大學物理實驗

1、會計學1大學物理實驗大學物理實驗物理學學什么？為什么要學物理學物理學學什么？為什么要學物理學l物理學是研究物質運動一般規(guī)律及物質基本物理學是研究物質運動一般規(guī)律及物質基本結構的科學，是自然科學的基礎學科，是學習結構的科學，是自然科學的基礎學科，是學習其他自然科學和工程技術的基礎。其他自然科學和工程技術的基礎。l物理學是一門實驗科學，物理實驗在物理學物理學是一門實驗科學，物理實驗在物理學的產(chǎn)生、發(fā)展和應用過程中起到重要的作用。的產(chǎn)生、發(fā)展和應用過程中起到重要的作用。物理學重大發(fā)現(xiàn)深刻影響著我們的生活，物理學重大發(fā)現(xiàn)深刻影響著我們的生活，X X射射線、核磁共振、核能、激光、信息技術線、核磁共振、核

2、能、激光、信息技術19011901年諾貝爾物理學獎年諾貝爾物理學獎XX射線的發(fā)現(xiàn)射線的發(fā)現(xiàn) 倫琴倫琴19011901年，首屆諾貝爾物理學獎授予德國物理學年，首屆諾貝爾物理學獎授予德國物理學家倫琴（家倫琴（Willhelm Konrad RotgenWillhelm Konrad Rotgen，1845184519231923）以表彰他在）以表彰他在18951895年發(fā)現(xiàn)的年發(fā)現(xiàn)的X X射線。射線。18951895年，物理學已年，物理學已經(jīng)有了相當?shù)陌l(fā)展，它的幾個主要部門經(jīng)有了相當?shù)陌l(fā)展，它的幾個主要部門-牛頓力學、熱牛頓力學、熱 力力學和分子運動論、電磁學和光學，都已經(jīng)建立了完整的理論學和分子

3、運動論、電磁學和光學，都已經(jīng)建立了完整的理論，在應用上也取得，在應用上也取得 了巨大成果。這時物理學家普遍認為，物了巨大成果。這時物理學家普遍認為，物理學已經(jīng)發(fā)展到頂了，以后的任務無非是在細節(jié)上作些補充理學已經(jīng)發(fā)展到頂了，以后的任務無非是在細節(jié)上作些補充和修正而已，沒有太多的事情好做了。和修正而已，沒有太多的事情好做了。 正是由于正是由于X X射線的發(fā)射線的發(fā)現(xiàn)喚醒了沉睡的物理學界。它像一聲春雷，引發(fā)了一系列重現(xiàn)喚醒了沉睡的物理學界。它像一聲春雷，引發(fā)了一系列重大的發(fā)現(xiàn)，把人們的注意力引向更深入、更廣闊的天地，從大的發(fā)現(xiàn)，把人們的注意力引向更深入、更廣闊的天地，從而揭開了現(xiàn)代物理學的序幕。而揭

4、開了現(xiàn)代物理學的序幕。偉大的發(fā)現(xiàn)，巨大的應用！偉大的發(fā)現(xiàn)，巨大的應用！僅與僅與X X射線研究有關的諾貝爾物理、化學、生物射線研究有關的諾貝爾物理、化學、生物醫(yī)學就有醫(yī)學就有1515項，其中項，其中物理學獎就有物理學獎就有7 7項項。它們分。它們分別是居里夫婦的放射性的發(fā)現(xiàn)（別是居里夫婦的放射性的發(fā)現(xiàn)（19031903年），布拉年），布拉格父子的格父子的X X射線分析晶體結構（射線分析晶體結構（19151915年），巴拉年），巴拉克的元素的標識倫琴輻射的發(fā)現(xiàn)（克的元素的標識倫琴輻射的發(fā)現(xiàn)（19171917年），西年），西格班的格班的X X射線的光譜學研究（射線的光譜學研究（19241924年），

5、康普頓年），康普頓的的X X射線散射（射線散射（19271927年）及戴維遜和湯姆遜的年）及戴維遜和湯姆遜的X X射射線的電子衍射（線的電子衍射（19371937年年) )?；瘜W化學3 3項項，它們分別利，它們分別利用用X X射線獲取化合物、晶體的結構數(shù)據(jù)和信息。射線獲取化合物、晶體的結構數(shù)據(jù)和信息。生物醫(yī)學獎生物醫(yī)學獎5 5項項，它們分別是，它們分別是X X射線人工誘變，射線人工誘變，DNADNA結構的發(fā)現(xiàn)和破譯，重要用途藥物的晶體結結構的發(fā)現(xiàn)和破譯，重要用途藥物的晶體結構、構、X X射線層析三維立體成像技術（射線層析三維立體成像技術（CTCT）。）。核磁共振成像（核磁共振成像（MRIMRI

