大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)緒論160228林培豪

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)緒論桂林電子科技大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心2016年3月本學(xué)期實(shí)驗(yàn)安排本學(xué)期做八個實(shí)驗(yàn)（含緒論），進(jìn)行大循環(huán)，如圖所示。實(shí)驗(yàn)名稱及地點(diǎn)（堯山11號教學(xué)樓）實(shí)驗(yàn)序號實(shí)驗(yàn)名稱實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)實(shí)驗(yàn)一4.5非線性電學(xué)元件伏安特性的測量11教C301實(shí)驗(yàn)二4.10數(shù)字存儲示波器的原理與使用11教A304實(shí)驗(yàn)三4.12三棱鏡頂角的測量11教A302實(shí)驗(yàn)四4.4變阻器的調(diào)節(jié)特性與應(yīng)用11教C203

實(shí)驗(yàn)五4.3三線擺測剛體的轉(zhuǎn)動慣量11教C101

實(shí)驗(yàn)名稱及地點(diǎn)（堯山11號教學(xué)樓）

實(shí)驗(yàn)序號

實(shí)驗(yàn)名稱

實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)

實(shí)驗(yàn)六4.11光路調(diào)整和透鏡參數(shù)的測量11教C103

實(shí)驗(yàn)七

4.6直流電橋測電阻11教C201

實(shí)驗(yàn)八

4.8靜電場的模擬11教A104

實(shí)驗(yàn)九

4.2拉伸法測定金屬絲的楊氏彈性模量11教C303

實(shí)驗(yàn)十

4.7電表的改裝與校準(zhǔn)11教A204實(shí)驗(yàn)十一4.1磁阻尼和動摩擦系數(shù)的測量11教A102一、測量與有效數(shù)字二、誤差與不確定度三、數(shù)據(jù)處理的基本方法四、物理實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)與規(guī)定授課內(nèi)容測量的定義有效數(shù)字的讀取數(shù)值修約規(guī)則有效數(shù)字的運(yùn)算規(guī)則一、測量與有效數(shù)字測量的定義將被測物理量與選作標(biāo)準(zhǔn)單位的同類物理量進(jìn)行比較的過程，其比較值即為測量值。110cm(1)直接測量hdM(2)間接測量測量的分類

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=3.23cm012334

最小單位為mm0是不是有效數(shù)字非零之后所有的0都是有效數(shù)字。記錄數(shù)據(jù)時錯誤的做法：

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、溫度計等分度值1mm

01234

L=3.23cm

三位三類儀器的讀數(shù)方法讀法：讀到一位可疑位2、定步長儀器如游標(biāo)卡尺1格＝0.02mm讀法：主尺上讀的毫米數(shù)+游標(biāo)尺上的度數(shù)×

最小步長數(shù)L=13+11×0.02=13+0.22=13.22mm3、等級儀器如電壓表、電流表等指針位置：10.1格讀法：讀數(shù)的最后1位數(shù)與儀表的Δ儀對齊

（Δ儀=量程×等級%）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：

4、科學(xué)記數(shù)法3、有效數(shù)字位數(shù)與單位、小數(shù)點(diǎn)位置無關(guān)6、不確定度約定取一位有效數(shù)字，在取舍時“只入不舍”。5、測量結(jié)果的表示中，尾數(shù)要對齊8、常量有無窮多位有效數(shù)字（例如下面公式中的π）7、相對不確定度保留1-2位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）1.11840000→1.1182）1.11860000→1.1193）1.11859999→1.119

1.11850001→1.119

4）1.11750000→1.1181.11850000→1.118

數(shù)值修約舉例(要求保留四位有效數(shù)字)只保留一位欠準(zhǔn)確數(shù)字（1）加減運(yùn)算有效數(shù)字運(yùn)算規(guī)則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齊3.35（2）乘除運(yùn)算1.1111×1.111111111111+111111.2333215位3位3位1.23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（4）函數(shù)運(yùn)算根據(jù)間接不確定度的方法來確定。（5）常數(shù)不參與有效數(shù)字運(yùn)算誤差的定義系統(tǒng)誤差隨機(jī)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。任何測量值都有誤差！絕對誤差：相對誤差:誤差的定義隨機(jī)誤差隨機(jī)性可通過多次測量來減小但不能消除系統(tǒng)誤差確定性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，誤差的絕對值和符號保持恒定或按確定規(guī)律變化的誤差。

產(chǎn)生的原因:

