大学物理实验基础课件

1、大学物理实验课程 基础知识（三）1112冬季学期实验测量结果应包括： 测量值、不确定度、单位。测量结果中的几位可靠数字加一位可疑 数字称为有效数字。有效数字可靠数字1位可疑数字。不确定度在结果表示式中只取一位。测量结果的最后一位和不确定度所在 那一位对齐。用米尺、游标卡尺和千分尺测量同一物体的长度， 可以得到不同位数的有效数字，有效数字的位数越多，测量结果越精确。直接测量量的有效位数由被测物理量的大小和测量仪器决定的。间接测量量的有效位数先由运算规则暂定，最后由间接测量量的不确定度所在位确定。例题：已知则：数据处理的基本方法一、列表法1、列表的作用 简单明了，便于看出有关量之间的关 系，便于填

2、写、核对和处理数据。列表法 表1.不同温度下的金属电阻值n123456t(C)10.526.038.351.062.875.5R()10.42310.89211.20111.58612.02512.344物理量的名称(符号)和单位有效数字正确二作图法 （图示法、图解法）1、图示法作物理量间的关系图线。2、图解法由图线求得待测物理量。 作图用铅笔、钢直尺、作图工具作在专用图纸上图纸选择 种类直角坐标纸（毫米方格纸）、对数坐标纸、半对数坐标纸、极坐标纸等。物理实验中常用直角坐标纸。尺寸要能够反映测量数据的全部有效数字。 10 20 （毫米方格纸） 19.5mm坐标轴表示物理量及单位。横轴（自变量）

3、斜面的高度h（cm）。纵轴（应变量）下滑的加速a（cm/s2）。 原点不一定取（0，0），可取比数据中最 小值略小的整齐数。本例可取（1.500、10.00）图示法物体下滑加速度a与斜面高度h的关系标坐标轴、原点 用粗实线画坐标轴，用箭头标轴方向，标明坐标轴的名称或符号、单位。图示法物体下滑加速度a与斜面高度h的关系定比例、标标度比例：每小格（mm）所表示物理量的大小。横轴比例：1mm 0.010cm或0.010cm/mm纵轴比例：1mm 或标度：按顺序标出坐标轴整分度格上的整数值。图纸大小横轴h：1mm0.010 cm 横轴长度 =250mm 纵轴a：1mm0. 10 cm/s2 纵轴长度

4、= = 170mm 图示法物体下滑加速度a与斜面高度h的关系标出实验点、连线标出实验点标测试点：、等标记，不需标出坐标值。同一条图线只能用相同的标记，若同一图中有几条图线应用不同的标记以示区别。连线连成光滑的曲线、直线，连线不一定通过所有的实验点，使实验点均匀分布在曲线的两侧。 图示法2图解法由图线求得待测量常用例：在直线情况下（y=kx+b)由图求（斜率）K，再求某些待测量值： 用作计算的点不能取实验点； 两个计算点尽可能远些（实验范围内）， 以免减少计算结果的有效数字； 在图上标出坐标值； 计算K（有一定位数、单位）； 计算有关物理量。图解法注意图名、比例、作图者、日期图解法原点h( cm

5、 )ah图线 (h1,a1)(h2,a2)(单位) 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U 轴可选1mm对应于0.10V，I 轴可选1mm对应于0.20mA，并可定坐标纸的大小（略大于坐标范围、数据范围） 约为130mm130mm。作图步骤：实验数据列表如下. 表1：伏安法测电阻实验数据作图法处理实验数据2、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、

6、单位,再按顺序标出坐标轴整分格上的量值。I (mA)U (V)8.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.0002.004.006.008.0010.001.003.005.007.009.003、标出实验点，用“ + ”、“ ”、“ ” 符号表示。4、连线：根据标出实验点连成直线或光滑曲线，实验点要均匀分布在所画线的两侧。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：从所绘直线上相距较远处读取两点 A、B 的坐标就可求出 R 值。I (mA)U (V)8.004.0020.0016.0012.0

7、018.0014.0010.006.002.0002.004.006.008.0010.001.003.005.007.009.00标出图名：在图线下方或空白位置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)至此一张图才算完成作图比例：U 轴:1mm0.10V I 轴:1mm0.20mA图名：伏安特性曲线 作图者：xxx由图上A、B两点可得被测电阻R为：不当图例1：应改为：曲线太粗，不均匀，不光滑定容气体压强温度曲线 1.20001.60000.80000.4000图3P(105Pa)t()60.00140.00100.00o120.0080.0040.00

