實驗物理一2011

1、實驗中心簡介實驗中心簡介第一部分第一部分實驗物理教學(xué)規(guī)定實驗物理教學(xué)規(guī)定一、一、 物理實驗課的教學(xué)目的和任務(wù)物理實驗課的教學(xué)目的和任務(wù)二、上課方式，內(nèi)容及相關(guān)規(guī)定二、上課方式，內(nèi)容及相關(guān)規(guī)定三、三、 物理實驗課的主要教學(xué)環(huán)節(jié)物理實驗課的主要教學(xué)環(huán)節(jié)四、四、 成績的評定方法成績的評定方法一、一、 物理實驗課的教學(xué)目的和任務(wù)物理實驗課的教學(xué)目的和任務(wù)1. 培養(yǎng)學(xué)生的基本科學(xué)實驗技能，提高學(xué)生培養(yǎng)學(xué)生的基本科學(xué)實驗技能，提高學(xué)生的科學(xué)實驗的科學(xué)實驗基本素質(zhì)基本素質(zhì)，使學(xué)生，使學(xué)生初步初步掌握實驗掌握實驗科學(xué)的思想和方法?？茖W(xué)的思想和方法。2. 培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和創(chuàng)新意識，使學(xué)生培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和

2、創(chuàng)新意識，使學(xué)生掌握實驗研究的掌握實驗研究的基本方法基本方法，提高學(xué)生的分析，提高學(xué)生的分析能力和創(chuàng)新能力。能力和創(chuàng)新能力。3. 提高學(xué)生的提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際和實事求是的實際和實事求是的科學(xué)作風(fēng)科學(xué)作風(fēng)，認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目疲J(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，積極主動的探索精神，遵守紀(jì)律，學(xué)態(tài)度，積極主動的探索精神，遵守紀(jì)律，團(tuán)結(jié)協(xié)作團(tuán)結(jié)協(xié)作，愛護(hù)公共財產(chǎn)的優(yōu)良品德。，愛護(hù)公共財產(chǎn)的優(yōu)良品德。 在實驗室開放時間內(nèi)在實驗室開放時間內(nèi)（13:20-15:5013:20-15:50，16:00-18:3016:00-18:30）網(wǎng)上預(yù)約本學(xué)期所要做的實驗題目和時間網(wǎng)上預(yù)約本

3、學(xué)期所要做的實驗題目和時間網(wǎng)址：網(wǎng)址：9:8282/請仔細(xì)閱讀：請仔細(xì)閱讀：物理開放式實驗物理開放式實驗教學(xué)規(guī)定教學(xué)規(guī)定二、上課方式，內(nèi)容及相關(guān)規(guī)定二、上課方式，內(nèi)容及相關(guān)規(guī)定序號序號內(nèi)容內(nèi)容學(xué)時學(xué)時地點地點1 1基礎(chǔ)實驗基礎(chǔ)實驗3 3各實驗室各實驗室2 2靜電場的模擬描跡靜電場的模擬描跡3 34024023 3光電效應(yīng)光電效應(yīng)3 34034034 4直流電橋測電阻直流電橋測電阻3 34124125 5物體密度的測定物體密度的測定3 34134136 6扭擺法測轉(zhuǎn)動慣量扭擺法測轉(zhuǎn)動慣量3 34144147 7示波器的原理和使用示波器的原理和使用3 34154

4、158 8讀數(shù)顯微鏡觀察鹽類結(jié)晶過程讀數(shù)顯微鏡觀察鹽類結(jié)晶過程3 34164169 9數(shù)碼攝影數(shù)碼攝影3 34204201010顯微鏡和偏光顯微鏡的組裝顯微鏡和偏光顯微鏡的組裝3 34234231111分光計的調(diào)節(jié)分光計的調(diào)節(jié)3 3424424本學(xué)期共本學(xué)期共8個實驗，基礎(chǔ)實驗個實驗，基礎(chǔ)實驗1個，平時個，平時6個，考試實驗個，考試實驗1個。個。三三實實驗驗教教學(xué)學(xué)流流程程介介紹紹自主預(yù)習(xí)：自主預(yù)習(xí)：1、課前寫出預(yù)習(xí)報告：、課前寫出預(yù)習(xí)報告：題目、目的、儀器、實驗原題目、目的、儀器、實驗原理（公式、光路理（公式、光路/電路）、所做實驗內(nèi)容、自擬電路）、所做實驗內(nèi)容、自擬數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)記錄表格記錄表格