①儀器固有缺陷;②實(shí)驗(yàn)理論近似或方法不完善；系統(tǒng)誤差已定系統(tǒng)誤差必須修正如：電表、游標(biāo)卡尺及螺旋測微器的零點(diǎn)誤差。產(chǎn)生的原因:實(shí)驗(yàn)條件和環(huán)境因素?zé)o規(guī)則的起伏變化。在相同條件下多次測量同一物理量，誤差的絕對值和符號以不可預(yù)知方式變化的誤差。隨機(jī)誤差殘差（偏差）：絕對誤差：算術(shù)平均值(實(shí)驗(yàn)中可作為真值)算術(shù)平均值有限次測量的標(biāo)準(zhǔn)偏差測量含有誤差，如何表達(dá)含有誤差的實(shí)驗(yàn)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：不確定度的定義誤差與不確定度區(qū)別誤差：與真值之差，可正、可負(fù)。不確定度：表示誤差可能存在的范圍，大于零的數(shù)。絕對不確定度相對不確定度不確定度分量A類分量不確定度分量

B類分量A類分量（多次測量的結(jié)果）測量次數(shù)5-10時B類分量實(shí)驗(yàn)中一般?。?、準(zhǔn)確度等級儀器（如：電阻箱、電表等電學(xué)儀器）常用儀器的不確定度（課本18頁）2、刻度式儀器（如螺旋測微器、物理天平、直尺等可估讀的儀器）3、步長變化的儀器（帶游標(biāo)類儀器）4、數(shù)字式儀器常用儀器的不確定度“方、和、根”方法合成

總不確定度的合成測量結(jié)果的表示???íì×D=D±=位保留尾數(shù)對齊單位2-1

%100

)(xExxxxx間接測量不確定度的計算

和差形式:設(shè)待測量與各直接測量之間有函數(shù)關(guān)系：待測量的不確定度與各直接測量量的不確定度的關(guān)系為：積商形式:數(shù)據(jù)處理的基本方法列表法作圖法逐差法最小二乘法表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)和單位有效數(shù)字列表法作圖法形象、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)。作圖時要先整理出數(shù)據(jù)表格，并用坐標(biāo)紙或計算機(jī)進(jìn)行繪圖。作圖法表2伏安法測電阻實(shí)驗(yàn)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(biāo)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)用符號（△，★，＊）描繪散點(diǎn)，并用不同符號反應(yīng)不同曲線。

2、標(biāo)明坐標(biāo)軸名稱或符號、單位,及整分格上的量值。4、連成圖線連成折線，光滑直線、或曲線。I(mA)U(V)8.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.0002.004.006.008.0010.001.003.005.007.009.001、選擇坐標(biāo)分度值，確定坐標(biāo)紙大小

1格基本反映精密度；U軸0.20V/格，I軸0.40mA/格。5、標(biāo)出圖線特征標(biāo)明實(shí)驗(yàn)條件或從圖上得出的某些參數(shù)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)出圖名圖的名稱、作者。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：**計算機(jī)作圖砝碼質(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1Kg鋼絲的平均伸長量？逐項(xiàng)逐差法分組逐差法第二組x5x6x7x8第一組x1x2x3x4四、物理實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)與規(guī)定物理實(shí)驗(yàn)的三個環(huán)節(jié)物理實(shí)驗(yàn)的要求預(yù)習(xí)：撰寫預(yù)習(xí)報告。撰寫≠抄寫

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

總結(jié)：整理實(shí)驗(yàn)結(jié)果。計算數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)、總結(jié)。

實(shí)驗(yàn)的三個環(huán)節(jié)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模憾?、?shí)驗(yàn)儀器三、實(shí)驗(yàn)原理：1.基本知識點(diǎn)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(xí)報告1、組裝實(shí)驗(yàn)儀器2、調(diào)節(jié)儀器，觀察現(xiàn)象3、記錄實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)操作1、整理、計算實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)2、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果3、對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)注意：用空白頁進(jìn)行總結(jié)報告實(shí)驗(yàn)報告實(shí)驗(yàn)報告內(nèi)容為：①實(shí)驗(yàn)名稱，實(shí)驗(yàn)?zāi)康模虎谠砗喪觯ㄔ韴D、電路圖或光路圖，以及主要計算公式等）；③主要實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備；④實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、步驟；⑤實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格、數(shù)據(jù)處理計算主要過程、作圖及實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論，附上原始數(shù)據(jù)；⑥實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析、誤差評估、小結(jié)和討論。報告舉例課號-組號-序號082577-2-13預(yù)習(xí)部分實(shí)驗(yàn)部分原始數(shù)據(jù)教師簽字總結(jié)部分?jǐn)?shù)據(jù)處理分析與總結(jié)物理實(shí)驗(yàn)成績評定方法及評分標(biāo)準(zhǔn)：

1、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目必須完成（包括預(yù)習(xí)、操作和實(shí)驗(yàn)報告），不然該實(shí)驗(yàn)成績計為零分；2、本學(xué)期的實(shí)驗(yàn)成績由平時成績與考核成績組成；3、每次實(shí)驗(yàn)成績，按滿分10分進(jìn)行評分，其中預(yù)習(xí)2分，操作、報告、總結(jié)等總計8分，具體分配按實(shí)驗(yàn)而定；4、預(yù)習(xí)馬虎、缺項(xiàng)（見預(yù)習(xí)要求）者視情況扣