大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)緒論實(shí)驗(yàn)報(bào)告有效數(shù)字和數(shù)據(jù)處理

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)緒論物理實(shí)驗(yàn)中心2017年2月第一章緒論1.2開課目的培養(yǎng)四個(gè)能力：

動(dòng)手能力、觀察分析能力、綜合處理能力、創(chuàng)新能力1.1物理實(shí)驗(yàn)的地位和作用1.3實(shí)驗(yàn)三個(gè)環(huán)節(jié)預(yù)習(xí)：撰寫預(yù)習(xí)報(bào)告。

撰寫≠抄寫，應(yīng)該是閱讀教材后的歸納和總結(jié)。實(shí)驗(yàn)：安裝和調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)儀器，觀察和分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析和解決實(shí)驗(yàn)難題，正確的讀取和記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

實(shí)驗(yàn)≠測量數(shù)據(jù)，不是說會(huì)測量數(shù)據(jù)就掌握了實(shí)驗(yàn)?？偨Y(jié)：先對(duì)實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算（包括誤差），再對(duì)這些結(jié)果進(jìn)行分析和討論。

總結(jié)強(qiáng)調(diào)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析和討論，這是能力培養(yǎng)的重點(diǎn)之一。1.實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備——預(yù)習(xí)：

認(rèn)真閱讀實(shí)驗(yàn)教材，明確該實(shí)驗(yàn)的目的要求、實(shí)驗(yàn)原理、要測量的物理量及測量方法，認(rèn)真閱讀教材中有關(guān)使用儀器的介紹，弄清構(gòu)造原理，操作方法和注意事項(xiàng)。設(shè)計(jì)好記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用的表格。預(yù)習(xí)報(bào)告

（1）.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）.實(shí)驗(yàn)原理（3）.實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)實(shí)驗(yàn)原理中應(yīng)畫出實(shí)驗(yàn)原理圖、電路圖或者光路圖和必要的文字說明。

2.實(shí)驗(yàn)操作：

檢查預(yù)習(xí)報(bào)告后，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)操作。觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。（1）.記錄儀器的型號(hào)、編號(hào)和規(guī)格

（2）.記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，做好實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察記錄

3.完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告：

（1）.數(shù)據(jù)處理和結(jié)果分析

（2）.實(shí)驗(yàn)結(jié)果

（3）.問題討論

實(shí)驗(yàn)測量——細(xì)致耐心自帶必備工具，正確使用儀器觀察、分析、思考、主動(dòng)、質(zhì)疑記錄原始數(shù)據(jù)（鋼筆或圓珠筆）實(shí)驗(yàn)完畢，整理儀器和桌凳（計(jì)入操作分）、教師簽字杜絕湊數(shù)據(jù)、造數(shù)據(jù)，抄襲數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告——完整規(guī)范實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)步驟（用自己的語言組織）數(shù)據(jù)表格及數(shù)據(jù)處理：包含原始數(shù)據(jù)的表格、計(jì)算、圖表、誤差分析等分析討論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否合理實(shí)驗(yàn)中存在的問題及需要改進(jìn)的地方意見和建議一周內(nèi)完成報(bào)告。

預(yù)習(xí)報(bào)告怎么寫概括性撰寫實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄①如實(shí)記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；

②用鋼筆或圓珠筆記錄數(shù)據(jù)，原始數(shù)據(jù)不得改動(dòng)；③實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)先自行檢查；④實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)教師檢查簽字確認(rèn)后；⑤整理儀器，清掃實(shí)驗(yàn)室?？偨Y(jié)報(bào)告對(duì)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，以表格、圖形圖像、公式等展示實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析、討論或評(píng)估。

總結(jié)報(bào)告≠展示你的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

1、測量與有效數(shù)字2、誤差與不確定度3、數(shù)據(jù)處理的基本方法主要內(nèi)容測量與有效數(shù)字測量有效數(shù)字的讀取有效數(shù)字的運(yùn)算有效數(shù)字尾數(shù)的舍取規(guī)則1.1、測量的基本概念測量就是通過各種實(shí)驗(yàn)方式對(duì)“被測量”進(jìn)行賦值110cm1)直接測量hdM2)間接測量

測量值

=讀數(shù)值(有效數(shù)字)+單位有效數(shù)字

=（多位）可靠數(shù)字＋（一位）可疑數(shù)字測量值的構(gòu)成

L=3.23cm0123340是不是有效數(shù)字非零之后所有的數(shù)（包括0）都是有效數(shù)字。記錄數(shù)據(jù)時(shí)錯(cuò)誤的做法：

顯示頻率：f＝50.00Hz

記錄數(shù)據(jù)：f＝50Hz1、分度式（刻度式）儀器

如米尺、溫度計(jì)等(a)分度值1mm

01234

L=3.23cm

三位三類儀器的讀數(shù)方法讀法：先讀儀器能分辨的可靠數(shù)字，再估計(jì)最小分度的下一位。01234(b)分度值1cm

L=3.2cm

二位2、定步長儀器如游標(biāo)卡、數(shù)字顯示儀表等讀法：最小步長量3、等級(jí)儀器如電壓表、電流表等讀法：有效數(shù)字中的基本問題1、有效數(shù)字位數(shù)越多，測量精度越高物理量：

米尺：L=5.2mm游標(biāo)卡尺：L=5.22mm千

分

尺：L=5.221mm2、物理量與數(shù)學(xué)量不相等（0的意義）數(shù)學(xué)量：

3、有效數(shù)字位數(shù)與單位變換、小數(shù)點(diǎn)位置無關(guān)4、科學(xué)記數(shù)法6、不確定度約定取一位有效數(shù)字，在取舍時(shí)“只入不舍”。5、測量結(jié)果的表示中，尾數(shù)要對(duì)齊8、自然數(shù)與常量，有無窮多位有效數(shù)字7、相對(duì)不確定度保留1-2位有效數(shù)字尾數(shù)的舍入規(guī)則數(shù)值修約規(guī)則（按國家標(biāo)準(zhǔn)文件：GB8170-87）

