大学物理实验课绪论2
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《大学物理实验绪论》课件
案例二：验证牛顿第二定律
实验目的
通过实验验证牛顿第二定律，即物体加速度与作用力成正比，与质量成反比。
实验原理
在相同力的作用下，质量越大，加速度越小；在相同质量的情况下，作用力越 大，加速度越大。通过测量力和加速度的关系，可以验证牛顿第二定律。
案例二：验证牛顿第二定律
实验步骤
1. 准备实验器材，包括小车、滑轮、砝码、弹簧测力计等。
实验步骤 1. 准备实验器材，包括计时器、尺子、重物等。
2. 将尺子固定在墙上，让重物从尺子顶端自由下落。
案例一：测量重力加速度
3. 使用计时器记录重物下落的时间。
实验结果：通过测量和计算，可以得 出重力加速度的值，并与其他已知值 进行比较，验证实验的准确性。
4. 根据测量数据计算重力加速度的值 。
实验结果分析
数据处理
对实验数据进行整理、计算和图表绘制，确 保数据的准确性和可读性。
结果分析
根据实验数据，分析实验结果是否符合预期 ，探讨可能影响实验结果的因素。
误差分析
对实验中的误差来源进行分析，评估误差对 实验结果的影响。
实验结论与建议
实验结论
根据实验结果和误差分析，总结实验的主要发现和结论。
实验原理
当两束或多束相干光波在空间某一点叠加时，会产生加强或减弱的现象，形成明 暗相间的干涉条纹。光的干涉是光学中的重要现象之一。
案例三：光的干涉实验
实验步骤
1. 准备实验器材，包括激光器、分束器、反射镜 、光屏等。
2. 将激光器发出的光束通过分束器分成两束相干 光波。
案例三：光的干涉实验
1
3. 让两束光波在空间某一点叠加，并观察干涉现 象。
防止机械伤害
在使用机械设备或进行具有危险性的实验操作时，应佩戴防护眼镜、手套等个人防护用品，遵守安全操作规程。
2绪论
电子显微镜镜发展概述
1923年德布罗意（Ｌ.de Broglie） 提出物质波假说，论证了微观粒子也具 有波动性。该理论认为电子与光一样具 有波动性，电子的波长由下式决定
h e P
式中：ｈ---普朗克（Ｐlanck）常数 Ｐ---电子的动量
德 布 罗 意 (L. V. de Broglie, 1892–1987) 法国物理学家 .1929 年 因发现电子波动性获诺 贝尔物理学奖.
德布罗意（L.V.de Broglie）揭示了电子的波动性及其与光波的 相似性，布许（H.Busch）等人自1926年起陆续证明了旋转对称静磁 场可以使电子束聚焦和成像，如同光学透镜对于光线的作用。他们的 研究成果奠定了电子光学理论建立的基础。电子光学理论的建立为电 子显微镜的发明、研究与发展奠定了基础。
电子显微镜镜的重要性
1.电子显微镜与光学显微镜相比，具有高空间分辨率和 能量分辨率，已成为显微结构表征和微区成份分析不 可缺少的工具。 2.电子显微镜是直接观察物体微细结构的有力工具，被 誉为“科学之眼”。 3.电子显微镜在材料领域的广泛应用,对于研究和开发新 材料，特别是纳米材料的开发具有非常重要的作用,可 以说起到“眼睛”和“手”的功能。 4.现代电镜恰恰是能在原子、分子尺度上并可能在原位 (in situ)进行表征催化剂的一种有效工具。
电子显微镜镜发展概述
电子显微学所经历的三个重要阶段
第一阶段是从50年代中期到60年代。以英国剑桥大学凯文第什实 验室（Ｐ.Ｂ.Ｈirsch和Ａ.Ｈowie）为代表，建立了一套直接观察薄 晶体中缺陷结构的实验技术，这一阶段的代表著作是Ｐ.Ｂ.Ｈirsch 等人合著的《薄晶体电子显微学》（中译本，科学出版社，1983）。 第二阶段是70年代初期形成的高分辨电子显微术，以相位衬度机 制获得薄膜样品的高分辨结构象。杰出代表是英国Ａ.Ｋlug，用高分 辨电子显微术研究核酸-蛋白质复合体的晶体结构方面作出卓越贡献， 而获得1982年诺贝尔化学奖。这一阶段的代表著作是Ｊ.Ｃowley著的 “Diffraction Physics”。 第三阶段是70年代末和80年代初在电子衍射学说和高分辨电子显 微术实验基础上兴起的分析电子显微学，可以对样品中微区（0.5 ～ 几个纳米）的成分和结构进行定量分析。由此在材料科学、微电子学、 固体物理、化学、地质矿物学及生命科学等众多科研领域中的应用日 趋广泛。
