物理实验须知汇编资料

1、大学物理实验(shyn)绪论物理实验(shyn)中心：刘灿共五十一页网上预约(yyu)选课介绍1、网址：34/xuanke2、前一周预约下一周的课(周五中午12：00以前(yqin)，每周任选2个项目，直到完成各专业所规定的全部课时（本期5-16周）。3、各班学委于第三周五晚上17：00开始在物理楼110#班级统一购买实验报告纸、预习册和坐标纸（15元套）和在物理楼306#录初始名单（必须录全）4、上课时间：上午10：00、下午13:30、下午16:00,下午19:00（周一至周五）5，上课地点：新校区物理楼共五十一页纪律(jl)强调迟到15分钟以上不准(b zhn)进实验室选好实验后又无故不

2、来的，视为旷课一次，没有补做的机会请假条需有加盖院公章本课程没有补考，不及格者一律重修。实验报告交上周所做实验的，大家请及时交实验报告，不要拖拉。共五十一页大学物理实验课的目的(md)（一）学习(xux)实验知识。 （二）培养实验能力。 （三）提高实验素养。共五十一页具体(jt)地讲是： 1学习(xux)普通物理实验的基本知识、基本方法和基本技能。其中包括：（1）基本物理量的测量原理和方法，基本仪器的合理选择和正确使用。（2）误差的估计和有效数字的运算。（3）数据的处理以及实验结果的分析、判断和写出完整的实验报告等。2通过对实验现象的观察和分析，从理论和实践的结合上加深对普通物理学中一些基本概

3、念和规律的认识。 3培养严肃认真和实事求是的科学态度和作风及良好的实验习惯。4通过基本实验的设计，培养学生的创新精神、创新意识和创新能力。共五十一页实验课的三个重要环节1.实验课前预习(1)预习讲义中与本实验相关的全部内容。(2)写出预习报告（实验题目、目的、原理、 主要(zhyo)计算公式、原理简图），准备原始实验 数据记录表格。2.课堂实验操作(1)上课需带实验讲义、预习册、笔、尺、计算器(2)必须在了解仪器的工作原理、使用方法、注意事项的基础上，方可进行实验共五十一页(3)仪器安装调试后经教师检查无误后方可进 行实验操作。 (4)注意观察实验现象，认真记录测量数据， 将数据填入实验记录表

4、格(biog),数据须经指导老 师检查签字。 (5)实验后请将使用的仪器整理好，归回原处。 经教师允许后方可离开实验室。 3.实验总结：课后按要求完成实验报告,并在 下次实验时交到四楼西头对应的实验报告柜。共五十一页实验报告主要内容(nirng)如下:1）、实验名称(mngchng)-实验项目或实验选题.2）、实验目的希望得到的结果和实现的目标.3）、实验原理用高度概括的文字语言给出实验的理论依据、计算公式及原理图.4）、实验仪器-仪器名称、型号 、规格等.5）、实验数据表格及处理画出规范的实验数据表格，对所得数据进行误差分析，并根据实验要求计算出最后的测量结果。（有的实验还需要作图）6）、分

5、析与讨论描述实验中观察到的异常现象及可能的解释；分析实验误差的主要来源；对实验仪器和方法的建议等。还可以谈谈实验的心得体会共五十一页用最小刻度为mm的钢卷尺测量桌子的长度得到的测量结果是120.50cm一个物理量的测量值必须由数值和单位(dnwi)组成，两者缺一不可。测量值数值+单位测量数值(shz)只有赋予了单位才有具体的物理意义例如：（1）120.50，不知道表示什么物理量；（2）120.50cm，表示长度；（3）120.50Kg，表示质量。2. 测量值共五十一页物理量的测量(cling)、误差及数据处理 一、测量1. 测量的基本概念测量是利用仪器设备通过一定测量方法，将待测物理量与一个选

