大学物理实验基础知识(1)
大学物理1(上)知识点总结
大学物理1(上)知识点总结一维运动学参考系是用来确定物体位置的物体。
为了进行定量描述，需要在参考系上建立坐标系。
位置矢量（位矢）是从坐标原点引向质点所在位置的有向线段，用矢量r表示。
位矢用于确定质点在空间中的位置。
位矢与时间t的函数关系为：r = r(t) = x(t)i + y(t)j + z(t)k其中i、j、k是坐标轴的单位向量。
运动方程是指位移矢量Δr = r(t+Δt) - r(t)。
位移矢量是质点在时间Δt内的位置改变。
轨道方程是质点运动轨迹的曲线方程。
速度是质点位矢对时间的变化率。
平均速度定义为单位时间内的位移，即Δr/Δt。
速率是质点路程对时间的变化率，即v = ds/dt。
加速度是质点速度对时间的变化率，即a = dv/dt。
在圆周运动中，有法向加速度和切向加速度。
法向加速度的方向沿半径指向曲率中心（圆心），反映速度方向的变化。
切向加速度的方向沿轨道切线，反映速度大小的变化。
角速度的方向沿轨道切线，反映速度方向的变化。
对于两个相互作平动的参考系，有r'pk = rpk + rkk'，vpk= vpk' + vkk'，apk = apk' + akk'。
掌握位置矢量、位移、速度、加速度、角速度、角加速度等描述质点运动和运动变化的物理量，明确它们的相对性、瞬时性和矢量性。
理解法向加速度和切向加速度的物理意义；掌握圆周运动的角量和线量的关系，并能灵活运用计算问题。
理解XXX坐标、速度变换，能分析与平动有关的相对运动问题。
功是力和位移的标积，即dA = F·dr = Fds·cosθ。
对质点在力作用下的有限运动，力作的功为A = ∫F·dr。
在直角坐标系中，此功可写为。
角动量定理指出，质点所受的合外力矩等于它的角动量对时间的变化率。
其中，质点的角动量可以表示为L=r×p=r×mv，其中r为质点到某一固定点的位置矢量，p为质点的动量。
大学物理实验误差理论
• 误差的表示方法： 误差的表示方法： ∆x × 100% －绝对误差 ∆x －相对误差 E = • 误差分类 －系统误差
x
－随机误差
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系统误差
• 定义：在相同条件下多次测量同一物理量时，其误差的大小和符号 定义：在相同条件下多次测量同一物理量时，
保持不变， 或按某一确定的规律变化，这类误差称为系统误差。 保持不变， 或按某一确定的规律变化，这类误差称为系统误差。
• 区别：产生的原因不同、误差的性质和处理的方法不 同。前者是非统计量，处理方法针对具体的实验情况 来确定；后者是随机量，在处理上有一套完整的统计 方法。 • 共同之处：系统误差与随机误差都是测量误差的一个 随机误差都是测量误差的一个 分量
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精密度、准确度、精确度
• 精密度高：指随机误差小，测量的 随机误差小，测量的数据很集中。 • 准确度高：指系统误差小，测量的平均值偏离真值小。 系统误差小，测量的平均值偏离真值小 系统误差 • 精确度高：指随机误差和系统误差都非常小，才能说 随机误差和系统误差都非常 系统误差都非常小，才能说 测量的精确度高。
4
测量的要素
• • • • •
测量对象 测量手段（仪器、方法） 测量手段（仪器、方法） 测量结果 测量单位 测量条件
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测量误差及其分类
误差∆x＝测量结果 误差 ＝测量结果x －真值 x0 • 误差特性：普遍性、误差是小量 误差特性：普遍性、
– 由于真值的不可知，误差实际上很难计算 由于真值的不可知， – （有时可以用准确度较高的结果作为约定真值来计 算误差） 算误差）
①小误差出现的概率比大误差出现的概率大； 小误差出现的概率比大误差出现的概率大； ②多次测量时分布对称，具有抵偿性——因此取多次测量的平 多次测量时分布对称，具有抵偿性 因此取多次测量的平 因此 均值有利于消减随机误差。 均值有利于消减随机误差。
大学物理实验知识点整理
一、光谱实验1、氢、钠原子光谱实验观察到的线系。
氢原子：巴尔末线系钠原子：主线系、锐线系、漫线系、基线系2、光电倍增管的工作原理。
光阴极在光子作用下发射电子，这些电子被外电场或磁场加速，聚焦于第一次极。
这些冲击次极的电子能使次极释放更多的电子，它们被聚焦在第二次极。
这样，一般经十次以上倍增，放大倍数可达到108～1010。
最后，在高电位的阳极收集到放大了的光电流。
输出电流和入射光子数成正比。
整个过程时间约10-8秒。
3、光谱仪的构成及工作原理由光学系统、电子系统、软件系统构成光源发出光束进入入射狭缝S1，经准光镜M1反射成平行光束投向平面光栅G上，衍射后的平行光束经物镜M2成像在S2上，或经M2和M3平面镜成像在S3上。
电子系统接收光信号并转换为电信号，后经过信号放大系统，并通过A/D转换系统将模拟信号转换成数字信号，导入软件系统，对数据进行处理。
4、什么是量子缺？怎么测量？量子缺△l是指在能级分裂过程中产生的量子亏缺，是一个与主量子数和轨道量子数都有关的修整数。