大学物理实验课绪论ppt课件
实验可以发现新事实，实验结果可以为 理论的建立提供依据
伽利略的单摆实验和斜面实验为研究力学规律提 供了重要依据，库仑通过滑板实验提出了摩擦定律， 胡克的弹性实验、玻意耳的空气压缩实验、波雷里的 表面张力实验为物理学提供了新事实和新规律。
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是相辅相成的，规律、公式是否正确必须
2.实验操作
课堂实验操作时，应根据实验的步骤和要求认真进行调 试、仔细观察和测量有关的物理量。
课堂实验可分为：①仪器的安装和调试；②观测（在明 确了实验目的和测量内容步骤并能正确使用仪器后可 进行正式观测）；③记录（记录的内容：日期、时间、 地点、仪器及其编号、简图、简单过程、原始数据、 有关现象、随时发现的问题等，记录不得用铅笔）； ④仪器还原（将其恢复到实验以前的状态）。
5. 物理实验报告要求每次实验课测完数据后立刻处理数 据并且当堂上交，所以大家必须提前写好预习报告 画好表格，否则无法在上课时间内完成！
6. 实验考试 平时的5份报告占总成绩50%， 1次设计性实验（考试实验）报告现场完成并上交，占 总成绩50%；
规定：无故缺做1个或以上实验者并且不补做，期末总 成绩直接记为0分;
每一次实验课包括课前预习、实验操作和实验报告三 个环节
1.课前预习 学生进入实验室之前必须进行预习 。预习时 应仔细阅读实验教材，着重理解实验原理，明 确实验的大体步骤及仪器使用注意事项。预习 时要求写出预习报告。 预习报告的内容：①实验目的；②实验原理 （包括公式及各量的物理意义、原理图、线路 图或光路图等）。
自组电桥测电流表内阻（303房间）学号尾 数双数学生做
本学期实验项目和进度安排
选李良国老师的同学：
第1周周六 第3周周六 第7周周六 第8周周六
伽利略的单摆实验和斜面实验为研究力学规律提 供了重要依据，库仑通过滑板实验提出了摩擦定律， 胡克的弹性实验、玻意耳的空气压缩实验、波雷里的 表面张力实验为物理学提供了新事实和新规律。
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是相辅相成的，规律、公式是否正确必须
2.实验操作
课堂实验操作时，应根据实验的步骤和要求认真进行调 试、仔细观察和测量有关的物理量。
课堂实验可分为：①仪器的安装和调试；②观测（在明 确了实验目的和测量内容步骤并能正确使用仪器后可 进行正式观测）；③记录（记录的内容：日期、时间、 地点、仪器及其编号、简图、简单过程、原始数据、 有关现象、随时发现的问题等，记录不得用铅笔）； ④仪器还原（将其恢复到实验以前的状态）。
5. 物理实验报告要求每次实验课测完数据后立刻处理数 据并且当堂上交，所以大家必须提前写好预习报告 画好表格，否则无法在上课时间内完成！
6. 实验考试 平时的5份报告占总成绩50%， 1次设计性实验（考试实验）报告现场完成并上交，占 总成绩50%；
规定：无故缺做1个或以上实验者并且不补做，期末总 成绩直接记为0分;
每一次实验课包括课前预习、实验操作和实验报告三 个环节
1.课前预习 学生进入实验室之前必须进行预习 。预习时 应仔细阅读实验教材，着重理解实验原理，明 确实验的大体步骤及仪器使用注意事项。预习 时要求写出预习报告。 预习报告的内容：①实验目的；②实验原理 （包括公式及各量的物理意义、原理图、线路 图或光路图等）。
自组电桥测电流表内阻（303房间）学号尾 数双数学生做
本学期实验项目和进度安排
选李良国老师的同学：
第1周周六 第3周周六 第7周周六 第8周周六
大学物理实验(2).ppt
为什么要用两种表示方法表示误差？