8、20.00图纸使用不当。实际作图时，坐标原点的读数可以不从零开始。定容气体压强温度曲线 1.00001.15001.20001.10001.0500 P(105Pa)50.0090.0070.0020.0080.0060.0040.0030.00t()改正为：（三）逐差法（牛顿环实验）（四）曲线改直 （如PV=C） PV图线是曲线，P 图线是直线。（五）最小二乘法逐差法具体: 测量得到的偶数组数据分成前后2组 将对应项分别相减 最后再求最佳值1 2 3 4 5 6 7 8x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 x8 y1 y2 y3 y4 y5 y6 y7 y8最佳值作图法 简单直观,但随意

9、性大采用逐差法可避免 牛顿环实验习题（p.50）：1、3、5、7、8(1)、(3) 、9、12(1)。作图作业要求做在实验报告纸上。作图使用毫米方格纸。(到F114买方格纸)实验仪器的使用方法游标卡尺结构游标卡尺由主尺和副尺（游标尺）组成。主尺的分度为1mm，游标尺用于读出不足1mm的数值。它有10个分度格、20个分度格、和50个分度格几种。0.02mm主尺游标尺原理游标尺上n个分度格长主尺上（n-1）个分度格长。nb=(n-1)a，（a、b分别为主尺和游标尺的分度格长）， ，称为游标尺的分度值。0.02mm主尺游标尺10分度游标尺，分度值为十分之一毫米 20分度游标尺，分度值为二十分之一毫米

10、 50分度游标尺，分度值为五十分之一毫米 分度值是仪器所标示的最小分划单位。读数方法 先读出主尺的准确刻度值（以游标尺的零刻线为基准），再找出主尺与游标尺对齐的刻线，把此刻线所在的游标值读出，两数值相加后，得出结果。10分度游标卡尺（0.1mm）末位的读数为09游标尺 主尺6 7 61.7mm0312456789020分度游标尺（0.05mm）游标尺0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0主尺 15 16 17152.60 mm末位的读数为0、5读数方法 先读出主尺的准确刻度值（以游标尺的零刻线为基准），再找出主尺与游标尺对齐的刻线，把此刻线所在的游标值读出，两数值相加后，得出结果。读数方法

11、 先读出主尺的准确刻度值（以游标尺的零刻线为基准），再找出主尺与游标尺对齐的刻线，把此刻线所在的游标值读出，两数值相加后，得出结果。61.42mm末位的读数为2、4、6、8、050分度游标尺（0.02mm）主尺游标尺6 7 8 9 10 110 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0对圆形游标，其原理和直形游标相同，读数方法也相同。对圆形游标，其原理和直形游标相同，读数方法也相同。对圆形游标，其原理和直形游标相同，读数方法也相同。螺旋测微器的构造：APFTGHKKA、固定小砧P、可动小砧F 、U型框架G、固定尺H、可动尺K、旋钮（又称微分筒） K微调螺旋测微计（千分尺） 螺旋测微计是比游标尺精

12、度更高的仪器。结构 由微动螺杆、微分筒、棘轮等组成。微分筒转动一周，微动螺杆后退或前进一个螺距。接近待测物时，使用棘轮，以使压力均匀。0450.01mm025mm螺杆微分筒棘轮锁紧手柄微分筒转动一周，微动螺杆后退或前进一个螺距，一个螺距为0.5mm，微分筒一周分为50格，每一小格为0.01mm。仪器误差：0450.01mm025mm螺杆微分筒棘轮锁紧手柄0测量物体前，先转动棘轮，使卡口合拢。转动棘轮卡口合拢卡口合拢时，听到“嗒嗒”声后，读出初读数。0螺旋测微器的读数原理：012固定刻度：每刻度为1毫米可动刻度每转1周，可动小砧就沿轴线直进（或退）0.5毫米，若旋转n个最小分度（包括估读分度），

13、则l=0.01n毫米。45040可动刻度：50等分主尺上的0.5毫米，每等分为0.01毫米测量读数=固定刻度+半刻度+可动刻度（+估读位）半刻度3固定刻度：0是否超过半刻度？不太清楚。看可动刻度：说明已经超过半刻度线0545L= 0 + 0.5 + 0.006 = 0.506 mm螺旋测微器的读数练习：00固定刻度：0是否超过半刻度？不太清楚。可动刻度：49.6说明没有超过半刻度线0545L= 0 + 0 + 0.496 = 0.496 mm螺旋测微器的读数练习：0 1 404535读出下列测量结果：1.40504045357、请你读出下列测量结果：0.9030 0545读出下列测量结果：0.

