物理实验基础市公开课获奖课件

1、大学物理试验（基础知识）第1页第1页绪论物理试验课地位和作用；物理试验课目的和任务；第2页第2页一：物理试验课教学程序预习阶段：1.理解试验原理，试验办法；2.熟悉试验仪器，理解其结构原理、工作条件和操作规程等；3.明确试验主要环节和试验注意事项；4.依据试验任务，在“试验数据统计”纸上拟定统计项目，画好统计数据表格；5.写好预习汇报；第3页第3页一：物理试验课教学程序试验操作阶段提醒：1.提前5-15分钟进入试验室；（假如没有试验预习汇报和原始数据统计表格，不能进行试验操作。）2.在上课名单表格上签到，按编号入座。3.严格遵守试验仪器操作规程和使用注意事项；4.试验完毕后需老师检查签字才干离

2、开试验室。第4页第4页一：物理试验课教学程序写试验汇报： 完毕试验汇报中除了预习汇报已经书写六个项目外其它所有项目。第5页第5页 一、实验名称 二、实验目 三、仪器和用具 四、原理简述 五、实验内容及环节 六、注意事项 七、实验数据记录 八、数据处理 九、实验结果 十、讨论第6页第6页二：试验室规则见书本P4第7页第7页第一节测量与误差第8页第8页一.测量1.测量含义2.测量分类第9页第9页1. 测量含义第10页第10页1. 测量含义测量就是把待测物理量与作为计量单位同类已知量相比较，找出被测量是单位多少倍过程。测量要素：对象，单位，办法，准确度。倍数 读数+单位数据 第11页第11页2. 测

3、量分类按办法分类：按条件分类：直接测量间接测量 等精度测量非等精度测量第12页第12页二. 误差1. 绝对误差与相对误差3误差分类4误差几种基本概念2误差起源第13页第13页1. 绝对误差与相对误差.绝对误差任何一个物理量在一定条件下都存在着一个客观值，这个客观值称为真值。真值:N（误差）=Ni（测量值）N（真值）第14页第14页1. 绝对误差与相对误差.绝对误差 测量重力加速度例：单摆:修正值=真值-测量值= -误差第15页第15页.相对误差例：Eg /g当地100%0.01/9.792100%0.1%第16页第16页 2. 误差起源.仪器误差第17页第17页.仪器误差 2. 误差起源 .办

4、法误差第18页第18页电流表外接电流表内接第19页第19页.仪器误差 2. 误差起源 .办法误差.环境误差.人员误差第20页第20页.系统误差3. 误差分类螺旋测微计测小球直径例：拟定性特点：第21页第21页.系统误差3. 误差分类特点：拟定性螺旋测微计测小球直径例：电压表测电压第22页第22页第23页第23页.偶然误差随机性螺旋测微器测钢丝直径例：特点：第24页第24页偶然误差分布三个性质：1.单峰性2.有界性3.对称性4.抵偿性第25页第25页系统然误差与偶然误差关系偶然误差随机性可通过多次测量来减小系统误差拟定性可用特定办法来消除第26页第26页 ：精密度与正确度综合 反应 ：试验结果与

5、真值符合 程度 ：重复测量数据互相分散 程度准确度准确度准确度准确度准确度正确度正确度正确度正确度正确度精密度精密度精密度精密度精密度4. 误差几种基本概念系统误差偶然误差. . . 第27页第27页图(A)图(B)图 (C)精密度高正确度低精密度低正确度高准确度高第28页第28页 一 测量含义，要素，分类 二 绝对误差，相对误差，修正值 三 误差起源，误差分类, 精度本章小结第29页第29页直接测量偶然误差预计第二节第30页第30页一、用算术平均值表示测量结果任一次测量误差：（近真值）（偏差）m次：N1，N2，Ni，Nm（m ）第31页第31页二、误差预计原则偏差（贝塞尔公式）多次测量中任意

