大学物理 绪论课教案演示文稿_1

1、大学物理实验学习指导大学物理实验学习指导 课程简介与要求; 误差与不确定度; 数据处理基本方法; 有效数字 本次课2学时，是大学物理实验预备 课，不可缺席，不可怠惰。 主讲教师：郑建洲主讲教师：郑建洲 1.1.课程的属性课程的属性 1）国家教委规定的6门必修基 础课之一 2）实际工作乃至从事科学实 验的重要基础（宏观提示） *高等学校比什么？ 图书馆 实验室300万 3层楼 作用作用 第1张是学术性的（知识含量）； 第2张是职业性的； 第3张是竟业性的（事业心和开拓 精神）。 21世纪人才观质量观： 3张通行证： *缺一不可 达标人才的四大支柱： 做人，发展 做事（带有科技含量） be tog

2、etherlive do know toLearning 2.物理实验课的地位作用与任务 （微观描述）。见讲义1-2页。 1 1）科学实验的基本知识（误差与数据处理、常规仪器）科学实验的基本知识（误差与数据处理、常规仪器 的规范使用、基本测量方法和实验方法、基本实验操作的规范使用、基本测量方法和实验方法、基本实验操作 技术）技术） 2 2）培养与提高科学实验的基本能力（自学能力、动手）培养与提高科学实验的基本能力（自学能力、动手 实践能力、思维判断能力、科学报告表达能力、简单实践能力、思维判断能力、科学报告表达能力、简单 的实验设计能力）的实验设计能力） 3 3）培养和提高从事科学实验的素质。

3、）培养和提高从事科学实验的素质。 理论联系实际和实事求是的理论联系实际和实事求是的科学作风科学作风，严肃认真的，严肃认真的工工 作态度作态度，不怕困难、主动进取的，不怕困难、主动进取的探索精神探索精神，遵守操作，遵守操作 规程、爱护公共财产的规程、爱护公共财产的优良品德优良品德，以及在实验过程中，以及在实验过程中 相互协作、共同探索的相互协作、共同探索的合作精神合作精神。 附：附：20052005年度大学物理实验教学计划年度大学物理实验教学计划 第一轮第一轮 基本测量（5楼玻璃屋） 三线摆法测转动惯量（515） 伏安法测电阻实验研究（511） 电子束偏转实验研究（519） 第二轮第二轮 照相实

4、验 （525） 惠斯登电桥测电阻 （502） 电表改装及校表 （518） 密立根油滴法则测电子电荷（505） 第三轮第三轮 牛顿环实验 霍尔效应测磁场 示波的使用及频率测量 测温电桥的设计 第四轮第四轮 万用表的设计与组装 测温电桥的安装与使用 金属线胀系数的测量 数码照相与图象处理 3 3课程的基本程序与考核课程的基本程序与考核 1 1）课程学习的基本程序）课程学习的基本程序 （讲义1.1.4 P2-3，反复研读） a.a.实验前的预习，写好预习报告（实验前的预习，写好预习报告（用专用专 用本书写）用本书写）。 第一环节（最重要第一环节（最重要* *，同时锻炼自学能力）。，同时锻炼自学能力）

5、。反复反复 细致阅读教材，达到通原理、明步骤、能答题细致阅读教材，达到通原理、明步骤、能答题 （思考题）。在此基础上写好预习报告：原理（思考题）。在此基础上写好预习报告：原理 简明、步骤完整、简明、步骤完整、设计规范数据记录表格（单设计规范数据记录表格（单 独一页，记录原始数据，须教师签字并同实验独一页，记录原始数据，须教师签字并同实验 报告一起交）报告一起交）、回答思考题（或提出疑问）。、回答思考题（或提出疑问）。 *附加预习: 对电磁学实验题目的预习必须阅读“电 磁学实验基本知识P216”,光学实验看P234。 b、实验课堂程序与规范实验课堂程序与规范 （第二环节：科学素养与动手能力的训练

6、。严严 格遵守实验室规章制度，合理规范使用仪器格遵守实验室规章制度，合理规范使用仪器） 程序说明（135分钟）： 检查预习情况检查预习情况（同时给出预习分）（同时给出预习分）1010分钟分钟 教师重点提示与答疑教师重点提示与答疑（不同阶段教法不同（不同阶段教法不同)20)20分钟分钟 实验操作：熟悉仪器实验操作：熟悉仪器- -明确方案明确方案- -试做试做- -正式操作正式操作 * * *实验操作与记录原始数据实验操作与记录原始数据 在教师重点讲解与提示的基础上，结合实验在教师重点讲解与提示的基础上，结合实验 仪器进一步理解、把握实验内容。在答疑、试做仪器进一步理解、把握实验内容。在答疑、试做