14、502L0=0.000mm05450初读数：初读数 初读数为负L00.006mm 初读数为正L00.005mm0455004550待测物体长度末读数初读数 L= L末L0045400L10.001mm0.001mm 10.000mm基本调整技术简介零位调整：实验前需要检查及校正仪器的零位水平、铅直调整逐次各半逼近调整共轴调整：分粗调和细调消除视差直流交流常用电表性能标志0.5电表级别（分7个级别）水平型直立型交直流两用表电表等级的含义：等级为1.0的电流表的含义：用该表测出的数值可能包含的最大误差，是该数值所在量程最大数值的如：一个量程为30mA的1.0级电流表，它测得的任一数值上包含的最大可

15、能误差均为：使用电表应注意以下几点：（1）选择合适的量程（2）注意电表的极性（3）电表在电路中的联接（4）注意电表的性能标志（5）注意视差（6）正确读数 电表的读数方法电表一般都为多量程，（实验中用到的C31A、C31V电表的量程为：7.5mA、15mA、30mA、75mA， 3V、7.5V、15V，）其量程可由使用者根据被测量的大小来选择，读数必须换算。电表读数例：在相同量程下测量下列两个量，由于表面示值大小不同，引起的相对误差不同。相对误差小相对误差大 用电表测量物理量时，应适当选择量程，使表面示值尽量大些，一般应在三分之二以上。电流表外接电流表内接电阻箱1000010001001010.

16、1面板图实物图电阻箱的规格： 1.总电阻：即最大电阻（上图99999.9） 2.额定功率：使用电阻箱时，不得超过其额定功率或最大电流。（一般电阻箱的额定功率0.25W) 3.电阻箱的等级：根据其误差的大小分为若干个等级，一般分为0.02，0.05，0.1，0.2等，它表示电阻值相对误差的百分数。例如0.1级当电阻为662 时，其误差为6620.10.7 1000010001001010.1变阻器：变阻器的用途是控制电路中的电流和电压。变阻器的规格：1.全电阻：两固定端间的电阻。2.额定电流：即变阻器所允许 通过的最大电流。 变阻器在电路中有两种用法：制流电路：任何一固定端与滑动端串联接在电路中

17、，另一端 空着不用。分压电路：变阻器的两个固定端分别与电源的两极相联，滑动端和一个固定端联接到用电部分。电学实验的操作规程准备： 根据电路图放置仪器。联线： 从电源正极出发沿主回路按顺序进行， 其次为支路。检查： 自己复查，无误后接通电源。实验： 实验中途调换仪器，改变接线时都要先 切断电源。仪器不正常工作时也要先切断 电源。整理： 数据通过签字后，切断电源后将所有仪器 放回原处，再离开实验室。 实验室常用的光学仪器的主要元件：透镜、反射镜、棱镜、光栅等。常用的助视仪器：目镜、望远镜、显微镜。常用的光源：热辐射光源、气体放电光源、激光光源。光学实验的操作规程使用光学元件时要轻拿、轻放，勿使元件

18、碰撞，避免损坏。任何时候都不能用手触及光学表面。不要对着光学元件说话。光学面有沾污时，不要用手擦试，必要时可用镜头纸轻拭干净。光学仪器中的机械部分，很多都经过精密加工。要根据操作规程操作。每一个实验要求掌握：实验仪器的基本工作原理。实验的过程和现象观察。实验仪器的调整。例题讲解1.不确定度传递公式2.注意：令x-y=A，x+y=B的运算是错误的，因为A、B不是独立变量。3.4用0.5级量程为7.5V的电压表一次测量测得的电压值为7.465V，试用不确定度表示电压的测量结果：解： 例：测得金属垫片的外径 内径 厚度 求金属垫片的体积解： 求垫片体积平均值 推导不确定度合成公式 求相对不确定度 测量结果表示 注意：实验报告上数据处理不要以这种形式出现数据处理：给出公式代入数据计算结果。报告格式与要求预习报告（写专用实验预习报告纸上）实验名称1.测量电路图（光路图）2.原始数据记录表格3.预习思考题注意：做实验时必须有预习报告实验