2014春季12级数学大物实验绪论课

一、目的◎物理学是一门实验科学。◎物理实验是发现和利用物理规律的基础。◎大学物理实验是学生受到系统的实验技能训练的开端。◎教学目的：1进行实验方法和实验技能的基本训练。2综合能力的培养。3培养严肃认真的作风、实事求是的态度，以及优良品德。在物理学的发展中，人类积累了丰富的实验方法，创造设计出了各种精巧的实验仪器，涉及到广泛的物理现象。希望大家在学习的过程中，不但要注意锻炼自己分析问题解决问题的能力，更应注意从中学到创造性的思维方式。二任务通过大学物理实验课的学习，学生应在习惯、知识、能力三方面有所收获。◎具有良好的科学实验素质◎掌握物理实验理论基础知识◎具有相应的实践能力三要求1、课前预习（1）阅读实验讲义，明确实验目的和实验原理，初步了解实验方法和关键步骤。（2）写出预习报告（实验题目、目的、原理、主要计算公式），画出原始实验数据记录表格。（3）实验教材人手一册。2、课上实验操作（1）准时到实验室进行实验。（2）必须在了解仪器的工作原理、使用方法、注意事项的基础上进行实验。（3）仪器安装调试后经教师检查无误后方可进行实验操作。（4）注意观察实验现象，认真记录测量数据。将数据填入预习时画出的原始数据记录表格，数据须经指导老师检查。（5）实验后请将使用的仪器整理好，归回原处，经老师在实验记录本上签字后方可离开实验室。（6）课后按要求完成实验报告，下次实验交。3、实验报告书写要求（1）实验名称（2）实验目的（3）实验仪器（4）实验原理简要叙述相关的物理学内容，画出原理图、装置示意图或电路图、光路图，写出主要计算公式及公式中各量的物理含义和公式限定的条件等。（5）数据表格物理量名称、单位、简单的公式。（6）数据处理及结果数据处理要有完整的计算、作图和不确定度的估算，计算要有简洁的计算式子；代入的数据要有根有据，作图要美观、规范；最后要给出实验结果，得出实验结论。（7）原始数据如发现原始数据有错、遗漏等，应予以重测或补测。（8）回答问题或讨论在实验中出现的问题分析及解决方法。（9）实验报告书应字迹工整、数据真实、图表齐全、书写规范。4、纪律要求（1）实验记录本号与仪器号一致，请对号入座。（2）实验内容应在上课时间内完成，逾期不补。（3）自带数据或实验操作结果以及实验报告雷同者，后果自负。（4）非学校安排的各种活动不许耽误正常课程,如确属特殊情况不能按时上课，须将辅导员签字的请假条交给实验指导教师。完整的实验报告实验报告的内容5、内容及操作步骤6、注意事项7、数据记录表8、数据处理1、实验题目2、目的3、仪器4、原理9、实验结果（或结论）10、思考题11、实验小结1、交报告时间：下次实验课上课之前2、交报告方式：课前按组收报告，交给该题目指导教师。3、实验操作每人一套仪器，独立操作，有问题可讨论。说明四、本学期实验教学安排共１6个题目，总计上两个轮回，一个轮回8周，共１6周，每周一个题目。题目分别是：实验一、长度测量实验二、刚体转动的研究实验五、弹簧振子实验六、双线摆振动的研究实验八、液体粘度的测量实验九、金属线胀系数的测定实验三、牛顿第二定律的验证实验七、声速的测量实验二、伏安法测电阻实验八、电子示波器实验三、惠斯登电桥实验九、“黑盒子”实验实验九、全息照相实验一、薄透镜焦距的测定光学电学实验八、摄谱仪测光波波长实验七、等厚干涉成绩评定办法实验成绩单独评定，百分制。◎预习报告◎实验过程100%◎实验报告12级实验轮回及分组第一轮回周题组目力学实验电磁学实验光学实验长度测量201室刚体转动201室弹簧振子229室双线摆229室伏安法测R216室电子示波器216室全息照相光学五室摄谱仪光学六室第2周12345678第3周21436587第4周78123456第5周87214365第6周56781234第7周65872143第8周34567812第9周43658721第二轮回题组目力学实验电磁学实验光学实验粘度测量204室线胀系数204室牛顿二定律力热五室声速测定力热四室惠斯登电桥217室“黑盒子”实验218室透镜焦距测量光学一室等厚干涉光学三室第10周12345678第11周21436587第12周78123456第13周87214365第14周56781234第15周65872143第16周34567812第17周43658721分组名单周四（3，4）节9:40－11:30第一组别尔德别克.