大学物理小结-上海第二工业大学

上海第二工业大学物理系1第一章绪论科学实验是科学理论的源泉，是工程技术的基础。§1-1、高校理工学科大学物理实验课程教学基本要求（一）、大学物理实验的地位、作用和任务地位：一门重要的必修基础课；是工程技术的基础，是本科生接受系统实验方法和实验技能训练的开端。上海第二工业大学物理系2作用：其丰富的实验思想、方法、手段和综合性基本实验技能训练，是培养大家实验能力的基础。探索精神和创新意识—具有其他实践类课程不能替代的作用。任务：1、培养大家的实验技能，提高大家实验能力，初步掌握实验的思想和方法；培养大家的科学思维和创新意识，使大家掌握实验研究的基本方法，提高大家分析和创新能力。2、提高大家科学素养，培养大家理论联系实际和实事求是科学作风，认真严谨的科学态度，主动探索精神，团结协作品德。上海第二工业大学物理系3（二）、大学物理实验教学内容（含力、热、光、电、近代）1、测量误差基本知识，数据处理方法：1）用不确定度对直接或间接测量结果进行评估；2）处理实验数据的常用方法：列表、作图、最小二乘法等。2、基本物理量的测量方法(读数规则等）：如：长度、质量、时间、热量、温度、压强、电阻、磁感强度、发光强度、电子电荷、普朗克常量等物理量的测量，（直接、间接、单次、多次等）3、物理实验方法：如：比较法、转换法、放大法、模拟法、补偿法、平衡法、干涉、衍射法及在工程技术广泛应用的其他方法。上海第二工业大学物理系44、实验仪器性能理解和正确使用：如：长度测量仪器、计时仪器、测温仪器、通用示波器、分光仪、光谱仪、电源等常用仪器；如现代物理技术：激光技术、传感器技术等。5、实验操作技术学习与掌握：如：零位调整、水平/铅直调整、光路的共轴调整、消视差调整、逐次逼近调整、电路故障检查与排除等及工程技术中广乏应用仪器的调整。6、##每一个物理实验完成后，每个人都要扪心自问，我在该物理实验中五问：1、学会测量哪种物理量？2、学会或巩固使用哪些测量仪器？3、学会哪种物理实验方法？4、学会哪种操作技术？5、学会哪种数据处理方法？上海第二工业大学物理系5（三）、大学物理实验对大家的四个方面能力培养：1、独立实验能力：通过阅读实验教材，查阅资料，掌握实验原理和方法，正确使用仪器、完成实验内容，撰写实验报告；逐步形成自主实验基本能力。2、分析与研究能力融合实验原理、设计思想、实验方法、及相关知识对实验结果进行分析、判断、归纳与综合。掌握通过实验进行物理现象和物理规律研究的基本方法，具有初步的分析与研究能力。上海第二工业大学物理系63、理论联系实际的能力：在实验中发现问题、分析问题并学习解决问题的科学方法，提高大家应用所学知识和技能解决实际问题的能力。4、创新能力：通过完成设计性和综合性实验（具有创意性内容实验），逐步培养大家的创新意识和创新能力。上海第二工业大学物理系7（四）、分层物理实验教学（分基础、综合、设计或研究三层（类）实验,缺一不可。）：1、基础性物理实验：学习基本物理量测量、基本实验仪器使用、基本实验技能和基本测量方法、误差与不确定度及数据处理方法等。2、综合性实验：在一个实验中涉及到力学、热学、电磁学、光学、近代物理等多个知识领域，综合应用多种方法和技术的实验。提高大家对实验方法和实验技术的综合运用能力。上海第二工业大学物理系83、设计性实验：根据给定的实验题目，要求和实验条件，由学生自己设计方案并基本独立完成实验。研究性实验：组织若干个围绕基础物理实验课题，由学生个体或团队的形式，以科研方式进行的实验。目的是使大家了解实验的全过程，逐步掌握实验思想和实验方法，培养大家独立实验能力和解决给定问题的能力。上海第二工业大学物理系9怎样上好物理实验课？关注三个主要教学环节1、实验预习—实验能否取得主动的关键2、实验操作3、实验报告—实验的总结§1-2、具体实验的基本程序上海第二工业大学物理系101、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物理量、数据才能实现实验的目的。