6、一次测量原则偏差算术平均值原则偏差高斯分布第32页第32页用原则米尺测某一物体长度共10次，其数据下列：试计算算术平均值某次测量值原则偏差S算术平均值原则偏差例:第33页第33页解：第34页第34页在 范围内 p=99.7% 真值落在 内置信度也是68.3%三、置信概率和置信限对于不同置信限，真值被包含概率P不同。在 范围内 p=95.4% 只是一个通过数理统计估算值，表示真值一定概率被包括在 范围内，可算出这个概率是68.3%。称之为置信概率或置信度。 是一个误差范围，称为“误差限”或“置信限”第35页第35页四、坏值剔除2.拉依达准则但凡误差 数据为坏值，应当删除，平均值N和误差S应剔除坏

7、值后重新计算。注意：拉依达准则是建立在 条件下，当n较少时，3S判据并不可靠，尤其是 时更是如此。1.极限误差3S:极限误差测量数据在 范围内概率为99.7%第36页第36页对某一长度L测量11次，其数据下列：试用拉依达准则剔除坏值。解：当数据为11个时能够用拉依达准则剔除例：=20.33 10.72= 9.613S第37页第37页五、间接测量数据讨论见P9第38页第38页对于不同类型仪器，仪器误差分析讨论方法也不同。六、单次直接测量数据分析讨论 对于有些物理量只能靠单次测量取得结果，或者有测量多次结果同样。我们说过，任何测量都存在误差，那么此时只能阐明用以测量该物理量仪器精度不够，不能反应出

8、测量真实情况，必须对仪器进行分析讨论。1、仪器精度：反应测量读数可靠程度，普通为仪器最小分度值。2、仪器误差：正确使用仪器时，产生最大误差电表类：有等级、量程仪器：游标卡尺类：螺旋测微计（千分尺）：A.示值误差第39页第39页把最小分度值均分成10等份进行估读把最小分度值均分成5等份进行估读把最小分度值均分成2等份进行估读普通估读为0、1、.9个1/10单位普通用于最小分度值为5时普通用于刻度较窄、指针较宽且有摆动总而言之，连续读数仪器B.连续读数式仪器（在读数时需要估读）1/10估读：1/5估读：1/2估读：C.非连续读数式仪器（数字式仪器）第40页第40页表示测量结果好坏。在结果表示中，它

9、取位原则仍是：可取12位，但尾数只进不舍、宁大勿小。 七、测量结果误差描述1、绝对误差：表示测量结果偏离真值大小和方向。在结果表示中，它取位原则是：可取12位，但尾数只进不舍、宁大勿小。2、相对误差：单次测量多次测量对于多次测量绝对误差 应与用于测量仪器 作比较，取大者。3、表述方式：注 意绝对误差取位决定测量值取位，测量值取位原则：四舍六入五凑偶 。第41页第41页用长度为mm钢卷尺单次测量讲桌长L为120.01cm，表示该测量结果。由于是单次测量，测量结果绝对误差就是钢卷尺仪器误差：解：结果表示为：或例1：第42页第42页解：42.3242.3442.3542.3442.3342.3742

10、.3442.3342.350.0200.0100.010.0300.010.01用米尺测量某物体9次，表示该测量结果。或例2：结果：第43页第43页 第三节 试验不拟定度第44页第44页 由于误差存在而被测量值不能拟定程度，是被测量真值在某个量值范围内评估。一、不拟定度概念：误差以一定概率被包括在量值范围 中真值以一定概率被包括在量值范围 中不拟定度用表示第45页第45页二、不拟定度分类A类不拟定度S：B类不拟定度u：能够通过统计办法来计算(如偶然误差)不能用统计办法只能用其它办法估算(如仪器误差)第46页第46页A类第47页第47页B类第48页第48页B类第49页第49页三、直接测量不拟定度

11、计算1)A类不拟定度计算：贝塞尔法Ni不拟定度N不拟定度第50页第50页2)B类不拟定度预计:.预计办法预计法第51页第51页A.由仪器准确度表示.仪器误差 拟定：第52页第52页A.由仪器准确度表示B.由仪器准确度级别来计算.仪器误差 拟定：电流表（0.5级）第53页第53页第54页第54页B.由仪器准确度等级计算电压表（0.1级）电流表（0.5级）第55页第55页B.由仪器准确度等级计算电压表（0.1级）电流表（0.5级）第56页第56页A.由仪器准确度表示B.由仪器准确度级别来计算C.未给出仪器误差时连续可读仪器非连续可读仪器.仪器误差 拟定：最小分度二分之一最小分度第57页第57页第5

