大学物理实验绪论160228林培豪

大学物理实验绪论桂林电子科技大学物理实验中心2016年3月本学期实验安排本学期做八个实验（含绪论），进行大循环，如图所示。实验名称及地点（尧山11号教学楼）实验序号实验名称实验地点实验一4.5非线性电学元件伏安特性的测量11教C301实验二4.10数字存储示波器的原理与使用11教A304实验三4.12三棱镜顶角的测量11教A302实验四4.4变阻器的调节特性与应用11教C203

实验五4.3三线摆测刚体的转动惯量11教C101

实验名称及地点（尧山11号教学楼）

实验序号

实验名称

实验地点

实验六4.11光路调整和透镜参数的测量11教C103

实验七

4.6直流电桥测电阻11教C201

实验八

4.8静电场的模拟11教A104

实验九

4.2拉伸法测定金属丝的杨氏弹性模量11教C303

实验十

4.7电表的改装与校准11教A204实验十一4.1磁阻尼和动摩擦系数的测量11教A102一、测量与有效数字二、误差与不确定度三、数据处理的基本方法四、物理实验环节与规定授课内容测量的定义有效数字的读取数值修约规则有效数字的运算规则一、测量与有效数字测量的定义将被测物理量与选作标准单位的同类物理量进行比较的过程，其比较值即为测量值。110cm(1)直接测量hdM(2)间接测量测量的分类

测量值

=读数值(有效数字)+单位有效数字

=（多位）可靠数字＋（一位）可疑数字测量值的构成

L=3.23cm012334

最小单位为mm0是不是有效数字非零之后所有的0都是有效数字。记录数据时错误的做法：

显示频率：f＝50.00Hz

记录数据：f＝50Hz1、分度式（刻度式）仪器

如米尺、温度计等分度值1mm

01234

L=3.23cm

三位三类仪器的读数方法读法：读到一位可疑位2、定步长仪器如游标卡尺1格＝0.02mm读法：主尺上读的毫米数+游标尺上的度数×

最小步长数L=13+11×0.02=13+0.22=13.22mm3、等级仪器如电压表、电流表等指针位置：10.1格读法：读数的最后1位数与仪表的Δ仪对齐

（Δ仪=量程×等级%）有效数字中的基本问题1、有效数字位数越多，测量精度越高物理量：

米尺：L=5.2mm游标卡尺：L=5.22mm千

分

尺：L=5.221mm2、物理量与数学量不相等（0的意义）数学量：

4、科学记数法3、有效数字位数与单位、小数点位置无关6、不确定度约定取一位有效数字，在取舍时“只入不舍”。5、测量结果的表示中，尾数要对齐8、常量有无穷多位有效数字（例如下面公式中的π）7、相对不确定度保留1-2位四舍五入四舍六入五凑偶数值修约规则（舍入规则）1）1.11840000→1.1182）1.11860000→1.1193）1.11859999→1.119

1.11850001→1.119

4）1.11750000→1.1181.11850000→1.118

数值修约举例(要求保留四位有效数字)只保留一位欠准确数字（1）加减运算有效数字运算规则9.2931239.416-加减结果的有效数字末位应与参与运算各数据中误差最大的末位对齐3.35（2）乘除运算1.1111×1.111111111111+111111.2333215位3位3位1.23乘除结果的有效数字位数和参与运算各数中有效数字位数最少的相同（3）乘方、立方、开方运算有效数字位数与底数的相同（4）函数运算根据间接不确定度的方法来确定。（5）常数不参与有效数字运算误差的定义系统误差随机误差不确定度误差与不确定度误差：测量值与真值间的差异。任何测量值都有误差！绝对误差：相对误差:误差的定义随机误差随机性可通过多次测量来减小但不能消除系统误差确定性可用特殊的方法来消除误差的分类在相同条件下多次测量同一物理量，误差的绝对值和符号保持恒定或按确定规律变化的误差。

产生的原因:

①仪器固有缺陷;②实验理论近似或方法不完善；系统误差已定系统误差必须修正如：电表、游标卡尺及螺旋测微器的零点误差。产生的原因:实验条件和环境因素无规则的起伏变化。在相同条件下多次测量同一物理量，误差的绝对值和符号以不可预知方式变化的误差。随机误差残差（偏差）：绝对误差：算术平均值(实验中可作为真值)算术平均值有限次测量的标准偏差测量含有误差，如何表达含有误差的实验结果呢？为了估计测量结果的可靠程度，把测量结果写成如下形式：不确定度的定义误差与不确定度区别误差：与真值之差，可正、可负。不确定度：表示误差可能存在的范围，大于零的数。绝对不确定度相对不确定度不确定度分量A类分量不确定度分量

