大学物理实验绪论作业讲解_2014-02-21讲解
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大学物理实验绪论
31
有效数字单位换算
2、十进制单位换算对有效数字的影响
例如80.20g是四位有效数字，若用千克单位表示则为
O.08020kg ，仍为四位有效数字。但是用毫克单位表示写 成 80200mg ，就有问题了，因为按有效数字规定，最后一 位是有误差的数，原来数据80.20g有误差数是在1/100g位 上，当写成80200mg时有误差数是在1/1000g位上，则数据 的准确性变了。 为了解决这个矛盾，应使用所谓科学记数法，即把数 据写成小数点前只有一位，再乘以lO的幂次来表示。如上 述质量数据可写成8.020×104mg 或 8.020×10-2kg，它们 都是四位有效数字，不会改变有效数字的位数。
29
其他单变量函数（比如三角函数）： 结果的有效数字个数与自变量有效数 字个数相同。
30
有效数字单位换算
1、非十进制单位换算对有效数字的影响 非十进制单位换算时，有效数字位数可以改变。例 如时间 t (1.8 0.1) min，1.8为两位有效数字，误差 位在O.1min=6s位上。若以秒为单位，应写成： t (108 6) s，误差位仍在秒位上，并未改变数据 的精度，但108为三位有效数字。
请随时注意网上通知。
教务处网站上有课程表，但不准，要按选课时间
来上课。
可使用任何连网计算机进行上网选课，服务器
24小时开通（系统维护时除外）。
3
网上预习系统
• 物理实验教学中心网站有丰富教学内容： http://122.207.97.134/labcenter.
• 通过网上电子辅导系统选择相应的实验项目进 行预习。
如：螺旋测微计制造时的螺纹公差等。
36
误 差 来 源 分 析
随机误差
《大学物理实验绪论》课件
《大学物理实验绪论》 PPT课件
为你呈现一份精彩的《大学物理实验绪论》课件！通过该课件，你将了解实 验介绍、实验方法、实验数据处理、实验报告等内容，以及实验室安全和实 验评估等关键知识。
实验介绍
实验目的
明确实验的目标和预期成果， 为实验的顺利进行提供指导。
实验原理
解释实验中所涉及的物理原 理和基本概念，帮助理解实 验过程中发生的现象。
实验内容
概述实验的具体步骤和操作， 说明涉及的实验器材和测量 方法。
实验方法
实验器材
列出所需的实验器材和仪器设 备，并解释其作用。
实验流程
详细描述实验的步骤和操作流 程，确保实验能够顺利进行。
实验注意事项
提醒实验者应注意的事项，包 括安全、精确测量和错误排除 等。
实验数据处理
1 数据处理方法
介绍处理实验数据的方法，如平均值计算、误差分析和图表绘制等。
2 数据分析
分析实验数据的趋势、规律和关系，得出结论和实验结果。
3 实验误差分析
讨论实验中可能出现的误差来源，并评估其对实验结果的影响。
实验报告
1
报告格式
介绍实验报告的基本格式要求，包括封面、目录、引言和结论等部分。2实验报告要点
强调写实验报告时应注意的要点，如清晰表达、准确描述和逻辑顺序。
3
实验心得体会
功率计
用于测量电路中的功率和能量转 化效率的仪器。
稳压电源
用于提供恒定电压和电流输出的 电源设备。
热像仪
用于观测和测量物体的表面温度 分布。
实验室管理
1
实验室规章制度
介绍实验室的管理规章制度和行为准则，维护实验室环境和秩序。
2
实验室秩序维护
为你呈现一份精彩的《大学物理实验绪论》课件！通过该课件，你将了解实 验介绍、实验方法、实验数据处理、实验报告等内容，以及实验室安全和实 验评估等关键知识。
实验介绍
实验目的
明确实验的目标和预期成果， 为实验的顺利进行提供指导。
实验原理
解释实验中所涉及的物理原 理和基本概念，帮助理解实 验过程中发生的现象。
实验内容
概述实验的具体步骤和操作， 说明涉及的实验器材和测量 方法。
实验方法
实验器材
列出所需的实验器材和仪器设 备，并解释其作用。
实验流程
详细描述实验的步骤和操作流 程，确保实验能够顺利进行。
实验注意事项
提醒实验者应注意的事项，包 括安全、精确测量和错误排除 等。
实验数据处理
1 数据处理方法
介绍处理实验数据的方法，如平均值计算、误差分析和图表绘制等。
2 数据分析
分析实验数据的趋势、规律和关系，得出结论和实验结果。
3 实验误差分析
讨论实验中可能出现的误差来源，并评估其对实验结果的影响。
实验报告
1
报告格式
介绍实验报告的基本格式要求，包括封面、目录、引言和结论等部分。2实验报告要点
强调写实验报告时应注意的要点，如清晰表达、准确描述和逻辑顺序。
3
实验心得体会
功率计
用于测量电路中的功率和能量转 化效率的仪器。
稳压电源
用于提供恒定电压和电流输出的 电源设备。
热像仪
用于观测和测量物体的表面温度 分布。
实验室管理
1
实验室规章制度
介绍实验室的管理规章制度和行为准则，维护实验室环境和秩序。
2
实验室秩序维护
大学物理绪论讲稿
2.5cm + 0.05cm = 2.55cm
不确定度是表征测量结果具有分散性的一个 参数，它是被测量的真值在某个量值范围内的一 种评定。它表示由于测量误差的存在而对被测量 值不能确定的程度。
不确定度一般包含有多个分量，按其数值的 评定方法可归并为两类：
Ａ类分量: B 类分量:
在同一条件下多次测量,用统计学方 法计算的分量,用 U A 表示.
