《初中物理实验》ppt课件

1、初中物理实验初中物理实验误差、有效数字和数据处置误差、有效数字和数据处置上海师范大学上海师范大学 数理信息学院数理信息学院 上海市青少年科技活动中心上海市青少年科技活动中心误差、有效数字和数据处置误差、有效数字和数据处置物理实验离不开物理量的丈量，由于遭到丈量仪器、物理实验离不开物理量的丈量，由于遭到丈量仪器、方法、条件、丈量人员等要素的限制，对一物理量方法、条件、丈量人员等要素的限制，对一物理量的丈量不能够是无限准确的，即丈量中的误差是不的丈量不能够是无限准确的，即丈量中的误差是不可防止的。没有丈量误差的根本知识，就不能够获可防止的。没有丈量误差的根本知识，就不能够获得正确的丈量值。经过学习

2、要求到达：得正确的丈量值。经过学习要求到达： 见讲义见讲义p114一、丈量与误差一、丈量与误差 丈量丈量 根据丈量手段和方式的不同，将物理量的根据丈量手段和方式的不同，将物理量的丈量分为两类丈量分为两类 直接丈量：直接从仪器或量具上读出待丈量直接丈量：直接从仪器或量具上读出待丈量的大的大 小。小。例：摆长例：摆长L，天平称质量等。，天平称质量等。 间接丈量：待丈量的量值是由假设干个直接间接丈量：待丈量的量值是由假设干个直接丈量量丈量量 经过一定的函数运经过一定的函数运算后才获得的量。算后才获得的量。例：钢球体积例：钢球体积，等。等。361DV224TLg 误差误差 真值与误差真值与误差 真值：

3、指在一定条件下，某物理量客观存在真值：指在一定条件下，某物理量客观存在的真实的真实 值。值。以下几种情况可视为商定真值以下几种情况可视为商定真值 实际值：如三角形的内角和为实际值：如三角形的内角和为180等等 公认值：世界公认的一些常数，如普朗克常公认值：世界公认的一些常数，如普朗克常量、阿伏量、阿伏 加得罗常量等。加得罗常量等。 仪器精度仪器精度 由于由于 丈量原理和方法丈量原理和方法限制限制 丈量者感官才干丈量者感官才干真值不可知。误差：实验丈量值与客观实践值真值的 不一致。丈量值与真值之差定义 =x-x0误差的分类系统误差：产生误差是一方向变化，如与规范值相比一直偏大，或者一直偏小。例：

4、电表零点读数等。系统误差的来源：实际公式的近似性；仪器构造不完善；环境条件的改动；环境条件的改动；丈量者生理心思要素的影响。丈量者生理心思要素的影响。处置系统误差问题是困难的：系统误差的出现虽有处置系统误差问题是困难的：系统误差的出现虽有规律性，但对于不同的实验其规律性不一样，没有完规律性，但对于不同的实验其规律性不一样，没有完好、通用的处置计算公式。要务虚验者对研讨对象的好、通用的处置计算公式。要务虚验者对研讨对象的特殊规律性能充分掌握。需求学问，阅历，技巧。特殊规律性能充分掌握。需求学问，阅历，技巧。 随机误差：多次反复丈量同一物理量，各次有差随机误差：多次反复丈量同一物理量，各次有差别，

5、产生的误差以不可预定的方式变化着，即别，产生的误差以不可预定的方式变化着，即时时而大，时而小。整体来说，满足高斯分布规律。而大，时而小。整体来说，满足高斯分布规律。 单峰性单峰性 偶尔误差的三个特点：偶尔误差的三个特点： 对称性对称性 有界性有界性 系统误差和偶尔误差的关系系统误差和偶尔误差的关系 它们之间的区别不是绝对的，在一定条件下可它们之间的区别不是绝对的，在一定条件下可以相互转化。以相互转化。例：砝码的误差，对厂家是偶尔误例：砝码的误差，对厂家是偶尔误差差 对运用对运用者是系统误差者是系统误差0 xfx 绝对误差、相对误差绝对误差、相对误差 绝对误差绝对误差x= 相对误差相对误差 通常

