大学物理实验绪论2015

1物理实验绪论黄整2014年3月西南交通大学物理实验中心2主要内容实验室规定上课流程指南误差理论的基础知识数据处理的基本方法测验西南交通大学物理实验中心3第一条必须在教务网选上《大学物理实验I/II》这门课程，才能进行有关实验项目。第二条进入实验室进行实验之前，做好实验的预习，在实验报告纸上写出预习报告，并在原始数据记录纸上做好数据记录表格。两个学期每个同学需要完成15个实验，至少需要购买15张实验报告纸和15张原始数据记录纸，可以一次性购买也可以每学期购买。购买地点：教材服务中心(以班为单位购买)西南交通大学物理实验中心4实验时，必须携带实验教材。无“预习报告”和实验教材，取消本次实验资格。近几年实验中心的建设更换了大部分实验仪器，以往版本的教材均不适用，请务必购买新版教材。西南交通大学物理实验中心5第三条迟到15分钟及以上者，取消本次实验资格，按缺课处理，不调课，不补做实验。第四条无故未按时上课，取消本次实验资格，按缺课处理，不调课，不补做实验。第五条因病不能按时上课，一周内持医生签名和医院公章的“医生证明”，辅导员签名和联系电话及院(系)公章的“学院证明”，指定的时间和地点办理调课事宜。西南交通大学物理实验中心6第六条临时课程调整、考试和学校活动等情况未能按时上课，可在课表时间的前或后5个工作日内，持辅导员签名和联系电话及学院公章的“学院证明”，在指定的时间和地点办理调课事宜。西南交通大学物理实验中心7第七条在课表时间的当天，由于临时情况不能实验者，须在上课之前，本人到实验室与上课老师联系，协商实验事宜，不得由其他同学“代交请假条”或“口头请假”。指导老师可根据具体情况，酌情安排或不安排在当天的另一时间段完成实验，但不得安排在其他日期完成实验。与老师协商后不能安排实验者，请按“第六条”规定在指定的时间和地点办理调课事宜。西南交通大学物理实验中心8第八条办理调课事宜的时间和地点：负责教师：魏老师接待地点：物理实验中心，X6204接待时间：每周星期一10:00~12:00，17:00~18:00西南交通大学物理实验中心9第九条进入实验室后，应听从指导老师的实验安排，不得擅自打开仪器电源开关或擅自操作仪器，待老师宣布开始实验后才能使用、操作实验仪器。为培养良好的实验习惯，在实验过程中，不允许使用铅笔记录原始数据，不允许使用橡皮擦。西南交通大学物理实验中心10第十条非正常原因损坏实验仪器，按学校有关规定赔偿。第十一条早退、中途逃课者，取消本次实验资格，不补做实验。第十二条冒名顶替他人做实验，取消双方本学期的实验资格，本学期双方实验课总评成绩记为“零分”。西南交通大学物理实验中心11第十三条实验报告连同有老师签名的“原始数据记录纸”在实验结束后一周内投至指导老师的实验报告箱。请勿让其他同学代投实验报告，实验报告投递错误造成的后果，实验中心不予纠正和处理。第十四条不按时提交实验报告，实验成绩只记“课堂操作分(分值0~50分)”。第十五条虽完成实验，但实验报告不誊写整理原始数据，本次实验成绩不超过65分。西南交通大学物理实验中心12实验室规定上课流程指南误差理论的基础知识数据处理的基本方法测验西南交通大学物理实验中心13内容提要1.《大学物理实验(I/II)》上课流程2.预习报告及实验报告的要求3.设计性实验的要求4.期末笔试和成绩评定方法西南交通大学物理实验中心14《大学物理实验I/II》上课流程第一步：每个学期，均须通过学校教务网，选上“大学物理实验I(或II)”课程，获得“个人教务密码”。第二步：进入物理实验中心主页，查询并确认个人的“实验课表”。进入方法一：进入方法二：由学校教务网页(教务之星2.0)，进入“物理实验中心主页”，见下。西南交通大学物理实验中心15教务之星2.0进入“物理实验中心主页”西南交通大学物理实验中心16点击该按钮进入登录界面西南交通大学物理实验中心17输入“学号(用户名)”、“个人教务密码”，获得本学期的“个人实验课表”(本学期个人所有实验的列表及每个实验的时间、地点等信息）。