6、）使用射頻波和強磁場而）使用射頻波和強磁場而非非X X射線來提供異常清晰且詳細的內(nèi)臟器官和射線來提供異常清晰且詳細的內(nèi)臟器官和組織的組織的2D2D及及3D3D圖片。圖片。19031903年諾貝爾物理學獎年諾貝爾物理學獎貝克勒爾貝克勒爾 皮埃爾居里皮埃爾居里 瑪麗居里瑪麗居里19031903年諾貝爾物理學獎一半授予法國物年諾貝爾物理學獎一半授予法國物理學家亨利貝克勒爾（理學家亨利貝克勒爾（Antoine Henri Antoine Henri Becquerel ,1852 -1908Becquerel ,1852 -1908），以表彰他），以表彰他發(fā)現(xiàn)了自發(fā)放射性；另一半授予法國物發(fā)現(xiàn)了自發(fā)放

7、射性；另一半授予法國物理學家皮埃爾居里（理學家皮埃爾居里（Pierre Curie Pierre Curie ,1859 -1906,1859 -1906）和瑪麗斯可羅夫斯卡居）和瑪麗斯可羅夫斯卡居里（里（Marie Sklodowska ,1867 - 1934Marie Sklodowska ,1867 - 1934）, ,以表彰他們對貝克勒爾發(fā)現(xiàn)的輻射現(xiàn)以表彰他們對貝克勒爾發(fā)現(xiàn)的輻射現(xiàn)象所作的卓越貢獻象所作的卓越貢獻原子彈原子彈19091909年諾貝爾物理學獎授予英國倫敦馬年諾貝爾物理學獎授予英國倫敦馬克尼無線電報公司的意大利物理學家馬克尼無線電報公司的意大利物理學家馬克尼（克尼（Gug

8、lielmo Marcoin ,1874-1937Guglielmo Marcoin ,1874-1937）和德國阿爾薩斯州特拉斯堡大學的布）和德國阿爾薩斯州特拉斯堡大學的布勞恩勞恩(Karl Braun ,1850-1918),(Karl Braun ,1850-1918), 以表以表彰他們在發(fā)展無線電報上所作的貢獻。彰他們在發(fā)展無線電報上所作的貢獻。19091909年諾貝爾物理學獎年諾貝爾物理學獎無線電報無線電報馬克尼馬克尼 布勞恩布勞恩19561956年諾貝爾物理學獎年諾貝爾物理學獎晶體管的發(fā)明晶體管的發(fā)明 肖克利肖克利 巴丁巴丁 布拉坦布拉坦19561956年諾貝爾物理學獎授予美國加利

9、福尼亞州景山年諾貝爾物理學獎授予美國加利福尼亞州景山(Mountain View )(Mountain View )貝克曼儀器公司半導體實驗室的貝克曼儀器公司半導體實驗室的肖克利（肖克利（William Shockley ,1910-1989William Shockley ,1910-1989）、美國）、美國伊利諾斯州烏爾班那伊利諾斯大學的巴丁（伊利諾斯州烏爾班那伊利諾斯大學的巴?。↗ohn John Bardeen ,1908-1991Bardeen ,1908-1991）和美國紐約州謬勒海爾（）和美國紐約州謬勒海爾（Murray Hill Murray Hill ）貝爾電話實驗室的布拉坦

10、（）貝爾電話實驗室的布拉坦（Walter Walter Brattain ,1902-1987Brattain ,1902-1987）, , 以表彰他們對半導體的以表彰他們對半導體的研究和晶體管效應的發(fā)現(xiàn)。研究和晶體管效應的發(fā)現(xiàn)。晶體管的發(fā)明是晶體管的發(fā)明是2020世紀中葉科學技術領域有劃時代世紀中葉科學技術領域有劃時代意義的一件大事。由于晶體管比電子管有體積小、意義的一件大事。由于晶體管比電子管有體積小、耗電省、壽命長、易固化等優(yōu)點，它的誕生使電子耗電省、壽命長、易固化等優(yōu)點，它的誕生使電子學發(fā)生了根本性的變革，它撥快了自動化和信息化學發(fā)生了根本性的變革，它撥快了自動化和信息化的步伐，從而對

11、人類社會的經(jīng)濟和文化產(chǎn)生不可估的步伐，從而對人類社會的經(jīng)濟和文化產(chǎn)生不可估量的影響。量的影響。20002000年諾貝爾物理學獎年諾貝爾物理學獎半導體研究的突破性進展半導體研究的突破性進展20002000年諾貝爾物理學獎授予三位科學家，表彰年諾貝爾物理學獎授予三位科學家，表彰他們在移動電話及半導體研究中獲得突破性進他們在移動電話及半導體研究中獲得突破性進展。他們分別是俄羅斯圣彼得堡約飛物理技術展。他們分別是俄羅斯圣彼得堡約飛物理技術學院的若爾斯阿爾費羅夫、美國加利福尼亞大學院的若爾斯阿爾費羅夫、美國加利福尼亞大學的赫伯特克勒默和德州儀器公司的杰克學的赫伯特克勒默和德州儀器公司的杰克S S基基爾比

