大学物理实验绪论.ppt

2019-10-13
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物理实验是对物理现象、运动规律的定
量的认识，当然离不开测量，但决不仅仅是
测量，还需从一定的理论出发，对测量数据
加以分析，归纳出有关结论。
它包含着：理论—实验方法—仪器选
择—测量—数据处理—结果分析等环节，可
见物理实验包括测量，但物理实验决不是单
纯的测量。
2019-10-13
一步。 2019-10-13
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教学实验是以传授知识、培养人才为 目的。其目标不在于探索，而在于培养学 生未来进行探索的基本能力。教学实验都 是理想化了的，排除了次要干扰因素，经 过精心设计准备，是一定能成功的。尽管 如此，教学实验的地位仍然是非常重要的。 因为教学实验担负着培养学生科学素质的 任务。
I C
C
I
2019-10-13

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用压电传感器 测驾驶员座椅的 受力分布。
粮食烘干装置
I0
I
2019-10-13
传送带 待测粮食
待测粮食的含水量与
反射光强 I 有关
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干涉计量法:现代精密计量的基础。
待测平面
待测平面
平晶
平晶
2019-10-13
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从而分别获得1929年和1937年的诺贝尔物理
2019-10-13
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学奖。
物理伟人爱因斯坦曾称这是照亮 我们最难解开物理学之谜的第一 缕微弱的光。并提名德布罗意获 诺贝尔奖。
2019-10-13
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1895年伦琴在实验上发现了新的电磁辐射， 并称其为X射线（它是由高速电子轰击重元素靶 而产生的波长在nm量级的电磁辐射）。 X射线 的发现进一步推动气体中电传导的研究。 J.J 汤姆逊说明了被X射线照射的气体具有导电性是 由于X射线引起分子电离而使气体带有电荷。这 给劳伦茨创立电子论提供了实验基础。而电子 理论又给Zeeman效应，即光谱线在磁场中会分 裂，这一事实以理论解释。这一连串的事实关 系表明了实验物理和理论物理之间的密切关系 和20相19-1互0-13激励而共同推进感谢你物的欣理赏 学发展的进程。 11
பைடு நூலகம்
I
I
I 感谢你的欣赏
V V I R IV I R
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其特点是
增加测量次数不能减少， 只能从方法、理论、仪器等方 面的改进与修正来实现。表现 出恒偏大、恒偏小或周期性的 特点。
2019-10-13
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系差分类（按其可掌握程度分）：
已定系差：指误差取值的变化规律及其符号 和绝对值都能确切掌握的误差分量。 修正公式为：已修正结果=测量值（或平均 值）-已定系差
1、数值分布在x S，x+S的概率为68.3%。 2、数值分布在x 2S，x+2S的概率为95.4%。 230、 19-1数0-13值分布在 x 3感S谢，你的x欣+赏 3S 的概率为99.7%。44
x 2S x x 2S
数值分布在x 2S，x+2S的概率为95.4%。
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2019-10-13
下降时受空气
阻力f与下落速度v
乃至V 2成正比，则
v增大一定值时， 有 f=mg。物体将 作匀速直线运动， 下落物体的极限速 度约为 V极 50m / s
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h实 h理
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人为
心理因素.因紧张,在量血压时,较正常 偏大等。
生理因素
听觉 嗅觉
对音域（20HZ--20KHZ） 的辨别。 对音色的辨别。
2019-10-13
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学生的任务主要是积累知识、提高能力和培 养素质。某种意义上说，不管学生自己是否 意识到，实际都在建造自己通向未来事业高 峰的阶梯。每个人建造阶梯的过程和结果取 决于诸多主客观因素，会有所不同。无论如 何总以明确目标自觉行动为先。
2019-10-13
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14
2019-10-13
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仪器误差
天平不等臂所造成的
系统误差
2019-10-13
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aA
bB
a A
O
b
B
不偏心时，由于
aa bb， 所以
由于偏心，使之用弧长
反映角度 时产
生的系统误差。如：
可用弧长反映角度的 大小。
造A成A的B。B 这是由偏心
2019-10-13
正是靠着实验和理论的相互配合激励，探索
前进，从而使人类对于自然基本规律的认识
不断向前发展的。 2019-10-13
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这种相互促进、相互激励、相互完善的过 程的实例是数不胜数的...
