大学物理实验课绪论课件

大学物理实验课程绪论

§1学生须知§2物理实验的重要作用§3测量误差的基础知识§4实验数据处理基本方法关于物理实验选课的几点说明：A、物理实验单独设课，是教学大纲规定的大学公共基础必修课，课程和学分分两个学期，一共1.5个学分。B、物理实验在管理上为实验项目教师负责制，即每位教师各负责1-2个实验项目.学生轮流到各实验室内做不同的实验项目，会面临不同的教师授课，网上选课只是选择上课的时间。各位学生评教时请注意自己选课教师的上课表现。C、希望以后大家选物理实验课时根据自己合适时间来选。§1学生须知

1.每个班按各自的实验进度表上课。请务必记住自己的实验进度并按实验内容提前做好预习，不提前写好预习报告不允许进行实验，所有实验要求现场完成并上交实验报告。相关问题若有疑问请物理实验楼403房间询问或403房间走廊橱窗张贴的公示。2.本学期物理实验课共上6次：1次实验绪论课，4个实验项目，1次设计性实验（考试实验）.学生须知-物理实验课要求

3.实验课不得无故迟到、早退，不得带食物进入实验室，进入实验室后请在教室前方课桌上有实验签到本上签到！迟到早退者根据情况扣除平时成绩。（注：1、2节实验课的同学上课时间为早上07:30分）

4.若因事、因病而缺课，实验时让班长或课代表向任课教师递交请假条，未做实验者应及时找时间补做实验。5.

物理实验报告要求每次实验课测完数据后立刻处理数据并且当堂上交，所以大家必须提前写好预习报告画好表格，否则无法在上课时间内完成！6.实验考试

平时的5份报告占总成绩50%，

1次设计性实验（考试实验）报告现场完成并上交，占总成绩50%；

规定：无故缺做1个或以上实验者并且不补做，期末总成绩直接记为0分;

本学期每个同学要提交5份平时报告和1次考试实验报告，不得缺报告，缺一次报告扣除平时成绩的50%。本学期大学物理实验项目和进度安排本学期六个实验项目：1、实验基础理论2、三线摆法测刚体转动惯量实验（404房间）3、用拉伸法测金属丝的杨氏模量（406房间）4、电表改装和校正（407房间）5、模拟法测绘静电场（407房间）6、考试实验：钨丝灯泡伏安关系式测定（303房间）学号尾数单数学生做自组电桥测电流表内阻（303房间）学号尾数双数学生做本学期实验项目和进度安排选李良国老师的同学：第1周周六第3周周六第7周周六第8周周六1,2实验绪论课（407房间）三线摆（404房间）电表改装（407房间）单号同学：钨丝灯（303房间）双号同学：电桥法（303房间）3,4杨氏模量（406房间）模拟静电场（407房间）本学期实验项目和进度安排第1周周六第3周周六第7周周六第10周周六1,2实验绪论课（407房间）杨氏模量（406房间）模拟静电场（407房间）单号同学：钨丝灯（303房间）双号同学：电桥法（303房间）3,4三线摆（404房间）电表改装（407房间）选库建国老师的同学本学期实验项目和进度安排选叶帆老师的同学：第1周周六第3周周六第7周周六第11周周六1,2实验绪论课（407房间）电表改装（407房间）三线摆（404房间）单号同学：钨丝灯（303房间）双号同学：电桥法（303房间）3,4模拟静电场（407房间）杨氏模量（406房间）本学期实验项目和进度安排选陈畅老师的同学：上午第1周周六第3周周六第7周周六第12周周六1,2实验绪论课（407房间）模拟静电场（407房间）杨氏模量（406房间）单号同学：钨丝灯（303房间）双号同学：电桥法（303房间）3,4电表改装（407房间）三线摆（404房间）物理实验基本程序

每一次实验课包括课前预习、实验操作和实验报告三个环节1.课前预习学生进入实验室之前必须进行预习。预习时应仔细阅读实验教材，着重理解实验原理，明确实验的大体步骤及仪器使用注意事项。预习时要求写出预习报告。

