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1、欢迎大家进入 物理实验室学习！,实验中心网站 202.120.99.174,罗锻斌 ,分班：德环091（A、B） 德电091（C、D）,A:示波器 B:分光计,C:杨氏模量 D:直流电桥,报告要求：电子档打印（1个绪论加4个实验） 中英文均可。,实验体会（英文，长短不限）,交5个报告，第五周班长收集 交至理学院106谢老师处。,课程的作用与目的 测量 误差 测量结果的最佳值 随机误差的估算 不确定度 有效数字,直接测量结果表述 间接测量的误差 间接测量结果表述 数据处理的基本方法 实验报告 学生实验守则 通知,基础知识,物理实验的作用,物理学是一门实验科学,其任何规律和理论都从实践和实验中来，
2、并受到实践的反复检验，由此而不断发展。,伽利略把实验和逻辑引入物理学,使物理学最终成为一门科学。 经典物理学规律是从实验事实中总结出来的。 近代物理学是从实验事实与经典物理学的矛盾中发展起来的。,物理实验的作用,密立根在1923年获诺贝尔奖时说：“科学靠两条腿走路，一是理论，一是实验。有时一条腿在前面，有时另一条腿走在前面。但只有使用两条腿，才能前进。在实验过程中寻找新的关系，上升为理论，然后再在实践中加以检验。”,1905年爱因斯坦的光量子假说总结了光的微粒和波动之间的争论，很好地解释了光电效应的实验结果。,但是直到1916年当密立根以极其严密的实验证实了爱因斯坦的光电方程之后，光的粒子性才
3、为人们所接受。,物理实验的作用,物理实验课程的目的,学习实验知识 培养实验能力 提高实验素养,通过对实验现象的观察、分析和对物理量的测量，学习物理实验知识和设计思想，掌握和理解物理理论。,X射线的发现与研究,培养实验能力,借助教材或仪器说明书正确使用常用仪器； 运用物理学理论对实验现象进行初步的分析判断； 正确记录和处理实验数据，绘制实验曲线，说明实验结果，撰写合格的实验报告； 能够根据实验目的和仪器设计出合理的实验。,提高实验素养,培养理论联系实际和实事求是的科学作风； 严肃认真的工作态度； 主动研究和创新的探索精神； 遵守纪律、团结协作和爱护公共财产的 优良品德。,学生的实验修养,学习前人
4、创造的实验方法并加以发展和创新,关注实验的物理思想 （单摆测g，密立根油滴测e）,了解实验装置与仪器设计的独创性之所在，遵守操作规程,实验时边观察现象边思考，及时发现问题,做实验的主人（提出探索问题，如何研究，分析结果）,本学期实验内容,1、示波器 2、电桥,3、分光计 4、拉伸法杨氏模量,下周实验：,希望同学们能重视这门课程的学习， 学有所得。,测 量,直接测量x，y ：指无需对被测量与其它实测量进行函数关系的辅助计算，就可直接得到被测量值的测量 间接测量Z=f（x，y） ：从一个或几个直接测量结果按一定的函数关系计算出来的的过程,测量数据包括数字和单位,量具的精度,10.0063g,10.
5、006g,量具的精度,1.1026cm,1.102cm,1.10cm,实验数据的有效位数确定,有效位数的确定，是为了保证测量结果的准确度基本不会因位数取舍而受影响，同时避免因读取或保留一些无意义的多余位数而做无用功。有效位数能在一定程度上反映量值的不确定度。,a)读数：原始数据有效位数的确定 b)运算：运算过程中的有效位数 c)结果表示：测量结果最终表达式中的有效位数,实验中必须重视三个环节：,什么是有效数字？,若干位准确数字 1位欠准数字 构成 有效数字,直接测量量保留一位欠准数,有效数字的运算,单位换算不改变有效数字位数,例如,10cm=100mm,应为：10cm=1.0 mm,?,0.1
6、00cm=1.00mm,有效数字的运算,加减乘除的运算法则,对数、三角函数、n次方运算法则： 最终结果由误差位决定有效位数。,有效数字取舍: 4“舍”6“入”5“取偶”。,加减乘除运算,原则: 准确数与准确数运算结果为准确数； 其它运算结果为欠准数。,加减: 30.3 +1.384 31.684 应为31.7,乘除: 105.22 0.034 42088 31566 3.57748 应为3.6,以精度最低的数对齐,以有效数字位数最少的数对齐,注意:中间过程多保留一位有效数字,误差=测量值-真值,误 差,（真值为客观存在量）,测 量 误 差,物理实验是以测量为基础的，但是测量结果都可能存在误差。