用其他方法(非统计学方法)评定的分 量,用 U B 表示.
读数 + 单位 构 成 数 据
二 、测量的分类
按方法分
直接测量：把待测量与标准量直接进行比较而获得 物理量，这一过程叫直接测量。 如米尺测长度、秒表测时间等。
按条件分
实验者 仪器 方法 环境
间接测量：由直接测量量，通过函数关系运算而获 得物理量的过程，叫间接测量。 如求体积、密度等。
等精度测量：对某一量在同一条件下进行的测量。
基于上述认识，可以简化为： U B ins 仪
在物理实验中，不确定度U用下式计算：
U
U
2 A
U
2 B
(t /
n )2 s 2 2仪
当测量次数在6—10次时，上式可简化为
U s2 2仪
(五)实验中仪器误差的几种获取方法
(U B ins 仪 ) 仪器误差 仪：在正确使用仪器的条件下，测量值
来近似代替各微分量dx，dy，故上式可写为
z f x f y x y
最终为：z f x f y
x
y
在实验设计时常 用这种方法对测量误 差进行粗略的估计。
三、测量不确定度的传递公式
（一）不确定度 s 分量的传递公式
z f x f y x y
z f x f y
大学物理实验 绪论
实验报告整洁占实验成绩的10％
5 、关于数据涂改问题
6、交实验报告和 实验报告评分的说明
＊每次实验后实验报告须在一周内由物理课 代表收齐集中交到物理实验室。
＊实验报告评分标准：(共100分)
卷面 10分
报告格式 10分
操作和数据记录 30
数据处理 30分
结果表示 10分
问题讨论 10分
7、实验内容和 实验成绩评定的说明
B类不确定度 uB ——主要涉及系统误差。由 仪器误差造成。
六、直接测量不确定度的估算
1. A类不确定度——可用统计方法计算 一般用平均值的标准偏差来表示。即：
uA
S x
S x
1 n(n 1)
n i 1
( xi
x)2
六、直接测量不确定度的估算
2. B类不确定度——用非统计方法估算
消除系统误差产生的因素
四. 精密度、准确度和精确度
a) 精密度高， b) 准确度相对 c) 精确度高， 测量重复性好， 较高，测量结 随机误差、系 随机误差小。 果较接近真值。 统误差均小。
五、不确定度及其分类
——不确定度是对测量结果可信度的描述, 表征误差可能存在的范围。
A类不确定度 u A——对测量结果离散性的评价。 主要涉及随机误差。
在实验教学中约定：
uB
仪 ３
仪 为仪器误差限，可按以下三个原则确定:
六、直接测量不确定度的估算
（1） 对可估读测量数据的仪器： △仪 = 最小刻度的1/2
（2） 对不可估读测量数据的仪器： △仪 = 仪器最小分辨读数
（3） 对有仪器说明书的仪器： △仪按仪器说明书计算
3、直接测量的合成不确定度 和相对不确定度:
5 、关于数据涂改问题
6、交实验报告和 实验报告评分的说明
＊每次实验后实验报告须在一周内由物理课 代表收齐集中交到物理实验室。
＊实验报告评分标准：(共100分)
卷面 10分
报告格式 10分
操作和数据记录 30
数据处理 30分
结果表示 10分
问题讨论 10分
7、实验内容和 实验成绩评定的说明
B类不确定度 uB ——主要涉及系统误差。由 仪器误差造成。
六、直接测量不确定度的估算
1. A类不确定度——可用统计方法计算 一般用平均值的标准偏差来表示。即：
uA
S x
S x
1 n(n 1)
n i 1
( xi
x)2
六、直接测量不确定度的估算
2. B类不确定度——用非统计方法估算
消除系统误差产生的因素
四. 精密度、准确度和精确度
a) 精密度高， b) 准确度相对 c) 精确度高， 测量重复性好， 较高，测量结 随机误差、系 随机误差小。 果较接近真值。 统误差均小。
五、不确定度及其分类
——不确定度是对测量结果可信度的描述, 表征误差可能存在的范围。
A类不确定度 u A——对测量结果离散性的评价。 主要涉及随机误差。
在实验教学中约定：
uB
仪 ３
仪 为仪器误差限，可按以下三个原则确定:
六、直接测量不确定度的估算
（1） 对可估读测量数据的仪器： △仪 = 最小刻度的1/2
（2） 对不可估读测量数据的仪器： △仪 = 仪器最小分辨读数
（3） 对有仪器说明书的仪器： △仪按仪器说明书计算
3、直接测量的合成不确定度 和相对不确定度:
大学物理实验(一)绪论讲义
• 习题P258：1、3题
28
• 难点：现象是分立的不同颜色的单 色线（每根线一个波长）图2P255。 保证入射角为0度，一要光栅垂直平 行光管（现象图4P256）、二要光栅 狭缝线平行分光计转轴（现象图 5P257），注意光栅放法图3P256。
• 记录和处理：衍射角为+1级读数-(-1) 级读数/2，实际要/4（用了两个游 标读数消偏心差）。
24
• 难点：固定、调节螺钉多(图1P218)， 固定13/14/20(重点)、2、8，调节 11/21(重点)、12/19(微调)。望远镜 光管水平难调(用反射规律，管外找 像)。
• 记录：读数时一定固定一个(盘)，转 动一个(盘)；两个读数游标1、2相像， 不能弄混，不能刻、写标记。
• 习题P226：1、2题
22