预习报告的内容：①实验目的；②实验原理（包括公式及各量的物理意义、原理图、线路图或光路图等）。2.实验操作课堂实验操作时，应根据实验的步骤和要求认真进行调试、仔细观察和测量有关的物理量。课堂实验可分为：①仪器的安装和调试；②观测（在明确了实验目的和测量内容步骤并能正确使用仪器后可进行正式观测）；③记录（记录的内容：日期、时间、地点、仪器及其编号、简图、简单过程、原始数据、有关现象、随时发现的问题等，记录不得用铅笔）；④仪器还原（将其恢复到实验以前的状态）。3.撰写实验报告

实验报告是对实验全过程进行总结和深入理解的一个重要步骤，要认真去做。

·

报告内容：实验名称、实验目的、实验仪器及编号、实验原理（在理解原理的基础上简要叙述，包括画出原理图、电路图、实验装置图等）、简述实验步骤、数据处理（将数据按一定函数关系求出结果，最后写出测量结果表达式）、讨论（即对结果进行分析、判断或对不确定度进行分析，包括对实验改进的意见）。物理实验报告格式要求和优秀实验报告范例§2.物理实验的重要作用

物理学是一门建立在实验基础上的科学，物理概念的建立、物理规律的发展、物理理论的形成都必须以严格的科学实验为基础，并通过科学实验来证实。在物理学发展的过程中，从经典物理学到现代物理学，纵观物理学三百多年的发展史，科学发展的每一步都是以实验为先导的。

伽利略的单摆实验和斜面实验为研究力学规律提供了重要依据，库仑通过滑板实验提出了摩擦定律，胡克的弹性实验、玻意耳的空气压缩实验、波雷里的表面张力实验为物理学提供了新事实和新规律。

实验可以发现新事实，实验结果可以为理论的建立提供依据

实验又是检验理论正确与否的重要判据1905年爱因斯坦的光量子假说总结了光的微粒说和波动说之间的争论，能很好地解释勒纳德等人的光电效应实验结果，但是直到1916年当密立根以极其严密的实验证实了爱因斯坦的光电方程之后，光的粒子性才为人们所接受。1973年丁肇中用高能同步加速器发现了J/ψ粒子，进一步证实了盖尔曼1964年提出的夸克理论。电磁场理论的提出与公认假说库仑定律安培定律高斯定律法拉第定律麦克斯韦在1865年提出电磁场理论麦克斯韦方程组统一了电、磁、光现象,预言了电磁波的存在并预见到光也是一种电磁波1879年赫兹实验发现了电磁波的存在并证实电磁波的传播速度是光速电磁场理论才得到公认二十多年后

理论物理与实验物理是相辅相成的，规律、公式是否正确必须经受实验检验。只有经受住实验的检验，由实验所证实，才会得到公认。

物理实验是一门必修课，我们所开设的每个实验题目都经过精心设计、安排，实验结果也比较有定论，它是对学生进行基础训练的一门重要课程。它不仅可以加深大家对物理理论的理解，更重要的是可使同学们获得基本的实验知识，在实验方法和实验技能诸方面得到较为系统、严格的训练，是从事科学实验的起步，同时在培养良好的科学素质及严谨的作风、实事求是的精神方面也将起着潜移默化的作用。希望同学们重视这门课程的学习，真正能学有所得。

§3测量误差和数据处理的基础知识

（重点）§3-1测量及其误差§3-2误差的估算§3-3有效数字及其运算法则§3-4实验数据处理基本方法§3-1

测量及其误差物理实验离不开测量。标准的物理测量结果应表示为：以电阻测量为例

包括：

测量对象测量对象的量值测量的误差测量值的单位

那么到底什么是物理测量？物理测量就是观测者将待测量与选作标准单位的物理量进行比较的过程，测量结果是待测量对于标准物理量的倍数，加上单位就构成了测量数据。测量测量可分为直接测量和间接测量直接测量是直接用仪器或器具测出量值的测量。间接测量是指依据待测量和某几个直接测得量的函数关系求出量值的测量。测量误差的定义和分类测量值N可能比真值大、也可能比真值小，通常我们将绝对误差简称为误差；误差的表示方法：

