基础物理实验绪论课2PPT课件

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北工大大学物理实验绪论PPT课件

第2、3周上课时间到知行楼329房间（张兵老师）买报告纸，以原来的自然班为单位，每位同学交3.5元 /10份，请班长或科代表提前把钱收齐。
绪论课作业用数学作业纸，其它实验用物理实验报告纸。
北京工业大学物理实验中心
主要内容
➢为什么要上物理实验课 ➢测量和误差 ➢不确定度 ➢测量结果的表述规范 ➢有效数字 ➢数据处理的基本方法
百分差
测量值公认值
E0
公认值
100 %
北京工业大学物理实验中心
误差的分类
误差分类
系统误差
按其特征和表现形式分为系统误差和随机误差。
等精度条件下，对同一物理量进行多次测量，误差的数值与符号保持不变，或以可预知的的方式变化的误差。
随机误差
等精度条件下，对同一物理进行多次测量，某一次测量的误差其大小和符号以不可预知的方式变化的误差。
• 实验成果可以很快得奖，而理论成果要经过至少两个实验的检验。
• 有的建立在共同实验基础上的成果可以连续几次获奖。
北京工业大学物理实验中心
• 1997：发明了用激光冷却和俘获原子的方法
•
Steven Chu Cohen-Tannoudji William D. Phillips
• 1998：量子霍耳效应，电子能够形成新型粒子
D24 11046111~34
知行楼3层312房间
北京工业大学物理实验中心
上课时间：第二周周四（3月1日）下午13：00-15：15 上课内容：绪论2（长度的测量（4.1，P48））
D25 11020001~29
知行楼3层327房间
D26 11020030~38 11021103~18 知行楼4层426房间

大学物理实验讲稿ppt课件

误差 = 测量值 — 真值。
y y Y0
9
1.1.3 误差的分类大学物理实验
一、系统误差
系统误差是由于仪器不完善，或测量方法不恰当，或环境变化等引起，具有确定的规律性，或多次测量时误差始终不变，或随测量条件的变化而有规律的变化，总之是有规律可寻的，是可定误差。
系统误差的来源：
(1)仪器误差，由仪器的结构和标准不完善引起的，表现形式有三种：
通常根据待测物理量最终测量结果的获取过程把测量分为两大类，即直接测量和间接测量。
7
1、直接测量
大学物理实验
直接测量就是把待测量直接与标准量（量具）
进行比较，直接读数，直接得到数据。例如用米尺测量长度，用钟表测量时间，用安培计测量电流，用温度计测量温度等等。在一切实验中，直接测量是基础。
2、间接测量
12
对同一量测量大次学数物n理足实够验多时，将会发现它们的分
布服从某种规律。实践和理论都证明，大部分测量的随
机误差服从统计规律，其误差分布（或测量值的分布）
呈正态分布（又称高斯分布）。
f (i )
随机误差具有以下特征：
①对称性：绝对值相等的正、负误差出现的几率大体相同；
②单峰性：绝对值较小的误差出现的几率大，绝对值较大的误差出现的几率小；
2、学会常用物理仪器的调整及正确的使用方法。
3、使学生初步具备处理数据、分析结果、撰写实验报告的能力。
4、培养学生对待科学实验一丝不苟的严谨态度和实事求
是的工作作风。
2
二、物理实验的主要大环学物节理实验
和
所用的实验基本方法，特别是做好实验的关键环节，要心中有数，并简练地写在预习报告上，预习报告中要自行设计数据记录表格。预习不合格者不得实验。

