大学物理实验理论考试

物理实验绪论网址：phylab.seu.edu.cnE-mail：[e-mail]物理实验的作用与地位物理实验是引导学生走进科学殿堂的启蒙课程；是系统学习科学实验思想和实验技能训练的开端。是传授科学实验的基本知识，培养科学研究基本能力的课程。独立设课，不是大学物理课的附属课程。物理实验拥有自己的系列课程及相应的学分。本次课教学内容*物理实验的教学要求*数据处理方法*测量误差及不确定度*有效数字及其运算规则*基本实验仪器的原理和使用*考核办法一、物理实验课程的教学要求总的要求：思路开阔的学习课前----预习课中----操作课后----实验报告课前预习——物理实验的重要环节非预习不可！！！怎么预习？•阅读实验教材或有关资料了解实验的基本思想及所用的方法，明白实验目的、要求、原理和方法。•上网进实验中心网站观看实验课件了解实验条件、实验装置，搞清楚本次实验要使用什么仪器、如何调整，要测什么，怎么测？•写出预习报告。预习报告的内容：课前预习——物理实验的重要环节实验报告的前2页是预习报告，应写出实验目的，实验仪器，实验中的主要工作，预习中遇到的问题及思考，原始数据记录表格要求：*课前完成预习报告。*课堂教师抽查预习情况。合格者进行实验，不合格者重新预习。*预习成绩计入总分。课中操作——要细致耐心仔细观察现象、正确使用仪器、如实记录数据、善于思考问题、认真分析结果。测量数据时要做到先测量、后分析、然后再记录。记录什么？（数据、现象、环境、条件、日期等）注意:•不要把实验课作为数据测量课；•不能凑数据、造数据，抄袭数据一经发现，严肃处理；•不用铅笔做数据记录，不随意更改数据；•原始数据纪录和实验报告应妥善保管，直至课程结束。实验注意事项：•每次实验必须携带实验教材、实验报告册、作图纸、计算器及必备的文具。•实验时应严肃认真，胆大心细；努力训练独立分析和解决问题的能力。养成严谨求实的工作作风及良好的实验习惯。•实验课应注意安全，爱护仪器。•实验结束应将仪器开关置于正确位置、桌凳等整理后再离开实验室。课中操作——要细致耐心课后实验报告——要求完整而规范1、实验名称：明确做什么实验！2、实验原理：简要原理(或定律)及计算公式(光学、电磁学等实验，还要画出光路图或电路图)；3、实验步骤：实验中所做过内容的简要步骤4、实验数据表格及数据处理：经过整理的数据表格、计算、误差分析等5、实验结果：实验的结论课后实验报告——要求完整而规范6、分析讨论：*实验结果是否合理*实验中存在的问题及需要改进的地方*好的意见和建议7、实验课后一周内完成实验报告，实验报告交入物理实验中心二楼大厅报告柜中，不得拖欠。注意：必做实验和选做实验交不同的报告柜，切勿交错。实验报告上写清楚上课时间，任课老师姓名等信息，万一遗失方便找回。物理实验课程考核方法成绩构成：平时实验成绩+理论考试成绩+课程小论文成绩基础理论考试：时间：第九周形式：闭卷笔试内容：本次课的内容和3—8周实验课的内容考试时必须带方格座标纸，有统计功能计算器，作图工具及文具注意：1.理论考试没有补考2.一学期内实验课缺席两次以上(含两次)或缺交实验报告两份以上(含两份)的学生，该学期的实验课成绩为不及格。物理实验课程注意事项实验教材：高教出版社出版，钱锋、潘仁陪主编《大学物理实验》（教材有印刷错误可进物理实验中心网站通告栏核对）补充教材：从实验中心网站下载有关讲义注意：本学期期末无论是必做实验还是选做实验都不另行安排补做时间。请多关心实验中心网站，不要错过重要通知而影响成绩。物理实验课程注意事项第3周（3月11日）开始，各班同学们按照课表的实验时间进入实验室做必做实验。上课时间：周一至周五上午下午晚上9:45-12:4513:45-16:4518:15-21:15各班的具体实验内容、分组情况、实验轮转及实验地点课表张贴在实验中心2楼大厅，请同学们及时查看或到中心网站查询，提前预习。