5、2、熟悉實驗儀器、熟悉實驗儀器3、回答問題回答問題實驗操作：實驗操作：1、獨立操作完成實驗任務(wù)；遵守制度，注意安全，、獨立操作完成實驗任務(wù)；遵守制度，注意安全，數(shù)據(jù)正確，儀器還原數(shù)據(jù)正確，儀器還原2、原始數(shù)據(jù)記錄、原始數(shù)據(jù)記錄(全部保留全部保留，教師簽字教師簽字)數(shù)據(jù)處理（數(shù)據(jù)處理（當(dāng)堂完成當(dāng)堂完成）1、重新列表：重新整理原始記錄、重新列表：重新整理原始記錄2、數(shù)據(jù)處理與計算、數(shù)據(jù)處理與計算3、討論、分析和心得體會、討論、分析和心得體會(必做必做)教師講解教師講解平時和期末成績都必須及格，總成績有效！平時和期末成績都必須及格，總成績有效！四、成績的評定方法四、成績的評定方法平時成績平時成績80

6、% ：實驗成績按：實驗成績按10分制分制，預(yù)習(xí)，預(yù)習(xí)2分、分、操作操作5分、分、 報告報告3分；分；曠課、抄襲該次實驗記為曠課、抄襲該次實驗記為0分，曠課可以補(bǔ)做；分，曠課可以補(bǔ)做；補(bǔ)做及格的為補(bǔ)做及格的為6分分(直接找任課教師直接找任課教師)，不及格按實，不及格按實際成績。際成績。遲到遲到15分鐘以內(nèi)扣分，超過分鐘以內(nèi)扣分，超過15 分鐘，視為曠課，分鐘，視為曠課，病假須有病假條。病假須有病假條。期末考試成績占期末考試成績占20% 本學(xué)期期末考試為操作加筆試本學(xué)期期末考試為操作加筆試 主要內(nèi)容：有關(guān)主要內(nèi)容：有關(guān)誤差誤差和和不確定度不確定度的知識的知識1、物理實驗的基本實驗方法、物理實驗的基

7、本實驗方法2、物理實驗的基本儀器、物理實驗的基本儀器3、物理實驗的基本調(diào)整與操作技術(shù)、物理實驗的基本調(diào)整與操作技術(shù)4、物理實驗數(shù)據(jù)處理的基本方法、物理實驗數(shù)據(jù)處理的基本方法第二部分第二部分 物理實驗基本操作物理實驗基本操作1、物理實驗的基本實驗方、物理實驗的基本實驗方法法 一、比較法一、比較法3、替代比較法、替代比較法 1、直接比較法：卡尺、直接比較法：卡尺2、補(bǔ)償平衡比較法：、補(bǔ)償平衡比較法：天平、電橋等天平、電橋等曹沖稱象曹沖稱象二、放大法二、放大法3、光學(xué)放大法、光學(xué)放大法 如：顯微鏡，放大鏡如：顯微鏡，放大鏡4、電子學(xué)放大法、電子學(xué)放大法 如：三極管如：三極管、機(jī)械放大法、機(jī)械放大法

8、如：螺旋測微器如：螺旋測微器、積累（或累計）放大法、積累（或累計）放大法 如：秒表測周期如：秒表測周期三、轉(zhuǎn)換測量法三、轉(zhuǎn)換測量法四、模擬法四、模擬法1、參量換測法、參量換測法2、能量換測法、能量換測法（1）熱電換測）熱電換測（2）壓電換測）壓電換測（3）光電換測）光電換測（4）磁電換測）磁電換測靜電場的模擬描跡靜電場的模擬描跡2 物理實驗的基本儀器物理實驗的基本儀器螺旋測微計（千分尺）螺旋測微計（千分尺）5.737 mm只介紹我們常用的兩種只介紹我們常用的兩種49.86 mm3、物理實驗的基本調(diào)整與操作技術(shù)、物理實驗的基本調(diào)整與操作技術(shù)一、一、零位校準(zhǔn)零位校準(zhǔn)：電表的零位校準(zhǔn)器、千分尺的初讀

9、數(shù)：電表的零位校準(zhǔn)器、千分尺的初讀數(shù)二、二、水平、鉛直調(diào)整水平、鉛直調(diào)整：懸錘、氣泡水平儀：懸錘、氣泡水平儀三、三、消除視差消除視差四、四、共軸調(diào)節(jié)共軸調(diào)節(jié)五、五、逐次逼近法逐次逼近法：如天平平衡的調(diào)節(jié)：如天平平衡的調(diào)節(jié)六、六、先定性、后定量原則先定性、后定量原則 1、列表法、列表法表格內(nèi)容應(yīng)包括：表格內(nèi)容應(yīng)包括：表格名稱、物理量名稱、單位、數(shù)表格名稱、物理量名稱、單位、數(shù)據(jù)據(jù)。表中數(shù)據(jù)要用有效數(shù)字。單位只在物理量名稱欄。表中數(shù)據(jù)要用有效數(shù)字。單位只在物理量名稱欄內(nèi)標(biāo)明，不要重復(fù)寫在各個數(shù)據(jù)上。內(nèi)標(biāo)明，不要重復(fù)寫在各個數(shù)據(jù)上。次序次序123456789T（） 30.040.050.060.07