在Na原子光谱实验中，通过测量谱线波长，得到波数差，然后查里德伯表得到m、n，利用线性插值法得到a值，代入计算式n-△l=m+a求出△l。
5、狭缝宽度和高压对测量结果的影响对测量结果无影响。
但对仪器的分辨率有一定关系，会在一定范围内影响观测效果。
6、氢、钠实验中，所用到的光源、分光元件、光强探测器分别是什么？氢：氘灯、平面衍射光栅、PMT钠灯、平面闪耀（反射）光栅、CCD和PM T；二、真空技术1、粗真空、低真空、高真空区域的划分粗真空：105——1330Pa 低真空：1330——0.13Pa 高真空：0.13——1.3*10-6Pa2、机械泵规格的含义2X-8中2表示双级，8表示抽速为8L/S3、油扩散泵中扩散的含义利用气体扩散原理现象来抽气；扩散泵油被加热沸腾后产生的高压蒸汽流经导流管传到上部，遇冷由伞形喷口向下高速喷出，使被抽气体构成一个向出口方向运动的射流。
大学物理光学实验基本常识和知识
大学物理光学实验基本常识和知识一.基本常识1.所有光学透镜（透镜、平面镜、棱镜、光栅、波片、偏振器、分光镜等）的透光面不能用手触摸，需要清洗时必须使用专用透镜纸。
2.用于固定透镜的支架上的固定螺钉和调整螺钉应轻微扭曲。
3.白炽灯是复色光源（白光－由红、澄、黄、绿、青、蓝、紫色光混合而成）；汞灯是由部分线状谱的光混合成的复色光源；钠灯是准单色光源（有两条非常相近的波长），可以用于干涉实验的光源，只是光强较弱不方便观测；激光是单色光源（一种波长），是用于干涉实验的光源。
4.对于实验中使用的光学仪器，在进行实验之前，首先了解调节功能、各部分的功能和调节范围，以及秤的读数方法。
二、基本知识1.光学实验仪器（如：分光计、迈克尔逊干涉仪、读数显微镜、棱镜摄谱仪），可以用来做多种测试实验。
分光计可以用于三棱镜的顶角角度测量，某一波长的色散及色散曲线（n-λ曲线）测量，光栅衍射及光谱观测，某透明体的折射率测量。
实验用光源有汞灯、钠灯或激光器。
迈克尔逊干涉仪可以用于未知激光波长的实验测量，微位移的测量，当用平行光入射时，还可以进行面形、面形变、气体折射率或温度场的实验观测。
读数显微镜以钠灯为光源可以进行微小尺寸、球面半径的测量，还可以进行固体热胀系数、液体折射率等的测量。
棱镜摄谱仪可为了捕捉各种光源（多色光）的光谱，还可以测量线性光的波长。
2.在光具座上可进行的光学实验有：薄透镜的焦距测定，典型光学系统（显微镜、望远镜）的设计，偏振现象的观测，双棱镜的干涉、激光或钠光灯的波长测量等。
3.可以在光学平台上进行各种光学实验。
除了上述光学实验外，还可以进行许多设计和研究实验、全息干涉测量或全息图实验。
4.全息照相分为两个步骤：全息记录和再现。
从物理角度说，全息记录是两束光（物光和参考光）的干涉图样的拍摄和冲洗；全息再现是通过干涉图片产生的衍射图像。
5.对于所有干扰实验，防震是最重要的要求。
其次，根据光的时间相干性，用于干涉的两个激光束（或钠光）只能与一个光源（振幅或波面）分离，两个光束之间的光程差不能太大。
大学物理演示实验(一)
大学物理演示实验（一）引言：大学物理演示实验是物理学学习中的重要组成部分，通过实验可以加深学生对物理学原理的理解，并培养其实践能力和观察力。
本文将介绍一些大学物理演示实验的方法和技巧，以及实验过程中需要注意的细节。
正文：一、实验器材准备1. 确定实验目标：在开始实验之前，确定实验的目标和预期结果，以便选择合适的实验器材和测量方法。
2. 选择合适的器材：根据实验目标选择合适的器材，包括仪器设备、样品和探测器等。
3. 检查器材质量：在开始实验之前，要仔细检查实验器材的质量和状态，确保其正常运行和使用。
二、实验操作步骤1. 准备实验样品：根据实验需要，准备好实验样品，并保证其质量和状态符合实验要求。
2. 实验器材的调校：在实验开始之前，要进行器材的调校和适当的校准，以确保测量结果的准确性。
3. 实验参数设定：根据实验要求，设定实验参数，如实验温度、电流大小等。
4. 实验记录和数据处理：在实验过程中，要及时记录实验数据，并对数据进行适当的处理和分析，以得出结论。
5. 实验安全措施：在实验过程中，要严格遵守实验安全规定，保证实验的安全运行。
三、实验注意事项1. 注意实验环境：确保实验室环境安全和整洁，防止杂物干扰实验结果。
2. 注意实验时间安排：合理安排实验时间，确保实验能够顺利进行，并预留足够的时间进行数据处理和分析。
3. 注意实验技巧：掌握相关的实验操作技巧，以提高实验的效率和准确性。
4. 注意实验数据准确性：在记录实验数据时，要尽量保证数据的准确性，避免误差的发生。
5. 注意实验细节：在进行实验时，要注意实验细节和注意事项，如保持实验器材的干燥和清洁等。
四、实验结果和分析1. 数据处理和分析：根据实验数据，进行适当的数据处理和分析，例如计算平均值、标准差等统计量，并进行误差分析。
2. 结果展示：将实验结果以适当的图表形式展示出来，以便更好地理解和比较实验结果。
3. 结果解释和讨论：对实验结果进行解释和讨论，分析实验现象和原理之间的关系，并与理论结果进行比较和验证。
物理实验习题与指导