• 难点(操作)：透镜、物(十字)和光具 座共轴P208;判断实像(十字像)的清晰 (可看十字边缘)。
• 记录：表格化(数据多)；物距的正负 号(透镜左边正号，右边负号)，本次 像距均为正。
• 习题1、2P210
23
• 实验4-3分光计(4-3-2内容不做)P217226，重点：六图、三公式。图1(仪 器)、4 (读数)、6和7(原理兼光路)、 3(现象)、9(操作)，公式1(偏心差)、 2(自准直)和3(反射)/原理，全部运用 平行光反射原理，入、反射光与反 射面和法线夹角相等或反射光原路 返回(垂直入射)；
第一组 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 第二组 2 1 4 3 6 5 8 7 10 9 12 11 第三组 3 4 1 2 7 8 5 6 11 12 9 10 第四组 4 3 2 1 8 7 6 5 12 11 10 9 第五组 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 第六组 6 5 8 7 10 9 12 11 2 1 4 3 第七组 7 8 5 6 11 12 9 10 3 4 1 2 第八组 8 7 6 5 12 11 10 9 4 3 2 1 第九组 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 第十组 10 9 12 11 2 1 4 3 6 5 8 7 第十一 11 12 9 10 3 4 1 2 7 8 5 6
28
• 难点：现象是分立的不同颜色的单 色线（每根线一个波长）图2P255。 保证入射角为0度，一要光栅垂直平 行光管（现象图4P256）、二要光栅 狭缝线平行分光计转轴（现象图 5P257），注意光栅放法图3P256。
• 记录和处理：衍射角为+1级读数-(-1) 级读数/2，实际要/4（用了两个游 标读数消偏心差）。
24
• 难点：固定、调节螺钉多(图1P218)， 固定13/14/20(重点)、2、8，调节 11/21(重点)、12/19(微调)。望远镜 光管水平难调(用反射规律，管外找 像)。
• 记录：读数时一定固定一个(盘)，转 动一个(盘)；两个读数游标1、2相像， 不能弄混，不能刻、写标记。
• 习题P226：1、2题
22
• 难点(操作)：透镜、物(十字)和光具 座共轴P208;判断实像(十字像)的清晰 (可看十字边缘)。
• 记录：表格化(数据多)；物距的正负 号(透镜左边正号，右边负号)，本次 像距均为正。
• 习题1、2P210
23
• 实验4-3分光计(4-3-2内容不做)P217226，重点：六图、三公式。图1(仪 器)、4 (读数)、6和7(原理兼光路)、 3(现象)、9(操作)，公式1(偏心差)、 2(自准直)和3(反射)/原理，全部运用 平行光反射原理，入、反射光与反 射面和法线夹角相等或反射光原路 返回(垂直入射)；
第一组 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 第二组 2 1 4 3 6 5 8 7 10 9 12 11 第三组 3 4 1 2 7 8 5 6 11 12 9 10 第四组 4 3 2 1 8 7 6 5 12 11 10 9 第五组 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 第六组 6 5 8 7 10 9 12 11 2 1 4 3 第七组 7 8 5 6 11 12 9 10 3 4 1 2 第八组 8 7 6 5 12 11 10 9 4 3 2 1 第九组 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 第十组 10 9 12 11 2 1 4 3 6 5 8 7 第十一 11 12 9 10 3 4 1 2 7 8 5 6
大学物理实验系列——绪论课讲义
课堂操作情况及实验报告成绩、绪论课作 业 70%
期末考试 8 .重修
总评成绩不合格者 有旷课现象，不按老师要求补做实验者 缺两次或以上实验报告者，不得参加期末考试
30%
A 班教学
具有丰富教学经验和高级职称的老师教 学。 双向选择机制：学生自愿报名，任课老 师推荐。 报名时间：7，8两周。 入选名单公布：10周。 11周，A班师生见面。
学生须知
0.今年的教学评估
大家都明白！ 评估专家的检查！ 该会的必须要会！
1.各班按自己的实验顺序表上课。请务必记住自 己的实验顺序号，按上课内容做好预习。
2 实验课前必须预习，写出预习报告，预习报告 就写在空白报告上。记录数据不得用铅笔写，原 始数据必须有教师签字。
3. 提前5分钟进入实验室若因病（要有医生证 明）、因事（要有系教务部门证明）而缺课，应 提前请假，并在规定时间补做实验，值班老师凭 证明在补做报告上签字。课上未完成实验需要补 做的，应由任课教师在报告上签字注明，值班教 师根据任课教师的签字，在补做数据上签字。
2 x a 1 f x exp 2 2 2
x1 , x2 ,
, xn .
