中學(xué)生物理競(jìng)賽ppt課件

1、中學(xué)生物理競(jìng)賽實(shí)驗(yàn)根本知識(shí).187919552005國(guó)際物理年19052005.終了放影12 丈量與誤差11 物理實(shí)驗(yàn)課的根本程序和要求13 系統(tǒng)誤差14 偶爾誤差15 實(shí)驗(yàn)中的錯(cuò)誤與錯(cuò)誤數(shù)據(jù)16 丈量結(jié)果的不確定度17 有效數(shù)字18 數(shù)據(jù)處置的根本方法目 錄7415141192330. 在實(shí)驗(yàn)前必需預(yù)習(xí)，弄清實(shí)驗(yàn)原理和內(nèi)容，并對(duì)丈量?jī)x器和丈量方法有所了解。在此環(huán)節(jié)，重點(diǎn)處理三個(gè)問題：終了放影實(shí)驗(yàn)過(guò)程的三個(gè)環(huán)節(jié) 一實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí) 預(yù)習(xí)報(bào)告 二實(shí)驗(yàn)操作 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 三撰寫報(bào)告 實(shí)驗(yàn)報(bào)告11 物理實(shí)驗(yàn)課的根本程序和要求目錄1做什么這個(gè)實(shí)驗(yàn)最終要到達(dá)什么目的)； (2) 根據(jù)什么去做實(shí)驗(yàn)課題的實(shí)際根據(jù)和 實(shí)

2、 驗(yàn)方法；3怎樣做實(shí)驗(yàn)方案、條件、步驟和 實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵要領(lǐng) ( 1 , 2 ).1正確安裝、調(diào)試與運(yùn)用儀器；2仔細(xì)察看物理景象，正確丈量物理量；3正確記錄實(shí)驗(yàn)條件和原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。幾點(diǎn)闡明1“三先三后原那么：先察看后丈量，先練習(xí)后丈量，先粗測(cè)后細(xì)測(cè)。2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)須教師審閱、認(rèn)可；3實(shí)驗(yàn)終了后，整理好儀器與器具。實(shí)驗(yàn)操作終了放影目錄.1實(shí)驗(yàn)工程2實(shí)驗(yàn)?zāi)康?3儀器 器具4實(shí)驗(yàn)原理5實(shí)驗(yàn)內(nèi)容6數(shù)據(jù)處置與分析7實(shí)驗(yàn)結(jié)果的討論與誤差分析終了放影目錄實(shí)驗(yàn)報(bào)告( 1、2.2.真值與誤差丈量誤差丈量值真值12 丈量與誤差終了放影1.丈量1)直接丈量2)間接丈量h = 25.96 mm 丈量值包括兩部分：數(shù)值和單位。目

3、錄. 1系統(tǒng)誤差 2偶爾誤差隨機(jī)誤差 3粗大誤差丈量錯(cuò)誤終了放影4. 誤差的分類3. 丈量的義務(wù) 1 給出被丈量真值的最正確估計(jì)值； 2 盡量減少丈量中的誤差，對(duì)殘存誤差的大小給出估計(jì)值； 3 給出真值最正確估計(jì)值的可靠程度的估計(jì)。目錄.13 系統(tǒng)誤差1. 系統(tǒng)誤差的特點(diǎn)：誤差的絕對(duì)值和符號(hào)正 負(fù)總堅(jiān)持不變或總按某一特定的規(guī)律變化。2. 系統(tǒng)誤差的產(chǎn)生緣由： 1 實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)方法不完善。終了放影a) 運(yùn)用單擺周期公式求重力加速度。b) 伏安法丈量電阻目錄.終了放影3. 研討系統(tǒng)誤差的目的： 1探求系統(tǒng)誤差的來(lái)源，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案 消除或削減該項(xiàng)誤差；2估計(jì)殘存系統(tǒng)誤差的能夠的范圍。 2儀器構(gòu)造不

4、完善 3未按規(guī)定條件運(yùn)用儀器。 4 環(huán)境條件的改動(dòng)。 5丈量者生理、心思要素的影響。目錄. 1 單峰性; 2 對(duì)稱性; 3 有界性; 4 抵償性。 14 偶爾誤差1. 偶爾誤差的特點(diǎn)：誤差的時(shí)大時(shí)小，時(shí)正時(shí)負(fù)，以一種不可預(yù)測(cè)的方式隨機(jī)地變化。終了放影目錄2. 偶爾誤差的統(tǒng)計(jì)規(guī)律正態(tài)分布 服從正態(tài)分布高斯分布的偶爾誤差的特征：.3. 丈量結(jié)果的最正確值算術(shù)平均值4. 多次丈量的偶爾誤差估計(jì)丈量列的規(guī)范偏向算術(shù)平均值的規(guī)范偏向終了放影實(shí)驗(yàn)中普通?。?n10 規(guī)范偏向N所表示的意義是：任作一次丈量，丈量值誤差落到N到N之間的能夠性為68.3.目錄.終了放影規(guī)范誤差所表示的統(tǒng)計(jì)意義對(duì)物理量A 任做一次