12、。爾比。 他們的工作奠定了現(xiàn)代信息技術的基他們的工作奠定了現(xiàn)代信息技術的基礎，特別是他們發(fā)明的快速晶體管、激光二極礎，特別是他們發(fā)明的快速晶體管、激光二極管和集成電路管和集成電路( (芯片芯片) )。阿爾費羅夫阿爾費羅夫 赫伯特克勒默赫伯特克勒默 基爾比基爾比20092009年諾貝爾物理學獎年諾貝爾物理學獎光纖通信和光纖通信和CCDCCD圖像傳感器的應用圖像傳感器的應用高錕高錕在在“有關光在纖維中的傳輸以用于光學通信有關光在纖維中的傳輸以用于光學通信方面方面”取得了突破性成就，他將獲得今年物理學取得了突破性成就，他將獲得今年物理學獎一半的獎金，共獎一半的獎金，共500萬瑞典克朗（約合萬瑞典克朗

13、（約合70萬美萬美元）；博伊爾和史密斯發(fā)明了半導體成像器件元）；博伊爾和史密斯發(fā)明了半導體成像器件電荷耦合器件（電荷耦合器件（CCD）圖像傳感器，將分享今）圖像傳感器，將分享今年物理學獎另一半獎金。年物理學獎另一半獎金。19641964年諾貝爾物理學獎一半授予美國馬薩諸塞州年諾貝爾物理學獎一半授予美國馬薩諸塞州坎布里奇的麻省理工學院的湯斯坎布里奇的麻省理工學院的湯斯(Charles (Charles H.TownesH.Townes，1915- )1915- )，另一半授予蘇聯(lián)莫斯科蘇聯(lián)，另一半授予蘇聯(lián)莫斯科蘇聯(lián)科學院列別捷夫物理研究所的巴索夫科學院列別捷夫物理研究所的巴索夫(Nikolay

14、(Nikolay G.BasovG.Basov，1922- )1922- )和普羅霍羅夫和普羅霍羅夫(Aleksandr (Aleksandr M.ProkhorowM.Prokhorow，1916- )1916- )，以表彰他們從事量子電，以表彰他們從事量子電子學方面的基礎工作，這些工作導致了基于微波子學方面的基礎工作，這些工作導致了基于微波激射器和激光原理制成的振蕩器和放大器。激射器和激光原理制成的振蕩器和放大器。19641964諾貝爾物理學獎諾貝爾物理學獎微波激射器和激光器的發(fā)明微波激射器和激光器的發(fā)明湯斯湯斯 巴索夫巴索夫 普羅霍羅夫普羅霍羅夫 激光的最初的中文名叫做激光的最初的中文名

15、叫做“鐳射鐳射”、“萊萊塞塞”，是它的英文名稱，是它的英文名稱LASER的音譯，是取自的音譯，是取自英文英文Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的各單詞頭一個字母組的各單詞頭一個字母組成的縮寫詞。意思是成的縮寫詞。意思是通過受激發(fā)射光擴大通過受激發(fā)射光擴大。激。激光的英文全名已經(jīng)完全表達了制造激光的主要過光的英文全名已經(jīng)完全表達了制造激光的主要過程。程。1964年按照我國著名科學家年按照我國著名科學家錢學森錢學森建議將建議將“光受激發(fā)射光受激發(fā)射”改稱改稱“激光激光”。激光應用很廣泛。激光應用很廣泛，主要有，主要有激光打

16、標激光打標、激光焊接激光焊接、激光切割激光切割、光纖光纖通信通信、激光光譜激光光譜、激光測距激光測距、激光雷達激光雷達、激光武激光武器器、激光唱片激光唱片、激光指示器激光指示器、激光矯視激光矯視、激光美激光美容容、激光掃描、激光掃描、激光滅蚊器激光滅蚊器等等。等等。教學目的與要求教學目的與要求學習物理實驗知識學習物理實驗知識培養(yǎng)實驗能力培養(yǎng)實驗能力使用儀器能力使用儀器能力 能借助教材或儀器使用說明書能借助教材或儀器使用說明書掌握儀器使用方法。掌握儀器使用方法。故障分析能力故障分析能力 對實驗中出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象能正對實驗中出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象能正確找出原因并排除。確找出原因并排除。觀察思維能力觀察思維能

17、力 通過觀察分析實驗現(xiàn)象，并得通過觀察分析實驗現(xiàn)象，并得出正確規(guī)律的能力。出正確規(guī)律的能力。數(shù)據(jù)處理能力數(shù)據(jù)處理能力 能正確記錄、處理實驗數(shù)據(jù)，能正確記錄、處理實驗數(shù)據(jù)，正確分析實驗誤差，從實驗結正確分析實驗誤差，從實驗結果中獲得有用的信息。果中獲得有用的信息?？茖W研究能力科學研究能力 了解科學研究的過程，培養(yǎng)實了解科學研究的過程，培養(yǎng)實事求是和自主創(chuàng)新的精神。事求是和自主創(chuàng)新的精神。實驗設計能力實驗設計能力 能根據(jù)課題要求，確定實驗方能根據(jù)課題要求，確定實驗方案和條件，合理選擇實驗儀器案和條件，合理選擇實驗儀器的能力。的能力。報告寫作能力報告寫作能力 能撰寫規(guī)范、合格的實驗報告能撰寫規(guī)范、合