2019-10-13
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1924年法国人德布罗意（De. Broglie） 在光的微粒性的启发下，明确提出了实物粒 子具有物质波动性，即波和粒子的缔合概念。 通常人们将它描述为波粒二重性，即p=h/λ， 这是一个大胆而伟大的假设。
腊文(υσιξ)，意为自然。其现代内涵 是指研究物质运动最一般规律及物质基本 结构的科学。
物理学是实验科学，凡物理学的概念、
规律等都是以客观实验为基础的。因此物
理学绝不能脱离物理实验结果的验证，实
验是物理学的基础。 2019-10-13
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实验是有目的地去尝试，是对自然的积极探 索。科学家提出某些假设和预见，为对其进 行证明，筹划适当的手段和方法，根据产生 的现象来判断假设和预见的真伪。因此科学 实验的重要性是不言而喻的，其中物理实验 自然也雄居要位。
色觉
视觉
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环境
输入
光点检流计
接近时，静
市电的干扰
电干扰，使 光斑移动等
2019-10-13
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方法
内接
VR
VA
A
外接
IR A
V
V
用V作为VR的近似值
IV
时，求
R V VR VA
RV I
I
I
VR VA VR
2019-10-13
在实际测量中，由于真值是不可知的，且测量次数也 不可能是无限的，通常用n次测量值的算术平均值 x 作为 测量值的最佳估计值。
2019-10-13
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放大法：通过某种方法将被测量 放大后，再进行测量。
如：螺旋测微计测长--d
20 0
把螺纹细分而进行放大。
2019-10-13
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补偿法：用在标准量具上产生的精度很高
的某种效应，完全补偿由待测量产生的同
种效应，得到未知量的方法。
Ex
如：电位差计
I=0
2019-10-13
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图示
3σ准则又称为拉依达准则
x 3S
xx
x 3S
x 2019-10-13x S x S
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xS x xS
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随机差基本特征
2019-10-13
xs x xs
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标准偏差
xi
2019-10-13
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测量列的随机误差估计
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非电量电测
利用声波反射，判断前方障碍物
（冰山、暗礁、船只、鱼群等）。
2019-10-13
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非光量的光测
直角反射器
月球
地球
通过测发射与接收两光信号的时间
t 2 53秒，在C已知的条件下，可知 地球、月球之间距离为38万公里。激光
具有良好的方向性。故制成各种激光测
距仪。 2019-10-13
E0
Ex
Ex
I=0
I=0
E0
E0
2019-10-13
E 小时 x
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Ex大时
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模拟法：对不易测量的量，用对模型 的测量代替对原型的测量。
导电介质
+q
-q
2019-10-13
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转换法：对无法直接测量的量，转换 为对该量所产生的某种效应进行测量。 如：测酸、碱、盐溶液的浓度.
