物理实验绪论及误差基本知识.ppt

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1、0 大学物理实验绪论,下周每人发给一份“物理实验须知与成绩评定要点”，请大家务必仔细逐条阅读并保留到物理实验课程全部结束，未尽事宜请参考大学物理实验中心网站：。凡因未仔细阅读该“物理实验须知与成绩评定要点”所造成的一切后果由学生本人承担。,重要提示,0 大学物理实验绪论,重要提示,各班班长请于本周五前到1E-237购买本班实验报告纸，每人5元(14份，全年用量)下周上课要求带预习报告方可进入实验室。每次进入实验室必须携带:证件 教材 预习报告,0 大学物理实验绪论,重要提示,由于物理实验课采取网上预约的方式进行，请各班长和团支书留下手机号码，以便物理实验中心通过“飞信”通知有关实验事宜并与同学

2、联系（班长负责通知男生，团支书负责通知女生）。如若班长、团支书手机号码非移动用户或没有手机，则请留下其他同学的联系方式负责此项工作，谢谢大家的合作！,0 大学物理实验绪论,前3周课统一上，因第2周星期一是中秋节放假1天，因而星期一的课程顺延一周。第4周开始的实验课程实行网上预约选课的方式（第5周因国庆停课1周），每次课可提前两周预约，本学期至少预约6次实验，全学年应完成预约实验13个，本课程每位同学全学年只有多选1次实验的机会，以替掉1个成绩最不好的或漏做的实验，本学期课程第16周结束。,0 大学物理实验绪论,正式预约时间为第周星期日(9月11日)早8:00时开始。具体情况参见网址：网上预约初

3、始密码为身份证号码后6位（所包含英文字符为大写）或学号后6位。,0 大学物理实验绪论,成绩评定标准：物理实验课没有考试，平时每次课的成绩都计入最后成绩，第1次课与第3次课出席占0.4分，作业占0.2分(仅次，第章的思考题，第周结束前以班级为单位集中交)；第2次课预习报告占0.1分，出席占0.6分，作业占0.2分；第4次课之后，每一项实验按1分计，其中预习报告占0.2分，实验过程占0.6分，实验报告占0.2分。具体评分细则和本学期开设的实验内容请大家浏览物理实验中心网站。,0 大学物理实验绪论,0 大学物理实验绪论,实验房间安排:（可参考2楼橱窗）实验1(1E-241)实验2(1E-241)实验

4、4(1E-239)实验5(1E-231)实验6(1E-334)实验7(1E-334)实验8(1E-240)实验9(1E-336)实验10(1E-239)实验11(1E-240)实验12(1E-121)实验13(1E-123)实验14(1E-124)实验15(1E-123)实验16(1E-231)实验17(1E-232)实验18(1E-122),0 大学物理实验绪论,第一大节（1-2）7:359:45第二大节（3-4）9:5012:00第三大节（5-6）13:0015:10第四大节（7-8）15:2017:30第五大节（9-10）18:3020:40,第周后实验课上课时间为：,0 大学物理实验绪

5、论,下次课上课前写好一份预习报告，上课时必须携带到课。内容包括数据表格(参考P16表格)，千分尺和游标尺的使用方法（参考P25-29内容)。前三周只有1次作业(第1章后的思考题，用作业纸作答)和一份实验报告(第2次课的实验)，以班为单位在第3周上完课交(1E-238)，最迟不超过第4周周五。,0 大学物理实验绪论,大学物理实验中心欢迎同学们,0 大学物理实验绪论 1 测量误差与数据处理 1.1 测量误差的基本知识1.3 有效数字与数据修约,本次课的主要内容,大学物理实验,0 大学物理实验绪论,0.1 大学物理实验课的地位与意义 0.2 大学物理实验课的目的和任务 0.3 大学物理实验课的主要环

6、节 0.4 学生实验守则 0.5 实验安全 0.6 课程安排及成绩考核办法,0 大学物理实验绪论,0.1 大学物理实验课的地位与意义,如果将自然科学和工程技术比作为宏伟壮观的高楼大厦，科学实验就是他的坚实基础，而物理实验就是构筑其基础中最为重要的组成部分。,0 大学物理实验绪论,0.2 大学物理实验课的目的和任务,(1)学习运用理论指导实验、分析和解决实验中问题的方法。(2)培养学生具有初步从事科学实验的能力。(3)培养学生善于从大量的实验现象和数据中总结规律，上升到理论。这正是人们在科学研究中所必须遵循的道路。(4)培养学生实事求是、理论联系实际、严谨踏实的工作作风；培养学生勇于探索与思考的