18、格的實驗報告的能力。的能力。l培養(yǎng)理論聯(lián)系實際和實事求是的科培養(yǎng)理論聯(lián)系實際和實事求是的科學作風；學作風；l嚴肅認真的工作態(tài)度；嚴肅認真的工作態(tài)度；l科學研究和創(chuàng)新能力；科學研究和創(chuàng)新能力；l遵守紀律、團結協(xié)作和愛護公共財遵守紀律、團結協(xié)作和愛護公共財產(chǎn)的優(yōu)良品德。產(chǎn)的優(yōu)良品德。正確使用常用儀器；正確使用常用儀器；掌握基本物理量的測量方法；掌握基本物理量的測量方法；運用物理學理論對實驗現(xiàn)象進行初步分析運用物理學理論對實驗現(xiàn)象進行初步分析；正確記錄、處理實驗數(shù)據(jù)，繪制實驗曲線正確記錄、處理實驗數(shù)據(jù)，繪制實驗曲線，說明實驗結果，撰寫合格的實驗報告；，說明實驗結果，撰寫合格的實驗報告；能夠根據(jù)實驗目

19、的和儀器設計出合理的實能夠根據(jù)實驗目的和儀器設計出合理的實驗方案；驗方案；現(xiàn)代物理實驗儀器設備、器件的原理、使現(xiàn)代物理實驗儀器設備、器件的原理、使用方法。用方法。培養(yǎng)閱讀教材與參考書的良好習慣。培養(yǎng)閱讀教材與參考書的良好習慣。按大學物理實驗的程序養(yǎng)成嚴格的實按大學物理實驗的程序養(yǎng)成嚴格的實驗規(guī)范。驗規(guī)范。上好每次實驗課，全面的掌握課程的上好每次實驗課，全面的掌握課程的內(nèi)容。內(nèi)容。自覺的訓練實驗技能。自覺的訓練實驗技能。認真寫作實驗報告。認真寫作實驗報告。明確實驗目的明確實驗目的預習實驗原理預習實驗原理練習基本儀器使用練習基本儀器使用了解實驗注意事項了解實驗注意事項寫好實驗預習報告寫好實驗預習報

20、告u實驗名稱、目的、主要儀器實驗名稱、目的、主要儀器u原理簡述（主要公式、原理圖）原理簡述（主要公式、原理圖）u簡要步驟（注意事項）簡要步驟（注意事項）u列出記錄數(shù)據(jù)表格（已知量、指定量、待測量和單位列出記錄數(shù)據(jù)表格（已知量、指定量、待測量和單位）l實驗操作實驗操作遵守實驗室規(guī)則（附錄一遵守實驗室規(guī)則（附錄一P171）。）。清點儀器，了解儀器性能和使用方法，按要清點儀器，了解儀器性能和使用方法，按要求組裝、調(diào)試，了解儀器使用的注意事項。求組裝、調(diào)試，了解儀器使用的注意事項。依照學號按號入座，根據(jù)老師講解及儀器使依照學號按號入座，根據(jù)老師講解及儀器使用方法進行實驗操作。用方法進行實驗操作。實驗中

21、，仔細觀察實驗現(xiàn)象，記錄必要的實實驗中，仔細觀察實驗現(xiàn)象，記錄必要的實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)在原始數(shù)據(jù)紙上。必須獨立完驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)在原始數(shù)據(jù)紙上。必須獨立完成實驗，掌握實驗內(nèi)容。成實驗，掌握實驗內(nèi)容。l實驗操作實驗操作 如實記錄實驗數(shù)據(jù)和現(xiàn)象老師簽名如實記錄實驗數(shù)據(jù)和現(xiàn)象老師簽名 整理儀器，清掃實驗室整理儀器，清掃實驗室寫實驗報告是對實驗全過程進行總結和深入寫實驗報告是對實驗全過程進行總結和深入理解的一個重要步驟。理解的一個重要步驟。認真進行數(shù)據(jù)處理，力求做到字跡端正，文認真進行數(shù)據(jù)處理，力求做到字跡端正，文句通順，數(shù)據(jù)記錄整潔，圖表正確，內(nèi)容簡句通順，數(shù)據(jù)記錄整潔，圖表正確，內(nèi)容簡明扼要。仔細觀察和認

22、真分析實驗現(xiàn)象。明扼要。仔細觀察和認真分析實驗現(xiàn)象。實驗報告應在課堂實驗后獨立完成，實驗報告應在課堂實驗后獨立完成，按時提按時提交實驗報告，逾期將降分處理。交實驗報告，逾期將降分處理。1.不能無故曠課，如因特殊原因不能來上課，不能無故曠課，如因特殊原因不能來上課，應事先與其他同學調(diào)換并出具有學院蓋章的應事先與其他同學調(diào)換并出具有學院蓋章的證明。證明。2.未完成預習和預習報告者，老師有權停止其未完成預習和預習報告者，老師有權停止其實驗或扣去平時成績。實驗或扣去平時成績。3.完成實驗后，應把實驗結果及所用儀器參數(shù)完成實驗后，應把實驗結果及所用儀器參數(shù)抄正，經(jīng)老師審閱簽名。抄正，經(jīng)老師審閱簽名。4.

