【课件】大学物理实验绪论

2018.03大学物理实验1.程课内容2大学物理实验（上）36学时开设17个实验项目（1-10为A类实验，11-17为B类实验）各班完成8个A类实验，2个B类实验。（数媒专业完成7个A类实验）大学物理实验（下）24学时开设10个实验项目各班完成8个实验。3大学物理实验（上）绪论及实验项目绪论【1】测量的不确定度。【2】有效数字及其运算。【3】数据处理基本方法。【4】游标卡尺及螺旋测微器介绍及电学基础知识。A类实验【实验一】物体密度的测量【实验二】气垫导轨实验【实验三】霍尔位置传感器法测杨氏模量【实验四】金属线胀系数的测量（电脑仿真）【实验五】多用电表的使用【实验六】单臂电桥测中值电阻【实验七】双踪示波器的使用【实验八】单摆运动特性的研究【实验九】分光计的调整和三棱镜顶角的测定【实验十】用牛顿环测曲率半径B类实验【实验十一】导热系数的测定【实验十二】数字万用表的使用【实验十三】用双臂电桥测量低电阻（电脑仿真）【实验十四】用光谱仪观测原子光谱【实验十五】伏安特性曲线的测绘【实验十六】静电场的描绘【实验十七】拉伸法测量杨氏模量大学物理实验（下）所开设的10个实验项目将于下学期第1周选课时公布。说明：A类实验：按预习及操作、报告分项评分；考试内容。B类实验：过关和不过关两档；非考试内容。必须完成且过关才能参加期末考试。2.上课时间及地点4周次安排时间及地点第1-2周绪论及预约1、第一周绪论课（4学时）教务处指定时间及教室2、第二周的周一（3月12日）9：00-17:00各班班长及学习委员到物理实验中心202室开通实验预约3、个人于第二周内完成本学期实验预约第3-16周实验实验时间：每周1、3、5下午，2全天，4上午开放实验A类实验开放周：3-16周，上课时间：上午第一批：8:05-10:20上午第二批：10:20-12:35下午第一批：13:45-16:00下午第二批：16:00-18:15注：分光计实验4学时，仅一批B类实验开放周：4-16周每半天仅一批【实验12】数字万用表的使用上课时间：上午8:05-10:20下午13:45-16:00其余B类实验：上课时间：上午9:00-11:15下午15:00-17:15实验地点：物理实验中心2-3层，信息技术实验中心209（具体实验室见实验报告封面）周次安排时间及地点第1周选课实验预约选课：物理实验中心202周一12:30-17:00（各班班长、学委至物理实验中心202室开通实验预约）预约：个人于第一周内完成本学期实验预约第2-16周实验每周实验开放时间（下学期初确定）上课时间：上午第一批：8:05-10:20上午第二批：10:20-12:35下午第一批：13:45-16:00下午第二批：16:00-18:15注：光栅和光电效应（仿真）实验4学时，仅一批大学物理实验（上）大学物理实验（下）大学物理实验（上）学期成绩=平时成绩（约50%）+考试成绩（约50%）平时成绩=绪论成绩（10%）+预习及操作成绩（60%）+实验报告成绩（30%）大学物理实验（下）（1）被抽考的学生：学期成绩=平时成绩（50%）+考试成绩（50%）（2）参加实验竞赛进入决赛的同学：学期成绩=平时成绩+竞赛加分（3）其他学生：学期成绩=平时成绩平时成绩=预习及操作成绩（60%）+报告成绩（40%）3.考试54.实验管理系统【学生登录账号是学号，初始密码是学号。登录后务必修改】关于实验预约系统如何使用，可登录网站。首页，下载“致2017级同学-新学期重要通知及资料”查看附件四。675.要求【非常重要】(1)第二周的周一（3月12日）9：00-17:00，各班班长、学习委员到物理实验中心202查询本班所做实验项目，开通实验预约。咨询网上实验预约相关问题、拷贝实验预习课件及视频，领取《大学物理实验》报告等。