当前位置：文档之家 › 物理实验绪论(1)

物理实验绪论(1)

  • 格式：ppt
  • 大小：2.96 MB
  • 文档页数：82

下载文档原格式

  / 82

合集下载

大学物理实验一绪论.ppt

大学物理实验一绪论.ppt
意识：创新意识，实验意识 观察，实践，体验 可能成功，可能失败，因为这是实验！
交叉学科发展，物理学成为必备的教育背景
一、实验安排 二、实验要求 三、实验数据处理基本方法 四、误差与有效数字理论
一、实验的安排
时间安排： 第4周：实验绪论课（9月23-26日）
第6周—第8周：物理实验（3个） 注：学生实验全部10月8日以后开始
三、实验数据处理的基本方法
列表法 作图法 逐差法 最小二乘法（回归法）
列表法：
列表：可以将物理量之间的对应关系简明、醒目，有 助于发现其间的规律，比如递增或递减。
要注意： （1）表格设计合理、简明，便于观察
（2）栏目中物理量注明名称 和单位
（3）一般，顺序与测量顺序一致
（4）用有效数字填写原始数据
四
8八
五六
十二 九 十 四
一
9九 10 十 11 十一 12 十二
十 十一 十一 十二 十二 九 九十
一 二 三五
六
二 三 四六
七
三 四 一七
八
四
一
二八
五
学生分组：
每一单元时间学生分为12个组，分组 名单见丙区电梯间3楼附近的墙上。
8日前公布）。
(分组名单10月
每组学生由三位老师分别指导力学、
注电意学： 、光学实验
次测量时，这些测量具有相同的精度，称为等 精度测量。 仪器条件变化时的测量称为不等精度测量。
(3) 测量的精密度、准确度、精确度
测量的精密度、准确度、精确度都是评价测量结 构优劣程度的标志，与测量误差有关。
精密度：一个等精度测量物理量得到的一组数据 彼此接近程度称为精密度。
准确度： 测量数据与真值靠近的程度称为准确度。

《大学物理实验》绪论

《大学物理实验》绪论

2、单峰性；绝对值小的误差出现的次数比绝对值大 的误差出现的次数多。
3、有界性：在一定测量条件下的有限次测量下，误 差的绝对值具有不会超过一定的界限的特性。
根据特点1不难推理，在相同条件下对同一物理量
进行测量，其误差Δ的算术平均值随测量次数的增加
而趋向零。即
n
lim
n
i 1
i
/
n

0
满足上述条件的误差分布规律是正态分
量值对应的标准偏差为：
n
Sx

2 i
(n 1)
i 1
因为当n→∞时，Sx x 。也就是说Sx能作为反映有限
测量列的离散程度。
算术平均误差为
n
i
i1
n
0.8Sx
在有限次数的测量中，相同n次测量值的算术平均值 一般是不相等。在n一定时，一系列 x (n)也满足正态分布。 该平均值的标准偏差为，
当C=3时，U=3σ 称其为极限误差，置信概率为99.7% 。
当C=1时，U=σ 其即为标准误差，置信概率为68.3% 。
测量列的随机误差估计
在实际测量中，由于真值是不可知的，且测量次数也 不可能是无限的，通常用n次测量值的算术平均值x 作为 测量值的最佳估计值。
设有n次测量的测量列xi 。其中任意一个测量值的 误差可近似地用 i xi x 表示，通常称之为残差。该测
A类分量：用统计方法计算的分量，与随机误差相当；
B类分量：用其他方法计算的分量。
不确定度的合成：由二类分量的方和根方法确定，
即：
p
q