23、實驗報告應按實驗規(guī)范寫作，及時上交老師實驗報告應按實驗規(guī)范寫作，及時上交老師批閱。批閱。5.報告抄襲將不給予成績。報告抄襲將不給予成績。其他相關內(nèi)容請詳細閱讀其他相關內(nèi)容請詳細閱讀“物理實驗物理實驗室學生守則室學生守則”以及相關注意事項以及相關注意事項在國際單位制中，共有七個基本量在國際單位制中，共有七個基本量：長度，質量，時間，電流，熱力學長度，質量，時間，電流，熱力學溫度，物質的量和發(fā)光強度。溫度，物質的量和發(fā)光強度。測量、誤差和不確定度測量、誤差和不確定度u測量與誤差理論測量與誤差理論u不確定度估算方法不確定度估算方法u有效數(shù)字有效數(shù)字測量的基本概念測量的基本概念物理實驗以測量為基礎。物

24、理實驗以測量為基礎。所謂測量，就是用合適的工具或儀器，通過科所謂測量，就是用合適的工具或儀器，通過科學的方法，將反映被測對象某些特征的物理量學的方法，將反映被測對象某些特征的物理量（被測物理量）與選作標準單位的同類物理量（被測物理量）與選作標準單位的同類物理量進行比較的過程，其比值即為被測物理量的測進行比較的過程，其比值即為被測物理量的測量值。量值。測量是以確定被測對象量值為目的的全部操作測量是以確定被測對象量值為目的的全部操作。l測量測量l測量測量 測量的基本概測量的基本概念念測量值一般是由一個數(shù)乘以計量單位來表示量測量值一般是由一個數(shù)乘以計量單位來表示量的大小的大小測量過程四要素：測量對象

25、、測量單位、測量測量過程四要素：測量對象、測量單位、測量方法、測量不確定度。方法、測量不確定度。完整的測量結果表述：被測量的數(shù)值，測量單完整的測量結果表述：被測量的數(shù)值，測量單位，不確定度，有關的對測量結果有影響的量位，不確定度，有關的對測量結果有影響的量。l測量測量 測量的基本概測量的基本概念念Y=yU（單位）（置信概率）（單位）（置信概率）例：用三個例：用三個0.1級電阻箱組成電橋測量級電阻箱組成電橋測量電阻，測量結果最后寫成：電阻，測量結果最后寫成： R=（845.30.6） （p0.95） 測量的基本概測量的基本概念念u直接測量間接測量等精度測量直接測量間接測量等精度測量直接測量直接測

26、量：直接將待測物理量與選定的同：直接將待測物理量與選定的同類物理量的標準單位相比較得到的測量值類物理量的標準單位相比較得到的測量值;間接測量間接測量：利用直接測量的量與被測量之：利用直接測量的量與被測量之間的已知函數(shù)關系，求得該被測物理量間的已知函數(shù)關系，求得該被測物理量等精度測量等精度測量：同一個人，用同樣的方法，：同一個人，用同樣的方法，使用同樣的儀器并在相同的條件下對同一物使用同樣的儀器并在相同的條件下對同一物理量進行的多次測量理量進行的多次測量測量值測量值=讀數(shù)值（有效數(shù)字）讀數(shù)值（有效數(shù)字）+單位單位 測量的基本概測量的基本概念念u精密度準確度精確度精密度準確度精確度精密度：表示測量

27、結果中的精密度：表示測量結果中的隨機誤差隨機誤差大小的大小的程度程度準確度：表示測量結果中的準確度：表示測量結果中的系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差大小的大小的程度程度精確度：精確度：是對測量結果中是對測量結果中系統(tǒng)誤差和隨機誤系統(tǒng)誤差和隨機誤差的差的綜合描述綜合描述。 誤差理論誤差理論定義：對一待測物理量，測量值定義：對一待測物理量，測量值X與真值與真值X0之差稱為測量誤差，簡稱誤差。之差稱為測量誤差，簡稱誤差。誤差誤差 =測量結果測量結果X-真值真值X0誤差公理：測量誤差存在于一切測量過誤差公理：測量誤差存在于一切測量過程中，可以控制得越來越小，不可能為零程中，可以控制得越來越小，不可能為零。真值：物理量

