交大版物理实验绪论省公开课一等奖全国示范课微课金奖

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大学物理试验绪论课

郑.3.2第1页2第2页3《物理试验》课程介绍课程序号：73S189Q课程性质：学科门类基础必修课

分两学期进行物理试验I：春季学期，2学分，36课时（本学期）物理试验II：秋季学期，2学分，28课时教材：《大学物理试验》，成正维、牛原主编，北京交通大学出版社第3页4

主要内容■绪论&1大学物理试验课性质、作用和任务&2大学物理试验课基本程序和要求■误差与数据处理

&1测量误差&2误差处理&3有效数字及其运算&4不确定度&5数据处理■本学期教学安排和要求■课外学习步骤要求同学签到!第4页5■绪论&1物理试验课地位、作用和任务“大学物理试验”是理工科类学生进行科学试验基本训练一门独立必修基础课程。唯一必修——是对同学们进行科学试验训练开端。独立——与“大学物理课”平行基础课。和大学物理理论课相同，是一门独立、完整、科学课程体系。第5页6全方面培养同学们试验技能、综合分析和处理问题能力，使同学们含有实践能力和创新精神。第6页7

经过大学物理试验课学习，学生应在习惯、知识、能力三方面到达以下要求:（一）培养良好科学试验素养。（二）掌握物理试验理论基础知识,

加深对物理学原理了解。（三）含有对应试验能力。第7页81.试验课前预习(1)预习讲义中与本试验相关全部内容。(2)写出预习汇报（试验题目、目标、原理、

主要计算公式、原理简图、试验步骤）,准备原始试验数据统计表格。

2.课堂试验操作(1)上课需带试验讲义、笔、尺、计算器等。(2)必须在了解仪器工作原理、使用方法、注意事项基础上，方可进行试验。

&2物理试验基本程序和要求第8页9(3)仪器安装调试后经教师检验无误后方可进行试验操作。(4)注意观察试验现象，认真统计测量数据，将数据填入原始试验数据统计表格,数据须经指导老师检验及签字。(5)试验后请将使用仪器整理好，归回原处。经教师允许后方可离开试验室。3.课后按要求完成试验汇报,（原始数据整理到试验汇报上，进行数据处理并回答下列问题)，在一周内将试验汇报交到指导教师试验汇报箱中。第9页10试验汇报示例

试验目标主要仪器名称试验原理,操作步骤回答下列问题:指导教师意见北方交通大学物理实验报告

学院

专业

班试验日前

学号

姓名作者

成绩

试验名称

第4页第1页…………………………课前完成课后完成公式及简明说明；原理图：电学：电路图；光学：光路图…第10页11原始数据统计表格大学物理试验原始统计试验名称

试验日期

学院

班

学号姓名

指导教师签字年月日abcdef

课前做好，上课时随预习汇报一起交指导老师检验。试验时将数据统计在此表上。试验结束交老师检验、签字。课后将数据整理到预习汇报上。此表格要同试验汇报一同交来。课前完成第11页12试验数据，计算及分析第2页第3页……………………………课后完成试验目标主要仪器名称试验原理,操作步骤回答下列问题:指导教师意见北方交通大学物理实验报告

学院

专业

班试验日前

学号

姓名作者

成绩

试验名称

第4页第1页………………………………………………………………………课后完成第12页13

■误差与数据处理

§1、测量误差

§2、误差处理

§3、有效数字

§4、不确定度

§5、数据处理

第13页14&1.测量误差一、测量及其分类测量：

是用仪器经过一定方法，进行试验比较，以某一计量单位，把待测量定量地表示出来。第14页15分类直接测量

间接测量等精度测量不等精度测量方法：

条件：第15页16二、误差及其估算第16页17最正确值：屡次测量算术平均值偏差：通常我们所说误差实际是偏差。相对误差：第17页18三、误差种类随机误差每次测量结果都不一样：测量误差时大时小，时正时负，但当测量次数足够多时，误差分布服从某种统计规律。特点单个含有随机性，而总体服从统计规律。