10、0.179.890.0100.2 110.0R（ ）40.30 40.39 40.51 40.60 40.71 40.78 40.91 41.01 41.104、物理實驗數(shù)據(jù)處理的基本方法、物理實驗數(shù)據(jù)處理的基本方法例表：測定電阻的溫度系數(shù)例表：測定電阻的溫度系數(shù)課堂練習(xí)1 列表列表 準(zhǔn)備對任選物體進(jìn)行長度測量（準(zhǔn)備對任選物體進(jìn)行長度測量（1010次），請次），請列出合理的表格，注意列表要求（列出合理的表格，注意列表要求（表格名表格名稱、物理量名稱、單位、數(shù)據(jù)）稱、物理量名稱、單位、數(shù)據(jù)） 在實驗中我們所測的在實驗中我們所測的數(shù)值數(shù)值都是含有誤都是含有誤差的數(shù)值，對這些數(shù)值不能任意取舍，應(yīng)差的

11、數(shù)值，對這些數(shù)值不能任意取舍，應(yīng)反映出測量儀器的反映出測量儀器的精精度度。有效數(shù)字及其表示有效數(shù)字及其表示什么是有效數(shù)字什么是有效數(shù)字 345，3.45，0.00345“0”是不是有效數(shù)字？是不是有效數(shù)字？例如：例如：0.0027800科學(xué)計數(shù)法科學(xué)計數(shù)法(7.50.2) 104 萬萬 (6.23 0.03) 10-4游標(biāo)類器具游標(biāo)類器具（游標(biāo)卡尺、游標(biāo)卡尺、分光計度盤、分光計度盤、大氣壓計等大氣壓計等）讀至游標(biāo)最小讀至游標(biāo)最小分度的整數(shù)倍，分度的整數(shù)倍，即不需估讀。即不需估讀。數(shù)顯儀表及有數(shù)顯儀表及有十進(jìn)步式標(biāo)度十進(jìn)步式標(biāo)度盤的儀表盤的儀表（電電阻箱、電橋、電阻箱、電橋、電位差計、數(shù)字電位差

12、計、數(shù)字電壓表等壓表等）一般應(yīng)）一般應(yīng)直接讀取儀表的直接讀取儀表的示值。示值。指針式儀表及指針式儀表及其它器具其它器具，讀，讀數(shù)時估讀到儀器數(shù)時估讀到儀器最小分度的最小分度的1/21/10，或使，或使估讀間隔不大于估讀間隔不大于儀器基本誤差限儀器基本誤差限的的1/51/3。注意指針指注意指針指在整刻度線在整刻度線上時讀數(shù)的上時讀數(shù)的有效位數(shù)。有效位數(shù)。 測量結(jié)果只寫到開始有誤差的那一位數(shù)，以后的數(shù)按測量結(jié)果只寫到開始有誤差的那一位數(shù)，以后的數(shù)按“小于小于5舍去；大于舍去；大于5進(jìn)位；等于進(jìn)位；等于5看左右看左右”的法則取舍的法則取舍。 數(shù)字修約規(guī)則數(shù)字修約規(guī)則例：將下列數(shù)保留三位小數(shù)例：將下列

13、數(shù)保留三位小數(shù)2.143512.144進(jìn)位進(jìn)位2.145進(jìn)位進(jìn)位2.144進(jìn)位進(jìn)位2.144舍去舍去2.14327 2.143882.14450 2.143502.14451乘除運(yùn)算結(jié)果的有效位數(shù)多少以參與運(yùn)算的有效乘除運(yùn)算結(jié)果的有效位數(shù)多少以參與運(yùn)算的有效位數(shù)最少的數(shù)為準(zhǔn)，可比其多取一位。位數(shù)最少的數(shù)為準(zhǔn)，可比其多取一位。 如如 40009=3.6104 2.0000.99=2.00 用計算器進(jìn)行計算時中間結(jié)果可不作修約或適用計算器進(jìn)行計算時中間結(jié)果可不作修約或適當(dāng)多取幾位（不能任意減少）。當(dāng)多取幾位（不能任意減少）。加減運(yùn)算的結(jié)果末位以參與運(yùn)算的末位最高的加減運(yùn)算的結(jié)果末位以參與運(yùn)算的末位

