大学物理实验绪论教案

（2）物理实验是物理理论的终审裁判：如夫兰克赫兹实验
4、诺贝尔物理学奖
（1）以诺贝尔物理学奖为例：80%以上的诺贝尔物理学奖——实验物理学家；20%的奖——实验和理论物理学家分享的。实验成果——很快得奖、有的还可以连续几次获奖；理论成果——至少有两个实验的检验才能获奖
（2）据统计，自1901年以来：实验物理学家得诺贝尔奖的人数是理论物理学家人数的两倍，而最近30年表明前者的人数已超过后者的六倍以上。
用以表示小数点位置的“0”不算有效数字（前不算）。
如： 59.6mm = 5.96cm = 0.0596m。
可见用以表示小数点位置的“0”不是有效数字。
数字中间或后面的“0”算有效数字（中间算，后面算），因此数据最后的“0”不能随便加上，也不能随便减去。
有效数字反映仪器的精度，读数时必须读到估读的一位，即最后一位是估读的，是有误差的。
④丁肇中1936～，实验物理学家，与美国物理学家里希特因发现J/ψ粒子，而获得1976年诺贝尔物理学奖。
⑤朱棣文，实验物理学家，因“发展了用激光冷却和捕获原子的方法”而获得1997年诺贝尔物理学奖。
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，可使同学们获得基本的实验知识，在实验方法和实验技能等方面得到较为系统、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。
补做实验要求：
因病因事缺课的，自行抽出空余时间随机随堂跟班补做实验，原始记录纸要有当次上课实验教师的签名。
转专业、重修、留级学生实验要求：
必须亲自到学院教务办，做好网上教务信息的登记备案工作。找到当次实验教师做好学号、姓名等的登记备案工作。
4、预习方法
采用传统“纸质预习”或“网上预习”
一.为什么要上物理实验课(6分钟)
②实验操作；（占20％）
包括仪器使用、数据的测量和记录、实验结束后仪器的整理、学习态度和独立操作能力等，由指导教师根据课堂表现给出成绩
③实验报告；（占70％）
单次成绩=预习×10%+操作×20%+报告×70%
期末成绩=各实验成绩总和÷实验次数
2、处罚规定
(1)上课迟到5分钟以上及实验预习不合格者，取消当次实验资格；
（单位）， （1-8）
(6)不确定度
①含义：由于测量误差存在而对被测量值不能确定的程度。它是一个量值区间，测量结果在这个区间出现。
②分类：
A类不确定度： （1-9）
B类不确定度： （1-10）
③不确定度的合成： （1-11）
(7)标准偏差与平均值的标准偏差
①标准偏差
（贝塞尔公式）（1-12）
表示意义：xi在 上的概率≥68%
4.间接测量量的数据处理方法
5.双变量测量的数据处理方法
教学难点
1. 有效数字的读取与运算
2．不确定度的传递与计算方法
课堂教学环节与时间分配
课堂教学环节与时间分配
课堂教学环节与时间分配
课堂教学环节与时间分配
课堂教学环节与时间分配
课堂教学环节与时间分配
课堂教学环节与时间分配
课堂教学环节与时间分配
课堂教学环节与时间分配
总的原则：
根据不确定度决定运算结果的误差在那一位,最后结果一般只保留一位可疑数字。
运算规则：
只要与可疑数字相运算，结果都为可疑数字，只有可靠数字与可靠数字运算，结果才为可靠数字。
注意：去掉第二位可疑数字时要用“四舍六入五凑偶”法，即：尾数小于 5 则舍；大于5则入；等于5时，若5的前一位为奇数则入，5的前一位为偶数则舍，但5的下一位不是零时仍然要入，这样可使舍入的机会相等。
例：将下列数字保留4位有效数字
2.14350→2.144
2.14450→2.144
2.14451→2.145
例：251.3+24.45=275.75；记作275.8
例: 583.5-41.23=542.27；记作542.3
例: 562.31× 12.1=6803.951；记作6.80×103
加减法：看小数！取小数位数最少的。
乘除法：看位数！取有效位数最少的。
有效数字运算规则总结
1.加减法：取精度差的（即小数点位数最少的）。
2.乘除法：取有效位数最少的。
3.乘方、开方等：有效数字位数不变。
4.对于公式中的某些常数是绝对准确数字，计算时不能拿它来考虑结果的位数。如：C=2πR中的2
5.对于常数π、e、等的有效数字位数可以认为是无限制的，在计算中其有效数字位数一般取比参与运算的各数中有效数字位数最少的还要多一位。
3、上课要求
上课时必须带上：
实验教材、原始记录纸、实验报告纸、科学计算器、草稿纸、直尺、橡皮擦、笔等。
实验报告上交要求：