物理实验习题与指导03(总19页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--大学物理实验复习题一、基础知识部分（误差与不确定度、数据处理、基本测量与方法）（一）问答题1、什么叫测量、直接测量、间接测量（看教材）2、什么叫随机误差随机误差的特点是什么（看教材）3、什么叫系统误差系统误差的特点是什么（看教材）4、下列情况哪些是属于随机误差，哪些是属于系统误差？(从定义角度考虑)（1）经校准的秒表的读数误差。
（2）在20℃下标定的标准电阻，在30℃下使用引起的误差。
（3）分光计实验中的偏心误差。
（4）千分尺的“零点读数不为零”引起的误差。
（5）读仪表时的视差。
（6）因为温度的随机变化所引起的米尺的伸缩，而用该米尺测长所引起的误差。
（7）水银温度计毛细管不均匀。
（8）仪表的零点不准。
5、什么叫误差、绝对误差、相对误差、视差、引用误差、回程误差、偏差、残差、示值误差、读数误差、估读误差、标准差（查相关资料一般了解）6、误差的绝对值与绝对误差是否相同未定系统误差与系统不确定度是否相同（从定义出发）7、什么叫不确定度、A类不确定度、B类不确定度（从定义出发）8、不确定度与不准确度是否相同（看教材一般了解）9、什么叫准确度、正确度、精密度（从打靶角度分析）10、对某量只测一次，标准误差是多少（不变）11、如何根据系统误差和随机误差相互转化的特点来减少实验结果的误差（如测金属丝的平均直径和直径的平均值）12、测量同一玻璃厚度，用不同的测量工具测出的结果如下，分析各值是使用哪些量具测量的其最小分度值是多少（自做答案）（1） (2) (3)13、有一角游标尺主尺分度值为1°，主尺上11个分度与游标上12个分度等弧长，则这个游标尺的分度值是多少（参考游标卡尺原理）14、逐差法使用的条件与优点是什么（参考教材）15、使用贝塞尔公式的条件是什么（等精度测量，n>=3）16、数据处理时，为什么采用“小于五则舍、大于五则入、等于五则凑偶”的修约规则（为使舍、入几率相等）17、如何从实验中测得的直线关系的x-y值求出该直线的斜率？（答案自做）18、作图规则和注意事项是什么（看教材）19、什么叫有效数字有效数字的位数如何取定（看教材规定）20、不确定度的有效数字位数如何取（看教材规定）21、用天平测量固体密度是有几种方法分别适合什么样的物体（自做答案）22、某长度测量值为１.２３５ｍ，则所用测量仪器是下列中的哪一种为什么１）千分尺２）５０分卡尺３）２０分卡尺４）米尺23、天平有哪几部分组成，使用时应注意什么，操作过程如何使用升降手柄（看教材）（重点掌握）（二）填空题1．指出下列各数是几位有效数字.25⨯2S10（4）×10-102．把下列各数取三位有效数字.１）１.０７５２）０.８６２４９３）２７.０５２４）８.９７１⨯１０6-５）３.１４１５６）０.００２００００结果：１）＿＿２）＿＿３）＿＿４）＿＿５）＿＿６）＿＿3．用正确表达式写出下列结果：１）Ａ＝１７０００±１０００ｋｍ２）Ｂ＝１.００１７３０±０.０００５ｍ３）Ｃ＝１０.８０００±０.２ｃｍ４）Ｄ＝９９.５±０.８２0Ｃ正确表达式为：１）＿＿２）＿＿３）＿＿４）＿＿4．单位变换：１）Ｌ＝（３４.８５±０.０５）ｃｍ写成以μｍ．ｍｍ．ｍ．ｋｍ为单位．２）ｍ＝（２０１.７５０±０.００１）ｋｇ写成以ｇ．ｍｇ．ｔ为单位．5．根据有效数字运算规则改正错误（请将正确的运算结果写在括号内）：１）２１６０５－１.３２＝２１５.１８（）２）０.０２２１⨯０.０２２１＝０.０００４８８４１（）３）４００⨯１５００／１４２.６０－１１.６＝６０００００（）4）５２１.２⨯２％＝１０.４（）5）９８.７５４＋１.３＝（）6）１０７.５０－２.５＝（）7）１１１⨯０.１００＝（）8）２３７.５÷０.０１＝（）9）７６.００÷（４０.００－２.０）＝（）10）５０.０００⨯（１８.３０－１６.３）／１０３－３.０⨯（１.００＋０.００１）＝（）11）１０００.０⨯（５.６＋４.４１２）／（７８.００－７７.０）⨯１０.０００＝（）6．更正下面的结果表达式.（1）X=±，更正为：＿＿（2）X=3.4⨯±3CM，更正为：＿＿1065（3）X=+，更正为：＿＿（4）V=×10-2cm/s±×10-4cm/s写成。
大学物理实验复习资料
大学物理实验复习资料大学物理实验复习资料大学物理实验是物理学专业学生必修的一门课程，通过实验的方式来加深对物理理论的理解和应用。
在这门课程中，学生们将亲自动手操作实验仪器，进行各种实验，从而提高实验技能和科学素养。
为了帮助大家更好地复习这门课程，本文将提供一些有关大学物理实验的复习资料。
1. 实验基础知识在进行大学物理实验之前，我们需要掌握一些实验基础知识。
首先是实验室安全常识，包括实验室的安全规定、常见实验室事故的预防和应急处理等。
其次是实验仪器的基本原理和使用方法，比如万用表、示波器、电源等。
此外，还需要了解一些常用的实验技术，如测量、数据处理和误差分析等。
2. 实验内容回顾大学物理实验通常包括力学、电磁学、光学、热学等方面的内容。
在复习时，我们可以按照这些方面对各个实验进行回顾。
例如，在力学实验中，我们可以回顾弹簧振子、简谐振动、牛顿定律等实验。
在电磁学实验中，可以回顾电磁感应、电路分析、电磁波等实验。
在光学实验中，可以回顾干涉、衍射、透镜成像等实验。
在热学实验中，可以回顾热传导、理想气体定律、热力学循环等实验。
