大学物理实验绪论

绪论主要内容：一、本学期物理实验的教学安排及具体要求二、测量误差和不确定度评定基本知识主要目的：帮助同学们了解物理实验的基本程序，如何去做好物理实验；以及了解实验误差和不确定度的基本概念，如何正确表达实验结果。由于误差理论涉及较多的数理统计知识，一、两次课很难讲清楚，因此本次课只能介绍测量误差与不确定度的基本概念，在实验过程中如何运用这些知识，正确处理实验数据和评价实验结果，还需要我们结合具体实验，重新学习第一章的相关内容才行；“有效数字的运算及数据处理方法”不讲，留给同学们课后自学。一、物理实验(一）的教学安排及要求1．物理实验（一）教学安排2．实验课具体要求3．实验考核1.本学期物理实验教学安排●第二周绪论课●第三周～第十四周完成12个实验●第十五周实验考试实验题目和轮换表如下：序号实验题目《大学物理实验》〈实验物理学〉地点1气垫导轨实验（二）实验2-4实验五一区物理学院六层力热学实验室2声速的测定（驻波法）实验2-8实验十一3用冷却法测固体的比热容4用拉脱法测液体的表面张力系数实验2-15实验七5直流电桥测电阻实验3-2实验二十五层电磁学实验室6用补偿法测量电压、电流和电阻实验3-3实验二十二7交流电路的谐振实验3-8实验二十八8示波器的原理及应用实验3-9实验二十九9薄透镜焦距的测定实验4-1实验三十三四层光学实验室10等厚干涉的应用实验4-8实验三十七11分光计的调节和使用实验4-3实验三十四12衍射光栅实验4-12实验三十九三周四周五周六周七周八周九周十周十一周十二周十三周十四周第一组123456789101112第二组214365871091211第三组341278561112910第四组432187651211109第五组567891011121234第六组658710912112143第七组785611129103412第八组876512111094321第九组910111212345678第十组109121121436587第十一组111291034127856第十二组121110943218765★注意：（1）实验轮换表的题号1～12与所用教材上的实验题号对应，不要弄错。（2）每次实验分12个大组循环，弄清你在哪一组，把你这组的实验轮换顺序写在教材上，便于预习时不会弄错。（3）节假日冲掉的实验不需补做，继续按轮换表进行。2．实验课具体要求每堂实验课都包括三个环节：★课前预习★课堂实习★课后小结★课前预习●认真阅读教材，明确本次实验的任务和要求；●正确理解实验测量所依据的原理、公式及采用的方法；●了解所用仪器的结构及使用注意事项；●在原始记录纸上设计好数据表格，写出预习报告（包括实验目的、原理及数据表格），教师要检查。★课堂实习●遵守实验室规则（不要迟到，自备鞋套），按轮换表顺序进行实验；●遵守仪器操作规则，严肃认真，独立操作（认真阅读电磁学和光学实验基本知识）；●要用钢笔或圆珠笔记录数据，不要用铅笔；●实验完毕后，原始数据交老师签字认可，整理好桌面仪器。●因病、事不能上课者，必须出具医院或院系办证明，否则按旷课论。★课后小结●实验报告要用物理学院统一的报告纸撰写，要求字体工整、文理通顺、图表规矩、结论明确。●报告内容包括：实验名称、实验目的、实验原理、实验内容、数据记录与处理结果与讨论。要尽量用自己的语言写。●下次实验交前次实验报告（原始记录贴在报告内页上）。3．实验考核●平时成绩：由各实验成绩累加平均，占80%每个实验成绩包括课堂表现、操作分和报告分（6：4）；●期未考试：占20%实验考试分笔试和操作考试两部分，操作部分分组抽题，老师不讲，当场交考试报告。二、测量误差与不确定度基本知识（一）测量误差理论的基本概念（二）测量不确定度（三）结果表达（四）作图基本要求（五）例题讲解真值测量值平均值系统误差随机误差标准差测量的质量实用标准差平均标准差仪器未知差不确定度U直测U公式间测U公式结果表达取舍原则取舍实例作图要求作图实例1．指出下列各量是几位有效数字：(1)(2位）(2)T＝1.0000s(5位）(3)L=0.00001cm(1位）(4)g=980.12306cm/s(8位）★有效数字的位数与小数点的位置无关JE25107.22.根据测量不确定度和有效数字的概念，改正以下测量结果表达式，写出正确答案。(1)d=10.430±0.3cm(2)E=1.915±0.05V(3)L=10.85±0.200mm(4)P=31690±200Kg(5)(6).(7).10.0±0.095mm1046.12345RmAI3410045.010354.5(1)d=10.430±0.3cm改正：10.4±0.3cm(2)E=1.915±0.05V改正：E=1.92±0.05V(3)L=10.85±0.200mm改正：L=10.8±0.2mm(4)P=31690±200Kg改正:KgP310)2.07.31((5)改正：或：1046.12345R10)41235(R410)004.0235.1(R(6).改正：mAI3410045.010354.5mAI410)005.0354.5((7).10.0±0.095mm改正：10.0±0.1mm3.判断下列各式的正误，请在括号内填写有效数字的正确答案。(1)1.732╳1.74=3.01368(3.01)(2)628.7÷7.8=80.603(81)(3)（38.4+4.256）÷2.0=21.328(38.4+4.3)÷2.0(21)(4)（17.34-17.13）╳14.28=2.9988（0.21╳14.28）（3.0）4.