物理实验理论下2011

1、1学生实验守则学生实验守则1 、必须按时上课，、必须按时上课，上课迟到上课迟到扣分，无故扣分，无故不上课不上课者，该者，该实验无成绩。病、事假需正当手续（医生诊断书或盖有实验无成绩。病、事假需正当手续（医生诊断书或盖有院、系公章并经院、系主任签字的请假条），口头带信院、系公章并经院、系主任签字的请假条），口头带信无效。迟到超过无效。迟到超过20分钟者取消该次实验成绩。分钟者取消该次实验成绩。2 、实验前必须、实验前必须预习预习，进实验室后马上交预习报告，教，进实验室后马上交预习报告，教师抽查提问学生预习情况，根据预习情况打分，没写师抽查提问学生预习情况，根据预习情况打分，没写预习报告的不许做实

2、验。预习报告的不许做实验。3 、进入实验室后，未了解仪器性能前、进入实验室后，未了解仪器性能前不准乱动仪器不准乱动仪器。4 、离开实验室前必须整理好仪器，凳子放好，经教师、离开实验室前必须整理好仪器，凳子放好，经教师验收后离开实验室。验收后离开实验室。5 、实验报告按班级学号排好于下次实验时交指导教师，实验报告按班级学号排好于下次实验时交指导教师，不接收单独交报告不接收单独交报告。物理实验中心物理实验中心2绪 论内容内容：2.物理实验测量知识物理实验测量知识1.复习上学期物理实验内容复习上学期物理实验内容3一、十个实验一、十个实验固体密度固体密度单摆单摆杨氏模量杨氏模量表面张力表面张力粘滞系数

3、粘滞系数单电桥单电桥声速测量声速测量气轨气轨双电桥双电桥电表改装电表改装4二、实验中的误差？二、实验中的误差？在相同实验条件下，多次测量同一物理量，在相同实验条件下，多次测量同一物理量，所得误差时大时小、时正时负，既不可预测又所得误差时大时小、时正时负，既不可预测又无法控制。无法控制。1 1、随机误差、随机误差这种由偶然的或不确定因素造成的每一次测这种由偶然的或不确定因素造成的每一次测量值的无规则涨落叫量值的无规则涨落叫偶然误差偶然误差，也叫也叫随机误差随机误差。由人类感官的灵敏度和仪器精度所限由人类感官的灵敏度和仪器精度所限, ,受起伏条件受起伏条件的干扰所造成的。的干扰所造成的。 如如气流

4、的扰动气流的扰动电磁场的干扰电磁场的干扰等等 理论和实践证明，普通物理实验中的随机误理论和实践证明，普通物理实验中的随机误差大多数服从差大多数服从正态分布正态分布规律。规律。5这种误差总是使测量结果向一个方向偏离，这种误差总是使测量结果向一个方向偏离，其数值一定或按一定规律变化。其数值一定或按一定规律变化。来源：来源： 仪器仪器、方法方法、环境环境、人员误差。人员误差。数据分析数据分析、理论分析理论分析、对比分析。对比分析。倒号法倒号法交换法交换法半周期偶数法半周期偶数法补偿法补偿法发现：发现：特性：特性：2 2、系统误差、系统误差消除：消除： 消除根源消除根源找出修正值找出修正值使用使用单向

5、偏值单向偏值。6这两种误差不是独立存在而是你中有我我这两种误差不是独立存在而是你中有我我中有你，在一定条件下又可相互转换。中有你，在一定条件下又可相互转换。3 3、如何减小误差、如何减小误差系统误差在整个实验中对测量结果好坏的系统误差在整个实验中对测量结果好坏的影响起主要作用。影响起主要作用。在普通物理实验中，一般要求找出在普通物理实验中，一般要求找出3-43-4种系种系统误差并减小或修正即可。统误差并减小或修正即可。71 1、单次直接测量量的数据处理、单次直接测量量的数据处理(1)、用单次测量值作为最近真值、用单次测量值作为最近真值 ： (2)、确定仪器误差作为总不确定度、确定仪器误差作为总