m1 (1.00 0.02)g m2 (100.00 0.02)g
相对误差 2.0%
相对误差 0.02%
两个物体质量的绝对误差都是0.02g
现它具有内在统计规律：
单峰性 有界性 对称性 抵偿性
f (N ) N
偶然误差的可能来源：
偶然不确定因素引起，可能：个人、 环境因素，电压波动、杂散电磁场干扰
偶然误差的出现带有必然性和不可避免性 难以控制无法消除
（3）过失误差（粗大误差）
明显歪曲实验结果的误差称为过失误差
缺乏经验、粗心大意、过度疲劳、操作不当
1 K
(N1 N2
... NK )
Ni
i1
K
N1 N0 N1
N2 N0 N2 算术平均值的误差＝误差的算术平均值
．．．．．．．．．
K
NK N0 NK
Ni
当K 时, i1
0
K
K
K
Ni KN0 Ni
i 1
K
Ni
i 1
K
Ni
则N N0
i 1
K
N0
i 1
K
算术平均值作为直接测量的最佳值，
３．培养学生具有对待科学实验一丝不苟的严谨 态度和实事求是的工作作风。
二、实验课程序
物理实验课包括（１）预习（２）实验 操作（３）撰写实验报告，三个步骤。
步骤１ ．预习 实验前的预习是保证实验顺利进行，并
能取得满意结果的重要步骤。预习时要求阅 读讲义弄清实验目的、原理和方法，了解仪 器性能，写出实验预习报告。
K
Ni
N N0
i 1
K
简称：最佳值
２．绝对误差与相对误差
实验00-绪论2-物理实验室相关安全知识答案
A00安全-01需求*马斯洛的五大需求层次论中，最低的是生理需求，其次是（）。
A、安全需求；✔B、社交需求；C、尊重需求；D、自我实现A00安全-02安全与人*据统计，（）以上实验室安全事故是人为因素引起的。
A、30%；B、50%；C、80%；✔ D、90% 21:06 Hainan University 8 二、实验室安全管理基础科学史上四个著名的实验21:06 Hainan University 9 海因里希安全法则A00安全-03安全法则*根据海因里希安全法则，1起重大事故，有（）起轻微事故和（）起未遂事故。
A、10，100；B、8，64；C，29，300；✔ D、100，10000；21:06 Hainan University 10 管人（80% ）管物管问题管隐患管缺陷21:06 Hainan University 11 21:06 Hainan University 12 A00安全-04安全教育*对于人员进行有效的安全教育，是提高安全管理水平最重要的手段之一。
A、对；✔ B、错。
A00安全-05墨菲定律*实验安全事故很难完全避免，我们没有绝对的安全。
A、对；✔ B、错。
21:06 Hainan University 13 A00安全-06墨菲定律*下列哪个表述与墨菲定律不相符。
（）A 、Anything that can go wrong will go wrong. B 、凡事只要有可能出错，那就一定会出错.C 、事情如果有变坏的可能，不管这种可能性有多小，它总会发生，并会引起最大可能的损失.D 、即使事情存在变坏的可能，但只要我们做好预防，那它一定不会变坏。
✔ 21:06 Hainan University 14 21:06 Hainan University 15 A00安全-07目标* 实验室安全管理的目标是（） . A、排除隐患；✔ B、控制危险；✔ C、消除事故；✔ D、寻求安全；✔ E、杜绝事故；顶层基层中间层21:06 Hainan University 16 21:06 Hainan University 17 A00安全-08管理机构*实验室安全政府管理机构与分工中，特种设备的管理及从业人员的培训由()进行。
大学物理实验课程教学大纲物理实验中心河北工业大学
大学物理实验课程实验教学大纲课程名称：大学物理实验英文名称：University Physics Experiment实验学时：60学时（春天学期30学时；秋季学期30学时）适应专业：全校理工科各专业一、实验目的：物理学是研究物质运动一般规律及物质大体结构的科学，是自然科学的基础。