上海第二工业大学物理系11预习报告内容：（1）实验名称，实验目的；（2）实验简图（电路图或光路图），主要公式；（3）实验大致步骤；#（4）列出记录数据表格（分清已知量、指定量、待测量和单位）。切忌，无需照抄实验原理！上海第二工业大学物理系122、实验操作要求①遵守实验室规则；②了解实验仪器的使用及注意事项；③正式测量之前可作试验性探索操作；④仔细观察和认真分析实验现象；⑤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；⑥实验数据经老师检查确认后，整理仪器，清扫实验室。上海第二工业大学物理系133、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。上海第二工业大学物理系14实验报告实验报告内容为：（1）实验名称；（2）试验目的（明确）；（3）主要实验仪器设备；（名称、型号、编号及规格）（4）原理简述（原理图、电路图或光路图，以及主要计算公式等）；（5）实验步骤（各直测量的测量方法）；（6）记录数据表格；（含另外一页原始数据记录纸）（7）数据处理及结果；（有数据处理主要过程和结果：包括实验结果、实验图线等）；（8）实验现象分析、误差评估、小结和讨论。上海第二工业大学物理系15教学环节中应注意：1预习报告交实验老师检查，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！2进实验室做实验，由老师按实验者序号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。3实验报告必须在下一次实验时交实验课教师！下课后转交原实验课老师评阅。4预习报告、数据记录和实验报告均用实验报告纸！上海第二工业大学物理系16第二章不确定度和数据处理基础知识本章将介绍测量与误差的基本知识，它将使实验者能用误差分析的方法去估计实验误差的大小，并在必要时帮助实验者设法减小它们的影响。§2-1测量的有效数字和运算规则一、量、测量和单位以确定量值为目的的一组操作称为测量（或计量）。数值连同单位记录下来便是数据，称为量值。量值用数值和单位的乘积来表示。国际单位制（SI）的基本单位；上海第二工业大学物理系17二、直接测量和间接测量1.直接测量•把被测量直接与标准量（量具或仪表）进行比较，直接读数、直接得到数据，这样的测量就是直接测量，相应的物理量称为直接测量量。例如用米尺测量长度2.间接测量•测出直接测量量，通过函数关系得到被测量的测量数据，这种测量称为间接测量，相应的物理量就是间接测量量。上海第二工业大学物理系18三、精密度、正确度和精确度精密度•——表示重复测量所得的各测量值相互接近的程度。正确度（准确度）•——表示测量结果与真值相接近的程度。精确度•——是对测量结果的精密性与正确性的综合评定，因而反应了总的误差情况。上海第二工业大学物理系19图2-1-1所示子弹打靶时的着弹点的分布情况可形象地说明上述三个量的意义。•图2-1-1（a）表明数据的精密度高，但正确度低，相当于随机误差小而系统误差大；•图2-1-1（b）则表示数据的正确度高而精密度低，即系统误差小而随机误差大；•图2-1-1（c）则代表精密度和正确度都较高，即精确度高，总误差小精密度高正确度高精密度和正确度都较高上海第二工业大学物理系20四、有效数字和仪器读数规则1、有效数字•测量读数时能够准确地读出最小分格值，并在一般情况下还能在最小分格值下进行估读，一般人眼可以分辨到最小分格的确1/10、1/5或1/2。由于它是人眼能够分辨的极限值，所以任何一个测量读数应该达到该分辨限，但又不能超过该分辨限，该分辨限就称为读数误差。由此得出结论：测量值是有一定位数的，它的末位应是读数误差的所在位。