7、可以说任何测量不可能无限准确。,操作读数时的视差影响,系统误差： 同一条件，同一量，多次测量时 相同。,随机误差： 同一条件，同一量，多次测量时 不同,误 差 分 类,系 统 误 差,来源：,发现：,测量仪器，实验方法，环境条件，实验者,分析检查法； 对比实验法等,(仪器、参量、条件),(理论、仪器、数据),系 统 误 差,消除： 从根源上 （找出误差原因，加以消除） 利用修正式 （如：伏安法） 实验方法（交换法，抵消法，零示法等）,随机误差的统计规律, 随机误差的概率密度函数,正态分布,+ ,- ,概率密度,误差,标准误差,产生原因： 实验条件和环境因素无规则的起伏变化，引起测量值围绕真值发
8、生涨落的变化。,随机误差的统计规律,特性 单峰性 对称性 有界性 抵偿性,+ ,- ,随机误差的统计规律,称为标准误差,置信区间,教材P.7,意义为：任一次测量，其误差在 的可能性为68.3% ( ),置信概率,68.3%,测量结果的最佳值,算术平均值,标准误差的估算,误差： 残差：,用平均值 代替真值,真值,算术平均值,用残差 代替误差,教材P.10,标准误差：（ 测量次数为n）,标准误差的估算,教材P.10,标准误差的估算,教材P.10,平均值的标准误差：,仪器的最大误差 ：（厂方给出）,仪器误差,没有规定的， 取其最小刻度的一半,示=量程准确度等级%,教材P.11,不确定度,1)不确定度
9、的概念,不确定度，表示由于测量误差的存在而对被测量值不能确定的程度。,2)研究不确定度的意义,科学地反映测量结果的数值和可靠程度。 根据对测量不确定度的要求,确定实验方 案,选择仪器和环境。 努力找出和减小主要系统误差,提高实验准确度,它包含两类分量:,A类: 用统计方法计算出的标准误差, B类: 用其他方法估计出的“等价标准误差”,合成不确定度:,不确定度,教材P.15,P=0.683, B类为均匀分布,当首位数字 3时，U取一位数字， 当首位数字 小于 3时，U取两位数字,不确定度,教材P.16,置信因子 可查P15表,式(01-21b),最后有效数字采用进位法，如0.241mm=0.25
10、mm,结果表示:,不确定度,教材P.15,取1位或2位（有效）数字，,最后一位与 对齐,如:,则,E1.0%取1位（有效）数字,E=1.0%取2位（有效）数字,相对误差,是评价测量值准确与否的客观标准,直接测量结果的表述,最佳值,1位或2位有效数字,E=1.0%取2位,相对误差,结果表示,不确定度,平均值的标准误差,用天平（仪器误差 ）测某一物体的重量，数据如下：,次数 1 2 3 4 5 6 7 8,重量g 6.47 6.26 6.52 6.50 6.40 6.25 6.30 6.31,vi/g 0.09 -0.12 0.14 0.12 0.02 -0.13 -0.08 -0.07,vi2/
11、g 0.0081 0.0144 0.0196 0.0144 0.0004 0.0169 0.0064 0.0049,最佳值：,不确定度：,平均值标准误差：,相对误差：,计算器统计计算功能 (SD 或 stat) 可方便计算Sx,间接测量的最佳值,x,y,测量矩型面积，直接测量量是长度,间接测量的误差传递,间接测量的误差传递,而面积的误差应是：,由于 都是无穷小量,标准误差传递公式（同样适用于不确定度的传递）,常用函数的标准误差传递式见讲义P14,间接测量的误差传递,教材P.14,对有限次测量:,传递 系数,最佳值 不确定度 传递 结果表示 相对误差,E=1.0%取二位,间接测量量表述,测量一天
12、的温度差,实例:,（和差关系）直接传递,实例:,两边取对数,求全微分,各项平方和开根号(方和根法则）,通过相对误差传递,（乘除单项式),实例：,导体电阻率的测量,课 堂 练 习,1.,2.,3., 求, 已知,求 N 。, 已知,求 N 。,解答,解答,解答,继续, 求,返回, 已知, 求 N 。,返回, 已知, 求 N 。,返回,测量程序,记录仪器型号及误差,测量得x1(以有效数字记录),重复测量得x2、 x3,是,被测物理量相对比较稳定, 无需再测,存在随机误差, 需追加测量次数, n 6,否,实验数据处理方法,列表法：按一定形式和顺序列成表格。 图示法和图解法 （例：弹簧拉伸） 逐差法,