5、丈量時(shí)，丈量誤差落在- 到+之間的能夠性為68.3%，落在-2 到+2之間的能夠性為95.5%，而落在-3到+3之間的能夠性為99.7 % .目錄.15 實(shí)驗(yàn)中的錯(cuò)誤與錯(cuò)誤數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)分析是發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤的重要方法例如 丈量單擺擺動(dòng)50個(gè)周期的時(shí)間t50T： 98.4s； 96.7s； 97.7s. T2s 98.4-96.7=1.7s; 97.7-96.7=1.0s 誤差在半個(gè)周期以上。這顯然是丈量錯(cuò)誤。終了放影* 2. 肖維涅準(zhǔn)那么 ， 3. 羅布斯判據(jù) 1. 剔除錯(cuò)誤數(shù)據(jù)拉依達(dá)準(zhǔn)那么 準(zhǔn)那么目錄.16 丈量結(jié)果的不確定度 所謂不確定度，可簡(jiǎn)單了解為丈量值不確定的程度，是對(duì)丈量誤差大小取值的測(cè)度。它

6、合理地闡明了丈量值的分散程度和真值所在范圍的可靠程度。不確定度亦可了解為，一定置信概率下誤差限的絕對(duì)值。丈量不確定度是丈量質(zhì)量的目的，是對(duì)丈量結(jié)果殘存誤差的評(píng)價(jià)。終了放影1. 什么是不確定度丈量結(jié)果Y代表待測(cè)物理量，N為該物理量的丈量值，N是一個(gè)恒正的量，代表丈量值N不確定的程度。目錄.終了放影2. 丈量結(jié)果的含義e為極限不確定度。表示真值一定在 N-e ,N+e 中. 為丈量列算術(shù)平均值的規(guī)范誤差.物理實(shí)驗(yàn)中的物理量的三要素?cái)?shù)值單位不確定度目錄.終了放影3. 不確定度的估計(jì)方法1 一樣條件下多次丈量情況1對(duì)直接丈量結(jié)果不確定度的估計(jì)丈量結(jié)果的最正確值算術(shù)平均值丈量列的規(guī)范不確定度算術(shù)平均值

7、的規(guī)范不確定度A類分量 丈量結(jié)果報(bào)道目錄.終了放影* 規(guī)范不確定度B類分量*合成規(guī)范不確定度(2) 單次丈量的誤差估計(jì)取B類分量為極限不確定度。e的取法普通有兩種： 一種是取儀器出廠時(shí)的允差； 另一種是根據(jù)儀器構(gòu)造、環(huán)境條件、丈量對(duì)象、丈量者本人感官靈敏度作估計(jì)兩者取一即可目錄.終了放影1對(duì)間接丈量結(jié)果不確定度的估計(jì)丈量圓柱體體積高度誤差引起體積誤差直徑誤差引起體積誤差相對(duì)誤差相對(duì)誤差1引言目錄.終了放影總誤差誤差的合成算術(shù)合成方式方和根合成法目錄.規(guī)范不確定度的方和根合成方式終了放影2間接丈量量的不確定度的合成算術(shù)合成方式丈量結(jié)果報(bào)道丈量結(jié)果報(bào)道目錄.終了放影表1.1 不確定度合成的常用公式

8、函數(shù)表達(dá)式方和根合成方式算術(shù)合成方式目錄.1. 儀器讀數(shù)、記錄與有效數(shù)字 普通地講，儀器上顯示的數(shù)字均為有效數(shù)字，均應(yīng)讀出包括最后一位的估讀并記錄。 儀器上顯示的最后一位數(shù)是“0時(shí)，此“0也是有效數(shù)字，也要讀出并記錄。 有效數(shù)字總是由假設(shè)干位準(zhǔn)確數(shù)和最后一位欠準(zhǔn)數(shù)有誤差的數(shù)構(gòu)成的。17 有效數(shù)字終了放影 有效數(shù)字是表示不確定度的一種粗略的方法，而不確定度那么是對(duì)有效數(shù)字中最后一位不確定程度的定量描畫。它們都表示含有誤差的丈量結(jié)果。目錄.終了放影 有效數(shù)字的位數(shù)與小數(shù)點(diǎn)的位置無(wú)關(guān)。例如，1.23與123同是3位有效數(shù)字。 從左往右數(shù)，以第一個(gè)不為零的數(shù)字為準(zhǔn)，其左邊的“0不是有效數(shù)字，其右邊的“