3 科学实验和教学实验
科学实验是为了试图验证某些预测或获
取新的信息，通过技术性操作来观测由预先
安排的方法所产生的现象。科学实验是探索
的过程，可能成功也可能失败，其结果是可
能符合预期也可能有否定预期的，当然还可
以有意外收获，并得到未曾预期的成功。 每
一次科学实验的成功再一次揭示出自然界的
奥秘，使人类在认识自然的道路上又前进了
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2 物理理论和物理实验
整个物理学的发展史是人类不断深刻
了解自然，认识自然的过程。实验物理和理
论物理是物理学的两大支柱。实验事实是检
验物理模型和确立物理规律的终审裁判。物
理理论则是对实验观测结果的归纳和总结，
并在此基础上去解释新的实验结果和预测新
的实验现象。两者相辅相成，相互促进，恰
如鸟之双翼，人之双足，缺一不可。物理学
未定系差 ：指不能确切掌握误差取值的变 化规律及其符号和绝对值的系差分量。
仪表的基本允许误差主要属于未定系差。
2019-10-13
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3.2.随机（偶然）误差
是重复测量中以不可预知的方式变化的误差 分量。
随机误差特点：随机性、服从统计规律
测量结果变化不定，其值与真值之差时正时负，时 大时小，并且分布于某一范围之内，服从于统计规 律。这类误差无法避免，也无法直接消除与修正。 当测量次数趋于无穷时，随机误差服从正态分布规 律。 随机误差来源：实验条件和环境因素无规则的起伏 变化，引起测量值围绕真值发生涨落的变化。
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真值
2.真值
2019-10-13
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误差
3.测量误差

xa
2019-10-13
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3.1. 系统误差（简称系差）
是重复测量中保持恒定或以一定规律变 化的误差分量。
系差特点：确定性、有规律性、可修正性
系差来源：仪器不完善或使用不当；环境的恒定因 素；理论或方法误差；实验者生理或心理的固有特 点等。 系统误差表现在一系列重要测量中测量结果差不多 都朝着相同方向偏离真值一定值。系统误差可以通 过检查改进实验方法或测量设备引进相应的修正值， 使之尽量减少，可在实验前，预见一切可能产生系 统误差的来源，设法测量之，并从计算中消去之。
大学物理实验
绪论
安徽三联学院 实验中心
2019-10-13
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科学 定义
是如实反映客观事物固有规律的系统 知识。是对一定条件下物质变化规律的总 结。 特点：可重复性，可证伪，自身没有矛盾。 科学与非科学的根本区别在于假设能否被 验证。
2019-10-13
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一 序言
1 物理学与实验 物理学一词(φυσικη) 源于希
4 结论
物理实验课是一门基础实验课，是知 识的底层，这底层的重要性是不言而喻的。
希望同学们充分发挥主观积极因素， 提高学习效益，切莫辜负好时光。
2019-10-13
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“基础知识部分” 一、误差概念
2019-10-13
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测量：利用合适的工具，确定某个给 定对象在某个给定属性上的量的程序 或过程。
几种测量方法
2019-10-13
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方法
比较、放大、补偿、 模拟.
转换 非电量电测
非光量的光测
干涉计量
比较法 是将被测量与相关标准量进行
直接或间接比较,得到测量值的方
法。
2019-10-13
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如：米尺.电表都是根据比较法设计 而成的仪器。
0
10
X
50 100 200
m A
2019-10-13
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理论上美妙的假设和推论，要成为被公认 的物理规律，必须有实验结果的验证。德 布罗意指出可以通过电子在晶体上的衍射 实验来证明他的假设。
1927年，美国科学家戴维孙（C.J.Davisson）和 盖尔末(L.H.Germer)用被电场加速过的电子束打 在镍晶体上，得到衍射环纹照片。从而计算并证 实了p和λ之间关系的假设，使德布罗意的理论得 以被公认。
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理论 由于理论推导中的近似,产生的
系统误差
如： B nI 0 螺线管为无限长，管壁磁漏可
忽略。
2019-10-13
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公式 h 1 gt 2（忽略了空气阻力等）
2
2019-10-13
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意大利科学 家伽利略在比 萨斜塔上做的
铁球落地实验 。两个不同重 量的铁球从高 处落下，同时 着地。说明理 论在一般情况 下都能较准确 地反映物体真 实的运动规律
2019-10-13
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正态分布
x

1 lim x n
n i 1
xi
xs x xs
n
(xi x )2
s x x i1
n 1
称为正σ态分布的标准偏差， 表征测量的分散性。
2019-10-13
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43
图示
xS x xS
3σ准则又称为拉依达准则
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1.测量分类
直接测量
测量
间接测量
单次测量 多次测量
等精度测量 不等精度测量
等精度测量： 对某一物理量进行多次测量，且每次测量条
件都相同。（如同一观察者，同一组仪器，同 一测量方法和同样环境条件下测试等等。）
不等精度测量：
在所有的测量条件下，只要有一个发生变化，
所20进19-1行0-1的3 测量为不等精感谢度你的欣测赏 量。