12、8页第58页米尺：最小分度为1mmC.未给出仪器误差时连续可读仪器读数显微镜：最小分度为0.01mm第59页第59页数字秒表:最小分度=0.01sC.未给出仪器误差时非连续可读仪器第60页第60页数字秒表:最小分度=0.01s20分度游标卡尺：最小分度=0.05mmC.未给出仪器误差时非连续可读仪器第61页第61页A类不拟定度分量B类不拟定度分量3) 合成不拟定度第62页第62页用50分度游标卡尺测一圆环宽度，其数据下列：由于是多次测量，存在A类不拟定度：任何直接测量都存在B类不拟定度：合成不拟定度:例：m=15.272;15.276;15.268;15.274;15.270;15.274;1

13、5.268; 15.274;15.272cm .求合成不拟定度。解：第63页第63页四、不拟定度传递公式设N为待测物理量，X、Y、Z为直接测量量1.间接测量不拟定度由传递公式计算N=X+YZN=XY/Z第64页第64页五、测量结果表示式：第65页第65页例：依据公式测量铜圆柱体密度。已知：M=45.0380.004(g), D=1.24200.0004(cm),H=4.1830.003(cm). 试评估 不拟定度 .解： 1.计算测量值2.先计算相对不拟定度第66页第66页3.求 不拟定度4.测量结果表示：第67页第67页已测得矩形宽、长结果分别是 求周长L=？解： 例：第68页第68页测边长

14、 立方体体积V，要求 ，问用下列哪种游标卡尺最恰当？(1)10分度解：由条件:则：得：例：(2)20分度(3)50分度又:故适当仪器为50分度游标卡尺（ ）第69页第69页本章小结 一.不拟定度概念 二.不拟定度分类 三.不拟定度计算 四.合成不拟定度 五.不拟定度传递第70页第70页第四节 有效数字及运算法则第71页第71页一、有效数字普通概念例：用米尺测量物体长度 L1= L2=3.4 3.45 6 5 6 3.4 3.4第72页第72页定义：在测量结果数字表示中，由若干位可靠数字加一位可疑数字，便构成了有效数字。上述例子中测量结果均为三位有效数字一、有效数字普通概念第73页第73页二、有

15、效数字位数拟定1.关于“0”有效问题.当“0”在数字中间或末尾时有效如：、等中0都有效。注意：不能在数字末尾随便加“0”或减“0”数学上：物理上：第74页第74页1.关于“0”有效问题.小数点前面“0”和紧接小数点后面“0”不算作有效数字如：0.0123dm、0.123cm、0.00123m均是3位有效数字。注意：进行单位换算时，有效数字位数不变。第75页第75页2.数值科学记数法数据过大或过小时，能够用科学表示式。某电阻值为0（欧姆），保留三位有效数字时写成 2.00104又如数据为0.0000325m，使用科学记数法写成3.2510-5m第76页第76页3.有效数字与仪器关系有效数字位数

16、测量值本身大小、仪器准确度 20分度游标卡尺 L=2.525cm （四位有效数字） 螺旋测微计 L=2.5153cm （五位有效数字）米尺 L=2.52cm （三位有效数字）第77页第77页三、直接测量有效数字拟定 如何读数（1）用米尺测长度例：读数普通规则： 读至仪器误差所在位置第78页第78页当物体长度在24与25之间时， 读数为24.*当读数正好为24时读数为24.0被测物体第79页第79页三、直接测量有效数字拟定 如何读数（1）用米尺测长度例：（2）用0.1级量程为100mA电流表测电流 读数普通规则： 读至仪器误差所在位置第80页第80页仪= 100mA0.1% = 0.1mA指针在

