作态度；不怕困难、主动进取的探素精神；遵守操作规程，爱护
4、公共财物的优良品德；以及在实验过程中同学间相互协作、共同探素的合作精神。北京工业大学第一节 绪论 3.培养与提高学生科学实验的能力。包括：自学能力能够自行阅读实验教材或参考资料，正确理解实验内容，再实验前作好准备。动手实践能力能够借助教材和仪器说明书，正确调整和使用常用仪器。思维判断能力能够运用物理学理论，对实验现象进行初步的分析和判断。表达书写能力能够正确记录和处理实验数据，绘制图线，说明实验结果，撰写合格的实验报告。简单的设计能力能够根据课题要求，确定实验方法和条件，合理选择仪器，拟定具体的实验程序。北京工业大学第一节 绪论三.大学物理实验的过程和要求。1.实验前的准备（预习）预习报告的内
5、容有：实验目的：说明本实验的主要目的。实验原理：应在对本实验理解的基础上用自己的语言简要地叙述。一般应写出本实验所依据的主要公式和公式中各量的意义，明确 实验中所要直接测定的物理量及测量方法。必要时，还应画出原理图、电路图或光路图。实验仪器验步骤及注意事项：这部分内容一般在实验教材中均有详细说明，因而预习报告中只要写出关键性的步骤和重要的注意事项。北京工业大学第一节 绪论2.实验的进行 在进入实验室正式进行实验测量前，首先应核对提供的仪器设备是否完备、齐全。如有问题，应向指导教师反映解决。应仔细阅读教材中有关仪器的介绍和使用注意事项，做到按操作规程进行操作调试，切忌盲目操作。其次，要认真思考和
6、安排好实验操作程序，不要一上来就急于求成，因为一些关键性步骤的疏忽或错误，会导致整个实验的失败。实验测试中，不要单纯追求顺利地测好数据，要养成对实验仔细观察和对所测数据随时进行分析判断的习惯，这样才能及时发现和纠正错误。对实验中遇到的故障要积极思考，尽可能自己排除。要如实记录实验的原始数据，实验数据的记录应做到整齐清洁而有条理，养成列表法记录数据的习惯，以便于计算和复核。北京工业大学第一节 绪论3.实验报告的书写具体要求：数据处理与结果分析:要求写出数据处理的主要过程，并根据误差理论计算误差。对要求作图的实验必须作出相应的实验图线（正规坐标纸）。最后结果:写出测量的最后结果，并标明绝对和相对误
7、差。必要时，还须注明得此结果的实验条件。问题讨论:对实验中观察到的现象或你感性趣的问题进行分析，改进实验的建议，实验的体会及回答思考问题北京工业大学第一节 绪论四.物理实验课成绩考核办法1.物理实验课成绩=实验报告成绩+实验考试2.平时实验报告成绩（缺一次实验成绩以Ni=0计算）3.考试成绩=（操作）+（理论）（考试实验内容包括本学期所做的12个实验，题目抽签确定）4.实验报告成绩=40分（预习报告）+20分（数据处理与结果分析）+20分（最后结果）+20（问题讨论）5.每次实验前上交前一次的实验报告，延时一周扣10分。6.实验成绩不合格的学生，重做实验报告中成绩低于80分的所有实验，然后再抽
8、签考试，最后按以上办法评定成绩。北京工业大学第二节 测量及其误差 一.量、测量 任何现象和实体都能以量来表征。量具有对现象和实体作定性区别或定量确定的属性。测量是人类对自然界中的现象和实体取得数量概念的一种认识过程。测量分为:直接测量和间接测量 北京工业大学第二节 测量及其误差 二.测量误差及其分类 被测物理量的大小（即真值）是客观存在的，但是在测量过程中由于测量方法的设计、测量仪器的精度、测量人员的水平的限制，测量值总是与真值有一定的差异，测量值与真值X之差称为测量误差x，简称误差。误差测量值真值 北京工业大学第二节 测量及其误差 1.误差的分类 根据误差的性质和产生的原因，可分为：系统误差
9、和随机误差。(1)系统误差 在同一条件下（指测量方法、仪器、环境和观测者保持不变）对同一量进行多次测量时，误差的符号和绝对值保持不变或按一定规律变化。北京工业大学第二节 测量及其误差 他的来源有以下几个方面：仪器的固有缺陷；实验方法不完善或这种方法所 依据的理论本身具有近似性；环境的影响或没有按规定的条件使用 仪器；实验者生理或心理特点、或缺乏经验引入的误差。北京工业大学第二节 测量及其误差(2).随机误差（偶然误差）在同一条件下多次测量同一物理量时，测量值彼此之间总有稍许差异，而且变化不定，并在消除系统误差后仍然如此，这种绝对值和符号随机变化的误差称为随机误差 或偶然误差。北京工业大学第二节
10、 测量及其误差 其来源是：实验者本人感觉器官能力的限制。测量过程中，实验条件和环境因素的微小的、无规则的起伏变化。仪器误差 仪器的最大误差（极限误差）：仪器误差就是指在正确使用仪器的条件下，测量所得结果的最大误差，或误差限，用仪表示。北京工业大学第二节 测量及其误差 下面列举几种常用器具的仪器误差下面列举几种常用器具的仪器误差:1）.有刻度的仪器，若未标出精度（等级），有刻度的仪器，若未标出精度（等级），取其最小分度的一半为取其最小分度的一半为仪。仪。如 米尺、温度计；而对于不能连续读数的仪器就以最小分度值做为仪。如 秒表：2）.标有精度的仪器仪表，如卡尺：一般测量范围在0300mm以下的其分
11、度值便是仪器的仪。北京工业大学第二节 测量及其误差如精度是0.02mm的卡尺示值误差是0.02mm。螺旋测微仪：实验室一般使用的是一级，测量范围在0100mm以下的，示值误差为0.004mm。物理天平：最大称量 感量 示值误差 500g 20mg 20mg 1000g 50mg 50mg北京工业大学第二节 测量及其误差3）.标有精度等级的仪器仪表，可用公式计算仪如 电表：仪=量程准确度等级 =XmSn（电表的准确度等级Sn 分为0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，5.0 七级）例：0.5级电压表量程为3V时仪=30.5=0.015V北京工业大学第二节 测量及其误差4）.数字显示仪器
12、仪表，可以用所显示的最小数字作为仪 如数字毫秒计最小显示值为0.01s，则 仪=0.01s北京工业大学第二节 测量及其误差(3).仪器的标准误差：仪器误差也同样包含系统误差和偶然误差，级别较高的仪器主要是偶然误差；级别较低的或工业用表主要是系统误差；实实验室常用仪表两种误差都有，且数值相验室常用仪表两种误差都有，且数值相近。一般仪器误差的概率密度函数遵从近。一般仪器误差的概率密度函数遵从均匀分布，则仪器的标准误差：均匀分布，则仪器的标准误差：仪仪北京工业大学第二节 测量及其误差2.测量结果表示绝对误差：X=（xX）相对误差：E=E/E0100%北京工业大学第二节 测量及其误差2.直接测量测量结果的最佳值与随机误差的计算 北京工业大学第二节 测量及其误差1.误差的定义、特点、分类、及各类误差的来源是什么？2.多次直接测量的误差估算有几种方法？3.仪器的最大误差（极限误差)的定义是?请列举几种常用仪器的最大误差。4.仪器的标准误差是什么？北京工业大学第二节测量及其误差 谢谢 谢谢