3. 实验技巧总结在进行大学物理实验时，掌握一些实验技巧是非常重要的。
首先是实验记录的技巧，包括实验数据的记录、图表的绘制和实验结果的分析。
其次是实验操作的技巧，如如何准确地测量、如何调节仪器等。
此外，还需要注意实验中的一些常见问题和解决方法，如仪器故障、数据异常等。
4. 实验设计思路在大学物理实验中，我们有时会遇到一些需要自己设计实验步骤和方法的情况。
因此，掌握一些实验设计的思路是非常重要的。
首先要明确实验的目的和所要研究的物理现象，然后根据实验目的确定实验步骤和所需仪器。
在实验过程中，要注意实验条件的控制和实验数据的准确性。
5. 实验报告写作大学物理实验通常需要撰写实验报告，对实验过程和结果进行总结和分析。
在撰写实验报告时，要注意结构的合理性和语言的准确性。
报告的结构一般包括引言、实验目的、实验原理、实验步骤、实验结果和分析、结论等部分。
大学物理实验实验绪论及准备知识
V1
(mV)
+Is、+B 1.23 1.80 2.17 2.35 2.44 2.55 2.57 2.56 2.56 2.57 2.56 2.55 2.45 2.38 2.24 1.93 1.37
V2
(mV) -Is、+B -1.27 -1.85 -2.20 -2.38 -2.47 -2.58 -2.60 -2.60 -2.60 -2.59 -2.58 -2.56 -2.45 -2.36 -2.21 -1.88 -1.30
0 0.0008 0.0016
n
Di
D i1 60.26 (mm ) n
n
Di
D
2
uA D
i 1
nn 1
0.017 (mm )
D 60.26(mm) uA 0.017 (mm)
uB
0.02(mm) 0.012 (mm)
3
3
uC
u
2 A
u2 B
0.017 2 0.0122 0.021 (mm)
由此，我们取5个间隔为一组，求平均后再除以5，即：
1 5
[(
L5
L0 ) (L6
L1) (L7 L2 ) (L8 L3 ) (L9
L4 )]
2
5
B(mT)
800 600 400 200
0 -200 -400 -600 -800
-3000
-2000
-1000
0
H(A/m)
1000
2000
3000
3、回归法
回归法是指各物理量之间存在某种 函数关系，最简单的是线性关系。
y Bx A
有关回归的理论比较复杂，在此不 详细介绍，使用到时再做详细介绍。
完整大学物理实验报告之长度基本测量(1)
完整大学物理实验报告之长度基本测量(1)实验名称：长度基本测量实验目的：1. 掌握测量长度的基本方法和技能；2. 熟悉测量仪器的使用方法和注意事项；3. 提高实验操作和数据处理能力。
实验原理：本实验使用卷尺、游标卡尺和数显游标卡尺等测量工具测量长度。
卷尺：卷尺是一种直尺，通常用于方便地测量线性长度。
卷尺上标注有刻度，可以直接读取被测物的长度。
游标卡尺：游标卡尺采用游动量尺测量技术，可以测量小范围内的长度和宽度。
游标卡尺读数时，需注意游标的位置。
数显游标卡尺：数显游标卡尺与普通游标卡尺相比，具有自动显示数值的功能，读数更加准确。
实验步骤：1. 使用卷尺测量被测物的长度；2. 使用游标卡尺精确测量被测物的长度；3. 使用数显游标卡尺测量被测物的长度；4. 对以上三种测量结果进行比较分析；5. 记录实验数据，分析数据误差。
实验结果：通过卷尺测量，被测物长度为10.5cm；通过游标卡尺精确测量，被测物长度定为10.46cm；通过数显游标卡尺测量，被测物长度定为10.47cm。
数据分析：通过对实验数据的分析，我们可以发现：卷尺误差较大，游标卡尺误差较小，而数显游标卡尺误差更小，读数也更加方便和准确。
实验结论：1. 测量长度需要采用正确的测量工具和技术；2. 不同的测量工具具有不同的误差；3. 在实验中，应该使用误差较小的测量工具来提高测量准确度；4. 实验记录需要详细、清晰，以便进行数据分析和讨论。
实验感想：本次实验让我更加深入地理解了测量的重要性，体验了不同测量工具的特点和使用方法。
在今后的学习和生活中，我会更加重视测量的准确性和精度。
“大学物理实验-基础版”
光谱实验
讲解光谱技术的基本原理和实验方法，以及光 谱在化学、光电子学、材料学等领域的应用。
核物理实验
粒子加速器实验
介绍粒子加速器的基本原理和 结构，以及其在核物理研究中 的应用。
核反应堆实验
探究核反应堆的工作原理和应 用，以及核能利用的优缺点和 安全问题。
核衰变实验
了解核衰变的基本概念和类型， 以及核能在实际运用中面临的 环境和安全问题。
研究交流电路中电压、电 流、功率等基本物理量的 定义和测量方法。帮助学 生了解交流电路的基本组 成和作用原理。
变压器实验
通过变压器实验研究交流 电路的工作特性和电源输 送性能。加深学生对交流 电路的认识和实验理解。
谐振电路实验
谐振电路是一种特殊的交 流电路，通过谐振电路实 验，让学生了解其工作原 理和电路特征，加深学生 对交流电路理论的理解和 掌握。
动量守恒定律和碰撞实验
1
弹性碰撞实验
2
讲解弹性碰撞实验和非弹性碰撞实验
的区别和物理实现。帮助学生进行实
验的思考和观察。
3
动量与冲量
介绍物理量动量、冲量的概念和计算 方法。引出动量守恒定律的相关知识。
角动量实验
介绍转动惯量和角动量的概念及其量 度方法，让学生通过实验深入理解角 动量守恒定律。
