大学物理实验课程绪论

恒定或以可预知方式变化的测量误差的分量
特点：确定性 产生原因：仪器本身的缺陷、测量方法的不完 备、测量者的不良习惯等。 消除方法：鉴定法、换向法、置换法 ，等。
3、 误差分类（随机误差、系统误差、粗大 误差）
（3）粗大误差—明显超出规定条件下预期的误差
特点：可以避免，处理数据时应将其剔除。
产生原因：错误读数、使用有缺陷的器具、
§1.物理实验的重要作用
★ 物理学的发展与历史上三次工业革命的关系 ★ 现今，物理学与其它学科间的关系—重要基础
2、大学物理实验是高等工科学校非物理专 业一门必修的学位课程
（物理实验课程在实践课培养中的地位）
一、 大学实验物理课程体系、内容及要求
三大模块
即：实验结果的数据处理能力，三基本训练的能 力，设计性实验和创意性实验能力。 四个结合 1、传统实验教学方法与现代化教学手段相结合 2、将实验物理思想的培养与实验技能的训练相 结合 3、基础实验技能训练同时，注意能力素质培养 4、能力素质培养与考试相结合
2 2
（4）测量结果表示为
T T uT 5.007 0.005 mm E uT 0.4 100% 100% 0.1% 229.1 T
例3 : 用一根卷尺测量一块木板的长度，共测十次，得到 数据如下（单位：mm）： 120.1, 120.3, 120.0, 120.5, 120.3, 120.2, 120.1, 120.4, 120.3, 120.2, 若B类不确定度为毫米量级，求测量结果。 解：（略。提示：uB»uA）
使用仪器、方法不对等。 消除方法：3σ判别法。
4、精密度、正确度与准确度（又称精确度）
精密度—反映随机误差（各测量值间的离散程度） 正确度—反映系统误差（测量结果偏离真值程度）
准确度（精确度）—反映综合误差
(a) 正确度较高、 精密度低
(b)
精密度高、 正确度低
(c)
准确度高
§1.2 测量结果误差估算及评定方法
2、进行实验 独立调试仪器、认真观察实验现象、实事求是 记录实验数据，在规定时间内完成实验。 实验结束时，要将实验数据交给指导老师检查、 签字；整理好实验物品，方可离开实验室。 实验分组方法与流程：参见另页。
因故不能到课的学生，必须在课前向老师请 假，经准许后方可安排补做实验，否则按旷课处 理。缺交实验报告一次者，当次实验成绩为0； 本学期缺做两次实验或未参加学期考试，学期成 绩为“无资格”，无资格及成绩不及格者无补考 机会。（学期课程考核方式：平时成绩+闭卷考 试） 3、进行数据处理和实验报告 报告册分A、B两册，采用轮流使用的方式。 报告册可到320办公室购买。
例 1: 如用一个精度为0.5级，量程为10 μA 的电流表，单次测量某一电流值为 2.00μA，试用不确定度表示测量结果。 解：u=10 μA ×0.5 ％=0.05 μA I=（2 .00±0 .05 ）μA
E=u/I×100%=2.5%
二、多次测量结果的误差估算及 评定程序： 1、求平均值 N 。 2、求 或 或 u。 3、表示结果。（例如用u， 则结果为 ） N N u
精密度越低。
P
N N
N
N
当系统误差、粗大误差已消除，随机误 差服从正态分布
范围 置信概率（包含真值的概
率）
N — N N 2 — N 2 N 3 — N 3
P
68.3%
95.4% 99.7%
N
N
N
N
2．不确定度－测量结果的可信赖程度
A类分量（用统计的方法计算）uＡ： N B类分量（用其他方法计算）uＢ： u j 合成不确定度
x N y
2 2 uN ux u y
uy 2 uN ux 2 ( ) ( ) N x y
uN N uy 2 ux 2 ( ) ( ) x y
N kx
N sin x
uN k ux
ux uN x
uN ux N x
u N cos x u x
N ln x
1887年赫兹实验发现了
假说
电磁场理论
麦克斯韦方程组 二十多年后
麦克斯韦在
1865年提出
电磁场理论 才得到公认
电磁波的存在并证实电 磁波的传播速度是光速
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。 1974年J/ψ粒子的发现更进一步证实盖尔曼1964年提出的夸克理论。
P
说明：N≥5次，
可近似利用上述 规律进行分析。
N
N
Ν Ν -σ≤N≤ +σ，置信概率为68.3%; Ν -2σ≤N≤ +2σ，置信概率为95.4%; Ν Ν -3σ≤N≤ +3σ，置信概率为99.7%. Ν
N