14、最高的數(shù)為準(zhǔn)。數(shù)為準(zhǔn)。 如如 11.4+2.56=14.0 75-10.356=65U (V )0.741.522.333.083.664.495.245.986.767.50I (mA)2.004.0512.00 13.99 15.92 18.00 20.011.選擇合適的坐標(biāo)分度值，確定坐標(biāo)紙的大小選擇合適的坐標(biāo)分度值，確定坐標(biāo)紙的大小 坐標(biāo)分度值的選取應(yīng)能反映測量值的有效位數(shù)，一般以坐標(biāo)分度值的選取應(yīng)能反映測量值的有效位數(shù)，一般以 12mm對對應(yīng)于測量儀表的應(yīng)于測量儀表的儀器誤差儀器誤差。 根據(jù)表數(shù)據(jù)根據(jù)表數(shù)據(jù)U 軸可選軸可選1mm對應(yīng)于對應(yīng)于0.10V，I 軸可

15、選軸可選1mm對應(yīng)于對應(yīng)于0.20mA，并可定，并可定坐標(biāo)紙的大小（略大于坐標(biāo)范圍、數(shù)據(jù)范圍）坐標(biāo)紙的大?。源笥谧鴺?biāo)范圍、數(shù)據(jù)范圍） 約為約為130mm130mm。作圖步驟作圖步驟：實驗數(shù)據(jù)列表如下實驗數(shù)據(jù)列表如下. 表表1：伏安法測電阻實驗數(shù)據(jù)：伏安法測電阻實驗數(shù)據(jù)作圖時要作圖時要先整理出數(shù)據(jù)表格先整理出數(shù)據(jù)表格，并，并要要用坐標(biāo)紙作圖用坐標(biāo)紙作圖。2. 標(biāo)明坐標(biāo)軸：標(biāo)明坐標(biāo)軸： 用粗實線畫坐標(biāo)軸，用粗實線畫坐標(biāo)軸，用箭頭標(biāo)軸方向，標(biāo)坐標(biāo)用箭頭標(biāo)軸方向，標(biāo)坐標(biāo)軸的名稱或符號、單位軸的名稱或符號、單位,再按順序標(biāo)出坐標(biāo)軸整分再按順序標(biāo)出坐標(biāo)軸整分格上的量值。格上的量值。I (mA)U (V)

16、8.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.000 02.004.006.008.0010.001.003.005.007.009.004. 連成圖線：連成圖線： 用直尺、曲線板等把用直尺、曲線板等把點連成直線、光滑曲線。點連成直線、光滑曲線。一般不強(qiáng)求直線或曲線通一般不強(qiáng)求直線或曲線通過每個實驗點，應(yīng)使圖線過每個實驗點，應(yīng)使圖線線正穿過實驗點時可以在線正穿過實驗點時可以在兩邊的實驗點與圖線最為接近且分布大體均勻。圖兩邊的實驗點與圖線最為接近且分布大體均勻。圖點處斷開。點處斷開。3.標(biāo)實驗點標(biāo)實驗點： 實驗點可用實驗點可用“ ”、 “ ”、“ ”等符

17、號標(biāo)等符號標(biāo)出（同一坐標(biāo)系下不同曲出（同一坐標(biāo)系下不同曲線用不同的符號線用不同的符號）。）。 5.標(biāo)出圖線特征：標(biāo)出圖線特征： 在圖上空白位置標(biāo)明在圖上空白位置標(biāo)明實驗條件或從圖上得出的實驗條件或從圖上得出的某些參數(shù)。如利用所繪直某些參數(shù)。如利用所繪直線可給出被測電阻線可給出被測電阻R大?。捍笮。簭膹乃L所繪直線直線上讀取兩點上讀取兩點 A、B 的坐標(biāo)就可求出的坐標(biāo)就可求出 R 值。值。I (mA)U (V)8.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.000 02.004.006.008.0010.001.003.005.007.009.00電阻伏安

18、特性曲線電阻伏安特性曲線6.標(biāo)出圖名：標(biāo)出圖名： 在圖線下方或空白位在圖線下方或空白位置寫出圖線的名稱及某些置寫出圖線的名稱及某些必要的說明。必要的說明。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不當(dāng)圖例展示不當(dāng)圖例展示：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圖圖1曲線太粗，不曲線太粗，不均勻，不光

19、滑均勻，不光滑。應(yīng)該用直尺、曲應(yīng)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(xì)實線。均勻的細(xì)實線。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(xué)元件伏安特性曲線電學(xué)元件伏安特性曲線橫軸坐標(biāo)分度選取橫軸坐標(biāo)分度選取不當(dāng)。不當(dāng)。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

20、很困難。實際在選擇坐標(biāo)很困難。實際在選擇坐標(biāo)分度值時，應(yīng)既滿足有效分度值時，應(yīng)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(xué)元件伏安特性曲線電學(xué)元件伏安特性曲線改正為：改正為：定容氣體壓強(qiáng)溫度曲線定容氣體壓強(qiáng)溫度曲線1.20001.60000.80000.4000圖圖3P(105Pa)t()60.00140.00100.

