工科基础物理实验绪论
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大学物理实验绪论
注意：
有些异常数据是新现象，也许是重大发现的前奏。
四 、测量不确定度与测量结果的表达 （一）不确定度概念及分类
测量不确定度表征被测量量的分散性，它是被 测量客观值在某一量值范围内的一个评定。
不确定度按照测量数据的性质分为两类：
A类不确定度:符合统计规律. 用 uA 表示；
B类不确定度:不符合统计规律. 用 uB 表示。
ln N
N
x1
dx1
x2
dx2
xn dxn
3.间接测量不确定度的传递
N f ( x1 , x2 ,L xn )
其中，x1 x1 ux1 ，x2 x2 ux2 ，…ux1 , ux2 ,L
分别为测量量 x1, x2 ,L 的不确定度。
uN
f
x1
2
u2 x1
f x2
（2） 书写预习报告。（内容大致包括：实验名称、 实验目的、实验仪器、实验原理）
实验原理：写出原理概要，画出原理图，写出测 量公式，注明公式中出现的符号的物理意义。
（3）自备实验数据记录纸，设计表格，写上班级、 姓名、日期。
注意：没有预习报告不能做实验
预习报告和实验数据记录纸一定写上上课的时间：
例如：12-3-下午1
举例： 直尺、千分尺的示值误差、数字毫秒计的误差、 分光计的误差、电表的精度等。
2.系统误差的来源
（1）仪器误差 （2）理论和方法误差 （3）环境误差 （4）个人误差
仪器刻度不准、刻度盘和指针安装偏心、米尺 弯曲、天平两臂不等长等
2.系统误差的来源(续)
（1）仪器误差 （2）理论和方法误差 （3）环境误差 （4）个人误差
电流表外接
电流表内接
2.系统误差的来源(续)
有些异常数据是新现象，也许是重大发现的前奏。
四 、测量不确定度与测量结果的表达 （一）不确定度概念及分类
测量不确定度表征被测量量的分散性，它是被 测量客观值在某一量值范围内的一个评定。
不确定度按照测量数据的性质分为两类：
A类不确定度:符合统计规律. 用 uA 表示；
B类不确定度:不符合统计规律. 用 uB 表示。
ln N
N
x1
dx1
x2
dx2
xn dxn
3.间接测量不确定度的传递
N f ( x1 , x2 ,L xn )
其中，x1 x1 ux1 ，x2 x2 ux2 ，…ux1 , ux2 ,L
分别为测量量 x1, x2 ,L 的不确定度。
uN
f
x1
2
u2 x1
f x2
（2） 书写预习报告。（内容大致包括：实验名称、 实验目的、实验仪器、实验原理）
实验原理：写出原理概要，画出原理图，写出测 量公式，注明公式中出现的符号的物理意义。
（3）自备实验数据记录纸，设计表格，写上班级、 姓名、日期。
注意：没有预习报告不能做实验
预习报告和实验数据记录纸一定写上上课的时间：
例如：12-3-下午1
举例： 直尺、千分尺的示值误差、数字毫秒计的误差、 分光计的误差、电表的精度等。
2.系统误差的来源
（1）仪器误差 （2）理论和方法误差 （3）环境误差 （4）个人误差
仪器刻度不准、刻度盘和指针安装偏心、米尺 弯曲、天平两臂不等长等
2.系统误差的来源(续)
（1）仪器误差 （2）理论和方法误差 （3）环境误差 （4）个人误差
电流表外接
电流表内接
2.系统误差的来源(续)
物理实验绪论新版
大学物理实验绪论
33
不确定度U包含两个方面
1. A类不确定度：多次重复测量后，用统计方 法计算用UA表示
2. B类不确定度：用其它非统计方法估算的 例如仪器误差、未定系统误 差估值等，用UB 表示
3. 合成不确定度U：A、B两类不确定度合成，用
合成不确定度作为测量值正确 程度的评价
大学物理实验绪论
数值大小和单位，二者缺一不可。
如测量值：175.0 cm
数值大小 单位
实验中要求采用国际单位制(SI)： 米(m)、千克(kg)、秒(s)、安培 (A)、开尔文(K)、摩尔(mol)、坎 德拉(cd)
大学物理实验绪论
11
二、测量的分类
按测量过程分： 直接测量 间接测量
直接测量----将待测量与定标的测量仪器或量具比较， 直接读出待测物理量的量值。
无估读值，测量值直接从表头读出：23.9℃
大学物理实验绪论
28
六、误差与不确定度
误差与真值
真值：物理量在一定的条件下客观的真正大小，通常 用a表示
误差：由于测量仪器不准，环境等对测量的影响，测
量的结果并不完全一致，存在误差,用ε表示。
误差与真值关系： x a
大学物理实验绪论
29
误差的分类
误差 按特征和表现
用钢直尺测量： L=46.0mm, Δ仪= 0.1mm,
Er=0.13% 用游标卡尺测量: L =46.00mm, Δ仪= 0.02mm ,
Er=0.026% 用千分尺测量: L=46.000mm, Δ仪= 0.004mm ,
Er=0.006%
有效数字多一位, 相对不确定度值几乎小一个数量级, 测量准确度高。
(c)
表示精密度、准 确度均较高，即 精确度高。
物理实验基础知识
（3）、培养与提高学生科学实验的能力。 包括： 自学能力——能够自行阅读实验教材或参 考资料，正确理解实验内容，再实验前作好 准备。 动手实践能力——能够借助教材和仪器说 明书，正确调整和使用常用仪器。 思维判断能力——能够运用物理学理论，对 实验现象进行初步的分析和判断。 表达书写能力——能够正确记录和处理实 验数据，绘制图线，说明实验结果，撰写合 格的实验报告。 简单的设计能力——能够根据课题要求，确 定实验方法和条件，合理选择仪器，拟定具 体的实验程序。 3、 大学物理实验的过程和要求。 （一）、实验前的准备（预习）