6、取通常取1-2位数字来表示。位数字来表示。 例：例：L1=1000米、米、L1=1米、米、 L2=100厘厘米、米、 L2=1厘米，求厘米，求L1和和L2的相对误差。的相对误差。 解：解：%1 . 0%10010001LLE1110 xx %1%1001001LLE222%100 xxxE000例例1:以下几种情况属于系统误差和偶尔误以下几种情况属于系统误差和偶尔误 差的有：差的有：物理天平称衡时，空气流动对指针摆动的物理天平称衡时，空气流动对指针摆动的 影响；影响；万用电表测电阻时，表棒没有短接调零；万用电表测电阻时，表棒没有短接调零；螺旋测微计初读数不为零；螺旋测微计初读数不为零；用单摆的

7、周期公式测重力加速度时，未考用单摆的周期公式测重力加速度时，未考 虑摆角对周期的影响；虑摆角对周期的影响；由于信号源输出不稳，呵斥示波器屏上由于信号源输出不稳，呵斥示波器屏上 电压动摇；电压动摇；测读某一螺旋测微计零点读数多次，每次数测读某一螺旋测微计零点读数多次，每次数 值有差别；值有差别；物理天平不等臂；物理天平不等臂；记录实验数据时，错把单位记录实验数据时，错把单位mm记成记成cm；电压表未接通时，指针未指示在零刻度线；电压表未接通时，指针未指示在零刻度线；用螺旋测微计测直径约用螺旋测微计测直径约1.5mm的小钢球时，的小钢球时，因忘记留意下面的半毫米刻度，丈量结果为因忘记留意下面的半毫

8、米刻度，丈量结果为1.602mm，比实践值偏小很多。，比实践值偏小很多。345二、有效数字及其运算规那么二、有效数字及其运算规那么 有效数字的普通概念有效数字的普通概念可靠数字和可疑欠准确数字合起来的值，称可靠数字和可疑欠准确数字合起来的值，称为有效数字。为有效数字。 例：例： 5.23cm 有效数字的根本特性有效数字的根本特性 有效数字的位数与仪器精度有效数字的位数与仪器精度(最小分度值最小分度值)有关有关,也与也与被丈量的大小有关。被丈量的大小有关。 例：用千分尺最小分度值例：用千分尺最小分度值0.01mm，丈量某物体，丈量某物体的长度读的长度读 数为数为4.834mm,4位有效数字；用精

9、度为位有效数字；用精度为0.02mm的游标的游标 卡尺来丈量，其读数为卡尺来丈量，其读数为4.84mm ，3位有效数位有效数字。字。用同一仪器丈量大小不同的被丈量，被丈量越大，丈量结果的用同一仪器丈量大小不同的被丈量，被丈量越大，丈量结果的有效位数越多。有效位数越多。 有效数字的位数与小数点的位置无关，单位换算时有效数字有效数字的位数与小数点的位置无关，单位换算时有效数字的位数不应发生变化。的位数不应发生变化。例：例：L= 3位位留意：留意： 用以表示小数点位置的用以表示小数点位置的“0不是有效数字，不是有效数字， “0在数字中间在数字中间 或数字后面都是有效数字不能随意增减。或数字后面都是有

10、效数字不能随意增减。m3052.0mm3 .52cm32 .5 um1032.5cm32.54 有效数字的运算规那么有效数字的运算规那么 加、减的运算规那么加、减的运算规那么最后结果的可疑数字的位数，与参与运算最后结果的可疑数字的位数，与参与运算的各数值中可疑数字的最高位一样。的各数值中可疑数字的最高位一样。 例例:325.7-16.78=308.9325.7 - 16.78 308.92 乘除法乘除法最后结果的有效数字的位数应与参与运算最后结果的有效数字的位数应与参与运算的各数值中有效数字位数最少的那个一样。的各数值中有效数字位数最少的那个一样。 例：例：2.352.1=4. 92.35 2

11、.1 235 470 4.935 乘方、开方乘方、开方最后结果的有效数字位数与被乘方、开最后结果的有效数字位数与被乘方、开方数的有效数字位数一样。方数的有效数字位数一样。 例：例： 留意：在复合量计算过程中，各数据可多保留意：在复合量计算过程中，各数据可多保管管 一位有效数字，多余的位数按四舍五入一位有效数字，多余的位数按四舍五入 规那么。规那么。 例：例：3.78+4.543+3.785=8.323+3.785=12.108 =12.111.14200 例例2:指出以下各物理量的有效位数指出以下各物理量的有效位数40C时水的密度时水的密度=0.9997g/cm3，的的 有效位数为有效位数为_

