大学物理实验竞赛实验基础知识部分

⼤学物理实验报告(此⽂档为word格式，下载后您可任意编辑修改！)第⼀部分实验基础知识物理学是研究物质间相互作⽤及其运动规律的科学，物质间的相互作⽤及其运动是⽤测量的物理量来描述的，因此测量是物理学中⼀个很重要的概念。

可是说，物理学是门建⽴在测量基础上科学。

那么，什么是测量呢？测量就是利⽤标准物件对研究对象的某种属性进⾏⽐较从得出量值关系的过程。

被测量某种属性称为物理量，被选作标准来确定被测对象量值的器具称为仪器。

在经典物理中，⼈们认为被测物理量始终存在⼀个与测量者个⼈意志⽆关的数值，这个数值叫做测量的真实值。

⼀测量与误差测量是利⽤测量仪器与被测对象的物理量值进⾏⽐较，⽐较的结果称为测量值。

但是被测对象的物理量值应该存在⼀个与测量者个⼈意志⽆关的真实存在，这个真实存在叫真实值。

真实值和测量值之间有差异，这种差异叫误差。

测量值（）-真实值（）=误差（）因为真实值是不确知的，测量的任务就是：（1）找到最接近真实值的最佳估计值。

（2）给出最佳估计值的可靠程度。

误差的分类：根据误差的性质，将误差分为偶然误差和系统误差。

偶然误差：是由于各种偶然因素对实验者、测量仪器、被测物理量的影响⽽产⽣的。

偶然误差的特点是，多次重做同—实验时，结果有时偏⼤，有时偏⼩，并且偏⼤和偏⼩的机会相同。

减⼩偶然误差的⼀般⽅法是多次测量，取其平均值作为测量的真值。

设对某物理量的多次测量结果为则取实验标准差：具有偶然误差的测量值是随机的，为了反映测量相对真值的分散性的量称为实验标准差，可使⽤贝塞尔公式来描述平均值的标准差：测量值是随机的，则其平均值也必然具有随机误差，由于求和时随机误差的抵偿效应，平均值误差的绝对值较⼩，它的实验标准差⽐⼩。

标准偏差⼩的测量值，说明分布狭窄或者较向中间集中，偏离真实值的可能性⼩，测量可靠性⾼。

系统误差：系统误差是由于仪器本⾝不精确，或实验⽅法粗略，或实验原理不完善⽽产⽣的。

其特点是，在多次重做同—实验时，其结果总是同样地偏⼤或偏⼩，不会出现有⼏次偏⼤⽽另外⼏次偏⼩的情况。

第一章实验基础知识——误差和有效数字在关于最新必修加选修教材的教学大纲中，对误差和有效数宁作出了明确的规定。

1．关于误差认识误差问题在实验中的重要性，了解误差的概念，知道系统误差和偶然误差，知道用多次测量求平均值的方法减小偶然误差，能在某些实验中分析误差的主要来源，不要求计算误差。

2．关于有效数字了解有效数字的概念，会用有效数字表达直接测量的结果。

间接测量的有效数字运算不作要求，运算结果一般可用2—3位有效数字表示。

一、误差做物理实验，离不开对物理量的测量，而测量值和真实值总有差异。

这种差异就叫做误差。

从来源看，误差分成系统误差和偶然误差两种，从数值看，误差又分为绝对误差和相对误差两种。

1．系统误差和偶然误差①系统误差：系统误差是由于仪器本身不精确，或实验方法粗略，或实验原理不完善而产生的。

其特点是，在多次重做同—实验时，其结果总是同样地偏大或偏小，不会出现有几次偏大而另外几次偏小的情况。

要减小系统误差，必须校准仪器、改进实验方法、设计原理更完善的实验。

②偶然误差：是由于各种偶然因素对实验者、测量仪器、被测物理量的影响而产生的。

偶然误差的特点是，多次重做同—实验时，结果有时偏大，有时偏小，并且偏大和偏小的机会相同。

减小偶然误差的一般方法是多次测量，取其平均值。

[例题1] 指出以下误差是系统误差还是偶然误差A．测量小车质量时天平不等臂、或砝码不标准，天平底盘未调平所致的误差。

B．用有毫米刻度的尺测量物体长度，豪米以下的数值只能用眼睛估计而产生的误差C．用安培表内接法测电阻时，测量值比真实值大[)．在验证共点力合成的平行四边形法则实验中，在画出两分力方向及合力方向时，画线不准所致误差[解析] A是选项是实验仪器不精确所致，是系统误差；B选项是由于测量者在估计时由于视线方向不准造成的，是偶然误差；C选项是实验原理不完善、忽略电流表内阻影响所致，是系统误差；D选项是画力方向时描点不准、直尺略有移动，或画线时铅笔倾斜程度不一致所致，是偶然误差。

