大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)資料

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)(復(fù)習(xí)課)編輯課件期末考核〔筆試〕占總評(píng)成績(jī)40%A.物理實(shí)驗(yàn)的目的、根本原理〔圖〕、測(cè)試公式；B.根據(jù)誤差的概念來(lái)記錄，處理，表達(dá)實(shí)驗(yàn)結(jié)果；根據(jù)不確定度決定結(jié)果數(shù)據(jù)的有效位數(shù)。C.實(shí)驗(yàn)中常用到的數(shù)據(jù)處理方法〔列表法、逐差法、作圖法、最小二乘擬合法〕。每一種方法的應(yīng)用條件、優(yōu)缺點(diǎn)及使用時(shí)的本卷須知。D.常用儀器的常用調(diào)節(jié)方法?！猜菪郎y(cè)微器的使用、游標(biāo)卡尺的使用、光學(xué)儀器中叉絲分劃線調(diào)整、三點(diǎn)調(diào)節(jié)法、電學(xué)實(shí)驗(yàn)中的平衡法、補(bǔ)償法、替代法等〕。編輯課件考題類(lèi)型選擇題計(jì)算改錯(cuò)題計(jì)算題作圖題問(wèn)答題編輯課件本學(xué)期做過(guò)的實(shí)驗(yàn)惠斯通電橋前11個(gè)實(shí)驗(yàn)電子示波器的使用占總評(píng)45%薄透鏡焦距的測(cè)量分光計(jì)的調(diào)整與使用金屬絲楊氏模量的測(cè)量弦振動(dòng)實(shí)驗(yàn)聲速的測(cè)量自選實(shí)驗(yàn)(3個(gè)以上)等厚干預(yù)占總評(píng)15%譜線波長(zhǎng)的測(cè)量牛頓定律的驗(yàn)證轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與轉(zhuǎn)動(dòng)定律編輯課件一、根本儀器的調(diào)節(jié)與讀數(shù)游標(biāo)卡尺〔使用、讀數(shù)、誤差〕螺旋測(cè)微器〔使用、讀數(shù)、誤差〕分光計(jì)及角游標(biāo)〔調(diào)節(jié)、讀數(shù)、誤差〕鋼直尺〔讀數(shù)、誤差估計(jì)〕惠斯通電橋〔調(diào)零、比例臂選擇、比較電阻使用、誤差形成〕讀數(shù)顯微鏡〔調(diào)節(jié)、測(cè)量、誤差、間接測(cè)量〕電子示波器〔調(diào)節(jié)、電壓測(cè)量、頻率測(cè)量、李薩如圖形測(cè)頻率〕光杠桿鏡、望遠(yuǎn)鏡〔調(diào)節(jié)、觀察、測(cè)量注意〕編輯課件12.56mmL=12.56±0.02mm使用、讀數(shù)、誤差編輯課件3.301mma=3.301±0.005mm使用、讀數(shù)、誤差編輯課件a=314°42′±1′使用、讀數(shù)、誤差編輯課件Rx=(2612×10±27)Ω編輯課件d4牛頓圈直徑的測(cè)量△d=?△儀=0.005mm0.01mm編輯課件等厚干預(yù)條紋的觀測(cè)e=e+△e△e/e=△L/L+△△d/△d編輯課件想看到一個(gè)周期完整的圖形該如何操作？使用、讀數(shù)、誤差編輯課件光杠桿鏡測(cè)量微小變化的原理放大率：ΔS/ΔL=2D/b編輯課件二、認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)裝置、元件與作用光杠桿鏡電子毫秒計(jì)擋光片(桿)雙面鏡三棱鏡空氣劈尖牛頓圈儀色環(huán)電阻光柵壓電換能器(傳感器)編輯課件三、實(shí)驗(yàn)的根本原理與現(xiàn)象分析微小位移的測(cè)量，有什么方法？弦振動(dòng)原理、波長(zhǎng)測(cè)量方法？駐波現(xiàn)象，包絡(luò)形狀？等厚干預(yù)條紋、牛頓環(huán)紋，缺陷判斷與檢測(cè)電子束運(yùn)動(dòng)軌跡圖形，正弦波圖形的形成，李薩如圖平行光束的產(chǎn)生與分割〔自準(zhǔn)直原理與現(xiàn)象、反射光路法原理〕編輯課件光路調(diào)整原那么：同軸等高，后級(jí)調(diào)整不影響前級(jí)已調(diào)狀態(tài)檢流計(jì)讀數(shù)為零，測(cè)量電阻，什么原理？汞原子譜線，出現(xiàn)紫、綠、黃線，排列規(guī)那么？幾何關(guān)系〔光柵方程〕？氣墊導(dǎo)軌平衡判斷，誤差來(lái)源，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的思考方法〔固定變量法〕轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測(cè)量原理，力矩怎樣改變，角角速度怎樣測(cè)量？誤差控制？傳感器的最正確工作頻率，測(cè)量聲速的方法及相應(yīng)原理與觀察到的現(xiàn)象編輯課件誤差理論；不確定度(實(shí)驗(yàn)結(jié)果的表達(dá)式)；處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的根本方法；實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄、結(jié)果的正確表達(dá)四、數(shù)據(jù)處理理論編輯課件〔一〕誤差理論〔1〕測(cè)量：確定被測(cè)量量值大小的過(guò)程，可分為直接測(cè)量和間接測(cè)量。直接測(cè)量？存在誤差間接測(cè)量？編輯課件絕對(duì)誤差：測(cè)量值與真值的差，用正值表示〔△N〕