21、00o120.0080.0040.0020.00圖紙使用不當(dāng)圖紙使用不當(dāng)。實際作圖時，實際作圖時，坐標(biāo)原點的讀坐標(biāo)原點的讀數(shù)可以不從零數(shù)可以不從零開始開始。定容氣體壓強(qiáng)溫度曲線定容氣體壓強(qiáng)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：將多個測量數(shù)據(jù)按次序分為數(shù)量相等的前后兩組，后一將多個測量數(shù)據(jù)按次序分為數(shù)量相等的前后兩組，后一組的第一個數(shù)與前一組的第一個數(shù)相減，第二個數(shù)與第組的第一個數(shù)與前一組的第一個數(shù)相減，第二個數(shù)與第二個數(shù)相減，依次類推，然后求這些

22、差值的平均值。二個數(shù)相減，依次類推，然后求這些差值的平均值。次數(shù)次數(shù) i 01 2 3 4 5 6 7Fi( 10-1kg) 013.2023.2033.2043.2053.2063.2073.20ni(cm)n0 n1 n2 n3 n4 n5 n6 n7例如：在測楊氏模量實驗中，每加一次砝碼測一次例如：在測楊氏模量實驗中，每加一次砝碼測一次鋼絲伸長量，共測鋼絲伸長量，共測8次，數(shù)據(jù)列表如下：次，數(shù)據(jù)列表如下：3、逐差法、逐差法將將i=0,1,2,3為一組；為一組；i=4,5,6,7為一組，對應(yīng)的為一組，對應(yīng)的ni值相值相減，再求平均伸長量：減，再求平均伸長量：40516273()()()()

23、4 4nnnnnnnnn 逐差法優(yōu)點逐差法優(yōu)點：第一，可消除零點誤差。第一，可消除零點誤差。第二，擴(kuò)大了測量范圍，實驗中對應(yīng)第二，擴(kuò)大了測量范圍，實驗中對應(yīng)3.2010-1kg伸長伸長 量，現(xiàn)為對應(yīng)量，現(xiàn)為對應(yīng)4 3.2010-1kg的伸長量。的伸長量。第三，使用了全部測量數(shù)據(jù)，有利于減小誤差。第三，使用了全部測量數(shù)據(jù)，有利于減小誤差。 013.2023.2033.2043.2053.2063.2073.20通過實驗，等精度地測得一組實驗數(shù)據(jù)通過實驗，等精度地測得一組實驗數(shù)據(jù)（xi，yi，i =1，2n），設(shè)此兩物理量），設(shè)此兩物理量 x、y 滿足線滿足線性關(guān)系，且假定實驗誤差主要出現(xiàn)在性關(guān)系

24、，且假定實驗誤差主要出現(xiàn)在yi上，設(shè)擬合直上，設(shè)擬合直線公式為線公式為 y =f(x)=a+bx，當(dāng)所測各當(dāng)所測各yi值與擬合直線上值與擬合直線上各估計值各估計值 f (xi)= a+bxi之間偏差的平方和最小之間偏差的平方和最小，即，即 0)(2iibxayas0)(2iiixbxaybs22( )()miniiiisyf xya bx尋找最佳經(jīng)驗公式：尋找最佳經(jīng)驗公式：y=a+bx據(jù)此解得據(jù)此解得 222)(iiiiiiixnxxyxyxa22)(iiiiiixnxyxnyxb將得出的將得出的a和和b代入直線方程，即得代入直線方程，即得最佳經(jīng)驗最佳經(jīng)驗公式。公式。 最小二乘法處理數(shù)據(jù)除給出

25、最小二乘法處理數(shù)據(jù)除給出 a、b 外，還應(yīng)給外，還應(yīng)給出出相關(guān)系數(shù)相關(guān)系數(shù) r ， r 定義為定義為22)()()()(yyxxyyxxriiiinxxinyyi其中其中r 表示兩變量之間的線性關(guān)系的密切程度。表示兩變量之間的線性關(guān)系的密切程度。|r|1，x、y 間線性關(guān)系好，間線性關(guān)系好， |r|0 ，x、y 間無線性間無線性關(guān)系，擬合無意義。關(guān)系，擬合無意義。物理實驗中一般要求物理實驗中一般要求 r 絕對值達(dá)到絕對值達(dá)到0.999以上以上。相關(guān)系數(shù)相關(guān)系數(shù)r ：第三部分第三部分 測量不確定度表示測量不確定度表示1 誤差的基本概念誤差的基本概念2 有效數(shù)字及其表示有效數(shù)字及其表示3 測量結(jié)果