7、 等的准备基础上进行正式的实验操作，同时记录等的准备基础上进行正式的实验操作，同时记录 原始实验数据（用数据表格），原始实验数据（用数据表格），切忌切忌涂涂、描描原始原始 数据，如有记错，划掉重写数据，如有记错，划掉重写* *（示范）。（示范）。仔细阅读仔细阅读 教材教材(P2)1.1.4-(2)(P2)1.1.4-(2)。 原始数据记录演示原始数据记录演示 单位：单位：cm cm 3.256 3.256半径 . . . . . 高度 4321 次数 项目 c.c.实验结束的检验与检查实验结束的检验与检查 请教师检验实验数据并签字 （合格，否则利用开放实验室时 间重做）；整理实验仪器至初态，

8、填写课堂实验记录本，经教师检 查仪器完好、整齐并签字，同时 教师给出操作分（3分）。完成 本次实验，离开实验室。 d d实验报告的书写实验报告的书写（培养馔 写科学实验报告的能力） 用统一的“物理实验报告纸”按要求规 范书写，详见讲义（P3）1.1.4-（3）。 *实验报告书写要点（5分）： 格式规范；格式规范；数据处理过程数据处理过程清晰完整；清晰完整； 结果结果表达正确；有实验表达正确；有实验总结总结（误差分（误差分 析、体会、建议等）；尤其注意记录、析、体会、建议等）；尤其注意记录、 处理、结果的有效数字。处理、结果的有效数字。 2 2）课程考核办法）课程考核办法 平时成绩平时成绩：作过

9、的所有实验成绩的累计作过的所有实验成绩的累计 平均。每个实验成绩由预习成绩、课平均。每个实验成绩由预习成绩、课 堂操作成绩、实验报告成绩三部分综堂操作成绩、实验报告成绩三部分综 合给出。合给出。 期末考试成绩期末考试成绩：实验课程结束后，全院：实验课程结束后，全院 工科各专业统一笔试。内容为：误差工科各专业统一笔试。内容为：误差 与数据处理基本知识、做过实验的相与数据处理基本知识、做过实验的相 关问题。关问题。 课程总成绩课程总成绩为平时成绩与考试成绩按一为平时成绩与考试成绩按一 定比例合成（暂定为各占定比例合成（暂定为各占50%50%）。）。 * * *本课程本课程3 3学分，两学期报一次总

10、成绩。学分，两学期报一次总成绩。 3 3）有关处罚的规定）有关处罚的规定 a、上课迟到5分钟以上及实验 预习不合格者，取消当次实 验资格(视具体情况可考虑缴 费补做)。 b、不按规定要求操作仪器，造成 仪器损坏者，须照价赔偿，并 给予相应的处分。 C、因事、病假造成缺课的同学须 于指定时间交费补做(特殊情况 除外，比如献血等)。 4误差知识与数据处理重点提示误差知识与数据处理重点提示 1)测量与误差的几个基本概 念（误差越小越好吗） 测量、直接测量、间接测量、测量条件 真值、约定真值、最佳值（公认值、理论值、 较高仪器测量值、平均值） 误差、偏差、绝对误差、相对误差、随机误 差、系统误差、粗差

11、、*仪器误差 2 2）测量列标准偏差及算术平均值标准偏差）测量列标准偏差及算术平均值标准偏差 * *等精度测量等精度测量：相同测量条件下对同一：相同测量条件下对同一 被测对象进行的多次测量。被测对象进行的多次测量。 * *准等精度测量准等精度测量：符合逐差条件，逐差：符合逐差条件，逐差 后的量，物理实验中用的较多（要学后的量，物理实验中用的较多（要学 会判断是否等精度测量）会判断是否等精度测量） * * *正态分布正态分布：等精度测量列 遵 从的分布（也是随机误差 所服 从的分布） n xxx, 21 xxx ii a 单峰性。即小误差概 率大，大误差概率小。 b 对称性。即正误差与 负误差的

12、机会相等。 C 归一性。即曲线下面 积归一化后等于1。 *正态分布（随机误差）特点 p(x) xO +- 测量次数n为有限，故、存在、 不可知。 )( 1 nx n n i i n x n i i 2 )( d）正态分布的重要参数 期望值（真值） 标准误差 n i i x n x 1 最佳值 1 )( 2 n xx S i x 标准偏差 （著名的贝塞尔公式，计算（著名的贝塞尔公式，计算 器上有）器上有） 的统计意义 x s %68),(的概率 xxi sxsxx %95)2,2(的概率 xxi sxsxx %7 .99)3,3(的概率 xxi sxsxx xi sxx3的测量值作为坏数据剔除

