大學(xué)物理實驗緒論15-16-2朱保華

1、桂林電子科技桂林電子科技3 3本學(xué)期實驗安排本學(xué)期必做八個實驗（含緒論），進行大循環(huán)，如圖所示。本學(xué)期必做八個實驗（含緒論），進行大循環(huán)，如圖所示?；ń^(qū)花江校區(qū)11教學(xué)樓教學(xué)樓地點：地點：A302實驗：實驗：4.12地點：地點：C201實驗：實驗：4.6地點：地點：C303實驗：實驗：4.2地點：地點：A204實驗：實驗：4.7地點：地點：C203實驗：實驗：4.4地點：地點：A102實驗：實驗：4.1地點：地點：C103實驗：實驗：4.11地點：地點：A304實驗：實驗：4.10地點：地點：A104實驗：實驗：4.10地點：地點：C301實驗：實驗：4.5地點：地點：C101實驗：實驗：

2、4.3實驗序號實驗序號實驗名稱實驗名稱實驗地點實驗地點實驗一實驗一（4.4）滑線變阻器的調(diào)節(jié)特性1111教教C203實驗二實驗二（4.1）磁阻尼和動摩擦系數(shù)的測量1111教教A102實驗三實驗三（4.11）光路調(diào)整和透鏡參數(shù)的測量1111教教C103實驗四實驗四（4.9）數(shù)字存儲示波器的原理與使用1111教教A304實驗五實驗五（4.3）三線擺測剛體的轉(zhuǎn)動慣量1111教教C101實驗六實驗六（4.10） 聲速的測量-共振干涉法測聲速1111教教A104實驗七實驗七（4.5）非線性電學(xué)元件伏安特性的測量1111教教C301實驗八實驗八（4.12）三棱鏡頂角的測量1111教教A302實驗九實驗九（

3、4.6）直流電橋測電阻1111教教C201實驗十實驗十（4.2）拉伸法測定金屬絲的楊氏彈性模量11教教C303實驗十一實驗十一（4.7） 電流表的改裝與校準1111教教A204第一輪 基礎(chǔ)實驗實驗序號實驗序號實驗名稱實驗名稱實驗地點實驗地點實驗一實驗一（4.4）變阻器調(diào)節(jié)靈敏度的實驗研究1111教教C203實驗二實驗二（4.1）磁體運動速度對磁阻尼力的影響1111教教A102實驗三實驗三自組望遠鏡1111教教C103實驗四實驗四（4.9）數(shù)字存儲示波器的靈活、深入運用1111教教A304實驗五實驗五（4.3）三線擺實驗儀的拓展應(yīng)用1111教教C101實驗六實驗六（4.10） 聲速的測量-相位比

4、較法測聲速1111教教A104實驗七實驗七（4.5）熱敏電阻伏安特性的測量1111教教C301實驗八實驗八分光計測定光柵常數(shù)和光波波長1111教教A302實驗九實驗九（5.7）雙臂電橋的原理及應(yīng)用1111教教C201實驗十實驗十（5.4）線膨脹系數(shù)的測量11教教C303實驗十一實驗十一（4.7）電壓表的改裝與校準1111教教A204第二輪 擴展實驗姓名姓名實驗室實驗室聯(lián)系方式聯(lián)系方式安排課號安排課號備注備注王華A 135973271511520978周五3，4（27）李震春C203139783613431520972周四3，4（29）楊云C301152960012891520973周四5，6（

5、29）袁昌來C301134813922841520979周五5，6（27）林培豪A102139783502321520974周四7，8（29）戎茂華A204159780528491520980周五7，8（27）2015-2016-2物理實驗教師上課安排（物理實驗教師上課安排（11教）教） 測量的定義 有效數(shù)字的讀取 數(shù)值修約規(guī)則 有效數(shù)字的運算規(guī)則一、測量與有效數(shù)字測量的定義將被測物理量被測物理量與選作標準單位標準單位的同類物理量進行比較的過程，其比值比值即為測量值。(1) 直接測量42hdV(2) 間接測量測量的分類測量的分類測量值測量值 = = 讀數(shù)值讀數(shù)值( (有效數(shù)字有效數(shù)字) + )