26、的不確定度評定測量結(jié)果的不確定度評定 1 、誤差的基本概念、誤差的基本概念一、測量一、測量1，物理學(xué)的基礎(chǔ)，物理學(xué)的基礎(chǔ)2，測量類型：直接，測量類型：直接/間接測量；等精度測量間接測量；等精度測量d=13.2170.006（mm），），k=23，測量結(jié)果：，測量結(jié)果：數(shù)值數(shù)值單位單位可靠性可靠性課堂練習(xí)2 測量測量 對任選物體進(jìn)行長度測量（對任選物體進(jìn)行長度測量（1010次），并填入已經(jīng)擬好的表格內(nèi)。次），并填入已經(jīng)擬好的表格內(nèi)。次序次序12345678910 L（mm）二、測量誤差二、測量誤差1，測量誤差：，測量誤差：測量值測量值與被測量與被測量真值真值之間的差值。之間的差值。系統(tǒng)誤差、系統(tǒng)

27、誤差、隨機(jī)誤差、粗大誤差隨機(jī)誤差、粗大誤差2，測量誤差的分類，測量誤差的分類誤差存在于一切測量過程的始終誤差存在于一切測量過程的始終概念概念：測量列，真值和約定真值，等精度測量和：測量列，真值和約定真值，等精度測量和不等精度測量不等精度測量系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差概念概念：在同樣條件下，對同一物理量進(jìn)行多次測量，：在同樣條件下，對同一物理量進(jìn)行多次測量，其誤差的大小和符號保持不變或隨著測量條件的其誤差的大小和符號保持不變或隨著測量條件的變化而有規(guī)律地變化。變化而有規(guī)律地變化。來源來源：儀器因素：儀器因素 、理論或條件因素、理論或條件因素 、人員因素、人員因素 研究系統(tǒng)誤差的重要性研究系統(tǒng)誤差的重要性：

28、影響隨機(jī)誤差的估計，：影響隨機(jī)誤差的估計，有時比較大。有時比較大。請分析可能的產(chǎn)生原因！請分析可能的產(chǎn)生原因！在系統(tǒng)誤差中發(fā)現(xiàn)問題在系統(tǒng)誤差中發(fā)現(xiàn)問題1894年年瑞利瑞利發(fā)現(xiàn)大氣中存在惰性氣體發(fā)現(xiàn)大氣中存在惰性氣體- Ar氬氣：氬氣：系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差空氣中發(fā)現(xiàn)了惰性氣體空氣中發(fā)現(xiàn)了惰性氣體 Ar氬氣氬氣英國物理學(xué)家瑞利用不同的方法制取氮氣英國物理學(xué)家瑞利用不同的方法制取氮氣N2：反復(fù)進(jìn)行了更加精確的實驗，測量。隨機(jī)誤差對測量結(jié)果反復(fù)進(jìn)行了更加精確的實驗，測量。隨機(jī)誤差對測量結(jié)果的影響隨著大量測量應(yīng)該趨于的影響隨著大量測量應(yīng)該趨于0。那么這個差值是由系統(tǒng)誤。那么這個差值是由系統(tǒng)誤差引起的。差引起

29、的。大氣分離法大氣分離法：從空氣中去除了氧氣，二氧化碳，水蒸汽，：從空氣中去除了氧氣，二氧化碳，水蒸汽，剩余的就應(yīng)該是氮氣，測得其密度為剩余的就應(yīng)該是氮氣，測得其密度為1.2572g/L；化學(xué)法化學(xué)法：氨氣制取氮氣，測得其密度為：氨氣制取氮氣，測得其密度為1.2560g/L，比前者，比前者小小0.095%更值得分析！更值得分析！隨機(jī)誤差隨機(jī)誤差1、正態(tài)分布規(guī)律：適用大量的隨機(jī)測量誤差、正態(tài)分布規(guī)律：適用大量的隨機(jī)測量誤差正態(tài)分布的概率密度分布曲線正態(tài)分布的概率密度分布曲線正態(tài)分布的正態(tài)分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差標(biāo)準(zhǔn)偏差：表征測量值表征測量值的分散性的分散性%3 .68p隨機(jī)誤差在隨機(jī)誤差在 范圍內(nèi)的概率范

