大物实验绪论

郑州大学物理实验中心大学物理实验绪论1大学物理实验

一.物理实验的地位及作用…….…3

二.物理实验课的目的…………..5

三.怎样上好物理实验课………….9

四.实验成绩的评定……………..16

五.上课须知及本学期课程安排…18

绪论2大学物理实验1.物理学是一门实验科学。许多物理学理论和规律都是以实验的新发现为依据被提出来,并进一步由实验所检验。一.物理实验的地位及作用物理学研究方法理论物理实验物理

物理学发展过程中积累了丰富的实验方法、创造了众多的精密仪器，它们在工程技术和生产实践的各行各业中得到广泛的应用。如计量技术、激光技术、半导体技术、真空技术、航空航天技术等等。3大学物理实验2.现代理论物理学与实验物理学的发展,哺育着现代高新技术的成长和发展。现代信息技术的发展与物理学发展的渊源：1947年，巴丁提出结晶表面理论；1948年，发明第一个晶体三极管；1949年，贝尔实验室的肖克利提出p-n结理论，发明结型晶体管；1958年，杰克·基尔比发明第一块集成电路；1967年，大规模集成电路产生；1977年，超大规模集成电路诞生。

高新技术的发展需要不断地探索新理论、新材料、新方法、新工艺，为此进行的科学实验在实验设计、实验方法、仪器选择、数据处理等方面都是物理实验的移植与推广。4大学物理实验

3、“物理实验课”是独立于“大学物理”的一门基础课。物理实验能使学生在实验方法与实验技能上得到系统的训练，使学生的科学实验素质与素养得到培养与提高。

物理实验课使用案例教学，每一个实验就是一个案例。其内容或是对一些物理量进行测量，或是对某一物理规律进行研究。

学习一个实验包含了一般科学实验的全过程：提出任务、研究实验原理、设计实验方案、选择仪器设备、安装调试、按照设计方案步骤进行实验、观察现象、记录数据、处理数据、分析结果、写出实验报告。实验的过程往往存在许多随机因素的干扰，同学们要正确运用理论知识、实验技能在实验中发现问题、分析问题、解决问题，观察现象、归纳结论。返回5大学物理实验二.物理实验课的目的1.学习实验知识2.培养实验能力3.提高实验素养6大学物理实验

通过对实验现象的观察、分析和对物理量的测量，学习物理实验知识和设计思想，掌握和理解物理理论。1.学习实验知识7大学物理实验借助教材或仪器说明书正确使用常用仪器；运用物理学理论对实验现象进行初步的分析判断；正确记录和处理实验数据，绘制实验曲线，说明实验结果，撰写合格的实验报告；能够根据实验目的和仪器设计出合理的实验。2.培养实验能力8大学物理实验培养理论联系实际和实事求是的科学作风；严肃认真的工作态度；主动研究和创新的探索精神；遵守纪律、团结协作和爱护公共财产的优良品德。3.提高实验素养9大学物理实验三.怎样上好物理实验课1.课前实验预习2.课堂实验操作3.课后撰写报告实验课教学的三个环节：10大学物理实验1、实验课前预习

(1)读懂讲义明确实验目的；弄懂实验原理、测量方法、实验条件；了解使用仪器；了解实验过程及注意事项。(2)写出预习报告：实验题目；实验目的；实验原理，包括主要计算公式、实验简图；

不要抄书！数据记录表格；11大学物理实验

实验操作是实验的核心，是学生主动研究、探索的好机会,一个实验收获的大小取决于个人主观能动性发挥的程度。

（1）清点熟悉仪器，了解仪器性能和使用方法，按要求组装、调试仪器。（2）弄懂为什么这样安排实验步骤，这些操作步骤的目的是什么。（3）记录实验数据前，首先仔细观察实验现象，思考为什么会产生这种现象。

2、课堂实验操作12大学物理实验（4）认真读取数据，将数据规范填入记录表格。根据误差分布，对结果影响较大的量一定要努力测准。（5）原始数据经指导老师检查、签字并将使用的仪器整理复原后，方可离开实验室。13大学物理实验

撰写实验报告的过程实际上是对学生的综合思维能力和文字表达能力的训练过程，是学生今后在工作中撰写标书、项目申请书、研究报告、学术论文的基础训练，一份合格的实验报告应包括以下几方面：（1）实验名称；（2）实验目的；3、课后撰写实验报告14大学物理实验