si2
u
2 j
i 1
j 1
p
q

物理实验绪论

物理实验绪论

可靠的实验立即获学术界承认
• Heike Kamerlingh Onnes 1911 发现超导，1913年即获得Nobel奖; • 巴丁、库伯、施里弗1957年理论解释超导 获诺贝尔奖； • G. Bednorz and K. A. Mü ller 1986年发现高温超导电性，1987年立即获 诺贝尔奖 高温超导的理论机制研究现在还在完善中
希望用自己的语言来写 希望你能带着问题来实验室
3.1 实验前—预习
例：测量一个圆柱体样品的密度
• 如何求密度？
M 4M 2 V D h
如何做 数据表格？
• 明确测量量，直接测量量，间接测量量。先测哪 个？后测哪个？多次测量还是单次测量？哪些需 要列在表格里？测量顺序？ • 物理量名称、单位
Am. J. Phys. 47(2) (1979) 126-128
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 2.3 改变轻视实践的传统观念
2.1 物理实验 在物理学研究与发展中的作用
从物理学史看物理实验的重要性
• 经典物理学的建立：
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） 9. 卢瑟福用 粒子散射发现原子核的实验（1911） 10. 傅科摆的实验（1851）
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1： 给你一根直杆，
Samuel C.C. Ting's speech at the Nobel Banquet, December 10, 1976

大学物理实验绪论讲义绪论

大学物理实验绪论讲义绪论

图表制作
实验数据应制作成图表，以便更好地展示数据和趋势。
结论分析
实验结论应基于数据分析，指出误差来源并提出改进意见 。
02 实验数据处理与误差分析
测量与误差
测量
测量是获取实验数据的过程，包括对 物理量进行观察、记录和量化。
误差定义
误差是指测量值与真实值之间的差异， 可以分为系统误差和随机误差。
随机误差的处理
数学公式拟合
通过选择合适的数学公式对实验数据进行拟合，可以得到物理量之间的数学关系。
03 实验操作规范与安全
实验操作规程
实验前准备
在实验开始前，学生应认真阅读实验指 导书，了解实验目的、原理、步骤和注
意事项。
实验数据记录
学生应认真记录实验数据，确保数据 的准确性和完整性，并按照要求进行
Байду номын сангаас数据处理和分析。
Excel软件介绍
总结词
易用性强的数据处理软件
详细描述
Excel软件是一款易用性强的数据处理软件，广泛应用于办公和数据处理领域。它提供了数 据输入、数据筛选、图表绘制等功能，能够帮助用户快速整理和分析数据。虽然相比于其他 专业数据处理软件，Excel的功能相对较少，但其易用性和普及度较高，适合初学者使用。
05 实验案例分析
单摆实验案例分析
实验目的
实验原理
研究单摆的周期与摆长、重力加速度的关系。
单摆做简谐运动的周期T与摆长L和重力加速 度g有关，其关系为T=2π√(L/g)。
单摆实验案例分析
2. 将单摆挂上重锤，调整摆长。
1. 准备实验器材，包括单摆装置、 计时器等。
实验步骤
01
03 02
单摆实验案例分析

物理实验物理实验课程绪论1.1 物理实验绪论课课件

物理实验物理实验课程绪论1.1 物理实验绪论课课件

P m+2s f xdx 0.954 m -2s
[m - 3s , m + 3s ]
大学物理实验课程绪论
• 1. 物理实验课的目的 • 2. 怎样上好物理实验课 • 3. 测量、误差和不确定度
1.物理实验课的目的
• 学习实验知识 • 培养实验能力 • 提高实验素养
学习实验知识
• 通过对实验现象的观察、分析和对物理 量的测量，学习物理实验知识和设计思 想，掌握和理解物理理论。
培养实验能力
s i1
n
m 为真值
m-s m m+s
x
s 为标准差
f (x)为x的分布函数
（3）有界性
（4）抵偿性：取多次测量的平均值有利于消减随机误差。
f(x)
标准差表示测量值的离散程度
s С s大
x 标准差小：表示测得值很密集，随机误差分布范围窄，
测量的精密度高； 标准差大：表示测得值很分散，随机误差分布范围宽，
优良品德。
2.怎样上好物理实验课
三个主要教学环节：
• 实验预习—实验能否取得主动的关键 • 实验操作 • 实验报告—实验的总结
实验预习
• 明确实验目的，
• 预习实验原理，
• 了解实验注意事项。
预习报告是实验工作的前期准备， 是写给自己参考用的，故要求简单明了。 实验前应清楚本次实验应达到什么目的， 通过什么实验方法和测量哪些数据才能 实现实验的目的。
误差
① 定义：误差＝测量值x －真值μ
真值：物理量在一定实验条件下的 客观存在值
测量误差存在于一切测量过程中，可以 控制得越来越小，不可能为零。
②分类：系统误差、随机误差
系统误差