9、0 是有效數(shù)字. 例如，0.0123是3位有效數(shù)字，0.01230是4位有效數(shù)字.作為有效數(shù)字“0，不可省略不寫.有效數(shù)字的意義 有效數(shù)字表示丈量值的大小和丈量結(jié)果的不確定度。例如12.8mm 與 12.84mm , 前者的不確定度、相對(duì)不確定度均比后者大。例如2.3mm與22.3mm,1.28mm與112.8mm。目錄.1當(dāng)給出或求出不確定度時(shí)，丈量結(jié)果的有效數(shù)字由不確定度確定。終了放影2. 如何確定有效數(shù)字 確定丈量值有效數(shù)字位數(shù)的兩條根本原那么： 1先確定不確定度的有效數(shù)字位數(shù)，普通情況 下，不確定度只取一位有效數(shù)字2由不確定度確定丈量值有效數(shù)字的位數(shù)， 即 兩者的末位必需對(duì)齊！例如，贛

10、州市的重力加速度： g = 9.7925 ms-2 u (g) = 0.0176 ms-2 g = ( 9.79 0.02 ) ms-2目錄.終了放影2當(dāng)未給出或未求出不確定度時(shí)，運(yùn)算結(jié)果的有效數(shù)字的位數(shù)也不能恣意選取. 加減類型的運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果的末位應(yīng)與末位最高的數(shù)的末位取齊. 例如， 432.30.12632430 乘除類型的運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果的末位應(yīng)與有效數(shù)字位數(shù)最少的分量一樣. 例如， 當(dāng)運(yùn)算結(jié)果的第一位數(shù)是1，2，3時(shí)，可以多保管一位有效數(shù)字.例如 6.34.327.7目錄.3五湊偶: 要舍去的一位是5，而保管的最后一位為奇數(shù)，那么舍去5進(jìn)1；假設(shè)要保管的最后一位為偶數(shù)，那么舍去5不進(jìn)位

11、，但是5的下一位不是“0時(shí)依然要進(jìn)位。 2.143502.144； 2.144502.144； 2.143512.144終了放影1四舍：開場(chǎng)要舍去的第一位數(shù)是1、2、3、4時(shí)就舍去。2.143462.1432六入：開場(chǎng)要舍去的第一位數(shù)是6、7、8、9時(shí)，在舍去的同時(shí)進(jìn)1。 2.143722.144四舍六入五湊偶3. 數(shù)值的修約規(guī)那么目錄.終了放影例題 測(cè)定一個(gè)合金圓柱體的密度 ，并求其規(guī)范不確定度 . D/cm1.05021.04881.05161.04801.04951.0470H/cm2.0002.0021.9982.0002.0002.002物理天平稱質(zhì)量 用螺旋測(cè)徑器丈量直徑D，用游標(biāo)

12、卡尺測(cè)高度H.1計(jì)算D的算術(shù)平均值 及其規(guī)范差2計(jì)算D的算術(shù)平均值 及其規(guī)范差解目錄.6丈量結(jié)果為 終了放影3計(jì)算4計(jì)算合金圓柱體的密度 5計(jì)算目錄.18 數(shù)據(jù)處置的根本方法1. 列表法 列表應(yīng)遵照的原那么1各欄目均應(yīng)標(biāo)明物理量稱號(hào)及其單位，單位寫在標(biāo)題欄中，不要反復(fù)記在每個(gè)數(shù)字上。2列入表中的數(shù)據(jù)主要是原始數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處置過(guò)程中的一些重要的中間結(jié)果比如，平均值，規(guī)范偏向也可列入表中。3欄目的順序應(yīng)充分留意數(shù)據(jù)間的聯(lián)絡(luò)和計(jì)算順序，力求簡(jiǎn)明、齊全、有條理。4表中的數(shù)據(jù)要正確反映丈量結(jié)果的有效數(shù)字，客觀真實(shí)。5假設(shè)有兩個(gè)以上的數(shù)據(jù)表，宜在每個(gè)表上方標(biāo)志稱號(hào)即表頭).終了放影目錄.2. 作圖法 作圖根本原那么 1作圖須用坐標(biāo)紙。普通選用直角坐標(biāo)紙毫米方格紙。 2坐標(biāo)的橫軸為自變量，縱軸為因變量。 3坐標(biāo)原點(diǎn)不一定和變量的零點(diǎn)一致，但原點(diǎn)一定要取比較整齊的數(shù)。 4宜使坐標(biāo)紙中的一小格對(duì)應(yīng)于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的最后一位的一個(gè)單位、二個(gè)單位或五個(gè)單位?？v軸與橫軸長(zhǎng)度之比不宜大于2。 5畫上坐標(biāo)軸并注明坐標(biāo)軸所代表物理量的稱號(hào)與單位。 6用鉛筆標(biāo)志數(shù)據(jù)點(diǎn)并作擬合圖線并標(biāo)明圖線的稱號(hào)。 7將圖紙粘貼在實(shí)驗(yàn)報(bào)告上。終了放影目錄.3. 圖解法 作圖并在直線上數(shù)據(jù)區(qū)的兩端取二點(diǎn)x1,y1)， x2,y2) 此兩點(diǎn)普通不是數(shù)據(jù)點(diǎn) 截距斜率終了放影目錄.iMi（kg）xi（cm）l