他的来源有以下几个方面：
（1）、仪器的固有缺陷；
（2）、实验方法不完善或这种方法所依据
的理论本身具有近似性；
（3）、环境的影响或没有按规定的条件使
用仪器；
（4）、实验者生理或心理特点、或缺乏经
验引入的误差。
5、随机误差（偶然误差） 在同一条件下多次测量同一物理量时，测量 值彼此之间总有稍许差异，而且变化不定， 并在消除系统误差后仍然如此，这种绝对值 和符号随机变化的误差称为随机误差或偶 然误差。 其来源是： （1）、实验者本人感觉器官能力的限制。 （2）、测量过程中，实验条件和环境因素 的微小的、无规则的起伏变化。 6、仪器误差 （1）、仪器的最大误差（极限误差）： 仪器误差就是指在正确使用仪器的条件下， 测量所得结果的最大误差，或误差限，用△ 仪表示。 下面列举几种常用器具的仪器误差、 1）、有刻度的仪器，若未标出精度（等级）， 取其最小分度的一半为△仪。如米尺、温度计； 而对于不能连续读数的仪器就以最小分度 值做为△仪。如秒表：
理的主要过程，并根据误差理论计算误 差。对要求作图的实验必须作出相应的 实验图线（正规坐标纸）。
2、 最后结果。写出测量的最后结果，并标
工科物理实验绪论课
一、作业：p16页---1，2，3。
工科物理实验绪论课提纲课前预习-----实验方案操作前查预习报告课堂操作测量--独立测量测量完毕教师签字课后总结-----写实验报告报告成绩为综合分预习报告：不要写成准实验报告。
预习报告应简明扼要地写出：1）实验名称；2）实验任务；3）测量公式（包括式中各物理量的含义和单位）；4）原理图、线路图或光路图；5）关键实验步骤（提纲性的）等内容，并单独用一张实验报告纸做好原始实验数据记录表格。
原始数据须经教师签字认可；无预习报告者，不能参加实验操作，按缺课处理。
预习提问记分，记入总成绩；缺课者，该实验0分。
缺6学时以上者，按期末不及格处理，需来年重修。
课堂操作测量：1）正确调节和操作仪器；2）现象观察（故障）分析；3）正确记录原始实验数据4）实验完毕，数据交老师审查签字；5）整理好仪器即桌凳。
物理实验报告：1）实验名称2）目的要求3）主要仪器4）实验原理：写出实验原理和测量方法要点，说明实验条件，写出主要公式，标明公式中物理量的意义（不要推导公式），画出原理图，电路图或光路图。
5）实验步骤：简明扼要地写出实验步骤及注意事项。
6）数据及数据处理：先设计好实验数据表格，表格必须要有标题。
其次正确计算和表示测量结果。
一般先写公式，再代入数据，最后得出结果。
要求作图的应按作图规则用坐标纸画出，图必须有图标。
7）结果分析：对观察到的现象和实验结果进行分析讨论。
8）结论。
误差理论及数据处理方法（一）误差1）测量：分为直接测量和间接测量，量值=数值+单位 2）误差：任何测量均有误差绝对误差 =测量结果--被测量的真值相对误差 = 绝对误差 / 真值（百分数表示） 3）误差分类：系统误差和随机误差系统误差：在同一条件下多次测量中，误差大小符号是恒定或按一定规律变化 来源：仪器缺陷、理论方法、环境因素、习惯 特点：具恒定性，可消除或抑制消除方法：修正理论公式、采用适当实验方法随机误差：在同一条件下多次测量中，误差大小符号以不可预知的规律变化。
大学物理实验绪论讲义绪论
图表制作
实验数据应制作成图表，以便更好地展示数据和趋势。
结论分析
实验结论应基于数据分析，指出误差来源并提出改进意见 。
02 实验数据处理与误差分析
测量与误差
测量
测量是获取实验数据的过程，包括对 物理量进行观察、记录和量化。
误差定义
误差是指测量值与真实值之间的差异， 可以分为系统误差和随机误差。
随机误差的处理
数学公式拟合
通过选择合适的数学公式对实验数据进行拟合，可以得到物理量之间的数学关系。
03 实验操作规范与安全
实验操作规程
实验前准备
在实验开始前，学生应认真阅读实验指 导书，了解实验目的、原理、步骤和注
意事项。
实验数据记录
学生应认真记录实验数据，确保数据 的准确性和完整性，并按照要求进行
Байду номын сангаас数据处理和分析。
Excel软件介绍
总结词
易用性强的数据处理软件
详细描述
Excel软件是一款易用性强的数据处理软件，广泛应用于办公和数据处理领域。它提供了数 据输入、数据筛选、图表绘制等功能，能够帮助用户快速整理和分析数据。虽然相比于其他 专业数据处理软件，Excel的功能相对较少，但其易用性和普及度较高，适合初学者使用。
05 实验案例分析
单摆实验案例分析
实验目的
实验原理
研究单摆的周期与摆长、重力加速度的关系。
单摆做简谐运动的周期T与摆长L和重力加速 度g有关，其关系为T=2π√(L/g)。
单摆实验案例分析
2. 将单摆挂上重锤，调整摆长。
1. 准备实验器材，包括单摆装置、 计时器等。
实验步骤
01
03 02
单摆实验案例分析
大学物理实验-绪论
六．大学物理实验不到万不得已不要缺课，实在不能上课时， 请尽快与所缺实验项目的指导老师联系，约定补做该实验。
❖ 三、大学物理实验课安排
❖ 8、实验室及实验项目分布
实验室及房间号
实验项目及编号
第一实验室2#326 第二实验室2#325 第三实验室2#332 第四实验室2#335 第五实验室2#342
单击添加副标题