13、用分度值为0.002cm的游标尺测量一空心园柱体， 测得其内径d、外径D 及高H 的数值如下表所示。,原始数据表格, 4.814, 3.302,列表法,物理量的 名称和单位,有效数字 正确,注意: 不合理数据判断和修改方法！ 不要乱涂乱改！,图线的种类：,物理量的关系曲线、元件的特性曲线、仪器仪表的定标曲线等。这类曲线一般是光滑连续的曲线或直线。 仪器仪表的校准曲线。这类图线的特点是两物理量之间并无简明的函数关系，其图线是无规则的折线。 计算用图线。这类图线是根据较精密的测量数据经过整理后，精心地绘制在标准图纸上，以便计算和查对。,图示和图解法,作图法可形象、直观地显示出物理量之间的函数关系，
14、也可用来求物理参数，因此是一种重要的数据处理方法。作图时要先整理出数据表格，并用坐标纸作图。,作图步骤与规则：,本课程中主要采用直角坐标纸（毫米方格纸）。 应能包含所有的实验点。 并且尽量不损失实验数据的有效数字位数 不扩大误差,图示和图解法- 选择坐标纸,以横坐标表示自变量，纵坐标表示因变量. 注明坐标轴所代表的物理量的名称及单位。 在坐标轴上每隔一定间距，标注坐标分度。,图示和图解法-确定坐标轴,Fg,L/cm,自变量,因变量,坐标轴的分度应使实验点的坐标值都能正确、迅速、方便地找到，用 3、6、7、9表示一个单位是不合理的。 不损失有效数字。 图线应充满整个图纸。坐标轴的起点不一定从零开
15、始,图示和图解法-如何正确标注坐标分度？,用标志符号“+”标出各测量数据点的坐标位置。 在一张图上同时画几条曲线时，各条曲线应采用不同的标志符号表示，如“”、“”、“”等。一般不用“ ”,使用削尖的HB铅笔,图示和图解法-正确标出测量标志点,用直尺、曲线板，根据实验点的分布趋势作光滑连续的曲线或直线（除校准曲线外，一般都不连成折线）。 不强求每个实验点都落在曲线或直线上，而只要使得实验点均匀地分布在曲线或直线的两侧。,图示和图解法-连接实验图线,在图纸的明显位置上标明图线的名称、作者、作图日期 必要的简短说明（如实验条件、数据来源、数据表格、简单的计算等）。,图示和图解法-图注与说明,弹簧拉伸
16、 LF关系曲线 比例: 横轴: 1cm=10.0g 纵轴: 1cm=1.00cm,若直线方程为：y = a + b x 则：斜率 b ： 截距a：,图示和图解法-计算直线的斜率和截距,两点式计算,在直线上取两点（解析点）, 不能取用原始实验数据。 用与实验点不同的记号标记，并在旁注明其坐标值。 注意书写正确的有效数字。 为减小误差，所取两点应在实验范围内尽量彼此远离,图示和图解法-选取解析点,(35.0, 21.90),(108.0, 27.80),不当图例展示(一),曲线太粗，不均匀，不光滑。应该用直尺、曲线板等工具把实验点连成光滑、均匀的细实线。,改正为：,不当图例展示(二),错 图,正确
17、的图,Fg,L/cm,弹簧拉伸 LF关系曲线 比例: 横轴：1cm=10.0g 纵轴: 1cm=1.00cm,20.0,(35.0, 21.90),(108.0, 27.80),=0.0808 cm/g,斜率,最小二乘法-常用数据处理软件,物理实验中心机房(237室)提供免费计算机作图与打印 仅限教学要求内容(2个实验),每个实验1张/人,Origin,Excel,物理实验过程,课前：阅读实验讲义，明确实验原理，了解实验内容 清楚本次实验“做什么, 怎么做, 为什么这样做” 预习课: 上课前教师检查预习报告 实验操作前 ： 清楚实验注意事项，列出数据表格 记录实验数据： 实验结束：教师签字,
18、整理实验仪器 课后: 书写实验报告,原始实验数据,实验的环境条件,仪器的型号,遇到的问题、故障及可疑现象,物理实验报告（主要部分）,实验目的 实验原理： 简明扼要，图、文、式 实验仪器： 规格、型号 实验方法或步骤： 调整方法和技巧 数据和数据处理： 列表、 解析式 对实验过程和结果的分析与评价 分析讨论题,实验工作的总结,学生实验守则（部分）,课前预习 课中认真观察、思考和分析, 严谨求实 课后总结 遵守纪律, 爱护公物，整理实验仪器。 提前5分钟进实验室,主动性 独立性,如何进行实验,期望什么结果,提出问题,因病、事假不能上课者，必须出具医院和院系办证明。 事后主动联系老师在学期结束前补做实验。,进入实验室,1、阅读实验卡和实验要求，并观察黑板上的 提示，充分了解实验要求； 2、先思考，后操作； 3、回答问题要自信； 4、把书包放到书包架上; 5、请保持实验室整洁,垃圾不可以放在实验桌上或抽屉里，应自行清理。值日生自觉留下。,直接测量量,复习,最佳值,E=1.0%取2位,相对误差,结果表示,不确定度,平均值的标准误差,最佳值 不确定度传递 结果表示 相对误差,E=1.0%取2位,间接测量,复习,祝大家学习愉快！,本节结束,同学们再见！,