（分散性）原因*环境原因（温度湿度气压…）*观察者（技能心理…)*测量装置第18页19系统误差在同一条件下屡次测量同一量时，误差大小和正负保持恒定，或在条件改变时，误差大小和正负按一定规律改变。特点含有确定规律性（偏离性）原因*试验原理和方法不完善*仪器缺点或使用条件*试验环境*观察者第19页20精密度、正确度、准确度精密度:反应随机误差大小程度;

对测量结果重复性评价定性评价测量结果时：正确度：反应系统误差大小;

高：测量数据算术平均值偏离真值较少,测量系统误差小不过：不能确定数据分散情况准确度：反应随机误差与系统误差综合大小程度;

高：系统误差和随机误差均小第20页21随机误差：大小和正负随机改变误差（未知原因）

测量列含有分散性系统误差：大小和正负恒定误差（仪器个人环境）

测量列含有偏离性试验中随机误差和系统误差同时存在。第21页22精密度:反应随机误差大小程度分散性正确度：反应系统误差大小

偏离性准确度：反应随机误差与系统误差综合大小程度离散性第22页23&2误差处理一、随机误差处理（重点）二、系统误差处理测量结果表示：值范围单位第23页24

&2误差处理一、随机误差处理

1随机误差统计规律屡次测量值展现出统计规律——正态分布X——测量值。其中a为几率最大值。F（x）——x值出现几率。第24页25单峰性误差绝对值小概率大有界性误差绝对值不超出一定程度对称性误差正负概率相同抵偿性第25页261）概率密度最大处x=a物理意义：表征测量值分散性主要参数。算术平均值2）拐点坐标为何说只有理论意义？标准误差第26页272随机误差估算（na）算术平均值用测量结果算术平均值最靠近真值。能够作为测量结果最正确预计。第27页28试验标准差

用试验标准差代替标准误差S（x）是反应测量列离散性参数。S值小，分布密集，精密度高，随机误差小；S值大，分布分散，精密度低，随机误差大。统计意义测量列中任意测量值落在区间〔x-s(x),x+s(x)〕概率大约是68.3%。贝塞尔公式第28页29统计意义测量列中任意测量值落在区间〔x-s(x),x+s(x)〕概率大约是68.3%。第29页30平均值试验标准差算术平均值也含有离散性，也服从正态分布理论证实：平均值试验标准差是测量列中任意一次测量值标准差倍。即统计意义被测量真值落在区间〔〕概率大约是68.3%。第30页31测量值最正确预计值测量值、算术平均值分散程度第31页32第32页33置信概率,置信区间(5)第33页34t分布（学生分布）当测量次数极少时，遵从t分布以后，靠近正态分布峰值低于正态分布，而且上部较窄，下部较宽。第34页35学生t-分布可简称为t分布。其推导由威廉·戈塞于1908年首先发表，当初他还在都柏林健力士酿酒厂工作。因为不能以他本人名义发表，所以论文使用了学生（Student）这一笔名。之后t检验以及相关理论经由羅納德·費雪工作发扬光大，而正是他将此分布称为学生分布。

第35页36继续检验，直到无坏值为止。检测流程1、拉依达准则（要求n>9)为粗差,为坏值应剔除.剔除(n-1)个数据继续，对

保留。坏值剔除第36页37对某物体进行15次测量，测值为：11.4211.4411.4011.4311.4211.4311.4011.3911.3011.4311.4211.4111.3911.3911.40检测是否有坏值。例计算:第37页38所以11.30为坏值，应剔除。余下数据继续检验：**

检测情况与测量列组成相关，应n〉9。**14个测量值均满足条件，无坏值。第38页392、肖维涅准则(要求n>4次）为粗差，xi为坏值检测流程3、格拉布斯准则（较复杂）第39页40仪器误差

普通:仪器示值误差：在正确使用仪器条件下，仪器示值与被测量真值之间可能产生最大误差绝对值。用表示仪器标准误差：用来评定测量结果随机误差。第40页41二、系统误差处理（非重点）两个问题：发觉和消除1发觉系统误差：通常是很困难。理论分析实践对比数据分析2消除系统误差:

结果修正消除误差源适当测量方法第41页42&3有效数字有效数字概念若干位可靠数加上最终一位可疑数全部数字叫做有效数字。

读至产生误差那一位，所得到统计测量结果数字即为有效数字。所以测量前一定要搞清仪器准确度（或者知道仪器误差极限值）。第42页43最小刻度是厘米刻度尺，在毫米位上产生误差。测量结果为8.8cm。最小分度值是0.05mm，在毫米百分位上产生误差。故测量结果为5.15mm。0.515cm。最小刻度是毫米刻度尺，在毫米十分位上产生误差。故测量结果为8.83cm。最小分度值是0.01mm，在毫米千分位上产生误差。故测量结果为8.562mm,0.8562cm第43页44有效数字位数与哪些原因相关a）仪器准确度比如厘米刻度尺8.8cm

毫米刻度尺8.83cm

游标卡尺8.835cm

千分尺8.8352cmB）被测量本身大小比如毫米刻度尺800.83cm几点说明第44页45单位换算与有效数字8.5mm=0.85cm=0.0085m=2.50kg=2500g=

错第45页46三、有效数字运算1、加减：以各数中小数点后面位数最少一个相同。

7.649+1.02=7.65+1.02=8.6741.8-0.5254=41.8-0.5=41.32、乘除:以各数中有效数字位数最少一个相同。

7.99×6.5=523725.8÷136=27.43、乘方和开方：

第46页47

§5

数据处理1列表法2作图法3图解法4最小二乘法第47页484最小二乘法已知两个物理量之间满足线性关系y=bx+a试验测量结果以下：Xx1x2…xnYy1y2…yn求：最正确直线方程怎样得到最正确方程呢？由最小二乘法原理求出（回归系数）a和b.第48页49

最小二乘法原理：若能找到一条最正确拟合直线，那么这条拟合直线上函数值与各对应点测量值之差平方和在全部拟合直线中应该是最小。数学推导得：第49页50试验标准差截距斜率测量值第50页51称为线性相关系数，作为Y与X线性相关程度评价。相关系数X、y完全线性相关X、y不相关第51页52第52页53第53页54第54页55

§3不确定度1.不确定度概念

测量结果表示：最正确值可靠程度单位P

不确定度是表征测量结果可靠程度一个参数。

可靠程度高—不确定性小—置信区间小可靠程度低—不确定性大—置信区间大它反应了被测量平均值附近一个区域，而真值以一定概率落在其中。第55页56

2.不确定度分类与合成分类A类不确定度和B类不确定度

A类：用统计方法估算不确定度分量。

B类：用非统计方法估算不确定度分量。合成两类不确定度按“方和根”方法合成。第56页573.测量结果不确定度表示说明第57页584.不确定度计算直接测量不确定度计算第58页59第59页60用量程0—25mm千分尺（）测量一工件厚度，重复测量6次。数据以下测量次数1234563.7823.7793.7863.7813.7783.780第60页61计算步骤归纳见P15第61页62单次测量

当无需、无法屡次测量、或仪器精密度差，只测量一次时，第62页63例：已知质量为m=（213.04±0.05）g铜圆柱体，用0—125mm、分度值为0.02游标卡尺测量其高度，用0.001mm千分尺测量直径，求铜密度。第63页64第64页65第65页66第66页67计算步骤归纳见P17第67页保留三位有效数字:第68页691.大学物理试验课性质、作用和任务3.误差理论：2.大学物理试验课基本程序和要求：强调：预习、课堂操作及试验汇报写法试验大课教学内容重点：测量结果不确定度评定4.本学期教学安排和要求包含：上课时间、选课方法和注意事项、选课网址、导学系统网址、成绩评定、试验汇报及绪论课作业提交、第一阶段试验介绍等等。5.课外学习步骤：包含：开放试验室、物理试验竞赛第69页70《物理试验》课程介绍课程序号：73S189Q课程性质：学科门类基础必修课

分两学期进行物理试验I：春季学期，2学分，36课时（本学期）物理试验II：秋季学期，2学分，28课时教材：《大学物理试验》，成正维、牛原主编，北京交通大学出版社第70页71第71页72