大学物理实验报告----------制流电路、分压电路和电学实验基础知识姓名：_______柳天一__________学号：______2012011201 _______实验组号：____3______________班级：______计科1204_________日期：______2013.3.23__________实验报告【实验名称】制流电路、分压电路和电学实验基础知识【实验目的】1、了解电学实验的要求、操作规程和安全知识。

2、学习电学实验中常用仪器的使用方法。

3、学习连接电路的一般方法，学习用变阻器连成制流电路和分压电 路的方法。

【实验原理】制流电路的特性：制流电路如图3所示，图中E 为直流（或交流）电源；R 1为滑线变阻器，A 为电流表；R 2为负载（本实验采用电阻）；K 为电源开关。

它是将滑线变阻器的滑动头C 和任一固定端（如A 端）串联在电路中，作为一个可变电阻，移动滑动头的位置可以连续改变AC 之间的电阻R AC ，从而改变整个电路的电流I。

（a ） （b ）1.分压电路的特性：分压电路如图4所示，图中E 为直流（或交流）电源，滑线变阻器两个固定端A 、B 与电源E 相接，负载R 2接滑动端C 和固定端A （或B ）上，当滑动头C 由A 端滑至B 端，负载上电压由0变至E，调节的范围与变阻器的阻值无关。

（a ）（b ）2.制流电路与分压电路的选择： 图3 制流电路图4 分压电路(1) 调节范围分压电路的电压调节范围大，可从E →0；而制流电路电压调节范围小，只能从 E E R R R →⨯+122。

(2) 细调程度当2/21R R ≤时，在整个调节范围内调节基本均匀，但制流电路可调范围小；负载上的电压值小，能调得较精细，而电压值大时调节变得很粗。

(3) 功率损耗使用同一变阻器，分压电路消耗电能比制流电路要大。

基于两电路的差别，当负载电阻较大，调节范围较宽时选分压电路；反之，当负载电阻较小，功耗较大，调节范围不太大的情况下则选用制流电路。

2023全国大学生物理实验技能竞赛题库1. 平抛运动实验题目一：平抛运动轨迹测量实验要求：使用恒定斜度的平滑导轨，利用光电门测量小球在平抛运动中的位置与时间数据，绘制运动轨迹图。

题目二：平抛运动初速度测量实验要求：通过改变平抛运动小球的发射角度，利用床垫接收小球落地时的冲击声音，测量小球的初速度。

2. 牛顿定律实验题目一：力的合成与分解实验要求：利用两个拉伸力或压缩力偶力传感器及合力传感器，测量多个力的合成与分解，验证力的平行四边形法则。

题目二：质点受力分析实验要求：利用挠性梁和力传感器，测量不同力对于质点的作用，验证质点受力分析定理。

3. 镜片实验题目一：薄透镜成像实验要求：使用凸透镜或凹透镜，利用光屏观察透镜成像现象，测量物距、像距及透镜焦距，验证薄透镜公式。

题目二：反射镜成像实验要求：使用平面镜或曲面镜，利用光屏观察镜像生成过程，测量物距、像距及镜的焦距，验证镜成像规律。

4. 热学实验题目一：比热容测量实验要求：利用热量传导原理，采用恒温槽和热电偶，测量不同物质的比热容，分析物质的热传导特性。

题目二：热量传递实验实验要求：利用热量传递原理，通过串联几个恒温槽，测量不同材料的热传导系数，验证热量传导定律。

5. 电学实验题目一：欧姆定律实验实验要求：利用恒流源、电阻、电流表和电压表，测量电阻与电流、电压之间的关系，验证欧姆定律。

题目二：楞次定律实验实验要求：利用电磁铁、电流表和重物，观察楞次定律现象，测量电磁铁受力与电流、磁场强度之间的关系。

以上是2023全国大学生物理实验技能竞赛题库的部分内容，供参赛选手进行实验训练和备赛使用。

通过这些实验，同学们可以掌握实验仪器操作技能、数据处理和分析方法，并深入理解物理原理与理论的应用。

祝愿各位选手在竞赛中取得优异成绩！。

物理竞赛实验绪论实验误差和基本仪器物理竞赛实验在许多方面与大学物理实验要求是相同的，实验误差部分就非常典型。

参考书上关于此部分写得十分笼统，显得不全面，这里按照大学物理实验要求深入讲解。

一、ΔN的两种表示众所周知，Y=N±ΔN是测量结果的表示方式。

我们一般用e或者σ去代表ΔN，两者之间的换算方式是：e=3σ……正态分布关于正态分布和均匀分布的区别，如下图：二、两种测量不确定度不确定度分为A类和B类不确定度，一般只在多次测量时需同时考虑。

