大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程緒論學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程(kchng)緒論緒論第一頁，共98頁。2第1頁/共97頁第二頁，共98頁。3第2頁/共97頁第三頁，共98頁。4 物理學(xué)是研究物質(zhì)運(yùn)動(dòng)一般規(guī)律(gul)及物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)的科學(xué)，是自然科學(xué)的基礎(chǔ)學(xué)科,是學(xué)習(xí)其它自然科學(xué)和工程技術(shù)的基礎(chǔ)。 物理學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，物理實(shí)驗(yàn)在物理學(xué)的產(chǎn)生、發(fā)展和應(yīng)用過程中起著重要作用。凡物理學(xué)的概念、規(guī)律(gul)及公式等都是以客觀實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的。因此物理學(xué)絕不能脫離物理實(shí)驗(yàn)結(jié)果的驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)的基礎(chǔ)。第3頁/共97頁第四頁，共98頁。5 諾貝爾獎(jiǎng)得主丁肇中教授在國內(nèi)大學(xué)演講時(shí)曾經(jīng)說：我是學(xué)實(shí)驗(yàn)物理的，實(shí)驗(yàn)是自然科學(xué)的基礎(chǔ)，理

2、論如果沒有實(shí)驗(yàn)的證明，是沒有意義的。當(dāng)實(shí)驗(yàn)推翻了理論以后(yhu)，才可能創(chuàng)建新的理論，理論是不可能推翻實(shí)驗(yàn)的。第4頁/共97頁第五頁，共98頁。6第5頁/共97頁第六頁，共98頁。7第6頁/共97頁第七頁，共98頁。8n蘇克林施特默崔琦第7頁/共97頁第八頁，共98頁。9第8頁/共97頁第九頁，共98頁。10英國(yn u)華裔科學(xué)家高錕光纖通信美國(mi u)科學(xué)家威拉德博伊爾和喬治史密斯半導(dǎo)體成像器件電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器 第9頁/共97頁第十頁，共98頁。11第10頁/共97頁第十一頁，共98頁。12第11頁/共97頁第十二頁，共98頁。13第12頁/共97頁第十三頁，共98

3、頁。14第13頁/共97頁第十四頁，共98頁。15真正能學(xué)有所得。真正能學(xué)有所得。第14頁/共97頁第十五頁，共98頁。16第15頁/共97頁第十六頁，共98頁。17第16頁/共97頁第十七頁，共98頁。18直接測(cè)量間接測(cè)量測(cè)量可分為:第17頁/共97頁第十八頁，共98頁。19第18頁/共97頁第十九頁，共98頁。20510152051015202222980/9.80/0.00980/9.8/cm sm skm sm s科學(xué)記數(shù)法：6328063286328107.nmmm第19頁/共97頁第二十頁，共98頁。21說明: （1）有效位的多少，是測(cè)量實(shí)際的客觀反映，不能隨意增減測(cè)得值的有效位。

4、 （2）有效數(shù)字只有最后一位是存疑數(shù)字。 （3）有效數(shù)字的位數(shù)與小數(shù)點(diǎn)的位置無關(guān)； 1.25(3位) 1.250(4位) 0.0125(3位) 1.0025(5位) （4）有效數(shù)字中數(shù)值中間的“0”與末尾的“0”均為有效數(shù)字； 0.2870mm(4位)；3.00V(3位); 數(shù)字前面的“0”不是有效數(shù)字 例：0.0012m(2位)（5）在單位換算或變換指數(shù)冪時(shí),不能改變(gibin)有效數(shù)字位數(shù); 1.35g=1.3510-3kg=1.35103mg 6371km6731000m637100000cm 102s (誤差min)第20頁/共97頁第二十一頁，共98頁。22（6）要用科學(xué)計(jì)數(shù)法表示

5、; 632.8mm=6.32810-1m（7）測(cè)量(cling)結(jié)果有效數(shù)字位數(shù)由絕對(duì)誤差（合成不確定度）決定，一般地,絕對(duì)誤差只取1位有效數(shù)字的最末一位應(yīng)與誤差所在位對(duì)齊； 02. 0452. 3 02. 05 . 3 02. 045. 3lcmlcml18.50.3t 18.54500.3123t 第21頁/共97頁第二十二頁，共98頁。23第22頁/共97頁第二十三頁，共98頁。24第23頁/共97頁第二十四頁，共98頁。25nn Cos2016119.324.402第24頁/共97頁第二十五頁，共98頁。26第25頁/共97頁第二十六頁，共98頁。27數(shù)值修約規(guī)則（按國家標(biāo)準(zhǔn)文件：GB

