物理實驗緒論

1精選ppt周實驗組2021級大學物理實驗〔上〕輪流表(2021.2~2021.7)

1、23、45、67、89、1011、1213、1415、16說明一大學物理緒論課5，123，42，236，711，139101各組實驗嚴格按實驗輪流表執行。2遇國家七大放假節日，當天所缺的課不補。二3，42，236，711，1391014三2，236，711，13910145，12四6，711，13910145，123，4五11，13910145，123，42，23六910145，123，42，236，7七10145，123，42，236，711，13八145，123，42，236，711，139說明：1.實驗地點：南校區物理實驗中心：B5B座2~3樓；購置實驗報告紙在B5B座1樓。

2.下午物理實驗課按學校作息時間執行；南校區晚上提前到18：30開始上課。2精選ppt物理實驗緒論課物理實驗課的目的物理實驗課的主要教學環節測量誤差有效數字及其處理實驗數據處理布置緒論課作業3精選ppt第一節

物理實驗課的目的1、通過對物理實驗現象的觀察、分析和對物理量的測量，掌握物理實驗的根本知識、根本方法和根本技能，加深對物理學原理的理解。2、培養和提高科學實驗能力。自學能力：通過閱讀實驗教材或參考資料，正確理解實驗內容，作好實驗前的準備；動手實踐能力：借助教材或儀器說明書，正確使用根本實驗儀器；4精選ppt物理實驗課的目的思維判斷能力：能夠運用物理學理論對實驗現象進行初步的分析和判斷；書面表達能力：能夠正確記錄和處理實驗數據，分析實驗結果，撰寫合格的實驗報告；簡單的設計能力：能夠根據課題要求，獨立完成教學性的設計性實驗。5精選ppt物理實驗課的目的3、培養從事科學實驗的素質理論聯系實際和實事求是的科學作風。嚴肅認真的工作態度。遵守紀律、團結協作和保護公共財物的優良品德。熱愛科學，勇于創新，力戒急躁，講究誠信。6精選ppt物理實驗課的要求在實驗過程中，要實事求是，不允許篡改、拼湊實驗數據。不允許抄襲實驗報告。7精選ppt第二節物理實驗課的主要教學環節一、課前預習實驗前學生必須預習實驗教材和儀器說明書等有關資料，明確實驗目的，根本弄懂實驗原理和實驗內容，并對測量儀器和測量方法有所了解，在此根底上寫出實驗預習報告，報告內容包括：實驗名稱、實驗目的、實驗儀器、實驗原理和實驗記錄表格。課前老師會隨機抽一兩個同學答復以下問題，以檢驗預習情況。8精選ppt物理實驗課的主要教學環節已制作“大學物理實驗電子指導〞網頁，同學們可以自由瀏覽。進入華工網站xxx，在主頁的右下角快速鏈接請選擇學院框內選擇理學院物理系，進入物理系主頁后，點擊主頁面右下角的大學物理實驗電子指導，就可以根據需要進行預習。9精選ppt物理實驗課的主要教學環節二、實驗過程〔調整實驗裝置，進行測量記錄〕進入實驗室后要遵守實驗室規那么，在實驗過程中，要認真，仔細觀察物理現象，正確讀取和記錄測量數據。要學會分析和排除實驗故障，假設發現問題而無法解決時，可以請指導教師幫助處理。實驗完畢，測量數據要經指導教師檢查并簽名，然后整理好儀器離開實驗室。10精選ppt物理實驗課的主要教學環節三、課后實驗總結實驗后要對實驗數據及時進行處理，并寫出完整的實驗報告。實驗報告要求用實驗報告紙撰寫，第二次實驗課時交第一次的實驗報告，第三次實驗時交第二次的實驗報告，以此類推。