28、在一定實驗條件下的客觀存在值真值：物理量在一定實驗條件下的客觀存在值。真值是一個理想的概念，一般是未知的但在。真值是一個理想的概念，一般是未知的但在某些特殊情況下，可以用準確度足夠高的實際某些特殊情況下，可以用準確度足夠高的實際值來作為量的約定真值。有的專著將真值分為值來作為量的約定真值。有的專著將真值分為三類：三類： 理論真值；計量學約定真值；相對真值。理論真值；計量學約定真值；相對真值。 誤差理論誤差理論誤差的表現(xiàn)形式誤差的表現(xiàn)形式絕對誤差絕對誤差Xu表示測量結果表示測量結果X與真值與真值X0之間的之間的 差值差值以一定的可能性（概率）出現(xiàn)的范圍，以一定的可能性（概率）出現(xiàn)的范圍，即真值以

29、一定的可能性（概率）出現(xiàn)在即真值以一定的可能性（概率）出現(xiàn)在X-X至至X+X區(qū)間內(nèi)區(qū)間內(nèi)相對誤差相對誤差百分誤差百分誤差誤差的表現(xiàn)形式誤差的表現(xiàn)形式絕對誤差絕對誤差X相對誤差相對誤差百分誤差百分誤差u如果待測量有理論值或公認值如果待測量有理論值或公認值X，也可用百，也可用百分誤差來表示測量結果的好壞分誤差來表示測量結果的好壞 誤差理論誤差理論0100%xXX 誤差理論誤差理論誤差的分類與來源誤差的分類與來源為了分析和處理的方便，過去一般將誤差分為為了分析和處理的方便，過去一般將誤差分為系統(tǒng)誤差，隨機誤差和粗大誤差系統(tǒng)誤差，隨機誤差和粗大誤差三類，不同的三類，不同的誤差將表現(xiàn)出不同的特性和規(guī)律。

30、誤差將表現(xiàn)出不同的特性和規(guī)律。 誤差理論誤差理論定義定義：在對同一被測量的多次測量過程中，絕：在對同一被測量的多次測量過程中，絕對值和符號保持恒定或隨測量條件的改變而按對值和符號保持恒定或隨測量條件的改變而按可預知變化的規(guī)律變化的誤差。可預知變化的規(guī)律變化的誤差。產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因：主要有儀器缺陷或未按規(guī)定條件使：主要有儀器缺陷或未按規(guī)定條件使用儀器；測量所依據(jù)的理論公式的近似性或實用儀器；測量所依據(jù)的理論公式的近似性或實驗條件未達到理論公式所規(guī)定的要求；環(huán)境和驗條件未達到理論公式所規(guī)定的要求；環(huán)境和裝置條件未達到；測量者的生理或心理特點。裝置條件未達到；測量者的生理或心理特點。系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差

31、 誤差理論誤差理論系統(tǒng)誤差（系差）分類及處理方法：系統(tǒng)誤差（系差）分類及處理方法：已定系統(tǒng)誤差：指符號和絕對值已經(jīng)知道的系差已定系統(tǒng)誤差：指符號和絕對值已經(jīng)知道的系差分量。分量。必修修正必修修正l電表、螺旋測微計的零位誤差；電表、螺旋測微計的零位誤差；l測電壓、電流時由于忽略表內(nèi)阻引起的誤差測電壓、電流時由于忽略表內(nèi)阻引起的誤差。未定系統(tǒng)誤差：指符號和絕對值未被確定而未知未定系統(tǒng)誤差：指符號和絕對值未被確定而未知的系差分量。的系差分量。要估計出分布范圍要估計出分布范圍l螺旋測微計制造時的螺紋公差等螺旋測微計制造時的螺紋公差等 誤差理論誤差理論隨機誤差隨機誤差定義：在對同一被測量的多次測量過程中

32、，絕定義：在對同一被測量的多次測量過程中，絕對值和符號以不可預知方式變化的測量誤差分量對值和符號以不可預知方式變化的測量誤差分量。產(chǎn)生原因：實驗條件和環(huán)境因素無規(guī)則的起伏產(chǎn)生原因：實驗條件和環(huán)境因素無規(guī)則的起伏變化，引起測量值圍繞真值發(fā)生漲落的變化變化，引起測量值圍繞真值發(fā)生漲落的變化例如例如：l電表軸承的摩擦力變動電表軸承的摩擦力變動l螺旋測微計測力在一定范圍內(nèi)隨機變化螺旋測微計測力在一定范圍內(nèi)隨機變化l操作讀數(shù)時的視差影響操作讀數(shù)時的視差影響 誤差理論誤差理論隨機誤差分類隨機誤差分類離散型隨機變量：只能取有限個或可數(shù)個數(shù)值離散型隨機變量：只能取有限個或可數(shù)個數(shù)值的隨機變量。的隨機變量。連續(xù)