能量守恒定律和功与能实验
运动与力学
1 匀加速直线运动
2
介绍匀加速直线运动实验的 操作流程、设计思路，以及 如何通过实验得出相关结论。
万有引力实验
探讨万有引力实验的基本原 理、实验方法和实验过程中 的不确定因素。加深学生对 万有引力作用的理解。
3 作曲线运动实验
讲解作曲线运动轨迹的基本概念，以及通过实验探索作曲线运动的特 征和规律。
大学物理下学期普通物理实验讲义
【实验步骤】
1．用游标卡尺测量金属管的内、外直径和高度、深度，各量在不同部位测 5 次，求平 均值，并用平均值算出该管的平均体积。 2．用螺旋测微计测量钢球以及钢丝的直径。各量在不同部位测 5 次，求平均值。
【数据处理】
1. 测量金属管体积
金属管编号： 次数 1 2 3 4 5 平均 平均体积 外径 D
3
（1-3）
4．注意事项： （A）被测物长边必须与主尺平行； （B）推动游标刻度尺时，不要用力过猛，卡住被测物体时松紧应适当，更不能卡住 物体后再移动物体，以防卡口受损； （C）用完后两卡口要留有间隙，然后将游标卡尺放入包装盒内，不能随便放在桌上， 更不能放在潮湿的地方。 螺旋测微计 1．结构： 螺旋测微计（千分尺）是一种利用测微螺杆的角位移转变为直线位移来测 量微小长度的长度测量仪器，是比游标卡尺更精密的长度测量仪器。其构造如图 1-5 所示， 在一个固定套管上套有一个活动套筒，两者由高精度密纹紧密咬合。活动套筒与测微螺杆 相连，转动活动套筒可带动测微螺杆伸出与缩进。活动套筒转动一周（3600） ，测量轴伸进 或缩进 1 个螺距。因此，可根据活动套筒转动的角度求得测微螺杆移动的距离。在活动套
1
线与主尺上第二条刻度线对齐，则物体的长度为 0.2mm，一般地，如果游标上第 n 条刻度 线与主尺上第 n 条刻度线对齐，则被测物的长度为 nΔx= n×0.1mm，见图 1-2（b） 、 （c） 、 （d ） 。由于十分之一毫米这位数是准确的，根据仪器读数的一般规则，对十分游标尺，读 数结果应在百分位上加“0” ，表示读数误差出现在这一位。例如图 1-2（e） 。 对于二十分游标尺，游标上刻有 20 个小格，其长度＝19mm。见图 1-3（a） ，每小格的 长度为 0.95mm，与主尺上 1 个小格之差＝0.05mm，即分度值为 0.05 mm。也可将主尺上 39 mm 等分为游标上 20 格，见图 1-3（b） ，每小格的长度为 1.95mm，与主尺上 2 个小格之 差＝0.05mm，分度值为 0.05 mm。为了方便直接读数，在游标的 5 格，10 格等处标上 25， 50 等数字分别表示 0.25（＝5×0.05）mm、0.5（＝10×0.05）mm 等。二十分游标的误差 限不大于 0.05 mm，固读数结果写到百分之一毫米这一位数。 对于五十分游标尺，游标上刻有 50 个小格，其长度＝49mm。见图 1-4，每小格的长度 为 0.98mm，与主尺上 1 小格之差＝0.02mm，即分度值为 0.02 mm。五十分游标的误差限不 大于 0.02 mm，固读数结果也写到百分之一毫米这一位数。 0 5 10 mm
大学物理实验的基础知识
在测量条件变化时，按一定规律变化的误差。
主要原因： ① 仪器误差。仪器本身的缺陷。 ② 理论误差。理论及方法上的不完善。 ③ 环境误差。外界环境因素的影响。 ④ 个人误差。测量者的习惯和偏向。
特点： 测量结果向一个方向偏离，其数值按一定规律
变化，具有重复性、单向性。
16:45
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大学物理实验绪论
0 .0 0 8 1 0 .8 1 %
VEV 9 .4 3 6 0 .8 1 % 0 .0 8 c m 3
测量结果
16:45
V(9.440.08)cm 3
E0.8%
2.1.5 随机误差的估计
1. 测量结果的最佳值
多次测量的算术平均值(约定真值) 。
X
1 n
n
Xi
i 1
Xi X 称为偏差或残差
2. 多次测量的随机误差估计
标准偏差 X
n
( Xi X )2
i 1
n 1
16:45
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大学物理实验绪论
3. 算术平均值的标准偏差
f (X)
X
X
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大学物理实验绪论
E
V V
( lD n V 1)2 D 2 ( lD n V 2)2 d 2 ( l n h V )2 h 2
(D 1 2 2 D 1 D 2 2 D 1 )2 (D 1 2 2 D D 2 2 2 D 2 )2 (h 1 h )2
[ ( 3 .6 2 2 3 2 .. 6 8 8 2 ) 2 ( 3 . 6 2 2 2 2 ..8 8 8 8 2 ) 2 ( 2 .5 1 7 5 ) 2 ] 0 .0 0 4 2
1. 预习 写预习报告(写在实验报告上) (无预习报告不允许做实验)
大学物理实验绪论(修改版)
(四) 间接测量结果的表示和总不确定度的估计
1) 间接测量结果的最佳值： 令 F F ( ： x ,y ,z , ) 则 F F ( ： x ,y ,z , )
