0918生科院级基础物理实验I绪论

1、基础物理实验室基础物理实验室地科系地科系20102010级级基础物理实验（基础物理实验（i i）绪论课）绪论课2011年年 09 月月20日日主讲教师：穆翠玲主讲教师：穆翠玲基础物理实验室基础物理实验室实验课辅导教师实验课辅导教师n穆翠玲，穆翠玲， ;n方锡岩方锡岩n实验室：实验中心实验室：实验中心a区区5楼楼n实验室电话：实验室电话：教学资料下载：实验中心网站教学资料下载：实验中心网站85基础物理实验室基础物理实验室主要内容主要内容一、课程安排、实验过程及要求一、课程安排、实验过程及要求二、实验数据的处理二、实验数据的处理 1.

2、 误差、不确定度、有效数字误差、不确定度、有效数字 2. 列表、作图列表、作图 3. 数据拟合（最小二乘法）数据拟合（最小二乘法）三、实验报告及评分标准三、实验报告及评分标准基础物理实验室基础物理实验室基础物理实验课程内容基础物理实验课程内容36学时学时实验实验1. 测量误差与不确定度测量误差与不确定度实验实验5. 简易万用表的设计简易万用表的设计实验实验6. 用非平衡电桥研究热敏电阻的温度特性用非平衡电桥研究热敏电阻的温度特性实验实验7. 霍尔效应霍尔效应实验实验9. 示波器的使用示波器的使用实验实验12. 光栅常数与光波波长的测定光栅常数与光波波长的测定课程表课程表实验分组名单实验分组名单

3、基础物理实验室基础物理实验室实验过程及要求实验过程及要求1.预习；预习；2.实验准备；实验准备；3.进行实验（约进行实验（约3.5hour）；）；4.撰写实验报告。撰写实验报告。基础物理实验室基础物理实验室实验过程及要求实验过程及要求基础物理实验室基础物理实验室实验过程及要求实验过程及要求2. 实验准备实验准备(1) 学生至少学生至少 提前提前5min到实验室。到实验室。 * (2) 迟到迟到30min且无正当理由按旷课论，且该实验且无正当理由按旷课论，且该实验 成绩按零分计算，不得补做。成绩按零分计算，不得补做。 * (3) 迟到迟到30min若有正当理由（需辅导员或医生签若有正当理由（需辅

4、导员或医生签字的假条），则经教师确认后择日补做。字的假条），则经教师确认后择日补做。交报告、签到、阅读交报告、签到、阅读实验牌实验牌、清点设备。教、清点设备。教师检查预习情况，提问。师检查预习情况，提问。基础物理实验室基础物理实验室实验过程及要求实验过程及要求3. 进行实验（进行实验（3.5hour）（1）教师简单讲解操作方法、要求、及安全注意）教师简单讲解操作方法、要求、及安全注意事项。事项。 （2）学生进行实验：观察现象、进行测量、记录）学生进行实验：观察现象、进行测量、记录数据。发现伪造数据按零分计。数据。发现伪造数据按零分计。 （3） 线路连接完毕后需经教师检查无误方可通电。线路连接完

5、毕后需经教师检查无误方可通电。 （4）实验过程中教师经常巡视，提问，及时纠正学）实验过程中教师经常巡视，提问，及时纠正学生操作中的错误。生操作中的错误。基础物理实验室基础物理实验室实验过程及要求实验过程及要求 （5）学生有问题无法自行解决）学生有问题无法自行解决, 10分钟后应求助教分钟后应求助教师，尽快解决，尽量保证在规定时间内完成实验。师，尽快解决，尽量保证在规定时间内完成实验。基础物理实验室基础物理实验室实验过程及要求实验过程及要求仪器读数仪器读数模拟式仪表模拟式仪表数字式仪表数字式仪表基础物理实验室基础物理实验室实验过程及要求实验过程及要求仪器读数仪器读数n模拟式仪表模拟式仪表 （1）

6、估读：最小分度后再估读一位。）估读：最小分度后再估读一位。n 数字式仪表数字式仪表（2）满偏档：多量程表，用读数接近满偏的档。）满偏档：多量程表，用读数接近满偏的档。（1）显示的数字不变，记录全部数字。）显示的数字不变，记录全部数字。（2）末几位不断变化，则记录到第一位变化的）末几位不断变化，则记录到第一位变化的 数字，之后省略。数字，之后省略。875968.平均，或大几率平均，或大几率基础物理实验室基础物理实验室实验过程及要求实验过程及要求4. 实验完毕实验完毕 （1）先自行检查和核对数据，自认无误后交任）先自行检查和核对数据，自认无误后交任课教师检查、课教师检查、签名签名。 （3）实验时间