6、做为标准的同类物理量进行比较，确定待测物理量大小(dxio)的过程。测量的目的：获得测量值(数据)。例如：用最小刻度为mm的米尺测量物体的长度可以得到初步结果90.70cm测量三个要素 （1）测量方法；（2）仪器设备；（3）测量结果 比较法 米尺 90.70cm共五十一页3、测量(cling)的分类按测量方法分类：直接测量(如测长度(chngd)）间接测量 (如测体积） 按测量条件（进行测量的人、测量方法、测量仪器及其调整方法、环境条件等)分类：等精度测量(在相同条件下对同一被测量进行多次重复测量）非等精度测量(各次测得的数据精度不同）在物理量的测量中，绝大多数是间接测量，但直接测量是一切测量

7、的基础。共五十一页1.真值与误差（1）真值：物理量在客观上存在着的确定数值。真值是一个抽象的概念，一般无法得到。真值及其变化规律的未知性，正是科学实验的意义所在。实际应用中真值约定的方式：理论真值；公认(gngrn)真值；计量约定真值；标准相对真值；等等。（2）误差：误差=测量值-真值二、误差(wch) 测量不能得到真值，但可以减小测量误差，估算误差范围。2. 误差的基本性质普遍性：存在于一切测量之中，贯穿于测量始终。不可知性：一般真值是未知的，误差也就无法取得。共五十一页3、误差(wch)的表示（绝对(judu)）误差：测量值真实值相对误差：测量结果与真值（最佳值)之差,表示测量值偏离实际的

8、大小共五十一页4. 误差(wch)的分类从性质上分为(fn wi)三大类： 随机误差 系统误差 过失误差共五十一页在相同条件下，对同一测量量的多次测量过程中，每次测量的误差可能(knng)是正或负，也可能是比较大或小，这是难以预测的，而且毫无规律而言。但是如果测量次数很多时，误差的出现又符合一定的统计规律。遵从正态分布规律的随机误差特征：（1）随机误差随机误差可以应用概率统计理论(lln)进行估算f()单峰性：绝对值小/大的误差可能性大/小对称性：大小相等的误差正、负机会均等有界性：绝对值非常大的可能性几乎为零抵偿性：正负误差相互低消概率密度函数误差共五十一页在相同条件下，对同一测量量的多次测

9、量过程中，保持恒定（大小、正负不变）或按特定规律变化的误差(wch)。例如：千分尺零点不准、天平不等臂、测量倾向、电表刻度不均匀、轴不重合等。（2）系统误差系统误差尽量(jnling)消除或减小，降低到最小程度共五十一页在测量中某种原因所引起的错误。如读数错误，记录错误，操作错误，估算错误等等。我们通常在计算过程中大于3的数据(shj)剔除。（3）过失(gush)误差过失误差通过比较测量结果发现纠正，剔除异常数据共五十一页18*平均值（通常用作最佳值）假定(jidng)对一个物理量进行了n次测量，测得的值为xi (i =1, 2，n) 可以用多次测量的算术平均值作为被测量的最佳估计值，测量次数

10、n为无穷大时，算术平均值等于真值。共五十一页三、测量(cling)的不确定度及估算 1、直接测量结果的表示(biosh)和总不确定度的估计2、间接测量结果的表示和总不确定度的估计共五十一页 不确定度: 由于测量误差的存在而对被测量的真值不能肯定的程度。不确定度是评价测量量的一个(y )极其重要的指标。测量结果的使用与其不确定度有着密切的关系，不确定度大，则其使用价值低；不确定度小，则其使用价值高。共五十一页四、有效数字(yu xio sh z)及其运算规则1、有效数字的概念由于误差存在的普遍性，实验中某物理量的测量值及运算结果都是近似(jn s)的。合理的近似(jn s)，既能充分反映测量精度

11、，又简单明了。这种近似(jn s)的数据是有效的，被称为有效数字。有效数字与测量条件(如仪器、环境、人员)密切相关，有效数字的位数由测量条件和待测量的大小共同决定。例如，用最小分度值为1mm的尺，测量一物体长度得到1.65cm。 “5”是在6和7两个整毫米刻度内估读的，是不可靠的，可疑数字；1.6是由尺子刻度直接读出的，是可靠数字。共五十一页2、有效数字的位数有效数字“可靠(kko)数字”“一位可疑数字” 总共有几位称为几位有效数字。15.86，四位(s wi)有效数字5.32，三位有效数字5.320，四位有效数字0.0532，三位有效数字注意:（1）有效数字位数越多，测量越精确；（2）单位换