浙江大学物理实验绪论课件

任何测量都可能存在误差（注意误差是指与真值比较）
浙江大学物理实验绪论
误差是普遍存在的，但是误差是相对于真值而言的。一般地，真值是未知的。为了要对测量结果的可靠性予以标度，我们引进了不确定度的概念。不确定度的计算又借用了误差计算的理论。
了解误差的来源，分析误差的性质，做到正确处理数据和估算不确定度。目的是为了更好地优化实验，合理选择仪器，提高实验的精度和准确度并给出正确的实验结果和误差存在的范围。
任何物理概念的建立或物理规律的承认都必须以严格的科学实验为依据，并为以后的实验所证实。
浙江大学物理实验绪论
实验是打开科学大门的钥匙
牛顿在1672年给奥尔登堡的信中写道：“探求事物属性的准确方法是从实验中把它们推导出来，考察我的理论的方法就在于考虑我所提出的实验是否却实证明了这个理论；或者提出新的实验去验证这个理论”。
浙江大学物理实验绪论
目录
一、概述二、物理实验与测量误差三、测量不确定度与误差四、数据处理与有效数字、作图法与表格法五、对同学的基本要求六、实验报告评分标准
浙江大学物理实验绪论
一. 概述
实验物理
物理学
理论物理
计算物理
浙江大学物理实验绪论
实验提供的条件比自然界出现的更富变化和灵活可控；
浙江大学物理实验绪论
随机变量的统计规律—正态分布
正态分布(又称Gauss分布)：
物理实验中多次独立测量得到的数据一般可以近似看作服从正态分布。
(x)12exp(x(2 2)2)
x
μ表示 x 出现概率最大的值，消除系统误差后称为数学期望值。通常就可以得到 x 的真值。
lim
n
1 n
n i1

大学物理实验课绪论ppt课件

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
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。
实验又是检验理论正确与否的重要判据
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
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）。
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;
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）。
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

大学基础物理实验绪论-PPT精品

§2.2 读数规则
仪器的可读度取决于采用模拟显示的仪表和观测者。
1．线性刻度的仪器仪表，估读至其分度值的十分之几。 2．下列几种类型的仪器仪表，一般不进行或不可能估读：非线性刻度的仪器仪表一般不要求估读，如欧姆表。不确定度与分度值非常接近的仪器，进一步估计其读数将无
实际意义，如游标卡尺。示值产生跳变的仪表(不连续式的)，读数时不可能进行估计。
测量误差的系统部分在相同条件下多次测量同一量时，误差的绝对值和符号恒定，或在条件改变时按某一确定规律变化的误差。
随机误差----
测量误差的随机部分在相同条件下多次测量同一量时，误差时大时小、时正时负，无规则地涨落，但是对大量测量数据而言，其误差遵循统计规律。
精密度、准确度和精确度
精密度高
准确度高
小于五舍，大于五入，等于五时则把尾数凑成偶数。
4.1868取4位有效数字
4.187
1.63501、1.63500 、1.64500取3位有效数字 1.64
2．有效数字的四则运算法则
加减法：结果的尾数与末位最高的那个数据的尾数对齐
“尾数取齐” 38.21+161.2-1.32＝198.1
一个四位有效数字减去一个四位有效数字结果是几位有效数字？
差称为该测得值的残差或偏差。
xi xi x
n 实际测量中的测量次数总是有限的，所以，实验数据处理
中常以误差符号代替偏差的符号；即以
代表 x i
s xi
xi
④样态本分方布差的、等标精准度偏测差量：的在取有样限标次准测误量差中的，精以确s估x表i 计示值一，组称符为合样正
本标准偏差。。
n
§3 测量不确定度

物理实验绪论

没有预习并写好预习报告者，老师有权停止其实验或实验成绩降一档！
2 .实验的进行—中心环节检查预习报告，交上次实验报告，听老师讲解实验原理及注意事项等。动手实验，使用仪器测量时，必须按操作规程进行，不明确操作规程，千万不要动用仪器。
仔细观察和认真分析实验现象；准备就绪后就开始测量，要求实验者精力集中，仔细观察，精心操作。
Ｎ的不确定度 uN ( fx)2ux2( fy)2uy2 Ｎ的相对不确定度
EruN N(lnxf)2ux2(lnyf)2uy2
当函数 f (x, y, )中各量间是乘除关系时，利用相对
不确定度传递公式计算方便。
间接测量的结果表示
N NN
Nf(x,y, )
uＮ只取一位有效数字，尾数只进不舍。Ｎ’的最后一位应于uN末位对齐。
10
解
di
d i1 19.75mm
10
Sd
10
(di d)2
i1
0.014mm
109
仪 0 .0 2
0 .0 1 2 m m 3
不确定度
uS d2仪 20 .0 1 4 20 .0 1 2 2m m
0 .0 1 8 m m 0 .0 2 m m
直径的测量结果
d d u ( 1 9 . 7 5 0 . 0 2 ) m m ( p 0 . 6 8 3 )
❖在大学物理实验中，通常只取一位欠准数字。因此有效数字由若干位准确数字和一位欠准数字组成。
❖有效数字不仅反映了待测量的大小，正确书写的有效数字还可以反映测量的精确程度。
1.有效数字定义：
由测量结果的第一位非零数起到u 在的那一位数字
止的全部数字统称为测量的有效数字。
4.60cm≠4.600cm

