孟輝-實驗緒論20140909

物理實驗課程緒論孟輝暨南大學(xué)物理系看視頻?。。。。。。。。?！*加深對一些重要物理概念、物理現(xiàn)象、物理規(guī)律的認識*掌握基本物理量的測量方法和實驗操作的基本技能*掌握常用的數(shù)據(jù)處理方法，撰寫合格的實驗報告*培養(yǎng)嚴謹求實的實驗作風(fēng)，培養(yǎng)獨立分析處理問題的能力物理實驗課程的目的*上好物理實驗課的三個環(huán)節(jié)*成績評定*測量與結(jié)果表示

*不確定度

*數(shù)據(jù)處理的基本方法

上好物理實驗課三個主要環(huán)節(jié)實驗預(yù)習(xí)實驗操作實驗報告明確實驗?zāi)康呐畬嶒炘砹私鈱嶒炿y點實驗預(yù)習(xí)預(yù)習(xí)報告是實驗工作的前期準備，寫給自己的，要求簡單明了。實驗前應(yīng)清楚本次實驗的目的通過何種實驗方法測量哪些數(shù)據(jù)達到實驗?zāi)康膶嶒災(zāi)康膶嶒炘?，用高度概括的語言給出實驗的理論依據(jù)、

計算公式及原理圖，切勿不加思考地照抄！主要實驗步驟數(shù)據(jù)記錄表格，要留有余地。注意：使用學(xué)校新版的A3實驗報告紙、標準作圖紙！

完成預(yù)習(xí)報告才可進實驗室做實驗！預(yù)習(xí)報告內(nèi)容遵守實驗室規(guī)則，準時簽到，實驗前出示預(yù)習(xí)報告了解實驗儀器的使用及注意事項，留意黑板提示老師允許之前，切勿動手??！認真聽老師講解??！仔細觀察和認真分析實驗現(xiàn)象在實驗報告紙上如實記錄實驗數(shù)據(jù)和現(xiàn)象，數(shù)據(jù)記錄完整（不能用鉛筆記錄數(shù)據(jù)，原始數(shù)據(jù)不得改動，必須經(jīng)任課老師審閱簽名確認）整理實驗儀器和操作臺，簽離實驗操作要求在預(yù)習(xí)報告基礎(chǔ)上繼續(xù)完成完成實驗數(shù)據(jù)表格、數(shù)據(jù)處理（包括主要計算過程、作圖及實驗結(jié)果和結(jié)論、實驗現(xiàn)象分析、誤差評估、小結(jié)和討論）、思考題注意：實驗報告必須在下次實驗開始前，統(tǒng)一交給相應(yīng)任課教師，遲交最多只能得60分，不交視為自動放棄該實驗成績；教師一周后會將批改后的實驗報告發(fā)回。妥善保存，學(xué)期末要整理裝訂后統(tǒng)一上交！實驗報告成績評定每次實驗按滿分100分評分，其中實驗預(yù)習(xí)10分，實驗操作50分，實驗報告40分。課程總成績?nèi)?0個實驗成績平均分。注意：曠課2次、缺實驗報告3次，按重修處理！因故缺席，須提前請假（附假條），否則視為曠課！備注：實驗不能當(dāng)堂完成的，可與指導(dǎo)教師協(xié)商時間補做，

但該實驗成績會適當(dāng)削減。測量

，就是用合適的工具或儀器，通過科學(xué)的方法，將反映被測對象某些特征的物理量（被測物理量）與選作標準單位的同類物理量進行比較的過程，其比值即為被測物理量的測量值。測量的本質(zhì)：把被測量和標準量進行比較，從而

