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1、大学物理实验一、绪论一、绪论二、实验基本知识二、实验基本知识第一章第一章 绪论绪论n 物理学是一门实验科学，物理实验在物理学的创立和发展过程中占有十分重要的地位。n物理实验课程重在培养学生掌握基本的科学实验技能和分析解决实际问题的能力，为学生毕业后从事各项科学实践和工程实践打下坚实的基础。物理实验课程的任务：物理实验课程的任务：、培养学生掌握基本的实验知识和实验 技 能，初步掌握实验科学的基本思想和方法。、培养学生的科学思维和创新意识，掌握 实验研究的基本方法。、培养与提高学生的科学实验素养。注意事项：注意事项：n迟到十分钟不准进实验室；n事假、病假需补做实验应及时找老师；n每次上课带上次的实
2、验报告和这次实验的预习报告；n每次进入实验室需穿鞋套，不准带早点等食物进入实验室；n损坏仪器要赔偿，实验做完整理仪器；n每次进实验室做实验要对号入坐，118号，桌上签到本做完要签到并给老师签名。成绩的评定成绩的评定n本学期共9个实验，最后成绩为9个实验的平均分。有2个或超过2个实验不及格，最后成绩即为不及格。n实验不及格包括：旷课、涂改数据、抄袭他人报告、报告超过2周不交、同学代做实验、实验报告做得很差。实验报告必须用实验报告必须用上理工上理工专用的实验专用的实验报告纸书写报告纸书写n封面上：课程名称、实验名称、班级、学号写好。n实验组别：如 一（1，2）三 周一 1，2节课 第三组 实验课的
3、教学环节实验课的教学环节n、实验前预习20分n、课堂实验40分n、书写实验报告40分预习报告的书写预习报告的书写一、实验目的二、实验仪器 把仪器的型号、规格、精度都写上三、原理阐述 包括文字说明、计算公式、原理图四、实验内容及步骤五、设计数据记录表格及数据处理方法课堂实验课堂实验n一是要按操作规程调整和使用仪器；n二是测量时要正确读数，实事求是地记录数据。n实验完毕时将数据填入原始数据记录纸(同时自己备份一份),交指导教师审查,由教师签字后方可离开实验室。书写实验报告书写实验报告n做完实验后，回去整理数据，在预习报告上继续书写，加入数据和处理，绘图，不确定度计算的主要过程，写出实验结果。n最后
4、进行实验讨论，包括回答思考题，分析对实验结果有影响的主要因素；误差分析；对实验方法和装置改进的建议等。第二章第二章 实验基本知识实验基本知识n2.1 测量与误差n2.1.1 测量与有效数字1.测量的分类测量的分类 测量数值应包括数值大小和单位，两者缺一不可。1)直接测量与间接测量n例如均匀球体的质量密度，需用直接测量 得到的质量m和直径D，经用公式 计算得到。2）等精度测量和非等精度测量n按测量的条件来分，测量又可分为等精度测量和非等精度测量。n等精度测量：同一测量者，用相同的方法，使用同样的仪器并在相同的条件下对同一物理量进行的多次测量。2.有效数字有效数字n测量的结果是由一列数字表示出来的
5、，物理实验要求表示测量结果的数字既能反映所使用的测量仪器的精度，又必须能反映待测物理量的大小。n有效数字=准确数字+可疑数字有效数字的位数有效数字的位数n例如：一把学生用直尺，其刻度最小分格的长度为1mm，测量出一支铅笔的长度是 177.0 mm，单位要写上。准确数字 可疑数字n即使在物理单位变换中有效数字的即使在物理单位变换中有效数字的位数也不能改变。位数也不能改变。n例如：177.0 mm 0.0001770 km=1.770 km 0.1770 m0.177 m 1.770 m177000 m 有效数字的一些运算规则：有效数字的一些运算规则：1)加减运算 在同一单位条件下，以各组有效数字
6、中可疑数字最高位为取舍界限。对于应予以舍去的数字，按“小于5舍，大于5进，等于5将保留的末位数 字凑成偶数”。n如：25.8cm+12.34cm=38.14cm=38.1cm 35.32cm-2.745cm=32.575cm=32.58cm 25.8cm+134.85cm=160.65cm=160.6cm25.8cm+134.851cm=160.651cm=160.7cm2)乘除运算：n积（商）的有效数字位数与有效数字位数最小者相同。n如：834.523.9=19944.55=1.99 2569.419.5=131.7641=1323)乘方、开方及对数运算：n乘方、开方及对数运算的有效数字位数
7、与其底数的有效数字位数相同。4)纯数或常数n一些无理常数如：，e,不是测量而得，因此不存在不准确数字，可以视为无穷多位有效数字的位数，在参与运算时其取值位数要求比测量值多取一位。2.1.2.误差及其分类n1测量值的误差：测量误差可以用绝对误差表示，也可用相对误差表示。绝对误差()测量值(x)-真值(X)2误差的种类n分析误差产生的性质，可将误差分为系统误差和随机误差。（1）系统误差：在等精度条件下，对同一量进行多次测量时，误差的大小和正负总保持不变或以可预知的方式变化的测量误差分量，称为系统误差，其特点是它具有确定性。(2)随机误差n在等精度条件下对同一被测量进行多次测量时，各次测量的误差呈时
