华中科技大学物理实验

华中科技大学物理实验中心2012年春2通过物理实验课程的训练培养科学精神和科学态度培养独立分析和处理问题的能力培养创新精神和创新能力物理学是以实验为本的科学——杨振宁自然科学理论不能离开实验的基础——丁肇中3第一部分第二部分物理实验课须知物理实验的数据测量与处理绪论课内容提要4物理实验课须知一、物理实验课程序二、物理实验课预约三、物理实验中心网站四、物理实验注意事项五、物理实验报告要求六、物理实验考核与重修5一、物理实验课程序1、预约实验2、预习并撰写预习报告3、独立完成实验如实记录数据4、按要求处理数据并完成实验报告5、按时将实验报告交到指定位置6二、物理实验课预约IP：218.199.86.171学生学号为不含字母的全部数字。如U200911089,登录时用200911089初始密码：123456建议第一次登录后立即修改密码，新密码不要含有字母,字数不要超过8位。科技楼北楼二楼大厅触摸屏24小时可使用。7三、物理实验中心网站IP：218.199.86.1728四、物理实验注意事项1、物理实验课56学时，分两个学期进行：物理实验（1）28学时在春季学期开课，物理实验（2）28学时在秋季学期开课。2、每个学期分两段上课，不允许跨段修课和考试。3、要求每个学生在规定时间内选做规定个数的实验，并提交实验报告。春季学期选做6个实验+绪论作业，秋季学期选做7个实验。4、物理实验采用先预约后实验方式上课，预约后要经常看预约网上的通知。有关物理实验的事项都将在网上通知，不在对各个班单独通知。95、每次课4学时（3小时），不允许迟到、旷课或早退。迟到30分钟以内，一次从总成绩中扣0.5分。迟到30分钟以上，以旷课论处，一次从总成绩中扣3分。6、课前应按要求写好实验预习报告，上实验课时不带实验预习报告，从操作成绩中扣除30分。7、实验时刷卡签到，并确认信息是否正确，不刷卡者以迟到论处。8、若有事不能做实验，提前一天同学们自己可以在网上撤销实验，当天有急事不能做实验，可到教室找任课教师请假，请假扣1分。9、旷课或请假后，同学应尽快重新预约。物理实验的仪器套数是有限的，同学们要合理的安排自己的实验，不要轻易请假和旷课。1010、实验时按实验设备号坐定，不要乱动别组的仪器设备，严格按照操作规程操作仪器。11、完成实验后，预习报告和记录草稿都应交指导教师检查并签字，。12、每个同学应独立完成实验，认真观察实验现象，实事求是记录数据（不允许用铅笔），不允许抄袭、造假、涂改原始数据。13、离开实验室前，关闭电源开关，并应整理好所用仪器，做好清洁卫生。14、实验报告连同数据记录草稿纸应在完成实验的下一周内交到有关实验室的报告柜内。15、发现自己的信息不对或转专业要更改信息，请到科技楼北楼117室登记，进行信息更改。11五、物理实验报告要求1、信息齐全、格式规范。2、字体工整、干净整洁。3、表述正确、层次清楚。4、图表合理、讨论认真。12指发报告柜号每个班一个号填写预约时系统所给的编号实验课前需要完成的部分实验课后需要完成的部分1314六、物理实验考核与重修1、成绩评定：平时70%+考试30%平时：课堂操作50%+实验报告50%2、考试方式：闭卷笔试考试（120分钟）3、考试范围：绪论与所选实验4、考试时间与地点：由学校教务处通知5、物理实验不及格只有重修，没有补考6、不及格者按学期跟下一年级从头重修物理实验（1）不及格者在春季重修物理实验（2）不及格者在秋季重修15物理实验的数据处理给出待测量（其值或关系）不确定度的计算结果表达16一、给出待测量（其值或关系）得出待测量的几种方法(一般用于直接测量量）1、列表法2、图示法3、用最小二乘法求经验公式4、逐差法（要求自变量是等间隔变化而函数关系为线性）1.对于间接测量量，一般通过一定的公式由直接测量量算出。2.任何计算，都要求有中间过程，先写计算式，再代入数据，最后结果应有单位。171、不确定度基本概念二、不确定度(uncertainty)的计算用标准偏差表示的测量不确定度。与测量结果相关联的参数，表征合理地赋予被测量值的分散性。反映了由于测量误差的存在而对被测量值不能肯定的程度，是对被测量真值所处的量值范围的评定。测量不确定度：标准不确定度u：18niinxx121niixnnxxn121标准偏差x测量列x1，x2，x3，x4，……，xnniixnx11置信概率（一般用P表示）物理量的值位于区间的概率为68.3%，],[xxxxn当时，位于区间的概率为95.4%。]2,2[xxxx最佳值，期望值离散程度x统计意义：19Figure1:GaussianDistributionCurve222)(21)(xxePy20测量I（cm)：168,170,165,175,170,169,177,167,170,172测量II(cm)：170.3,170.5,170.1,170.8,170.5,170.6,171.0,170.9,170.5,169.8cmL14.11,5.1702cmLcmL09.02,3.1701cmLniixnnxx121标准偏差现要测量某人的高度L，测量情况如下比如21标准不确定度分量，由观测列的统计分析评定。又称为统计不确定度。n当时，xAu意义：当测量次数时物理量落在区间内的概率为68.3%n],[AAuxuxxpAtu当n为有限时tp大于1，与测量次数n有关,也与P有关。tp与n及P的关系3456789∞0.954.303.182.782.572.452.372.311.96nptpAuA类标准不确定度分量：2、直接测量量的标准不确定度22标准不确定度分量，由不同于A类分量的其他方法确定。