绪论大学物理实验来自PART-01大学物理实验 规范与要求
❖ 一、大学物理实验的意义与任务
❖ 在理工科院校，物理实验是一门独立开设的课程，是学生进入大学后首先接受动手 能力系统训练的实践课程，是各专业后继实验课程的基础之一。通过物理实验对学 生进行系统地实验技能训练，可使学生学到很多在实际工作非常有用的知识和技能， 同时，物理实验还有益于培养科学的工作态度，在实验中逐步养成勤于思考、善于 观察、认真细致、一丝不苟的良好习惯和工作作风。概括起来，它的主要任务有以 下三个方面。
A类不确定 A）度 B ， 类（ 不确定 B） ,近 度似 （ 地 A： ,B仪
总的不确 定 2A度 2B： A 22仪
N,, 统称为绝对误差
d 、 相相 对E 不 N 对 确 N N E N1 定 误 N % 0 度 或 1E 0 0N 差 ： ,% 0N 1 ： % 00,
设： Nf(x,y,z),N间接测量 x,y,量 z， 直接测量量
大小和符号保持不变，或者按一定
的规律变化，这种误差叫系统误差。
包括：仪器误差、方法误差、个人
误差、环境误差。
02
偶然误差：在同一条件下，对某一
量进行测量时，即使排除了产生系
统误差的原因，仍然会出现绝对值
和符号都以不可预测的方式变化的
误差。
❖ 三、大学物理实验课安排
❖ 8、实验室及实验项目分布
实验室及房间号
实验项目及编号
第一实验室2#326 第二实验室2#325 第三实验室2#332 第四实验室2#335 第五实验室2#342
单击添加副标题
绪论大学物理实验来自PART-01大学物理实验 规范与要求
❖ 一、大学物理实验的意义与任务
❖ 在理工科院校，物理实验是一门独立开设的课程，是学生进入大学后首先接受动手 能力系统训练的实践课程，是各专业后继实验课程的基础之一。通过物理实验对学 生进行系统地实验技能训练，可使学生学到很多在实际工作非常有用的知识和技能， 同时，物理实验还有益于培养科学的工作态度，在实验中逐步养成勤于思考、善于 观察、认真细致、一丝不苟的良好习惯和工作作风。概括起来，它的主要任务有以 下三个方面。
A类不确定 A）度 B ， 类（ 不确定 B） ,近 度似 （ 地 A： ,B仪
总的不确 定 2A度 2B： A 22仪
N,, 统称为绝对误差
d 、 相相 对E 不 N 对 确 N N E N1 定 误 N % 0 度 或 1E 0 0N 差 ： ,% 0N 1 ： % 00,
设： Nf(x,y,z),N间接测量 x,y,量 z， 直接测量量
大小和符号保持不变，或者按一定
的规律变化，这种误差叫系统误差。
包括：仪器误差、方法误差、个人
误差、环境误差。
02
偶然误差：在同一条件下，对某一
量进行测量时，即使排除了产生系
统误差的原因，仍然会出现绝对值
和符号都以不可预测的方式变化的
误差。
基础物理实验绪论课
实验室开放
欢迎同学前来预习、答疑
如何做物理实验
• 实验前—预习（２分）
如何写预习报告？
• 实验中—操作与记录（４分）
如何做实验记录
• 实验后—数据处理与实验分析（４分）
如何写实验报告？
如何做物理实验
• 实验报告纸要求
姓名： 专业： 年级： 班：（写学号）
组：（写实验课时间，比如
周一1、2节） 日期： 评阅人：（任课教师签名）
实验报告（4分）
• 有效数字
实验后
不确定度本身一般只取一个有效数字，测量值的末位有效数字应与不确定度 的有效数字对齐。即：测量值的末位有效数字是不确定的。
• 有效数字的取舍：4舍6入，遇5末偶
如，计算值为3.54835; 3.65325 若不确定度为0.0003, 则取x=3.5484; 3.6532 若不确定度为0.002, 则取x=3.548； 3.653 若不确定度为0.04, 则取x=3.55; 3.65 若不确定度为0.1, 则取x=3.5; 3.7
实验仪器：规格型号 实验内容及步骤： 实验记录：画出数据表格
如何做数据表格？ 例：测量一个圆柱体样品的密度
• 如何求密度？
M 4M V D2h
• 明确测量量，直接测量量，间接测量量。 先测哪个？后测哪个？多次测量还是单次 测量？哪些需要列在表格里？测量顺序？ • 物理量名称、单位
如何做数据表格？ 例：测量一个圆柱体样品的密度
基础物理实验课总体安排
• • • • • • 第1周：讲课—绪论 第2、3周：1组实验（2个） 第4周：讲课—数据处理 第5－16周：5组实验（10个）1次讨论课 第17周：答疑、考试（笔试） 更多的信息请登陆本实验中心网站：
物理实验绪论课程设计
物理实验绪论课程设计一、教学目标通过本课程的学习，学生将能够了解物理实验的基本概念、原理和方法，掌握物理实验的基本技能，如实验仪器的使用、实验数据的处理和分析等。
同时，学生将能够通过实验探究来验证物理规律，培养观察、思考、解决问题的能力。
在情感态度价值观方面，学生将能够认识物理实验的重要性，培养对科学的兴趣和好奇心，增强探究精神和创新意识。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括物理实验的基本概念、原理和方法，物理实验仪器的使用和维护，物理实验数据的处理和分析，以及一些经典的物理实验案例。
具体的教学内容安排如下：1.第一章：物理实验的基本概念和原理2.第二章：物理实验仪器的使用和维护3.第三章：物理实验数据的处理和分析4.第四章：经典物理实验案例解析三、教学方法为了提高教学效果，我们将采用多种教学方法相结合的方式进行教学。