相對(duì)誤差：為絕對(duì)誤差與測(cè)量值之比，常以百分?jǐn)?shù)表示：

百分誤差：為測(cè)量值與理論值之差與理論值之比，也以百分?jǐn)?shù)的形式表示,可寫(xiě)為下式：編輯課件實(shí)驗(yàn)誤差的分類(lèi)過(guò)失誤差系統(tǒng)誤差隨機(jī)誤差編輯課件〔2〕系統(tǒng)誤差Δ儀:(單次測(cè)量時(shí)的極限誤差)在對(duì)同一被測(cè)量的屢次測(cè)量中，保持恒定的或可預(yù)知變化規(guī)律的測(cè)量誤差的分量稱為系統(tǒng)誤差。分類(lèi)：a.可定系統(tǒng)誤差調(diào)整誤差、理論誤差、方法誤差，被測(cè)量的環(huán)境誤差和人員誤差往往是可以判斷和找出其規(guī)律并設(shè)法消除其影響的系統(tǒng)誤差分量。b.

未定系統(tǒng)誤差(Δ儀)以測(cè)試儀器〔最大〕允許誤差Δ儀為量度，往往在具體測(cè)量中實(shí)驗(yàn)者不知道該測(cè)量值誤差確實(shí)切大小和正負(fù)故稱其為未定系統(tǒng)誤差。編輯課件〔3〕隨機(jī)誤差(又叫偶然誤差〕用S值來(lái)描述在相同條件下屢次測(cè)量同一個(gè)量時(shí)，誤差的絕對(duì)值時(shí)大時(shí)小，符號(hào)時(shí)正時(shí)負(fù)，不可預(yù)定而隨機(jī)出現(xiàn)的誤差。

測(cè)量次數(shù)為有限時(shí)描寫(xiě)分布函數(shù)的特征參數(shù)為：

S稱為標(biāo)準(zhǔn)偏差。顯然當(dāng)n→∞時(shí),,那么S→ε。

編輯課件標(biāo)準(zhǔn)誤差在概率分布曲線中的意義

置信度〔置信概率〕根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)，測(cè)量值出現(xiàn)的概率：在±ε范圍內(nèi)的概率為：68.5％；在±2ε