11精選ppt實驗報告的格式和內容實驗名稱實驗目的實驗儀器實驗原理：簡要表達實驗原理、計算公式、實驗電路圖或光路圖。實驗內容和主要步驟12精選ppt實驗報告的格式和內容數據記錄與處理：將原始記錄數據轉記于實驗報告上〔簽名的原始數據也應附在報告上，以便教師檢查〕，按照實驗要求計算測量結果，計算要遵循有效數字的運算規那么進行，用標準差評估測量結果的可靠性。13精選ppt實驗報告的格式和內容結果與討論：該局部要明確給出實驗測量結果，并對結果進行討論〔如實驗中觀察到的現象分析、實驗中存在的問題討論、答復思考題等〕。也可以對實驗本身的設計思想、實驗儀器的改進等提出建設性意見。實驗者姓名、實驗日期14精選ppt預習報告和實驗報告的關系可以將預習報告按實驗報告的要求書寫，即實驗名稱、實驗目的、實驗儀器、實驗原理，數據記錄表格。上課時帶給教師檢查，實驗結束時要讓教師檢查記錄的實驗原始數據，并且簽名，再將該報告帶回去，加上數據記錄與處理、結果與討論，構成一份完整的實驗報告。15精選ppt第一節測量和測量誤差

一、測量及其分類測量就是在一定條件下使用具有計量標準單位的計量儀器對被測物理量進行比較，從而確定被測量的數值和單位。直接測量間接測量等精度測量不等精度測量16精選ppt直接測量直接測量是使用儀器或量具，直接測得被測量的量值的測量。由直接測量所得的物理量，稱為直接測量量。17精選ppt間接測量是通過直接測量量，再根據某一函數關系把待測量計算出來的測量。例如，用單擺測量某地的重力加速度g，是根據用米尺直接測得單擺的擺長l和用秒表直接測得周期T，再通過單擺公式：g=〔42l〕/T2把重力加速度g計算出來。l和T是直接測量量，g稱為間接測量量。lT18精選ppt等精度、不等精度測量假設對同一個物理量的屢次測量都是在相同條件〔包括測量方法、使用的儀器、外界環境條件和觀察者都不變〕下進行的，稱為等精度測量；否那么，稱為不等精度測量。19精選ppt第一節測量和測量誤差

二、測量誤差及其分類〔一〕誤差的定義1、絕對誤差被測量的物理量在特定條件下客觀存在的真實量值稱為該物理量的真值，記作。測量值X和真值的差定義為測量誤差，記為X即：X=X-它反映了測量值偏離真值的大小和方向，稱為絕對誤差。20精選ppt測量和測量誤差

2、相對誤差E=(X/)100%它反映了測量的準確程度。3、約定真值被測量的真值是一個理想概念，一般說來是不可知的，在實際測量中，常用被測量的算術平均值代替真值，稱為約定真值。21精選ppt測量和測量誤差由于取被測量的算術平均值代替待測量的真值，測量值x的測量誤差又可以表示為：稱為絕對偏差和百分誤差。22精選ppt測量和測量誤差

〔二〕誤差的分類系統誤差偶然誤差〔隨機誤差〕粗差23精選ppt系統誤差

系統誤差是由于實驗系統的原因，在測量過程中造成的誤差。來源：儀器誤差、環境誤差、方法誤差、個人誤差。特點：誤差的大小和符號總是保持恒定，或按一定規律以可約定的方式變化。消除方法：找出原因，在實驗前或實驗后加以修正。24精選ppt系統誤差的修正儀器誤差例如電表的零點誤差修正：接入電路前，先調機械零點。電表指針不在零點25精選ppt偶然誤差偶然誤差是由某些偶然的或不確定的因素，在測量過程中造成的誤差。來源：環境和實驗條件的無規那么變化。特點：偶然誤差的量值和符號以不可約定的方式變化著，對每次測量值來說，其變化是無規那么的，但對大量測量值，其變化那么服從確定的統計分布〔正態分布〕規律。26精選ppt正態分布的特點單峰性：絕對值小的誤差出現的概率大，而絕對值大的誤差出現的概率小。對稱性：絕對值相等的正、負誤差出現的概率大致相等。有界性：絕對值非常大的正、負誤差出現的概率趨于零。

x00.1-0.10.20.3-0.2-0.3P27精選ppt偶然誤差消除偶然誤差的方法：在相同條件下，增加測量次數。28精選ppt粗差測量值明顯地偏離正常測量值的異常誤差，稱為粗差。來源：使用儀器方法不對；粗心大意，記錄出錯；實驗條件突變等。消除方法：按一定的科學標準鑒別和剔除。29精選ppt第二節