合成后是实验误差。

实验有效的标准是测量误差小于实验误差。

2.1 直接测量的情况（1）A类不确定度的计算A类不确定度主要是由偶然误差导致的，一般是正态或均匀分布。

对于直接测量的情况我们直接应用公式（求平均值标准不确定度，而不是贝塞尔公式得出的标准不确定度）根据高斯误差理论：在实际计算时，即σx =1-n s x除此之外，在实际测量中，我们并不能保证测量结果总是严格的正态分布。

因此，要根据测量的次数修正计算得出的不确定度，很显然应该有一个修正系数，当测量的次数足够多时它才趋近于1。

对此，引入一个系数t vp ：其中，p 称为置信概率，我们一般取0.68就已经足够。

可见t vp值的关键在于v 的值。

根据定义有v=n-1，其中n 为测量次数。

引入t vp后，A类不确定度（2）B类不确定度的计算B类不确定度是考虑系统误差的不确定度。

在计算时我们不能再根据测出来的数据计算，而是应该从仪器固有不可消除的误差去着手考虑。

如果不知道该误差，则从主观因素考虑。

我们把仪器最大误差叫做仪器公差（∆仪）。

事实上，物理竞赛实验中出现的仪器无非是那几种：在未特别说明时，可以将仪器最小分度值一半作为∆仪。

有了∆仪之后，就可进行计算： B 类不确定度u B 在不同情况下的计算方式是3仪∆=B u 正态分布，当在[-uB ，uB]内的置信概率为68.3%3B u ∆=仪均匀分布，当在[-uB ，uB]内的置信概率为58%又有一般而言，正态分布情况下C k u pB 仪∆=其中C 是误差分布决定的常量（见p1）k p 是置信系数，如下：（3）引入两类不确定度的必要性不同的情况下，我们会发现A 、B 两类不确定度对测量结果的影响是有差别的。

大一学生的物理实验基础与操作技巧物理实验是大学物理课程中不可或缺的一部分，通过实践操作，帮助学生深入理解物理原理和概念。

然而，对于大一新生来说，物理实验可能是一个全新的领域，缺乏经验和技巧。

本文将介绍大一学生在物理实验中所需的基础知识和实验操作技巧，以帮助他们更好地进行实验和提高实验成果的准确性和可靠性。

一、物理实验基础知识1. 实验预习在进行实验之前，学生应该充分进行实验预习。

预习的目的是了解实验的目的、原理和步骤，掌握必要的理论知识，并准备所需的实验装置和器材。

预习还包括对实验中可能出现的困难或问题进行思考和解决方案的准备。

通过充分的实验预习，学生可以更好地理解实验内容和要求，提高实验的效果。

2. 安全意识在进行物理实验时，安全意识是非常重要的。

学生应该明确实验室的安全规定和操作规程，正确佩戴实验室必需的安全装备，如实验眼镜和实验手套。

此外，学生还应该熟悉实验器材的使用方法，如玻璃仪器的注意事项和防护措施等。

保持安全意识，能够有效地避免实验中可能发生的危险，确保实验过程的安全性。

3. 实验记录在进行物理实验时，学生应该准确地记录实验过程和实验数据。

实验记录应该包括实验日期、实验目的、实验步骤、实验数据和观察结果等。

准确的实验记录不仅有助于复习和总结，还能提供有力的依据用于分析和判断实验结果的准确性和有效性。

4. 错误分析在物理实验中，可能会出现一些误差或偏差。

学生应该学会通过错误分析找出产生误差的原因，并提出相应的改进措施。

错误分析可以帮助学生更好地理解实验原理和实验结果的可靠性，促使他们在实验中不断改进和提高。

二、物理实验操作技巧1. 实验仪器的使用学生应该熟悉不同实验仪器的使用方法和操作要点。

例如，使用天平时应该注意取样的精确度和称量的准确性，使用电子计时器时应该注意开始和结束时间的记录等。

正确使用实验仪器能够提高实验的准确性和可重复性。

2. 实验环境的控制在进行物理实验时，学生应该注意实验环境的控制，如温度、湿度和照明等因素的影响。

物理实验习题与指导03(总19页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--大学物理实验复习题一、基础知识部分（误差与不确定度、数据处理、基本测量与方法）（一）问答题1、什么叫测量、直接测量、间接测量（看教材）2、什么叫随机误差随机误差的特点是什么（看教材）3、什么叫系统误差系统误差的特点是什么（看教材）4、下列情况哪些是属于随机误差，哪些是属于系统误差？(从定义角度考虑)（1）经校准的秒表的读数误差。