包括：1.讲授法：通过讲解物理实验的基本概念、原理和方法，让学生掌握物理实验的基础知识。
2.实验法：让学生亲自动手进行实验，培养实验操作技能和实验观察能力。
3.讨论法：在实验过程中，引导学生进行思考和讨论，培养解决问题的能力。
4.案例分析法：通过分析经典物理实验案例，使学生了解物理实验在科学研究中的应用。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，我们将准备以下教学资源：1.教材：《物理实验绪论》，为学生提供系统、科学的物理实验知识。
2.参考书：提供一些相关的参考书籍，丰富学生的学习资料。
3.多媒体资料：制作一些教学课件、视频等，以直观的方式展示物理实验过程。
4.实验设备：准备必要的实验设备，确保学生能够进行实验操作。
五、教学评估本课程的评估方式将包括平时表现、作业、考试等多种形式，以全面、客观、公正地评价学生的学习成果。
具体评估方式如下：1.平时表现：通过课堂参与、提问、讨论等环节，评估学生的学习态度和思考能力。
2.作业：布置相关的实验报告、论文等作业，评估学生的实验操作技能和分析能力。
物理实验绪论
例
•
已知密度测量式为：
4m
D2 L
，直接测量数
据为：L=67.2 0.5mm, M=14.060.02g，
直径D（单位mm）的测量数据为：5.642；
5.648；5.640；5.653；5.639；5.646，其中
所用测量仪器误差为0.004mm。
• 求密度及合成不确定度。 D
解：直径D的最佳值和不确定
单次测量结果不确定度的估算：
• 仪器误差仪：任何仪器，由于技术上的局限， 总存在误差。在正确使用仪器的条件下，测量 所得结果与被测量的真值之间可能存在的最大 误差。如最小分度值为0.01mm的千分尺，其仪 器误差（又常称为示值误差）为0.004mm。
• 单次测量时一般不计算A类分量A（尽管A依 然存在，但在单次测量条件下，往往是仪比A 大得多，故忽略A对总不确定度的贡献），取 = 仪。
多次测量结果不确定度的估算：
• 估算A类分量A= Sx • 估算B类分量B= 仪 • 计算总不确定度
( xi x)2
n 1
2 A
B2
2 A
B
2
间接测量结果和不确定度的合成
• 测量式为单元函数 • 测量式为多元函数
测量式为单元函数
• 已知：测量式 F(x) ,直接测量量 x x0 x
有效数字的性质：
• 有效数字与实验精度的关系：有效数字位数越多，测量精度 就越高，有效位数多一位，相对误差差不多要小一个数量级。 如测得D=9.36mm，有三位有效数字，相对误差约为1%，若 D=9.365mm，有四位有效数字，同理可知其相对误差约为 0.1%。
基础物理实验绪论实验课教材参.ppt
地球周长是多少？
A. 4×103km B. 4×104km C. 4×105km
埃拉托色尼测定地球周长
亚历山大城
问题：
给你一根直杆，
你能否测出地
球的周长？
埃拉托色尼测定地球周长
2. 物理实验的重要性
2.1 物理实验在物理学研究与发展 中的作用
2.2 物理实验对物理学在其他学科 中应用的意义
2.1 物理实验在物理学研究与发展中 的作用
如何做实验记录？
4.3 实验后—数据处理与实验分析
4.1 实验前—预习
写出预习报告，没有预习不允许做实验 一、实验目的
简要地阐明为什么做实验
二、实验前应回答的问题
4.1 实验前—预习
写出预习报告，没有预习不允许做实验
三、实验内容
简要地阐明如何做实验，篇幅力求简短。
1、实验方法 2、关键步骤 3、要测量的物理量
讨论什么？如何讨论？
努力培养思考、讨论问题的能力 将讨论贯穿到实验全过程
不定期开设专题研讨班
4.3 实验后—实验报告
六、实验现象分析和数据处理（作图纸请另附）
对实验现象的分析与解释 数据处理（计算过程、有效数字、单位），不确定度的评定、 作图
七、实验讨论
对实验中有关问题的思考，对测量结果与期望值关系的讨论，
4.2 实验中—操作与记录
• 如何使用仪器仪表？
数字电流表测量 某一电路中的电流
4.2 实验中—讨论很重要
• “数据越多越糊涂”—北京大学吴思诚教授 动手少，动手时动脑少 不敢、不善于提问
• “提出一大堆假设而不去证明，非常糟的体验” —复旦大学陈唯教授 • 学问？主动学习不够，思考不够
实验中的问题
物理实验绪论2
➢认识和清点所用仪器，搞清其使用方法和注意事项，有 条理地按照实验条件布置、调试仪器
➢操作时要注意安全，细心观察实验现象，认其钻研和探 索实验中的问题，做到手脑并用。不要期望实验会一帆 风顺，要把遇到问题看作是学习的良机，冷静地分析和 处理它，仪器发生故障时，也要在教师指导下学习排除 故障的方法
➢要把着重点放在实验能力的培养上，而不是测出几个 数据就以为完成了任务
2
Ub b
2
U n
n
2
三．测量结果的表示
x x U（单位） （P= ）
或
x x1 E（ 单位）（P= ）
结果表示的含义是：在[ x -U, x+U]区间内
包含真值得概率是0.95。
四. 有效数字
1.定义
25cm
26cm
24.74cm 25.40cm 26.00cm
有效数字的多少之间，反映测量结果的准确度，对 应同一测量量，有效数字越多测量的准确度越高
一、物理实验课地位、作用
物理实验是高等学校对理工科学生进行科学实验基本训 练的一门独立的必修基础实验课，是本科生系统接受实验 方法和实验技能训练的开端，课时数不少于54学时。我校 物理实验课时数为68学时左右，学分为3学分。