6、不确定度 ：(3)、表示出测量结果、表示出测量结果 ：UXX 单单（单位）（单位）%100 单单XUUr仪仪 U单单X三、三、 数据处理数据处理8 带有刻度的仪器带有刻度的仪器,一般取仪器最小刻度的一半。一般取仪器最小刻度的一半。 如米尺取如米尺取0.5mm。 较精密的量具较精密的量具,按国家等级规定取。按国家等级规定取。 如游标卡尺取最小刻度如游标卡尺取最小刻度; 千分尺取最小刻度的一半千分尺取最小刻度的一半 数字显示仪器取其精度数字显示仪器取其精度,即取其最小显示的一个数字。即取其最小显示的一个数字。 如如1/100S的秒表。的秒表。 电表类按精度等级计算。电表类按精度等级计算。 如电流表

7、、电压表。如电流表、电压表。仪仪 量程量程级别级别仪仪 =0.01S。仪器误差仪器误差 ：在正确使用仪器的条件下，测量值在正确使用仪器的条件下，测量值 与真值之间可能产生的最大误差。与真值之间可能产生的最大误差。 仪9nx,x,x,x 321多次直接测量量的数据处理多次直接测量量的数据处理(1)、计算测量量的算术平均值作为最近真值、计算测量量的算术平均值作为最近真值 ：(2)、计算测量值的标准差作为不确定度的、计算测量值的标准差作为不确定度的A类分量类分量 ：(3)、确定仪器误差作为不确定度的、确定仪器误差作为不确定度的B类分量类分量(4)、求出总不确定度、求出总不确定度(5)、表示出测量结果

8、、表示出测量结果1 1n n) )x x( (x xS SU Un n1 1i i2 2i iA A 2222仪仪 SUUBAU UU X XX X仪仪 B BU U n n1 1i ii ix xn n1 1x x（单位）（单位）（单位）（单位）%100 XUUr10(1)(1)、将直接测量量的最近真值带入函数式算出间接测量、将直接测量量的最近真值带入函数式算出间接测量 量的最近真值量的最近真值(2)、求出间接测量量的不确定度或相对不确定度、求出间接测量量的不确定度或相对不确定度(3)、表示出最后测量结果、表示出最后测量结果：22 yxzUyzUxzU2222lnlnyxzrUyzUxzzU

9、U 单单位位zUZZ %100 zUUzrz z是是3 3、间接测量量的数据处理间接测量量的数据处理),(yxfz ),(yxfz z z是是11测量结果的表达式含义测量结果的表达式含义物理意义：物理意义：U x xx x（单位）（单位）1. 测量的最近真值是。xUx到Ux 区域内，含有真值的3. 在 可能性为95%。2. 求出的 值小的话, 表示 偏离真值的程度近。x 求出的 值大的话, 表示 偏离真值的程度远。xUU 不确定度愈小，表示测量结果愈可靠。不确定度愈大，不确定度愈小，表示测量结果愈可靠。不确定度愈大，表示测量的质量愈低，它的可靠愈差，使用价值愈低。表示测量的质量愈低，它的可靠愈

10、差，使用价值愈低。 结果表达式要做误差定位，即近真值的可疑位向不确结果表达式要做误差定位，即近真值的可疑位向不确定度看齐。定度看齐。12刻度类显示类精密类电表类最小刻度是单位值最小刻度是单位值, ,估读一位估读一位, ,记到最小刻度下一位记到最小刻度下一位最小刻度不是单位值，记录到最小刻度位最小刻度不是单位值，记录到最小刻度位显示多少位就记多少位显示多少位就记多少位由表级计算出误差，记录值最后一位与误差同位由表级计算出误差，记录值最后一位与误差同位141 + = 15（单位）（单位）游标卡尺不估读，记录到最小刻度位游标卡尺不估读，记录到最小刻度位千分尺估读，记录到千分尺估读，记录到0.001m

11、m1 1、直接测量时记录值的有效数字、直接测量时记录值的有效数字（定准存疑位定准存疑位）四、有效数字四、有效数字13 测量读数的最末一位既可疑位应与仪器误测量读数的最末一位既可疑位应与仪器误差位相同。差位相同。 测量原始数据的记录测量原始数据的记录：实验记录是以后计算实验记录是以后计算与分析问题的依据，在实际工作中则是宝贵的资与分析问题的依据，在实际工作中则是宝贵的资料。记录应记在专用的记录用纸上，初学者往往料。记录应记在专用的记录用纸上，初学者往往都记得很乱，想着先记下来，后面再整理抄在记都记得很乱，想着先记下来，后面再整理抄在记录纸上，这样不好，记录就是如实地记下各观测录纸上，这样不好，记