——绝对误差△N

——相对误差EN误差分类:根据误差的性质和来源可将误差分为两大类;

——系统误差——偶然误差

偶然误差分布的四个性质：1.单峰性2.有界性3.对称性4.抵偿性偶然误差的特点单峰性——小误差出现的概率比大误差出现的概率大。有界性——绝对值很大的误差出现的概率近于零。对称性——绝对值相等的正误差和负误差出现的概率相等。抵偿性——对同一量的测量其误差的算术平均值随测量次数增加而越来越趋近于零。多次测量结果最佳值－算术平均值其中任何一次测量的误差：（近真值）→真值

N0（绝对误差）n次测量：N1，N2，．．．Ni，．．．Nn（n

→∞）直接测量结果最佳值－算术平均值§3-2偶然误差的处理当测量次数n有限时，（近真值）→真值（绝对误差）直接测量结果最佳值－算术平均值当测量次数n有限时，第2次测量的误差第n次测量的误差第1次测量的误差（平均绝对误差）上式的物理含义是：被测量物理量的数值N出现在之间的概率为57.5%。重点：实验测量计算的最终结果必须写为常见错误：某同学多次测量一个圆柱的高度，最终测量和计算的结果他写在报告上：重点：实验测量工程上对最终测量数据表达形式的2个强制要求：1.测量的最终表达式中，平均绝对误差只能保留1位有效数字；2.近真值保留的最低1位必须与误差保留位取齐！改错：P23第6题百分位千分位正确结果：2.03重点：实验测量工程上对最终测量数据表达形式的2个强制要求：1.测量的最终表达式中，平均绝对误差只能保留1位有效数字；2.近真值保留的最低1位必须与误差保留位取齐！改错：个位千万分位正确结果：21重点：实验测量工程上对最终测量数据表达形式的2个强制要求：1.测量的最终表达式中，平均绝对误差只能保留1位有效数字；2.近真值保留的最低1位必须与误差保留位取齐！改错：十分位个位正确结果：千分位相对误差EN

重点：实验测量工程上对相对误差的强制要求：1.当EN

大于等于1%的时候，保留2位有效数字；2..当EN

小于1%的时候，保留1位有效数字！EN=0.337819556%EN=3.4%举例：某同学报告上计算得到EN=3.37819556%EN=0.3%关于四舍五入的原则“大于5则入，小于5则舍，等于5则应将保留的最后一位凑为偶数(凑偶原则)”举例：将下列数据只保留两位有效数字：1.45cm1.4cm1.450001cm1.5cm1.550cm1.6cm关于电表的使用和读数方法以及误差电表重要参数：精度等级K本实验室电表精度等级K=0.5某同学把伏特表量程设置为30V》》本实验室电表精度等级K=0.50.2V某同学把电流表量程设置为750mA》》本实验室电表精度等级K=0.54mA

间接测量量的误差传递与估算

在实验中我们所测的被测量都是含有误差的数值，对这些数值不能任意取舍，应反映出测量值的准确度。所以在记录数据、计算以及书写测量结果时，应根据测量误差或实验结果的误差大小来定出究竟应取几位有效位数。§3-3有效数字及其运算法则（重点）定义：在测量结果的数字表示中，由若干位准确数字加一位欠准数字，便组成了有效数字。§3-3-1

有效数字的一般概念§3-3-2

有效数字位数的确定1.关于“0”的有效问题

当“0”在数字中间或末尾时有效如：等中的0均有效注意：绝不能在数字末尾随便加“0”或减“0”数学上：实验测量：

小数点前面的“0”和紧接小数点后面的“0”不算作有效数字如：0.01230dm、0.1230cm、0.001203m均是__？__位有效数字。注意：进行单位换算时，有效数字的位数不变。请问2是______位有效数字？某同学测量圆柱半径代入公式算周长1位随便位讨厌！注：常数都是无穷位有效数字2.数值的科学记数法数据过大或过小时，可以用科学表达式。