17、82mA与83mA之间：读为82.* mA指针正好在82mA上：读为82.0mA对于0.1级表：第81页第81页仪=100mA1.0%=1mA对于1.0级表指针在82mA与84mA之间： 可读为82mA、83mA或84mA指针正好在82mA上：读为82mA第82页第82页四、间接测量量有效数字确实定 有效数字运算法则1.加减法第83页第83页例1：其中：试拟定N有效数字。解：（1）求出N不拟定度（2）（3）用误差（预计误差范围不拟定度）决定 结果有效数字第84页第84页例 262 . 5 + 1. 234 = 63 . 7 62.5+ 1.23463.734结果为 63.7第85页第85页四、

18、间接测量量有效数字确实定 有效数字运算法则1.加减法加减法运算后有效数字，取到参与运算各数中 最靠前出现可疑数那一位。运算规则：第86页第86页例 19.68 - 5.848 = 13.83 19.68- 5.848 13.832结果为 13.83第87页第87页四、间接测量量有效数字确实定 有效数字运算法则1.加减法2.乘除法第88页第88页例4：其中：试拟定N有效数字。解：（2）计算不拟定度（1）先计算N（3）依据误差（不拟定度）决定有效数字，有：第89页第89页例 53.21 6.5 = 21 3.21 6.51605结果为 21192620.865第90页第90页四、间接测量量有效数字

19、确实定 有效数字运算法则1.加减法2.乘除法乘除运算后结果有效数字普通以参与运算各数中有效数字位数至少为准。运算规则:第91页第91页例62121.843=0.96_结果为 0.96_第92页第92页四、间接测量量有效数字确实定 有效数字运算法则1.加减法2.乘除法3.乘方与开方第93页第93页结果有效数字与其底或被开方数有效数字位数相同。如：错误正确运算规则：1002=100102100=10.049 = 7.049 = 74.02=164.02=16.0第94页第94页四、间接测量量有效数字确实定 有效数字运算法则1.加减法2.乘除法3.乘方与开方4.函数运算第95页第95页(1)对数函数

20、lgx尾数与x位数相同例 7 lg 1.983 = 0.297322714 0.2973第96页第96页 (2)指数函数10 x或ex位数和x小数点后位数相同（包括紧接小数点后面0）例 8106.25=1778279.41 1.8106100.0035=1.00809611.008第97页第97页四、间接测量量有效数字确实定 有效数字运算法则1.加减法2.乘除法3.乘方与开方4.函数运算5.自然数与常量第98页第98页自然数不是测量值，不存在误差， 故有效数字是无穷位。 常数、e等位数可与参与运算 量中有效数字位数至少位数相同 或多取一位。如在D=2R中，2不是一位有效数字，而是无穷位例 10

21、L=2R 其中R=2.3510-2m就应取3.14(或3.142)即L=23.1422.3510-2=0.148(m)第99页第99页综合运算举例 50.00 ( 18.30 16.3 ) ( 103 3.0 ) ( 1.00 + 0.001 )= 50.00 2.0 100 1.00= 1.0102 100 = 1.0第100页第100页 10.02 lg100.0 27.3211 27.31 35= 100 2.0000 0.012104 35=2104 35第101页第101页本章小结 一.有效数字概念 二.直接测量时有效数字运算 三.有效数字运算规则第102页第102页第五节 惯用办法

22、数 据 处 理第103页第103页1.列表法3.逐差法4.最小二乘法2.作图法第104页第104页例：通过测量温度t和在温度t下铜电阻Rt来测量铜电阻温度系数，得到t与Rt数据列表下列：表中数据均为有效数字一、列表法第105页第105页一、列表法要求：要把原始数据和必要 运算过程中中间结果 引入表中。必须标明个符号所代表 物理量意义，并写 明单位。表中数据要正确地反 映测量结果有效数字。第106页第106页作图法第107页第107页1.作图规则作图一定要用坐标纸，测量数据中可靠数字在图上也应是可靠，即图纸上一小格相应数据中可靠数字最后一位，而误差位在小格之间预计。第108页第108页1.作图规