6、8170-87） 在進(jìn)行具體的數(shù)字運(yùn)算前，按照一定的規(guī)則確定一致的位數(shù)，然后舍去某些數(shù)字后面多余的尾數(shù)的過程被稱為數(shù)字修約，指導(dǎo)數(shù)字修約的具體規(guī)則被稱為數(shù)字修約規(guī)則。口訣： 4舍6入5看右，5后有數(shù)進(jìn)上去， 尾數(shù)(wish)為0向左看，左數(shù)奇進(jìn)偶舍棄。 第26頁/共97頁第二十七頁，共98頁。28第27頁/共97頁第二十八頁，共98頁。29第28頁/共97頁第二十九頁，共98頁。30舉例(j l)：的有效(yuxio)位為5位。 應(yīng)為 4 位q=(1.612480.28765)kg 10-10 C改為(i wi)：q=(1.610.29) 10-10 C400 2500/(12.605-11.

7、6)=1.00 106/1.0=1.00 10638cm=380mm 38cm=3.8 102mm第29頁/共97頁第三十頁，共98頁。31第30頁/共97頁第三十一頁，共98頁。32真值：物理量在一定實(shí)驗(yàn)條件下的客觀(kgun) 存在值1. 誤 差第31頁/共97頁第三十二頁，共98頁。33 系統(tǒng)誤差誤差隨機(jī)誤差誤 差兩種不同的誤差采取不同的處理方法來給予消除(xioch)和估計(jì)。第32頁/共97頁第三十三頁，共98頁。34第33頁/共97頁第三十四頁，共98頁。35測(cè)量(cling)的準(zhǔn)確度、精密度、精確度精密度高(隨機(jī)誤差小)準(zhǔn)確度差(系統(tǒng)誤差大)精密度低(隨機(jī)誤差大)準(zhǔn)確度高(系統(tǒng)誤差

8、小)精確度高第34頁/共97頁第三十五頁，共98頁。3623.500.032.350.03lcmlcm0.03100%0.13%23.500.03100%1.3%2.35EE相對(duì)(xingdu)不確定度更全面反映測(cè)量的精確度第35頁/共97頁第三十六頁，共98頁。37n差；n測(cè)電壓、電流時(shí)由于忽略表內(nèi)阻引起的誤差。n2.未定系統(tǒng)誤差：要估計(jì)出分布范圍n如：螺旋測(cè)微計(jì)制造時(shí)的螺紋公差等。第36頁/共97頁第三十七頁，共98頁。38第37頁/共97頁第三十八頁，共98頁。39的分布函數(shù)為為標(biāo)準(zhǔn)差為真值xxf)( 1)(21exp21122nxxxxfnii第38頁/共97頁第三十九頁，共98頁。4

9、0隨機(jī)誤差的處理(chl) （） nxxnii/ )(1用多次測(cè)量的算術(shù)平均值作為被測(cè)量的最佳(zu ji)結(jié)果第39頁/共97頁第四十頁，共98頁。41教材1、米尺刻度(kd)不均勻。系統(tǒng)誤差2、測(cè)質(zhì)量時(shí)天平?jīng)]有(mi yu)調(diào)水平。系統(tǒng)誤差3、用單擺(dn bi)測(cè)重力加速度時(shí)擺角過大。系統(tǒng)誤差4、測(cè)量時(shí)對(duì)最小分度后一位的估讀。隨機(jī)誤差第40頁/共97頁第四十一頁，共98頁。42x,xxxxnnnxxxix12偏差(pinch)測(cè)量值與平均值的差_ixx第41頁/共97頁第四十二頁，共98頁。43標(biāo)準(zhǔn)差表示測(cè)量值的離散(lsn)程度第42頁/共97頁第四十三頁，共98頁。44 這個(gè)概率叫置

