大物实验第一节测量与误差

欢迎同学们走进物理实验课堂主讲教师：李业凤大学物理实验绪论邮箱：phycoll@电话程的基本要求1.能够自行完成预习、进行实验和数据处理2.能够调整实验装置，基本掌握常用的操作技术3.了解物理实验中常用的实验方法和测量方法4.能够进行常用物理量的一般测量5.了解常用仪器的性能，并学会使用方法基本教学程序1.实验前的预习2.实验中的观测3.实验后的报告教材：《结构化大学物理实验》高等教育出版社出版第二版），是十一五规划教材，按模块安排实验内容。第一章理论部分必须学好，后面是实验。学习指导书：是一本必看的实验指导书，内容、步骤、数据表格、数据处理公式尽在其中。下载地点：学校教务处和物理电子学院旧版网站。说明：第一次绪论课后班长和学习委员去领取“每人坐标纸2张和实验报告纸

10张”，地点：实验楼一楼A101室。物理实验课教材、指导书物理实验课基本情况1.总学时数：64，4学分，《大学物理实验》32学时、2学分和《大学物理实验II》32学时、2学分2.上课次数：《实验》理论课2次+实验课7次，《实验Ⅱ》实验课7次+操作考试1次3.理论课考试：学校统一安排在半期考试，具体时间、地点注意关注教务处网站；范围教材第一章4.实验课大二学年第一学期《实验》开课，第二学期《实验Ⅱ》开课5.《实验》成绩构成：理论考试成绩（40%）+平时实验累计成绩/7（60%），满分100分6.课程结课时，课程成绩不及格时，视具体情况参加补考；补考后仍不及格的，须重新学习。每学期开学第一周注意关注学校教务处网站信息。大学物理实验理论考试考试形式：90分钟闭卷笔试；考题类型：填空题、选择题、应用题包括作图题及计算题，（参见以往考题）考试范围：教材第一章的以下内容：1、以下内容要求全部掌握：测量、误差、不确定度、有效数字和数据处理中的列表法。2、作图法要求掌握作图法的作用与优点、作图规则、平滑曲线、校正曲线、直线拟合。3、最小二乘法要求能根据公式（1.4-9）和（1.4-10求解斜率b和截距a，要求有求解过程并注明单位。公式不要求背但会用，相关系数r、a和b的不确定度不要求掌握。1、课程安排:分单、双周班上课，每次一个实验内容，教师固定，分五个时段：

2段：10:20-13:02，3段：13:20-16:02

，

4段：16:20-19:02，5段：19:30-22:12

。2、第2周周六周日上绪论课，上午9:00-11:33，下午14:30-17:03，第3周上实验课，第17周结课。3、E循环班上课时间段：周二4、5段、周三4、5段4、实验内容和地点：科研楼（实验楼）2号楼一楼，A121（示波器），A204（伏安特性），A206（牛顿环），A104（偏振光），A108+A107（杨氏模量），A116+A118（全息照相)，A119(霍尔效应），共7个实验。物理实验课时间、地点第一次上实验课1、第一次做实验应提前15分钟到达指定实验室按座号做好准备上课，带上该次实验的预习报告并放在桌面方便教师检查。2、每次实验都应带齐《大学物理实验》教材、、实验报告纸、坐标纸、钢笔、绘图铅笔（最好是0.3-0.5mm的自动铅笔）、直尺、科学计算器。3、实验指导书（实验桌上备有，不准带走）。关于迟到和考勤1、迟到：不管以任何理由迟到，上课教师会记录并影响该实验的平时课程成绩。迟到半小时及以上本次实验取消，需在同一老师上课时间同一内容补做。