6、 + 單位單位有效數(shù)字有效數(shù)字 = = （多位）（多位）可靠數(shù)字可靠數(shù)字 （一位）（一位）可疑數(shù)字可疑數(shù)字測量值的構(gòu)成mL010100. 00123 340是不是有效數(shù)字非零之后所有的數(shù)（包括非零之后所有的數(shù)（包括0 0）都是有效數(shù)字。）都是有效數(shù)字。mL010100. 0記錄數(shù)據(jù)時錯誤的做法： 顯示頻率：f50.00Hz 記錄數(shù)據(jù)：f50Hz1、分度式（刻度式）儀器、分度式（刻度式）儀器 如米尺、溫度計等三類儀器的讀數(shù)方法讀法：讀法：估計一位可疑位2、定步長儀器定步長儀器 如游標卡、數(shù)字顯示儀表等1格格0.02mm讀法：讀法：最小步長量3、等級儀器、等級儀器 如電壓表、電流表等如電壓表、電流

7、表等指針位置：10.1格mAI0 . 404. 4 1 .107530%等級量程儀讀法：讀法：有效數(shù)字中的基本問題1、有效數(shù)字位數(shù)越多，測量精度越高cm00.25m25. 0物理量：米米 尺尺： L=5.2 mm 游標卡尺游標卡尺： L=5.22 mm千千 分分 尺尺： L=5.221 mm2、物理量與數(shù)學(xué)量不相等（0的意義）數(shù)學(xué)量：2500. 025. 04、科學(xué)記數(shù)法m10328. 6m0000006328. 07m103280000. 6m6328000073、有效數(shù)字位數(shù)與單位、小數(shù)點位置無關(guān)22cm/s0 .980m/s800. 9g6、不確定度約定取一位取一位有效數(shù)字， 在取舍時“

8、只入不舍只入不舍”。023. 0g03. 0g04. 0 673. 1x5、測量結(jié)果的表示中，尾數(shù)要對齊尾數(shù)要對齊 xx04. 067. 1x8、自然數(shù)與常量，有無窮多位有效數(shù)字RD 27、相對不確定度保留1-2位%385. 2xEx%4 . 2xE四舍五入四舍六入五湊偶數(shù)值修約規(guī)則（舍入規(guī)則） 1 1）1.1181.11840000400001.111.118 8 2 2）1.1181.11860000600001.111.119 9 3 3）1.1181.11859999599991.111.119 9 1.118 1.11850001500011.111.119 9 4 4）1.111.

9、117 7500001.118 500001.118 1.11 1.118 8500001.118500001.118 數(shù)值修約舉例(要求保留四位有效數(shù)字)例題例題P38頁頁 習題習題3只保留只保留一位一位欠準確數(shù)字欠準確數(shù)字（1）加減運算加減運算有效數(shù)字運算規(guī)則533.35523. 31.329 .2931239.416294加減結(jié)果的有效數(shù)字末位應(yīng)與參與加減結(jié)果的有效數(shù)字末位應(yīng)與參與運算各數(shù)據(jù)中誤差最大的末位對齊運算各數(shù)據(jù)中誤差最大的末位對齊3 .35（2）乘除運算乘除運算1.1111 1.111111111111+ 111111.2333215位3位3位1.23（3）乘方、立方、開方運算