12、录就是如实地记下各观测数据、简单的过程以及观测的现象。要记得简单、数据、简单的过程以及观测的现象。要记得简单、整洁、清楚，数值记在表格中，注明单位，不允整洁、清楚，数值记在表格中，注明单位，不允许用铅笔记录。发现某数据记录有误不能擦掉此许用铅笔记录。发现某数据记录有误不能擦掉此数据，应用单斜线划掉，以便参考，记录应留有数据，应用单斜线划掉，以便参考，记录应留有补充记录空间。补充记录空间。 142 2、有效数字的运算规则、有效数字的运算规则a a、和差运算、和差运算计算结果的存疑位与参加运算的各量中存疑位最高的相同计算结果的存疑位与参加运算的各量中存疑位最高的相同。 50.1 + 3.278 0

13、.45 = 52.9289= 52.9(单位单位)b b、积商运算、积商运算 计算结果的有效数字的位数与参加运算的各量中有效计算结果的有效数字的位数与参加运算的各量中有效数字位数最少的相同。数字位数最少的相同。0.86568= 0.87（单位）（单位） 5.100 （18.3016.3） （104 3.0）（1.00 + 0.001）= 1.0099009= 1.0（单位）（单位）2.01011.002.14210.125=只保留一位可疑数字！只保留一位可疑数字！15c c、注意两个特殊的数、注意两个特殊的数D =5.8 + 5.7 + 5.8 + 5.84= 23.14= 5.775 = 5

14、.78 （单位）（单位）3.14 5.782= 26.225994= 26.2（单位）（单位）（1）准确数准确数 在运算时不参加结果的定位在运算时不参加结果的定位。（2）常数常数 的有效数字位数与测量量位数相同的有效数字位数与测量量位数相同。 4 41 1D D4 41 1S S2 216(2)(2)、有效数字的位数不因单位变换而改变、有效数字的位数不因单位变换而改变1.5 kg= 1500 gg g1 10 01 1. .5 53 3 2.4 0 mm = 0.00240 m（要保证有效数字位数不变，就用科学记数法表达数量级）（要保证有效数字位数不变，就用科学记数法表达数量级）(1)(1)、

15、“0” 0” 在有效数字中的地位在有效数字中的地位1.500 cm 0.001050 cm1.0500 cm4 位位非零数末尾的非零数末尾的“0”0”是是有效数有效数字字非零数中间的非零数中间的“0”0”是是有效数有效数字字5 位位非零数前面的非零数前面的“0”0”不是不是有效数有效数字字4 位位m31040. 2 注意两点注意两点: :171、 最近真值的计算结果按有效数字运算规则确定。最近真值的计算结果按有效数字运算规则确定。2、 不确定度只取一位有效数字，只进不舍取位。不确定度只取一位有效数字，只进不舍取位。取取 0.07 cm取取 0.2 cm例：例：0.061cm 0.18 cm 9

16、.1 cm 取取 110 cm3、 相对不确定度取两位有效数字，四舍五入取位。相对不确定度取两位有效数字，四舍五入取位。4、 结果表达式要做到误差定位，即最近真值的最后结果表达式要做到误差定位，即最近真值的最后 一位与不确定度最后一位对齐。一位与不确定度最后一位对齐。例例：近真值为：近真值为 124.6（ cm ）124.6 0.2 ( cm )124.60 0.07 ( cm )1210110 ( cm )或或 ( 121 )10 cmx xU Ux xx x3、数据处理过程中有效数字的规定、数据处理过程中有效数字的规定183某一记录数据某一记录数据0.000m是多少位有效数字是多少位有效数

17、字 （A）一位（）一位（B）二位）二位 （C）三位（）三位（D）零位）零位 1.下列表示正确的是下列表示正确的是 cm2080010dA).()( cm200080010dB).()( cm20810dC).()( cm2000810dD).()( 2.下列正确的是下列正确的是 m27824m1784m120A.)( 2m100m10m10B )(m286m00021432r2C.)( 39m10001m100m1000m10000D .)(CDA194.对同一物理量进行多次测量的目的对同一物理量进行多次测量的目的 (A) 减少系统误差减少系统误差 (B)接近真值接近真值 (C) 消除系统误差