基础物理实验绪论实验课教材参.ppt

地球周长是多少？
A. 4×103km B. 4×104km C. 4×105km
埃拉托色尼测定地球周长
亚历山大城
问题：
给你一根直杆，
你能否测出地
球的周长？
埃拉托色尼测定地球周长
2. 物理实验的重要性
2.1 物理实验在物理学研究与发展中的作用
2.2 物理实验对物理学在其他学科中应用的意义
2.1 物理实验在物理学研究与发展中的作用
如何做实验记录？
4.3 实验后—数据处理与实验分析
4.1 实验前—预习
写出预习报告，没有预习不允许做实验一、实验目的
简要地阐明为什么做实验
二、实验前应回答的问题
4.1 实验前—预习
写出预习报告，没有预习不允许做实验
三、实验内容
简要地阐明如何做实验，篇幅力求简短。
1、实验方法 2、关键步骤 3、要测量的物理量
讨论什么？如何讨论？
努力培养思考、讨论问题的能力将讨论贯穿到实验全过程
不定期开设专题研讨班
4.3 实验后—实验报告
六、实验现象分析和数据处理（作图纸请另附）
对实验现象的分析与解释数据处理（计算过程、有效数字、单位），不确定度的评定、作图
七、实验讨论
对实验中有关问题的思考，对测量结果与期望值关系的讨论，
4.2 实验中—操作与记录
• 如何使用仪器仪表？
数字电流表测量某一电路中的电流
4.2 实验中—讨论很重要
• “数据越多越糊涂”—北京大学吴思诚教授动手少，动手时动脑少不敢、不善于提问
• “提出一大堆假设而不去证明，非常糟的体验” —复旦大学陈唯教授 • 学问？主动学习不够，思考不够
实验中的问题

大学物理实验绪论(课堂PPT)

平时成绩=预习及操作成绩（60%）+报告成绩（40%）
.
4. 实验管理系统
【学生登录账号是学号，初始密码是学号。登录后务必修改】关于实验预约系统如何使用，可登录网站。首页，下载“致2017级同学-新学期重要通知及资料”查看附件四。
.
5. 要求【非常重要】 (1)第二周的周一（3月12日）9：00-17:00，各班班长、学习委员到物理实验
.
标准差的统计意义
.
不同标准差的比较
显然σ越小，测量值的分散范围越小，测量的精密度越高。
.
分布特点
1. 单峰性
p ( 0 ) 达到最大值
p(x)
2. 对称性
p(x)＝ p(x)
3. 有界性
x 3
x
0
4. 抵偿性：
1 n
x n i1 xi
0
.
测量列的标准差
lim n
1n ni1(xi
x)2
A类分量:单次测量不考虑。 B类分量:仪器不确定度为 0.004mm。
5.5mm +0.16mm +0.005mm =5.665mm
正确的测量结果：(5.665±0.004)mm
.
②由仪器的准确度等级获得:(针对电学实验仪器来说)
准确度等级量程
X 仪 =
100
准确度等级: 0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0
真）
【实验九】分光计的调整和三
【实验五】多用电表的使用
棱镜顶角的测定
【实验十】用牛顿环测曲率半径
B类实验
【实验十一】导热系数的测定【实验十二】数字万用表的使用【实验十三】用双臂电桥测量低电阻（电脑仿真）【实验十四】用光谱仪观测原子光谱【实验十五】伏安特性曲线的测绘【实验十六】静电场的描绘【实验十七】拉伸法测量杨氏模量