本课程预期到达以下要求1.在误差基本知识基础上,学会怎样得到真值最正确预计值,怎样估算在随机干扰下所产生误差大小。2.经过分析试验过程各个步骤上不确定度原因存在,对总不确定度作近似计算。3.掌握不一样情况下数据处理方法及特点。4.正确建立有效数字概念。5.掌握有效数字运算规律。第72页73此次课作业教材P19五、六P31二P32三注意：作业写在试验汇报纸上，不要用作业本！作业要求写出计算过程，作图题要用坐标纸按图解法要求作图。作业成绩为10分，合并计入第一次试验成绩中。在第一次上试验课时将作业交给当初试验指导老师。第73页74第74页75本学期教学安排第75页76

一、课程内容（本学期计划课时36课时）每位同学必须完成以下内容:课时内容交汇报要求时间试验大课2次4教学安排和数据处理，有作业作业第一次试验交2月18日4第一阶段总结另行通知基础试验4个12每个3课时，3必选＋1自选课后一周交汇报3-8周基本试验4个12每个3课时，题目和时间网选课后一周交汇报9-14周考试试验1个4题目和时间网选课上交汇报15、16周第76页77详细教学安排：1、讲课I(4课时，第1周周六)内容：本学期教学安排和误差理论等。有作业，第一次试验时把作业交给老师。2、基础试验（12课时，3－8周完成）：

每个3课时，每个学生做4个试验（3个必选＋1个自选）。时段上网选。课后一周交汇报（交汇报箱）。3个必选

3.4.1滑线变阻器特征研究及测量二极管伏安特征3.4.2示波器使用3.4.3分光计调整和使用

1个自选（3选1）3.4.4杨氏模量静态法测量3.4.5刚体转动惯量测量

3.4.6等厚干涉与读数显微镜使用第77页78

4、基本试验（12课时，9－14周完成）：每个试验3课时，每人做4个，时段题目自选。课后一周交汇报。5、考试：4课时

第15、16周进行期末操作考试，考试时间为4课时，开卷，课上交汇报。（全体学生分两批分别在15周、16周考试）

3、讲课II(4课时)内容：第1阶段试验小结，第2阶段试验介绍。详细时间、地点请注意看试验室选课网上通知。（计划3月31日）第78页79二、本学期试验时间表(表格中数字为周次,共分3阶段)基础试验基本试验考试345678910111213141516清明节、“五一”、端午节放假按学校调课实际安排，请关注选课网上通知。