12、；钢丝的杨氏弹性模量钢丝的杨氏弹性模量 E=2.011011N/m2，E的有效位数的有效位数为为_；光在真空中传播的速度光在真空中传播的速度 C=2.997924580108m/s，E的有效的有效位数位数 为为_；一个电子的质量为一个电子的质量为me=9.10953410-31 kg，me的有效位数为的有效位数为_。43107例例3:单位的换算单位的换算 4.80cm=m=mm 30.70g=kg=mg 3.50mA=A=uA0.048048.00.030703.0701040.003503.5010-3例例4：有效位数的运算：有效位数的运算414.033.0174.213= 1.031048

13、.2104100= 6 .116 .121500400例例4：有效位数的运算：有效位数的运算414.033.0174.213=447.01-74.213=372.797372.8 1.031048.2104100=9.23104 100=9.24104 9.2104 =0 . 110000 . 656 .116 .121500400372.89.21045100 . 65100.61. 列表法1表格中各栏目纵或横所列物理量均应 标明其称号和单位；2表格中各物理量的陈列应尽量与丈量顺 序一致； 3表格中所列的数据主要是原始数据，重 要的中间计算结果也列入表中；4有必要，还应记下丈量仪器和规格。二

14、、数据处置的根本方法例：自行设计丈量钢珠直径的表格例：自行设计丈量钢珠直径的表格 一级螺旋测微计量程一级螺旋测微计量程0-25mm 最小刻度最小刻度0.01mm丈量次数丈量次数 初读数初读数D/mm 末读数末读数D/mm 钢珠直径钢珠直径D=DD /mm 10.004 1.6721.668 20.003 1.6701.667 30.004 1.6701.666 80.003 1.6701.667 平均值平均值1.66721.667 作图法图是表达实验数据变化规律的重要方法，也是进展实验数图是表达实验数据变化规律的重要方法，也是进展实验数据处置的重要方法。据处置的重要方法。作图规那么：作图规那么

15、：1选用适宜大小的坐标纸，普通是选用适宜大小的坐标纸，普通是2025cm作图纸，作图纸， 对应对应34位有效数字；位有效数字；2画出坐标轴和标度线，坐标比例取画出坐标轴和标度线，坐标比例取1、2、5；3自变量：自变量： x/单位，应变量单位，应变量 ： y/单位单位 ；4实验数据点用实验数据点用“+、“、“等表示；等表示；5作直线：相当于取平均值概念；作直线：相当于取平均值概念；6写出写出Y-X图图名；图图名；7 用用AX1，Y1、BX2，Y2 求出斜率。求出斜率。1212XXYYK例：由下表数据用作图法和逐差法求弹簧的劲 度系数Kmi/g0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.

16、00Y/mm 17.65 21.85 25.80 29.70 36.65 40.60v作图法作图法0.05.010.015.020.025.030.035.040.045.00.51.01.52.02.53.03.5(0.83,20.0)(2.97,40.0)M/gY/mmm/N05. 1m/N048. 1794. 9107. 0cm/g107. 0k1kg/cm346. 983. 097. 20 .200 .40kMiYi图线 逐差法逐差法逐差法是物理实验中处置数据常用的一种方逐差法是物理实验中处置数据常用的一种方法，这里只法，这里只讨论讨论x是作等间距变化。是作等间距变化。 假设要丈量相邻

17、两条条纹的间距，用平均值求解，假设要丈量相邻两条条纹的间距，用平均值求解，并不合理。并不合理。 平均值：平均值： 逐差法的优点：是可以充分利用全部实验数据。逐差法的优点：是可以充分利用全部实验数据。 求平均值逐差法的公式求平均值逐差法的公式 7xxxxxxx782312 44xxxxxxx482615x1 x2 x6 x7 x8x1x2x3x4 x5x6x7x8例：由下表数据用逐差法求弹簧的劲度系数Kmi/g0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00Y/mm 17.65 21.85 25.80 29.70 36.65 40.60v逐差法逐差法ymkmNmNmmgk/06. 1/