即：间接测量量的平均值等于将各直接测量量的平均 值带入函数关系式后的结果。
2) 间接测量结果的总不确定度： U F( F x)2U x 2( F y)2U y 2( F z)2U z2
通常，用多次测量的算术平均值作为测量的最
佳值来代替真值。即：
xx
1) 绝对误差
绝对误差是指被测量的测量值与其真值之差， 它与被测量具有相同的量纲，表示的是测量值偏离
其实际值的大小。
精品课件
2) 相对误差
相对误差是指某一待测物理 量的绝对误差与其测量的最佳值 之比，它是没有量纲的，通常写 成百分数的形式。
(三)直接测量结果的表示和总不确定度的估计
测量结果的表达式： xxU
它表示被测量的真值在（xU,xU的） 范围内
的可能性(概率)。 不确定度是指由于测量误差的存在而对被测
量 的真值不能肯定的程度。 总不确定度：
U UA2 UB2
精品课件
1) 总不确定度U的 A类分量 U A
——指用统计的方法计算出的不确定度分量
（直接测量）
4) 粗差的判定与剔除 当测量列的不确定度 U 3Sx时，待测量真值
的 仅为随0机.3误%，差因落此在（ ，3S x3称Sx为，3S测x）量这列个的区极间限以误外差的。概率
5）单次直接测量的误差估算：
单次测量中，A类不确定度为零， B类不确定度只 考虑仪器误差：
合成不确定度 ： U 仪
（2）方法误差。由于实验方法本身或理论不完善 所造成的误差（如用伏安法测电阻时未计及电表的内阻）
物理实验的基础知识
计算和、差形式的函数关系方便
1nf （2） x y 1 uc , y 1nf 2 ( uc , x1 ) x 2
2
1nf 2 ( uc , x 2 ) x 3
2
2 ( u ) c , x 3
测量不确定度一般包含几个分量，按其数值评定 的方法，可分为两大类：采用统计方法评定的A类不确 定度分量和采用其他方法评定的B类不确定度分量。
一、不确定度的A类分量 采用统计方法计算的不确定度称为不确定度的A类分量， 以实验标准差 Si 表征。对于多次等精度测量：S i S x 二、不确定度的B 类分量 全部误差中所有用非统计方法计算的分量归为不确定度 的B类分量，以等价标准差 uj 表征。 uj =Δj / C 三、合成不确定度
置信区间和置信概率
置信概率
置信区间
P1
P2
f ( ) d 68 .3 %
2
[ , ]
[ 2 , 2 ]
2
f ( ) d 95 .5 %
3
p3
3
f ()d 99.7%
[ 3 ,3 ]
可以证明，算术平均值 x 的误差落在区间（- Sx 内的概率为68.3%。
系统误差的处理
• 发现系统误差的方法：
理论分析法 实验对比法 数据分析法
• 系统误差的减小与消除：
误差根源：减小、消除 实验技巧：交换法、替代法、异号法等。
仪器误差的处理 1. 仪器的示值误差（限）
国家技术标准或检定规程规定的计量器 具最大允许误差或允许基本误差，经适当 的简化称为仪器的误差（限），用 Δ 仪 表 示。它代表在正确使用仪器的条件下，仪 器示值与被测量真值之间可能产生的最大 误差的绝对值。
大学物理实验基础知识
工科开放时间
2-1开放54次； 2-1预约安排如下：3月6号（周 日）12:00开始预约，总数限制 为3个，每周只允许预约1个实 验，3月8号12:00之后，自由预 约。 强调：保证实验选课系统中学 生信息与教务系统中的一致性， 如不一致或出现变动请一定到 306登记，否则成绩将无法上报。
6
特别注意
重点浏览学习网站内容有：使用说明、预约查询、上课须知、预 约指南、预习辅导等等。 2.课前预习(必要性)，写出预习报告，列出数据记录表格。 （合格的预习报告可作为实验报告的前半部分） 3.进行实验时，爱护实验仪器。实验完毕，教师检查数据。
实验地点：基础实验楼D区。 4.课后完成实验报告，一周内交上。
精度的高低，对于不同被测量以及不同的物理量， 采用相对误差来评定较为确切。
（3）引用误差(Fiducial error) 绝对误差与测量范围上限（或量程）的比值。
引用误差=绝对误差/测量范围上限
rm
xm
已定系统误差：大小和符号都知道的系统误差。如千分尺和电表的 零点差，可引入修正量修正。 未定系统误差：大小、符号或大小与符号都不知道的系统误差。一 般只能给出它的限值或范围，具体大小是得不到的，如表级误差 （电压表、电流表等）。难以作出修正，只能估算，尽量减小。
无论哪种系统误差， 根据其特点可知不可 能通过多次测量来减 小或消除误差。 注意消除零点差
１.误差的定义
误差＝测量值－真值
20
几点说明：
（1）误差是普遍存在的（或者说任何测量都存在误差）， 误差存在于一切测量之中——误差公理。
（2）误差可正可负。它的正负取决于测量值偏离真值的 方向。
（3）误差的具体大小是不可知的。真值：在某一时刻、 位置或状态下，某量的客观值或实际值，它是一个理想 的概念，测量值永远不是真值，真值一般是不可知的， 特殊情况下是已知的（理论真值、约定真值、相对真值 等）。根据误差的定义，误差是无法求得的。通常用 x 作为作为真值的最佳估算值称为近真值。
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§1.3 实验者须知
