大学物理实验绪论2014-2015-1

大学物理实验长春大学物理实验中心2014年8月长春大学物理实验中心一、为什么要上物理实验课二、怎样上好物理实验课三、物理实验成绩考核四、学生网上选课须知长春大学物理实验中心主要内容一、什么要上物理实验课长春大学物理实验中心1.物理实验的作用物理学是研究物质运动一般规律及物质基本结构的科学，是自然科学的基础学科,是学习其它自然科学和工程技术的基础。物理学是一门实验科学，物理实验在物理学的产生、发展和应用过程中起着重要作用。长春大学物理实验中心伽利略把实验和逻辑引入物理学,使物理学最终成为一门科学。奠定了人类现代物理科学的发展基础。长春大学物理实验中心伽利略（1564年-1642年）经典物理学规律是从实验事实中总结出来的。长春大学物理实验中心近代物理学是从实验事实与经典物理学的矛盾中发展起来的。长春大学物理实验中心长春大学物理实验中心很多技术科学是从物理学的分支中独立出去的。长春大学物理实验中心物理学以诺贝尔物理学奖为例：•80%以上的诺贝尔物理学奖给了实验物理学家。20%的奖中很多是实验和理论物理学家分享的。•实验成果可以很快得奖，而理论成果要经过至少两个实验的检验。•有的建立在共同实验基础上的成果可以连续几次获奖。长春大学物理实验中心2.物理实验课的目的长春大学物理实验中心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。长春大学物理实验中心培养实验能力•借助教材或仪器说明书正确使用常用仪器；•运用物理学理论对实验现象进行初步的分析判断；•正确记录和处理实验数据，绘制实验曲线，说明实验结果，撰写合格的实验报告；•能够根据实验目的和仪器设计出合理的实验。长春大学物理实验中心提高实验素养•培养理论联系实际和实事求是的科学作风；•严肃认真的工作态度；•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的优良品德。长春大学物理实验中心物理实验课程不同于探索性实验研究，每个实验题目都经过精心设计，可使同学在获得基本的实验知识以外，还能在实验方法和实验技能等方面得到系统的训练，是从事科学实验的起点。物理实验课程对培养科学工作者良好素质和正确科学世界观起着潜移默化的作用。希望同学们能重视这门课程的学习，真正能学有所得！长春大学物理实验中心二、怎样上好物理实验课主要做好三个环节（一）实验预习—实验能否取得主动的关键（二）实验操作—通过实验测量，数据采集（三）实验报告—实验的总结长春大学物理实验中心（一）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。长春大学物理实验中心1.实验名称，实验目的；2.实验简图（电路图或光路图）；3.列出主要公式并加以说明；4.列出记录数据表格（分清已知量、指定量、待测量和单位）；5.归纳实验步骤。无需照抄实验原理！预习报告内容：长春大学物理实验中心（二）实验操作(实验测量)1.遵守实验室规则；2.了解实验仪器的使用及注意事项；3.仔细观察和认真分析实验现象；4.如实记录实验数据和现象;用钢笔或圆珠笔记录数据，原始数据不得改动5.整理仪器，签仪器使用登记本。长春大学物理实验中心实验过程中应遵守规章制度长春大学物理实验中心测量与有效数字•测量•有效数字的读取•有效数字的运算•有效数字尾数的舍取规则长春大学物理实验中心测量物理实验以测量为基础，所谓测量，就是用合适的工具或仪器，通过科学的方法，将反映被测对象某些特征的物理量（被测物理量）与选作标准单位的同类物理量进行比较的过程，其比值即为被测物理量的测量值。长春大学物理实验中心•直接测量：直接将待测物理量与选定的同类物理量的标准单位相比较直接得到测量值；•间接测量：利用直接测量的量与被测量之间的已知函数关系，求得该被测物理量。•测量值=读数值(有效数字)+单位•有效数字＝可靠数字＋可疑数字长春大学物理实验中心有效数字的读取15.2mm15.0mm510152051015202222/8.9/00980.0/80.9/980smskmsmscm科学记数法：6328063286328107...nmmm长春大学物理实验中心有效数字的运算加、减法：诸量相加（相减）时，其和（差）数在小数点后所应保留的位数与诸数中小数点后位数最少的一个相同。4.178+21.325.478=25.5长春大学物理实验中心乘、除法：诸量相乘（除）后其积（商）所保留的有效数字，只须与诸因子中有效数字最少的一个相同。4.178×10.141784178421978=42.2长春大学物理实验中心•乘方开方:有效数字与其底的有效数字相同。•对数函数:运算后的尾数位数与真数位数相同。例：lg1.938=0.2973lg1938=3+lg1.938=3.2973•指数函数:运算后的有效数字的位数与指数的小数点后的位数相同（包括紧接小数点后的零）。例：106.25=1.8×106100.0035=1.008长春大学物理实验中心•三角函数:取位随角度有效数字而定。例：Sin30°00′=0.5000Cos20°16′=0.9381•正确数不适用有效数字的运算规则。•取常数与测量值的有效数字的位数相同。长春大学物理实验中心有效数字尾数的舍入规则•若舍去部分的数值小于所保留的末位数单位的1/2，末位数不变。•若舍去部分的数值大于保留的末位数单位的1/2，末位数加1。•若舍去部分的数值恰好等于保留的末位数单位的1/2，当末位数为偶数时，保持不变；为奇数时，末位数加1。通俗地说：四舍六入，五凑偶。