13、平均值的标准偏差平均值的标准偏差 x i x S nnn xx S 1 ) 1( )( 2 S 的统计意义： X 被测量真值的概率95% 被测量真值的概率68%；),( xx sxsx )2,2( xx sxsx 定义：测量不确定度是测量结果带有的一个参数。定义：测量不确定度是测量结果带有的一个参数。 用以表征赋予被测量值的合理分散性，它是被用以表征赋予被测量值的合理分散性，它是被 测量值在某个量值范围内的一个评定。测量值在某个量值范围内的一个评定。 意义：表示由于测量误差的存在，而对被测量真意义：表示由于测量误差的存在，而对被测量真 值不能确定的程度。不确定度反映了可能存在值不能确定的程度。

14、不确定度反映了可能存在 的误差分布范围，即随机误差分量和未定系统的误差分布范围，即随机误差分量和未定系统 误差分量的联合分布范围。误差分量的联合分布范围。 它可以近似理解为一定置信概率下的误差限它可以近似理解为一定置信概率下的误差限 值。理解为误差分布基本宽度的一半，误差一值。理解为误差分布基本宽度的一半，误差一 般以高的概率般以高的概率95%95%落在之间。落在之间。 3 3）不确定度及其意义）不确定度及其意义 分类：分类：A A类不确定度类不确定度 ，B B 类不确定度类不确定度 。 22 BA UUU * *不确定度总是不为零的正值，而误不确定度总是不为零的正值，而误 差可以为正或负值，

15、不确定度原则上总差可以为正或负值，不确定度原则上总 可以评定算出，而误差一般不能计算。可以评定算出，而误差一般不能计算。 A U B U 4)4)测量结果表达式测量结果表达式 在报道测量结果时，应给出测量结果 表达式，根据国家的有关规范及国际上通 常的做法，测量结果表达式应写成： （单位）（单位） 或 （单位） 式中， 是最佳值； 是不确定度； 是相对不确定度， / 用百分数表示。 Uxx %)1001 ( x U xx xU Ux 5)5)直接测量结果的不确定度评定直接测量结果的不确定度评定 22 295. 0 BA insBxA UUU USUP 则 置信概率取 1 )( 4 4 2 22

16、22 n xx SS n SU i xinsxinsx 由计算器给出，由计算器给出， 是仪器的基本误差限。是仪器的基本误差限。 ins x S * * *计算器的统计功能用法讲计算器的统计功能用法讲 解（统计计算和回归计算）解（统计计算和回归计算） 补充说明：单次测量的不确定度补充说明：单次测量的不确定度U=? U=? ，那么，那么 测量的随机分布特征是一个客观存在,不随测量次 数的不同而变化 ； 于是：U U ， 而我们取 是因为： a要求不高,粗略的估算误差,忽略随机误差； b已知随机误差很小；c条件限制,只能单次测量。 ixs U ? A U 2 A U 2 2 )2( ins ins

17、U * * * *实验室常用仪器的误差限实验室常用仪器的误差限 钢直尺 1mm 0.5mm 钢卷尺 1mm 1.2mm 游标卡尺 0.05 0.05mm 游标卡尺 0.02 0.02mm 外径千分尺 0.01 0.004mm 一般可取最小分度的一半 其他仪器见13页2.3.6及实验室规定。 6 6）间接测量不确定度的评）间接测量不确定度的评 定（见定（见P18-21P18-21） * *记住公式记住公式2.162.16，2.172.17，2.182.18，2.192.19，2.222.22 * * *记住简单特例记住简单特例: : j j j xay 2 )( j xjy UaU j j x

18、j ya j j x U a y U xby j j2 )( 例1 222 321 321 42 xxxy UUUUxxxy 例2 2 3 2 2 2 1 3 2 21 )()2 ()(/3 321 x U x U x U y U xxxy xxxy 7 7）有效数字及其运算法则）有效数字及其运算法则 概念：（举例说明）读数、运概念：（举例说明）读数、运 算结果算结果 特点：多一位不可，夸大测量特点：多一位不可，夸大测量 条件；少一位不行，降低测量条件；少一位不行，降低测量 条件。条件。 意义：有效数字的末位是不确意义：有效数字的末位是不确 定度（即误差）所在位。因此定度（即误差）所在位。因此

19、 有效数字的截断取决于不确定有效数字的截断取决于不确定 度。度。 “0”0”与与“常数常数”的有效数字；的有效数字； 科学记数法。科学记数法。 *读数与运算规则 合理估读特殊分度值：根据实际 一位是可疑位。卡尺类：无估读，最后 位（这一类最多）直尺类：准确位加估读 读数 举例： 最小分度值 5mA的仪表 5 10 15 运算规则 位数常数：不影响有效数字 相同等与；函数： 相同乘除法：与位数最少者 取齐加减法：与末位最高者 xex x sin 结果表达式：最佳值末位与不确 定度所在位对齐，如最佳值多 位，须按规则舍入。 8)8)测量结果有效数字的规定测量结果有效数字的规定 不确定度：只取一位，下一位不确定度：只取一位，下一位4 4舍舍5 5入入 最佳值：按运算规则取，末位大于最佳值：按运算规则