必须下周交上周的实验报告，不得迟交否则成绩记为零。上交实验报告包含：实验报告纸、原始记录纸、作图纸，用胶水把它们规范的粘在一起。不能用订书钉、回形针、透明胶等粘在一起，否则上交的不规范报告成绩减半。
（3）伽利略——加速度实验
（4）牛顿——棱镜分解太阳光实验
（5）卡文迪许——扭秤实验
（6）托马斯杨——光的干涉实验
（7）傅科——钟摆实验
（8）密立根——油滴实验
（9）卢瑟福——阿尔法粒子散射实验
（10）托马斯杨的光的干涉实验——应用于电子干涉实验
3、实验课与理论课的关系
（1）人之双足，鸟之双翼，缺一不可
正确而有效地表示测量和实验结果的数字，称为有效数字。或者说从左端第一个非零数字到右端最后一位的所有数字均为有效数字。它由可靠的若干位数字加上可疑的一位数字构成。
有效数字=可靠数字+可疑数字
有效数字——测量中得到的全部可靠数字和可疑数字。
（2）有效数字的特点
多一位则夸大测量条件；少一位则降低测量条件。
原则：有效数字的位数不改变！
（3）有效数字的意义
有效数字的末位是不确定度（即误差）所在位，因此有效数字的截断取决于不确定度。
（4）有效数字的读取
进行直接测量时，由于仪器多种多样，正确读取有效数字的方法大致归纳如下：
一般读数应读到最小分度以下再估一位。例如，1/2，1/5，1/4，1/10等。
有时读数的估计位，就取在最小分度位。
xi在 上的概率≥95%
xi在 上的概率≥99.7%
②平均值的标准偏差
（1-13）
表示意义：被测量真值在 上的概率≥68%
被测量真值在 上的概率ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ95%
(8)扩展不确定度U
是确定测量结果区间的量。这个区间包含了合理赋予被测量值的大部分，比u所确定的区间有更大的置信概率来包含被测量之值。
我们约定： （1-14）
(2)误差
a.表示方法：
①绝对误差： （1-1）
②相对误差： （1-2）
b.来源性质：
①随机误差： （1-3）（随机误差特点参阅随机误差实验）
②系统误差： （1-4）
粗大误差(读错、记错)→剔除坏数据
（无法计算）（1-5）
(3)真值与约定真值(最佳值)：
（1-6）
(4)偏差： （1-7）
(5)测量结果
课堂教学环节与时间分配
课堂教学环节与时间分配
课堂教学环节与时间分配
课堂教学环节与时间分配
课堂教学环节与时间分配
课堂教学环节与时间分配
课堂教学环节与时间分配
课程说明：（4分钟）
1、课程考核
学生每次实验成绩从三个方面考察
实验预习；（占10％）采用传统“纸质预习”或“网上预习”
包括实验名称、实验目的、实验仪器、实验原理、数据表格等
(2)有以下情况之一期末实验成绩记为不及格
一学期迟到3次或旷课2次以上的；
模仿指导教师对数据记录、操作、报告签字的；
实验报告中随意拼凑、编造和抄袭数据的；
(3)不按规定要求操作仪器而造成仪器损坏者，须照价赔偿并给予相应的处分；
注意：因病因事不能上课者，必须出具院系证明。事后主动联系老师在期末前跟班补做实验。
②其A类不确定度分量为：
（1-15）
（1-16）
（1-17）
要求：每个同学应有一台具备统计运算功能的科学计算器。
例题：用△仪=0.02mm的游标卡尺测量某物体的长度L，测量数据见下表：试写出测量结果的最后表达式？
测量次数
1
2
3
4
5
6
L(mm)
29.18
29.24
29.28
29.26
29.22
29.24
解：①某物体的长度L的平均值为：
不必死记硬背：只要在x的末位+1或-1，比较两个运算结果最先出现差异的那一位，便是最后结果的末位。
例如：sin30°=0.5000，sin31°=0.5150，所以sin30°=0.50
（6）运算结果中有效数字的取位原则
不确定度的取位
不确定度U一般只取一位有效数字，但当U的首数是1或2时，可取两位有效数字，按四舍五入处理。
测量真值在 上的概率≥90%
(9)测量的准确度、精密度与精确度
①准确度：表示测量中系统误差大小的程度
②精密度：表示测量中偶然误差大小的程度
③精确度(有时简称精度)：表示准确度与精密度的综合指标，一般用相对误差表示。
注意：精度、精度等级概念的区别。
2. 有效数字的读取与运算（22分钟）
（1）有效数字的概念
如：1.35cm，其中0.05cm为估读位。米尺的最小分度值为 0.1cm，因此估读位为 0.01cm。因而 1.35cm很可能是用米尺测量的。而1.3500cm则一定不是用米尺测量的，而是用千分尺测量的。
有效数字的科学书写方式（浮点书写规则）
如：31千克= 31000克? 是错误的