广工大学物理实验-绪论

大学大学物理实验·绪论大学物理实验·绪论物理实验中心电话39322310电气1班大学物理实验安排周次2345678实验126782223实验室407403501509506510405周次2345678实验2678222329实验室403501509506510405404电气2班大学物理实验安排物理实验课的要求•预习-实验—完成实验报告•预习要求：网上预习+纸质预习网上预习：下载实验视频观看，完成网上预习测试，才能进实验做实验！！！请记录下列平台使用步骤！1网上实验平台：用户名：学号密码：123(如果你无法进入请联系我）3进入后下载升级会在桌面生成一个预习大厅快捷方式，以后就通过预习大厅进入预习•平台网址：•学生以学号登录，密码123；交实验报告的重要性进入网址以后，首先需要下载.netFramwork3.5,然后下载实验预习大厅，安装大厅；安装之后运行预习大厅就可以打开如下界面：•1.进入大厅，点击右侧的在线预习；•2.看完相关实验的录像以及阅读实验讲义的基础之上，进入预习，完成预习试卷，系统会自动生成预习成绩，这个成绩作为实验报告成绩的一部分。•3.如果对预习成绩不满意，还可以重新再做一遍；但是预习时间有一定限制，时间限定在实验课之前一周之内的时间。下载实验视频观看•学习要点本次实验应达到什么目的通过什么实验方法测量哪些数据才能实现实验的目的给自己提一些问题——问题引导式学习•如果系统无法观看视频,可以到以下网址去看•进入到实验教学部主页-网络资源实验考勤制度上课时间：上午10:20-12:35无故缺课不安排补做，该次实验成绩为零！请假的话需要交有辅导员签名的请假条！实验要求•禁止穿拖鞋、背心进入实验室，上课过程中手机关机•实验课不做非常详细的讲解！！！•实验仪器充沛的情况下，单人独立完成实验•爱护仪器，注意安全，防止高压触电，人为造成的仪器损坏须按规定赔偿并扣分•如实记录实验数据和现象用钢笔或圆珠笔记录数据，原始数据不得改动，不得抄袭数据！每次做完实验，经教师检查完数据签名后方可离开！未签名的实验零分处理！•整理仪器。实验报告要求需要到教材科购买正版的实验报告册！实验报告书上完成实验报告，作图部分必须使用坐标纸，其内容包括：•实验名称•实验目的•实验仪器•实验原理•实验操作•数据处理•实验体会与创新成绩评定大学物理实验（一）：由平时成绩综合评定。平时实验成绩取平均。系统预习占20%实验报告占80%大学物理实验（二）：平时成绩占70%考试成绩占30%学委将实验报告按学号顺序排好，于第二周上课前交，推迟交的同学扣一定分数。测量与误差•1.测量•2.误差•3.误差的分类•4.测量结果的评价•5.直接测量误差的估算•6.间接测量误差的估算•物理实验是以测量为基础的。在实验中，研究物理现象、物质特性、验证物理原理都需要进行测量•所谓测量，就是将待测的物理量与一个选来作为标准的同类量进行比较，得出它们的倍数关系的过程。•选来作为标准的同类量称之为单位，倍数称为测量数值。一个物理量的测量值等于测量数值与单位的乘积。测量•在人类的发展历史上，不同时期，不同的国家，乃至不同的地区，同一种物理量有着许多不同的计量单位。如长度单位就分别有码、英尺、市尺和米等。•为了便于国际交流，国际计量大会于1990年确定了国际单位制（SI），它规定了以米、千克、秒、安培、开尔文、摩尔、坎德拉作为基本单位，其他物理量（如力、能量、电压、磁感应强度等）均作为这些基本单位的导出单位。16直接测量可直接从测量仪器（或量具）上读出待测量的值234567890测量分类直接测量间接测量17间接测量由直接测量量获得相关数据，再用已知的函数关系经过运算才能得到待测量的量值。如：测圆柱体的体积hdhdV241等精度测量不等精度测量•同一个人，用同样的方法，使用同样的仪器，在相同的条件下对同一物理量进行多次测量，则认为它们测量的精确程度是完全相同的。我们把这种具有同样精确程度的测量称之为等精度测量。•在所有的测量条件中，只要有一个发生变化，这时所进行的测量即为不等精度测量。•在物理实验中，凡是要求多次测量均指等精度测量，应尽可能保持等精度测量的条件不变。当某一条件的变化对测量结果的影响不大时，乃可视为等精度测量。真值：在某一时刻，某一条件下某量的客观值或实际值。由于测量仪器精度的局限性、测量方法或理论公式的不完善性和实验条件的不理想，测量人员不熟练等原因，使得测量结果与客观真值有一定的差异，这种差异称之为误差。若某物理量测量的量值为X，真值为X’，则产生的误差：=ΔX=X-X’。测量误差存在于一切测量过程中，可以控制得越来越小，不可能为零。误差误差的分类按性质、来源分系统误差随机误差粗大误差误差=随机误差+系统误差•定义：在对同一被测量的多次测量过程中，绝对值和符号保持恒定或随测量条件的改变而按确定的规律变化。确定性•产生原因：由于测量仪器、测量方法、环境带入。•分类及处理方法：(1)已定系统误差：必须修正电表、螺旋测微计的零位误差；测电压、电流时由于忽略表内阻引起的误差。(2)未定系统误差：要估计出分布范围系统误差螺旋测微计零点引起的系统误差仪器误差1.系统误差如忽略空气阻力，忽略某些量对其的影响等由于理论推导中的近似,产生的系统误差理论人为心理作用，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。方法内接AVVRVAAVIRIV用V作为VR的近似值时，求RVIVVIVIVIVIRARAR外接RVIVIIVIRVR•定义：在对同一量的多次重复测量中绝对值和符号以不可预知方式变化的测量误差分量。