物理实验是科学实验的先驱，体现了大多数科学实验的 共性，在实验思想、实验方法以及实验手段等方面是各学 科科学实验的基础。
实验题目及循环次序：
• 惠斯通电桥（307） • 示波器的使用（302） • 分光计的调整和使用（402） • 等厚干涉的应用（403） • 钢丝杨氏模量的测定（502） • 固体导热系数的测定（503） • 霍尔效应及应用（303） • 演示实验（106）
一组：12345678
➢操作时要注意安全，细心观察实验现象，认其钻研和探 索实验中的问题，做到手脑并用。不要期望实验会一帆 风顺，要把遇到问题看作是学习的良机，冷静地分析和 处理它，仪器发生故障时，也要在教师指导下学习排除 故障的方法
➢要把着重点放在实验能力的培养上，而不是测出几个 数据就以为完成了任务
2
Ub b
2
U n
n
2
三．测量结果的表示
x x U（单位） （P= ）
或
x x1 E（ 单位）（P= ）
结果表示的含义是：在[ x -U, x+U]区间内
包含真值得概率是0.95。
四. 有效数字
1.定义
25cm
26cm
24.74cm 25.40cm 26.00cm
有效数字的多少之间，反映测量结果的准确度，对 应同一测量量，有效数字越多测量的准确度越高
一、物理实验课地位、作用
物理实验是高等学校对理工科学生进行科学实验基本训 练的一门独立的必修基础实验课，是本科生系统接受实验 方法和实验技能训练的开端，课时数不少于54学时。我校 物理实验课时数为68学时左右，学分为3学分。
物理实验是科学实验的先驱，体现了大多数科学实验的 共性，在实验思想、实验方法以及实验手段等方面是各学 科科学实验的基础。
实验题目及循环次序：
• 惠斯通电桥（307） • 示波器的使用（302） • 分光计的调整和使用（402） • 等厚干涉的应用（403） • 钢丝杨氏模量的测定（502） • 固体导热系数的测定（503） • 霍尔效应及应用（303） • 演示实验（106）
一组：12345678
大学基础物理实验 绪论课
求体积的测量结果。
解： 求环体积平均值
V
2
(D2
2
D1 )h
9.436(cm3 )
推导不确定度合成公式 4
uV
2
f
i
xi
uxi
V D1
uD1
2
V D2
uD2
2
V h
uh
2
4
(2D1huD1 )2 (2D2huD2 )2 (D22 D12 )uh 2 0.080(cm3 )
《大学基础物理实验》 绪论课
主要内容
物理实验基础知识
测量 误差 (error) （系统误差，随机误差 ） 不确定度(uncertainty) （A类不确定度，B类不确定度） 实验数据处理方法 （作图法，最小二乘法，有效数字的处理）
实验课注意事项及要求
物理实验课的培养目标
学习实验知识
通过对实验现象的观察、分析和对物理 量的测量，学习物理实验知识和设计思
求相对不确定度
urV
uV V
0.8%
结果表示
V 9.436 0.080(cm3)
urV
0.8%
例：已知单摆实验中重力加速度 g 4 2l T 2 ，试求 g的相对不确定度 urg ug g
解：取对数 Ing In(4 2 ) Inl 2InT
相对不确定度
2
ug g
ln g
重力加速度
g
4 i 1
gi ui2
/
4 i 1
1 ui2
980.25(cm s2 )
注意！
不确定度的取位：当首数小于5时，一般可以取两位
f(x)
小 小
x
任意一次测量值落入区间 [ , ] 的概率为
基础物理实验绪论课20130912
• “数据越多越糊涂”—北大吴思诚
动手少，动手时动脑少 不敢、不善于提问
• “提出一大堆假设而不去证明，非常糟的 体验”—复旦陈唯教授
• 学问？主动学习不够，思考不够
实验中或实验报告中的问题 没有自己的问题
39
讨论什么？如何讨论？
慕尼黑工业大学—实验课上助教与同学讨论问题
40
努力培养思考、讨论问题的能力
热、电、光及近代物理实验。 • 理科、工科、医科各专业都普
遍要做的物理实验。
3
物理实验做什么
1 力学： 碰撞问题 转动惯量 2 热学： 液氮比汽化热 3 光学： 激光、干涉、衍射、透镜成像 4 电磁学： 圆线圈和亥姆霍兹线圈、 谐振电路、电桥 5 近代前沿：量子论实验、X光实验、磁阻效应 6 现代测量技术：示波器的使用、计算机实测 7 数据处理方法：画图、不确定度评定、最小二乘法 拟合等
绪论
1 物理实验的重要性 2 如何做物理实验 3 基础物理实验课的要求
1
1 物理实验的重要性
(1) 什么是基础物理实验 (2) 物理实验在物理学研究与
发展中的作用 (3) 物理实验对物理学在其他
学科中应用的意义 (4) 改变轻视实践的传统观念
2
(1) 什么是基础物理实验？ • 最基本的物理实验，包括力、
北回归线
的实验（约公
元前300）
取自 马世红老7 师pp
埃拉托色尼测定地球周长的实验 （约公元前300） L = 360 800 / 7.2 千米
取自 马老师p8pt
问题2：当你躺在海滩上看到太阳落下而消失在 平静的海面时，如果紧接着站起来，会再一次看到太 阳落下。假如能测出这两次太阳落下对应的时间间隔， 你就可以估计出地球的半径。
动手少，动手时动脑少 不敢、不善于提问
• “提出一大堆假设而不去证明，非常糟的 体验”—复旦陈唯教授
• 学问？主动学习不够，思考不够
实验中或实验报告中的问题 没有自己的问题
39