a
x
x d ( x)
x
正态分布的特点： ① 单峰性： ② 对称性：
③ 有界性：误差出现在区间 , 的概率为68.3%出 现在区间 3 , 3 的概率为99.7%。3 称为极限误差。 ④ 抵偿性：
间接测量 (例: 单摆周期
l T 2 ) g
误差: 测量值与真值之间的差别
真值：被测量真实值的大小
真值无法得到；误差存在于一切测量值中，并贯 穿测量的始终。
N （误差） N （测量值） N 0 （真值）
期末考试 8 .重修
总评成绩不合格者 有旷课现象，不按老师要求补做实验者 缺两次或以上实验报告者，不得参加期末考试
30%
A 班教学
具有丰富教学经验和高级职称的老师教 学。 双向选择机制：学生自愿报名，任课老 师推荐。 报名时间：7，8两周。 入选名单公布：10周。 11周，A班师生见面。
学生须知
0.今年的教学评估
大家都明白！ 评估专家的检查！ 该会的必须要会！
1.各班按自己的实验顺序表上课。请务必记住自 己的实验顺序号，按上课内容做好预习。
2 实验课前必须预习，写出预习报告，预习报告 就写在空白报告上。记录数据不得用铅笔写，原 始数据必须有教师签字。
3. 提前5分钟进入实验室若因病（要有医生证 明）、因事（要有系教务部门证明）而缺课，应 提前请假，并在规定时间补做实验，值班老师凭 证明在补做报告上签字。课上未完成实验需要补 做的，应由任课教师在报告上签字注明，值班教 师根据任课教师的签字，在补做数据上签字。
2 x a 1 f x exp 2 2 2
x1 , x2 ,
, xn .
a
x
x d ( x)
x
正态分布的特点： ① 单峰性： ② 对称性：
③ 有界性：误差出现在区间 , 的概率为68.3%出 现在区间 3 , 3 的概率为99.7%。3 称为极限误差。 ④ 抵偿性：
间接测量 (例: 单摆周期
l T 2 ) g
误差: 测量值与真值之间的差别
真值：被测量真实值的大小
真值无法得到；误差存在于一切测量值中，并贯 穿测量的始终。
N （误差） N （测量值） N 0 （真值）
大学物理实验绪论课
大学物理实验
绪 论 课
物理实验绪论课
实验报告主要内容如下:
1、实验名称--实验项目或实验选题. 2、实验目的—希望得到的结果和实现的目标. 3、实验原理—用高度概括的文字语言给出实验的理论 依据、计算公式及原理图.
4、实验仪器--仪器名称、型号 、规格等. 5、实验环境—时间、地点 、温度 、气压等. 6、实验步骤--主要实验步骤. 7、实验数据处理. 8、分析与讨论—对实验结果以合理评价.
2 Ai
+ ∑U
（2）B类不确定度分量UBj
2 Bj
对于单次测量
U=
2 U Bj ∑
（a）定义：由不同于A类分 量的其它方法分析评定的不 确定度,也称非统计不确定 度。 （b）大小：
二、测量结果评价
⒈测量结果的表达形式
U Bj 仪 / c
c 3(正态分布); c 3(均匀分布).
五、数据处理举例
1、直接测量数据处理
用螺旋测微计测某一钢丝的 直径，6次测量值di分别为： 0.190, 0.195, 0.190, 0.195, 0.193, 0.190;
同时读得螺旋测微计的零位 d0为：0.000, 单位mm，已 知螺旋测微计的仪器误差限 为Δ仪=0.004mm，请给出完 整的测量结果。
Δ仪是仪器误差限
x ＝ X ±U（单位）
3、不确定度的合成 当各分量互相独立且有相 同的置信概率时
x──待测物理量；
X ──为该物理量的测量值
(已修正)； U──不确定度。 （1）物理意义
U=
∑U
2 Ai
+ ∑U
2 Bj
对于单次测量
U=
2 U Bj ∑
二、测量结果评价
绪 论 课
物理实验绪论课
实验报告主要内容如下:
1、实验名称--实验项目或实验选题. 2、实验目的—希望得到的结果和实现的目标. 3、实验原理—用高度概括的文字语言给出实验的理论 依据、计算公式及原理图.