18、消除系统误差 (D)消除测量的随机误差消除测量的随机误差5.逐差法计算的特点逐差法计算的特点 (A) 减少系统误差减少系统误差 (B)精度高精度高 (C) 消除系统误差消除系统误差 (D)测量数据都参与计算反映实验真实过程测量数据都参与计算反映实验真实过程6.什么形式的数列可用逐差法计算什么形式的数列可用逐差法计算 (A)任何数列任何数列 (B)等比数列等比数列 (C)等差数列等差数列 (D)只有正比数列只有正比数列BDC207.通常情况下通常情况下,9厘米坐标纸厘米坐标纸(最小刻度为最小刻度为1毫米毫米),能代表几位有效能代表几位有效数字数字 (A)一位有效数字一位有效数字 (B)二位有效数

19、字二位有效数字 (C)三位有效数字三位有效数字 (D)四位有效数字四位有效数字8. r=2.5345cm,b=9.294cm , 应取几位有效数字应取几位有效数字 (A)五位有效数字五位有效数字 (B)二位有效数字二位有效数字 (C)三位有效数字三位有效数字 (D)四位有效数字四位有效数字9. lg1000的结果应取几位有效数字的结果应取几位有效数字 (A)五位有效数字五位有效数字 (B)二位有效数字二位有效数字 (C)三位有效数字三位有效数字 (D)四位有效数字四位有效数字 ,brs2 CDA2110. 的结果应取几位有效数字的结果应取几位有效数字 (A)五位有效数字五位有效数字 (B)二位

20、有效数字二位有效数字 (C)三位有效数字三位有效数字 (D)四位有效数字四位有效数字11. 的结果应取几位有效数字的结果应取几位有效数字 (A)五位有效数字五位有效数字 (B)二位有效数字二位有效数字 (C)三位有效数字三位有效数字 (D)四位有效数字四位有效数字12.分度值为分度值为0.2cm/格的尺子格的尺子,测得下列一组数据测得下列一组数据,正确的是正确的是 (A)20.21cm (B)20.22cm (C)20.2cm (D)20.201440035010.CDC最小刻度不是单位值，存疑位取在最小刻度位。最小刻度不是单位值，存疑位取在最小刻度位。22例例：测金属圆柱体的密度。测金属圆柱

21、体的密度。h hd d4 4m mv vm m2 2（其中（其中m、h为单次测量，为单次测量，d为多次测量。）为多次测量。）原始数据：原始数据：m = 14.10g 天平最小格值为天平最小格值为 0.02g。 h = 6.75 cm 米尺的最小格值为米尺的最小格值为 1mm。 5 5. .6 64 41 1m mm m. .d d5 5. .6 63 39 9m mm m, ,d d5 5. .6 64 48 8m mm m, ,d d5 5. .6 64 40 0m mm m, ,d d5 5. .6 64 43 3m mm m, ,d d5 5. .6 64 48 8m mm m, ,d

22、d5 5. .6 64 42 2m mm m, ,d d7 76 65 54 43 32 21 1一、计算一、计算 mgm10.14gUm01. 0 天平天平 gUmmm01. 010.14 %071.0%10010.1401.0 mUmUmr23二、计算二、计算 h三、计算三、计算 d5 5. .6 64 43 30 0 m mm m 3 39 9. .5 50 01 17 71 15 5. .6 64 41 1) )5 5. .6 64 48 8( (5 5. .6 64 42 27 71 1 11niidndcmh75.6 cmUh05. 0 米尺米尺 cmUhhh05. 075. 6

23、%74. 0%10075. 605. 0 hUhUhr24112 n)d(dSniid/ /6 60 0. .0 00 02 2) )( ( (0 0. .0 00 05 5) )( (- -0 0. .0 00 01 1) )1 17 75 5. .6 64 43 30 0) )( (5 5. .6 64 41 15 5. .6 64 43 30 0) )( (5 5. .6 64 48 85 5. .6 64 43 30 0) )( (5 5. .6 64 42 22 22 22 22 22 22 20 0. .0 00 04 4 m mm m mm005. 0 千千分分尺尺mmSUdd0