恰日普木塔力甫.吾买尔孙小鱼李珊珊王天秀王艺璇徐娜周妙霖蔡文翰陈鹏元第二组陈胜宏丛安东德庆平措高立东高钰博贵嘎仁增黄怒明黄文治李泽梁巧祥第三组麻家云马青山宋安竟宋晓政孙鑫王波王家帅吴荣炜许立志许生春第四组杨非凡杨文欣郑文杰周富磊陈婷陈晓奕陈心怡陈亚璐陈悦鸣杜伯琳第五组方婕古丽布斯坦.依来木郭佳乐郭思敏康远雷欢李华李萌阁李婷李旭华第六组李岩欣连静宇刘丹龙圆圆吕书敏罗维莉罗韵马缘彭慧邵文慧第七组史博谭文洁王丹王佳琪王双王田王香晴王旭王雪王雅坤第八组王艺凝魏凌楠谢璐璐杨镜洁张全景赵彩萍赵凯赵秋颖赵筱柔周妍王欣悦五绪论基本内容1、测量与误差（1）测量用实验方法获得量的量值的过程。◎量值：由一个数乘以计量单位所表示的特定量的大小。◎分类：直接测量：间接测量：等精度测量：非等精度测量：cm15.3L数值单位hrm2◎测量方法比较、放大、补偿、模拟。转换干涉计量非电量电测非光量的光测测量数据要写明数值的大小和计量单位。15.3L（2）误差◎真值:某物理量客观存在的值◎误差：测量结果和被测量真值之差。◎分类：任何测量结果都有误差！真值是个理想的概念，一般不可能准确知道。y1Ydy在少数情况下用准确度高的实际值作约定真值时才能计算误差系统误差：简称系差随机误差粗大误差已定系差未定系差系差分析的重要性：系统误差分量对测量结果的影响常常显著地大于随机误差分量的影响（3）测量的精密度、准确度、精确度1）精密度：表示重复测量所得数据的相互接近程度（离散程度）。2）准确度：表示测量数据的平均值与真值的接近程度。3）精确度：是对测量数据的精密度和准确度的综合评定。※以打靶为例来比较说明精密度、准确度、精确度三者之间的关系。图中靶心为射击目标，相当于真值，每次测量相当于一次射击。（a）准确度高（b）精密度高（c）精密度高精密度低准确度低准确度高2、误差估计1、直接测量值的误差估计直接得到被测量值的测量方法。◎算术平均值◎残差：测量值与算术平均值的差◎测量列标准偏差（均方差）贝塞尔公式反映了随机误差的分布特征。大：测得值分散，随机误差的分布范围宽，精密度低；小：测得值密集，随机误差的分布范围窄，精密度高。niiyny11yyviiniiyyns12)(11ss依据随机误差的高斯理论，任一测量值的残差落在（，）区间内的概率为68.3%，落在（，）区间内的概率为95.5%，落在（，）区间内的概率为99.7%，而落在区间外的可能性只有0.3%，一般将称为极限误差。◎算术平均值实验标准偏差niiyyynnnss12)()1(1ivsss2s2s3s3s3s3◎可疑数据的取舍※拉依达判据：少用※肖维勒准则：残差的最大极限，为肖维勒系数，与测量次数有关。sCvnmaxnCnCnnCnnCn31.38112.00252.3341.54122.03302.3951.65132.07402.4961.73142.10502.5871.80152.131002.8181.86162.1591.92182.20101.96202.24※格拉布斯准则:残差的最大极限,为格拉布斯系数，也与测量次数有关。系数表nnn31.15122.29212.5841.46132.33222.6051.67142.37232.6261.82152.41242.6471.94162.44252.6682.03172.47302.7492.11182.50352.81102.18192.53402.87112.24202.56502.96nGnGnGnGnGsGvnmax◎绝对误差：测量值与真值之差称为测量误差，有单位的，它反映测量值偏离真值的大小，我们称之为测量的绝对误差。