讨论什么？如何讨论？
慕尼黑工业大学—实验课上助教与同学讨论问题
40
努力培养思考、讨论问题的能力
热、电、光及近代物理实验。 • 理科、工科、医科各专业都普
遍要做的物理实验。
3
物理实验做什么
1 力学： 碰撞问题 转动惯量 2 热学： 液氮比汽化热 3 光学： 激光、干涉、衍射、透镜成像 4 电磁学： 圆线圈和亥姆霍兹线圈、 谐振电路、电桥 5 近代前沿：量子论实验、X光实验、磁阻效应 6 现代测量技术：示波器的使用、计算机实测 7 数据处理方法：画图、不确定度评定、最小二乘法 拟合等
绪论
1 物理实验的重要性 2 如何做物理实验 3 基础物理实验课的要求
1
1 物理实验的重要性
(1) 什么是基础物理实验 (2) 物理实验在物理学研究与
发展中的作用 (3) 物理实验对物理学在其他
学科中应用的意义 (4) 改变轻视实践的传统观念
2
(1) 什么是基础物理实验？ • 最基本的物理实验，包括力、
北回归线
的实验（约公
元前300）
取自 马世红老7 师pp
埃拉托色尼测定地球周长的实验 （约公元前300） L = 360 800 / 7.2 千米
取自 马老师p8pt
问题2：当你躺在海滩上看到太阳落下而消失在 平静的海面时，如果紧接着站起来，会再一次看到太 阳落下。假如能测出这两次太阳落下对应的时间间隔， 你就可以估计出地球的半径。
[工学]物理实验绪论
![[工学]物理实验绪论](https://img.taocdn.com/s3/m/ceecc0330b4e767f5acfcec2.png)
约定2
我们在物理实验中使用 均匀分布、P=100%的K值 ：K 3 来计算B类不确定度。
2019/2/17 50
计算B类不确定度时，K为什么 按均匀分布、P=100%取值？
因为在“国家计量规范”中明确指出服从均 匀 （矩形）分布的测量有： 数字切尾引起的舍入不确定度； 数字化计数器的量化不确定度； 数字示值的分辨力； 平衡指示器调零引起的不确定度； 在缺乏任何其它信息的情况下，一般假设 服从均匀矩形分布。 2019/2/17 51 而我们在实验中所使用的仪器以及测量的情
系统误差的来源
（1）仪器误差 仪器本身有缺陷或使用不当。 （2）理论和方法误差 理论公式的近似性、理论公式成立的 条件不完全满足、实验方法不完善。 （3）实验人员的误差 实验人员的操作习惯、熟练程度、分 辨能力、反应速度等。
2019/2/17 25
• 随机误差：
由偶然因素引起的、大小和方 向不能预料、变化方式不可预知的 误差。 • 随机误差的特点： 具有随机性 服从一定的统计规律
2019/2/17 46
B类不确定度的计算公式
ins u K
K 3
2019/2/17 47
仪器误差（极）限值的获得：
◆对于标准计量器具或仪表，可参照国家计量 部门颁布的技术指标或有关标准，由仪器准 确度等级或最大允许误差得到； ◆对于其它仪器或仪表，可由仪器说明书、 计量检定书得到； ◆在缺乏必要的相关资料的情况下，一般可取 仪器最小分度值的一半； ◆有时可结合测量的具体情况给出一个估计值 “Δ 估计”。
2019/2/17 31
怎样理解总体平均值和 总体标准偏差的意义
总体平均值m是被测物理量真值的最 佳估计值。当系统误差小到可以不考虑 （忽略）时，m就是真值。
物理实验绪论
一、物理实验课的任务1、培养三基能力实验基本知识、基本实验技能、基本实验方法2、自学能力、工作能力、总结能力3、培养科学实验的素养实事求是、不怕困难、主动研究、相互合作、共同探索。
养成实事求是的科学态度和严肃认真的工作作风。
31.基本素质1自觉遵守各项实验规则准时、签名、预习、检查仪器、保持安静卫生2完成规定的实验内容3撰写合格的实验报告4借助的计算工具进行数据处理5具有独立操作能力及团结协作精神。
41借助资料了解实验原理、仪器性能2掌握常用仪器的调节和使用方法P292零位调整、水平与铅直调整、光路共轴调整、消视差调节、恢复仪器初态、先定性后定量原则、回路接线法、避免空程误差等3了解常用的实验方法P283 比较、放大、转换、模拟、干涉、衍射、光谱法、光测法4掌握常用物理量的测量方法长度、时间、质量、温度、电压、电流、电阻、角度等5理解误差的基本知识具有数据处理能力。
一、物理实验项目物理教学实验中心公共物理实验室开设了基础实验、基本实验、提高实验和综合设计性选修实验等四个模块实验理科同学按阶梯式教学法做八个必修实验和六个选做实验。
第二节物理实验课的基本程序物体密度的测量伏安特性测电阻拉伸法测金属丝的杨氏弹性模量直流电桥霍尔效应及磁场的测定迈克尔孙干涉仪的使用示波器的使用分光计的调节和使用光栅测波长实验内容包含基本内容和扩展内容若仅完成基本实验内容该次实验成绩最高分为80分。
----实验地点江阳路北校区10号楼三楼物理实验室6二、实验预习1进实验室预习前先认真阅读教材和相关参考资料。
并写出预习报告的一部分实验目的、原理、仪器实验内容、操作步骤、计算公式、数据表格、注意事项、预习题的回答等可查阅相关实验课件和录象。
熟悉即将使用的仪器的性能以及正确的操作规程。
用自己的语言归纳、总结图文并茂不要照抄教材。
7三、实验操作和数据记录1认真阅读并严格执行实验室的规章制度2仪器检查、布置、安装和调节。
3按实验步骤实验定性观察、定量测量先粗后细6教师审核数据认可签字。
工科物理实验
物理实验报告
实验名称：
班级：
实验日期： 年 月 日
姓名：
学号：
同组人姓名：