2、考勤：学生进入实验室坐到规定编号的座位上等待上课，老师考勤；做完实验数据必须经老师检查签字后再回到座位整理好实验仪器才能离开实验室。关于实验报告和成绩1、每次实验的成绩分成三部分，即预习20分、操作40分、实验报告40分（平均成绩一般为17分、32分、32分）。2、预习部分应完成以下八个内容：一、实验室名称（实验室房间号）；二、实验名称；三、实验原理（参考教材）；四、实验目的；五、实验内容；六、实验器材（设备、元器件）；七、实验步骤及操作；八、实验数据表格。预习部分必须至少绘一个原理图或接线图等。上课时老师须检查预习报告并签字。特别说明：预习请同学们参考电子档指导书写，要写到实验数据记录表格处，不论自拟或指导书给出的表格都要画好备用。

3、操作部分应完成实验步骤及操作的补存；记录所用仪器的编号、温度等环境参数；在相关表格记录全部测量值，实验数据经老师签字认可后有效，数据有误需重测。

4、数据处理部分应完成：实验数据计算及结果分析；实验结论和总结。

5、学生须在做完实验后下周二或周三4段和5段上课时间由班长或学习委员收齐按内容、组号、学号顺序排好交到任课教师处，看指导书循环课表找房间。

6、报告阅后下次上课时课堂发报告，若有疑问及时与老师交流。

7、关于附加分：实验中心有统一规定。大学物理实验课是所有的、大量的、复杂的测量的基础

是其他实验课的基础课程

理科、工科、医科等各专业普遍要做物理实验。

理论：测量、误差、不确定度、有效数字、数据处理。大学物理实验课内容实验：共20多个实验、符合我校特点、基础、光电、传感器、自动化。 第一节测量与误差2005年田径世锦赛男子110米栏重温0.01秒的差距（法国选手杜库雷）刘翔12秒91第一枚田径金牌2004年8月27日雅典奥运会复杂、有趣的测量覆盖了人类生产生活的方方面面复杂、有趣的测量覆盖了人类生产生活的方方面面8月6日，博尔特在2012伦敦奥运男子100米决赛中，以9秒63的成绩打破奥运会纪录夺得冠军2006年7月11日刘翔瑞士洛桑12秒882008年6月13日罗伯斯捷克俄斯特拉发12秒87破110米栏世界纪录2012年9月7日，美国梅里特国际田联钻石联赛布鲁塞尔站12秒80的成绩夺冠，又破110米栏世界纪录汽车制造、维修一.测量2.测量的分类1.测量的含义1.

测量的含义测量就是把待测物理量与作为计量单位的同类已知量相比较，找出待测物理量是单位多少倍的过程。￭测量的四要素：

对象、单位、方法、准确度倍数→读数+单位→数据

2.测量的分类按获得数据方法分类：按测量条件分类：直接测量间接测量等精度测量非等精度测量1.直接测量：直接由仪器标尺（刻度）读数而获得被测量的值的测量.如卡尺、秒表、天平等.2.间接测量：通过方法或找到待测量与某些直接测量量之间的函数关系（公式）而得到被测量的大小.如计算圆柱体积.3.等精度测量与非等精度测量：在测量过程中，影响测量结果的各种条件不发生改变（多次）测量叫等精度测量，反之则称为非等精度测量.二.误差1．绝对误差与相对误差２．误差来源３．误差的分类４．误差的几个基本概念真值：任何一个物理量在某一时刻和某一位置或某一状态下，都存在一个客观值，这个客观值称为真值.1.绝对误差与相对误差①.绝对误差绝对误差就是测量值对真值的绝对偏离的差异，既有大小，也有方向（正负）和单位.误差：测量值与真值之间总存在差异，这个差异就称为误差.1.绝对误差与相对误差①.绝对误差单摆:

测量重力加速度单摆:例：单摆:单摆:1.绝对误差与相对误差①.绝对误差单摆:三线摆:1.绝对误差与相对误差①.绝对误差测量重力加速度例：三线摆:三线摆:三线摆:三线摆:单摆:1.绝对误差与相对误差①.绝对误差测量重力加速度例：气垫导轨：气垫导轨：气垫导轨：单摆:三线摆:气垫导轨:1.绝对误差与相对误差①.绝对误差测量重力加速度例：单摆:三线摆:修正值：即：例：注意：从误差与修正值的定义可知，误差与修正值只差一个符号.单摆：三线摆:气垫导轨:②.相对误差例：