长春大学物理实验中心有效数字尾数的舍入规则长春大学物理实验中心例：将以下数字保留4位有效数字4.32749→4.32751→4.32750→4.32850→四舍六入，五凑偶4.3274.3284.3284.328实验环节中应注意1.学生上课必须准时，迟到按缺课处理。2.未完成预习和预习报告者，教师有权停止其实验或成绩降档！3.每次实验室做实验，先提交本人实验卡登记，然后实验者序号必须与仪器组号一一对应！离开实验室前，数据记录须经教师审阅签名。4.实验报告（含预习报告和原始数据）必须在一周内交至综合楼C区八楼教师信箱！否则该实验按缺席处理。长春大学物理实验中心（三）实验报告实验报告是写给同行看的，所以必须充分反映自己的工作收获和结果，反映自己的能力水平，要有自己的特色，要有条理性，并注意运用科学术语，一定要有实验的结论和对实验结果的讨论、分析或评估。实验原理要简明扼要，要有必要的电路图或光路图，要有主要的数据处理过程，一定要列出实验结果，尤其是利用作图求得的一些物理量。实验报告包括预习和数据处理两部分长春大学物理实验中心物理实验报告的主要环节长春大学物理实验中心1.整理数据：将原始数据整理后列表，有效数字，统一单位2.计算结果：平均值，作图法，公式法，逐差法，最小二乘法3.评价计算：误差，不确定度，百分差4.结论：给出结果表达式（一般为平均值加减不确定度的形式）5.讨论：课后思考题或体会平均值假定对一个物理量进行了n次测量，测得的值为xi(i=1,2，…，n)可以用多次测量的算术平均值作为被测量的最佳估计值，测量次数n为无穷大时，算术平均值等于真值。nxxnii/)(1长春大学物理实验中心测量结果的不确定度表示概念：不确定度U是由于测量误差存在而对被测量值不能确定的程度。意义：不确定度是一定置信概率下的误差限值,反映了可能存在的误差分布范围。置信概率一般取0.95长春大学物理实验中心A类分量:可以用统计学方法估算的分量，一般指随机误差。AUxAxASntUSU95.0,5,5时测量次数小于时测量次数不小于不确定度组成长春大学物理实验中心)1/(2nxxixS标准偏差物理实验中，置信度一般取作0.95,这时t分布相应的置信区间可写为:一般，我们取测量次数为5次。xxSntxStxx95.095.0nt950.n345672.481.591.241.050.926长春大学物理实验中心B类分量:不能用统计学方法估算的分量，一般指系统误差。若不特别说明）仪器精度（或仪器允差BUBU不确定度组成长春大学物理实验中心合成方法:相对不确定度:结果表示:22BAxUUU%100xUUxrx%100xUUUxxxrxx长春大学物理实验中心（单位）（单位）注意：1.平均值有效数字位数不要超过测量值的有效数字;2.不确定度和相对不确定度保留1-2位有效数字；3.平均值要和不确定度的最后一位数字对齐。长春大学物理实验中心长春大学物理实验中心直接测量量不确定度估算过程与表示1.求测量数据的平均测量值判断有无应当剔除的异常数据，如有,剔除后重新计算2.用已知系统误差修正平均值3.计算标准差nxxi/)()1/(2nxxixS4.标准差乘以与0.95置信度对应的系数得到(见教材绪论)5.根据仪器允差确定6.合成不确定度7.表示测量结果BBUAU22BAxUUU%100xUUUxxxrxx长春大学物理实验中心直接测量不确定度计算举例例1：用螺旋测微计测某一钢丝的直径，原始数据见下表，请给出完整的测量结果。d0=+0.004mm,螺旋测微计的仪器允差为Δ仪=0.004mm123456（mm）0.2490.2500.2470.2510.2530.250原始数据表格id长春大学物理实验中心例１解：0iidddidd0=+0.004mm,螺旋测微计的仪器允差为Δ仪=0.004mm123456(mm)0.2490.2500.2470.2510.2530.250(mm)0.2450.2460.2430.2470.2490.246(mm)0.246(mm)0.0010.0000.003-0.001-0.0030.000id没有异常数据,不用剔除idd长春大学物理实验中心)mm(002.0)1/(2数值代入计算nLLiLSmm002.095.0xxASSntU)mm(004.0BBU)mm(004.022数值代入计算BALUUU%2%100数值代入计算LUULrL例１解：长春大学物理实验中心测量结果表示为%2)mm(004.0246.0rLUL长春大学物理实验中心测量结果表示为%3.2)mm(01488.0135.0rLUL长春大学物理实验中心%2)mm(534.2936.7rLUL0.14±0.01（mm）8±3（mm）间接测量不确定度的计算设待测量与各直接测量之间有函数关系：则：待测量的平均值可直接用各量平均值计算待测量的不确定度与各直接测量量的不确定度的关系为：（1）计算和差形式方便（2）计算乘除指数形式方便nxxxxfN,,,,3212ixiNiUxfUixiNiUxfNU2ln长春大学物理实验中心间接测量的不确定度合成1.求出各直接测量量的平均值和合成不确定度(加减时)或相对不确定度(乘除、指数时);2.根据公式求出间接测量量的合成不确定度或相对不确定度;3.用各量的平均值求出间接测量量的平均值。利用平均值并求出相对不确定度或合成不确定度;4.表示测量结果过程长春大学物理实验中心间接测量量的不确定度合成举例例2：已测得金属环的外形尺寸如下，要求给出其体积的测量结果cm004.0575.2cm004.0600.3cm004.0880.2hDD、、外径内径解：2.由于间接测量与直接测量量之间没有简单关系，故先推导出间接测量的合成不确定度)cm(436.9)(4322hDDV内径外径1.)cm(08.0)()2()2(43222222222hDDhDDixi