（3）实验原理：简单叙述有关物理内容（电路图、光路图、实验装置示意图、测量依据的主要公式、需要满足的实验条件等；（4）实验步骤：简明扼要；（5）实验数据：表格要给出表的名称，写清已知量、待测量和单位。记录主要仪器的型号、规格、等级、误差限等。老师签字的原始数据附上。15大学物理实验（6）数据处理与结果：按要求计算待测量的值和不确定度，计算要有简要的过程，作图一定要用坐标纸。一定要列出完整的实验结果，注意有效数字和单位的正确表达；（7）问题讨论：找出影响结果的主要因素，提出减小误差可能采取的措施，对实验中异常现象的解释，对实验方法或手段改进的建议。课后思考题。课后按要求完成实验报告,并在下次实验时交来。16大学物理实验四.实验成绩的评定1.成绩评定办法(1)缺做一次实验，本学期实验不给成绩；(2)如果某个实验缺少实验报告，则该次实验报告为0分；(3)实验报告无教师签字的，报告无效；(4)如发现抄袭实验报告，抄袭者和被抄袭者,该实验报告都是0分；17大学物理实验2.评分参考标准期末成绩=平时成绩70%+期末考试30%平时成绩计算方法：1）课堂(50分)预习20分、课堂纪律10、实验操作20分.2）实验报告（50分）实验原理及方法：15分；实验步骤：5分；实验数据：10分；数据处理及实验结果：15分结果分析及讨论：5分；18大学物理实验五.上课须知及本学期课程安排1.实验室守则(1)没有预习报告不能做实验。(2)不按要求操作，损坏仪器要赔偿。(3)不得穿拖鞋和背心进入实验室，不得抽烟和吃东西。(4)遇到自己不能解决的问题应及时报告老师。(5)做完实验要整理桌、凳，实验数据须经指导老师签字后才能离开实验室。(6)实验报告（原始数据付后）在下次实验时缴上，迟交扣分，不合要求要重写。19大学物理实验2.学生考勤(1)按时上课。迟到15分钟以上者，取消该次实验的上课资格，迟到15分钟以内者，任课教师将按情况对本次实验进行扣分。(2)上课前学生在登记表上签到，对号入座。认真完成实验内容和要求，不早退。(3)请假事宜：病假必须要有医院的证明；事假需持学生所在院系负责人签字的请假条。(4)病、事假过后，必须尽快与任课教师联系，将所缺实验补上。20大学物理实验

本学期实验内容1、金属杨氏模量的测量5022、固体导热系数的测定5033、霍尔效应及应用3034、演示实验1075、示波器的使用3026、惠斯通电桥3077、分光计的使用4028、光干涉现象的研究及应用40321大学物理实验实验报告纸的领取一楼传达室。余师傅20张3元，以实验班为单位收齐购买。22大学物理实验

一.测量与有效数字……………..23二.测量误差及处理方法........33三.测量结果的不确定度表示....51四.数据处理的基本方法…………65测量及实验数据的处理23大学物理实验一.测量与有效数字1.测量2.有效数字的读取3.有效数字的运算4.有效数字尾数的舍取规则24大学物理实验

物理实验以测量为基础，所谓测量，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。1.测量25大学物理实验直接测量：将待测物理量与选定的同类物理量的标准单位直接相比较，得到的比值就是被测物理量的测量值；间接测量：利用待测物理量与某些可直接测量量之间的已知函数关系，求得该待测物理量的测量值。1.测量测量26大学物理实验2.有效数字的读取测量值

=读数值(有效数字)+单位有效数字＝可靠数字＋可疑数字（一位）27大学物理实验

3536(cm)[3]36.00cm

[3][2]35.40cm[2][1][1]35.16cm

2.有效数字的读取一位存疑数字28大学物理实验2.有效数字的读取1、一般读数应读到最小分度以下再估一位。2、有时读数的估计位，就取在最小分度位。例如，仪器的最小分度值为0.5，则0.1-0.4,0.6-0.9都是估计的，不必估到下一位。3、游标类量具，读到卡尺分度值。多不估读。4、数字式仪表及步进读数仪器不需估读。29大学物理实验（1）加、减法：经加、减运算后，计算结果中小数点后面应保留的位数和参与运算的诸数中小数点后位数最少的一个相同。

4.178+21.3

25.478=

25.53.有效数字的运算（2）乘、除法：经乘、除运算后，计算结果的有效数字与诸因子中有效数字最少的一个相同。

4.178×10.1

41784178

421978=42.230大学物理实验（3）乘方开方：有效数字与其底的有效数字相同。（4）对数函数:运算后的尾数位数与真数位数相同

例：lg1.938=0.2973lg1938=3+lg1.938=3.2973（5）指数函数:运算后的有效数字的位数与指数的小数点后的位数相同（包括紧接小数点后的零）。

例：106.25

=1.8×106

100.0035

=1.0083.有效数字的运算31大学物理实验（6）三角函数:算出该函数值与算出的该函数自变量未数加1的值，差值位为该函数值最后一位。

例：Sin30°00′=？Sin30°01′=0.500025

∴Sin30°00′=0.50000

（7）常数：取值应比测量值的有效数字的位数多一位。3.有效数字的运算32大学物理实验4.有效数字尾数的舍取规则例：将下列数字全部修约为四位有效数字

1）尾数≤4，1.11840000→1.1182）尾数≥6，1.11860000→1.1193）尾数＝5，a）5右面还有不为0的数 1.11859999→1.1191.11850001→1.119b）5右面尾数为0则凑偶 1.11750000→1.1181.11850000→1.118