范圍內(nèi)的概率為：95.5％；在±3ε

范圍內(nèi)的概率為：99.7％；

所以3ε

稱為極限誤差。編輯課件

如何確定測(cè)量值結(jié)果表達(dá)式中數(shù)據(jù)的有效位數(shù)？〔二〕數(shù)據(jù)處理物理量的大小是由有單位的有效數(shù)字來(lái)表示的，測(cè)量的結(jié)果〔即測(cè)量值〕都包含有誤差〔即存疑數(shù)〕，而其有效位數(shù)那么由測(cè)量的不確定度所確定。X=U〔單位〕編輯課件1、不確定度值位數(shù)確實(shí)定不確定度本身只是個(gè)估計(jì)值，一般情況下，取1-2位，采取進(jìn)位法(只進(jìn)不舍),保存位后有非零數(shù)那么進(jìn)位首位有效數(shù)字≤3時(shí),保存2位首位有效數(shù)字＞3時(shí),保存1位2、測(cè)量值有效數(shù)字確實(shí)定測(cè)量值尾數(shù)所在位應(yīng)與不確定度尾數(shù)所在位對(duì)齊3、測(cè)量值數(shù)字進(jìn)舍規(guī)那么擬舍棄數(shù)字最左一位

5“舍〞；5〔包括=5而其后尚有非零的數(shù)〕“進(jìn)〞；

=5且其后無(wú)數(shù)字或皆為“0〞時(shí)，按欲保存的末位為奇數(shù)那么“進(jìn)〞，偶數(shù)那么“舍〞編輯課件A＝7.651±0.605(單位)

B＝7.6255±0.0251(單位)

C＝7.625±0.055(單位)

σ＝128250±952(Ωcm)-1A＝7.7±0.6(單位)E=0.6/7.7=7.8%=8%B＝7.626±0.026(單位)E=0.026/7.626=0.3409%=0.34%C＝7.62±0.06(單位)E=0.06/7.62=0.78%=0.8%σ＝(1.28250±0.00952)×105(Ωcm)-1σ＝

(1.282±0.010)×105(Ωcm)-1E=0.01/1.282=0.78%=0.8%編輯課件數(shù)據(jù)處理的根本方法列表法逐差法作圖法編輯課件Ⅰ.列表法

列表法是每個(gè)實(shí)驗(yàn)都要用到的方法。要根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄的先后及數(shù)據(jù)處理的方便；自變量最好按順序排列，以便發(fā)現(xiàn)規(guī)律；各欄目均應(yīng)標(biāo)明物理量的名稱和單位。

詳見(jiàn)(教材P15).

編輯課件Ⅱ.逐差法設(shè)有n個(gè)等間距間隔的測(cè)量數(shù)據(jù)〔n為偶數(shù)〕X1,X2,X3,……,Xn-1,Xn非逐差法處理時(shí)：其間隔值ΔX1=X2-X1，ΔX2=X3-X2，ΔX3=X4-X3，……,ΔXn-1=Xn-Xn-1那么：編輯課件逐差計(jì)算法：它把n為偶數(shù)的等間隔測(cè)量列平分為低值組和高值組，即和那么：

詳見(jiàn)(教材P16).注意使用條件編輯課件Ⅲ.作圖法——圖示法、圖解法圖示法：用圖示法來(lái)表示自變量和因變量間的函數(shù)關(guān)系。也就是用圖線來(lái)顯示實(shí)驗(yàn)測(cè)量的函數(shù)關(guān)系。圖解法：用圖示法中的直線y=bx+a和坐標(biāo)軸上定量讀數(shù)，求出a和計(jì)算出直線的斜率b，求出待測(cè)物理量的方法。