4、实验仪器--仪器名称、型号 、规格等. 5、实验环境—时间、地点 、温度 、气压等. 6、实验步骤--主要实验步骤. 7、实验数据处理. 8、分析与讨论—对实验结果以合理评价.
2 Ai
+ ∑U
（2）B类不确定度分量UBj
2 Bj
对于单次测量
U=
2 U Bj ∑
（a）定义：由不同于A类分 量的其它方法分析评定的不 确定度,也称非统计不确定 度。 （b）大小：
二、测量结果评价
⒈测量结果的表达形式
U Bj 仪 / c
c 3(正态分布); c 3(均匀分布).
五、数据处理举例
1、直接测量数据处理
用螺旋测微计测某一钢丝的 直径，6次测量值di分别为： 0.190, 0.195, 0.190, 0.195, 0.193, 0.190;
同时读得螺旋测微计的零位 d0为：0.000, 单位mm，已 知螺旋测微计的仪器误差限 为Δ仪=0.004mm，请给出完 整的测量结果。
Δ仪是仪器误差限
x ＝ X ±U（单位）
3、不确定度的合成 当各分量互相独立且有相 同的置信概率时
x──待测物理量；
X ──为该物理量的测量值
(已修正)； U──不确定度。 （1）物理意义
U=
∑U
2 Ai
+ ∑U
2 Bj
对于单次测量
U=
2 U Bj ∑
二、测量结果评价
大学物理实验绪论答案与解析
大学物理实验绪论答案与解析北京理工大学物理实验绪论答案1. 下面哪种说法正确？DA. 间接测量结果有效数字位数的多少由测量仪器的精度决定。
B. 间接测量结果有效数字位数的多少由计算器数码显示位数的多少决定。
C. 间接测量结果有效数字位数的多少由所用的单位决定。
D. 间接测量结果有效数字位数的多少由其不确定度决定。
2. 某物理量的测量结果为n=1.6532（0.0007），下面对该结果的解释哪种是正确的？CA. 表明该物理量的数值有两种可能，即n=1.6525 或n=1.6539 。
B. 表明该物理量的数值是（1.6525，1.6539）区间内的任何值。
C. 表明该物理量的真值有较大的概率位于（1.6525，1.6539）区间内。
D. 表明该物理量的真值不在（1.6525，1.6539）区间内。
3. 在相同的测量条件下，对同一物理量进行多次重复测量，并以各次测量值的算数平均值作为该物理量的测量结果，以下哪种说法是正确的？BA. 这样做可以减小系统误差。
B. 这样做可以减小随机误差。
C. 这样做可以得到该物理量的真值。
D. 这只是处理测量数据的一种方法，不能减小误差，与真值也没关系。
4. 以下关于系统误差的说法哪个是正确的？DA. 系统误差是没有规律的误差。
B. 系统误差就是指来源于测量仪器的误差。
C. 系统误差是正性误差。
D. 系统误差是可正可负的。
5. 用最小分度为0.2s 的计时器测量时间，一次测量的结果是56.4s，正确的表达式是哪一个？CA. 56.4(0.1)s C. 56.40（0.06）sB. 56.40(0.10)s D. 56.4（0.2）s6. 已知D HM24πρ = ，其中M = 276.180（0.020）g ，D = 3.662（0.005）cm，H = 12.180（0.010）cm，M、D、H 这三个测量量中哪一个量的测量对ρ的不确定度影响最大？AA. M 的测量对ρ的不确定度影响最大。
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。
大学物理实验绪论——-测量不确定度和数据处理的理论解析--…
大学物理实验绪论
4. 有效数字的修约规则
4.1 国家计量计量技术规范JJG1027-91规定（按国家标准文 件：GB8170-87）：4舍6入，逢5看尾数，尾数是0或无数，则 配偶；若尾数不为0，则进1。 4.2 修约法则：4舍6入，逢5配偶。 4.3 民间约定：4舍5入 举例…
5. 不确定度之类位数的修约约定
8. 实验报告中的数据处理步骤：
1. 依据测量数据列表计算出平均值 2. 依据平均值计算出测量列的偏差（或残差） 3. 依据偏差计算出测量列的平均值标准偏差 4. 依据不确定度传递算出测量结果的合成不确定度 5. 写出实验结果的表达（应有包含因子，如有作图要求的还
大学物理实验绪论——
测量不确定度概论和 数据处理理论
大学物理实验绪论
提要：实验理论是一门课。要强化物理实验
