大学物理实验 数据处理和实验基本要求

1.7 常用的数据处理方法实验数据及其处理方法是分析和讨论实验结果的依据。

在物理实验中常用的数据处理方法有列表法、作图法、逐差法和最小二乘法（直线拟合）等。

1.7.1 列表法在记录和处理数据时，常常将所得数据列成表。

数据列表后，可以简单明确、形式紧凑地表示出有关物理量之间的对应关系；便于随时检查结果是否合理，及时发现问题，减少和避免错误；有助于找出有关物理量之间规律性的联系，进而求出经验公式等。

列表的要求是：（1）要写出所列表的名称，列表要简单明了，便于看出有关量之间的关系，便于处理数据。

（2）列表要标明符号所代表物理量的意义（特别是自定的符号），并写明单位。

单位及量值的数量级写在该符号的标题栏中，不要重复记在各个数值上。

（3）列表的形式不限，根据具体情况，决定列出哪些项目。

有些个别的或与其他项目联系不大的数据可以不列入表内。

列入表中的除原始数据外，计算过程中的一些中间结果和最后结果也可以列入表中。

（4）表中所列数据要正确反映测量结果的有效数字。

列表举例如表1-2所示。

表1-2铜丝电阻与温度关系1.7.2 作图法作图法是将两列数据之间的关系用图线表示出来。

用作图法处理实验数据是数据处理的常用方法之一，它能直观地显示物理量之间的对应关系，揭示物理量之间的联系。

1．作图规则为了使图线能够清楚地反映出物理现象的变化规律，并能比较准确地确定有关物理量的量值或求出有关常数，在作图时必须遵守以下规则。

（1）作图必须用坐标纸。

当决定了作图的参量以后，根据情况选用直角坐标纸、极坐标纸或其他坐标纸。

（2）坐标纸的大小及坐标轴的比例，要根据测得值的有效数字和结果的需要来定。

原则上讲，数据中的可靠数字在图中应为可靠的。

我们常以坐标纸中小格对应可靠数字最后一位的一个单位，有时对应比例也适当放大些，但对应比例的选择要有利于标实验点和读数。

最小坐标值不必都从零开始，以便做出的图线大体上能充满全图，使布局美观、合理。

（3）标明坐标轴。

大学物理实验 实验课程教学大纲实验课程名称：大学物理实验英文名称：实验课程编号：010202实验课程性质： __________ 实验课程属性：__________________实验教材及实验指导讲义（书）名称：<大学物理实验教程>学时学分：课程总学时 54学时总学分实验学时实验学分应开实验学期：年级学期面对专业：先修课程：全院理工学门类本科各专业一、实验课程简介及基本要求：一、课程的任务与教学基本要求1．本课程的任务是培养学生的综合实验能力，使学生在实验思想、实验方法、实验技能和处理数据几个方面得到训练，了解科学实验的主要过程、基本方法、培养用实验方法研究问题、解决问题的能力，养成科学、严谨的作风与习惯。

教学基本要求（1） 实验理论的教学在课程中应占三分之一的份量。

实验理论包括实验思想、实验方法和技巧以及数据处理方面的内容，使学生能获得较系统的知识。

（2） 很好掌握常用仪器、仪表的使用方法，能熟练使用这些仪器和仪表测量基本物理量和导出量。

（3） 通过基础实验理论的学习和应用，牢固掌握几种常用的数据处理方法；牢固掌握误差计算和分析方法，本课程以使用标准误差为主；建立正确的有效数字概念，能正确表示观测结果和试验结果。

（4） 能正确运用作图法绘制实验曲线，表示某些实验结果。

初步了解什么是科学观测和科学实验的全过程，要求能独立设计并完成比较简单的设计性实验。

（5） 能写出正确合理、有条不紊的实验报告。

二、实验目的要求三. 主要仪器设备四、实验方式与基本要求A、基础实验板块(27学时)实验一 测量误差及实验数据处理一、实验学时：4学时二、实验目的1、了解测量与误差的基本知识。