打印或抄录自己的“实验课表”，以免错过实验时间！西南交通大学物理实验中心18第三步：进入实验室之前，提前在“实验报告纸”和“数据记录纸”上完成“预习报告”，做好“数据记录表格”。第四步：到实验室进行实验，获得原始数据。实验过程：(1)进入实验室首先签到，并按分组对号入座。未查到课表的同学请根据的自己的时间在选课系统自行选择实验项目和上课时间。西南交通大学物理实验中心19(2)指导老师讲解有关内容，检查“预习报告”和“数据记录表格”。(3)独立进行实验。(4)完成实验后，整理实验仪器并清理桌面。(5)指导老师检查仪器整理情况，在原始数据记录纸上签字，实验结束。听课过程中应注意得知指导教师的姓名和报告箱号，以便课后投递实验报告。西南交通大学物理实验中心20第五步：实验课后，在实验报告纸上誊写和整理原始数据，进行数据处理并给出实验结果，直至完成实验报告。一周内，将“实验报告”和“原始数据记录纸”，投到指导老师的“实验报告箱”（6号教学楼二楼走廊）。第六步：提交实验报告的第三周之后，可通过实验中心的“成绩与选课系统”，查看实验成绩。如对成绩有疑问，可通过“成绩与选课系统”的“师生交流电子信箱”，与指导老师取得联系，落实实验成绩。西南交通大学物理实验中心21预习及实验报告要求在进入实验室之前，应在“大学物理实验报告纸”做好“预习报告”。在“原始数据记录纸”上做好“原始数据记录表格”。西南交通大学物理实验中心22“预习报告”内容包括：①实验名称、日期；②实验目的；③实验仪器；④实验原理；(简述实验原理，必要的公式、电路图、光路图等)⑤实验步骤(指主要步骤)；西南交通大学物理实验中心23实验课后，完成“实验报告”的其余部分内容包括：①实验数据(原始数据的誊写、整理)；②数据处理(不确定度计算等)；③实验结果(测量结果、实验曲线等)；作图时必须用坐标纸④实验的分析、讨论、作业、以及回答思考题等(具体要求由指导老师确定)；西南交通大学物理实验中心24设计性实验的要求本学期包含两个“设计性实验”电表改装单摆测重力加速度进入实验室前都要做好预习并写出预习报告。西南交通大学物理实验中心25“设计性实验”之前，应完成以下两个步骤：1.预习实验教材中指定的相关内容，查阅相关资料。2.实验前拟定较完整的实验方案。内容包括：（1）实验原理，必要的公式。（2）列出实验所用仪器名称，并简述其在实验中的作用。西南交通大学物理实验中心26（3）拟定主要实验步骤：包括仪器调整、操作、实验测量等。（4）设计记录原始实验数据的记录表格。（5）说明实验条件、注意事项等。设计性实验的“实验报告”，应包括“数据处理”、“实验分析”、“实验结果”、“实验方案评价”等内容。各设计性实验的具体要求，见教材中有关说明。西南交通大学物理实验中心27期末笔试和成绩评定方法（2）与所完成的实验项目有关的“实验原理”，“实验仪器的使用方法和注意事项”，“实验数据的处理和计算”等有关内容。期末笔试的主要内容:（1）误差理论与数据处理知识期末总评成绩＝实验成绩(70%)＋期末笔试成绩(30%)实验成绩＝[各个实验成绩之和]÷(实验个数)西南交通大学物理实验中心28同理论课一样，《大物实验I、II》每学期开学也安排补考(笔试)。补考的“报名”、“时间和地点”等，请见教务网有关通知。补考的笔试成绩与已有的平时实验成绩综合评定后，给出补考成绩，评定方法同上。其它事项：如遇学校活动、停电、节假日等情况，请及时关注物理实验中心主页的有关通知。西南交通大学物理实验中心29实验室规定上课流程指南误差理论的基础知识数据处理的基本方法测验西南交通大学物理实验中心30误差概念名词解释误差处理方法测量结果的表示和计算测量结果的不确定度本章内容西南交通大学物理实验中心31误差概念1误差来源一切测量结果都存在误差其一，在生产实践或科学实验中，无论方法是多么严密、测量仪器或工具是多么精密、操作人员是多么认真细致，其测量误差都客观存在。