绪论中对基本概念的规范性理解，掌握实 验中的系统误差的定性分布、测量不确定 度的定量评定与分析。在撰写实验报告时 尤其需要掌握数据处理的方法，有效位数 处理的修约约定。
大学物理实验绪论
一、教学目的
2 ） 有效数字及其修约
1. 有效数字
可靠数与存疑数的组合。存疑数在直接测量中仅只一位。举 例…
2. 有效位数的科学表达
不管大数还是小数，小数点都点在最左位非0数，然后10的 幂次化。举例…
3. 有效数字的运算及运算法则
“+、-”运算，运算结果的位数应与运算数列中存疑位最高的 数一致。举例…
“×、÷”运算，运算结果的位数应与运算数列中有效位数最 少的数一致。举例…
义与条件以及相互之间的数学模型。 明确教学实验的知识体系，培养对实验现象的良
好分析能力并提升学生的科学实验素养。 2. 课堂教学的难点：
物理实验绪论课讲义-3精品文档80页
•如何正确认识实验课的作用 •明确实验课的目的和意义 •实验绪论的主体内容 •课后作业与实验考核指导 •有关规定与选课方法
•实验课是为了培养动手能力 •实验课仅仅是为了培养动手能力？ •更重要的是：观察、思考和读懂文字 •眼观六路（想），耳听八方（想） •四年大学学习你能够带走的是什么？
•学习并掌握各种基本物理量的测量方法 •学习并掌握各种基本测量仪器的使用方法 •学习并掌握实验数据处理的基本方法 •学习并掌握实验报告的撰写方法
件下，对同一物理量作多次重复 测量（专业术语：等精度重复测 量），其测量值将有时偏大，有 时偏小。每次测量值的偏大偏小 具有偶然性，但只要测量次数足 够多，测量所得到的一系列数据 的偶然误差就服从一定的统计规 律，即正态分布规律。
实验者应准时来到实验室进行实验。首先，
在实验前应认真对照讲义上的仪器介绍或听老师
的讲解熟悉仪器，禁止盲目动手。其次，在进 行实验操作时，严格遵守实验规则，爱护实验
仪器，未经许可不得调换仪器。实验过程中如果 发现仪器设备出现故障，应及时报告指导教师。
最后，实验结束后要实事求是地记录实验数据，
实验数据一律用钢笔或圆珠笔填写。实验完毕后，
4. N = 1.23×1.235=1.519 = 1.23×1.235=1.52
一·基本知识
（一）测量和误差
测量：借助仪器 把待测物理量的 大小表示出来的
过程。
直接测量 110cm
从一个或几个直接测量结果按一定的函数 关系计算出来的的过程，称为间接测量。
Mh
V hd 2
4
d
M V
4dM2h
真值:是反映物体特性的某一物理量在
（二）误差的分类
误差的产生及其原因是多方面的，我
•实验课是为了培养动手能力 •实验课仅仅是为了培养动手能力？ •更重要的是：观察、思考和读懂文字 •眼观六路（想），耳听八方（想） •四年大学学习你能够带走的是什么？
•学习并掌握各种基本物理量的测量方法 •学习并掌握各种基本测量仪器的使用方法 •学习并掌握实验数据处理的基本方法 •学习并掌握实验报告的撰写方法
件下，对同一物理量作多次重复 测量（专业术语：等精度重复测 量），其测量值将有时偏大，有 时偏小。每次测量值的偏大偏小 具有偶然性，但只要测量次数足 够多，测量所得到的一系列数据 的偶然误差就服从一定的统计规 律，即正态分布规律。
实验者应准时来到实验室进行实验。首先，
在实验前应认真对照讲义上的仪器介绍或听老师
的讲解熟悉仪器，禁止盲目动手。其次，在进 行实验操作时，严格遵守实验规则，爱护实验
仪器，未经许可不得调换仪器。实验过程中如果 发现仪器设备出现故障，应及时报告指导教师。
最后，实验结束后要实事求是地记录实验数据，
实验数据一律用钢笔或圆珠笔填写。实验完毕后，
4. N = 1.23×1.235=1.519 = 1.23×1.235=1.52
一·基本知识
（一）测量和误差
测量：借助仪器 把待测物理量的 大小表示出来的
过程。
直接测量 110cm
从一个或几个直接测量结果按一定的函数 关系计算出来的的过程，称为间接测量。
Mh
V hd 2
4
d
M V
4dM2h
真值:是反映物体特性的某一物理量在
（二）误差的分类
误差的产生及其原因是多方面的，我
大学物理实验绪论
4
（3）乘方、开方运算法则 运算结果的有效数字位数一般 取与底数的有效位数相同。例如
(8.789) 2 77.25
8.986 2.998