12、算时，有效数字的位数不应改变； (3)特大或特小数用科学记数法共五十一页4、直接测量(cling)的有效数字1. 有指针或刻度的仪器：最小刻度以下再估读一位。2. 数字显示仪表(ybio)：显示值均为有效数字，不再估读。5、测量结果不确定度及有效数字的取法（1）首先确立不确定度，不确定度的有效数字一般只取1位，只入不舍。（2）测量值按照四舍六入逢五化偶、末位对齐的原则处理。（3）结果的最后一位要与不确定度的最后一位对齐。如：测量结果为4.2315,不确定度为0.002，如何表达？共五十一页3、有效数字(yu xio sh z)的修约规则“四舍六入、逢五凑偶”例:3.14459=3.14(三位)

13、3.14250=3.142(四位(s wi)3.14350=3.144(四位)对于不确定度（通常包括各类误差）,只入不舍.且只取一位（首位数是1、2、3的可以多取一位）例:0.00332=0.004(一位)共五十一页6、有效数字(yu xio sh z)运算规则原则(yunz):（1)准确数字与准确数字运算,其结果仍为准确数字.(2)存疑数字与准确数字(或存疑数字)运算,其结果为存疑数字.(3)运算结果一般只保留一位存疑数字.加、减法：诸量相加（相减）时，其和（差）数在小数点后所应保留的位数与诸数中小数点后位数最少的一个相同。 4.178 + 21.3 25.478 = 25.5共五十一页乘、

14、除法：诸量相乘（除）后其积（商）所保留的有效数字，只须与诸因子中有效数字最少的一个相同。 4.178 10.1 4178 4178 421978=42.2共五十一页27 乘方、立方(lfng)、开方 有效数字位数与底数(dsh)的相同 常数不参与有效数字运算共五十一页1、直接测量结果的表示(biosh)和总不确定度的估计总不确定(qudng)度:总不确定度的A类分量-用统计方法计算出的不确定度分量标准偏差共五十一页总不确定度的B类分量-用其它(qt)方法计算出的不确定度分量在本课程(kchng)中,我们只考虑仪器误差(仪器误差限值)总不确定度常用仪器误差见下页物理意义测量结果是一个范围 它表示

15、待测物理量的真值有一定的概率落在上述范围内。共五十一页30 仪器名称量 程分度值仪器误差钢直尺0300mm1mm0.1mm 钢卷尺01000mm1mm0.5mm游标卡尺0300mm0.02, 0.05mm分度值螺旋测微计0100mm0.01mm0.004mm物理天平1000g100mg50mg水银温度计-303001 ,0.2 ,0.1分度值读数显微镜0.01mm0.004mm数字式电表最末一位的一个单位指针式电表0.1, 0.2, 0.5, 1.0 1.5, 2.5, 5.0量程a% 共五十一页一、直接测量问题用025mm的一级千分尺测钢球的直径(zhjng)D，6次数据为：D1=3.121

16、mm， D2=3.128mm， D3=3.125mmD4=3.123mm， D5=3.126mm， D6=3.124mm写出完整的实验结果。解： 求算术平均值4-5 计算不确定(qudng)度与数据处理举例求不确定度A类分量共五十一页求不确定(qudng)度B类分量计算合成(hchng)不确定度完整的测量结果表示注意：测量结果的有效数字，不确定度的有效数字，相对不确定度的有效数字及单位。共五十一页2、间接测量结果(ji gu)的表示和总不确定度的估计令：则：间接测量量的平均值等于(dngy)将各直接测量量的平均值代入函数关系后的结果即最佳值1、对函数Y求全微分，或先取对数再求全微分；或：共五十