10、信概率，也稱為置信度。對(duì)應(yīng)的區(qū)間叫置信區(qū)間，置信區(qū)間的半寬度(kund) 。 表示為：35.780.05R 0.68368%Pfx dx _xx_,xxx第43頁/共97頁第四十四頁，共98頁。45 222 ,2 0.95495%Pfx dx 333 ,3 0.99799%Pfx dx 因此，一般將2稱為(chn wi)極限誤差。測(cè)量列中若某一測(cè)量值與平均值之差大于2時(shí)，應(yīng)將其當(dāng)作壞值粗差而舍去。第44頁/共97頁第四十五頁，共98頁。46第45頁/共97頁第四十六頁，共98頁。47xxntxtxx95. 095. 0n345672.481.591.241.050.926nt950.第46頁/

11、共97頁第四十七頁，共98頁。48置信概率一般取第47頁/共97頁第四十八頁，共98頁。49AxAxxAntn95. 0,22,測(cè)量次數(shù)不大時(shí)測(cè)量次數(shù)很大時(shí)不確定度組成(z chn)A類、B類分量第48頁/共97頁第四十九頁，共98頁。50,Bcc 儀儀器允差B不確定(qudng)度組成第49頁/共97頁第五十頁，共98頁。51B3 儀第50頁/共97頁第五十一頁，共98頁。521 游標(biāo)卡尺，儀器示值誤差一律取卡尺分度值。2 螺旋測(cè)微計(jì)，量程在025mm及2550mm的一級(jí)千分尺的儀 器示值誤差均為 。3 在使用機(jī)械停表和電子停表時(shí)，其誤差主要來源于啟動(dòng)和制動(dòng)停表時(shí)的操作誤差，其極限誤差約為。

12、4 物理實(shí)驗(yàn)常用的水銀溫度計(jì)，其極限誤差為溫度計(jì)的最小分度值 1 。5 指針式電流表和電壓表的儀器誤差限由量程和準(zhǔn)確度等級(jí)決定。6 數(shù)字式儀表，誤差示值取其末位數(shù)最小分度的一個(gè)單位。7 電阻箱、電橋等，示值誤差用專用公式(gngsh)計(jì)算(見儀器標(biāo)牌）第51頁/共97頁第五十二頁，共98頁。5322xAB 100%xrxx100%xxrxxxx第52頁/共97頁第五十三頁，共98頁。5418.50.3t 第53頁/共97頁第五十四頁，共98頁。55nxxi/ )(2_(1)ixxxnn第54頁/共97頁第五十五頁，共98頁。561.05B 儀A22xAB 100%xxrxxxx第55頁/共97

13、頁第五十六頁，共98頁。57 d0 = +0.004 mm , 螺旋測(cè)微計(jì)的儀器允差為儀= 0.004mm123456（mm） 0.2490.2500.2470.2510.2530.250原始數(shù)據(jù)表格(biog)id例1：用螺旋測(cè)微計(jì)測(cè)某一鋼絲(n s)的直徑，原始數(shù)據(jù)見下表，請(qǐng)給出完整的測(cè)量結(jié)果。第56頁/共97頁第五十七頁，共98頁。58 例解： 0iiddddd0 = +0.004 mm , 螺旋測(cè)微計(jì)的儀器允差為儀=0.004mm123456(mm)0.2490.2500.2470.2510.2530.250(mm)0.2450.2460.2430.2470.2490.246(mm)0

14、.246(mm)0.0010.0000.003-0.001-0.0030.000id 沒有異常數(shù)據(jù),不用(byng)剔除idd 第57頁/共97頁第五十八頁，共98頁。59_0.951.050.002Addtmmn )(004. 005. 1mmB儀220.004()ABmm 100%2%drd_2/(1)0.002()idddnnmm 例解： 0.2460.004()2%rdm m測(cè)量結(jié)果表示為第58頁/共97頁第五十九頁，共98頁。602ixxiifx2lnixxiifxxhdV241第59頁/共97頁第六十頁，共98頁。6122222222/()()xyNxyyNxrrkmNxyNxyN