如残差、标准偏差、极限误差等。◎相对误差：绝对误差与测量值之比，没有单位，通常用百分数表示。（2）间接测量结果的误差估计通过测量与被测量有函数关系的其它量才能得到被测量值的方法。间接测量结果的误差与各直接测量误差之间的关系式，称为误差传递公式。略（讲义§4）3、测量不确定度不确定度表示由于测量误差存在而对被测量值不能确定的程度。不确定度是一定概率下的误差限值。标准不确定度：对测量不确定度的评价，常以估计标准偏差去表示大小。由于随机误差影响而引入的A类标准不确定度由于系统误差而引入的B类标准不确定度（1）标准不确定度的A类评价对被测量重复测量次数为时，用统计方法评定的标准不确定度，就是标准不确定度的A类评价，用表示，其值等于平均值的实验标准偏差。在量值范围中包括真值的概率为68.3%,在扩大量值范围中包括真值的概率为95%。（2）标准不确定度的B类评定指用非统计方法求出或评定的不确定度。对Ｂ类不确定度的估计作简化处理，只讨论因仪器不准对应的不确定度。仪器不准确的程度主要用仪器误差限值来计nAunssuyAAAuyuy,AAuyuy96.1,96.1算，即：3INSBu%3.68PINSBu%95P（3）合成标准不确定度由不同来源分别评定的标准不确定度要合成为测量值的标准不确定度。常采用方和根合成法，即几何求和。间接测量的合成不确定度用偏导数作为传递系数去求。（略）（讲义P15-16）22223INSBACnsuuu仪器名称量程分度值仪器误差钢直尺0-300mm1mm±0.1mm钢卷尺0-1000mm1mm±0.5mm游标卡尺0-300mm0.02,0.05mm分度值螺旋测微计0-100mm0.01mm±0.004mm物理天平1000g100mg±50mg水银温度计-30-300℃1℃,0.2℃,0.1℃分度值读数显微镜0.01mm±0.004mm数字式电表最末一位的一个单位指针式电表a:0.1,0.2,0.5,1.01.5,2.5,5.0±量程×a%（5）直接测量量的不确定度评定步骤：◎计算测量列的算术平均值作为测量结果的最佳值；◎计算测量列的实验标准偏差◎计算标准不确定度的Ａ类分量◎计算标准不确定度的Ｂ类分量◎求合成不确定度◎写出最终结果表示：（4）测量结果的报道单位cuyYys误差分析和数据处理是为了得到好的结果。实验结果好不好，首先不要问教师，要自己去分析、判断。当实验结果y的公认值a已知时，设yuayc由于y-a比标准不确定度uy的3倍还大的概率甚小，如果c3，则测量值y是有问题的，可能是y的偏差过大，或uy的估算偏小，要审查测量过程和计算过程。4、有效数字及其运算规则（1）有效数字的概念有效数字由几位可靠数字和最后一位可疑数字组成。用最小分度是毫米的钢板尺测量某物体的长度，测量结果记为143.5mm。其中，143三位数是准确读得的，是可靠的，称之为“可靠数字”，而“5”这一位是估计出来的，为“可疑数字”。可靠数字和末位的可疑数字组成有效数字。有效数字位数越多，测量的准确度越高。※直接测量值的有效数字读取有效数字的位数与测量仪器的最小分度值有密切关系。在有效数字末尾的“0”是有意义的123.0mm与123mm一般来说，必须读到仪器最小分度值的下一位。有效数字的最末一位是误差所在位，即是有误差的数字。有效数字=准确数字+一位欠准数字据测量时所用的仪器，使测量值尽可能准确地反映出被测量的真实值。◎以刻度为依据可读到最小刻度所在位准确位◎在最小刻度之间可估计一位欠准位3536(cm)[1]位置为35.00cm,不能写成35cm。[1][2]位置为35.40cm[2][3][3]位置介于35.7--35.8之间,可以估计为35.75.35.7635.77，不妨取35.76cm。估计值只有一位，所以也叫欠准数