•得到的全部可靠数字和欠准数字都是有意义的，总称为有效数字。上海第二工业大学物理系21（见图2-1-2）。我们先看到铜棒的长度大于4cm，小于5cm，进一步估计其端点超过4cm刻线3/10格，得到棒长为4.3cm。不同的观察者估读不尽相同，可能读成4.2cm或4.4cm。这样，同一根棒的长度得到了三个测量结果，它们都应当是正确的。（如图2-1-3），从尺的刻度可以直接读出4.2cm，再估读到1/10格值，测定铜棒的长度为4.27cm（当然，不同的观察者还可能得到4.26cm或4.28cm），测量结果有3位有效数字，准确度高于上例。上海第二工业大学物理系222、仪器的读数规则测量就要从仪器上读数，对一部分测量仪器、仪表是需要估读的。但也有一些测量仪器、仪表（刻度对准仪器和数字式仪器）不需估读。(1)估读规则有一些仪器读数时需要估读，估读时首先根据最小分格的大小、指针的粗细等具体情况确定把最小格值分成几份来估读，通常读到最小格值的1/10、1/5或1/2。上海第二工业大学物理系23a)最小分度值的1/10估读，估读数值就是最小刻度值的十分之几。最小刻度为(n=0,1,2)，如10、1、0.1、0.01等，可采用最小分度的1/10读数。若被测量恰好显示在某刻度线上，其估读数为0。在其示值后应加上一个“0”。110n例题请参看第22张PPT内容。上海第二工业大学物理系24b）最小分度值的1/5估读，估读数值就是最小刻度值的五分之几•最小刻度为5、0.5、0.05等,可采用最小分度的1/5估读。•估读时，将最小刻度分成5份，看指针在格内偏过五分之几，就估读成最小刻度值n/5，这样指针在一格内可有六个读数：刻度示值、最小刻度值1/5、2/5、3/5、4/5、刻度示值。•当指针指在基准线上，在末位上加“0”，指针指在最小刻度线上则末位不加“0”。上海第二工业大学物理系25•如图2-1-4是估读到1/5格值的例子。读数86、87、88都可以，个位6、7、8为估读数。上海第二工业大学物理系26c)最小分度值的1/2估读，估读数值就是最小刻度值的二分之一•最小刻度为2、0.2、0.02等，可采用最小分度的1/2估读。•读数时，只需估计被测物理量指针最接近哪根刻度线，即按该刻度线的示值读数。若指针正好指示在两根刻度线的正中央，这时可按示值较小的一根刻度线的示值加上刻度值的1/2记数，上海第二工业大学物理系27图2-1-5(b)刻度放大图图2-1-5(a)估读到1/2格值A)为0.22A、B)为0.23A、C)为0.24A;上海第二工业大学物理系28(2)不需估读仪器对于那些可靠值与存疑值无法截然分开的仪器，读数时不需估读，具体分为两类：对准仪器和数字仪器。a)对准仪器在读数时不必或不能估读b)数字仪器在读数时不需估读，这类仪器又包括两小类：一类是数显仪表，如电子秒表、数字万用表等；另一类是步进式标度盘的仪表，如旋转式电阻箱,直流电位差计等。其分辨限应是仪表示值的末位，一般与分度值相同。上海第二工业大学物理系293、有效位的概念第一位非零数字右边的全部(包含零）为有效数字。第一位非零数字左边的零称为无效零。例如：0.0504700，有效位为6位；变换单位变换单位而产生的零都不是有效数字。计量单位的不同选择可改变量值的数值，但决不应改变数值的有效位。例如：上例中的43000m还错误地反映了有效位。kmmmcm4300000.0043004300.030.4变换单位产生的零，改变了有效位。变换单位产生的零，未改变有效位。上海第二工业大学物理系30•实验中常采用科学计数法，即用10的幂次表示，如下所示。10的幂次形式（不展开）不计有效位。kmmmcm5421030.41030.41030.430.4结论：同一数值，用不同单位表示，采用科学计数法，始终是3位有效数字。上海第二工业大学物理系31五、有效数字的运算规则1、二个基本原则•第一