確定被測量的數(shù)值和單位。

直接測量：直接將待測物理量與選定的同類物理量的標準單位相比較直接得到測量如長度、時間、溫度

間接測量：利用直接測量量與被測量之間的已知函數(shù)關(guān)系，求得被測物理量如密度、體積測量的分類*比較測量法*放大測量法*平衡測量法*轉(zhuǎn)換測量法*其它測量法基本測量方法基本測量方法比較測量法直接比較法：如米尺測長度、秒表測時間替代法：如曹沖稱象間接比較法：如指針式電表測電流基本測量方法放大測量法機械放大法：如螺旋測微器電學(xué)放大法：如電子放大電路的應(yīng)用光學(xué)放大法：如望遠鏡、顯微鏡基本測量方法平衡測量法力學(xué)平衡法：如天平電學(xué)平衡法：如電橋穩(wěn)態(tài)測量法：如熱導(dǎo)率的測量基本測量方法轉(zhuǎn)換測量法：利用變換原理將不能或不易測量的物理量轉(zhuǎn)換成能測或易測的物理量，實際上是

間接測量法的引伸和拓展。參數(shù)轉(zhuǎn)換：如間接比較法能量轉(zhuǎn)換：聲速測量：聲壓－電壓（壓電效應(yīng)）霍爾效應(yīng)測磁場：磁場－電壓（霍爾效應(yīng)）光電效應(yīng)：光強－電流（光電效應(yīng)）基本測量方法其它測量法干涉法：如牛頓環(huán)示蹤法：如示波器－時間示蹤補償法：如二極管注意：每個實驗往往是多種測量方法的綜合運用，

如“伸長法測楊氏模量”實驗中就運用了

比較法、放大法、轉(zhuǎn)換法。測量誤差任何測量都是存在誤差的。約定真值：如被測物理量的理論計算值、公認的基本常數(shù)、已修正過的算術(shù)平均值絕對誤差相對誤差系統(tǒng)誤差隨機誤差測量值＝讀數(shù)值(有效數(shù)字)＋單位有效數(shù)字＝可靠數(shù)字＋可疑數(shù)字有效數(shù)字：測量結(jié)果中所有的準確數(shù)字和一位可疑數(shù)字的統(tǒng)稱。有效數(shù)字的最后一位是誤差所在位。

有效數(shù)字的讀取

15.0mm15.2mm可疑數(shù)字有效位數(shù)說明*

同一物理量可以有不同的有效位數(shù)*有效位數(shù)從第一個不為零的數(shù)字算起（中間、末位都算），如：0.067010*常數(shù)可看作有無窮多有效位數(shù)*有效位數(shù)與小數(shù)點無關(guān)，如：1.0mm=0.0010m

但1.0m1000mm*

單位改變時，有效數(shù)字的位數(shù)不發(fā)生變化*

科學(xué)記數(shù)法是有效位數(shù)記錄的正確方法

如：1.0m=1.0103mm直接測量中有效數(shù)字的讀取刻度類（如米尺、螺旋測微器、指針式儀表、示波器

熒屏），估讀游標類（如游標卡尺，分光計），一般不估讀，讀到

儀器的讀數(shù)值位數(shù)字類（如數(shù)字電表、信號發(fā)生器），記錄到最后一

個單位*

準確數(shù)與準確數(shù)的運算結(jié)果為準確數(shù)*可疑數(shù)與任何數(shù)運算，結(jié)果仍為可疑數(shù)，但進位數(shù)為準確數(shù)*運算過程中至少保留兩位可疑數(shù)，最終結(jié)果只保留一位可疑數(shù)有效數(shù)字運算的一般規(guī)則有效數(shù)字的運算加、減法：諸數(shù)相加（或相減）時，其和（或差）數(shù)在小數(shù)點后保留的位數(shù)與諸數(shù)中小數(shù)點后