其二，同样的测量操作，多次以及不同操作者的测量，其结果也不完全相同。西南交通大学物理实验中心32真值A：在确定条件下，被测对象实际具有的量值。测量值X：被测量与选作一个单位的同类量进行比较，其倍数即为该被测量的测量值。约定真值X0：国际计量标准约定的值。如物理常数，基本单位标准，经过高一级仪器校验的计量标准器的量值（实际值），修正过的算术平均值（最佳估值）等。概念西南交通大学物理实验中心33测量的目的，是要获得被测对象客观存在的真值。测量误差使测量值和真值之间始终存在差距，而且真值是未知的。怎样对测量结果的质量作出评价?真值、测量值、测量结果之间的关系测量值X真值A-=误差约定真值X0-=偏差测量结果X=最佳估值±不确定度评价体系？？西南交通大学物理实验中心342误差评定为了表征测量结果的可信赖程度，需要对测量误差给出一个综合评定，因此引入名词——不确定度。即在最佳估值的附近划出一个范围，真值以一定概率落在其中。不确定度越小，表示测量结果的可信赖程度越高，反之，表示测量结果的可信赖程度越低。西南交通大学物理实验中心35误差概念名词解释误差处理方法测量结果的表示和计算测量结果的不确定度西南交通大学物理实验中心36名词解释直接测量——从测量工具或仪器上直接读出测量结果。间接测量——需先由直接测量取得有关数据，再利用已知函数关系求得被测量。等精度测量——同样的仪器、同样的实验者，在相同的实验条件对同一物理量进行多次测量。非等精度测量——测量条件不同或部分不同的测量。与测量有关的名词西南交通大学物理实验中心37与误差有关的名词绝对误差——（简称误差Δ）测量值X与真值A之差。相对误差——（E）绝对误差与真值的百分比。Δ有正负之分。由于A未知，常用约定真值代替真值。Δ=X-A100%EA=00100%XXEX-=100%XAA-=西南交通大学物理实验中心38最佳估值——多次测量值的算术平均，通常作为约定真值。残差——（VX偏差）测量值与近真值之差，多次测量时XiVXX=-方差——残差平方的平均值（分母用n-1），即011niiXXXn===2211niiXXXSn=-=-在正态分布下，∑VX=0，或∑VX2最小。西南交通大学物理实验中心39标准偏差——方差的正平方根，记为描述测量值对于平均值的分散特征。2211niiXXXXSSn=-==-平均值的标准偏差——标准偏差的，即1n211niiXXXXSSnnn=-==-描述算术平均值接近真值的程度。西南交通大学物理实验中心403表示测量结果误差程度的名词精密度(Precision)——测量值分布范围的集中程度。是随机误差大小的量度。正确度(Correctness)——测量值的分布中心与真值的偏离程度。是系统误差大小的量度。精确度(Accuracy)——对测量值随机误差(精密度)和系统误差(正确度)的综合评定。精确度高说明测量数据比较集中且分布中心接近真值。西南交通大学物理实验中心41从打靶弹着点分布图看测量结果的误差评定：西南交通大学物理实验中心42误差概念名词解释误差处理方法测量结果的表示和计算测量结果的不确定度西南交通大学物理实验中心43系统误差——在相同条件下，测量值对真值的偏差（大小和方向）总是相同或遵循一定的规律，这类误差称为系统误差。随机误差——多次测量时，由于偶然性因素使测量值无规则地涨落所引起的误差称为随机误差。粗大误差——因不正确使用仪器、人为疏忽等非正常情况下使测量明显偏离实际所引起的误差。三种性质的误差：误差处理方法西南交通大学物理实验中心44雷人的粗大误差2004年雅典奥运会美国射击选手，23岁大学生埃蒙斯，在最后一枪前，领先居第二名的中国选手贾占波3环。然而，站在2号靶位的埃蒙斯将最后一枪竟然打到了3号靶位上。中国运动员贾占波幸福地被天上掉下的金牌砸中。西南交通大学物理实验中心45塞翁失马，焉知非福。埃蒙斯的不幸博得了当时的捷克射击运动员卡