編輯課件作圖時(shí)注意！??！A.選用毫米方格紙，函數(shù)關(guān)系非線性的需通過(guò)變量置換使其成為線性函數(shù)，以便直線作圖。B.坐標(biāo)原點(diǎn)的選取和坐標(biāo)軸比例的選擇應(yīng)使圖線在35～55度之間，且能充分利用圖紙。C.在坐標(biāo)軸上必須注明物理量的名稱和單位〔單位應(yīng)加括號(hào)〕每隔１厘米處應(yīng)均勻地標(biāo)出坐標(biāo)值。D.用‘×’或‘＋’標(biāo)出測(cè)量點(diǎn)在坐標(biāo)紙上的位置，畫(huà)直線應(yīng)通過(guò)盡可能較多的測(cè)量點(diǎn)，不在線上的點(diǎn)盡量均勻地分布在緊靠圖線的兩側(cè)。E.直線上找出的兩點(diǎn)，注明坐標(biāo)參數(shù)，以便求斜率。編輯課件作圖法----圖示法、圖解法

圖示法：

作圖時(shí)應(yīng)注意：

1〕圖紙的選擇和變量的置換：

用毫米方格紙作圖:編輯課件2〕坐標(biāo)軸的標(biāo)記和分度：

軸上注明物理量的符號(hào)和單位〔國(guó)際符號(hào)字母〕，坐標(biāo)原點(diǎn)〔不一定取“0〞〕分度的選取使作出的圖布局合理

3〕標(biāo)明實(shí)驗(yàn)測(cè)試點(diǎn)：

用“+〞表示測(cè)量點(diǎn)，作似合直線

4〕注解和說(shuō)明編輯課件〔三〕測(cè)量結(jié)果表達(dá)(三要素〕測(cè)量結(jié)果的最終表達(dá)式為:

X=±U〔單位〕測(cè)量結(jié)果表達(dá)〔待測(cè)物理量X〕的三要素:〔1〕——測(cè)量值?！矄未螠y(cè)量值或?qū)掖螠y(cè)量的算術(shù)平均值〕〔2〕U——總不確定度,簡(jiǎn)稱不確定度。代表測(cè)量值N的不確定程度，是對(duì)待測(cè)量真值可能范圍的估計(jì)。

即：〔3〕單位——采用國(guó)際制單位,即SI單位。編輯課件不確定度U確實(shí)定U為總不確定度，根據(jù)置信概率及合成不確定度u選擇不同的范圍U=C·u(C=1、2、3)u為合成不確定度，由A類(lèi)分量〔隨機(jī)誤差引起〕和B類(lèi)分量〔系統(tǒng)誤差引起〕合成。編輯課件且約定：△A=SA；△B＝Δ儀/3

比較與大小，假設(shè)小于一個(gè)數(shù)量級(jí)時(shí)，處理數(shù)據(jù)時(shí)就被略去，即：

如SA＜(1/3)△B，略去SA

那么合成不確定度：u=△B=△儀/3

如△B＜(1/3)SA，略去△B

那么合成不確定度：u=SA合成不確定度：編輯課件1.直接測(cè)量的結(jié)果表達(dá)直接測(cè)量又分為單次測(cè)量和屢次測(cè)量。單次測(cè)量時(shí)：測(cè)量值即儀器讀數(shù)，U常用極限誤差表示：△儀取儀器誤差

屢次測(cè)量時(shí)：測(cè)量值取算術(shù)平均值：U值需合成編輯課件討論直接測(cè)量的誤差對(duì)間接測(cè)量結(jié)果的影響，誤差傳遞公式分以下兩種情況：〔1〕全微分法〔多適用于間接測(cè)量函數(shù)式為和、差時(shí)〕

如：；λ=2d/N

得：；Δλ=〔2/N〕*Δd2．間接測(cè)量的誤差傳遞和不確定度的計(jì)算編輯課件〔2〕對(duì)數(shù)微分法〔多適用于間接測(cè)量函數(shù)式為積、商時(shí)〕

如：楊氏模量函數(shù)式那么:

求微分得：V=a*b*c；ΔV/V=Δa/a+Δb/b+Δc/c=E；ΔV=E*V編輯課件題型與求解某實(shí)驗(yàn)者用精度為0.02mm的游標(biāo)卡尺對(duì)圓環(huán)進(jìn)行單次測(cè)量，測(cè)得圓環(huán)的外直徑D為38.