10、乘方、立方、開方運算有效數(shù)字位數(shù)與有效數(shù)字位數(shù)與底數(shù)底數(shù)的相同的相同24.62889. 72171.1045.103（4）函數(shù)運算函數(shù)運算)(163325962. 0429sin計計算算器器 根據(jù)間接不確定度間接不確定度的知識來確定。429?sinx0006. 00006. 0|cos|x1633. 0429sin例題例題P38頁頁 習題習題71、3、5 誤差的定義 系統(tǒng)誤差 隨機誤差 不確定度誤差與不確定度誤差：測量值與真值間的差異。誤差：測量值與真值間的差異。任何測量值都有誤差！任何測量值都有誤差！ 絕對誤差：絕對誤差：AXA相對誤差相對誤差%100AEAr誤差的定義隨機誤差隨機誤差隨機性

11、隨機性可通過多次測量來可通過多次測量來減小減小但不能消除但不能消除系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差確定性確定性 可用特殊的方法來消除可用特殊的方法來消除誤差的分類 在相同條件下多次測量同一物理量，誤差的在相同條件下多次測量同一物理量，誤差的絕對絕對值和符號值和符號保持保持恒定恒定或按或按確定規(guī)律變化確定規(guī)律變化的誤差。的誤差。 產(chǎn)生的原因產(chǎn)生的原因: : 儀器固有缺陷儀器固有缺陷; ; 實驗理論近似或方法不完善；實驗理論近似或方法不完善；系統(tǒng)誤差已定系統(tǒng)誤差：已定系統(tǒng)誤差：必須修正必須修正如：電表、游標卡尺及螺旋測微器的如：電表、游標卡尺及螺旋測微器的零點誤差零點誤差。系統(tǒng)誤差的定量分析mmdd030. 01

12、23. 50產(chǎn)生的原因產(chǎn)生的原因: :實驗條件和環(huán)境因素實驗條件和環(huán)境因素無規(guī)則的起伏變化無規(guī)則的起伏變化。 在相同條件下多次測量同一物理量，誤差的在相同條件下多次測量同一物理量，誤差的絕對值和符號絕對值和符號以以不可預(yù)知方式變化不可預(yù)知方式變化的誤差。的誤差。隨機誤差殘差（偏差）： 絕對誤差： xxxinxxnii/1AXA算術(shù)平均例題例題P38頁頁 習題習題4測量含有誤差，如何表達含有誤差的實驗結(jié)果呢？為了估計測量結(jié)果的可靠程度，把測量結(jié)果寫成如下形式：不確定度的定義xxx誤差與不確定度區(qū)別誤差誤差：與真值之差，可正、可負。不確定度不確定度：表示誤差可能存在的范圍， 大于零的數(shù)。絕對不確定

13、度相對不確定度%100 xExxx不確定度分量 A A類分量類分量不確定度分量不確定度分量 B B類分量類分量用統(tǒng)計方法評定的分量。用統(tǒng)計方法評定的分量。A類分量（多次測量） xpASnnt ) 1( 測量次數(shù)測量次數(shù)5-105-10時時xAS1)(12nxxSniix課本課本2222頁頁2-42-4用非統(tǒng)計方法評定的分量。用非統(tǒng)計方法評定的分量。B類分量（單次、多次測量） 實驗中一般?。簩嶒炛幸话闳。簝xB1 1、準確度等級儀器、準確度等級儀器（如：電阻箱、電表等電學(xué)儀器）如：電阻箱、電表等電學(xué)儀器）%等級量程儀常用儀器的不確定度（課本22頁）mA2 . 0儀2 2、刻度式儀器、刻度式儀器（如

14、螺旋測微器、物理天平、直尺等可估讀的儀器）如螺旋測微器、物理天平、直尺等可估讀的儀器）2最小分度儀mm5 . 0儀3 3、步長變化的儀器、步長變化的儀器（帶游標類儀器）（帶游標類儀器）最小步長量儀mm05. 0儀4 4、數(shù)字式儀器、數(shù)字式儀器常用儀器的不確定度1末位儀s01. 0儀“方、和、根方、和、根”方法合成方法合成 總不確定度的合成22BA22儀xS測量結(jié)果的表示*位保留尾數(shù)對齊單位2-1 %100 )(xExxxxxzyxzyx ,zyxf，最佳值最佳值: ,zyxf間接測量不確定度的計算 直接量:間接量:間接測量不確定度的計算 222222zyxzfyfxfxxfx )(zzfz )