30、圍內(nèi)的概率2、測量列的標(biāo)準(zhǔn)偏差：、測量列的標(biāo)準(zhǔn)偏差：niixnx11定義該測量列的標(biāo)準(zhǔn)偏差為：定義該測量列的標(biāo)準(zhǔn)偏差為： 1)()(12nxxxSnii%3 .68p對某個物理量對某個物理量x作作n個等精度測量，得到一個測量個等精度測量，得到一個測量列，其算術(shù)平均值為列，其算術(shù)平均值為最佳值最佳值（期望值）（期望值）統(tǒng)計意義統(tǒng)計意義：當(dāng)測量次數(shù)足夠多，測量列中任意測量值：當(dāng)測量次數(shù)足夠多，測量列中任意測量值與平均值的偏離落在區(qū)間內(nèi)的概率為與平均值的偏離落在區(qū)間內(nèi)的概率為0.683。3 、算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差、算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差nxSnnxSniixx)() 1()(12)(%3 .68p考慮

31、：算術(shù)平均值的離散程度考慮：算術(shù)平均值的離散程度國家標(biāo)準(zhǔn)國家標(biāo)準(zhǔn)GB4883-85推薦，判斷一個異常值以推薦，判斷一個異常值以格羅布斯方法格羅布斯方法為準(zhǔn)。此方法給出一個和數(shù)據(jù)個為準(zhǔn)。此方法給出一個和數(shù)據(jù)個數(shù)數(shù)n相聯(lián)系的系數(shù)。相聯(lián)系的系數(shù)。當(dāng)已知數(shù)據(jù)個數(shù)當(dāng)已知數(shù)據(jù)個數(shù)n，算術(shù)平均值和測量列標(biāo)準(zhǔn)，算術(shù)平均值和測量列標(biāo)準(zhǔn)偏差偏差S，則可以保留的測量值，則可以保留的測量值Xi的范圍為的范圍為:)()(sgxxsgxningn（ =0.05）系數(shù)表（見教材）系數(shù)表（見教材P10）異常值（粗大誤差）的剔除異常值（粗大誤差）的剔除例：測得一組長度值（單位：例：測得一組長度值（單位： cm ）98.28 9

32、8.26 98.24 98.29 98.2198.30 98.97 98.25 98.23 98.25cmscmx227. 0,328.9818. 2,10ngncmsgxcmsgxnn823.98,833.97數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)98.97在此范圍外應(yīng)舍去。在此范圍外應(yīng)舍去。,029. 0,257.98cmscmx11. 2, 9ngncmsgxcmsgxnn318.98,196.98審查測量數(shù)據(jù)均在格羅布斯判據(jù)范圍內(nèi)審查測量數(shù)據(jù)均在格羅布斯判據(jù)范圍內(nèi)。除去后再次計算除去后再次計算課堂練習(xí)3 去除異常值去除異常值 對測量得到的數(shù)據(jù)計算平均值，對測量得到的數(shù)據(jù)計算平均值，標(biāo)準(zhǔn)偏差，然后進(jìn)行異常值剔除。標(biāo)準(zhǔn)

33、偏差，然后進(jìn)行異常值剔除。一、不確定度的定義一、不確定度的定義不確定度表示由于測量誤差存在而對被測量值不能不確定度表示由于測量誤差存在而對被測量值不能確定的程度。確定的程度。不確定度是一定概率下的誤差限值不確定度是一定概率下的誤差限值。3 、測量結(jié)果的不確定度評定、測量結(jié)果的不確定度評定不確定度反映了可能存在的誤差分布范圍。不確定度反映了可能存在的誤差分布范圍。分為兩類分為兩類: A類分量類分量uA(多次測量時多次測量時)用統(tǒng)計學(xué)方法用統(tǒng)計學(xué)方法計算的分量計算的分量; B類分量類分量uB是用其他方法是用其他方法(非統(tǒng)計方非統(tǒng)計方法法)計算的分量。計算的分量。d=13.2170.006（mm），

34、），k=2測量結(jié)果：測量結(jié)果：數(shù)值數(shù)值單位單位可靠性可靠性二、二、 標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評定標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評定nxSnnxSniixx)() 1()(12)()(xSuA 觀測次數(shù)觀測次數(shù)n充分多，才能使充分多，才能使A類不確定度的評類不確定度的評定可靠，一般在置信概率為定可靠，一般在置信概率為68%時，認(rèn)為時，認(rèn)為n應(yīng)應(yīng)大于大于5。在物理實驗中，。在物理實驗中，n 一一 般取般取610A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度，類標(biāo)準(zhǔn)不確定度， 1、標(biāo)準(zhǔn)不確定度的標(biāo)準(zhǔn)不確定度的A類評定類評定2標(biāo)準(zhǔn)不確定度的標(biāo)準(zhǔn)不確定度的B類評定類評定儀儀 包含了儀器的系統(tǒng)誤差，也包含了環(huán)境以及測包含了儀器的系統(tǒng)誤差，也包含了環(huán)境以及測量者