2、了解误差分析的基本知识。

3、掌握测量结果的误差估计和不确定度合成。

4、掌握测量结果的表示与数据处理方法。

三、主要内容1、测量误差——误差的基本概念、误差的分类及其特点、测量结果的表示、有效数字、误差理论和不确定度简介。

误差及数据处理物理实验离不开测量，数据测完后不进行处理，就难以判断实验效果，所以实验数据处理是物理实验非常重要的环节。

这节课我们学习误差及数据处理的知识。

数据处理及误差分析的内容很多，不可能在一两次学习中就完全掌握，因此希望大家首先对其基本内容做初步了解，然后在具体实验中通过实际运用加以掌握。

一、测量与误差1. 测量概念：将待测量与被选作为标准单位的物理量进行比较，其倍数即为物理量的测量值。

测量值：数值+单位。

分类：按方法可分为直接测量和间接测量；按条件可分为等精度测量和非等精度测量。

直接测量：可以用量具或仪表直接读出测量值的测量，如测量长度、时间等。

间接测量：利用直接测量的物理量与待测量之间的已知函数关系，通过计算而得到待测量的结果。

例如，要测量长方体的体积，可先直接测出长方体的长、宽和高的值，然后通过计算得出长方体的体积。

等精度测量：是指在测量条件完全相同（即同一观察者、同一仪器、同一方法和同一环境）情况下的重复测量。

非等精度测量：在测量条件不同（如观察者不同、或仪器改变、或方法改变，或环境变化）的情况下对同一物理量的重复测量。

2.误差真值A：我们把待测物理量的客观真实数值称为真值。

一般来说，真值仅是一个理想的概念。

实际测量中，一般只能根据测量值确定测量的最佳值，通常取多次重复测量的平均值作为最佳值。

误差ε：测量值与真值之间的差异。

误差可用绝对误差表示，也可用相对误差表示。

绝对误差＝测量值－真值，反应了测量值偏离真值的大小和方向。

为了全面评价测量的优劣, 还需考虑被测量本身的大小。

绝对误差有时不能完全体现测量的优劣, 常用“相对误差”来表征测量优劣。

相对误差＝绝对误差/测量的最佳值×100%分类：误差产生的原因是多方面的，根据误差的来源和性质的不同，可将其分为系统误差和随机误差两类。

（1）系统误差在相同条件下，多次测量同一物理量时，误差的大小和符号保持恒定，或按规律变化，这类误差称为系统误差。

实验数据处理基本方法实验必须采集大量数据，数据处理是指从获得数据开始到得出最后结论的整个加工过程，它包括数据记录、整理、计算与分析等，从而寻找出测量对象的内在规律，正确地给出实验结果。

因此，数据处理是实验工作不可缺少的一部分。

数据处理涉及的内容很多，这里只介绍常用的四种方法。

1 列表法对一个物理量进行多次测量，或者测量几个量之间的函数关系，往往借助于列表法把实验数据列成表格。

其优点是，使大量数据表达清晰醒目，条理化，易于检查数据和发现问题，避免差错，同时有助于反映出物理量之间的对应关系。

所以，设计一个简明醒目、合理美观的数据表格，是每一个同学都要掌握的基本技能。

列表没有统一的格式，但所设计的表格要能充分反映上述优点，应注意以下几点： 1．各栏目均应注明所记录的物理量的名称(符号)和单位；2．栏目的顺序应充分注意数据间的联系和计算顺序，力求简明、齐全、有条理； 3．表中的原始测量数据应正确反映有效数字，数据不应随便涂改，确实要修改数据时，应将原来数据画条杠以备随时查验；4．对于函数关系的数据表格，应按自变量由小到大或由大到小的顺序排列，以便于判断和处理。

2 图解法图线能够明显地表示出实验数据间的关系，并且通过它可以找出两个量之间的数学关系，因此图解法是实验数据处理的重要方法之一。

图解法处理数据，首先要画出合乎规范的图线，其要点如下：1.选择图纸 作图纸有直角坐标纸(即毫米方格纸)、对数坐标纸和极坐标纸等，根据作图需要选择。

在物理实验中比较常用的是毫米方格纸，其规格多为cm 2517⨯。

2.曲线改直 由于直线最易描绘,且直线方程的两个参数(斜率和截距)也较易算得。

所以对于两个变量之间的函数关系是非线性的情形，在用图解法时应尽可能通过变量代换将非线性的函数曲线转变为线性函数的直线。

下面为几种常用的变换方法。

(1)c xy =(c 为常数)。

令xz 1=，则cz y =，即y 与z 为线性关系。

(2)y c x =(c 为常数)。

理工科类大学物理实验课程教学基本要求物理学是研究物质的基本结构、基本运动形式、相互作用及其转化规律的自然科学。

它的基本理论渗透在自然科学的各个领域，应用于生产技术的许多部门，是其他自然科学和工程技术的基础。

在人类追求真理、探索未知世界的过程中，物理学展现了一系列科学的世界观和方法论，深刻影响着人类对物质世界的基本认识、人类的思维方式和社会生活，是人类文明的基石，在人才的科学素质培养中具有重要的地位。