大学物理实验绪论课()精品PPT课件

⑤、⑥、⑦、⑧要详细写。关于详细要求的说明，请参阅讲义。
第一章概述
§3 本课程的教学程序及有关问题的说明
➢ 关于实验报告的收发每次上实验课，交上一次实验的实验报告，迟交要扣分注意：必须将教师签过字的原始数据表同时上交，否则不予认可二 3次不交实验报告学生不得参加期末考试
第一章概述
第一章概述第二章误差与不确定度的基本概念
与处理方法第三章数据处理的基本知识与要求
第一章概述
§1 大学物理实验课的地位与作用
一、实验是物理学的基础
实验是对自然的积极探索其作用具体体现在： ➢ 通过发现新现象，推动物理理论的发展 ➢ 检验和修正物理理论
二、物理实验是推动科技发展的有力工具
第一章概述
§2 大学物理实验课的教学目的与要求
三、提高科学素养
科学素养几个表现： ➢ 有强烈的求知欲。 ➢ 在科学思维的基础上独立观察思考，培养
创新意识。
➢ 培养严谨的科学作风和坚韧不拔的苦干精神。
第一章概述
§2 大学物理实验课的教学目的与要求
四、教学中的几点具体要求：
遵守实验规则，养成良好的实验习惯；熟悉本课程的基本程序并按要求执行；掌握物理实验基本测量方法；能够正确合理地处理实验数据，能够撰写完整规范的科学实验报告；了解误差与不确定度、有效数字的基本知识和处理方法，并能适当应用于数据处理过程。
如：用卡尺测长度
间接测量：利用一定的函数关系由一个或几个直
每次最后做完实验的两个同学还要完成清扫实验
室的任务，经教师允许后方可离开。
第一章概述
§3 本课程的教学程序及有关问题的说明
四、实验报告撰写规范
➢ 一份完整规范的实验报告通常包括以下部分：

武汉理工大学物理实验物理实验报告绪论.ppt

n
lim
2 i i 1
n
i xi
1 f ( ) e 2
2 2 2
认识正态分布函数
( , )
测量值落在区间 ( , )
的概率P = 68.3%；
x
在区间 ( 2 , 2 ) 的概率P = 95.4%；在区间 ( 3 , 3 ) 的概率P = 99.7%。
3 u ( xi )
a 3
3
6
a 3
a 6
2
a 2
在实验教学情况下，为简化起见，一般估计为矩形（均匀）分布，B类不确定度的计算公式为：
uB 3
其中，Δ取仪器的误差限或实际测量估计的误差极限值。
例1.2.1 知道某游标卡尺的仪器最大仪器误差为 0.05mm，则按矩形分布计算标准不确定度：

误差可用来修正测量结果（如系统误差），不确定度则不能。
1.2.1 不确定度的评定

规范依据
国家计量技术规范《测量不确定度评定与表示》JJF1059— 1999

不确定度的评定方法可归纳为A、B两类
用统计方法得出的归为A类
用非统计方法得出的归为B类
A、B两类不确定度只是评定方法的不同，不是不确定度性质的不同。多数情况下要综合A、B两类评定的结果。
反映测量偶然误差的大小。
O
通常，概率P 称为“置信概率”，对应的x范围称为“置信区间”。
随机误差和系统误差的形象表示
子弹着靶点分布图
（a）随机误差小，系统误差大（b）随机误差大，系统误差小（c）随机误差和系统误差都小
能看出图示测量中随机误差和系统误差的相对大小吗？（X0为真值）

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10
The greatest equation in physics 1. Maxwell’s equations: ▽• D =
▽• B = 0 ▽×E = - B/t
2. Euler’s equation:
▽×H = D/t + J
eiπ + 1 = 0
3. Newton’s second law: F = ma
4. Pythagoras’s theorem: a2 + b2 = c2
5. Schrödinger’s equation: Hψ = Eψ
取自王迅教授讲座ppt
6. Einstein’s equation: E = mc2 7. Boltzmann equation S = klnW 8. 1 + 1 = 2 9. Principle of least action S = 0. 10. De Broglie’s equation p = h/
22
埃拉托色尼测定地球周长的实验（约公元前300）
7.2o
C=(360o/7.2o)X800km 23
问题2：当你躺在海滩上看到太阳落下而消失在平静的海面时，如果紧接着站起来，会再一次看到太阳落下。假如能测出这两次太阳落下对应的时间间隔，你就可以估计出地球的半径。
通
知
第29月19日）由于中秋节放假，
建议同学在第2周其它时段前往教
室听讲，同一周每个时段的教学内
容相同。
对于无法在第2周其它时段旁听