7、科学精神；培养团结协作和爱护公物的优良品德。,0 大学物理实验绪论,0.3 物理实验课的主要环节,实验预习实验操作撰写实验报告,0 大学物理实验绪论,实验预习报告写法,0 大学物理实验绪论,实验预习报告写法,数据记录表格,0 大学物理实验绪论,0.3 物理实验课的主要环节,实验预习进行实验(实验操作)撰写实验报告,熟悉仪器，组合、联接、调节系统，观察现象，记录数据。,观察现象第一 记录数据第二,0 大学物理实验绪论,数据记录好后交给指导教师签字,实验数据记录,0 大学物理实验绪论,0.3 物理实验课的主要环节,实验预习实验操作撰写实验报告,0 大学物理实验绪论,实验报告写法,实验班级周次-周几

8、-第几节,0 大学物理实验绪论,实验报告写法,有原理图的要画图,0 大学物理实验绪论,实验报告写法,数据处理,誊写数据,0 大学物理实验绪论,实验报告写法,心得体会根据实际情况,可写可不写,0 大学物理实验绪论,0.4 学生实验守则,(1)学生必须按照自己所在组的序号对照仪器的台(套)号入坐；将预习报告放在桌上等待教师检查。(2)严格遵守实验室有关规定，不经许可，禁止擅自动用其他台(套)仪器。(3)不得大声喧哗、吵闹。(4)不得伪造数据，一旦发现，本次实验成绩以零分计，同时要对其进行批评教育；找他人替做实验者，一旦发现课程成绩以零分计。(5)如发现有仪器、元件等出现故障，应及时报告任课教师。凡

9、因误操作而使器物损坏者，要照章赔偿。(6)实验完成后，数据交教师签字。所用物品要整理好，清擦自己所用过的桌凳和仪器。值日生要清扫室内地面。,0 大学物理实验绪论,0.5 实验安全,(1)实验中所有用电设备的电源均来自于市电交流220V,所以实验过程中应注意防止触电事故。例如不要用手指触摸电源插座孔，电源插头拔出前不要拆卸保险丝等。(2)激光束在扩束前，不可用眼睛直接观看,以免损伤视网膜。连接激光管的导线上有数千伏高压，应注意安全，不要触摸；由于此电压不易泄放，所以即使在关闭电源后，若不做放电处理切不可触摸导体部分以免被残余高压电击。(3)实验中如果需要搬动较重物体,如大砝码、光具座上的夹具底座

10、等，要双手托稳，防止落地伤脚。(4)在光线较暗的实验室内操作时，例如暗室、双棱镜实验室等，要注意防止被锐器碰伤或触电，特别是双棱镜实验中要注意防止辅助棒刺伤眼睛。(5)玻璃制品在使用中要防止破损和被破片划伤,0 大学物理实验绪论,0.6 实验成绩考核办法,我校物理实验课成绩完全取决于平时每次实验的成绩，主要考核实验预习、实验操作和实验报告三个方面，每次实验成绩满分为1分。实验成绩为预习成绩、操作成绩、报告成绩三者之和，课程总成绩为各次实验成绩之和。采用负分方式记录平时每一次实验成绩，每次实验以0分为基础，根据对各项指标的考核情况适当减分或加分(记入负分或正分),当总成绩小于-2.0分时，物理实

11、验总成绩为不及格。详细评定办法参见东北石油大学物理实验成绩考核评价量化指标细则。(1)预习：考核检验学生的自学能力(0.2分)；(2)操作：检验学生的动手能力与理论联系实际能力(0.6分)；(3)报告：考核学生综合分析、处理数据和书面表达能力(0.2分)。,0 大学物理实验绪论,什么情况下会不及格,1.找人替做实验者。2.两次及其以上伪造实验数据者。3.故意损坏仪器者。4.两次及其以上无故不来做实验者。5.经常迟到早退不认真预习者。,物理实验学生须知,1 测量误差与数据处理,本章内容测量及误差测量不确定度有效数字数据处理方法本次课内容:1.1 测量误差的基本知识 1.3 有效数字,1.1 测量