8、大时小、时正时负、没有规则，这种以不可预知、无法控制的方式变化的测量误差分量，称为随机误差。2.2 随机误差的估算随机误差的估算n随机误差的特点是在任意一次测量之前都无法预知误差的大小和方向。n在一定的测量条件下，它服从一定的统计规律。2.2.1.随机误差的统计规律n常见的一种是随机误差服从正态分布(高斯分布)规律，其分布曲线如图22所示。n分布曲线的含义是：在误差附近，单位误差范围内误差出现的概率。即误差出现在+d区间内的概率为f()d。n由图22可见，服从正态分布的随机误差具有以下特点：n1单峰性 n2对称性n3有界性 n4抵偿性：n在某次测量中，随机误差出现在a-b内的概率应为n由理论进
9、一步证明，是曲线的两个拐点的横坐标值。n这个量在研究和计算随机误差时是一个很重要的特征量，被称为标准误差。2.2.2 标准误差的统计意义n理论上标准误差由式25表示：n某次测量的随机误差出现在-内的概率可以证明为 2.2.3 随机误差的估算n在实际的物理实验中随机误差只能采用近似的估算方法，具体如下：1.被测量的算术平均值2.偏差 x-3.标准偏差 在有限次测量中，可用标准偏差 作为标准误差的估计值。（2-7）n被测量x的有限次测量的算术平均值也是一个随机变量。因此，有限次测量的算术平均值也存在标准偏差。n用 表示算术平均值的标准偏差，可以证明：（2-8）2.3 测量的不确定度测量的不确定度2
10、.3.1 不确定度 为了更确切地表征实验测量数据，引入了不确定度作为实验测量结果接近真实情况的程度，它是被测量的真值在某个量值范围内的一个评定。2.3.2 标准不确定度n标准确定度一般可分为以下三类：1.A类不确定度：常记为 。2.B类不确定度：常记为 。它包括非统计法评定的测量不确定度 和仪器的不确定度 两部分。3.合成不确定度U(x)。2.3.3 A类不确定度的评定ntp因子的数值可以根据测量次数和置信概率,查表2-1得到。2.3.4 B类不确定度的评定nB类不确定度由B类测量不确定度UB1(x)和仪器不确定度UB2(x)两部分组成。1、测量不确定度 UB1(x)：按规定或者取最 小分度值
11、的 1/10。2、仪器不确定度UB2(x)仪的计算n如电表等仪表 仪=量程准确度等级%n的最小刻度（如直尺）n直接给出（如游标卡尺）2.3.5 合成不确定度及其不确定度的传递1、合成 多次测量 单次测量 2、传递n在间接测量时，待测量(即复合量)是由直接测量量通过函数计算而得到的。y=f(x1,x2,x3,xn)（2-13）（2-14）U(y)合成标准不确定度Ur(y)合成相对不确定度注意注意:n最后合成不确定度只保留一位有效数字,而中间所求出的各分量的不确定度应该多保留一位。如 UA，UB1，UB2，等通常取两位有效数字。4、测量结果的表示单次测量结果同上：注意：注意：n 与 有效数字位数一
12、致或多取一位。n 与U(x)的末位数字一定要对齐。如：测量结果 g=(9.8100.008)(P=0.683)或 则结果 g=(9.810.08)(P=0.683)2.4.2 作图法1作图法的基本原则(1)、图纸的选择。作在毫米方格纸上，坐标原点不坐标原点不必是零点。必是零点。(2)、坐标轴的分度。横坐标代表自变量，纵坐标代表因变量，坐标末端标明代表的量并注明单位。标明代表的量并注明单位。坐标纸的大小要合适，以保持原始数据的有效数字以保持原始数据的有效数字(不夸大也不缩不夸大也不缩小小)为原则。为原则。(3)、描点。用“”记号标出各数据点在坐标纸上的位置。(4)、连线。尽量经过大部分的点连成一
13、条直线。(5)、图名。横轴下方中央写上图名。如：图2作图法的应用 n1.在直线上取两点（拉开距离），用符号 标出，并标出这两点的坐标值 n2.计算斜率:并写出计算过程 公式公式=数据数据=结果结果 电阻伏安特性曲线图电阻伏安特性曲线图 12.0011.0010.00作业n写在实验报告纸上nP24 2.5 习题 18全做，第7题中最小二乘法作为附加题（5分）。n预习nfx-82ES 学生用计算器计算平均值的标准偏差的方法：n1.(:STAT)(:1-VAR)n2.输入数据：如：1，2，3，4，5 五个数据 1=，2=，3=，4=，5=，n3.求平均值：(:Var)（）n4.求标准偏差：重复3步骤，其中 换 （）n5.平均值的标准偏差：将步骤4结果除以 即可。MODE21ACSHIFT152=24=n9个实验都做完后的第二周，请及时到网上查看自己的实验成绩，有疑问及时找老师，第三周上交教务处后将不能查成绩。n查看地址：学校主页课程中心网大学物理实验（1）或者（2）电子教案成绩