33、型隨機變量：可能值布滿某個區(qū)間的隨機連續(xù)型隨機變量：可能值布滿某個區(qū)間的隨機變量變量隨機變量隨機變量u要完整地表示一個隨機變量，除了要給出它可能取的要完整地表示一個隨機變量，除了要給出它可能取的全部值（或取值范圍）之外，還必須給出每種可能取值全部值（或取值范圍）之外，還必須給出每種可能取值出現(xiàn)的可能性，即出現(xiàn)概率的大小，并寫出它的概率（出現(xiàn)的可能性，即出現(xiàn)概率的大小，并寫出它的概率（密度）函數(shù)或分布函數(shù)。密度）函數(shù)或分布函數(shù)。 誤差理論誤差理論隨機誤差隨機誤差無窮多次測量時服從正態(tài)分布無窮多次測量時服從正態(tài)分布 誤差理論誤差理論 誤差理論誤差理論 誤差理論誤差理論 誤差理論誤差理論粗大誤差粗大

34、誤差用當時的測量條件不能解釋為合理的誤差稱為用當時的測量條件不能解釋為合理的誤差稱為粗大誤差。其產(chǎn)生的原因是實驗者在操作、讀粗大誤差。其產(chǎn)生的原因是實驗者在操作、讀數(shù)、記錄、計算等方面的粗心造成的。數(shù)、記錄、計算等方面的粗心造成的。含有粗大誤差的測量值會明顯歪曲客觀事實，含有粗大誤差的測量值會明顯歪曲客觀事實，因而必須用適當?shù)姆椒▽⑵湟蚨仨氂眠m當?shù)姆椒▽⑵涮蕹蕹龢藴势顦藴势顦藴势顦藴势顦藴势顦藴势?()(1)ixxxn標準偏差標準偏差2()/(1)ixxxxnn n 測量結果的不確定度測量結果的不確定度A類不確定度類不確定度A類標準不確定度是在一系列重復測量中，用類標準不確定度

35、是在一系列重復測量中，用統(tǒng)計方法計算的分量，它的表征值用平均的標統(tǒng)計方法計算的分量，它的表征值用平均的標準偏差表示，即準偏差表示，即2()/(1)iAxxxunn n考慮到有限次測量服從考慮到有限次測量服從t分布，分布，A類標準不確定類標準不確定度應表示為：度應表示為：2()/(1)iAxxxutntn nB類不確定度類不確定度 測量結果的不確定度測量結果的不確定度測量中凡是不符合統(tǒng)計規(guī)律的不確定度統(tǒng)稱為測量中凡是不符合統(tǒng)計規(guī)律的不確定度統(tǒng)稱為B類不確定度，記為類不確定度，記為UbuB1由估讀引起，通常取最小分格由估讀引起，通常取最小分格1/101/5對一般有刻度的量具和儀表，估計誤差在最小對

36、一般有刻度的量具和儀表，估計誤差在最小分格的分格的1/101/5，通常小于儀器的最大允許誤，通常小于儀器的最大允許誤差差儀儀（a）。所以）。所以通常以通常以儀儀表示一次測量的表示一次測量的B類不確定度。類不確定度。一般而言，一般而言，uB2與與儀儀（a）的關系為）的關系為2()BauxcB類不確定度類不確定度 測量結果的不確定度測量結果的不確定度一般儀器誤差的概率密度函數(shù)遵從均勻分布。一般儀器誤差的概率密度函數(shù)遵從均勻分布。在在均勻分布均勻分布函數(shù)條件下，當函數(shù)條件下，當P=0.683時，一次測時，一次測量的量的B類標準差類標準差 2/ 3Bua合成不確定度合成不確定度 測量結果的不確定度測量

37、結果的不確定度22( )( )( ) ,P=0.68ABu xuxux 測量結果的表達測量結果的表達根據(jù)所用的置信概率，測量結果的最終表達根據(jù)所用的置信概率，測量結果的最終表達式為式為( )xxu x0.680.950.99,0.68,0.95,0.99xxuPxxuPxxuP例：例：用螺旋測微計測某一鋼絲的直徑，用螺旋測微計測某一鋼絲的直徑，6次測量值次測量值yi分別為：分別為：0.249, 0.250, 0.247, 0.251, 0.253, 0.250; 同時讀得螺旋測微計的零位同時讀得螺旋測微計的零位y0為：為：0.004, 單位單位mm，已知螺旋測微計的儀器誤差為，已知螺旋測微計的

38、儀器誤差為儀儀=0.004mm，請給出，請給出完整的測量結果。完整的測量結果。解解：測得值的最佳估計值為測得值的最佳估計值為 測量列的標準偏差測量列的標準偏差 測量次數(shù)測量次數(shù)n=6，可近似有，可近似有 則則：測量結果為：測量結果為 Y=0.2460.004mm0.246(mm)0.0040.2500yyy0.002mm1)(12nyyniixmm004. 0004. 0002. 0222222儀xBAUUU 有效數(shù)字有效數(shù)字有效數(shù)字有效數(shù)字 有效數(shù)字有效數(shù)字有效數(shù)字的讀取有效數(shù)字的讀取 有效數(shù)字有效數(shù)字有效數(shù)字的運算有效數(shù)字的運算 有效數(shù)字有效數(shù)字有效數(shù)字的運算有效數(shù)字的運算 有效數(shù)字有效數(shù)