的同学，9月19日的课程将于9月22
日（周日）18:30- 21:05在2201教
室补课。
1
基础物理实验
绪论
课件下载：
2
我属于哪一类？
1 喜欢物理，喜欢物理实验 —— 不能让你们失望！
14
汤姆逊枣糕模型
卢瑟福粒子散
射实验1911年
10-10m
15
It was quite the most incredible event that has ever happened to me in my life. It was almost incredible as if you fired a 15-inch shell at a piece of tissue paper and it came back and hit you.
2 一般般，但为了。。。 —— 让你们有所收获！
3 讨厌物理、物理实验，但。。。 —— 让你们改变对物理实验的看法！
金晓峰教授报告ppt，转引自白翠琴老师课件3
基础物理实验课的目标
• 掌握物理实验的基本知识、基本方法和基本技能。
• 学习用实验方法研究物理规律，加深对物理规律的理解和掌握，并在实验中提高发现问题、分析问题、解决问题的能力。
-- 朱鹤年《新概念基础物理实验讲义》清华出版社，2013.6
9
从物理学史看物理实验的重要性
• 经典物理学的建立：
力学（伽里略）电磁学（库仑、法拉第、麦克斯韦）光学（杨氏、菲涅耳）
• 近代物理学的建立：
三大发现（X光、放射性、电子） ——从宏观到微观
两朵乌云（黑体辐射、迈克耳逊－莫雷实验） ——从经典到近代
16
Bohr将核式模型进一步推广，电子只能在特定的轨道上运动
17
物理实验在“全人教育”上有独特作用
百般呵护好奇心尽情释放好奇心
18
好奇心是每个健康孩子天生就有的，然而它常常过早地消失。
----Albert Einstein
丁肇中：
“科学很大一个作用是满足人的好奇心，这是人和动物的最大区别。”
取自王迅教授讲座ppt
最美的十大物理实验
1. 用单电子作的杨氏双缝干涉实验（1961） 2. 伽利略的落体实验（1600左右） 3. 密立根油滴实验（1909） 4. 牛顿用棱镜将日光分解为七色的实验（1665—1666） 5. 杨氏用光作的干涉实验（1801） 6. 卡文迪许用扭秤测定万有引力常数的实验（1798） 7. 埃拉托色尼测定地球周长的实验（约公元前300） 8. 伽利略的斜面实验（1600左右）
6
(1) 什么是基础物理实验？
1 力学：碰撞问题转动惯量
2 热学：液氮比汽化热
3 光学：激光、干涉、衍射、透镜成像
4 电磁学：圆线圈和亥姆霍兹线圈、谐振电路、
电桥、磁阻效应、示波器的使用
5 近代前沿：量子论实验、X光实验
6 现代测量技术：计算机实测
7 数据处理方法：如何画图、不确定度评定、
最小二乘法拟合等
7
经
分层次的物理实验课程基础 - 综合- 近代 - 科研
基本 - 常规 - 拓展
8
(2) 物理实验在物理学研究与发展中的作用
中国科协前主席周光召院士：
为什么20世纪最重要的物理学的发现发生在德国：首先，德国人非常重视实验和实验数据的分析第二，德国有很强的数学传统哥廷根世界数学中心第三、德国有非常强的哲学传统 – 打破机械论
9. 卢瑟福用粒子散射发现原子核的实验（1911）
10. 佛科摆的实验（1851）
13
假如世界末日真的发生 ……
If in some cataclysm, all of scientific knowledge were to be destroyed, and only one sentence passed on to the next generations of creatures, what statement could contain the most information in the fewest words?
• 养成无私无畏的敬业精神和实事求是、严谨踏实的科学态度。
4
绪论
1 物理实验的重要性 2 如何做物理实验 3 基础物理实验课的要求
5
1 物理实验的重要性
(1) 什么是基础物理实验 (2) 物理实验在物理学研究与
发展中的作用 (3) 物理实验对物理学在其他
学科中应用的意义 (4) 改变轻视实践的传统观念
“为了名和利去做科学是危险的。”
亚历山大城和塞恩城亚历山大城
问题：
给你一根直杆，你能否测出地球的周长？
塞恩城
北回归线
测定地球周
长的实验（约公元前300）
取自马世红2p1pt
埃拉托色尼测定地球周长的实验（约公元前300） L = 360 800 / 7.2 千米
取自马世红ppt