7、为）实验时间为4个学时（如个学时（如14节，约节，约3.5小时），小时），按时下课，实验未完成会影响成绩，需认真预习。按时下课，实验未完成会影响成绩，需认真预习。（2）学生整理实验仪器和桌椅后方可离开实验室。）学生整理实验仪器和桌椅后方可离开实验室。基础物理实验室基础物理实验室实验过程及要求实验过程及要求5. 撰写实验报告撰写实验报告（1）采用教师提供的实验报告模板，打印后填写。）采用教师提供的实验报告模板，打印后填写。（2）数据处理、结果表达、思考题。）数据处理、结果表达、思考题。（3）有教师签名的实验数据必须与实验报告一起缴）有教师签名的实验数据必须与实验报告一起缴交。无教师签名的原始数据

8、，该实验记零分。交。无教师签名的原始数据，该实验记零分。（4）按时缴交报告：交回做实验的房间。）按时缴交报告：交回做实验的房间。基础物理实验室基础物理实验室误差与不确定度误差与不确定度 国家国家 3 iso. guide to the expression of uncertainty in measurement 基础物理实验室基础物理实验室误差与不确定度误差与不确定度第第1节节 物理量的测量物理量的测量(measure)和实验误差和实验误差(error)1. 测量的本质测量的本质 把被测量与标准量进行比较。把被测量与标准量进行比较。 国际单位（国际单位（is），基本单位（），基本单位（7个

9、，个，m, kg, s, a, k, cd, mol, 注意大小写），导出单位。注意大小写），导出单位。 仪器标定（校准，仪器标定（校准，calibration）,计量局（国家权力机构）计量局（国家权力机构）2. 测量的分类测量的分类 （1）直接测量，间接测量。例如：）直接测量，间接测量。例如： （2）等精度测量，非等精度测量。）等精度测量，非等精度测量。224/gl t基础物理实验室基础物理实验室精密度精密度准确度准确度误差的概念及分类误差的概念及分类（1）绝对误差和相对误差）绝对误差和相对误差 绝对误差（绝对误差（absolute error）：）： x =|xa| 相对误差（相对误差（

10、relative error ）：）： e =x / a（2）系统误差、偶然误差、粗大误差）系统误差、偶然误差、粗大误差 系统误差系统误差(system error) 准确度（准确度（accuracy) 偶然误差（偶然误差（occasional error，random error) 精密度精密度(precision) 粗大误差（粗大误差（gross error)（3）精确度的概念已不采用。）精确度的概念已不采用。x axp(x)基础物理实验室基础物理实验室误差的概念及分类误差的概念及分类（3） 直接测量量和间接测量量的误差直接测量量和间接测量量的误差 直接测量量的误差：直接测量量的误差： 偶

11、然误差计算方法。偶然误差计算方法。 间接测量量的误差：间接测量量的误差： 由误差传递公式计算。由误差传递公式计算。 例：重力加速度例：重力加速度 g = 42 l / t 2 直接测量量：直接测量量： l ， t 间接测量量：间接测量量： g基础物理实验室基础物理实验室第第2节节 偶然误差的分布规律及处理偶然误差的分布规律及处理1. 偶然误差分布规律偶然误差分布规律21211()1 ()1limnininiixxnsxxn 高斯分布(正态分布)221( - )( )exp-22xxf x(标准误差标准误差)x0.5= x-x(单次单次测量误差）测量误差）xf(x)1a用有限次测量来估计无限次测

12、量的分布性质（用有限次测量来估计无限次测量的分布性质（n6）基础物理实验室基础物理实验室实际测量时误差的计算实际测量时误差的计算平均值：平均值：n =15时误差：时误差：n6时误差：时误差：结果：误差只取结果：误差只取1位，小数点后位数需对齐。位，小数点后位数需对齐。 例：例： 234.560.02m （结果有（结果有5位有效数字）位有效数字）1/nixxn211/()1.25 , (1)nxixxisnxxxxn n11| , , nixxixxxxnn基础物理实验室基础物理实验室误差计算几个要注意的问题误差计算几个要注意的问题n位数：误差最终结果只取一位，中间计算过程可位数：误差最终结果只

13、取一位，中间计算过程可 任意取多位。任意取多位。n进位：进位：只入不舍，只入不舍，19均进位均进位 例：例： 2.0 2 , 2.12.9 3n偶然误差可能出现很小甚至等于零的情况，或只偶然误差可能出现很小甚至等于零的情况，或只作一次测量，无法用上述方法评估误差大小，必作一次测量，无法用上述方法评估误差大小，必须考虑须考虑不确定度不确定度。基础物理实验室基础物理实验室a类不确定度类不确定度sa：统计方法，测量误差，偶然误差，：统计方法，测量误差，偶然误差，标准误差标准误差b类不确定度类不确定度sb ：非统计方法，仪器不确定度：非统计方法，仪器不确定度 仪器不确定度仪器不确定度sb 最小刻度最小