15、(yyfy )(),(zyxf間接測量不確定度的計算 222222lnlnlnzyxzfyfxfE,lnlnzyxfxxfxln)(zzfzln)(yyfyln)(),(zyxF計算舉例 4365BAN322BANABN BAN 2322)24()15(BANBA)3()4(22BANBA22)()(BAEBAN 直接測量量 結(jié)果表示： 不確定度 間接測量量 結(jié)果表示： 平均值 不確定度： 和差形式： 積商形式：%100)(xExxxxx單位1)(12nxxSniixA儀B22BA222222zyxzfyfxf222222rlnlnlnzyxzyxE),(zyxf 列表法 作圖法 逐差法 最小

16、二乘法表表2 不同溫度下的金屬電阻值不同溫度下的金屬電阻值作圖法形象、直觀地顯示出物理量間的函數(shù)作圖法形象、直觀地顯示出物理量間的函數(shù)關(guān)系，也可用來求某些參數(shù)。作圖時要先關(guān)系，也可用來求某些參數(shù)。作圖時要先整理出數(shù)據(jù)表格，并用，并用坐標紙或計算機進行繪圖。表表3 伏安法測電阻實驗數(shù)據(jù)伏安法測電阻實驗數(shù)據(jù)U (V )0.741.522.333.083.66I (mA)2.004.016.228.209.75U (V )4.495.245.986.767.50I (mA)12.0013.9915.9218.0020.013、標實驗點、標實驗點 用符號（，）描繪散點，并用不同符合反應(yīng)不同曲線。 2、

17、標明坐標軸、標明坐標軸 名稱或符號、單位, 及整分格上的量值。4、連成圖線、連成圖線 連成折線，光滑直線、或曲線。I (mA)U (V)8.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.000 02.004.006.008.0010.001.003.005.007.009.001、選擇坐標分度值，確定坐標紙大小、選擇坐標分度值，確定坐標紙大小 1格基本反映基本反映精密度；U 軸0.20V/格，I 軸0.20mA/格。5、標出圖線特征、標出圖線特征 標明實驗條件或從圖標明實驗條件或從圖上得出的某些參數(shù)上得出的某些參數(shù)I (mA)U (V)8.004.0020

18、.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.000 02.004.006.008.0010.001.003.005.007.009.00電阻伏安特性曲線電阻伏安特性曲線6、標出圖名、標出圖名 圖的名稱、作者。圖的名稱、作者。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. 7ABABIIUUR至此一張圖才算完成至此一張圖才算完成作者：作者：* * *n(nm)1.6500500.0700.01.67001.66001.70001.69001.6800600.

19、0400.0玻璃材料色散曲線圖玻璃材料色散曲線圖曲線太粗，不曲線太粗，不光滑、散點分光滑、散點分布不均勻布不均勻。錯誤的作圖n(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的作圖錯誤的作圖I (mA)U (V)0 02.008.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.001.003.00電學(xué)元件伏安特性曲線電學(xué)元件伏安特性曲線15格代表0.066.V）作圖和讀圖都困難。一般以1格代表1 1,2,5,2,5，而非3,7,9。I (mA)U

20、(V)o o1.002.003.004.008.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.00改正的作圖計算機作圖 )(71)()()(7118782312xxxxxxxxx 砝碼質(zhì)量(Kg) 1.0002.0003.0004.0005.0006.0007.0008.000彈簧伸長位置(cm) x1x2x3x4x5x6x7x8逐差法表4 拉伸法測量楊氏模量求每增加求每增加1Kg鋼絲的平均伸長量？鋼絲的平均伸長量？逐項逐差法逐項逐差法分組逐差法第二組x5x6x7x8第一組x1x2x3x4)()()()(44148372615xxxxxxxxx線性關(guān)系線性