大学物理实验绪论

大学物理实验绪论

四、有效数字尾数的舍入规则
尾数大于五进，小于五舍，等于五时取偶。 ——“逢五取偶” 这个原则比“四舍五入”的截尾规则更合理。
例4 将下列数截去尾数成四位有效数字。 2.345 26 → 2.345 2.345 52 → 2.346 2.346 50 → 2.346 2.347 50 → 2.348
5、注解和说明
要求注明图线的名称、作图者姓名、日期以及必要的 简单说明（如实验条件：温度、压力等）。
3 ——极限误差
三、偶然误差的数据处理——多次测量 结果与误差计算
被测物理量的算术平均值——测量结果的最佳估 计值
1 n x xi n i 1
等精度测量条件下，当测量次数相当多时，算术 平均值是真值的最佳值。
四、标准偏差
等精度测量条件下，若测量次数n有限 任意一次测量值的标准偏差
1 n x ( xi x )2 n 1 i 1 平均值的标准偏差
实验报告剩余部分的完成（即数据处理和 思考题部分）： 1)数据处理（含有数据处理主要过程、作图及实 验结果）； 2）回答思考题及分析讨论。 3）将带有教师签字的原始记录纸，沿粘贴线粘 贴好(用胶水或透明胶带粘贴)。
交报告的时间、地点： 一周内由指定的同学将上周完成的实验报告 交到对应的实验室。逾期未交报告，酌减报告 分，一个月不交，按无报告处理。
B类不确定度 合成不确定度
uj
j C
uc
i2 u j2
二、不确定度的传递公式
设间接测得量与各直接测得量有下列函数关系 N f ( x, y, z ) ，其中x、y、z……相互独立。 u u 各直接测得量的不确定度为 uc x 、 c y 、 c z ……
间接测得量 N 的不确定度 f 2 2 f 2 2 uc N ( ) uc x ( ) uc y x y 相对不确定度

物理实验绪论课电子教案-1

T 2 l g
公式成立的条件是θ→０，摆球的体积V→0。
当条件得不到满足时，将引起的误差，这种误差是 方法误差。
c. 拟定主要实验步骤
３、报告发放说明 实验报告经教师批阅后发还到学生所在班的报告 箱，由班长统一取回后发给大家。
４、实验室规则
（1） 实验前检查仪器设备，发现问题立即向教师报 告，实验中尽量独立完成。 （2） 实验完毕，整理仪器，凳子放回原位。 （3） 在机房进行计算机仿真实验时，严禁进行与实 验无关的任何操作。一但发现，严肃处理。 （4） 严格按照操作要求进行实验，注意人身安全。
以下几种情况认为是真值：
(1)理论值； (2)公认值； (3)已修正过的测量值的算术平均值来代替真值； (4)用可靠性更高的仪器的测量结果； 约定真值：近似真值。 定义: 偏差=测量值-约定真值
严格意义：“误差”和“偏差”是两个不同概念。
2、相对误差
定义：
误差 偏差 E 100% 100% 真值 约定真值
四、实验报告的内容
实验报告分为两个部分：预习报告和课后报告。 1. 预习报告内容： (1) 实验名称；
(2) 实验目的；
(3)实验原理，包括：简要的实验理论依据，实验方法， 主要计算公式及公式中各量的意义，电路图、光路图 和实验装置示意图以及注意事项，有些实验还要求写 出自拟的实验方案、设计的实验线路、选择的仪器；
随机误差的特点：单个具有随机性，而总体服 从统计规律测量值在真值附近随机变化。
例如：测人体身高，无确定值，人体高度测量值
： 1.62 ， 1.63 ， 1.61 ， 1.60 ， 1.64(m) ，在 1.62m附近变化或大或小。
还有一类误差，由于外界干扰、操作读数失误等 原因而明显超出规定条件下的预期值，以前称为粗 大误差。包含粗大误差的测得值或粗大误差称为异 常值。测量要避免出现高度显著的异常值。已经被 确定为异常值的个别要剔除。