【9元/人,领取时以班级为单位缴纳】。第二周内完成本学期所有实验预约，预约后务必记住各实验时间。(2)绪论作业请于第三周以班级为单位交到物理实验中心202室（逾期扣分）。第五周后【绪论作业参考答案】请登录首页下载。(3)完成绪论作业前须认真复习“重要知识点”（绪论作业第2页）。实验前须认真完成实验报告预习部分。实验预习材料可登录首页下载。每次实验请带上学生证提前10分钟进实验室，严格遵守实验室相关规定。【必须带课本、实验报告、计算器等】。(4)学期成绩不及格直接重修。（无补考）(5)物理实验教学中心位置【附件1】(6)大学物理实验课堂要求（学生）【附件2】附件1：实验中心位置8物理实验教学中心9附件2大学物理实验课堂要求（学生）（一）保证按时上课，遵守课堂纪律。1、提前10分钟到达实验室，做好实验前的准备工作。2、课堂上不谈笑、不随便外出、着装规范（严禁穿拖鞋、背心进实验室，违者取消实验资格）。（二）预习充分，写好预习报告，做到实验前目的明确、原理清楚、方案明了可行。实验前教师要检查学生的预习情况。（三）操作中做到思路清晰、严谨求实、主动创新。1、以前学过的内容，要求操作准确、熟练。2、新学的内容，应按要求认真进行。出现异常现象，要认真分析原因。3、如有新的设计方案，一定要经任课教师同意后方可进行实验。4、记录清晰，实事求是，注意培养认真、严谨的学习态度。（四）按时完成实验，结果合理可靠。1、在保质保量的前提下，应抓紧时间进行实验。实验过程中应严格按照仪器使用要求和实验操作步骤进行实验。2、实验结果应合理可靠，如出现异常，要认真查找原因并经教师同意后重新实验。（五）爱护仪器，节约实验材料。1、严格按照仪器的使用要求进行，损坏仪器要按要求赔偿。2、实验进行中，保持实验台、地面的整洁。实验课结束后，需整理好仪器。（六）按时、认真按要求完成实验报告1、报告要内容简明、数据完整、表格清晰、作图标准、字迹工整。内容提要§1.测量§2.误差处理§3.不确定度§4.有效数字§5.数据处理10§1.测量测量的定义测量就是借助仪器将待测量与同类标准量进行比较，确定待测量是该同类单位量的多少倍的过程。例如测量某人的身高，选择长度的单位量cm等同类单位量，比较此人身高是1cm的175倍，则测量结果为：175cm.测量数据：读数和单位11§1.测量测量的分类直接测量间接测量按测量方式分单次测量：身高多次测量等精度测量非等精度测量按测量条件分y=f(x)121）系统误差:误差的分类：系统误差、随机误差和粗大误差在相同条件下（指方法、仪器、环境、人员等不变）多次重复测量同一量时，误差的保持不变或以可预知方式变化。§2.误差它的特征是确定性0xxx误差的定义：测量值与标准值之差000xxxExx不确定度：评定测量结果不确定的程度（估计的）0x估计：xx测量结果：13系统误差的来源§2.误差1.仪器误差:如仪器刻度不准、天平两臂不等长2.方法误差:如伏安法测量电阻时忽略电表内阻的影响3.环境误差:如标定25℃的标准电阻在40℃环境下使用4.人员误差:如斜视、色盲等生理原因14系统误差通过增加测量次数不能减少或消除通过方法、理论、仪器等方面的改进与修正可定系统误差：未定系统误差：可用特定方法消除（必须修正）须估计其分布范围。交换法替代法零示法异号法半周期法§2.误差15随机误差定义正态分布定义对同一量值进行多次等精度测量时,其绝对值和符号均以不可预定的方式无规则变化的误差。在大量的重复测量中又遵循一定的统计规律。16正态分布随机误差的概率密度的特征量称为标准差。21212p()exx()pxx在区间的积分面积就是误差在区间出现的概率()px,ab,ab(,)baPabpxdx17标准差的统计意义18标准差的统计意义19标准差的统计意义20标准差的统计意义21不同标准差的比较22显然σ越小，测量值的分散范围越小，测量的精密度越高。