N
3、 误差分类（随机误差、系统误差、粗大 误差）
（2）系统误差—同一被测量的多次测量过程中，保持
u
2 2 u A uB 2 ( N ) u 2 或 2 ( N ) u 2 j j
N
仪器的极 限误差
ins ins K
测量结果表示为： 相对不确定度：
N u （单位）
u N 100%
今后我们约定用不确 定度表示测量结果
E
这种表示方法的置信概率大约为95%左右。
3、 误差分类（随机误差、系统误差、粗大误差）
（1）随机误差—同一量在多次测量过程中，以不可预 知方式变化的测量误差的分量 产生原因：环境、仪器、人员的影响等。 特点:(a)测量次数不多情况下随机误差没有规律; (b)大量测量时随机误差服从统计规律。很多 服从正态分布（单峰性、对称性、有界性），曲线下 面积为1，曲线越窄，峰越高，随机误差越小。 结论：多次测量平均法可以减小随机误差。
（1）绝对误差： N N测 N真 （2）相对误差（百分误差）
N真 （3）结果表示： E
N
100%
N测 N 真 N真
100%
N真 N测 N（单位）
E
N
N真 100%来自2、误差来源（1） 仪器误差（不准确、有缺陷） （2） 环境误差（温度、振动、气流等；偏离环境要求） （3） 测量方法误差（方法的不完善、理论不严密） （4） 人员误差（感官能力的限制、不良习惯、操作不熟练）
（1）由测量数据得到算术平均值及测量列的标准偏差 （即不确定度的A类分量） Ti 5.0073 (mm) T
n u AT
(T T )
i
2
n -1
0.0024 (mm)
（2）由千分尺产生的不确定度分量
uBT 仪 0.004 (mm)
（3）合成不确定度为：
uT u AT u BT 0.0024 2 0.004 2 0.005 (mm)
xk ym N zL
uy uN u u k 2 ( x ) 2 m 2 ( ) 2 L2 ( z ) 2 N x y z
二、 实验物理课程基本训练的有关程序 1、实验前预习 预习内容包括： （1） 实验名称； （2） 实验目的； （3） 仪器设备； （4） 基本原理，包括相应的理论公式、 图、表及实验方法的设计，等； （5） 数据草表（在预习报告中画好）。 实验时带着预习报告（内容可直接写在实验报告 中）进入实验室。此外，第一次实验前仔细阅读 “学生守则”并签字、遵守。
§1.3 直接测量的误差估算及评定 一、单次测量误差估算及评定 单次测量结果的误差估算常以测量仪 器误差来评定。 uＢ=△ins
仪器误差： △ 已标明（或可明确知道）的误差 如50分度游标卡尺： uＢ=△ ins =0.02mm 未标明时，可取仪器及表盘上最小刻度的 一半作误差（如米尺、温度计等）。 △ 电学仪器根据仪器的精度来考虑 如电表： ins 量程数 仪器精度级别%
第一章 测量误差及数据处理方法
§ 1.1 测量与误差关系 § 1.2 测量结果误差估算及评定方法 § 1.3 直接测量结果误差估算及评定方法 § 1.4 间接测量结果误差估算及评定方法 § 1.5 有效数字及其运算
§ 1.6 常用数据处理方法
一、 测量
测量：就是用一定的测量工具或仪器，通过 一定的方法，直接或间接地得到所需要的量值。 直接测量 测量 间接测量
大学物理实验绪论
本节课的主要内容：
一、大学物理实验地位和作用
二、大学物理实验课程体系、内容及要求
三、实验物理课程基本训练的有关程序
四、物理实验规则 五、测量误差及数据处理方法
一、大学物理实验地位与作用
1、研究内容
与大学物理同属物理学，都是研究物质运动最基本的 形式与规律、物质间的相互作用及物质基本结构的科学， 它必须以客观事实为基础，必须依靠观察和实验。归根结 底物理学是一门实验科学，无论物理概念的建立还是物理 规律的发现都必须以严格的科学实验为基础，并通过今后 的科学实验来证实。
§1.4 间接测量量的误差估算及评定
设N=f(x,y,z)，则不确定度的传递公式：
不确定度
f 2 2 f 2 2 f 2 2 uN ( ) ux ( ) u y ( ) uz x y z
(1.4-8)
u、E求一个即可； 偏导举例
uN ln f 2 2 ln f 2 2 ln f 2 2 (1.4-9) ( ) ux ( ) uy ( ) uz N x y z
直接测量--指无需对被测的量与其它实测的量进行函数关系 的辅助计算而可直接得到被测量值的测量； 间接测量--指利用直接测量的量与被测量之间的已知函数关 系经过计算从而得到被测量值的测量