孟辉-实验绪论20140909

物理实验课程绪论孟辉暨南大学物理系看视频！！！！！！！！！！*加深对一些重要物理概念、物理现象、物理规律的认识*掌握基本物理量的测量方法和实验操作的基本技能*掌握常用的数据处理方法，撰写合格的实验报告*培养严谨求实的实验作风，培养独立分析处理问题的能力物理实验课程的目的*上好物理实验课的三个环节*成绩评定*测量与结果表示

*不确定度

*数据处理的基本方法

上好物理实验课三个主要环节实验预习实验操作实验报告明确实验目的弄懂实验原理了解实验难点实验预习预习报告是实验工作的前期准备，写给自己的，要求简单明了。实验前应清楚本次实验的目的通过何种实验方法测量哪些数据达到实验目的实验目的实验原理，用高度概括的语言给出实验的理论依据、

计算公式及原理图，切勿不加思考地照抄！主要实验步骤数据记录表格，要留有余地。注意：使用学校新版的A3实验报告纸、标准作图纸！

完成预习报告才可进实验室做实验！预习报告内容遵守实验室规则，准时签到，实验前出示预习报告了解实验仪器的使用及注意事项，留意黑板提示老师允许之前，切勿动手！！认真听老师讲解！！仔细观察和认真分析实验现象在实验报告纸上如实记录实验数据和现象，数据记录完整（不能用铅笔记录数据，原始数据不得改动，必须经任课老师审阅签名确认）整理实验仪器和操作台，签离实验操作要求在预习报告基础上继续完成完成实验数据表格、数据处理（包括主要计算过程、作图及实验结果和结论、实验现象分析、误差评估、小结和讨论）、思考题注意：实验报告必须在下次实验开始前，统一交给相应任课教师，迟交最多只能得60分，不交视为自动放弃该实验成绩；教师一周后会将批改后的实验报告发回。妥善保存，学期末要整理装订后统一上交！实验报告成绩评定每次实验按满分100分评分，其中实验预习10分，实验操作50分，实验报告40分。课程总成绩取10个实验成绩平均分。注意：旷课2次、缺实验报告3次，按重修处理！因故缺席，须提前请假（附假条），否则视为旷课！备注：实验不能当堂完成的，可与指导教师协商时间补做，

但该实验成绩会适当削减。测量

，就是用合适的工具或仪器，通过科学的方法，将反映被测对象某些特征的物理量（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，其比值即为被测物理量的测量值。测量的本质：把被测量和标准量进行比较，从而

确定被测量的数值和单位。

直接测量：直接将待测物理量与选定的同类物理量的标准单位相比较直接得到测量如长度、时间、温度

间接测量：利用直接测量量与被测量之间的已知函数关系，求得被测物理量如密度、体积测量的分类*比较测量法*放大测量法*平衡测量法*转换测量法*其它测量法基本测量方法基本测量方法比较测量法直接比较法：如米尺测长度、秒表测时间替代法：如曹冲称象间接比较法：如指针式电表测电流基本测量方法放大测量法机械放大法：如螺旋测微器电学放大法：如电子放大电路的应用光学放大法：如望远镜、显微镜基本测量方法平衡测量法力学平衡法：如天平电学平衡法：如电桥稳态测量法：如热导率的测量基本测量方法转换测量法：利用变换原理将不能或不易测量的物理量转换成能测或易测的物理量，实际上是

间接测量法的引伸和拓展。参数转换：如间接比较法能量转换：声速测量：声压－电压（压电效应）霍尔效应测磁场：磁场－电压（霍尔效应）光电效应：光强－电流（光电效应）基本测量方法其它测量法干涉法：如牛顿环示踪法：如示波器－时间示踪补偿法：如二极管注意：每个实验往往是多种测量方法的综合运用，

如“伸长法测杨氏模量”实验中就运用了

比较法、放大法、转换法。测量误差任何测量都是存在误差的。约定真值：如被测物理量的理论计算值、公认的基本常数、已修正过的算术平均值绝对误差相对误差系统误差随机误差测量值＝读数值(有效数字)＋单位有效数字＝可靠数字＋可疑数字有效数字：测量结果中所有的准确数字和一位可疑数字的统称。有效数字的最后一位是误差所在位。

有效数字的读取

15.0mm15.2mm可疑数字有效位数说明*

同一物理量可以有不同的有效位数*有效位数从第一个不为零的数字算起（中间、末位都算），如：0.067010*常数可看作有无穷多有效位数*有效位数与小数点无关，如：1.0mm=0.0010m