12、误差的基本知识,1.1 测量误差的基本知识,1.1.1 测量 在JJF1001-1998 通用计量术语及定义中，测量：以确定量值为目的的一组操作。,正确地了解和认识所研究的对象是十分重要的。,1.1 测量误差的基本知识,1.1 测量误差的基本知识,1.1.1 测量(1)测量量、测量值和真值,需要观测的量就是“被测量对象”，又被称为“被测量”(或称为：测量量、待测物理量），由测量确定的被测量量值的估计值被称为测量值（或称为：测量结果），被测量的希望确定的实际（客观）量值被称为被测量的真值。,1.1 测量误差的基本知识,1.1 测量误差的基本知识,1.1.1 测量(2)直接测量与间接测量,d,d,

13、直接测量量 利用测量工具或仪器可以直接量取测量值的物理量间接测量量 需要利用直接测量量和计算公式通过计算而得到的物理量,1.1 测量误差的基本知识,1.1 测量误差的基本知识,1.1.1 测量,被测量的客观真值是存在，然而，通过有限的测量手段人们是无法获得的。也就是说，测量值与真值之间始终存在一定的差异，这个差异就是测量误差。,1.1 测量误差的基本知识,1.1 测量误差的基本知识,1.1.2 误差的概念(1)误差定义,测量结果（测量值）减去被测量的真值,y=y-Y0,真值,测量值,误差,1.1 测量误差的基本知识,1.1 测量误差的基本知识,1.1.2 误差的概念(2)误差分析的指导作用,为

14、了从测量中正确认识客观规律，就必须分析误差的原因和性质，正确地处理所测得的实验数据，尽量减小误差并确定误差范围，以便能在一定条件下得到接近真值的最佳结果，并作出精度评价。在设计一项实验时，根据对测量结果的精度要求，用误差分析指导我们合理地选择测量方法、测量仪器和实验条件，以便在最有利的条件下，获得恰到好处的预期结果。,1.1 测量误差的基本知识,1.1 测量误差的基本知识,1.1.3 误差的分类(1)系统误差,特点：在同一条件下多次测量时，误差的绝对值与符号保持恒定，或在条件改变时，按某一确定的规律变化。产生的主要原因：,所用仪器、量具的不完善性,实验方法的不完善性或这种方法所依据的理论本身具

15、有近似性,1.1 测量误差的基本知识,1.1 测量误差的基本知识,1.1.3 误差的分类(1)系统误差,产生的主要原因：,实验者的不良习惯或偏向,1.1 测量误差的基本知识,1.1 测量误差的基本知识,1.1.3 误差的分类(2)随机误差,特点：具有随机性。产生的主要原因：,随机的和不确定的因素的影响，或环境条件微小的波动；实验操作者的感官分辨本领有限。,基本特征：大部分测量的随机误差服从统计规律,其误差分布（或测量值的分布）呈正态分布。,1.1 测量误差的基本知识,1.1 测量误差的基本知识,1.1.3 误差的分类(2)随机误差,标准差,在一组次数n足够大的测量中，任何一次的测量值落在(X0

16、)区间内的概率(可能性)为68.27%,1.1 测量误差的基本知识,1.1 测量误差的基本知识,1.1.3 误差的分类(2)随机误差,具体特征：对称性 单峰性 有界性 抵偿性,注：错误数据(坏值)应予剔除,1.1 测量误差的基本知识,1.1 测量误差的基本知识,1.1.4 测量的最佳值算术平均值,测量列：X1，X 2，Xl，Xn,算术平均值：,证明：（系统误差可以忽略时）,1.1 测量误差的基本知识,1.1 测量误差的基本知识,1.1.5 随机误差的估算,等精度测量列：X1，X 2，Xl，Xn,测量列标准差：,在一组次数n足够大的测量中，任何一次的测量值Xl落在 区间内的概率为68.27%；测

17、量中如果系统误差可以忽略，当测量次数n 时，。,1.1 测量误差的基本知识,1.1 测量误差的基本知识,1.1.5 随机误差的估算,精度测量列：X1，X 2，Xl，Xn,平均值的标准差：,在一组次数n足够大的测量中，测量值的算术平均值 落在 区间内的概率为68.27%；当系统误差可以忽略、测量次数n 时，真值X0落在区间内的概率为68.27%。,1.1 测量误差的基本知识,随机误差分布的有界性,1.1 测量误差的基本知识,1.1 测量误差的基本知识,1.1.6 置信区间、置信概率和包含因子(1)无限次测量 n,：置信区间；真值X0落在 区间内的概率 p：置信概率。,1.1 测量误差的基本知识,