（4）函数运算法则 三角函数、指数和对数等运算结果有 效数字位数，可通过改变末位数的一个单位，由观察运算 结果的变化情况来确定。例如ln 598其最后一位8是不准确 数字，ln 598＝6.393590754…哪位是不准确数字呢?我们 可以再计算1n 599＝6．395261598…，两个结果在小数点 后第三位产生了差异，所以ln 598＝6.394，最后一位“4” 是不准确数字。
大学物理实验绪论
绪 论
第一单元
物理实验基本知识
绪
论
一、大学物理实验课程的地位和任务 二、大学物理实验课程的基本环节 三、怎样学好大学物理实验课程
绪
论
一、大学物理实验课程的地位和任务
1. 物理实验的重要性 确立物理概念，发现物理规律，检验物 理理论。
绪
论
一、大学物理实验课程的地位和任务
2. 大学物理实验课程的地位 大学物理实验是与大学物理并列的一 门独立的公共基础课程。 大学物理实验是各专业必修的一门公 共基础实验课程，是对学生系统地进行 科学实验能力训练的开端和基础，在培 养与提高学生的科学实验素质方面有着 十分重要的作用。
间接测量量是由直接测量量经过一定函数关系计算出来的。 而各直接测量量的大小和有效数字位数一般都不相同，这就 使计算过程变得繁复，计算结果可能出现冗长的不合理的数 字位数。 为简化运算，对各直接测量量的有效数字，在进行 运算以前，需要进行适当的取位和数值的进舍修约，数字的 修约、变换、运算基本上不应增大测量值最后结果的不确定 度，这是一条基本原则。
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2. 误差
真值：在某一时空状态下，被测量所具有的客观实际值 （1）误差的定义： 误差=测量值-真值
x x - x0
由于真值常常未知，无法得到误差。
偏差：测量值与算术平均值的差，即： x x x
（2）误差的来源：实验环境、实验仪器、实验方法和实 验人员
特点：普遍存在； 是小量。
3.误差分类（按性质分） （1） 系统误差：在对同一被测量的多次重复测量过 程中，误差为常数或以一定规律变化的称为系统误差。
• 非等精度测量：在特定的不同条件下，用不同的仪器、不同的 测量方法、不同的测量次数和不同的实验人员进行的测量和研 究。主要用于高精度的测量中
实验中常用的测量主要是单次测量、等精度测量和间接测量。 当测量精度要求不高时用单次测量。
（4）测量的方法
测量的方法很多，常用的有：直读测量法、比较 测量法、替代测量法、放大测量法、平衡测量法、模 拟测量法、几何光学测量法、干涉测量法和衍射测量 法等等
大学物理实验
杭州电子科技大学物理实验中心
办公室：6教南楼200-4 电 话：86919037（O），
2014年2月24日
课程简介
物理实验是物理学发展的基础。本课程是为本科生 了解基本物理实验内容而设立的。由基础实验、设计实 验、综合性实验等组成。总课时为72学时，分两学期完 成。
本教学系统主要由教材、多媒体课件等构成学生实 验操作前的预习体系。要求同学在进入实验室前必须写 好预习报告，并在实验过程中，发挥自主实验的能动性， 积极探索。
大学物理实验课程的安排
• 总课时72学时，分两学期完成： 本学期完成：大学物理实验甲（1） 40学时 第2周：绪论3学时 第3~14周：完成11个实验，具体内容如下页 第15周：考试
• 实验三 空气比热容比的测定（实习一、二全做） • 实验四 导热系数的测定 • 实验五 转动惯量的测量 • 实验六 液体表面张力系数的测量 • 实验十一 示波器的使用 • 实验十二 霍尔效应及其应用（测磁场） • 实验十三 硅光电池的特性及其应用 • 实验二十 光的等厚干涉——牛顿环、劈尖 • 实验二十一 分光计（实习一） • 实验四十 伏安法测非线性电阻 • 自主实验项目（在开放实验室自主选做一项，演示实
• 注意： ★ 每次实验报告的批改，都有一个评分标准，老
师按评分标准给出成绩。
★ 实验报告绝对不能互相抄袭，凑数据，要实事 求是，不合格重做。
• 3.平时成绩的评定办法 （1）每个实验按100分计
预习报告： 20分 实验操作：30分 实验报告：50分
（2）如果做了实验但不交实验报告，则该次实验不 及格（最高为50分）；
1、测量
（1）测量的定义 用一个作为标准单位的物理量与被测量进行比较，
其倍数即为被测量的大小，标准量作为单位。
（2）测量的四要素：测量对象、测量单位、测量方
法和测量准确度
（3）测量的分类：
A 按测量方法分：直接测量和间接测量
直接测量：可以用仪器或仪表直接测出被测量的测量。如用米
尺测长度L，物理天平称量质量m等.
