《物理实验一讲》PPT课件.ppt

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1、大 学 物 理 实 验Physics Lab Course,1、物理实验是一门独立设置的必修基础课。2、是系统实验方法和实验技能训练的开端。,培养实践、理论两方面的科学素养培养和提高科学实验能力：准备实验，使用仪器设备，观察分析判断，记录、处理、报告实验过程和结果培养科学态度和工作作风,课 程 任 务,Learn to know the basic knowledge and methods of physics as well as experimental skills.Learn to get a clear opinion of every experiment plan and te

2、chnique.Operate the apparatus correctly.Learn to study and analyze the experimental data to get proper conclusion.3.It is a right manner for a science student to be practical and realistic.,Learning Requirement,课 程 要 求 1,预习实验 了解实验原理、方法，仪器使用，实验思路 预习实验报告 包括实验步骤、电路图、数据表格等,进行实验 遵守实验室规章制度 听从老师的指导 正确使用和爱护

3、仪器器材 按步骤进行 记录过程、数据、器材等,课 程 要 求 2,实验报告 见教材第3页要求 本学年有统一的物理实验报告本,强调：实验教学注重过程 成绩评定依据是平时的每个实验,课 程 要 求 3,1.清楚本学期实验安排。请每个同学明确何时做什么实验，并做好预习工作。到实验室要穿实验衣，实验前出示预习报告。并提前三分钟左右到实验室。2.物理实验从第10周开始，物理理论课从本周下次课开始。请同学们预先看好上课教室，上课时带上合适的教材。,重 要 事 项,实验一 关于测量的基本理论Basic Knowledge About Measurement,1 测量 直接测量 间接测量 单位 例如,2 测量

4、误差的基本知识 误差总是存在 与仪器、方法、条件等等有关,测量的误差Error of Measurement,测量值 Measurement 真值 True Value误差 Error,误差的性质和来源Properties And Sources of Errors,特点：方向、规律来源：仪器、理论、个人,特点：随机、统计规律 来源：偶然性因素,系统误差Systematic error,偶然误差Random error,系统误差、偶然误差的形象描述,还有一种：过失误差错误,直接测量时偶然误差的估计,（1）以算术平均值(Mean Value)表示结果,（2）平均绝对误差(Average Abso

5、lute Uncertainty),平均值与真值之差落在此区间内的可能性就更大了！,处理后结果的表达形式应为：,直接测量结果的表示,单位,对某物体长度测量10次，结果如下：,63.57,63.58,63.55,63.56,63.56,63.59,63.55,63.54,63.57,63.57 cm 求测量结果,解：先求平均值：,再计算平均绝对误差：,处理结果表示为,此结果表示真值在,例1：多次重复测量的处理,标准偏差 Standard Deviation极限误差 Limited Error,标准偏差定义：,根据例1的数据，计算标准偏差,处理结果为,例2：多次重复测量的处理,换言之：如果某次测量

6、值的误差大于标准偏差的三倍，应该认为该次测量失败，可以剔除该数据。但是要分析原因。,标准偏差：误差的评价,注意：本课程中一般要求用平均绝对误差或标准偏差评价数据！,标准偏差和平均绝对误差之间的关系为：,极限误差的定义,仪器误差(Error of Instrument),注明 或 最小分度值的一半,单次测量 结果的误差可以取仪器误差；多次测量 比较其误差和仪器误差，取两者中 较大的为结果的误差。,相对误差(Relative Uncertainty),平均绝对误差、标准偏差、极限误差、仪器误差等，都是有单位的，都是绝对误差，现在用 代表。,定义相对误差：,相对误差是一个很重要的量，它可以比较测量对

7、象不同时测量的好坏程度。,例如：,间接测量结果的误差误差的传递(Propagation Of Error),设xA、xB 为两个直接测量值，xA、xB 为它们的误差。N 由 xA、xB 求出，N为其误差。如何确定N？,加 法 运 算,对加法运算有：,其相对误差为：,对减法运算有相似的结论：,加减运算的误差传递,对加法运算有：,规则1 几个直接测量值相加、减时，其结果的绝对误差为各直接测量值的绝对误差之和。,因此：对乘法运算有：,其相对误差为：,乘运算的误差传递,同样，对除法运算 有：,除运算的误差传递,规则2 几个直接测量值相乘、除时，其结果的相对误差为各直接测量值的相对误差之和。,任意函数的

8、误差传递公式Propagation of Uncertainty In Complicated Function,对此函数求全微分，将其中的微小变化看成误差，注意各项误差前的系数要取绝对值（为什么？）。可得：,各直接测量值的误差前的非负系数，叫误差传递系数。,相对误差为：,求间接测量结果误差的步骤,对函数求全微分合并同一变量的系数各传递系数取绝对值后，将微分号变为误差符号,通过测量圆柱体的直径 D 和高 h，求圆柱体体积，并讨论其误差。,由此可见，在做等精度测量时，直径和高度对结果误差的影响是不一样的，是与传递系数有关的。,例3：求间接测量的误差,对误差基本知识的了解与掌握是一个不断练习、学习

9、的过程，同学们在今后的实验中要将误差的概念贯彻始终，得到实验的合理结果。,测量结果的有效数字及数据处理Significant Figure And Data Processing,3-1 有效数字的一般概念,记录数据 对一个测量，其误差为,应记录为,定义：有效数字由几位可靠数字和最后一位可疑数字构成。,有效数字的位数是很重要的一个概念，与物理量的单位无关。,例如：,因此，物理上不存在这样的关系：,练习：A=15.30 B=15.03 C=0.153 D=1.053 E=0.01530 各有几位有效数字？,有效数字由 a 确定，单位的变化只是引起 n 的变化。例如：地球的半径可表示为,确定测量结

10、果的有效数字,误差本身也是有效数字，记录测量数据的有效数字的最后一位应该到误差发生的一位。,是正确的,是错误的,是错误的,因此，有效数字不能随便增减，所记录的数据的最后一位应该恰是误差所在的一位。,有效数字的运算Calculation of Significant Figures,有效数字的运算也是一个误差传递问题。遵循三个规则：,1 准确数字与准确数字之间的运算结果仍为准确数字,2 可疑数字与准确数字（或可疑数字）之间的运算结果为可疑数字,3 运算结果数据的最后只保留一位可疑数字，去掉第二位可疑数字时用四舍五入法,运 算 举 例：,结果为：,结果为：,1 加减运算，结果保留到参与运算各数都有

11、的那一位为止。,2 乘除运算，结果的有效数字位数和参与运算各数中最少的一个相同（或最多再保留一位）。,一些常数，如、e、1/2 等，是准确数。要正确处理。,要养成合理取有效数字的习惯，不应该直接将计算器运算结果全部记录下来！,运 算 规 则,物理实验结果的图示法Graphical Presentation,图示法 简明、直观、形象，还可以对图线进行再处理,作图一定要用坐标纸.注意坐标轴、比例等。,标不同的点要用适当的符号、，画线要光滑、清晰。,T(s),1000,实验名称、图名称、特征数据、作者、日期等,图示法示例,注意：目前，有许多计算机作图软件可以应用。但是手工在坐标纸上仍然需要练习的。,最小二乘法及曲线改直部分请同学们自己阅读一下。,作业：实验一的思考题。,祝你-动手、动脑，更聪明！,