1.实验课前应充分做好预习工作，真正了解本次实验“做什么、 怎么做、为什么这样做”，并设计好数据表格，完成“实验 报告册”上“预习部分”内容。教师上课时将检查学生预习 情况，凡未预习或预习不充分的学生，不可实验。 2.实验时应严肃认真，养成严谨求实的工作作风，不得伪造实 验数据或相互抄袭实验结果。 3.实验课应注意安全，爱护仪器，如有遗失或损坏仪器等情况 发生，请及时向指导教师报告，教师将酌情按有关章程制度处 理。实验结束应将仪器、桌凳等整理好后再离开实验室。
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4.每次实验必须携带实验讲义、实验报告本、图纸、计算器及 必备的文具 。
5.每次实验的数据，请记录在“实验报告册”的“实验部分”， 实验完毕须经指导教师审核实验结果(包括数据处理)并签阅后 方可结束实验。
6.选做内容可网上自行选择，在规定的范围内，可自由选择实 验内容和实验时间。由于选择了实验时间,即占用了实验资源, 因此，选了实验却没有做的同学，后果自负。
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§1.2 物理实验课的基本程序
预 习
实验操作
撰写报告
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预习
• 仔细阅读实验教材和有关的资料，明确实验目的、原理和方法，
了解主要的实验步骤。对实验中使用的仪器，要弄清操作方法和 注意事项。
• 在统一的实验报告册上书写实验预习报告，包括:目的、原理、内
容、注意事项；要求简明 • 书面回答预习思考题 • 另备纸张绘制好数据记录表格（实验数据不能直接记入实验报告）
在实际测量中，将多次测量的算术平均值作为 测量结果的近真值，即测量结果的最佳估计值。
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f ( x)
置信概率:
p
x2
x1
f ( x )dx
f ( x)
68.3%
1 2
( x a ) 2
e
2 2
表示随机变量x在区间 x a a a [x1, x2]出现的概率. 由正态分布知随机变量x出现在[a- , a+ ] 之间的概率为
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实验操作
• 听讲：黑板-书不同，注意事项
• 熟悉仪器及使用方法 – 仔细观察实验现象 • 认真测试数据 – 有异常、故障要请教老师
• 数据须老师审查签字
• 规整仪器，保持卫生(5-10分)
•进实验室,老师检查实验预习报告, 没有预习者,取消本次实验!
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撰写报告
• 完成数据列表及填写 • 原始数据粘贴于报告背面 • 进行数据处理 • 回答问题，小结或讨论
单位
例如用米尺测量一长度 任何测量不可避免地存在误差
不确定度 单位 测量值 cm: 15.64cm mm: 156.4mm 测量数值、不确定度、单位是测量结果的三要素。
综合评定
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直接测量：用测量仪器或仪表直接读出测量值的 测量。
间接测量： 利用直接测量量与被测量间之间的已 知函数关系，求得该被测物理量。 2.等精度测量与不等精度测量 例：测量圆的面积 测量条件：一切能影响测量结果，本质上又能控 1 S D D 制的全部因素（测量人员、测量方法、 4 仪器、 环境条件等）。
2
等精度测量：在相同测量条件下对同一物理量进 行的多次重复测量。 测量列 x1, x2 ,, xn
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3.仪器 测量仪器：用以直接或间接测出被测对象量值的 所有器具，是进行实验的必要工具。
在制造仪器时，最 仪器精密度： 指仪器的最小分度相当的物理量。对测量读 小分度值是受仪器 数最小一位的取值，一般来讲应在仪器最小 准确度约束的。 分度范围内再进行估计读出一位数字。
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第二章 测量误差与数据处理基础
•
•
2.1 测量与测量误差
2.2 不确定度估算数字及其运算法则
2.4 数据处理的基本方法
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§2-1 测量与测量误差 一 测量 1.测量 用合适的工具或仪器，通过科学的方法， 将反映被测对象某些特征的物理量（被 测物理量）与选作标准的同类量进行比 较的过程，其比值即为被测物理量数值。
测量方法：正负补偿法、交换法、替代法、对称法。
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2) 随机误差
• 定义: 在同样条件下,对同一物理量的多次重复测量中,误差
的大小符号的正负是随机的.
• 产生的原因: 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变化.