它的进展不仅推动了整个自然科学，而且对人类的物质观、时空观、宇宙观乃至人类文化都产生了深刻的影响。
物理学的研究必需以客观事实为基础，必需依托观察和实验。
物理实验在物理学的进展进程中起着重要的和直接的作用。
实验能够发觉新事实，实验结果能够为物理规律的成立提供依据。
归根结底物理学是一门实验科学，无论物理概念的成立仍是物理规律的发觉都必需以严格的科学实验为基础，并通过此后的科学实验来证明。
实验物理与理论物理相辅相成。
规律、公式是不是正确必需经受实践查验。
只有经受住实验的查验，由实验所证明，才会取得公认。
物理学又是今世技术进展最主要的源泉。
物理实验的方式、思想、仪器和技术已经被普遍地应用在各个自然科学领域和技术部门和其他学科领域。
本课程是高校各理工科专业开设的一门基础实验课，它与普通物理理论课程既有紧密的联系，又彼此独立。
它不同于一般的探索性的科学实验研究，每一个实验题目都通过精心设计、安排，实验结果也比较有定论。
它不仅能够加深大家对理论的理解，更重要的是可使同窗取得大体的实验知识，在实验方式和实验技术诸方面取得较为系统、严格的训练，是大学生进行自主学习、创新训练及科学研究的第一步，同时在培育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。
本课程的主要目的和任务：1.通过对实验现象的观察、分析和对物理量的测量，使学生进一步掌握物理实验的“大体知识，大体方式和大体技术”（即“三基”能力）；并能运用物理学原理和物理实验方式来研究物理现象和规律，加深对物理学原理的理解。
2.培育与提高学生从事科学实验的素质。
其中包括：理论联系实际和实事求是的科学作风；严肃认真的工作态度；不怕困难，主动进取的探索精神；遵守操作规程，珍惜公共财物的优良道德；和在实验进程中彼此协作，一路探索的团队合作精神。
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
绪论-2013
+(
δN =
f
yδy +
f
zδ z
3.相对“误差”:
SN (δ N ) ×100% EN = N
е е
е е
е е
е е
е е
√
е е
dy +
y
3x dx fzе еFra bibliotekе е
全微分:
f
y dy
+
(dN) y
е е
f
z dz
(dN)z
) Sz
2
2
4.结果的完整表示:
{
N
= N ± SN (δ) N
SN(δ N )
√
√
N =f (x,y,z…)
… + y
四.有效数字及其规则:
1.定义:
……
可疑的 可靠的
非零
注意
末尾的0
如:1234.0=1234
2.有效数字运算规则:
可靠 + 可靠 可靠 + 可疑 可靠 可疑
可疑 + 可疑
加减法,对位次 如: 13.65+0.0082+1.63245≈ 乘除法,数位数 如: 43.2×2.1 ≈
Δx = i x－ i x
误差公理：
0
误差存在于一切测量的全过程中 误差种类： 随机误差、 系统误差
定义 随 机 误 差 系 统 误 差 以不可预 知的方式 变化
特点 不确定性 服从统计 规律 不可消除
原因
处理
偶然的不 用统计方 确定的因 法估算 素产生的 综合影响
保持恒定 或以可预 知的方式 变化
ÌÌ ì î Ì ¤Ì ï
Ìí Ì ÌÌ é Ì
大学物理实验绪论
四、有效数字尾数的舍入规则
尾数大于五进，小于五舍，等于五时取偶。 ——“逢五取偶” 这个原则比“四舍五入”的截尾规则更合理。
例4 将下列数截去尾数成四位有效数字。 2.345 26 → 2.345 2.345 52 → 2.346 2.346 50 → 2.346 2.347 50 → 2.348
5、注解和说明
要求注明图线的名称、作图者姓名、日期以及必要的 简单说明（如实验条件：温度、压力等）。
3 ——极限误差
三、偶然误差的数据处理——多次测量 结果与误差计算