35、自身可能出現(xiàn)的變化（具隨機(jī)性）對測量結(jié)果量者自身可能出現(xiàn)的變化（具隨機(jī)性）對測量結(jié)果的影響。的影響。儀儀可從儀器說明書中得到，它表征同一規(guī)可從儀器說明書中得到，它表征同一規(guī)格型號的合格產(chǎn)品，在正常使用條件下，一次測量格型號的合格產(chǎn)品，在正常使用條件下，一次測量可能產(chǎn)生的最大誤差。可能產(chǎn)生的最大誤差。B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度類標(biāo)準(zhǔn)不確定度uB： 3儀Bu 三、合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度及擴(kuò)展不確定的評定三、合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度及擴(kuò)展不確定的評定 1、合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度、合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度 （2）對間接測量）對間接測量)()(2212icniicxuxfyu(1) 對直接測量對直接測量 22( )( )( )cABuxux

36、ux2、擴(kuò)展不確定度的評定、擴(kuò)展不確定度的評定擴(kuò)展不確定度擴(kuò)展不確定度U由合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度由合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc乘以包乘以包含因子含因子k得到得到 U=k uc 四、 測量不確定度的報告與表示測量不確定度的報告與表示1測量結(jié)果及其不確定度的報告形式測量結(jié)果及其不確定度的報告形式報告的形式有多種，在我們實驗中采用下面報告的形式有多種，在我們實驗中采用下面形式形式：2, kUyY2測量結(jié)果及其不確定度的有效位數(shù)測量結(jié)果及其不確定度的有效位數(shù) 注意：注意：按按JJF1059，在報告最終結(jié)果時，不，在報告最終結(jié)果時，不確定度有效位數(shù)的取舍可將其最末位后面的確定度有效位數(shù)的取舍可將其最末位后面的數(shù)數(shù)進(jìn)位

37、！進(jìn)位！U=0.02746g/cm3,uc(y)或或U(y)通常最多為兩位有效數(shù)字。通常最多為兩位有效數(shù)字。首位有效數(shù)字為首位有效數(shù)字為1或或2，結(jié)果保留，結(jié)果保留2位；位；首位有效數(shù)字為首位有效數(shù)字為3以上的數(shù)字，結(jié)果保留以上的數(shù)字，結(jié)果保留1位位U=0.0321(cm)U=0.028 g/cm3U=0.013 gU=0.04(cm)U=0.0122g例題例題測量結(jié)果的有效位數(shù)由不確定度來確定。采用同一測量結(jié)果的有效位數(shù)由不確定度來確定。采用同一測量單位來表述測量結(jié)果和其不確定度時，它們的測量單位來表述測量結(jié)果和其不確定度時，它們的末位應(yīng)是對齊末位應(yīng)是對齊的。的。(,2YyUk單位）例：表達(dá)

38、結(jié)果例：表達(dá)結(jié)果 )/(6850.23cmg =2.680.04(g/cm3)U=0.04 (g/cm3)結(jié)果的表達(dá)：結(jié)果的表達(dá)：五、測量不確定度計算舉例測量不確定度計算舉例例例2：用螺旋測微計測一鐵球的直徑：用螺旋測微計測一鐵球的直徑 d測量記錄：螺旋測微計測量記錄：螺旋測微計, 零點讀數(shù)為零點讀數(shù)為-0.004mm, 儀器誤差限為儀器誤差限為 0.004mm。 數(shù)據(jù)如下表，數(shù)據(jù)如下表， 單位單位:mm次數(shù)次數(shù)12345678d(mm)13.217 13.208 13.218 13.209 13.215 13.207 13.213 13.215數(shù)據(jù)處理：數(shù)據(jù)處理：mmdSmmSmmd0015. 0)(,0042. 0,2127.13,03. 2, 8ngnmmdmmd204.13)0042. 003. 22127.13(221.13)0042. 003. 22127.13(數(shù)據(jù)均可保留。零點修正后結(jié)果為：數(shù)據(jù)均可保留。零點修正后結(jié)果為：不確定度來源不確定度來源1多次測量多次測量 uA(d)=0.0015mm2 螺旋測微計誤差螺旋測微計誤差 mmmmduB0023. 03004. 0)(合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度 mmmm