39、字 數(shù)據(jù)處理的基本方法數(shù)據(jù)處理的基本方法列表法列表法逐差法逐差法作圖法作圖法最小二乘法最小二乘法列表法列表法列表法列表法測定金屬電阻的溫度系數(shù)測定金屬電阻的溫度系數(shù)逐差法逐差法逐差法示例逐差法示例作圖法作圖法作圖法示例作圖法示例I (mA)U (V)8.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.000 02.004.006.008.0010.001.003.005.007.009.00I (mA)U (V)8.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.000 02.004.006.008.0010.001.00

40、3.005.007.009.00電阻伏安特性曲線電阻伏安特性曲線A(1.00,2.76)B(7.00,18.58)由圖上由圖上A、B兩點可得被測電阻兩點可得被測電阻R為為：)k(379. 076. 258.1800. 100. 7ABABIIUURn(nm)1.6500500.0700.01.67001.66001.70001.69001.6800600.0400.0玻璃材料色散曲線圖玻璃材料色散曲線圖圖圖1不當圖例展示不當圖例展示曲線太粗，不曲線太粗，不均勻，不光滑均勻，不光滑。應該用直尺、曲應該用直尺、曲線板等工具把實線板等工具把實驗點連成光滑、驗點連成光滑、均勻的細實線。均勻的細實線。n

41、(nm)1.6500500.0700.01.67001.66001.70001.69001.6800600.0400.0玻璃材料色散曲線圖玻璃材料色散曲線圖改正為：改正為：圖圖2I (mA)U (V)0 02.008.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.001.003.00電學元件伏安特性曲線電學元件伏安特性曲線橫軸坐標分度選取橫軸坐標分度選取不當。不當。橫軸以橫軸以3 cm 代代表表1 V，使作圖和讀圖都使作圖和讀圖都很困難。實際在選擇坐標很困難。實際在選擇坐標分度值時，應既滿足有效分度值時，應既滿足有效數(shù)字的要求又便于作圖和數(shù)字的要求又便于作

42、圖和讀圖，讀圖，一般以一般以1 mm 代代表的量值是表的量值是10的整數(shù)的整數(shù)次冪或是其次冪或是其2倍或倍或5倍倍。I (mA)U (V)o o1.002.003.004.008.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.00電學元件伏安特性曲線電學元件伏安特性曲線改正為：改正為：定容氣體壓強溫度曲線定容氣體壓強溫度曲線1.20001.60000.80000.4000圖圖3P(105Pa)t()60.00140.00100.00o120.0080.0040.0020.00圖紙使用不當圖紙使用不當。實際作圖時。實際作圖時，坐標原點的，坐標原點的讀數(shù)可以不

43、從讀數(shù)可以不從零開始零開始。定容氣體壓強溫度曲線定容氣體壓強溫度曲線1.00001.15001.20001.10001.0500 P(105Pa)50.0090.0070.0020.0080.0060.0040.0030.00t()改正為改正為：最小二乘法最小二乘法由一組實驗數(shù)據(jù)找出一條最佳的擬合直線由一組實驗數(shù)據(jù)找出一條最佳的擬合直線（或曲線），常用的方法是（或曲線），常用的方法是最小二乘法最小二乘法。所。所得的變量之間的相關函數(shù)關系稱為得的變量之間的相關函數(shù)關系稱為回歸方程回歸方程。所以最小二乘法線性擬合亦稱為最小二乘法所以最小二乘法線性擬合亦稱為最小二乘法線性回歸。線性回歸。最小二乘法原

44、理是：若能找到一條最佳的擬最小二乘法原理是：若能找到一條最佳的擬合直線，那么這似合直線上各相應點的值與合直線，那么這似合直線上各相應點的值與測量值之差的測量值之差的平方和平方和在所有擬合直線中應是在所有擬合直線中應是最小最小的。的。最小二乘法最小二乘法解：解：1列表列表偉大的發(fā)現(xiàn)，巨大的應用！偉大的發(fā)現(xiàn)，巨大的應用！僅與僅與X X射線研究有關的諾貝爾物理、化學、生物射線研究有關的諾貝爾物理、化學、生物醫(yī)學就有醫(yī)學就有1515項，其中項，其中物理學獎就有物理學獎就有7 7項項。它們分。它們分別是居里夫婦的放射性的發(fā)現(xiàn)（別是居里夫婦的放射性的發(fā)現(xiàn)（19031903年），布拉年），布拉格父子的格父子的X X射線分析晶體結構（射線分析晶體結構（19151915年），巴拉年），巴拉克的元素的標識倫琴輻射的發(fā)現(xiàn)（克的元素的標識倫琴輻射的發(fā)現(xiàn)（19171917年），西年），西格班的格班的X X射線的光譜學研究（射線的光譜學研究（19241924年），康普頓年），康普頓的的X X射線散射（射線散射（19271927年）及戴維遜和湯姆遜的年）及戴維遜和湯姆遜的X X射射線的電子衍射（線的電子衍射（19371937年年) )?；瘜W化學3 3項項，它們分別利，它們分別利用用X X射線獲取化合物、晶體的