被测物理量的算术平均值——测量结果的最佳估 计值
1 n x xi n i 1
等精度测量条件下，当测量次数相当多时，算术 平均值是真值的最佳值。
四、标准偏差
等精度测量条件下，若测量次数n有限 任意一次测量值的标准偏差
1 n x ( xi x )2 n 1 i 1 平均值的标准偏差
实验报告剩余部分的完成（即数据处理和 思考题部分）： 1)数据处理（含有数据处理主要过程、作图及实 验结果）； 2）回答思考题及分析讨论。 3）将带有教师签字的原始记录纸，沿粘贴线粘 贴好(用胶水或透明胶带粘贴)。
交报告的时间、地点： 一周内由指定的同学将上周完成的实验报告 交到对应的实验室。逾期未交报告，酌减报告 分，一个月不交，按无报告处理。
B类不确定度 合成不确定度
uj
j C
uc
i2 u j2
二、不确定度的传递公式
设间接测得量与各直接测得量有下列函数关系 N f ( x, y, z ) ，其中x、y、z……相互独立。 u u 各直接测得量的不确定度为 uc x 、 c y 、 c z ……
间接测得量 N 的不确定度 f 2 2 f 2 2 uc N ( ) uc x ( ) uc y x y 相对不确定度
大学物理实验(2)教学大纲【27学时机电类】
大学物理实验（2）教学大纲课程名称：大学物理实验（2）课程编码：1104070406英文名称：Physics Lab（2）学时：27学分：1适用专业：机电类课程类别：必修课程性质：实验先修课程：大学物理参考教材：大学物理实验，天津大学出版社，朱献松，2007一、制定本大纲的依据《大学物理实验教学大纲》是根据国家教育部工科物理教学指导委员会编写的《高等工业学校物理实验课教学基本要求》而制定的。
二、大学物理实验（2）课程的具体安排三、本实验课在课程体系中的地位与作用物理课是一门实验科学，从实验中观察物理现象，发现问题，解决问题，使物理学科的理论不断地得到完善和发展。
认识来源于实践，物理实验科学研究是一切物理理论的源泉，是自然科学的根本，是工程技术的基础，同时，物理理论对实验又起着指导作用。
因此搞好实验教学对学生观察认识物理现象，加强对物理理论的知识理解，培养学生学习兴趣，训练学生动手能力，科学研究能力，创新思维能力，必不可少的一门实践课程。
四、学生应达到的实验能力与标准1、通过对试验现象的观察分析和对物理量的测量，使学生进一步掌握物理试验的基本知识、基本方法和基本技能；并能运用物理学原理、物理实验方法研究物理现象和规律，加深对物理学原理的解释。
2、培养与提高学生从事科学实验的素质。
包括：理论联系实际和实事求是的科学作风；严肃认真的工作态度；不怕困难，主动进取的探索精神；遵守操作规程，爱护公共财物的优良品德；以及在试验过程中同学间相互协作，共同探索的合作精神。
3、培养与提高学生科学实验的能力。
包括：自学能力――能够自行阅读试验教材或参考资料，正确理解实验内容，在实验前作好准备。
动手实践能力――－能够借助材料和仪器说明书，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，确定根据课题要求，合理选择仪器，拟定具体的实验程序。
《大学物理实验》绪论
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。
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，而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一步。
分别获得1929年和1937年的诺贝尔物理学奖。
1895年伦琴在实验上发现了新的电磁辐射，被 称为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 和相互激励而共同推进物理学发展的进程。
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...