目的要求：
仪器：写出主要仪器的名称、规格及编号。
原理：对实验原理进行高度概括总结，用自己的语言，简明扼要地写出实验原理（实验的理论依据）和
测量方法要点，说明实验中必须满足的实验条件。写出数据处理时必须要用的一些主要公式，标明公式中各
2
正确计算和表示测量结果。一般要按先写公式，再带入数据，最后得出结果的步骤，进行每一步的运算。要 求作图的，应按作图规则画图，图必须有图题。
分析讨论：这里是展示同学们独特视点、个性化思考和创造性思维的地方。要对实验中观察到的现象、 实验结果进行具体分析和讨论，常常需要查阅文献以使分析讨论更为深入和有说服力，回答教师指定的问题。
实验和许多科学实验中必不可少的工作。
我们首先来了解一下误差的概念。测量误差就是测量结果与被测量的真值（或约定真值）的差值。测量
误差的大小反映了测量结果的准确度，测量误差可以用绝对误差表示，也可以用相对误差表示。
绝对误差 测量结果 - 被测量的真值
(2.1-2)
相对误差
测量的绝对误差（用百分数表示） 被测量的真值
224随机误差与系统误差的关系系统误差的特征是其确定性而随机误差的特性则是其随机性二者经常是同时存在于一切科学实验中的它们之间也是互相联系的有时难于严格区分我们经常把一些不可定的系统误差看作是随机误差也常常把一些可定的但规律过于复杂的系统误差当作随机误差来处理即使系统误差随机化从而使得部分误差被抵偿以得到较为准确的结果
2．选择适当的测量方法，使系统误差能够被抵消，从而不将其带入测量结果之中。常用的方法有： 1）对换法 就是将测量中的某些条件（例如：被测物的位置）相互交换，使产生系统误差的原因对 测量的结果起相反的作用，从而抵消了系统误差。如用滑线电桥测量电阻时把被测电阻与标准电阻交换位置 进行测量，以及天平使用中的复秤法等。 2）补偿法 如量热实验中采用加冰降温的办法使系统的初温低于室温以补偿升温时的散热损失，又 如用电阻应变片测量磁致伸缩时的热补偿等。 3）替代法 即在一定的条件下，用某一已知量替换被测量以达到消除系统误差的目的。例如，用电 桥精确测量电阻时，为了消除仪器误差对测量结果的影响，就可以采用替代法，不过这里要求“指零”仪器 应有较高的灵敏度。 4）半周期偶数测量法 按正弦曲线变化的周期性系统误差（如测角仪的偏心差）可用半周期偶数测 量法予以消除。这种误差在 0°，180°，360°处为零，而在任何差半个周期的两个对应点处误差的绝对值 相等而符号相反，因此，若每次都在相差半个周期处测两个值，并以平均值作为测量结果就可以消除这种系 统误差，在测角仪器（如分光仪，量糖计等）上广泛使用此种方法。 2.2.2 随机误差 一般情况下，在相同条件下，对同一物理量进行多次重复测量时，在极力消除或改正一切明显的系统误 差之后，每次测量结果仍会出现一些无规律的随机性变化（实际上系统误差未消除时，这种随机性变化也同 样会表现出来）。如果测量的灵敏度或分辨能力足够高，就可以观察到这种变化，我们将这种随机性变化归 结于随机误差的存在。和系统误差不同的是，随机误差的出现，从表面上看是毫无规律的，似乎是偶然的， 但如果测量次数很多，结果中就显现出明显的规律。例如，误差值一定的数值出现的几率是相同的，绝对值 小的误差较绝对值大的误差出现的几率大，其算术平均值随着测量次数的增加而越来越趋近于零等。 综上所述，随机误差是在对同一被测量在重复性条件下进行多次测量的过程中，绝对值与符号以不可预 知的方式变化着的测量误差的分量。这里，重复性条件包括：相同的测量程序；相同的观测者；在相同的条 件下使用相同的测量仪器；相同地点；在短时间内重复测量等。这种误差是由实验中各处因素的微小变动性 引起的。例如实验装置和测量机构在各次测量调整操作上的变动性，测量仪器指示数值上的变动性，以及观 测者本人在判断和估计读数上的变动性等等。这些因素的共同影响就使测量值围绕着测量的平均值发生涨落 变化，这种变化量就是各次测量的随机误差。 随机误差的出现，就某一次测量值来说是没有规律的，其大小和方向都是不可预知的，但对于一个量进 行足够多次的测量时，则会发现随机误差是按一定的统计规律分布的。常见的统计分布有正态分布、ｔ分布、 平均分布等。 随机误差的分布特性与处理： （1）在多次测量时，正负随机误差大致可以抵消，因而用多次测量的算术平均值表示测量结果可以减 小随机误差的影响； （2）测量值的分散程度直接体现随机误差的大小，测量值越分散，测量的随机误差就越大。因此，必 须对测量的随机误差做出估计才能表示出测量的精密度。 下面简单介绍实验数据与误差处理最常用的正态分布和ｔ分布. 1．正态分布 正态分布(又称高斯分布)是误差理论中最重要的一种分布。从概率论的“中心极限定理”可知，一个随 机变量如果是大量相互独立的、微小因素影响的总效果，这个随机变量就近似地服从正态分布。物理测量中 的随机误差，往往是观察者不能控制的大量偶然因素作用的结果，所以大多数物理测量服从正态分布。
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实验报告返还
必做：任课教师在下一次实验课时将批改后的 实验报告返还。 选做：四周后请班长择机到实验中心办公室 （田家炳楼南楼209室）取钥匙，田家炳楼二 楼大厅东侧“理工选做发报告柜”按班级号统 一取回后发给班上各位同学。
成绩管理
本课程总成绩：由必做实验、选做实验、理论 测试,班级成绩规格化因子等诸元素综合评定；必 做和选做实验成绩由实验预习、操作能力、实验 报告等几方面评定。 缺席两次以上(含两次)实验，则重修。