測量結果的誤差估算一、直接測量量偶然誤差的估算

1、測量列的標準差

設對某一真值為

的物理量進行n次等精度測量，得一列測量值、、

，測量列的標準差定義為各測量值誤差平方和的平均值的正平方根：30精選ppt測量結果的誤差估算實驗中，是未知值，用測量值的算術平均值作為待測量的最正確估計值，而且物理實驗的測量次數是有限的，通常為3～5次，因此其偶然誤差可以用標準偏差來處理:表示測量列中的測量值xi相對于測量值的算術平均值的分布情況。68.3%31精選ppt測量結果的誤差估算測量列算術平均值的標準偏差

表示該測量列的算術平均值以一定概率落在真值附近的范圍。

68.3%32精選ppt測量結果的誤差估算2、偶然誤差與系統誤差的合成設偶然誤差為設未定的系統誤差為那么算術平均值的總標準偏差為:33精選ppt測量結果的誤差估算

d的計算取儀器的允許誤差作為其測量值的最大誤差取儀器最小分度值的一半作為其測量值的最大誤差作為均勻分布，有：34精選ppt測量結果的誤差估算4、異常數據的判別和剔除鑒別異常數據的根本思想：以一定的置信水平確定一個置信限，但凡超過該限度的誤差就認為它不屬于偶然誤差，其數據就是異常數據，可將其剔除。判別方法：3準那么、格拉布斯準那么35精選ppt3準那么+3-3

99.7%如果在這個范圍之外，那么可認為該測量值為異常數據而予以剔除使用條件：測量次數足夠大時36精選ppt測量結果的誤差估算格拉布斯準那么〔測量次數較少時〕設某一服從正態分布的測量列為x1，x2，…，xn，格拉布斯分布為：選定一顯著水平a，對應與某一定的測量次數n和a，有臨界值g0(n，a),假設gig0(n，a),xi為異常數據；假設gig0(n，a),xi為正常數據。37精選ppt測量結果的誤差估算臨界值g0(n，a)4567891011120.051.461.671.821.942.032.112.182.232.280.011.491.751.942.102.222.322.412.482.5538精選ppt例題對x進行等精度測量10次，得測量列如下，設儀器誤差限為0.05cm。判別有無異常數據，求測量結果。〔1〕求平均值〔2〕求標準偏差1234567891063.5763.5863.5563.5663.5663.6563.5463.5763.5763.5539精選ppt例題〔3〕取顯著水平a＝0.01，查表得g0(10，0.01)＝2.41〔4〕計算g6(5)g6g0，x6為異常數據，應予以剔除。40精選ppt例題用余下的數據重新計算測量結果〔1〕求平均值〔2〕求標準偏差再經格拉布斯準那么判別，所有測量數據都符合要求。41精選ppt例題算術平均值的標準偏差為：按均勻分布計算系統誤差〔儀器誤差〕的標準偏差為42精選ppt例題合成標準偏差

為：

測量結果表示為：

43精選ppt第二節

測量結果的誤差估算二、間接測量量的誤差估算設間接測量量N是各獨立的直接測量量x，y，z，

的函數，即：

各直接測量量的測量結果為：問：44精選ppt間接測量量的誤差估算假設各直接量完全獨立無關，那么：稱為誤差的傳遞系數。45精選ppt第三節有效數字及其運算規那么在實驗中所測得的被測量都是含有誤差的數值，對這些數值的尾數不能任意取舍，應能反映出測量值的準確度。因此在記錄數據和計算測量結果時，應該取多少位，有嚴格的要求。