高中物理实验绪论课件

4）病、事假过后，必须尽快与任课教师联系， 所缺实验必须在这一轮里补上。
光路图 9
预习报告内容主要包括以下几方面：
❖实验名称；
❖实验目的；
❖原理摘要；
❖主要仪器设备； 突出关键性的调
❖实验步骤；
整方法和测量技巧， 其它内容只要简单
❖数据记录表格。 列出。
10
预习报告内容主要包括以下几方面：
❖实验名称； ❖实验目的； ❖原理摘要； ❖主要仪器设备； ❖实验步骤； ❖数据记录表格。
绪论
1
绪论
一. 为什么学习物理实验？
二.物理实验课的基本教学环节和 要求
三.学习要求。
为何 如何 要求
2
一.为什么学习物理实验？
1.物理学是一门重要的基础科学，是现代技术的 支柱。例如：
• 哥白尼“日心说”解释了天文奇观； • 牛顿定律实现了“飞天”梦想； • 激光和光纤的研制实现了高速通信： • 核磁共振实现了高精医学诊断； • 质能方程实现了核能反应碓。 等等。
➢实验步骤
➢实验数据 ➢数据处理 ➢小结或讨论
根据实际的实 验过程写明关 键步骤和安全
注意要点。
18
➢实验名称 ➢实验目的 ➢主要仪器设备 ➢实验原理 ➢实验步骤
➢实验数据
➢数据处理 ➢小结或讨论
✓以列表形式来反映 完整而清晰的原始 测量数据。
19
➢实验名称 ➢实验目的
✓数据处理过程包括计算、作 图、不确定度分析等。
5.物理实验加深学习物理知识
6
二.物理实验课的基本教学环节和要求
物理实验课的教学方式主要是学生自己动手， 完成实验教学规定的任务，教师只是在关键的 地方给予提示和指导。
1. 实验前的预习 2.实验中的操作 3. 实验报告

上海大学 物理实验绪论

2
1 .5 0 0 2 .0 0 0 2 .5 0 0 3 .0 0 0 3 .5 0 0 4 .0 0 0 1 0 .3 6 1 3 .7 0 1 6 .7 3 1 9 .9 1 2 3 .1 0 2 6 .2 7
比例——每小格所表示的物理量大小。 比例一般可取测量值的最后一位可靠数字的一个单位
mm；
B．定坐标轴、原点
(p16)
（1）坐标轴——表示物理量及单位。
横轴（自变量）——斜面的高度h（cm）。
纵轴（应变量）——下滑的加速度a（cm/s2）。 （2）原点——不一定取（0，0），可取比数据中最小 值略小的整齐数。本例可取（1.500、10.00）。
图示法
C．定比例、标度
h (c m ) a (c m /s )
总之：简单明了。
例 测得物体在斜面上下滑的加速度a与斜面h的关系 列表如下： 表 物体下滑加速度a与斜面高度h的关系 h(cm) a(cm/s2) 1.500 10.36 2.000 13.70 2.500 16.73 3.000 19.91 3.500 23.10 4.000 26.27
二．图示法和图解法（作图法） 作图法包含图示法和图解法两方面内容。 作图法能直观地反映各物理量之间的关系， 有时还能用图解法得出结果。 1．图示法——作物理量间的关系图线。 2．图解法——由图线求得待测量。 （作图用铅笔）
（3）在图上标出坐标值；
（4）计算K（有一定位数、单位）； （5）计算有关物理量。
图解法
a～h曲线
(x2,y2) ⊙
·
⊙ ⊙
(x1,y1)
⊙
·
⊙
K
Y 2 Y1 X
2
X1
(单位)
原点