1924年法国人德布洛伊（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。 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。并提名德布洛伊获诺贝尔奖。
大学物理课件--绪论2.物理学的范围内容
大学物理绪论2
万物之理
物理学的范围内容
1
一、物理学研究范围
【一】空间尺度
1026 m(约150亿光年)(宇宙) 10－35 m (普朗克长度)
宇观物质
微观粒子
宏观物质 Cosmological 介观物质 Macroscopic Mesoscopic
Microscopic
宇观-宏观-介观-微观
注意：
● 光学 (Optics) 研究光的本性、光的传播和光与物质的相互作用规律
● 相对论 (Relativity) 研究物体的高速运动效应以及相关的动力学规律
● 量子力学 (Quantum mechanics) 研究微观物质运动现象以及基本运动规律
三、物理学年代的划分
第一代：1543年以前，以亚里士多德为代表的物
原子半径 11010 m
质子半径 夸克半径
11015 m 11020 m
宇宙 太阳 地球 宇宙飞船 最小病毒
1053 kg
2.01030 kg 6.01024 kg
104 kg
91014 kg
电子
9.11031 kg
光子，中微子 （静） 0
7
从宇观到微观， 自然界只有四种相互作用：
力的总类 万有引力 弱力 电磁力 强力
理论 物理
计算 物理
物理学的基本理论：
● 牛顿力学 (Mechanics) 研究物体机械运动的基本规律及关于时空相对性的规律
●热力学 (Thermodynamics) 研究物质热运动的统计规律及其宏观表现
● 电磁学 (Electromagnetism) 研究电磁现象、物质的电磁运动及电磁辐射等规律
16
【核反应-原子弹爆炸演示动画】
万物之理
物理学的范围内容
1
一、物理学研究范围
【一】空间尺度
1026 m(约150亿光年)(宇宙) 10－35 m (普朗克长度)
宇观物质
微观粒子
宏观物质 Cosmological 介观物质 Macroscopic Mesoscopic
Microscopic
宇观-宏观-介观-微观
注意：
● 光学 (Optics) 研究光的本性、光的传播和光与物质的相互作用规律
● 相对论 (Relativity) 研究物体的高速运动效应以及相关的动力学规律
● 量子力学 (Quantum mechanics) 研究微观物质运动现象以及基本运动规律
三、物理学年代的划分
第一代：1543年以前，以亚里士多德为代表的物
原子半径 11010 m
质子半径 夸克半径
11015 m 11020 m
宇宙 太阳 地球 宇宙飞船 最小病毒
1053 kg
2.01030 kg 6.01024 kg
104 kg
91014 kg
电子
9.11031 kg
光子，中微子 （静） 0
7
从宇观到微观， 自然界只有四种相互作用：
力的总类 万有引力 弱力 电磁力 强力
理论 物理
计算 物理
物理学的基本理论：
● 牛顿力学 (Mechanics) 研究物体机械运动的基本规律及关于时空相对性的规律
●热力学 (Thermodynamics) 研究物质热运动的统计规律及其宏观表现
● 电磁学 (Electromagnetism) 研究电磁现象、物质的电磁运动及电磁辐射等规律
16
【核反应-原子弹爆炸演示动画】
大学物理实验：绪论
科学记数法
记 A a 10n ,且1 a 10
例1： 光速C=30万公里每秒
不正确的写法：C=300000km/s；C=30km/s 正确的写法：C=3.0×105km/s=3.0×108m/s 例2：
电子电量 e = 1.602189 ×10-19 C
有效位数的运算规则
仪器的读数规则
(1). 刻度式仪表，在最小分度值后要估读一位 (2). 数字显示仪表，直接读取仪表的示值。 (3). 游标类量具，读到游标分度值的整数倍。
误差分类
系统误差：由于确定的原因，以确定的方式引起。 具有确定性，服从因果律
随机误差：由大量、微小、不可预知的因素引起。 具有随机性，服从统计律
产生原因： 系统误差： 如仪器误差，方法误差，人员误差 随机误差： 如实验条件和环境因素的起伏，估读数的 偏差，测量对象的不稳定