23、则 标明坐标轴和图名第109页第109页1.作图规则 标点第110页第110页2.作图规则 连线第111页第111页3.作图举例例：直角坐标举例。测得铜电阻与温度相应一组数据如表所表示，试用直角坐标作图表示出电阻与温度函数关系。第112页第112页第113页第113页在图中任选两点 和 ，将两点代入式中可得：最后，得到电阻随温度改变关系为：由于有x=0坐标点，故第114页第114页 2.用电势差计校准量程为1mV毫伏表，测量数据下列（表中单位均为mV）。在如图所表示坐标中画出毫伏表校准曲线，并对毫伏表定级别。 毫伏表读数0.1000.2000.3000.4000.500 电势差计读数0.105

24、00.21500.31300.40700.5100 修正值U0.0050.0150.0130.0070.0100.6000.7000.8000.9001.0000.60300.69700.78500.89201.00700.003-0.003-0.015-0.0080.007 毫伏表读数 电势差计读数 修正值U第115页第115页第116页第116页毫伏表级别为：为1.5级表第117页第117页三、逐差法1.逐差法含义 把试验测量数量（因变量）进行逐项相减或依顺序分为两组实行相应项测量数据相减之差作因变量多次测量值。然后求出最佳值算术平均值处理数据办法。第118页第118页例：伏安法测电阻,试

25、用逐差法求出电流I最佳值并算出电阻R第119页第119页.若按逐项相减，则有解：依据伏安公式第120页第120页.若按顺序分为两组（15为一组，610为一组）实行相应项相减，其结果如表：能够利用这种分组法计算因变量 平均值依据欧姆定律得第121页第121页2.相关逐差法几点阐明使用条件： 自变量等间隔改变（对一次逐差必须 是线性关系，不然先进行曲线改直）用数据进行直线拟合（一次逐差） 长处： 充足利用测量数据（取平均效果）作用： 验证函数是否线性关系（一次逐差）第122页第122页四、最小二乘法近性计算法比较：作图法： 直观、简便。但主观随意性大（粗略）逐差法： 粗略近似计算办法（要满足一定条

26、件）回归分析法： 最准确计算办法第123页第123页1.回归分析法定义：由数理统计办法处理数据，通过计算拟定其函数关系办法。环节：1.推断函数形式（回归方程）2.由试验数据拟定参数a、b、 c等最佳值。3.依据试验数据检查函数关系 是否合理。y=aebx+c (指数关系）如 y=a+bx (线性关系）第124页第124页2.用最小二乘法进行一元线性回归（1）最小二乘法原理给定函数关系为 y = a + bx最小乘数a和b值是能使各次测量值误差平方和为最小那个值。数学表示式为：第125页第125页（2）一元线性回归（直线拟合）函数形式（1）试验数据为由于x和y测量存在误差，将代入（1）式，等式两

27、边并不相等。等式两端差值用表示，则.第126页第126页按最小二乘法原理，a、b最佳值应满足：（2）由于 最小，（2）式对a和b求偏导应为0。整理后得（3）第127页第127页由于代入（3）式有：第128页第128页（3）相关系数r相关系数：定量描述x、y变量之间线性相关程度好坏式中r0 拟合曲线斜率为正r0 斜率为负r=0 则x和y无线性关系第129页第129页（4）举例还是以铜电阻温度关系为例，测得一组数据如表所表示。已知Rt和t函数关系为Rt=a+bt，试用最小二乘法求出a、b。第130页第130页解：假如把数据代入计算公式中就可得到值为0.999。阐明它们线性关系良好。第131页第131页本章小结 列表法 作图法 逐差法 最小二乘法第132页第132页第 六节 物理试验基本测量办法第133页第133页一、比较法：1、直接比较法 2、间接比较法二、放大法：1、积累放大法 2、螺旋放大法 3、 光学放大法 4、电子学放大三、转换法：1、参量换测法 2、能量换测法四、补偿法： 五、模拟法： 1、物理模拟 2、数学模拟 3、计算机模拟第134页第134页第七节 试验设计基础第135页第135页包括测量详细办法：如伏安法测电阻中选择电流表是内接还是外接。设计性试验基本设计原则和办法一、测量方案选择二、分析系统误差并消除（减小）如伏