18、1.1 测量误差的基本知识,1.1.6 置信区间、置信概率和包含因子(2)有限次测量与 t 分布,有限次测量服从 t 分布。一定置信概率下的包含因子与测量次数n有关，kp=tp(n)。,1.1 测量误差的基本知识,长期以来，人们一直使用扣除已知系统误差的最佳估计值（平均值）表示测量结果，采用平均值的标准差表示测量误差。然而，无法用统计方法处理的那些误差分量在测量结果中便无法表现了，显然这种处理方法具有相当大的局限性。随着误差理论研究的深入及科学技术的发展，人们认识到，用“测量不确定度(Uncertainty of measurement)”的概念能对测量结果作出更为合理地评价。有关测量不确定度

19、的概念和评定方法我们将在第三次课的课程中在进行详细介绍。,1.1 测量误差的基本知识,1.1.7 测量标准差的局限性,1.3 有效数字与数据修约,1.3 有效数字与数据修约,1.3.1 有效数字的概念,测量读数:L=21.7mm,测量结果中可靠的几位数字加上最后一位存疑数字统称为测量结果的有效数字。,1.3 有效数字与数据修约,1.3 有效数字与数据修约,1.3.1 有效数字的概念,测量读数:L=22.0mm,1.3 有效数字与数据修约,1.3 有效数字与数据修约,1.3.1 有效数字的概念,L1=22mm,L2=21.7mm,1.3 有效数字与数据修约,1.3 有效数字与数据修约,1.3.1

20、 有效数字的概念,L1=21.7mm,L2=101.7mm,1.3 有效数字与数据修约,1.3 有效数字与数据修约,1.3.2 关于有效数字的说明,不得随意在测量数据的末尾添加或删减数字“0”。有效数字的位数与小数点的位置无关。换句话说，表示小数点位置的“0”不是有效数字。用科学计数法表示太大或太小的有效数字。一些参与函数运算的整数型或非整数型数学常数e、等均不是有效数字，也可以把它们看成是位数为无穷大的有效数字。,1.3 有效数字与数据修约,1.3 有效数字与数据修约,1.3.3 数据的修约 1.3.3.1 确定存疑数字（或存疑位）的基本原则,测量结果的存疑位取决于测量误差（不确定度）发生位

21、，即结果的有效数字位数的末位数与其误差（不确定度）的末位数对齐。,1.3.3.2 测量误差（不确定度）的有效位数,在报告最终结果时，测量误差（不确定度）的有效位数最多为2。,1.3 有效数字与数据修约,1.3 有效数字与数据修约,1.3.3 数据的修约 1.3.3.2 测量误差（不确定度）的有效位数,(1)测量误差（不确定度）有效位数的选择 当测量误差（不确定度）在修约前第1位非零数字小于或等于3时，有效位数应取2位；第1位非零数字大于或等于4时，有效位数取1位、2位均可。,(2)测量误差（不确定度）有效位数的修约 为了避免因舍位而过多地降低测量不确定度的可靠性又便于操作,可以采取3舍4进的处

22、理方式。,1.3 有效数字与数据修约,1.3 有效数字与数据修约,1.3.3 数据的修约 1.3.3.3 测量结果的修约,(1)测量结果表示的书写方式 测量结果的末位应与修约后的测量不确度的末位对齐。,(2)测量结果有效数字的修约的进舍规则 4舍、6入、5凑偶，不许连续修约,5 进位，保留后的末位数字加1,1.3 有效数字与数据修约,1.3 有效数字与数据修约,1.3.3 数据的修约 1.3.3.4 一般运算中的有效数字位数,在乘、除运算时，结果的有效数字位数与参与运算的各量中有效数字位数最少的相同。乘方、开方、对数、指数等运算结果的有效数字位数不变。在代数和的情况下，则以参与加减的各量的末位数中量级最大的那一位为结果的末位。,约定：物理实验中舍位时可按4舍5入原则处理。测量不确定度有效位数取1位、2位均可。,