位數(shù)最少的一個相同。例如：

4.178

＋21.325.478

＝25.5

有效數(shù)字的運算乘、除法：諸數(shù)相乘（或除）后其積（或商）所保留的有效數(shù)字，與諸因子中有效數(shù)字最少

的一個相同。例如：

4.178

10.1＝41.78＋0.4178＝42.1978＝42.2開方、乘方運算：結(jié)果的有效數(shù)字與被開方、

被乘方數(shù)的有效數(shù)字位數(shù)相同

三角函數(shù)運算：計算結(jié)果有效數(shù)字位數(shù)由自變量末位增加或減少1個單位后得到的函數(shù)值比較后確定。例如：求有效數(shù)字的運算測量值有效數(shù)字尾數(shù)的舍入規(guī)則通俗地說：四舍六入，五湊偶如保留4位有效數(shù)字:4.32749→4.3274.32761→4.3284.32750→4.3284.32850→4.328科學(xué)數(shù)據(jù)的表示：不確定度相對不確定度置信概率不確定度，表示由于測量誤差的存在而對測

量值不能肯定的程度，即測量結(jié)果不能肯定

的范圍。完整的測量結(jié)果必須包括不確定度。

教學(xué)目標

建立概念、掌握基礎(chǔ)、初步應(yīng)用不確定度的表示不確定度相對不確定度單位不確定度的分類A類不確定度

多次等精度測量時能用統(tǒng)計學(xué)方法處理的分量B類不確定度

針對單次測量的分量這兩類分量在相同置信概率下用“方和根”合成總不確定度：多次等精度測量；無法判定哪一次更可靠，可以預(yù)期它們的平均值更可靠；當(dāng)測量次數(shù)趨于無窮時，只要能排除系統(tǒng)誤差，其平均值就是被測物理量的“真值”；用測量列的標準差來評價測量值的離散程度

A類不確定度

概率論中，測量誤差落在區(qū)間、、的概率分別為0.683、0.954、0.997。這些區(qū)間稱為置信區(qū)間，對應(yīng)的概率稱為置信概率（一般用P表示）。置信區(qū)間

A類不確定度

t因子:與測量次數(shù)與置信概率有關(guān)測量次數(shù)n2345678910∞t(0.683)1.841.321.201.141.111.091.081.071.061B類不確定度，針對單次測量。包括：測量者估算產(chǎn)生的部分儀器的最大允差測量者估算產(chǎn)生的部分對于刻度式儀表，測量估算的不確定度常常小于儀器最小刻度的一半對于數(shù)字式儀表，如果數(shù)字穩(wěn)定，沒有估算不確定度；如果數(shù)字跳動，記錄其穩(wěn)定表示的值儀器的最大允差

包含了儀器的系統(tǒng)誤差，也包含了環(huán)境以及測量

者自身可能出現(xiàn)的變化，對測量結(jié)果的影響

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，可能產(chǎn)生的最大

誤差

一般而言，儀器最大允差為儀器最小刻度所對應(yīng)

的物理量的數(shù)量級=uB直接測量不確定度計算舉例例：用螺旋測微器測某一鋼絲的直徑，6次測量值分別為:0.249、0.250、0.247、0.251、0.253、0.250;單位mm，同時讀得螺旋測微器的零位為：+0.004mm。已知螺旋測微器的儀器允差為0.004mm。請給出完整的測量結(jié)果?？茖W(xué)數(shù)據(jù)的表示：不確定度相對不確定度置信概率

解：

零位修正！一位有效數(shù)字兩位有效數(shù)字*P7*完整的測量結(jié)果表示：注意：1.平均值有效數(shù)字位數(shù)不要超過測量值的有效數(shù)字2.不確定度和相對不確定度分別保留一位和兩位有效數(shù)字3.不確定度所在位與測量值運算結(jié)果的最后一位對齊間接測量量的不確定度

例如：

1.先寫出（或求出）各直接測量量xi的不確定度2.依據(jù)求出或3.用或求出或4.完整表示間接測量量不確定度的合成過程數(shù)據(jù)處理的基本方法列表法

要求：簡單明了標明物理量的含義、單位表中的數(shù)據(jù)是有效數(shù)據(jù)必要的文字說明逐差法：當(dāng)自變量等間隔變化，兩物理量又呈線性

關(guān)系時，可用逐差法處理數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理