又称非统计不确定度。22估仪uuuB通常也可取仪BuCkup仪仪称为置信系数称为置信因子Ckp，BuB类标准不确定度分量：B类标准不确定度可表示为：23总的标准不确定度2222BxpBAutuuxu当Bxput时xptxu当Bxput时Buxu在单次测量中Buxu相对不确定度%100xxuxur243、间接测量量标准不确定度),,,,(321mxxxxfy，各直接测量量的标准不确定度分别为：12(),(),...(),muxuxux已知y的标准不确定度传递公式：)()(2122jmjjxuxfyuy的相对标准不确定度传递公式：)(ln)(2122jmjjrxuxfyuixf和ixfln被称为不确定度的传递系数那么，25间接测量量传递公式推导举例)()()(222zuxuNu和差形式函数可直接求标准不确定度zxN：例1)()()()()(22222zuzNxuxNNu1,1zNxN)()()(22zuxuNu26），（直接测量量dIdIj24)()2()()1()(22222dudIuIjur)()(jujjur积商形式函数可先求相对标准不确定度例2:待测电流密度jdIjln2ln4lnln)()ln()()ln()(22222dudjIuIjjur，，ddJIIj2ln1ln)()2()()1()(2222dudIuIjur27三、结果表达)(yuyY（单位）%95P理论值测量值u%100理论值理论值测量值ru当待测物理量有公认标准值或理论值时，其测量不确定度可表示为：此时结果表达为:yY%100理论值理论值测量值ru（单位）28L=4.253±0.851ｍL=4.2±0.8ｍ)(20056000gm)(10)02.060.5(4gm•结果表述中不确定度只能取1位有效数字，相对不确定度取1到2位有效数字，测量值有效数字尾数与不确定度尾数应对齐29有效数字及有关规定•有效数字由测量（计算）结果中准确数字和最后一位可疑数字构成•有效数位有效数字的位数（决定于仪器精度及被测量量的大小）0.0034（二位有效数字）0.00340（三位有效数字）实验测量中记录的数据必须是有效数字，有效数位直接反映测量的准确度，不能随意取舍。30保留三位有效数字•a=37.24ｍｍa=37.2ｍｍｂ=37.250ｍｍｂ=37.2ｍｍc=37.15ｍｍc=37.2ｍｍnmmmm271050.31050.3000350.0•运算结果应符合有效数字运算法则•多余存疑数字按规定法则取舍•拟舍弃数字不等于5时，大于5则进，小于5则舍。拟舍弃数字等于5时，欲保留数字末位是奇数则进，是偶数则舍。•有效数字与小数点的位置和单位无关，改变单位时有效数位不变31224DIRIj电流密度的测量仪器：千分尺仪器误差0.004mm电流表量程15mA精度0.5级D/mm0.5080.5100.5070.5090.5090.511导体直径I=14.04ｍA数据处理举例列表给出测量数据32直接测量量不确定度mAuIumAumAKAAKmAIBB075.0)(075.0075.0%5.015%04.14仪仪为电表精度等级）为使用的量程，（电表额定误差：mmutuuDuBDpBA0052.0)()(2222mmummtummmmDBDDpAD004.0004.057.20013.0509.0仪仪33222/03.69509.014.304.1444mmmADIj021.0)(4)(12222DuDIuIur2/4.1)(mmmAjujur结果表述：%)95(/1692pmmmAjEND34列表法温度t(C)20.025.030.035.040.045.0电阻R()21981869153012671034890T＝273.2+t(K)293.2298.2303.2308.2313.2318.21×10-3/T(1/K)3.4113.3533.2983.2453.1933.1431nRT7.6957.5337.3337.1446.9416.790半导体热敏电阻的电阻与温度的关系表名物理量及单位测量数据（有效数字）线性回归35作图法作图规则1、选取坐标纸2、定坐标轴•横轴-自变量•纵轴-因变量•（用粗实线）3、标注物理量名及单位4、坐标分度•便于读数•与测量仪器最小刻度对应5、描点连线6、标注图名物理量名单位光滑曲线测点均分曲线两侧图名正确分度散热曲线01020304050t（秒）T（度）02030405060701036设bxay求niiiniiiniibxayyys`12`12`12的最小值，其中xi，yi为测量值。一元线性回归已知测量列x1，x2，x3，…xn；y1，y2，y3，…yn。确定x、y之间的关系式。yx1x2x3xnx1y2y3yny最小二乘法37xbya22xxyxyxb相关系数2222baxyxyrxxyySS及、yx1x2x3xnx1y2y3yny38在声速测量的实验中，测得驻波波腹的位置分别为(单位为mm)：13.82,21.66,29.56,37.28,45.02,52.86,60.70,68.46算术平均法得mmllllllllllllllll80.7)(71)(7121878675645342312逐差法得:mmllllll79.7)...(4412482615逐差法39课后任务1、完成书面作业—练习题第4题①、②和第7题（要求写在实验报告纸上）。2、必须在第12周星期三、四、五以班为单位收齐后将作业交到科技楼北楼315室尤小平老师处，过期不收。40通知1、班长或学习委