17、一页2、合并同一(tngy)变量的系数；3、将微分号改为误差号，求平方和，再开平方。共五十一页35 例如(lr)：实际上间接测量量的不确定度就是每一个直接(zhji)测量量的合成。两边求微分得:共五十一页试求体积V并表示(biosh)多取一位实验结果。解：求V：二、间接测量问题用千分尺测量(cling)圆柱体的体积V ，已求得直径为：注：常数的有效数字应比测量值的有效数字多取一位，至少位数相同，目的是让常数取值的误差忽略不计。计算过程中有效数字可以多取一位。求V的不确定度：共五十一页根据不确定度传播(chunb)公式：实验(shyn)结果表示：不确定度的有效数字首位是1或2可以取二位，但不能超

18、过二位。共五十一页1、列表法列表法是实验(shyn)中常用的记录数据、表示物理量之间关系的一种方法。列表法的特点（1）记录和表示数据简单明了(jin dn mn le)；（2）便于表示物理量之间对应关系；（3）便于随时检查数据是否合理，及早发现问题，提高数据处理效率等。列表的要求（1）栏目清楚，项目分明。（2）写明表的序号和名称，标明物理量、单位及数量级。（3）表中所列数据应是正确反映结果的有效数字。（4）注明测量日期、说明和必要的实验条件。五、实验数据处理方法共五十一页 列表(li bio)举例伏安(f n)法测100电阻数据表 2004/2/10注： （1）电压表量程 7.5V，精度等级

19、1.0。 （2）电流表量程 50mA，精度等级 1.0。 （3）常温常压条件下测量。 （4）采用电流表外接法。共五十一页40 作图法可形象、直观地显示出物理量之间的函数关系，也可用来求某些(mu xi)物理参数，因此它是一种重要的数据处理方法。作图时要先整理出数据表格，并要用坐标纸作图。1.选择合适的坐标分度值，确定坐标纸的大小坐标分度值的选取应能基本反映测量值的准确度或精密度。根据表数据(shj)U 轴可选1mm对应于0.10 V，I 轴可选1mm对应于0.20 mA，并可定坐标纸的大小（略大于坐标范围、数据范围） 约为130 mm130 mm伏安法测电阻实验数据2、作图法 例3： 共五十一

20、页412.标明坐标轴： 用粗实线画坐标轴，用箭头标轴方向，标坐标轴的名称或符号、单位(dnwi),再按顺序标出坐标轴整分格上的量值。I (mA)U (V)8.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.0002.004.006.008.0010.001.003.005.007.009.004. 连成图线： 用直尺、曲线板等把点连成直线、光滑曲线。一般不强求直线或曲线通过每个实验点，应使图线线正穿过实验点时可以在两边的实验点与图线最为接近且分布大体均匀。图点处断开。3.标实验点： 实验点可用“ ”、 “ ”、“ ”等符号标出（同一坐标系下不同曲线用不同的符

21、号）。 共五十一页425.标出图线特征： 在图上空白位置标明实验条件或从图上得出的某些(mu xi)参数。如利用所绘直线可给出被测电阻R大小：从所绘直线上读取两点 A、B 的坐标就可求出 R 值。I (mA)U (V)8.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.0002.004.006.008.0010.001.003.005.007.009.006.标出图名： 在图线下方或空白位置(wi zhi)写出图线的名称及某些必要的说明。A(1.00,2.76)B(7.00,18.58)由图上A、B两点可得被测电阻R为：至此一张图才算完成电阻伏安特性曲线作者

22、：xx共五十一页43不当图例(tl)展示：n(nm)1.6500500.0700.01.67001.66001.70001.69001.6800600.0400.0玻璃材料色散曲线图图 1不当(b dn)：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。共五十一页44n(nm)1.6500500.0700.01.67001.66001.70001.69001.6800600.0400.0玻璃材料色散曲线图改正(gizhng)为：共五十一页45图 2I (mA)U (V)02.008.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.001.003.00电学元件伏安特性曲线不当：横轴坐标分度选取不当。横轴以3 cm 代表(dibio)1 V，使作图和读图都很困难。实际在选择坐标分度值时，应既满足有效数字的要求又便于作图和读图，一般以1 mm 代表的量值是10的整数次幂或是其2倍或5倍。共五十一页46I (mA)U (V)o1.002.003.004.008.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.00电学元件伏安特性曲线改正(gizhng)为：共五十一页3、 逐差法逐差法是为了改善实验数据结果，减小