24、07. 0005. 0004. 02222 千千分分尺尺)(007. 0643. 5mmUddd %13. 0%100643. 5007. 0 dUdUdr25四、计算四、计算 2 22 23 33 31 10 06 6. .7 75 5) )1 10 0( (5 5. .6 64 43 33 3. .1 14 41 10 01 14 4. .1 10 04 4 k kg g/ /m m1 10 08 8. .3 36 63 33 3 %79.0%100 2 2h h2 2d d2 2m m) )h hU U( () )d dU U4 4( () )m mU U( (UUr 带入直接测量量定位

25、后的近真值带入直接测量量定位后的近真值hdm24 )/(1007. 0%79. 01036. 8333mkgUUr )/(10)07. 036. 8(33mkgU 26一、一、物理量的测量及测量仪器物理量的测量及测量仪器 物理实验测量知识物理实验测量知识1、空间和时间量的测量空间和时间量的测量 一般长度测量一般长度测量 ：米尺，游标卡尺，螺旋测微计，测量显微镜。米尺，游标卡尺，螺旋测微计，测量显微镜。微小长度的测量微小长度的测量 ：光杠杆，空气劈尖，迈克耳逊干涉仪，电阻法。光杠杆，空气劈尖，迈克耳逊干涉仪，电阻法。27平面角的测量平面角的测量 ：分光计，经纬仪。分光计，经纬仪。一般时间测量一般

26、时间测量 ：机械停表，电子停表。机械停表，电子停表。短暂时间测量短暂时间测量 ：数字毫秒计。数字毫秒计。282、力学量的测量力学量的测量 质量的称衡仪器质量的称衡仪器 ：物理天平物理天平压力的测量压力的测量 ：U型管压力计，福廷气压计。型管压力计，福廷气压计。气体温度计，液体温度计，金属电阻温度计，热气体温度计，液体温度计，金属电阻温度计，热电偶温度计，光学温度计。电偶温度计，光学温度计。3、温度、温度的测量的测量 测温仪器测温仪器 ：294、电磁学量的测量电磁学量的测量 测量仪器及方法测量仪器及方法 ：电流表，灵敏电流计，电压表电流表，灵敏电流计，电压表，欧姆表，伏安法测电阻，惠斯通电桥，开

27、尔文，欧姆表，伏安法测电阻，惠斯通电桥，开尔文电桥，霍尔法测稳恒磁场，冲击电流计测磁感应电桥，霍尔法测稳恒磁场，冲击电流计测磁感应强度。强度。5、光学透明媒质折射率的测光学透明媒质折射率的测量量 测量仪器及方法测量仪器及方法 ：分光计，光的干涉法。分光计，光的干涉法。30二、二、实验方法及测量技术实验方法及测量技术 1、实验装置的基本调整实验装置的基本调整 水平调整水平调整铅直调整铅直调整仪器零点的校正仪器零点的校正逐次逼近调整（如天平、电桥、电位差计等）逐次逼近调整（如天平、电桥、电位差计等）312、比较测量法比较测量法 直接比较测量法：直接比较测量法：一个物理量与已知其值的一个物理量与已知

28、其值的同类物理量相比较获取量值的方法。（米尺同类物理量相比较获取量值的方法。（米尺测长）测长）间接比较测量法：间接比较测量法：由于某些物理量无法进行由于某些物理量无法进行直接比较测量，故需设法将被测量转变为另直接比较测量，故需设法将被测量转变为另外一种能与已知标准量直接比较的物理量（外一种能与已知标准量直接比较的物理量（如用水银的热膨胀测温、曹冲称象）。如用水银的热膨胀测温、曹冲称象）。323、补偿法补偿法 （示零法）（示零法） 当系统受到某一作用时会产生某种效应当系统受到某一作用时会产生某种效应，在受到另外一同类作用时，又产生了一种，在受到另外一同类作用时，又产生了一种新的效应，两种效应相互抵消，系统又回到新的效应，两种效应相互抵消，系统又回到初状态，称为补偿。如初状态，称为补偿。如天平称质量、电位差天平称质量、电位差计测电动势。计测电动势。334、放大法放大法 放大有两类含义，一类是将被测对象放大放大有两类含义，一类是将被测对象放大，使测量精密度得以提高；另一类是将读数机，使测量精密度得以提高；另一类是将读数机构的读数细分，从而也能使测量精密度提高。构的读数细分，从而也能使测量精密度提高。机械放大法（卡尺）机械放大法（卡尺）光学放大法（放大镜、