物理实验中心网站首页本学期物理实验课教学内容•必做实验：•用三线扭摆法测定物体转动惯量（4）•静态拉伸法车弹性模量（9-1）•模拟示波器的使用（20-1）•霍尔效应的研究&利用霍尔效应测磁场（2122）•密立根油滴法测定电子电荷（28）开放选做实验•开放选做实验在实验中心网站选课，第4周开始选课，第5周开始上课。•从所列项目（7项）中，每个同学必选2个•请同学们抓紧时间尽早选课，如果选了课不去做实验视为旷课，该实验成绩为0分•尽量不要改选，如要修改需提前一天•做选作实验时不要忘了带校园卡着重说明：•物理实验两学期均给出成绩。无论哪一学期的实验成绩不及格，均要参加下一学年相应学期的重修。•做实验时应带齐用具（包括做图纸，铅笔，橡皮，计算器等）。•实验报告册和坐标纸可由班长统一到教材科购买，平均一个实验一份报告册2张坐标纸。•选作实验带校园卡着重说明：请同学们在物理实验中心网站公告栏下载本学期的《学生须知》，其上有关系到选课和成绩等重要内容请认真阅读。在一年的物理实验课程中多关注物理实验中心网站，不要错过重要的通知，以免影响成绩。测量误差及不确定度L：10-12m物理学实验测量准确度（近似）T：10-19sM：10-13Kg直间误接接差测测量量一、误差的定义真值：被测量的真实大小。它是一个理想的概念。误差：被测量值x与x的真值a之间的差别。•用绝对误差表示：=x–a,表示测量值偏离真值多少。•用相对误差表示：r=︱x–a︱/IaI，常表示成百分数形式，表示测量的质量。一、误差的定义例如：测量1米的长度时，误差为1=1毫米；而测量1毫米长度时，误差2=0.1毫米。比较二者的绝对误差与相对误差。1=1(mm)2=0.1(mm)绝对误差后者测量值偏离小r1=1mm/1000mm=0.1%r2=0.1mm/1mm=10%相对误差前者测量质量高二、误差的分类：系统误差按误差的特点可分为三类{随机误差粗大误差粗大误差过失误差系统误差:在相同条件下的多次测量过程中，保持恒定或以可预知方式变化的测量误差分量。系统误差来源于•系统误差分类•已定系统误差可通过修正予以消除•未定系统误差一般用估计误差限的方法得到（同随机误差）随机误差:在极力消除或修正一切明显的系统误差之后，在同一条件下多次测量同一物理量时，测量结果出现一些无规律的起伏，以不可预知的方式变化的测量误差分量。随机误差:正态分布的特点:单峰性,有界性，对称性,抵偿性：0n1in1inlim随机误差误差的概率分布密度随着n的减小，误差的分布越来越偏离正态分布称之为t分布。测量误差的分类小结分类特点来源处理方法系统误差具有准确性（恒定、可预知）方法：仪器：人员：环境：已定系统误差：校准、改进方法、控制环境、修正等未定系统误差：估计随机误差随机性（忽大忽小、可正可负、不可预知）一切不可估计的因素可以通过多次测量来减小随机误差并用统计方法进行估计、不可修正粗大误差过失、错误应剔除分析系统误差与随机误差三、随机误差的统计估计用什么替代真值来估计误差？最小二乘法原理可以证明，测量列的算术平均值是测量结果的最佳估计值，可用其取代真值来估计误差。三、随机误差的统计估计1、算术平均值：设某物理量各次测量值分别为x1，x2，x3，……，xn则：n1iin321Xn1nXXXXX2、标准偏差：(贝塞尔公式)S大，测量值分散；S小，测量值密集。S表示测量值的离散程度;直接体现了随机误差的分布特征。可以用标准偏差来估计测量列随机误差的大小！)1n(X)1n()XX(Sn1i2in1i2i平均值的标准偏差：表示测量列算术平均值的随机误差的大小程度。由此可见，测量列的算术平均值比某个测量值更接近于真值。