15、xyx yNxyNx ykmN或 第60頁/共97頁第六十一頁，共98頁。6223Nxy22(2)(3)Nxy2Nxy22()()yNxNxy22()()NxyNNxy22lnln()()NNxyrNNNxy1、2、第61頁/共97頁第六十二頁，共98頁。632xyNZln1Nxxx對(duì)求導(dǎo)：ln1Nyyy對(duì)求導(dǎo)：lnln2lnlnlnNxyz2222ln()()()iyxzrNxiiNxxyz2222()()()yxzNrNxyNxyzz3、ln1Nzzz對(duì) 求導(dǎo)：第62頁/共97頁第六十三頁，共98頁。64xyNxylnlnlnln()Nxyxy11xxylnN對(duì)x求導(dǎo):x22221111N

16、rNxyxxyNyxy代入公式：（）=）（NrNrNxyNxy4、11yyxylnN對(duì)y 求導(dǎo):第63頁/共97頁第六十四頁，共98頁。65第64頁/共97頁第六十五頁，共98頁。66舉例1：已知:x =(34.50.2)m， y =(12.40.3)m, 求N =x +y，寫出最后(zuhu)結(jié)果表達(dá)式.34.5 12.446.9( )NxymmyxN4 . 03 . 02 . 022220.4100%0.85%46.9NNENmNNN) 4 . 09 .46(第65頁/共97頁第六十六頁，共98頁。67254.62.0109.2()Nxym2)5109(mNNN2222()()0 . 30

17、 . 1()()5 . 0 %5 4 . 62 . 0NyNxExyN2109.25.0%5()NNNEm例2：已知x =(54.60.3)m，y =(2.00.1)m, 求 ,并寫出最后結(jié)果表達(dá)式.Nxy第66頁/共97頁第六十七頁，共98頁。68例3：已測(cè)得金屬環(huán)的外形尺寸如下，要求(yoqi)給出其體積的測(cè)量結(jié)果 cm 004. 0575. 2cm 004. 0600. 3cm 004. 0880. 2hDD、外徑內(nèi)徑解 :2. 由于間接測(cè)量與直接測(cè)量量之間沒有簡(jiǎn)單關(guān)系(gun x)，故先推導(dǎo)出間接測(cè)量的合成不確定度)(436.9)(4322cmhDDV內(nèi)徑外徑1.2222222223(

18、2)(2)()0.08()4iVxDhDiiDDhfVVVuxDDhDhDhDDcm外徑內(nèi)徑外徑內(nèi)徑內(nèi)徑外徑內(nèi)徑外徑外徑內(nèi)徑第67頁/共97頁第六十八頁，共98頁。690.080.8%9.436VrVV39.440.08()0.8%rVVcm解 3. 求相對(duì)(xingdu)不確定度4. 實(shí)驗(yàn)(shyn)結(jié)果表示例4：P15第68頁/共97頁第六十九頁，共98頁。70第69頁/共97頁第七十頁，共98頁。713.1 列表法處理(chl)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)要求：(1) 有標(biāo)題，說明是什么(shn me)量的關(guān)系表；(2) 注明表中各符號(hào)所表示的物理量名稱且寫 出單位；(3) 表中的數(shù)據(jù)要正確反映測(cè)量值的有效

19、數(shù)字；(4) 必要時(shí)可對(duì)某一項(xiàng)目加以說明。第70頁/共97頁第七十一頁，共98頁。72U (V )0.741.522.333.083.664.495.245.986.767.50I (mA)2.004.016.228.209.7512.00 13.99 15.92 18.00 20.011.選擇合適(hsh)的坐標(biāo)分度值，確定坐標(biāo)紙的大小 坐標(biāo)分度值的選取應(yīng)能基本反映測(cè)量值的準(zhǔn)確度或精密度。根據(jù)表數(shù)據(jù)U 軸可選1mm V，I 軸可選1mm mA，并可定坐標(biāo)紙的大?。源笥谧鴺?biāo)范圍、數(shù)據(jù)范圍） 約為130 mm130 m。表1：伏安法測(cè)電阻(dinz)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)步驟 例:第71頁/共97頁第七十二