结果表达式
x x测 x
E
x
x测
100%
（2）间接测量
N f (x, y, z, … ） N f (x, y,z, … ）
N
(
f x
)2
2 x
(
f y
)2
2 y
(
f z
)2
2 z
…
结果表达式
N
N
N
E
N
N
100%
字和单位）。
• ④分析数据和结果。实验数据与标准数据有差别，不能 笼统说实验结果不好。误差在允许范围内，就正常。误 差太大，要分析原因，解决。
• 不能拼凑数据。
• （3）实验报告：实验报告是实验工作的总结。
• 实验报告一般包括以下几个部分。 （1）实验目的（预习时已完成） （2）实验原理（预习时已完成） （3）实验仪器（预习时已完成） （4）数据处理（包括：数据表格、图表、计算结果、误差计算及 结论分析） （5）结果讨论与误差分析（文字叙述，分析误差产生的主要原因） （6）分析讨论题及心得体会
用户名：学号 密码：123456
第一轮选课安排在第2-3周（2月26日至3月7日）， 第二轮安排在第4周（3月10日至3月16日）。
选课注意事项：
• 1、每个实验最多容纳20人，但不足15人系统会自动
取消（在第一轮选课结束后系统会自检一次），所以 请同学们在第二轮选课时注意，尽量选人数较多的时 间段，以保证按时完成所有的实验。
（4）相对不确定度
E u(x) 100% x
Ex1
(2.00 1.0%
0.02)cm
Ex2
(20.00 0.1%
0.02)cm
百分比误差
A x x0 ×100% x0
（X0是指公认值或理论值）
例：用50分度的游标卡尺测某一圆棒长度L，6次测量
结果如下（单位mm）：25.08，25.14，25.06, 25.10,
n i 1
( xi
x )2
C 结果表达式
x
x
x
E
x
x
100%
或
x
x
x
E
x
x
100%
在实际测量中，有的测量不能或不需要重复多
次测量；或者仪器精度不高，测量条件比较稳定，
多次重复测量的结果相近，则只需单次测量即可。
用仪器误差Δ仪计算。
x
仪 3
• 2、选课时一定要注意不要与其他课程冲突，否则造
成的缺课视作旷课将会影响实验成绩。如遇特殊情况 （事假、病假、考试等）应事先向任课教师请假，事
后及时补课。无故旷课该实验成绩记0分。
• 3、注意实验上课时间：3-5节是10:00-12:15； 6-8节是13:35-15:50；9-11节是16:05-18:20。
直接测量又分单次测量和多次测量
间接测量：无法进行直接测量, 需先测出与待测量有一定函数
关系的直接测量量，然后经过一定的数学运算才能得到结果的测
量。如用单摆法测重量加速度.
4 2 L
g T2
B 按测量条件分：等精度测量和非等精度测量
• 等精度测量：在同等条件下进行的多次重复性测量。 即实验 环境、人员、仪器、方法等相同不变，对同一个待测量进行多 次重复测量。
对变值系统误差的消除 A、替代法 B、交换法 C、异号法 D、半周期法
注意：多次测量既不能减小系统误差，更不能消除系统误差。
2）随机误差（偶然误差）：对同一量的多次重
复测量中，误差变化是随机的，忽大忽小，忽正忽负，
没有规律。
特点——随机性。
当测量次数比较多时就满足一种规律——统计规律。大
多数偶然误差遵从正态分布（也称高斯分布），分布函数为：
常的测量范畴，应尽量避免。
二、随机误差的估算
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（高斯分布）。
f (x)
1
2
exp(
x
2
2 2
)
< x <
Δx(=xi-x0) 为误差， σ称为标准误差，
lim x
1 n
n i 1
( xi
确定度Δ仪。它在测量中产生未定系统误差，该误差大多服从均匀
分布。
uB (x)
仪 3
f(Δ)
1 2Δ仪
仪器不确定度的获得： （1）由仪器或说明书中给出 （2）仪器的准确度等级 （3）估计：对连续读数的仪器取Δ仪=1/2分度值
对非连续读数的仪器取Δ仪=分度值
-Δ仪
Δ仪
Δ
（3）合成不确定度
u(x) uA2 (x) uB2 (x)
第一章 实验误差和数据处理基本知识
要点： 一、测量与误差 二、偶然误差的估算 三、实验不确定度 四、有效数字的概念和运算 五、实验数据的处理方法 六、对同学的基本要求
一. 测量与误差
由于物理实验是测量工作，一般地，不可能得到真 正的真值，即存在一定的偏差。偏差的大小反映了测量 的可信的程度。另外，从偏差的分析中也可能发现新现 象和新规律。
验室全做）
成绩评定及学习方法
1、期末成绩的评定 期末成绩
平时成绩：70%
期末考试：30% 期末考试形式：本学期：笔试
下学期：操作考试 本课程没有补考，只有重修
2、学习方法----三环节
（1）预习：预习是实验的基础。
• 要求如下：
• 了解：目的—原理—方法—步骤—注意事项—思考题
• 掌握：仪器原理—使用方法
（3）如发现抄袭实验报告，则退回重写报告或给0分。
• 注意上交实验报告的时间：第3周做的实验应在第4周 上交报告，若延迟2周后交报告扣10分，推迟3周上交 报告扣20分，依此类推。
实验选课系统
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1、用标准偏差估算
（1）直接测量
A 先求算术平均值：
x
1 n
n i 1
xi
B 按贝塞耳公式求出标准偏差σx ：
x
1 n 1
n i 1
( xi
x )2
注意这是在有限次测量时，任何一次测量的标准偏差。
对算术平均值为结果时，平均值的标准偏
1 n(n 1)
用不确定表示
uA(L)
L