物理学本质上是一门实验科学。

物理实验是科学实验的先驱，体现了大多数科学实验的共性，在实验思想、实验方法以及实验手段等方面是各学科科学实验的基础。

一、课程的地位、作用和任务物理实验课是高等理工科院校对学生进行科学实验基本训练的必修基础课程，是本科生接受系统实验方法和实验技能训练的开端。

物理实验课覆盖面广，具有丰富的实验思想、方法、手段，同时能提供综合性很强的基本实验技能训练，是培养学生科学实验能力、提高科学素质的重要基础。

它在培养学生严谨的治学态度、活跃的创新意识、理论联系实际和适应科技发展的综合应用能力等方面具有其他实践类课程不可替代的作用。

本课程的具体任务是：1. 培养学生的基本科学实验技能，提高学生的科学实验基本素质，使学生初步掌握实验科学的思想和方法。

培养学生的科学思维和创新意识，使学生掌握实验研究的基本方法，提高学生的分析能力和创新能力。

2. 提高学生的科学素养，培养学生理论联系实际和实事求是的科学作风，认真严谨的科学态度，积极主动的探索精神，遵守纪律，团结协作，爱护公共财产的优良品德。

二、教学内容基本要求大学物理实验应包括普通物理实验（力学、热学、电磁学、光学实验）和近代物理实验，具体的教学内容基本要求如下：1. 掌握测量误差的基本知识，具有正确处理实验数据的基本能力。

（1）测量误差与不确定度的基本概念，能逐步学会用不确定度对直接测量和间接测量的结果进行评估。

（2）处理实验数据的一些常用方法，包括列表法、作图法和最小二乘法等。

大学物理实验教学大纲大学物理实验教学大纲引言：大学物理实验是物理学专业学生进行实践探究的重要环节，通过实验，学生可以巩固和拓展课堂上所学的理论知识，培养实验操作技能和科学研究能力。

因此，制定一份科学合理的大学物理实验教学大纲至关重要。

本文将探讨大学物理实验教学大纲的内容和结构，以及其对学生的培养目标和教学效果的影响。

一、实验教学大纲的内容1. 实验目的和背景：每个实验都应该明确阐述实验的目的和背景，让学生了解实验的意义和应用领域。

这有助于激发学生的学习兴趣和探究欲望。

2. 实验原理和方法：详细介绍实验所涉及的物理原理和实验方法，包括实验装置的搭建和使用。

这样可以帮助学生理解实验的基本原理，掌握实验操作的技巧。

3. 实验步骤和数据处理：列出实验的具体步骤，包括实验前的准备工作、实验过程中的操作步骤和实验结束后的数据处理方法。

这有助于学生有条不紊地进行实验，并培养他们的实验设计和数据分析能力。

4. 实验结果和讨论：要求学生根据实验数据和理论知识进行结果分析和讨论，提出自己的观点和结论。

这有助于学生培养科学思维和独立思考的能力。

5. 安全注意事项：提醒学生在实验中注意安全，遵守实验室的规定，正确使用实验器材和化学药品，预防事故的发生。

二、实验教学大纲的结构1. 基础实验：包括力学、热学、光学等基础物理实验，旨在让学生掌握物理学的基本原理和实验技能。

2. 进阶实验：包括电磁学、量子力学、固体物理等进阶物理实验，旨在培养学生的科学研究能力和创新精神。

3. 综合实验：将多个物理学领域的知识综合运用，进行综合性的实验研究。

这有助于学生将理论知识应用于实践，并培养他们的综合分析和解决问题的能力。

4. 创新实验：鼓励学生进行自主设计和创新性实验研究，培养他们的科研能力和创新意识。

三、实验教学大纲的影响1. 培养学生的实验操作技能：通过实验教学大纲的指导，学生可以系统地学习和掌握实验操作技能，提高他们的实验技术水平。