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。四舍五入>5入,＜５舍,＝５尾數(shù)湊偶有效數(shù)字尾數(shù)的舍入規(guī)則例：將下列數(shù)字全部修約為四位有效數(shù)字

1）<5，1.11849000→1.118舍2）>5，1.11860000→1.119入

1.11859999→1.1191.11850001→1.119

3）=5,1.11750000→1.1181.11850000→1.118

尾數(shù)湊偶口訣：

4舍6入5湊偶有效數(shù)字運(yùn)算規(guī)則只保留一位可疑數(shù)字(1)加減運(yùn)算9.2931239.416-加減結(jié)果的有效數(shù)字末位應(yīng)與參與運(yùn)算各數(shù)據(jù)中誤差最大的末位對(duì)齊(2)乘除運(yùn)算1.1111×1.111111111111+111111.233321乘除結(jié)果的有效數(shù)字位數(shù)和參與運(yùn)算各數(shù)中有效數(shù)字位數(shù)最少的相同(3)乘方、立方、開方運(yùn)算有效數(shù)字位數(shù)與底數(shù)的相同(5)常數(shù)不參與有效數(shù)字運(yùn)算一、列表法

表1

不同溫度下的金屬電阻值n1234567t(C)10.526.038.351.062.875.585.7R()10.42310.89211.20111.58612.02512.34412.670物理量的名稱(符號(hào))和單位有效數(shù)字正確數(shù)據(jù)處理的基本方法

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(shí)要先整理出數(shù)據(jù)表格，并要用坐標(biāo)紙作圖。表1：伏安法測電阻實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)二、作圖法1.選擇坐標(biāo)分度值，確定坐標(biāo)紙大小坐標(biāo)分度值的應(yīng)能基本反映測量值的準(zhǔn)確度或精密度。

U軸可選1mm對(duì)應(yīng)于0.20V，I軸可選1mm對(duì)應(yīng)于0.40mA；定坐標(biāo)紙略大于數(shù)據(jù)范圍（如130mm×130mm）。作圖步驟3.標(biāo)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)用符號(hào)（●，△，▲，■，◆，★，▼，＊）描繪散點(diǎn)，并用不同符合反應(yīng)不同曲線。

2.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,及整分格上的量值。4.連成圖線：把散點(diǎn)連成直線、折線或光滑曲線。折線要求過點(diǎn)，而直線或曲線可以過點(diǎn)，也可以不過點(diǎn)。I(mA)U(V)8.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.0002.004.006.008.0010.001.003.005.007.009.001.選擇坐標(biāo)分度值，確定坐標(biāo)紙大小坐標(biāo)分度值的應(yīng)能基本反映測量值的準(zhǔn)確度或精密度。

U軸選1mm對(duì)應(yīng)于0.20V，I軸選1mm對(duì)應(yīng)于0.40mA；定坐標(biāo)紙略大于數(shù)據(jù)范圍（如130mm×130mm）。15.925.985.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)。如右圖求電阻R值。I(mA)U(V)8.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.0002.004.006.008.0010.001.003.005.007.009.00電阻伏安特性曲線6.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)可得被測電阻R為：至此一張圖才算完成作者：某某不當(dāng)圖例展示：nλ(nm)1.6500500.0700.01.67001.66001.70001.69001.6800600.0400.0玻璃材料色散曲線圖圖1曲線太粗，不光滑、散點(diǎn)分布不均勻。nλ(nm)1.6500500.0700.01.67001.66001.70001.69001.6800600.0400.0玻璃材料色散曲線圖改正為：圖2I(mA)U(V)02.008.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.001.003.00電學(xué)元件伏安特性曲線橫軸坐標(biāo)分度選取不當(dāng)。橫軸以3cm(15格)

代表1V（1格=0.06666....），使作圖和讀圖都很困難。一般以1格代表

1,2,5，而非3,7,9。I(mA)U(V)o1.002.003.004.008.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.00電學(xué)元件伏安特性曲線改正為：計(jì)算機(jī)作圖的例子

三、逐差法砝碼質(zhì)量(Kg)1.0002.0003.0004.0005.0006.0007.0008.000彈簧伸長位置(cm)x1x2x3x4x5x6x7x8等間隔地測量線性連續(xù)變化的物理量，求其間隔平均值。四、最小二乘法（直線擬合）設(shè)此兩物理量x、y滿足線性關(guān)系y=a+bx通過實(shí)驗(yàn)測量得到一組數(shù)據(jù)（xi，yi）i=1，2，3…..問題1：通過測量數(shù)據(jù)如何得出直線方程（a,b）？經(jīng)驗(yàn)公式：把最佳的直線方程稱為經(jīng)驗(yàn)公式。數(shù)據(jù)擬合：把求解經(jīng)驗(yàn)公式的過程稱為數(shù)據(jù)擬合。問題2：怎么樣才是最佳的直線方程（a,b）

？數(shù)學(xué)思想→

散點(diǎn)間線性相關(guān)程度如何？相關(guān)系數(shù)|r|1，線性關(guān)系好；|r|0，無線性關(guān)系，擬合無意義。物理實(shí)驗(yàn)中一般要求r達(dá)到0.999以上

。列表法計(jì)算a,b,r編號(hào)ixiyixi2yi2xiyi115.039.42251552591225.842.966618401107330.044.490019711332436.646.613