（2）在20℃下标定的标准电阻，在30℃下使用引起的误差。

（3）分光计实验中的偏心误差。

（4）千分尺的“零点读数不为零”引起的误差。

（5）读仪表时的视差。

（6）因为温度的随机变化所引起的米尺的伸缩，而用该米尺测长所引起的误差。

（7）水银温度计毛细管不均匀。

（8）仪表的零点不准。

5、什么叫误差、绝对误差、相对误差、视差、引用误差、回程误差、偏差、残差、示值误差、读数误差、估读误差、标准差（查相关资料一般了解）6、误差的绝对值与绝对误差是否相同未定系统误差与系统不确定度是否相同（从定义出发）7、什么叫不确定度、A类不确定度、B类不确定度（从定义出发）8、不确定度与不准确度是否相同（看教材一般了解）9、什么叫准确度、正确度、精密度（从打靶角度分析）10、对某量只测一次，标准误差是多少（不变）11、如何根据系统误差和随机误差相互转化的特点来减少实验结果的误差（如测金属丝的平均直径和直径的平均值）12、测量同一玻璃厚度，用不同的测量工具测出的结果如下，分析各值是使用哪些量具测量的其最小分度值是多少（自做答案）（1） (2) (3)13、有一角游标尺主尺分度值为1°，主尺上11个分度与游标上12个分度等弧长，则这个游标尺的分度值是多少（参考游标卡尺原理）14、逐差法使用的条件与优点是什么（参考教材）15、使用贝塞尔公式的条件是什么（等精度测量，n>=3）16、数据处理时，为什么采用“小于五则舍、大于五则入、等于五则凑偶”的修约规则（为使舍、入几率相等）17、如何从实验中测得的直线关系的x-y值求出该直线的斜率？（答案自做）18、作图规则和注意事项是什么（看教材）19、什么叫有效数字有效数字的位数如何取定（看教材规定）20、不确定度的有效数字位数如何取（看教材规定）21、用天平测量固体密度是有几种方法分别适合什么样的物体（自做答案）22、某长度测量值为１.２３５ｍ，则所用测量仪器是下列中的哪一种为什么１）千分尺２）５０分卡尺３）２０分卡尺４）米尺23、天平有哪几部分组成，使用时应注意什么，操作过程如何使用升降手柄（看教材）（重点掌握）（二）填空题1．指出下列各数是几位有效数字.25⨯2S10（4）×10-102．把下列各数取三位有效数字.１）１.０７５２）０.８６２４９３）２７.０５２４）８.９７１⨯１０6-５）３.１４１５６）０.００２００００结果：１）＿＿２）＿＿３）＿＿４）＿＿５）＿＿６）＿＿3．用正确表达式写出下列结果：１）Ａ＝１７０００±１０００ｋｍ２）Ｂ＝１.００１７３０±０.０００５ｍ３）Ｃ＝１０.８０００±０.２ｃｍ４）Ｄ＝９９.５±０.８２0Ｃ正确表达式为：１）＿＿２）＿＿３）＿＿４）＿＿4．单位变换：１）Ｌ＝（３４.８５±０.０５）ｃｍ写成以μｍ．ｍｍ．ｍ．ｋｍ为单位．２）ｍ＝（２０１.７５０±０.００１）ｋｇ写成以ｇ．ｍｇ．ｔ为单位．5．根据有效数字运算规则改正错误（请将正确的运算结果写在括号内）：１）２１６０５－１.３２＝２１５.１８（）２）０.０２２１⨯０.０２２１＝０.０００４８８４１（）３）４００⨯１５００／１４２.６０－１１.６＝６０００００（）4）５２１.２⨯２％＝１０.４（）5）９８.７５４＋１.３＝（）6）１０７.５０－２.５＝（）7）１１１⨯０.１００＝（）8）２３７.５÷０.０１＝（）9）７６.００÷（４０.００－２.０）＝（）10）５０.０００⨯（１８.３０－１６.３）／１０３－３.０⨯（１.００＋０.００１）＝（）11）１０００.０⨯（５.６＋４.４１２）／（７８.００－７７.０）⨯１０.０００＝（）6．更正下面的结果表达式.（1）X=±，更正为：＿＿（2）X=3.4⨯±3CM，更正为：＿＿1065（3）X=+，更正为：＿＿（4）V=×10-2cm/s±×10-4cm/s写成。