大学物理实验电子教案资料

大学物理实验1大学物理实验2大学物理实验3大学物理实验课的作用大学物理实验课是高等工科院校的一门必修基础课程，是对学生进行科学实验基本训练，提高学生分析问题和解决问题能力的重要课程。物理实验课和物理理论课具有同等重要的地位。大学物理实验4大学物理实验课的任务通过大学物理实验课的学习，学生应在习惯、知识、能力三方面达到如下要求。（一）培养良好的科学实验素养。（二）掌握物理实验理论基础知识,加深对物理学原理的理解。（三）具有相应的实验能力。大学物理实验5物理实验基本程序和要求1.实验课前预习(1)预习讲义中与本实验相关的全部内容。(2)写出预习报告（实验题目、目的、原理、主要计算公式、原理简图）,准备原始实验数据记录表格。2.课堂实验操作(1)上课需带实验讲义、笔、尺、计算器等。(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，方可进行实验。大学物理实验6(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，将数据填入实验记录表格,数据须经指导老师检查及签字。(5)实验后请将使用的仪器整理好，归回原处。经教师允许后方可离开实验室。(6)课后按要求完成实验报告,并在下次实验时交来。大学物理实验73、实验报告实验目的主要仪器名称实验原理,操作步骤回答问题:指导教师意见洛阳理工学院物理实验报告学院专业班实验日前学号姓名作者成绩实验名称第4页第1页………………………………………………………………………………………大学物理实验8实验数据，计算及分析第2页第3页…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………大学物理实验9教学安排本学期教学计划28学时，其中讲课4学时，基本实验24学时。具体安排如下。讲课：时间－第6周—第7周，内容－第一章、第二章实验：第7周—第19周，基本实验，每周1次2学时每班按课表排定时间，按实验循环表上课。每人做12个。第6周—第7周，讲课4学时大学物理实验10第一章测量误差§1测量与误差§2误差处理§3有效数字的记录与运算§4测量结果的不确定度评定大学物理实验11物理实验是对物理现象、运动规律的定量的认识,当然离不开测量,但决不仅仅是测量,还需从一定的理论出发，对测量数据加以分析,归纳出有关结论。§1测量与误差一.测量及其分类大学物理实验12它包含着：理论实验方法仪器选择测量数据处理结果分析等环节，可见物理实验包括测量，但物理实验决不是单纯的测量。测量是用仪器通过一定的方法，进行实验比较，以某一计量单位，把待测量定量地表示出来。大学物理实验13测量的分类直接测量间接测量等精度测量不等精度测量方法比较、放大、补偿、模拟.转换非电量电测非光量的光测干涉计量大学物理实验14010X比较法：是将被测量与相关标准量进行直接或间接比较,得到测量值的方法。如：米尺.电表都是根据比较法设计而成的仪器。50100200mA大学物理实验15放大法：通过某种方法将被测量放大后，再进行测量。如：螺旋测微计测长---200d把螺纹细分而进行放大。大学物理实验16补偿法：用在标准量具上产生的精度很高的某种效应，完全补偿由待测量产生的同种效应，得到未知量的方法。如：电位差计I=0I=0I=0ExExExE0E0小时ExE0大时Ex大学物理实验17模拟法：对不易测量的量，用对模型的测量代替对原型的测量。导电介质+q-q大学物理实验18转换法：对无法直接测量的量，转换为对该量所产生的某种效应进行测量。如：测酸、碱、盐溶液的浓度.IICC大学物理实验19用压电传感器测驾驶员座椅的受力分布。待测粮食传送带粮食烘干装置待测粮食的含水量与反射光强I有关I0I大学物理实验20干涉计量法:现代精密计量的基础。待测平面平晶待测平面平晶大学物理实验21利用声波反射，判断前方障碍物（冰山、暗礁、船只、鱼群等）。非电量电测大学物理实验22非光量的光测地球月球直角反射器通过测发射与接收两光信号的时间间隔，在C已知的条件下，可知地球、月球之间距离为38万公里。激光具有良好的方向性。故制成各种激光测距仪。秒53.2t大学物理实验23二.误差与偏差1、真值与误差测量值x：通过直接测量或间接测量得到的物理量的值。绝对误差：真值x0:一个物理量客观存在的量值，与测量所用的理论方法及仪器无关。0xx大学物理实验242、最佳值与偏差是评价测量值准确与否的客观标准。最佳值：多次测量的算术平均值niixnx11偏差：相对误差：%100xExxii大学物理实验25三、误差的分类系统误差随机误差过失误差大学物理实验26天平不等臂所造成的系统误差仪器误差1.系统误差大学物理实验27AOBBAabb不偏心时，由于，所以可用弧长反映角度的大小。aabb由于偏心，使之用弧长反映角度时产生的系统误差。如：这是由偏心造成的。AABBa大学物理实验28BnI0螺线管为无限长，管壁磁漏可忽略。如：由于理论推导中的近似,产生的系统误差理论大学物理实验29公式（忽略了空气阻力等）hgt122意大利科学家伽利略在比萨斜塔上做的铁球落地实验。两个不同重量的铁球从高处落下，同时着地。说明理论在一般情况下都能较准确地反映物体真实的运动规律大学物理实验30下降时受空气阻力f与下落速度v乃至成正比，则v增大一定值f=mg物体将作匀速直线运动，下落物体的极限速度约为V2Vms极50/hh实理大学物理实验31人为心理作用，读数（估计）偏大或偏小。生理因素听觉嗅觉色觉视觉对音域（20HZ--20KHZ）的辨别。对音色的辨别。大学物理实验32环境市电的干扰输入光点检流计接近时，静电干扰，使光斑移动等。