2.必做实验： 第三周开课 实验内容：
l 用三线扭摆法测定物体的转动惯量：实验4 l 静态拉伸法测弹性模量：教材实验9-1 l 模拟示波器的使用：教材实验20-1 l 霍尔效应的研究&利用霍尔效应测磁场：教材 实验21&22(这个实验包括两个项目，预习时注 意两个实验都要预习) l 分光计的调节和棱镜材料折射率的测定：教材 实验25-1
3.选做实验： 第五周开课，第四周起登陆实验中 心网站选课预约。每位同学选2个实验项变选课时间， 至少提前1天在“网络选课系统”中删除原选课后， 方可在剩余教学资源中进行重选（课程资源有限， 删除选课时请慎重）。选了实验没有做，视为旷 课。
刷卡派位：选做实验采用一卡通刷卡派位开启 电源，各位同学务必携带一卡通上课
不得进行本次实验）
上午 9:45--12:45 晚上18:15--21:15
下午13:45--16:45
实验教材、讲义和报册：教材《大学物 理实验》有印刷错误，勘误表见网站通 告栏；物理实验报告册和方格纸可由班 长到学校教材科统一购买，建议平均每 个实验准备1本报告册和1张方格纸。
课后实验报告——要求完整而规范
物理实验绪论
物理实验课程的教学要求
课前预习——物理实验的重要环节
课前预习
课前必须预习 ！！！
明白实验原理、方法、做什么以及怎么做实验 知道实验中的注意事项和预习中存在的问题
课前预习完成实验报告本上“预习报告”的内容
设计出 原始数据的表格！！！
预习合格者进行实验，不合格者重新预习，下次
课内实验——注意事项
如有遗失或损坏仪器等情况发生，及时向 指导教师报告，教师将酌情按有关章程处 理。 实验完毕经指导教师审核签字后方可结束 实验。无特殊情况未经任课教师允许，不 得提前离开实验室
实验课应注意安全，正确使用、爱护仪器，
课内实验——注意事项
牢记上课时间：（迟到超过20分钟的同学
其他注意事项
.请经常关注实验中心网站信息： 或东大主页“人 才培养”→“示范中心。
.我校大学物理实验课程已入选国家精品资源共 享课程，教育部“爱课程”网免费开放课程的学 习资源。网站中有相应的实验项目的教学录像和 课件等，其中“模块一 物理实验绪论”中有五段 实验理论课的课堂教学录像、教学课件、试卷参 考、教材中的习题和答案。同学们可以在“爱课 程”网免费注册后就能共享完整的学习资源。
再进行实验。
预习成绩计入实验总分。
课内实验——要细致耐心
实验课必须携带：实验教材、已完成相应预习 内容的实验报告本、方格纸、计算器及必备的文 具。选做实验须携带一卡通，在实验中心各楼层 刷卡机上刷卡开启实验桌电源 实验课非数据测量课，实验时应严肃认真，胆 大心细；努力训练独立分析和解决问题的能力。 养成严谨求实的实验作风及良好的实验习惯。 如实记录原始数据（勿用铅笔），不能凑数据、 造数据，抄袭数据一经发现，该次实验成绩记零
1、实验名称：明确做什么实验！ 2、实验目的：明确实验要求达到的目的，以便 检验实验后的效果！ 3、仪器设备：写清仪器设备的名称、型 号和规格，以及实验仪器的编号。 4、实验原理：简要原理(或定律)及计算 公式(光学、电磁学等实验，还要画出光路图 或电路图)；
课后实验报告——要求完整而规范
5、实验步骤 ： 实验中所做过内容的简要步骤 6、实验数据表格及数据处理：包含原始数据 的表格、计算、图表、误差分析等 7、实验结果：实验的结论 8、分析讨论 ： * 实验结果是否合理及实验误差分析 * 实验中存在的问题及需要改进的地方 * 好的 意见和建议
课后实验报告递交：每次实验课后 一周内递交
必做：交至田家炳楼二楼大厅东侧 “理工必做交 报告柜”的对应实验时间和任课教师的报告箱中； 选做：交至田家炳楼二楼大厅东侧 “理工选做交 报告柜”的对应任课教师报告箱中。 注意：交报告请务必看清报告箱标识，切勿交 错，避免教师无法拿到报告而影响成绩。实验报告 首页上写清楚实验项目、实验时间（注明上午、下 午还是晚上）、任课教师等详细信息，这样若有教 师或学生捡到您的报告册可根据此信息递送给相关 教师。
重修：理工科物理实验分为两学期，两学期各 有其相应的成绩和学分。物理实验不设置补考， 若某学期实验总评成绩不及格，只能进行重修。
课程安排
1.物理实验基础理论考试：时间定在第11周，具 体时间到时会在教务处和实验中心网站出通知。 内容为: 绪论课授课内容（~50%）
基于做过的前4个实验项目出的实验题（~50%）
本次课教学内容
测量误差及不确定度 有效数字及其运算规则 实验数据处理方法
物理实验基本仪器的原理和使用: 通知学生复习中学知识，自学实验1和13
测量误差及不确定度
物理学
实验
测量 直间 接接 测测 量量
准确度（近似）
从几个直接测 量量按一定的 函数关系求出 待测量的操作
用计量仪器 直接与待测 量进行比较 的操作
科学表达实验（测量）结果
测量结果=测量值±误差
（有效数字）
数值、单位、误差（不确定度）是国际科学 数据通用语言
4.必做实验补做： 必做实验因特殊原因（需出具相关证明）缺做的 同学可在原任课教师班上插班补做。 若原任课教师该实验项目的教学周已经轮过，则 学生必须填写补做单（实验中心网站下载或到田 家炳楼南楼209室取），经原任课老师签字同意后 方可凭补做单在其他时间插班补做，且补做实验 报告(连同补做单)需交给原任课教师批改,没有任 课教师签名的补做单和补做报告视为无效。