2.误差来源①.仪器误差由于仪器本身的不完善或调整使用不当，提供的标准欠准或随时间的不稳定性等产生的误差.天平测质量砝码准确性标尺刻度准确性天平的不等臂天平的变动性①.仪器误差

2.误差来源

②.方法误差由于实验方法和理论的不完善或测量所依据的公式的近似性而导致的误差.电流表外接电流表内接①.仪器误差

2.误差来源

②.方法误差③.环境误差由于各种环境因素如温度、光照等与要求的环境标准不一致及其在空间上的梯度随时间变化，引起测量仪器的量值变化，机构失灵、相互位置改变而产生的误差.①.仪器误差

2.误差来源

②.方法误差③.环境误差④.人员误差由于每个测量者生理上（如眼睛的分辨率）、反应速度和固有习惯不一致而引起的误差以及读测量数据时的估读误差.总结：一般仪器出厂前后三者误差作为综合因素考虑，一般合入仪器误差，测量者按照要求进行实验，测量时主要考虑仪器误差和部分人员误差就可以了.估读误差：测量者对被测对象的起点和终点与仪器比对测量的判断误差。①.系统误差3.误差的分类特点：确定性，不可能通过多次测量来减小或消除误差。例：电压表测电压螺旋测微计测小球直径在同一条件下多次测量同一量时，误差的绝对值和符号保持不变，或在改变条件下，按某一确定的规律变化的误差。按误差性质分类:系统和偶然误差①.系统误差3.误差的分类螺旋测微计测小球直径例：确定性特点：随机性，多次测量可以减少。螺旋测微器测钢丝直径例：特点：②.偶然误差在同一条件下对同一物理量进行多次测量并极力消除或修正一切明显的系统误差之后，每次测量结果还会出现无规律的随机变化，其误差时大时小，时正时负，不可预测，但总体来说又服从一定的统计规律。注意：

所有偶然误差都是随机误差，但随机误差不全是偶然误差，也包含部分系统误差。系统误差与偶然误差的关系偶然误差随机性可通过多次测量来减小系统误差确定性可用特定方法来消除实际上对任一个实验两种误差都存在，主要是以谁为主了。如测量仪器灵敏度较低或仪器误差较大时，以系统误差为主，反之，以偶然误差为主。精密度与正确度的综合反映

实验结果与真值的符合程度系统误差重复测量数据相互离散的程度偶然误差准确度：正确度：精密度：4.误差的几个基本概念①.③.②.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直接测量偶然误差的估计三偶然误差分布的三个性质：1.单峰性:绝对值小的误差出现的概率大.2.有界性:在测量条件一定的情况下,大误差再现的概率小,且不超过一定的界限.3.对称性:绝对值相等的正负误差出现的概率相同.（一）偶然误差服从统计分布规律0偶然误差的正态分布大多数偶然误差的变化是均匀、微小和随机的。可以证明，其服从的统计规律是正态分布，又称高斯分布

（二）用算术平均值表示测量结果任一次的测量误差：（近真值）（偏差）n次：N1，N2，．．．Ni，．．．Nn（n→∞）用算术平均值代替真值算出的误差称为偏差。（贝塞尔公式）当测量次数n为有限时，多次测量中任意一次测量的标准偏差算术平均值对真值的标准偏差是任一次测量值标准偏差的分之一，即正态分布（高斯分布）（二）误差的估计——标准偏差含义：是表示多次测量中每次测量值的分散程度，小表示每次测量值很接近，反之，则比较分散，它随测量次数n的增加变化很慢。是表示平均值偏离真值的多少，小，接近真值，反之，大，远离真值，随着n的增加，的大小收敛得很快。这也是增加测量次数可以减少偶然误差的一个体现。用标准米尺测某一物体的长度共10次，其数据如下：试计算算术平均值某次测量值的标准偏差S算术平均值的标准偏差例：解：在范围内p=99.7%

真值落在内的置信度也是68.3%（三）置信概率和置信限对于不同的置信限，真值被包含的概率P不同。在