Sn1)1n(n)XX(Sn1iiX计算器统计计算功能按键操作之使用介绍进入统计计算模式屏幕上端显示STAT或SD消除内存输入数据x1,x2,x1DATA,x2DATA，…显示算术平均值显示标准偏差SSXσn-1显示测量次数nX例题1：用分度值为0.02mm的游标尺测量一长方体的长、宽、高，数据列于下表，求它们的平均值及标准偏差。次数123456长度A（10-3m）14.4414.4814.4914.4714.4514.49宽度B（10-3m）32.6632.6832.6332.6232.6432.67高度C（10-3m）12.1112.0912.0912.1012.1012.11答案平均值标准偏差长度A（10-3m）14.470.021宽度B（10-3m）32.650.024高度C（10-3m）12.100.009四、测量结果的表达形式及不确定度：测量结果的表达形式：w(被测量)=W(测量值)U(总不确定度）不确定度是对测量误差的一种评定形式，具有概率的概念，表示被测量的真值以P的概率落在[W-U，W+U]的区间内。即表示由于测量误差的存在，被测量的真值不能确定的程度。不确定度是一个恒正的量。有两类来源，A类分量是根据测量值的统计分布进行估计，计作UA；B类分量根据经验及其他信息估计，计作UB。不确定度具有和测量值相同的单位。相对不确定度为：Ur=U/W，用来检查测量结果的准确程度。用百分数表示。U及Ur只取1~2位有效数。测量值W的末尾数与U的末尾数对齐。1、直接测量结果的不确定度估计：直接测量结果的不确定度是A、B两类分量用方和根合成:A类不确定度分量UA由标准偏差S乘以概率为0.95时的t因子得到，记为：2B2AUUUSntUAB类不确定度分量UB只考虑测量仪器误差或者测试条件不符合要求而引起的附加误差所带来的B类分量。记为：UB=ins(1)、多次测量：不确定度2ins2SntU(2)、如果多次测量值相同，表明仪器的精度较低，不能反映多次测量结果的随机性。只需进行单次测量。测量的不确定度要根据仪器精度，测量对象，测量方法及测量者的经验来估计。其值Uins例题1：用分度值为0.02mm的游标尺测量一长方体的长、宽、高，数据列于下表，求它们的直接测量结果。次数123456长度A（10-3m）14.4414.4814.4914.4714.4514.49宽度B（10-3m）32.6632.6832.6332.6232.6432.67高度C（10-3m）12.1112.0912.0912.1012.1012.11答案平均值标准偏差长度A（10-3m）14.470.021宽度B（10-3m）32.650.024高度C（10-3m）12.100.009计算出平均值和标准偏差答案UAUBU长度A（10-3m）0.0220.020.030宽度B（10-3m）0.0250.020.031高度C（10-3m）0.0100.020.022计算出不确定度UB=insSntUA2ins2SntU答案被测量=测量值总不确定度长度A（10-3m）14.470.03宽度B（10-3m）32.650.03高度C（10-3m）12.100.02测量结果的最后表示形式2、间接测量结果的不确定度的估计如果w=f(x,y,z,)，而x,y,z,是彼此独立的直接测量量，则有总不确定度：和差形式的函数适用此法2z22y22x2WUzfUyfUxfUWUUWwr而积商形式的函数，计算较方便的方法是先计算其相对不确定度.可通过先对函数取自然对数，然后：则2z22y22x2wrUzfnlUyfnlUxfnlUwrWUWU例题2试写出下列函数的不确定度合成公式：（1）（2）ABCmM2at21vth答案（1）ABCmMClnBlnAln)mMln(lnmM1MnlmM1mnlA1AnlB1BnlC1Cnl相对不确定度为：222222222