• 特征： 单次测量随机误差出现具有偶然性；大量多次测量
1.误差: 测量值与被测量的真值之差。
测量结果x 真值A0
约定真值(近真值)A
E
A0
偏差
x x A
x E A
测量误差存在于一切实验中, 可以控制得越来越小,不可能为零。
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系统误差 误差 2. 误差的分类 采用不同的方法测量同一物 随机误差 1) 系统误差 理量，让不同的人员测量同 分析测量结果， 样的物理量或使用不同的仪 分析实验所依据的理论和实验方法是否有不完善的 在相同测量条件下,多次测量同一物理量时 • 定义 : 若结果不服从 , 器测量同一物理量，通过对 地方，检查理论公式所要求的条件是否满足，所用 统计分布，则 测量结果对真值的偏离总是相同的，即误 比测量结果的数值，来发现 的仪器是否存在缺陷，以及实验人员的素质和技术 说明测量存在 差的大小和符号始终保持恒定或按照一定 系统误差的存在。 水平是否存在造成误差的因素，从而得到有关系统 系统误差。 的规律变化 . 误差是否存在的信息。 • 产生的原因: 由测量仪器、测量方法、环境带入. • 特征: 具有确定性. • 发现和消除系统误差
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7.设计性、研究性实验，可根据选择的内容自行组成不超过3 人的小组，在6学时(分2次)内完成，以小论文的形式撰写实验 报告。内容为网上提供的设计性、研究性实验或本年度所做 实验的研究性内容。若学生需要做其它内容的研究，必须经 指导老师同意，并由指导老师了解、关注研究过程。 8.物理实验课程的总成绩由学生选做的实验内容和实验个数决 定。每个实验根据其难易程度的不同，获得满分(平均分为9分) 的分数亦不同。指导教师根据学生的实验预习情况、实际操作 能力、实验报告书写、实验态度等因素对学生所选的实验(单 个)进行综合评定，给予一定的成绩。当学生选做若干个实验 后，累计成绩达60分时，即为合格，累计成绩达75分以上(含 75分)时为良好，累计成绩达90分以上(含90分)时为优秀。
大学物理实验
大学物理实验
f ( x)
服从正态分布的随机 误差具有下列特点: ① 单峰性 ② 对称性 ③ 有界性 ④ 抵偿性 即
1 lim n n
n
68.3%
a a a
x
随机误差的算术平均值随着测 量次数n的增加而趋于零.
i
( x a) 0
i 1
1 n lim x lim ( xi ) a n n n i 1
1879年赫兹实验发现了
假说
电磁场理论
麦克斯韦方程组 二十多年后
麦克斯韦在
1865年提出
电磁场理论 才得到公认
电磁波的存在并证实电 磁波的传播速度是光速
1905年爱因斯坦的光量子假说总结了光的微粒说和波动说之间的争 论，能很好地解释勒纳德等人的光电效应实验结果，但是直到1916年 当密立根以极其严密的实验证实了爱因斯坦的光电方程之后，光的粒 子性才为人们所接受。 1974年J/ψ粒子的发现更进一步证实盖尔曼1964年提出的夸克理论。
大学物理实验
实验又是检验理论正确与否的重要判据
理论物理与实验物理相辅相成。规律、公式是否正确必须经受实践 检验。只有经受住实验的检验，由实验所证实，才会得到公认。
●电磁场理论的提出与公认
库仑定律 高斯定律 安培定律 法拉第定律 统一了电、磁、光现象, 预言了电磁波的存在并预 见到光也是一种电磁波
大学物理实验
大学物理实验课的目的
1、通过观察、测量和分析，加强对物理理论、 物理概念的理解和认识。 2、学习物理实验的基本知识、基本方法，培 养基本的实验技能。学习实验数据处理的基 本方法，撰写合格的实验报告。 3、培养严肃认真、实事求是的科学态度和一
丝不苟的工作作风以及遵守操作规程、爱护实验 器材的良好习惯。
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第一章 绪 论
• §1.1 物理实验课的目的和意义
• §1.2 物理实验课的基本程序
• §1.3 实验者须知
大学物理实验
§1.1 物理实验的重要作用
物理实验是研究物质运动一般规律及物质基本结构
的科学，它必须以客观事实为基础，必须依靠观察和实
验。归根结底物理学是一门实验科学，无论物理概念的 建立还是物理规律的发现都必须以严格的科学实验为基 础，并通过今后的科学实验来证实。 物理实验在物理学的发展过程中起着重要的和直接
大学物理实验
●
物理实验课程的目的
我们的物理实验课程不同于一般的探索性的科学实验 研究，每个实验题目都经过精心设计、安排，实验结果也 比较有定论，但它是对学生进行基础训练的一门重要课程。 它不仅可以加深大家对理论的理解，更重要的是可使 同学获得基本的实验知识，在实验方法和实验技能诸方面 得到较为系统、严格的训练，是大学里从事科学实验的起 步，同时在培养科学工作者的良好素质及科学世界观方面， 物理实验课程也起着潜移默化的作用。 希望同学们能重视这门课程的学习，经过一年的时间， 真正能学有所得。
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三、随机误差的统计处理：
1、正态分布、算术平均值和标准差 正态分布：大量相对独立因素共同作用下得到的随机变量服从正 态分布。物理实验中多次独立测量得到的数据一般可以近似看作 服从正态分布。
f ( x)
正态分布的概率密度函数为
f ( x)