B类分量A类分量（多次测量的结果）测量次数5-10时B类分量实验中一般取：1、准确度等级仪器（如：电阻箱、电表等电学仪器）常用仪器的不确定度（课本18页）2、刻度式仪器（如螺旋测微器、物理天平、直尺等可估读的仪器）3、步长变化的仪器（带游标类仪器）4、数字式仪器常用仪器的不确定度“方、和、根”方法合成

总不确定度的合成测量结果的表示ïîïíì×D=D±=位保留尾数对齐单位2-1

%100

)(xExxxxx间接测量不确定度的计算

和差形式:设待测量与各直接测量之间有函数关系：待测量的不确定度与各直接测量量的不确定度的关系为：积商形式:数据处理的基本方法列表法作图法逐差法最小二乘法表1

不同温度下的金属电阻值n1234567t(C)10.526.038.351.062.875.585.7R()10.42310.89211.20111.58612.02512.34412.670物理量的名称(符号)和单位有效数字列表法作图法形象、直观地显示出物理量间的函数关系，也可用来求某些参数。作图时要先整理出数据表格，并用坐标纸或计算机进行绘图。作图法表2伏安法测电阻实验数据U(V)0.741.522.333.083.66I(mA)2.004.016.228.209.75U(V)4.495.245.986.767.50I(mA)12.0013.9915.9218.0020.013、标实验点用符号（△，★，＊）描绘散点，并用不同符号反应不同曲线。

2、标明坐标轴名称或符号、单位,及整分格上的量值。4、连成图线连成折线，光滑直线、或曲线。I(mA)U(V)8.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.0002.004.006.008.0010.001.003.005.007.009.001、选择坐标分度值，确定坐标纸大小

1格基本反映精密度；U轴0.20V/格，I轴0.40mA/格。5、标出图线特征标明实验条件或从图上得出的某些参数I(mA)U(V)8.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.0002.004.006.008.0010.001.003.005.007.009.00电阻伏安特性曲线6、标出图名图的名称、作者。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作者：**计算机作图砝码质量(Kg)1.0002.0003.0004.0005.0006.0007.0008.000弹簧伸长位置(cm)x1x2x3x4x5x6x7x8逐差法表4拉伸法测量杨氏模量求每增加1Kg钢丝的平均伸长量？逐项逐差法分组逐差法第二组x5x6x7x8第一组x1x2x3x4四、物理实验环节与规定物理实验的三个环节物理实验的要求预习：撰写预习报告。撰写≠抄写

应该是阅读教材后的归纳和总结。实验：实际操作与测量物理量。安装和调节仪器，观察和分析实验现象，解决实验难题，正确的读取和记录实验数据。

总结：整理实验结果。计算数据、分析数据、总结。

实验的三个环节一、实验目的：二、实验仪器三、实验原理：1.基本知识点2.关键原理图3.关键的公式四、设计数据记录的表格注意：不超过3页报告纸预习报告1、组装实验仪器2、调节仪器，观察现象3、记录实验数据注意：原始数据要老师签字后，整理好仪器、桌椅，才可以离开实验室实验操作1、整理、计算实验数据2、分析实验结果3、对实验进行总结注意：用空白页进行总结报告实验报告实验报告内容为：①实验名称，实验目的；②原理简述（原理图、电路图或光路图，以及主要计算公式等）；③主要实验仪器设备；④实验内容、步骤；⑤实验数据表格、数据处理计算主要过程、作图及实验结果和结论，附上原始数据；⑥实验现象分析、误差评估、小结和讨论。报告举例课号-组号-序号082577-2-13预习部分实验部分原始数据教师签字总结部分数据处理分析与总结物理实验成绩评定方法及评分标准：

1、实验项目必须完成（包括预习、操作和实验报告），不然该实验成绩计为零分；2、本学期的实验成绩由平时成绩与考核成绩组成；3、每次实验成绩，按满分10分进行评分，其中预习2分，操作、报告、总结等总计8分，具体分配按实验而定；4、预习马虎、缺项（见预习要求）者视情况扣