大學(xué)物理實驗復(fù)習(xí)資料

大學(xué)物理實驗(復(fù)習(xí)課)編輯課件期末考核〔筆試〕占總評成績40%A.物理實驗的目的、根本原理〔圖〕、測試公式；B.根據(jù)誤差的概念來記錄，處理，表達實驗結(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.實驗中常用到的數(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)缺點及使用時的本卷須知。D.常用儀器的常用調(diào)節(jié)方法。〔螺旋測微器的使用、游標(biāo)卡尺的使用、光學(xué)儀器中叉絲分劃線調(diào)整、三點調(diào)節(jié)法、電學(xué)實驗中的平衡法、補償法、替代法等〕。編輯課件考題類型選擇題計算改錯題計算題作圖題問答題編輯課件本學(xué)期做過的實驗惠斯通電橋前11個實驗電子示波器的使用占總評45%薄透鏡焦距的測量分光計的調(diào)整與使用金屬絲楊氏模量的測量弦振動實驗聲速的測量自選實驗(3個以上)等厚干預(yù)占總評15%譜線波長的測量牛頓定律的驗證轉(zhuǎn)動慣量與轉(zhuǎn)動定律編輯課件一、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〕螺旋測微器〔使用、讀數(shù)、誤差〕分光計及角游標(biāo)〔調(diào)節(jié)、讀數(shù)、誤差〕鋼直尺〔讀數(shù)、誤差估計〕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)、測量、誤差、間接測量〕電子示波器〔調(diào)節(jié)、電壓測量、頻率測量、李薩如圖形測頻率〕光杠桿鏡、望遠鏡〔調(diào)節(jié)、觀察、測量注意〕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牛頓圈直徑的測量△d=?△儀=0.005mm0.01mm編輯課件等厚干預(yù)條紋的觀測e=e+△e△e/e=△L/L+△△d/△d編輯課件想看到一個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量微小變化的原理放大率：ΔS/ΔL=2D/b編輯課件二、認識實驗裝置、元件與作用光杠桿鏡電子毫秒計擋光片(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、實驗的根本原理與現(xiàn)象分析微小位移的測量，有什么方法？弦振動原理、波長測量方法？駐波現(xiàn)象，包絡(luò)形狀？等厚干預(yù)條紋、牛頓環(huán)紋，缺陷判斷與檢測電子束運動軌跡圖形，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，后級調(diào)整不影響前級已調(diào)狀態(tài)檢流計讀數(shù)為零，測量電阻，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，誤差來源，驗證性實驗的思考方法〔固定變量法〕轉(zhuǎn)動慣量的測量原理，力矩怎樣改變，角角速度怎樣測量？誤差控制？傳感器的最正確工作頻率，測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(實驗結(jié)果的表達式)；處理實驗數(shù)據(jù)的根本方法；實驗數(shù)據(jù)的記錄、結(jié)果的正確表達四、數(shù)據(jù)處理理論編輯課件〔一〕誤差理論〔1〕測量：確定被測量量值大小的過程，可分為直接測量和間接測量。直接測量？存在誤差間接測量？編輯課件絕對誤差：測量值與真值的差，用正值表示〔△N〕

相對誤差：為絕對誤差與測量值之比，常以百分數(shù)表示：

百分誤差：為測量值與理論值之差與理論值之比，也以百分數(shù)的形式表示,可寫為下式：編輯課件實驗誤差的分類過失誤差系統(tǒng)誤差隨機誤差編輯課件〔2〕系統(tǒng)誤差Δ儀:(單次測量時的極限誤差)在對同一被測量的屢次測量中，保持恒定的或可預(yù)知變化規(guī)律的測量誤差的分量稱為系統(tǒng)誤差。分類：a.可定系統(tǒng)誤差調(diào)整誤差、理論誤差、方法誤差，被測量的環(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)以測試儀器〔最大〕允許誤差Δ儀為量度，往往在具體測量中實驗者不知道該測量值誤差確實切大小和正負故稱其為未定系統(tǒng)誤差。編輯課件〔3〕隨機誤差(又叫偶然誤差〕用S值來描述在相同條件下屢次測量同一個量時，誤差的絕對值時大時小，符號時正時負，不可預(yù)定而隨機出現(xiàn)的誤差。

測量次數(shù)為有限時描寫分布函數(shù)的特征參數(shù)為：

S稱為標(biāo)準(zhǔn)偏差。顯然當(dāng)n→∞時,,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，測量值出現(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

如何確定測量值結(jié)果表達式中數(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)字來表示的，測量的結(jié)果〔即測量值〕都包含有誤差〔即存疑數(shù)〕，而其有效位數(shù)那么由測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)確實定不確定度本身只是個估計值，一般情況下，取1-2位，采取進位法(只進不舍),保存位后有非零數(shù)那么進位首位有效數(shù)字≤3時,保存2位首位有效數(shù)字＞3時,保存1位2、測量值有效數(shù)字確實定測量值尾數(shù)所在位應(yīng)與不確定度尾數(shù)所在位對齊3、測量值數(shù)字進舍規(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〞；

=5且其后無數(shù)字或皆為“0〞時，按欲保存的末位為奇數(shù)那么“進〞，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

列表法是每個實驗都要用到的方法。要根據(jù)實驗數(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(教材P15).

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

詳見(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：用圖示法來表示自變量和因變量間的函數(shù)關(guān)系。也就是用圖線來顯示實驗測量的函數(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和計算出直線的斜率b，求出待測物理量的方法。

編輯課件作圖時注意?。?！A.選用毫米方格紙，函數(shù)關(guān)系非線性的需通過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〕每隔１厘米處應(yīng)均勻地標(biāo)出坐標(biāo)值。D.用‘×’或‘＋’標(biāo)出測量點在坐標(biāo)紙上的位置，畫直線應(yīng)通過盡可能較多的測量點，不在線上的點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，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和單位〔國際符號字母〕，坐標(biāo)原點〔不一定取“0〞〕分度的選取使作出的圖布局合理

3〕標(biāo)明實驗測試點：

用“+〞表示測量點，作似合直線

4〕注解和說明編輯課件〔三〕測量結(jié)果表達(三要素〕測量結(jié)果的最終表達式為:

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

即：〔3〕單位——采用國際制單位,即SI單位。編輯課件不確定度U確實定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類分量〔隨機誤差引起〕和B類分量〔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)小于一個數(shù)量級時，處理數(shù)據(jù)時就被略去，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.直接測量的結(jié)果表達直接測量又分為單次測量和屢次測量。單次測量時：測量值即儀器讀數(shù)，U常用極限誤差表示：△儀取儀器誤差

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

如：；λ=2d/N

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

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驗者用精度為0.02mm的游標(biāo)卡尺對圓環(huán)進行單次測量，測得圓環(huán)的外直徑D為38.