1、有效數字的定義測量結果中所有可靠數字加上末位的可疑數字統稱為測量結果的有效數字。有效數字中所有位數的個數稱為有效數字的位數。

46精選ppt第三節有效數字及其運算規那么2、有效數字的讀取規那么記錄測量儀器的精度、級別、最小分度值〔最小刻度值〕；估計測量儀器的儀器誤差；記錄有效數字時要記錄到誤差所在位。47精選ppt第三節有效數字及其運算規那么例1：用300mm長的毫米分度鋼尺測量長度。該鋼尺最小分度值為1mm，儀器誤差取最小分度值的一半，即

因此正確記錄數值是除了確切讀出鋼尺上有刻線的位數外，還應估讀一位，即讀到0.1mm位。

48精選ppt第三節有效數字及其運算規那么例2、伏安法測量電壓和電流值，用0.5級的電壓表和電流表，量程分別為10V和10mA。由儀器誤差計算公式可得因此記錄電壓和電流的有效數字時，應分別記錄到0.01V和0.01mA位。

49精選ppt第三節有效數字及其運算規那么有些儀器儀表一般不進行估讀或不可能估讀。例如：數字顯示儀表，只能讀出其顯示器上所記錄的數字。當該儀表對某穩定的輸入信號表現出不穩定的末位顯示時，說明該儀表的不確定度可能大于末位顯示的1，此時可記錄一段時間間隔內的平均值。50精選ppt第三節有效數字及其運算規那么3、有效數字的性質有效數字的位數隨著儀器的精度〔最小分度值〕而變化。有效數字的位數與小數點的位置無關。凡數值中間和末尾的“0〞均為有效數字，但數值前的“0〞那么不屬有效數字。50.07，2.400，0.01251精選ppt第三節有效數字及其運算規那么對數量級很大或數量級較小的測量值，常采用科學記數法，即寫成的冪次形式，其中為1～9之間的整數，n為任意整數。例如地球半徑是6371km，用科學記數法表示為

6.371106m。氦－氖激光波長為632.8nm,用科學記數法表示為6.32810－7m。52精選ppt第三節有效數字及其運算規那么4、有效數字的運算規那么可靠數與可靠數運算，結果為可靠數。可疑數與任何數運算，結果為可疑數，但進位數為可靠數。運算過程中可保存2位可疑數，但結果只保存1位可疑數。53精選ppt第三節有效數字及其運算規那么加減法運算〔小數點后位數最少的一個相同〕13.5＋1.625＝15.125，結果取15.171.3－0.753＝70.547，結果取70.5乘除法運算〔有效位數最少的一個相同，可能多一位或少一位〕23.12.2＝50.82，結果取5123.18.4＝194.04，結果取194〔有進位〕54精選ppt23.12.2

4

6

2462

50.8

2

23.1

8.4

9

2

41848194.0

4

55精選ppt第三節有效數字及其運算規那么乘方、開方：一般與底的位數相同7652＝5.85105

函數運算：三角函數、對數，由其有效數字的位數來定Sin30012’=0.503056精選ppt第三節有效數字及其運算規那么尾數舍入規那么為了使運算過程簡單或準確地表示有效數字，需要對不應保存的尾數進行舍入。四舍五入是通常采用的舍入規那么，但這種見五就入的規那么使入的幾率大于舍的幾率，容易造成較大的舍入誤差。為了使嚴格等于五的舍入誤差產生正、負相消的時機，采用新的較為合理的“四舍六入五湊偶〞舍入規那么，即：小于五舍，大于五入，等于五時那么把尾數湊成偶數。57精選ppt四舍六入五湊偶1.04346保存4位有效位數為：1.0431.04368保存4位有效位數為：1.0445.76453保存4位有效位數為：5.764〔舍5不進位〕5.76153保存4位有效位數為：5.762〔舍5進位〕58精選ppt第三節有效數字及其運算規那么5、測量結果的有效數字測量誤差的有效位數：誤差只取一位有效數字，“只進不舍〞。間接測量結果值的有效數字：測量結果值的有效位數的末位，要與誤差所在的位對齊，舍去其它多余的存疑數字。59精選ppt第三節有效數字及其運算規那么例3、用單擺測量重力加速度g，直接測量量周期T＝2.0090.002，擺長L＝1.0000.001，g=〔42L〕/T2，計算測量結果和標準偏差。按有效數字運算規那么算得:

〔m/s〕-2

60精選ppt第三節有效數字及其運算規那么計算g的相對誤差〔見14頁〕對函數兩邊取對數求全微分以誤差量代替微分量，取各項平方和再開平方61精選ppt第三節有效數字及其運算規那么計算g的標準偏差g＝9.7712.210－3＝0.0214誤差只取一位有效數字，“只進不舍〞，g＝0.03測量結果值的有效位數的末位，要與誤差所在的位對齊g＝9.770.03〔m/s2)62精選ppt第四節實驗數據處理一、圖示與圖解法

圖示法是根據幾何原理將實驗數據用圖線來簡明、直觀、準確地揭示出物理量之間的關系，以及繪制校正曲線。

圖解法是根據已作好的曲線，用解析方法進一步求得曲線所對應的函數關系、經驗公式，以及其他參數值。

63精選ppt第四節實驗數據處理圖示法規那么圖紙選擇按實驗參量要求，選用適宜的坐標紙。根據實驗數據的有效數字位數和數值范圍，確定坐標紙的大小，原那么上坐標紙的一小格代表可疑數字前面的一位數。定標一般橫軸代表自變量，縱軸代表因變量。標出坐標軸代表的物理量和單位。64精選ppt圖示法規那么分度在坐標軸上按選下的比例標出假設干等距離的整齊的數值標度，其數值位數應與實驗數據的有效數字位數一致。標度通常用1，2，5，而不用3，7，9。橫軸和縱軸的標度可以不同。坐標原點不一定從0開始，應使曲線盡量充滿整幅坐標紙。65精選ppt圖示法規那么標實驗點，擬合曲線用鉛筆尖在坐標圖上以小“＋〞或“〞標出各實驗數據點的坐標，然后用直尺和曲線板將實驗點連成直線或光滑曲線。連線時應使多數實驗點在連線上，不在連線上的實驗點大致均勻分布在圖線的兩側。圖名與注解一般在圖紙下部位置標出圖線的名稱，必要時有注解說明。66精選ppt圖示法例子銅絲電阻～溫度關系曲線67精選ppt第四節實驗數據處理圖解法求直線的斜率和截距以x為橫坐標軸，為y縱坐標軸，按圖示法規那么將實驗數據繪圖，假設x和y的函數關系是線性關系，那么圖為直線，方程式為y=ax+b，直線的斜率a采用兩點式方法求取。注意：在物理實驗中的坐標系中，縱坐標和橫坐標代表不同的物理量，分度值與空間坐標不同，所以不能量取直線傾角求正切值的方法求斜率。68精選ppt第四節實驗數據處理兩點式求直線的斜率在靠直線的兩端選取兩點A(x1,y1),B(x2,y2)〔一般不宜取測量點，因為測量點不一定在圖線上〕，那么斜率為：

而截距為：69精選ppt第四節實驗數據處理圖示圖解法在數據處理中雖然是一種直觀而簡便的方法，但是用圖示圖解法求斜率和截距是一種平均處理的方法，這種方法有相當大的主觀成分，所做的直線有一定的隨意性，結果常常因人而異。xy70精選ppt第四節實驗數據處理二、最小二乘法用最小二乘法擬合同一組實驗數據時，只要處理過程正確無誤，不管處理者是誰，結果都會相同，即得到的是一條最正確的擬合直線。這是一種更為客觀、更為準確的方法。71精選ppt第四節實驗數據處理最小二乘法原理對于滿足為線性關系條件的一組測量數據〔xi，yi,i=1,2,〕，假設存在一條最正確擬合直線y=ax+b,那么測量值與這條直線相應值之間的偏差的平方和為最小。設Q表示測量值的偏差平方和,那么：72精選ppt最小二乘法原理最正確擬合直線的斜率和截距可以根據數