大学物理实验绪论(修改版)

精品课件
(四) 间接测量结果的表示和总不确定度的估计
1) 间接测量结果的最佳值： 令 F F ( ： x ,y ,z , ) 则 F F ( ： x ,y ,z , )
即：间接测量量的平均值等于将各直接测量量的平均 值带入函数关系式后的结果。
2) 间接测量结果的总不确定度： U F( F x)2U x 2( F y)2U y 2( F z)2U z2
通常，用多次测量的算术平均值作为测量的最
佳值来代替真值。即：
xx
1) 绝对误差
绝对误差是指被测量的测量值与其真值之差， 它与被测量具有相同的量纲，表示的是测量值偏离
其实际值的大小。
精品课件
2) 相对误差
相对误差是指某一待测物理 量的绝对误差与其测量的最佳值 之比，它是没有量纲的，通常写 成百分数的形式。
(三)直接测量结果的表示和总不确定度的估计
测量结果的表达式： xxU
它表示被测量的真值在（xU,xU的） 范围内
的可能性(概率)。 不确定度是指由于测量误差的存在而对被测
量 的真值不能肯定的程度。 总不确定度：
U UA2 UB2
精品课件
1) 总不确定度U的 A类分量 U A
——指用统计的方法计算出的不确定度分量
（直接测量）
4) 粗差的判定与剔除 当测量列的不确定度 U 3Sx时，待测量真值
的 仅为随0机.3误%，差因落此在（ ，3S x3称Sx为，3S测x）量这列个的区极间限以误外差的。概率
5）单次直接测量的误差估算：
单次测量中，A类不确定度为零， B类不确定度只 考虑仪器误差：
合成不确定度 ： U 仪
（2）方法误差。由于实验方法本身或理论不完善 所造成的误差（如用伏安法测电阻时未计及电表的内阻）
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
测量对象
2018/7/9
0.005) mm ( p 0.95)
不确定度 单位
JiLin University
测量值
置信概率
12
测量的分类：
直接测量和 间接测量

直接测量：用已标定的仪器，直接地测量 出某一待测未知量的量值。 间接测量：对与未知待测量y有确切函数关 系的其他变量x(或n个变量)进行直接测量， 然后再通过函数，计算出待测量y。 组合测量：为描述物体运动规律的两个量 x,y的函数关系，而在一定范围内对两个量 进行的逐点测量过程
电流
热力学温度 物质的量
安培（A）
开尔文（K） 摩尔（mol）
发光强度
坎德拉（cd）
光源发出频率为540×1012赫兹的单色辐射，而且在此方向 上的辐射强度为1/683瓦特每球面度
2）导出单位: 导出量的单位。 如：力的单位：牛顿；热量单位：焦耳等
2018/7/9 JiLin University 11
JiLin University
4
培养实验能力
提高实验素养
2018/7/9
1.物理实验课的地位、作用和任务 物理实验课程任务


物理实验分上、下两个学期进行。
本学期：绪论 +4 个基本训练 +2 个选做实验， 第二周开始选课和作实验。 下学期: 6个任选实验。

备注：如果有需要咨询的事情，可直接去实验室办公室（基础科学实验馆 309）或者打电话（85095441），或在网络留言板上留言。
大学物理实验课程不同于一般的特殊性科学实 验研究，每个实验题目都是经过精心设计、安 排，以求同学们获得基本的实验知识，在实验 方法和技能等方面得到较为系统、严格的训练， 是从事科学实验的起步；此外，有助于培养同 学们良好的科学素质和科学的方法论。
2018/7/9 JiLin University 3
8
3. 测量、误差和不确定度估计
测量的基本常识
有效数字 误差基础知识
不确定度估计
2018/7/9
JiLin University
9
3.1 物理量与物理量的测量
3.1.1 物理量
物理量：定性和定量描述物理现象的概念。