物理试验课程为开放式教学，在试验室开放时间内学生能够自选上课时间和试验内容。按要求完成教学内容。第79页80第一阶段试验上课时间（3-8周）：每七天共10个时段(红色部分)周一周二周三周四周五第1时段1:20-3:50第2时段4:20-6:50第3时段7:10-9:40第80页81选课方法和注意事项选课网址：20点击：物理试验教务系统第81页82大学物理试验教务系统从这里登录选试验从这里查看各种通知下次讲课时间安排、放假调课通知、未交汇报学生名单等信息会及时公布在选课网站上，请经常浏览。第82页83选课注意事项第一阶段（基础试验）选课时间：2月19日中午12:00选课开始，可选定第一阶段4个试验（次序不分先后，注意必选3个和自选1个，每七天只能做1个试验）。本学期课程资源有限，请尽早选定4个试验。初始选课密码为学号，注意修改！试验选定后可在网上自行调整（可退、可选），但不能退两天之内试验，特殊原因需持医院证实或学院教学科签字盖章证实，到7308魏老师处办理。选课后记清自己所选试验名称和时间段，做好预习，按时上课。无病事假证实未做试验补做成绩按7折计。平时试验选课问题咨询：周二、四下午2:00-5:007308魏老师（电话:51688483-15）第二阶段和考试试验选课时间第二次大课时通知。第83页84上课注意事项每个试验做完一周后应及时交汇报，以免影响成绩。每一阶段试验结束一周后在网站上会公布未交汇报学生名单，请注意查看。如有问题及时与任课教师联络处理。上课不要迟到，迟到10分钟不能做试验！上课必须要有预习汇报，不然不能做试验。试验中如碰到问题及时与任课教师联络，不要随意更换仪器！试验结束后一定要让教师签字！合格后整理仪器，经教师同意后方可离开试验室。不能替做试验和考试，一经发觉双方均按不及格处理！第84页85试验成绩考评平时成绩：每个试验10分，包含第1次课作业共90分。期末考试：50分。学期总成绩：总计140分，折合为百分制报出。注意：试验课没有补考，不及格只能在下一年重修！第85页86物理试验好帮手：导学系统大学物理试验导学系统，配合我校《大学物理试验》精品课程分层次教学内容，内容涵盖试验室当前所开设全部大学物理试验项目基本试验、基础试验、专题试验、设计性试验、基本仪器介绍针对试验课各个步骤，全方位地为同学们们提供指导和帮助，扩展了进行物理试验时间和空间课前预习课后复习课堂上帮助处理常见多发问题第86页87物理试验好帮手：导学系统试验预习复习时能够参阅“物理试验导学系统”相关内容。8/dxxt第87页88目标：既为正常试验课完成试验困难学生提供一个试验学习额外机会，也为热爱试验基础好能力强学生提供一个施展才能全新平台。地点：7312时间：第5周到第13周，每七天7个时段每七天二、四：下午2:00-5:00，晚上6:30-9:30周六：早晨8:30-11:30，下午2:00-5:00，晚上6:30-9:30形式：无需预约，持本人学生证进入课外学习步骤（1）——开放试验室第88页89课外学习步骤（1）——开放试验室内容：包含大学物理试验课程内全部试验项目和相关仪器设备操作。方式：补缺。试验课上未完成试验或选课后错过试验，可在开放试验室继续完成，由值班老师签字确认，汇报交到原选课教师汇报箱，由原任课教师给出成绩。（注：成绩＝试验成绩×0.7）提升。热爱试验、基础好能力强学生，采取固定场所和时间开放试验设备，学生阅读设备说明书，自行进行试验操作，并随时得到值班老师试验指导。创新。勉励同学们基于开放试验室设备，提出对课上试验进行拓展或设计新试验方案，申请和进行物理试验小项目。项目完成后，可申请大物试验成绩加分，项目结果可参加试验竞赛或挑战杯。挑战。可在此进行物理试验竞赛准备。第89页90开放试验室掠影第90页91课外学习步骤（2）——物理试验竞赛竞赛目标：激发对物理试验兴趣与潜能，培养学生创新能力、实践能力和团体协作意识。参加竞赛你能够：学习知识、开阔眼界、锻炼能力、收获情谊参赛要求：在册本科生，自由组队，参赛组数不限，每组1-2人。竞赛共设4个题目，可选其中一个题目北京交通大学物理试验竞赛从年开始，今年是第五届。本届竞赛时间安排竞赛题目公布：年4月竞赛报名：年6月比赛时间：年9月（入围赛），10月（决赛）第91页92评奖：设置一等奖、二等奖和三等奖，奖项数量和百分比按照学校要求获奖者择优推荐参加北京市大学生物理试验竞赛（11月）和全国大学生物理试验竞赛（12月）入围及获奖者将取得秋季学期物理试验课程成绩加分详细通知、报名和题目请关注

竞赛网站13:8081/课外学习步骤（2）——物理试验竞赛第92页93竞赛网站13:8081/第93页94上届物理试验竞赛题目题目一：试验研究肥皂泡或肥皂膜物理特征。题目二：测量发光二极管物理特征，并以发光二极管为基本部件，搭建一小型应用装置。题目三：学生在校期间完成物理思想清楚，物理知识点明确试验制作。题目四：学生在校期间完成物理思想清楚、与试验相关科研论文和教学论文。教学论文包含物理试验内容和方法改进、当代测量技术在物理试验中应用以及试验数据处理优化等。论文限3－5页，按《物理试验》期刊格式撰写。第94页95物理试验竞赛掠影第95页96通知购置试验汇报纸：7308室每人5元（含10张试验汇报纸+10张原始统计纸＋1张坐标纸）请以班级为单位集体购置时间：第2周周二和周三早晨9:00-11:00，下午2:00-4:30第96页97本学期教学安排第97页98

一、课程内容（本学期计划课时36课时）每位同学必须完成以下内容:课时内容交汇报要求时间试验大课2次4教学安排和数据处理，有作业作业第一次试验课上交3月2日4第一阶段总结4月13日基础试验4个12每个3课时，3必选＋1自选课后一周交汇报3-7周基本试验4个12每个3课时，题目和时间网选课后一周交汇报9-13周考评性试验1个4题目和时间网选课上交汇报15、16周第98页99详细教学安排：1、讲课I(4课时，第1周周六)内容：本学期教学安排和误差理论等。有作业，第一次试验时把作业交给老师。