大学物理实验33方法内接AVVRVAAVIRIV用V作为VR的近似值时，求RVIVVIVIVIVIRARAR外接RVIVIIVIRVR大学物理实验34系统误差特点是增加测量次数误差不能减少，只能从方法、理论、仪器等方面的改进与修正来实现。表现出恒偏大、恒偏小或周期性的特点。大学物理实验35测量过程中另一类不可避免的误差,来自于大量的微小的干扰的合成。其影响程度表现为随机特性，增加测量次数可减小其影响。2.随机误差误差=随机误差+系统误差3.精密度、正确度、准确度和精度精密度－随机误差、正确度－系统误差、准确度－随机误差与系统误差综合大小精度－一种泛指，物理意义不明确。大学物理实验36（a)jg,zd(b)jd,zg(c)jd,zd(d)jg,zg大学物理实验37§2误差处理一.处理系统误差的一般知识1、发现系统误差的方法2、系统误差的减小与消除理论分析法实验对比法数据分析法误差根源：减小、消除实验技巧：交换法、替代法、异号法等。大学物理实验38随机误差对任一次测量结果的影响具有随机性特点。但在多次测量中表现出确定的规律即统计规律。可用来对随机误差的影响程度作出客观的评价。二.随机误差及分布大学物理实验391、标准误差与标准偏差21)()(1limoininxxxn标准误差（标准差)：实验标准（偏）差－贝塞尔法21)(11)(xxnxsini※测量次数n为有限次时用其计算直接测量量的实验标准差。大学物理实验402、平均值的实验标准差有限次测量的算术平均值亦为随机变量，其实验标准差为：21)()1(1)()(xxnnnxsxsini是用测量列的平均值作为真值x0的最佳估计值时，x0与两者之间的偏离程度。xxx大学物理实验41)(xs)(xs平均值的实验标准差比任何一次测量的实验标准差小,增加测量次数,可以减少平均值的实验标准差,提高测量的准确度.但是,n10以后,n再增加,减小缓慢,因此,在物理实验教学中一般取n为6～10次)(xss0510n15051015sn测量次数对的影响)(xs大学物理实验423、随机误差的正态分布规律：例，用秒表测单摆的周期T，将各测量值出现的次数列表如下。测量值xi1.011.021.031.041.051.061.071.081.091.10次数n1128852210051xin=30次1062n大学物理实验43测量值xi1.011.021.031.041.051.061.071.081.091.10次数n0241014167511n=60次10206161.05n测量值大学物理实验441.0561016202630测量值次数xin1.0111.0241.0371.04231.05251.06201.07111.0851.0921.102n=100次nxi大学物理实验45随着测量次数增多，统计显示出如下规律。在1.05附近，测量值出现的次数最多，表现为单峰性。与1.05相差越多，测量值出现的次数越少，表现为有界性。偏大的数据与偏小的数据基本相等表现为对称性。大部分数据存在于确定的范围内，该范围可评价随机误差的大小。大学物理实验46可以预计，当测量次数无限增多时，曲线将表现为单峰、有界、严格对称的特征。在有限次测量下，得到的所有曲线，是以对称曲线为中心，左右摆动的曲线族。nxi30次60次100次大学物理实验47在数理统计上,描述具有单峰、有界、对称的统计函数.叫正态分布函数。常用来解释随机量测量过程中的随机行为与规律.在测量次数趋于无穷时，有：22221)(ef大学物理实验48)(fo小t分布大式中表示测量的随机误差,是标准差,其数值标志误差的离散程度。当测量次数很少（n10）服从t分布，置信系数tp与n，P的关系由相关表查出（第9页表1-1）。大学物理实验494、置信区间和置信概率%3.68)(1dfP222%5,95)(dfP333%7.99)(dfp],[]2,2[]3,3[置信概率置信区间大学物理实验50三.坏值的剔除继续检验，直到无坏值为止。检测流程1、拉依达准则（要求n9)为粗差,为坏值应剔除.ix)(3xSxxi剔除)(3)(1xSxxxSxxxin(n-1)个数据继续，对保留。)(3xS大学物理实验51对某物体进行15次测量，测值为：ix11.4211.4411.4011.4311.4211.4311.4011.3911.3011.4311.4211.4111.3911.3911.40检测是否有坏值。405.111511iixxnx例计算:034.0115)(1)()(215121xxnxxxSiiini大学物理实验52所以11.30为坏值，应剔除。余下的数据继续检验：**检测情况与测量列构成有关，应n〉9。**102.0034.03)(3xS102.0105.0405.1130.11412.11141141iixx018.0114)()(2141xxxSii14个测量值均满足条件，无坏值。)(3xSxxi054.0)(3xS大学物理实验532、肖维涅准则(要求n4次）)(xSCxxni为粗差，xi为坏值检测流程nxx1x)(xS)(xSCxxninCix为坏值，剔除。称为肖维涅系数。其值与测量次数n有关，第10页表1—2给出了各种测量次数对应的值。nC3、格拉布斯准则（较复杂）大学物理实验54四.仪器误差1.仪器的示值误差（限）国家技术标准或检定规程规定的计量器具最大允许误差或允许基本误差，经适当的简化称为仪器误差（限），用表示。它代表在正确使用仪器的条件下，仪器示值与被测量真值之间可能产生的最大误差的绝对值。m仪器误差（限）举例a:游标卡尺，仪器示值误差一律取卡尺分度值。大学物理实验55b:螺旋测微计，量程在0—25mm及25—50mm的一级千分尺的仪器示值误差均为mm。004.0mc