21、關(guān)系 y = a + bx實驗數(shù)據(jù)實驗數(shù)據(jù) （xi , yi） i = 1= 1，2 2，3 3.問題1：通過測量數(shù)據(jù)如何得出直線方程直線方程？問題2：怎么樣才是最佳最佳的直線方程？最小二乘法（數(shù)據(jù)擬合）(從一組測量值中確定最佳值。最佳值是各測量值的誤差的平方和為最小的那個值)四、物理實驗環(huán)節(jié)與規(guī)定 物理實驗的三個環(huán)節(jié) 物理實驗的要求預(yù)習預(yù)習：撰寫預(yù)習報告。撰寫撰寫抄寫抄寫 應(yīng)該是閱讀教材后的歸納和總結(jié)歸納和總結(jié)。實驗實驗：實際操作與測量物理量。實驗實驗測量數(shù)據(jù)測量數(shù)據(jù) 安裝和調(diào)節(jié)儀器，觀察和分析實驗現(xiàn)象， 解決實驗難題，正確的讀取和記錄實驗數(shù)據(jù)。 不是說會測量數(shù)據(jù)就掌握了實驗不是說會測量數(shù)據(jù)

22、就掌握了實驗總結(jié)總結(jié)：整理實驗結(jié)果。不是提交實驗數(shù)據(jù)不是提交實驗數(shù)據(jù) 計算數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)、總結(jié)。 強調(diào)對實驗結(jié)果的分析和討論強調(diào)對實驗結(jié)果的分析和討論實驗的三個環(huán)節(jié)一、實驗?zāi)康模憾?、實驗儀器三、實驗原理：1.基本知識點 2.關(guān)鍵原理圖3.關(guān)鍵的公式四、設(shè)計數(shù)據(jù)記錄的表格注意：不超過3頁報告紙預(yù)習報告1、組裝實驗儀器2、調(diào)節(jié)儀器，觀察現(xiàn)象3、記錄實驗數(shù)據(jù)注意：原始數(shù)據(jù)要老師簽字后，整理好儀器、桌椅，才可以離開實驗室實驗操作1、整理、計算實驗數(shù)據(jù)2、分析實驗結(jié)果3、對實驗進行總結(jié)注意：用空白頁進行總結(jié)報告實驗報告內(nèi)容為：實驗報告內(nèi)容為：實驗名稱，實驗?zāi)康?；實驗名稱，實驗?zāi)康?；原理簡述（原理圖、電路

23、圖或光路圖，以及主要計原理簡述（原理圖、電路圖或光路圖，以及主要計算公式等）算公式等） ；主要實驗儀器設(shè)備；主要實驗儀器設(shè)備；實驗內(nèi)容、步驟實驗內(nèi)容、步驟 ；實驗數(shù)據(jù)表格、數(shù)據(jù)處理計算主要過程、作圖實驗數(shù)據(jù)表格、數(shù)據(jù)處理計算主要過程、作圖及實驗結(jié)果和結(jié)論，附上原始數(shù)據(jù)及實驗結(jié)果和結(jié)論，附上原始數(shù)據(jù) ；實驗現(xiàn)象分析、誤差評估、小結(jié)和討論。實驗現(xiàn)象分析、誤差評估、小結(jié)和討論。報告舉例課號課號- -組號組號- -序號序號082576-4-6預(yù)習部分預(yù)習部分1520972-6-1實驗部分實驗部分原始數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)教師簽字教師簽字總結(jié)部分總結(jié)部分數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理分析與總結(jié)分析與總結(jié) 1、實驗項目必須完成（包括預(yù)習、操作和實驗報告），不然該實驗成績計為零分，如果你選擇多做實驗，也是同樣要求； 2、本學(xué)期的實驗成績由平時成績與考核成績組成，如果選擇多做實驗，平時成績將從所做實驗選擇較