分布特点1.单峰性2.对称性3.有界性4.抵偿性：0达到最大值0()p()()pxpx＝3x11inxxin()pxx023测量列的标准差24测量列的标准偏差211lim()ninixxn2111()nxiiSxxnt分布曲线25测量量的标准差26测量列的标准偏差t分布因子修正测量次数n8时211lim()ninixxnStS2111()nxiiSxxn平均值的标准差其意义为：区间包含待测物理量真值的这一事实的可信程度为68.3％,xxxxA类分量211()1nxxpiiSStxxnnn27两种标准差的差别描述的是一组测量数据的随机误差分散程度描述的是测量数据平均值包含真值的可能性区间,,xxxx测量列标准差x平均值标准差28粗大误差29定义明显地偏离实际值所形成的误差原因有突然的振动、短时间的强风、偶尔记录错误消除方法首先求出所有测量值的标准差，然后检查有没有绝对值大于3的误差，有即剔去。剔除误差后再根据剩余的数据重新计算，再进行检验，直至没有坏值。例题30液体温度的多次等精度测量，测量值依次为20.42，20.43，20.40，20.43，20.42，20.43，20.39，20.30，20.40，20.43，20.42，20.41，20.39，20.39，20.40。检验是否有坏值，并计算检验后的平均值及标准差。计算测量列的平均值及标准差：1511521120.404C,151()0.03C,1430.09C,iiiiitittttttt/℃20.4220.4320.4020.4320.4220.4320.39|δt|/℃0.0160.0260.0040.0260.0160.0260.01420.3020.4020.4320.4220.4120.3920.3920.400.1040.0040.0260.0160.0060.0140.0140.00431计算检验后的平均值及标准差：时的，所以予以剔除20.30Ct0.1043t20.411C,0.016C,0.004Ctt•例题误差小结可定系统误差未定系统误差随机误差粗大误差可以通过三倍测量列标准差剔除坏值可通过实验方法剔除不可避免的实验结果带有不确定性32不确定度33定义定义不确定度是与测量结果相关联的参数，用以表征测量值可信赖的程度。用X表示。mm(P=0.68)测量值X和不确定度X单位置信度9.5150.005x真值以68%的概率落在区间内[9.510mm,9.520mm]两个分量3422AB=用统计方法估算的A类分量A用非统计方法估算的B类分量B22A1()(1)npiitxxnnB3仪仪器不确定度合成不确定度随机误差未定系统误差①由仪器说明书中给出。仪器不确定度A类分量:单次测量不考虑。B类分量:仪器不确定度为0.004mm。5.5mm+0.16mm+0.005mm=5.665mm正确的测量结果：(5.665±0.004)mm35②由仪器的准确度等级获得:(针对电学实验仪器来说)准确度等级:0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0BXX3仪BXX3仪100X=仪准确度等级量程363738a)对于可以连续读数的仪器取＝最小分度值/2仪③根据仪器估计：mmmm仪1=2=0.539b)对于不可以连续读数的仪器取＝最小分度值该类仪器主要有：游标卡尺，分光计，旋钮式电阻箱仪mm仪＝0.0240b)对于不可以连续读数的仪器取＝最小分度值该类仪器主要有：游标卡尺，分光计，旋钮式电阻箱仪仪＝0.141c.对于数字式的仪器取末位±1或±2仪仪＝0.01s仪＝0.1mV42不确定度的评定直接测量量不确定度评定步骤：xxsxAS3仪B2222)3()(仪xBAs间接测量量不确定度的评定注意：对单次直接测量，