某电阻值为20000.0（欧姆），保留3位有效数字时写成2.00104

又如数据为0.0000325334m，保留3位有效数字使用科学记数法写成3.2510-5m3.有效数字与仪器的关系有效数字的位数的多少，既与测量仪器的准确度有关，又与被测量物体本身的大小有关。

20分度游标卡尺L=2.525cm

（四位有效数字）

螺旋测微计L=2.5153cm

（五位有效数字）米尺L=2.52cm

（三位有效数字）§3-3-3

间接测量有效数字的确定

——有效数字的运算法则基本原则：测量结果的有效数字中准确数与准确数之间的运算结果依然为准确数；测量结果中有效数字中欠准数与准确数之间的运算结果为欠准数但是其运算进位为准确数；测量结果中有效数字中欠准数与欠数之间的运算结果依然为欠准数；最终运算结果中只能保留1位欠准数；62.5+1.234=？––4–结果为63.7–1.加减法

62.5+1.234—————––0–0–3–7–3.6例19.68-5.848=13.83

19.68-5.848—————13.832––––––结果为13.83––

加减法运算时，最终结果的小数点后的位数与参与运算的各数据中小数点后位数最少的相同。加减法运算规则：课本P23习题6（4）34.470+10.28-1.0036=43.7464小数点后面有3位小数点后面有2位小数点后面有4位最终结果小数点后面只能保留2位！.75答案：（4）34.470+10.28-1.0036=43.75加减法运算时，最终结果的小数点后的位数与参与运算的各数据中小数点后位数最少的相同。例34.470+10.28-1=43.7464小数点后面有3位小数点后面有2位小数点后面有0位最终结果小数点后面只能保留0位！四舍五入答案：

34.470+10.28-1=44加减法运算时，最终结果的小数点后的位数与参与运算的各数据中小数点后位数最少的相同。2.乘除法例3.21

6.5=？

3.21

6.5––结果为21–20.865—————1605––––1926—————–––––––例2121.843=0.96____结果为0.96_

乘除运算时，最终结果的有效数字的位数与参与运算各数中有效数字位数最少的为准。乘除法运算规则:课本P23习题6（6）一共4位有效数字一共3位有效数字结果只能保留3位有效数字0.02893.乘方与开方结果的有效数字与其底或被开方数的有效数字位数相同。如：正确运算规则：1002=100102

100=10.0

49=7.04.02=16错误49=74.02=16.04.函数运算对数函数lgN的小数点后数字的个数与N的有效数字位数相同例lg100=2.000

lg1.983=0.297322714

0.2973lg1983=3.29722714

3.2973

指数函数10N或eN的有效位数和N小数点后的位数相同（包括紧接小数点后面的0）例106.25=1778279.411.8106100.0035=1.00809611.0085.自然数与常量自然数不是测量值，不存在误差，故有效数字是无穷位。

常数

、e等的位数，可与参加运算的量中有效数字位数最少的相同或多取一位。

如在D=2R中，2不是一位有效数字，而是无穷位.例L=2R其中R=2.3510-2m

就应取3.14(或3.142)即L=23.1422.3510-2=0.148(m)综合运算举例

50.00(18.3016.3)(1033.0)(1.00+0.001)=50.002.0

1001.00=1.0102

100=1.0

§3-4实验数据处理基本方法

§3-4-1

列表法（略）§

3-4-2

作图法(重点)§

3-4-3

逐差法（略）

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反映测量值的有效位数，一般以1～2mm对应于测量仪表的仪表误差。根据表１，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130mm×130mm。作图步骤：实验数据列表如下.

表1：伏安法测电阻实验数据§3-5-2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、单位,再按顺序标出坐标轴整分格上的量值。I(mA)U(V)02.004.006.008.0010.001.003.005.007.009.00

4.连成图线

用直尺、曲线板等把点连成直线、光滑曲线。一般不强求直线或曲线通过每个实验点，应使图线线正穿过实验点时可以在两边的实验点与图线最为接近且分布大体均匀。图点处断开。8.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.003.标实验点实验点可用“”、“”、“*”等符号标出（同一坐标系下不同曲线用不同的符号）。5.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，从所绘直线上读取两点A、B的坐标就可求出R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