一、 基本量与导出量
1）基本量: 由国际计量委员会规定，共7个。 长度（距离）；质量；时间；电流；热力学温度； 物质的量；发光强度。 2）导出量: 7个基本量之外的其它量都是导出量。 如：力，功，热量，电压，照度等
等精度与非等 精度测量
2018/7/9
在同一条件下进行的一系列重复性测量， 称为等精度测量；反之称为非等精度测量。
JiLin University 13
测量的基本方法
比较法： 是将被测量与标准量进行直接或间接比较， 得到待测量的大小和单位的方法。
放大法： 对被测量太小，不易直接测量的量，通 过某种方法将被测量放大后再进行测量的方法。 补偿法：用在标准量具上产生的某种效应，去补偿待 测量产生的同种效应，从而得到待测量的方法。
7
3. 数据处理（40分） 数据记录：包括完整的数据表格；
数据处理：包括计算和作图； 4. 思考题（10分）：对实验现象和实验结果进行讨论。
5. 实验报告收发与成绩管理 实验报告交到讲授实验的教师的报告箱内（报告箱位 于基础实验楼三楼走廊北侧）做完实验三天内交报告， 成绩在一周左右可以通过网络选课系统进行查询。 总成绩为本学期所有物理实验成绩的平均值。
2018/7/9 JiLin University 5
2 课程要求
实验预定：选课网址:8080
输入卡号和密码 （初始值为学号，需修改！） 选实验题目和上课时间， 经确认后即可。 实验更改：如有事不能上课，应提前1天以上取消预 定，否则会按旷课处理。
实验预定可在校园网任一终端上进行，也可在物理实 验室走廊的选课查询系统上进行。
注意：绪论课一定选在本节绪论课授课教师的名下。
2018/7/9 JiLin University 6
物理实验课程要求
1. 编写预习报告（10分） 实验目的： 实验原理：包括公式及原理图。
实验日期：选课时间、上课时间。 2.实验操作（40分）
上课携带教材、计算器、直尺、实验数据卡片； 并将写好的实验预习报告经教师检查、签字后方可做 实验。 做完实验后，实验数据需经教师检查合格后，填写到 实验数据记录卡片并交给老师，作为来做实验的凭证， 与最终实验报告的数据一致。
3.1 物理量与物理量的测量 3.1.2 测量
采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的量值，叫测量。 测量的数据=读数+单位。
测量四要素: （1）测量对象；（2）测量单位；
（3）测量方法；（4）不确定度。 例子：螺旋测微器测量某个物体长度是
L L U (3.527
2018/7/9 JiLin University 10
二、国际单位制（SI）
1）基本单位: 基本量的计量单位，共7个。
基本量
长度 质量 时间
单位
米（m） 千克（kg） 秒（s）
单位定义
米是1/299792458秒的时间间隔内光在真空中行程的长度 1000立方厘米的纯水在4℃时的质量 铯原子基态两个超精细能级间跃迁辐射9,192,631,770 周期所持续的时间 真空中相距1米的两无限长，平行直导线内1安培电流，则 两导线之间产生的力在每米长度上等于2×10-7牛顿 水的三相点的温度为273.16K，1K等于水三相点温度的 1/273.16。 含有阿伏加德罗常数个结构微粒（约6.02×1023）的物质 其物质的量为1摩
1.物理实验课的目的、作用和任务
物理实验课的目的
学习实验知识
通过实验现象的观察、分析和对物 理量的测量，学习物理实验知识和 设计思想，掌握和理解物理理论。 正确使用常用仪器；记录和处理实 验数据，说明实验结果，撰写合格 实验报告；运用理论对实验现象进 行分析和判断. 理论联系实际和实事求是的科学作 风；严肃认真工作态度；主动研究 和创新的探索精神；遵守纪律、团 结协作和爱护公共财产优良品德。
主要内容
物理实验课的地位、作用和任务 物理实验课的有关要求 测量、误差和不确定度估计 数据处理的基本方法
2018/7/9
Tieqiang Zhang JiLin University
2
1. 物理实验课的目的、作用和任务
物理实验的作用
物理学是一门实验科学，物理实验在物理学产 生、发展和应用过程中起着重要作用。