18、058. 1794. 91080. 0/1080. 088.1350. 1gm50.1 mmy88.13380.2560.4085.2165.3665.1770.29初中物理实验热学的实验热学的实验固体比热容的丈量固体比热容的丈量温度和温标温度和温标温度是反映物体冷热程度的物理量。温度是反映物体冷热程度的物理量。丈量物体温度高低的仪器叫温度计。丈量物体温度高低的仪器叫温度计。温度计是由测温器定标而成，温度的单位即为温标温度计是由测温器定标而成，温度的单位即为温标。 常用的温度计是利用水银、酒精等液体的热胀常用的温度计是利用水银、酒精等液体的热胀冷缩原理制成的，例如内有一定量水银的两端封锁冷缩原

19、理制成的，例如内有一定量水银的两端封锁的玻璃管，就是测温器，标度后那么成水银温度计的玻璃管，就是测温器，标度后那么成水银温度计。温度和温标温度和温标常用的温标有摄氏温标：常用的温标有摄氏温标： 以规范大气压下冰水共存的温度为以规范大气压下冰水共存的温度为0 0 ，而，而以规范大气压下水的沸点为以规范大气压下水的沸点为100,100,再将它们之间等再将它们之间等分分100100等份，将每一分度间隔定为等份，将每一分度间隔定为1 1 。常用的温标还有热力学温标：常用的温标还有热力学温标： 对应同一温度，摄氏温标中的对应同一温度，摄氏温标中的0, 0, 在热力学在热力学温标中是温标中是273K273

20、K，摄氏温标中的，摄氏温标中的100 100 那么对应于那么对应于373K.373K.水银温度计水银温度计采用水银温度计的优点：采用水银温度计的优点：温度丈量范围大：水银凝固点温度丈量范围大：水银凝固点-38.7 ,水银沸水银沸点点+356 2.水银随温度上升而均匀膨胀；水银随温度上升而均匀膨胀；3.水银不润湿玻璃。水银不润湿玻璃。水银温度计水银温度计运用水银温度计的留意点：运用水银温度计的留意点：读数时，视野必需与温度计垂直；读数时，视野必需与温度计垂直；2.留意温度计的丈量范围；留意温度计的丈量范围； 测温范围分测温范围分0 50 、0 100 、0 150 等等3.零点的漂移；零点的漂移

21、； 需经常检查和校正水银温度计的零点需经常检查和校正水银温度计的零点温度和热量温度和热量 热量是物体在热传送过程中，吸收或放出的热的多少。 一个物体具有某一个温度，不能说一个物体就具有多少热量；不能说温度高的物体热量大。 物体因温度变化而吸收或放出的热量计算公式 Q吸=cm(t末-t初) Q放=cm(t初-t末) 比热容和热量 比热是物质的特性之一。它指单位质量的某种物体，温度升高1 吸收的热量。 水的比热比较大，金属的比热普通比较小。用混合法丈量固体比热容用混合法丈量固体比热容混合法丈量固体比热的方法：混合法丈量固体比热的方法：金属块质量金属块质量m 金属块比热金属块比热c 量热器和搅拌器质

22、量量热器和搅拌器质量 m1 ,比热比热c1; 水的质量水的质量m0 ,比热比热c0; 金属块温度金属块温度t2 , 待测物投入水中之前水温待测物投入水中之前水温t1, 混合温度混合温度;NoImage)()(111002tcmcmtmc 混合法丈量固体比热的方法：混合法丈量固体比热的方法： 水的比热水的比热c0=4.187x103 Jkg -1 -1 量热和搅拌器器是铜制的，量热和搅拌器器是铜制的， 其比热其比热 c1=0.385 x103 Jkg -1 -1 (暂不计温度计的影响暂不计温度计的影响) )()(111002tcmcmtmc用混合法丈量固体比热容用混合法丈量固体比热容 混合法丈量固体比热容的实验器具-量热器： 用混合法丈量固体比热容用混合法丈量固体比热容 散热的修正： 用混合法丈量固体比热容用混合法丈量固体比热容实验步骤实验步骤:见讲义见讲义p15 /17问题问题1:冰的选择为什么要恰当冰的选择为什么要恰当?过多过少有过多过少有 什么不好什么不好?问题问题2:实验过程中为什么要搅拌实验过