但1.0m1000mm*

单位改变时，有效数字的位数不发生变化*

科学记数法是有效位数记录的正确方法

如：1.0m=1.0103mm直接测量中有效数字的读取刻度类（如米尺、螺旋测微器、指针式仪表、示波器

荧屏），估读游标类（如游标卡尺，分光计），一般不估读，读到

仪器的读数值位数字类（如数字电表、信号发生器），记录到最后一

个单位*

准确数与准确数的运算结果为准确数*可疑数与任何数运算，结果仍为可疑数，但进位数为准确数*运算过程中至少保留两位可疑数，最终结果只保留一位可疑数有效数字运算的一般规则有效数字的运算加、减法：诸数相加（或相减）时，其和（或差）数在小数点后保留的位数与诸数中小数点后

位数最少的一个相同。例如：

4.178

＋21.325.478

＝25.5

有效数字的运算乘、除法：诸数相乘（或除）后其积（或商）所保留的有效数字，与诸因子中有效数字最少

的一个相同。例如：

4.178

10.1＝41.78＋0.4178＝42.1978＝42.2开方、乘方运算：结果的有效数字与被开方、

被乘方数的有效数字位数相同

三角函数运算：计算结果有效数字位数由自变量末位增加或减少1个单位后得到的函数值比较后确定。例如：求有效数字的运算测量值有效数字尾数的舍入规则通俗地说：四舍六入，五凑偶如保留4位有效数字:4.32749→4.3274.32761→4.3284.32750→4.3284.32850→4.328科学数据的表示：不确定度相对不确定度置信概率不确定度，表示由于测量误差的存在而对测

量值不能肯定的程度，即测量结果不能肯定

的范围。完整的测量结果必须包括不确定度。

教学目标

建立概念、掌握基础、初步应用不确定度的表示不确定度相对不确定度单位不确定度的分类A类不确定度

多次等精度测量时能用统计学方法处理的分量B类不确定度

针对单次测量的分量这两类分量在相同置信概率下用“方和根”合成总不确定度：多次等精度测量；无法判定哪一次更可靠，可以预期它们的平均值更可靠；当测量次数趋于无穷时，只要能排除系统误差，其平均值就是被测物理量的“真值”；用测量列的标准差来评价测量值的离散程度

A类不确定度

概率论中，测量误差落在区间、、的概率分别为0.683、0.954、0.997。这些区间称为置信区间，对应的概率称为置信概率（一般用P表示）。置信区间

A类不确定度

t因子:与测量次数与置信概率有关测量次数n2345678910∞t(0.683)1.841.321.201.141.111.091.081.071.061B类不确定度，针对单次测量。包括：测量者估算产生的部分仪器的最大允差测量者估算产生的部分对于刻度式仪表，测量估算的不确定度常常小于仪器最小刻度的一半对于数字式仪表，如果数字稳定，没有估算不确定度；如果数字跳动，记录其稳定表示的值仪器的最大允差

包含了仪器的系统误差，也包含了环境以及测量

者自身可能出现的变化，对测量结果的影响

可从仪器说明书中得到，它表征同一规格型号的

合格产品在正常使用条件下，可能产生的最大

误差

一般而言，仪器最大允差为仪器最小刻度所对应

的物理量的数量级=uB直接测量不确定度计算举例例：用螺旋测微器测某一钢丝的直径，6次测量值分别为:0.249、0.250、0.247、0.251、0.253、0.250;单位mm，同时读得螺旋测微器的零位为：+0.004mm。已知螺旋测微器的仪器允差为0.004mm。请给出完整的测量结果。科学数据的表示：不确定度相对不确定度置信概率

解：

零位修正！一位有效数字两位有效数字*P7*完整的测量结果表示：注意：1.平均值有效数字位数不要超过测量值的有效数字2.不确定度和相对不确定度分别保留一位和两位有效数字3.不确定度所在位与测量值运算结果的最后一位对齐间接测量量的不确定度

例如：

1.先写出（或求出）各直接测量量xi的不确定度2.依据求出或3.用或求出或4.完整表示间接测量量不确定度的合成过程数据处理的基本方法列表法

要求：简单明了标明物理量的含义、单位表中的数据是有效数据必要的文字说明逐差法：当自变量等间隔变化，两物理量又呈线性

关系时，可用逐差法处理数据数据处理