20、頁，共98頁。732.標(biāo)明坐標(biāo)軸： 用粗實(shí)線畫坐標(biāo)軸，用箭頭標(biāo)軸方向，標(biāo)坐標(biāo)軸的名稱或符號(hào)、單位(dnwi),再按順序標(biāo)出坐標(biāo)軸整分格上的量值。I (mA)U (V)8.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.0002.004.006.008.0010.001.003.005.007.009.004. 連成圖線： 用直尺、曲線板等把點(diǎn)連成直線、光滑曲線。一般不強(qiáng)求直線或曲線通過每個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，應(yīng)使圖線線正穿過實(shí)驗(yàn)點(diǎn)時(shí)可以在兩邊的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)與圖線最為接近且分布大體均勻。圖點(diǎn)處斷開。3.標(biāo)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)： 實(shí)驗(yàn)點(diǎn)可用“ ”、 “ ”等符號(hào)標(biāo)出（同一坐標(biāo)系下不同曲線用不同

21、的符號(hào)）。 第72頁/共97頁第七十三頁，共98頁。745.標(biāo)出圖線特征： 在圖上空白位置標(biāo)明實(shí)驗(yàn)條件或從圖上得出的某些參數(shù)。如利用所繪直線(zhxin)可給出被測(cè)電阻R大?。簭乃L直線(zhxin)上讀取兩點(diǎn) A、B 的坐標(biāo)就可求出 R 值。I (mA)U (V)8.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.0002.004.006.008.0010.001.003.005.007.009.006.標(biāo)出圖名： 在圖線下方或空白位置寫出圖線的名稱及某些(mu xi)必要的說明。A(1.00,2.76)B(7.00,18.58)由圖上A、B兩點(diǎn)可得被測(cè)電

22、阻R為：)k(379. 076. 258.1800. 100. 7ABABIIUUR至此(zhc)一張圖才算完成電阻伏安特性曲線作者：xx第73頁/共97頁第七十四頁，共98頁。75不當(dāng)圖例(tl)展示：n(nm)1.6500500.0700.01.67001.66001.70001.69001.6800600.0400.0玻璃材料色散曲線圖圖 1不當(dāng)：曲線太粗，不均勻，不光滑。應(yīng)該用直尺(zh ch)、曲線板等工具把實(shí)驗(yàn)點(diǎn)連成光滑、均勻的細(xì)實(shí)線。第74頁/共97頁第七十五頁，共98頁。76n(nm)1.6500500.0700.01.67001.66001.70001.69001.68006

23、00.0400.0玻璃材料色散曲線圖改正(gizhng)為：第75頁/共97頁第七十六頁，共98頁。77圖 2I (mA)U (V)02.008.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.001.003.00電學(xué)元件伏安特性曲線不當(dāng)：橫軸坐標(biāo)分度選取不當(dāng)。橫軸以3 cm 代表1 V，使作圖和讀圖都很困難。實(shí)際在選擇坐標(biāo)分度值時(shí)，應(yīng)既滿足有效數(shù)字(yu xio sh z)的要求又便于作圖和讀圖，一般以1 mm 代表的量值是10的整數(shù)次冪或是其2倍或5倍。第76頁/共97頁第七十七頁，共98頁。78I (mA)U (V)o1.002.003.004.008

24、.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.00電學(xué)元件伏安特性曲線改正(gizhng)為：第77頁/共97頁第七十八頁，共98頁。79xkylnlnlnglT2lgT224kxy第78頁/共97頁第七十九頁，共98頁。803.3.逐差法 逐差法處理(chl)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，是把x0，x1，x2，xn（n+1=偶數(shù)）數(shù)據(jù)分成對(duì)稱的兩組，求對(duì)應(yīng)項(xiàng)的逐差。01714025136247341234141, , 14414iiiixxxxxxxxxxx舉 例 ： 數(shù) 據(jù) ， 分 成 兩 組平 均 值算 術(shù) 平 均 絕 對(duì) 誤 差第79頁/共97頁第八十頁，共98頁。81 設(shè)此兩物理量 x、y 滿足線性關(guān)系 y = a+bxi，等精度地測(cè)得一組互相獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(shj) xi，yi i = 1,.,n當(dāng)所測(cè)各 yi 值與擬合直線上的 a +bxi之間偏差的平方和最小，即 所得系數(shù)a, b 最好,擬合公式即為最佳經(jīng)驗(yàn)公式。21()niiiQyabx最小叫殘差Q第80頁/共97頁第八十一