换算下列各测量值的单位：（1）4.80cm=()m=()mm4.80cm=(4.80╳10-2)m=(4.80╳10)mm（2）30.70g=()kg=()mg30.70g=(3.070╳10-2)kg=(3.070╳104)mg（3）3.50mA=()A=()μA3.50mA=(3.50╳10-3)A=(3.50╳103)μA一圆柱体的外径(D)约6厘米、高〔H)约8厘米，求测圆柱体的体积V和不确定度Uv，并写出测量结果表达式。（要求：选用的仪器在测量时所产生的最大相对误差不超过0.3%）5.不确定度计算举例解题步骤1.根据要求选择合适的测量仪器。2.直接测量圆柱体的外径（D）和高（H）。3.计算（D）、（H）的平均值和标准偏差。4.确定测量仪器误差引起的不确定度分量u。5.计算直接测量量的合成不确定度UD、UH。6.写出D和H的测量结果表达式。7.计算圆柱体的体积（平均值）。8.计算圆柱体体积的测量不确定度。9.测量结果表达式。1.根据要求选择合适的测量仪器。因为根据仪器误差传递公式得：已知：即：根据误差均分原则可得：已知D≈6cm，H≈8cm则：△D≈0.001D≈0.006cm△H≈0.001H≈0.008cm根据以上数据可用游标精度为0.002cm的游标卡尺测量圆柱体的外径(D)和高〔H)HDV24HHDDVV2003.0%3.0VV003.02HHDD001.0HHDD常用函数误差传递公式函数表达式测量不确定度传递公式仪器误差传递公式Z=X±Y△Z=△x+△yZ=XY或Z=X/Y△Z/z=△x/x+△y/yZ=kxUz=k•Ux△Z=k•△xZ=X1/K△Z/z=1/k•△x/x△Z/z=k•△x/x+m△y/y+n•△s/SZ=sinx△Z=|cosx|•Ux△Z=cos•△xZ=lnxUz=Ux/x△Z/z=△x/xnmkSYXZyxzUUU222)()(YUXUZUyxzXUkZUxz1222222)()()(SUnYUmXUkZUsyxz次数D（cm）H（cm）16.0048.09626.0028.09436.0068.09246.0008.09656.0068.09666.0008.09476.0068.09486.0048.09896.0008.094106.0008.096计算（D）、（H）的平均值和标准偏差cmnHHScmHnHcmnDDScmDnDHiiDi0017.01)(0950.810027.01)(0028.6122确定测量仪器误差引起的不确定度分量u游标精度为0.002cm的游标卡尺引起的不确定度分量u=△仪=0.002cm计算直接测量量的合成不确定度UD、UHcmcmuSUcmcmuSUHHHDDD003.0106.2)100.2()107.1(004.0104.3)100.2()107.2(32323223232322D和H的测量结果表达式%037.0%100)003.0095.8()0026.00950.8(%067.0%100)004.0003.6()0034.00028.6(HUEcmcmUHHDUEcmcmUDDHHHDDD计算圆柱体的体积（平均值）3221.229095.8)003.6(41416.34cmHDV计算圆柱体体积的测量不确定度2222)()(HDVUHVUDVU（1）用（1-4-1）式计算322322324.032.0)003.028()004.076(28)0.6(14.341)4(761.80.614.321)4(cmUcmHDHHVcmHDDDVV由求HDV24HV、DV计算圆柱体体积的测量不确定度(2)直接利用传递公式：Z=XkYm332222222224.032.01038.11.229)1.8003.0()0.6004.0(41.229)()(2)()(cmHUDUUUYUmXUkZUHDvyxz测量结果表达式%1001.2294.0%100)4.01.229(3VUEcmUVVVVV=0.17%通知1.请各班学习委员将各班分组名单核对一下，如有问题请与老师联系。2.下周实验时各班到物理学院4楼找黄行康老师统一购买实验报告纸和原始记录纸（每套3.5元)实验成绩评定标准实验操作要求等级实验报告要求等级1预习充分abc1格式规范abc2目的明确达到要求基本达到要求达不到要求2书写整洁达到要求基本达到要求达不到要求3原理清楚3作图完美4步骤正确4表达完整5操作规范5结果分析6数据正确6实验体会7遵守纪律7见解创新8整理仪器8习题正确实验操作分标准实验报告分标准A(95±2)等级为全aA(95±2)等级为全aA-(90±2)等级为7a、1bA-(90±2)等级为7a、1bB+(85±2)等级为6a、2bB+(85±2)等级为6a、2bB(80±2)等级为5a、3bB(80±2)等级为5a、3bB-(75±2)等级为4a、4bB-(75±2)等级为4a、4bC+(70±2)等级中有3个cC+(70±2)等级中有3个cC(65±2)等级中有4个cC(65±2)等级中有4个cC-(60+2)等级中有5个cC-(60+2)等级中有5个cD(不及格)等级中有6个cD(不及格)等级中有6个c1.实验有新发现，见解独特、有创新，实验成绩评定后，提高一档。2.迟到时间超过10分钟成绩降一档，之后每10分钟为一档类推。3.无故缺席，不能补做，该次成绩记0分。4.无故迟交报告成绩降一档。5.篡改实验数据，成绩降一档。6.抄袭报告或数据、成绩为0分说明：实验成绩评定标准实验操作要求等级实验报告要求等级1预习充分abc1格式规范abc2目的明确达到要求基本达到要求达不到要求2书写整洁达到要求基本达到要求达不到要求3原理清楚3作图完美4步骤正确4表达完整5操作规范5结果分析6数据正确6实验体会7遵守纪律7见解创新8整理仪器8习题正确实验操作分标准实验报告分标准A(95±2)等级为全aA(95±2)等级为全aA-(90±2)等