口诀：4舍6入5看右，5后有数进上去，尾数为0向左看，左数奇进偶舍弃。

返回33大学物理实验二、测量误差及处理方法1.测量误差2.系统误差3.随机误差34大学物理实验1.测量误差（1）真值与误差测量值：依据一定的理论方法，使用确定的仪器，通过直接测量或间接测量得到的物理量的值。误差：真值:一个物理量的客观存在值，与测量所用的理论方法及仪器无关。相对误差：约定真值：理论值；平均值；……35大学物理实验（2）误差的分类偶然误差：在对同一被测量进行多次测量时，误差的大小和符号以不可预知的方式变化的误差分量。1.测量误差误差存在于一切测量之中，消除或减小误差、对误差作出估计是测量的不可缺少的组成部分。误差系统误差：在对同一被测量进行多次测量时，误差的大小和符号保持恒定或以某种可预知的方式变化的误差分量。36大学物理实验2.系统误差仪器误差天平不等臂所造成的系统误差（1）系统误差的来源37大学物理实验理论方法误差内接AVVRVAAVIRIV用V作为VR的近似值时，求外接2.系统误差38大学物理实验环境误差市电的干扰输入光点检流计接近时，静电干扰，使光斑移动等。2.系统误差39大学物理实验个人误差心理作用，读数（估计）偏大或偏小。生理因素听觉嗅觉色觉视觉对音域（20HZ--20KHZ）的辨别。对音色的辨别。2.系统误差40大学物理实验●理论分析法：分析测量所依据的理论公式、所要求的条件是否与实际相符；分析仪器所要求的使用条件是否满足。●对比分析法：对同一物理量，采用不同的方法，或使用不同仪器，或改变实验中某些参量，或改变某些测量条件，或不同的实验者（2）发现系统误差的方法2.系统误差41大学物理实验等进行对比测量，看结果是否一致，如不一致，就可能存在系统误差。●数据分析法：同一条件下测量的一列数据应服从正态分布，如果分析发现偏差的大小有规律地变化，则有可能有系统误差。2.系统误差42大学物理实验已定系统误差：在测量结果中引入修正量对误

差进行消除。如伏安法测电阻时

要计算出电表内阻产生的修正量。未定系统误差：可采用合适的测量方法对误差

进行补偿和消除。如交换法、补

偿法、异号抵消法等。

对不可消除的误差要估计出分

布范围。（3）系统误差的处理方法2.系统误差43大学物理实验3.随机误差

随机误差对每一次测量结果的影响具有随机性特点。但在多次测量中表现出确定的规律--统计规律。因此，可用统计规律对随机误差的影响程度作出客观的估计和评价。（1）产生原因:实验条件和环境因素无规则的起伏变化，引起测量值围绕真值发生涨落的变化。随机误差无法消除。44大学物理实验3.随机误差（2)无穷多次测量，随机误差服从正态分布特点：单峰、有界、对称45大学物理实验标准误差小：表示测得值很密集，随机误差分布范围窄，测量的精密度高；标准误差大：表示测得值很分散，随机误差分布范围宽，测量的精密度低。标准误差表示测量值的离散程度3.随机误差46大学物理实验平均值：由于误差的抵偿性，通常用多次测量的平均值作为真值的最佳估计值：标准偏差替代标准误差：平均值的误差：3.随机误差47大学物理实验

测量列标准偏差的统计意义：任意一次测量值落入区间

的概率为

这个概率叫置信概率对应的区间叫置信区间3.随机误差48大学物理实验扩大置信区间，可增加置信概率3.随机误差49大学物理实验多次测量平均值仍然是一个随机变量，平均值的标准偏差为：平均值标准偏差的统计意义：真值落入置信区间的置信概率为。3.随机误差50大学物理实验若置信概率为，对应的置信区间为，其中是与测量次数和置信概率有关的量。n345672.481.591.241.050.926一般，我们取测量次数为6次。物理实验中，置信概率一般取作0.95,这时t分布相应的置信区间可写为:或(3)有限次测量，随机误差服从t分布3.随机误差51大学物理实验三.测量结果的不确定度表示1.不确定度的基本概念2.直接测量不确定度估计与表示3.间接测量不确定度的合成52大学物理实验1.不确定度的基本概念概念：不确定度

是指由于测量误差存在而对被测量值不能确定的程度。意义：不确定度是对一定置信概率下被测量的真值所处的量值范围的评定。

置信概率一般取0.9553大学物理实验

A类分量:

可以用统计学方法估算的分量。1.不确定度的基本概念根据《测量不确定度表示指南ISO1993（E)》的精神，总不确定度分为两类：B类分量:不能用统计学方法估算的分量。

总不确定度：为仪器误差54大学物理实验4、电表的示值误差，量程准确度等级%。注：仪器误差举例1、游标卡尺，仪器示值误差一律取卡尺分度值。2、螺旋测微计，一