•产生原因：实验条件和环境因素无规则的起伏变化，实验者感官灵敏度引起测量值围绕真值发生涨落的变化。偶然（随机）误差随机误差的特点•随机误差个体呈现随机性，但总体服从一定的统计规律，具有抵偿性。处理：无法消除，用统计方法处理。大量的随机误差服从正态分布如图随机误差正态分布的属性:（1）单峰性：绝对值小的误差出现的概率比绝对值大的误差出现的概率大。（2）有界性：绝对值很大的误差出现的概率趋零。（3）对称性：绝对值相等的正负误差出现的概率相等。（4）抵偿性：由于随机误差在各项测量中的单个无规性，导致了它们的和有正负相消的机会，偶然误差的算术平均值随测量次数的增加而趋于零。多次测量可以减小随机误差粗大误差：由突发性因素造成的，实验者粗心大意或突然的外界干扰等。处理：剔除测量结果的评价1）精密度。表示重复测量所得数据的相互接近程度（离散程度）。测量结果的精密度高，说明所得结果的重复性好，测量误差分布密集，也就是随机误差小。2）准确度，表示测量数据的平均值与真值的接近程度。准确度高，说明测量值接近真值的程度好，即系统误差小。3）精确度。是对测量数据的精密度和准确度的综合评定。精确度高，说明测量数据比较集中而且靠近真值。即测量的随机误差与系统误差都比较小。（a)精密度高,准确度低(b)精密度低,准确度高(c)精密度低,准确度低(d)精密度高,准确度高直接测量误差的估算•一般采用仪器说明书直接注明的仪器误差，或者取仪器最小分度d的一半作为测量的最大误差。2dxx测单次测量的误差估算仪测xx标准误差3仪32仪算术平均值——多次测量时真值的最佳估计值。设在相同条件下对一个物理量x进行N次测量，测量值分别为x1，x2，…xN，则该测量值的算术平均值为：多次等精度测量的误差估算NiixNx11当N趋于无穷大时，趋近于真值真值估算偏差：各测量值与平均值之差。当测量次数趋于无穷时，偏差趋近于误差。xxxii算术平均误差：反映一组测量数据的离散程度或精密度。xxNxi1多次等精度测量的误差估算用算术平均误差作最大误差估算值用算术平均偏差表示测量结果：xxx注：偏差在测量次数为无穷时才等于误差。当测量次数足够多时，两者之间的区别较小，可不必区分。多次等精度测量的误差估算标准误差和算术平均值的标准差：N次测量中某一次测量的标准偏差：NiixxxN12)(11算术平均值的标准差：NiixxxxNNN12)()1(1多次等精度测量的误差估算用标准误差作误差估算值结果表示：xxx表示测量结果有一定几率分布在以下区间内：],[xxxx•步骤：1.求算术平均值：2.求某一次测量的标准误差：11NiixxN检验和剔除粗大误差：211()1NxiixxN多次等精度测量的误差估算3.若某测量值满足则将此数值xd剔除，认为它含有粗大误差。4.重新计算平均值、标准差，反复剔除粗大误差，直至没有为止。5.计算算术平均值的标准差，并表示出测量结果。2dxxx211()(1)NxixixxNNNxxx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xxnxxiiinix所以11.30为坏值，应剔除。余下的数据继续检验：068.0034.022x068.0105.0405.1130.11412.11141141iixx018.0114)(2141xxiix14个测量值均满足条件，无坏值。xixx2036.02x005.014018.0nxx11.4120.005xxx结果表示为：相对误差及其估算%100xxEr%100xExr%100理论值（或标准值）理论值（或标准值）测量值rE绝对误差与其测量值的比称为相对误差，换算成百分数称为百分误差。有理论值的实验中：最大误差标准误差niixnx11xxxxxx)1()(12nnxxnniixxniixxnx112dxx测仪测xx3仪32仪%100xxEx%100xExx多次测量单次测量相对误差•直接测量的结果及误差数据左起第一位非零数起,到第一位欠准数止的全部数字。有效数字=准确数字+欠准数位有效数字的一般概念测量结果＝数据＋单位观测值误差界准确数＋欠准数（全部）＋（１位）＝有效数字（1）此时刻度读数为1.66厘米（2）此时刻度读数为2.00厘米（3）此时刻度读数为90.70厘米（4）此时刻度读数为90.8厘米例因此，我们可得出其定义：有效数字实际是由表征测量结果的可靠数与可疑数组成的。有效数字的位数与所用仪器的精度有关。可疑数字在有效数字中一般只有一位。47厘米刻度尺分辨率读数0.1cm0.01cm游标卡尺看游标游标单位整数倍千分尺0.01mm0.001mm有效数字的特点（1）位数与小数点的位置无关。35.76cm=0.3576m=0.0003576km（2）0的地位0.00035763.0053.000都是四位3576103576106627101234...hjs（3）科学计数法（4）有效数字不能随意增减，如数据0.01370中的前面两个“0”不是有效数字,而末尾的“0”是有效数字，它与1、3、7三个数具有同等地位。故末尾的“0”不能去掉。（5）单位换算过程中有效数字的位数不应改变。如15cm的长度换算为mm表示时，应写：15cm＝1.5×101mm，而不能写成150mm。•加、减法：诸量相加（相减）时，其和（差）数在小数点后所应保留的位数与诸数中小数点后位数最少的一个相同。4.178+21.325.478=25.5有效数字的运