2、第一阶段基础试验（12课时，3－7周完成）：内容：物理试验惯用仪器使用。每个学生做4个试验（3个必做＋1个自选），每个3课时。时段上网选。课后一周交汇报（交试验老师汇报箱）。3个必做

3.4.1滑线变阻器特征研究及测量二极管伏安特征3.4.2示波器使用3.4.3分光计调整和使用

1个自选（3选1）3.4.4杨氏模量静态法测量3.4.5刚体转动惯量测量

3.4.6等厚干涉与读数显微镜使用第99页100

4、基本试验（12课时，9－13周完成）：内容：物理试验基本方法。每人选做4个试验，每个3课时，时段题目自选。课后一周交汇报。5、考评性试验：4课时

第15、16周进行，时间为4课时，开卷，有附加数据处理题，当堂交汇报。

3、讲课II(4课时)内容：第1阶段试验小结，第2阶段试验介绍。计划4月13日,地点同第一次大课。第100页101二、本学期试验时间表(表格中数字为周次,共分3阶段)基础试验基本试验考评性试验345678910111213141516节日放假按学校调课实际安排，请尤其关注选课网上通知，以免错过试验。

物理试验课程为开放式教学，在试验室开放时间内学生能够自选上课时间和试验内容，按要求完成教学内容。第101页102第一阶段试验上课时间（3-7周）：每七天共12个时段(红色部分)周一周二周三周四周五第1时段1:20-3:50第2时段4:20-6:50第3时段7:10-9:40第102页103选课方法和注意事项选课网址：20/Default.aspx从这里登录选试验第103页104从这里下载课件、查看各种通知大课课件、下次讲课时间、放假调课通知、开放试验室通知、未交汇报学生名单等信息会及时公布在选课网站－“通知查看”栏，请经常浏览。第104页105选课注意事项第一阶段（基础试验）选课时间：3月3日中午12:00选课开始，可选定第一阶段4个试验（次序不分先后，注意必做3个和自选1个，每七天只能做1个试验）。初始选课密码为学号，注意修改！试验选定后可在网上自行调整（可退、可选），但不能退两天之内试验，特殊原因需持医院证实或学院教学科签字盖章证实，到7308魏老师处办理。第105页106选课注意事项选课后记清自己所选试验名称和时间段，做好预习，按时上课。无故未做试验可联络原任课教师补做，但成绩按7折计。平时试验选课问题咨询：周二、四下午2:00-5:007308房间魏老师（电话：51688483-15）第二、三阶段试验选课时间第二次大课时通知。物理试验中心新近开发了手机版选课系统，本学期为试用阶段，方法和注意事项以下。第106页107手机版物理试验教务系统（学生用户）使用说明（试用）1、登录大学物理试验教务系统,在“通知查看”中下载相关软件至用户电脑→传入用户手机→执行2、手机版只能利用校园wifi登录，当前不支持3G、GPRS登录。3、支持Android（安卓）2.3以上版本。第107页108上课注意事项上课不要迟到，迟到10分钟不能做试验！上课必须要有预习汇报，不然不能做试验。试验中如碰到问题及时与任课教师联络，不要随意更换仪器！试验结束后一定要让教师签字！合格后整理仪器，经教师同意后方可离开试验室。每个试验做完一周后应及时交汇报，以免影响成绩。每一阶段试验结束一周后在网站上会公布未交汇报学生名单，请注意查看。如有问题及时与任课教师联络处理。不能替做试验，一经发觉双方均按不及格处理！第108页109试验成绩考评大课作业：10分第一阶段试验：每个试验10分，共40分。第二阶段试验：每个试验10分，共40分。考评性试验：30分。学期总成绩：总计120分，折合为五级九段制提交教务处。注意：试验课没有补考，不经过只能在下一年重修！第109页110物理试验好帮手：导学系统大学物理试验导学系统，配合我校《大学物理试验》精品课程分层次教学内容，内容涵盖试验室当前所开设全部大学物理试验项目基本试验、基础试验、专题试验、设计性试验、基本仪器介