14、刻度 / （平均分布）（平均分布）标准不确定度标准不确定度 s 扩展不确定度：扩展不确定度：n= tp s (tp由自由度和置信概率查表）由自由度和置信概率查表）测量结果：测量结果： y =n n （写出置信概率，默认（写出置信概率，默认0.95）测量结果的不确定度测量结果的不确定度（第（第3章，章，p2433）322bass 基础物理实验室基础物理实验室有有 效效 数数 字字n概念（不确定度的另一种表达方式）概念（不确定度的另一种表达方式）测量结果的有效数字应由测量误差决定。测量结果的有效数字应由测量误差决定。 对于一个数，从它左边第一个非零数字开始对于一个数，从它左边第一个非零数字开始到最

15、右边的数字称为有效数字。到最右边的数字称为有效数字。 例：例：234.560.02m 五位有效数字五位有效数字 123 三位三位 0.0123 三位三位 123.00 五位五位小数点后的小数点后的“0”有意义，不能随意增减。有意义，不能随意增减。有效数字末位即误差位。有效数字末位即误差位。基础物理实验室基础物理实验室有效数字有效数字n测量值的末位应与误差位对齐。测量值的末位应与误差位对齐。 错误：错误：123.560.1, 123.560.001 正确：正确：123.560.01, n有效数字的位数不会因单位的变换而改变。有效数字的位数不会因单位的变换而改变。 错误：错误：1234km=123

16、4000000mm, 正确：正确：1234km=1.234106 mmn科学记数法。科学记数法。 用科学记数法改写测量结果不能改变有效数字。用科学记数法改写测量结果不能改变有效数字。 例：例：0.0000001234mm=1.23410 -7mm基础物理实验室基础物理实验室有效数字运算法则有效数字运算法则n加、减；加、减；n乘、除；乘、除；n乘方、开方；乘方、开方；n取对数；取对数；n指数运算；指数运算；n三角函数；三角函数；n若计算误差，则中间计算过程中，有效若计算误差，则中间计算过程中，有效数字不用修约，适合计算机处理数据数字不用修约，适合计算机处理数据)！基础物理实验室基础物理实验室尾数

17、舍入法则尾数舍入法则n测量值最终结果尾数舍入法则：测量值最终结果尾数舍入法则：四舍六入五凑双四舍六入五凑双 尾数小于尾数小于5时舍去，大于时舍去，大于5时前一位进时前一位进1 尾数等于尾数等于5则把末位凑成偶数。则把末位凑成偶数。 0, 1-4, 5, 6-9 例：例：12.3412.3，12.3612.4 12.3512.4，12.4512.4n误差最终结果误差最终结果尾数舍入法则：尾数舍入法则：只入不舍只入不舍 只保留一位有效数字，只入不舍，不夸大测只保留一位有效数字，只入不舍，不夸大测 量精度。量精度。 例：例： 2.0 2 , 2.12.9 3基础物理实验室基础物理实验室第第2章章 物

18、理实验数据的处理物理实验数据的处理列表法列表法作图法作图法（实验曲线、理论曲线）（实验曲线、理论曲线）误差或不确定度处理误差或不确定度处理经验公式（线性回归分析、最小二乘法）经验公式（线性回归分析、最小二乘法）基础物理实验室基础物理实验室n（1）坐标轴）坐标轴(原点、原点、零点）零点）n（2）分度值）分度值n（3）物理量）物理量/单位单位n（4）实验点）实验点n（5）实验曲线）实验曲线n （光滑）（光滑）n（6）曲线名称）曲线名称n（7）实验参数）实验参数n（8）姓名，时间）姓名，时间n（9）图题及编号）图题及编号基础物理实验室基础物理实验室非线性坐标轴非线性坐标轴基础物理实验室基础物理实验室22222123.n22()iiiyabxy = a + b x220, 0.ab最最小小二二乘乘法法基础物理实验室基础物理实验室22x yxybxxaybxn 定义相关系数定义相关系数。越接近于越接近于1，实验结果的数，实验结果的数据越接近线性分布，否则应考虑用其他形式的据越接近线性分布，否则应考虑用其他形式的函数去拟合。函数去拟合。22221()()xyx yxyyx基础物理实验室基础物理实验室 数据的相互关系明显偏离线性时，考虑以下数据的相互关系明显偏离线性时