系统误差的处理
①已定系统误差：设法消除，或修正 测量结果 = 测得值(或其平均值)-已定系统误差
4.178 × 10.1
4178 4178 421978=42.2
14
误差的定义、分类和性质
误差公理：测量总是存在误差的
误差定义： Δ x x 。 x :测量值； x:真值
推论： (1).真值不可确知 (2).误差不可确知
误差虽然不可确知，但我们可以分析误差的主要来源， 尽可能消除或减小某些误差分量对测量的影响，把它控制 在允许范围之内。对于最终不能消除的误差分量，我们还 可以估计出它的限值或分布范围，对测量结果的精确程度 作出合理的评价
I (mA) 2.00 4.01 6.22 8.20 9.75 12.00 13.99 15.92 18.00 20.01
1.选择合适的坐标分度值，确定坐标纸的大小 坐标分度值的选取应能基本反映测量值的准确度或精密 度。根据表１数据U 轴可选1mm对应于0.10 V，I 轴可选 1mm对应于0.20 mA，并可定坐标纸的大小（略大于坐标
大学物理实验绪论(修改版)
精品课件
(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）
(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。
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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）
大学物理实验绪论课()精品PPT课件
⑤、⑥、⑦、⑧要详细写。 关于详细要求的说明，请参阅讲义。
第一章 概述
§3 本课程的教学程序及有关问题的说明
➢ 关于实验报告的收发 每次上实验课，交上一次实验的实验报 告，迟交要扣分 注意：必须将教师签过字的原始数据表 同时上交，否则不予认可二 3次不交实验报告学生不得参加期末考 试
第一章 概述
第一章 概述 第二章 误差与不确定度的基本概念
与处理方法 第三章 数据处理的基本知识与要求
第一章 概述
§1 大学物理实验课的地位与作用
一、实验是物理学的基础
实验是对自然的积极探索 其作用具体体现在： ➢ 通过发现新现象，推动物理理论的发展 ➢ 检验和修正物理理论
二、物理实验是推动科技发展的有力工具
第一章 概述
§2 大学物理实验课的教学目的与要求
三、提高科学素养
科学素养几个表现： ➢ 有强烈的求知欲。 ➢ 在科学思维的基础上独立观察思考，培养
创新意识。
➢ 培养严谨的科学作风和坚韧不拔的苦干精 神。
第一章 概述
§2 大学物理实验课的教学目的与要求
四、教学中的几点具体要求：
遵守实验规则，养成良好的实验习惯； 熟悉本课程的基本程序并按要求执行； 掌握物理实验基本测量方法； 能够正确合理地处理实验数据，能够撰写完整 规范的科学实验报告； 了解误差与不确定度、有效数字的基本知识和 处理方法，并能适当应用于数据处理过程。
如：用卡尺测长度
间接测量： 利用一定的函数关系由一个或几个直
每次最后做完实验的两个同学还要完成清扫实验
室的任务，经教师允许后方可离开。
第一章 概述
§3 本课程的教学程序及有关问题的说明
四、实验报告撰写规范
➢ 一份完整规范的实验报告通常包括以下部分：
第一章 概述
§3 本课程的教学程序及有关问题的说明
➢ 关于实验报告的收发 每次上实验课，交上一次实验的实验报 告，迟交要扣分 注意：必须将教师签过字的原始数据表 同时上交，否则不予认可二 3次不交实验报告学生不得参加期末考 试
第一章 概述
第一章 概述 第二章 误差与不确定度的基本概念
与处理方法 第三章 数据处理的基本知识与要求
第一章 概述
§1 大学物理实验课的地位与作用
一、实验是物理学的基础
实验是对自然的积极探索 其作用具体体现在： ➢ 通过发现新现象，推动物理理论的发展 ➢ 检验和修正物理理论
二、物理实验是推动科技发展的有力工具
第一章 概述
§2 大学物理实验课的教学目的与要求
三、提高科学素养
科学素养几个表现： ➢ 有强烈的求知欲。 ➢ 在科学思维的基础上独立观察思考，培养
创新意识。
➢ 培养严谨的科学作风和坚韧不拔的苦干精 神。
第一章 概述
§2 大学物理实验课的教学目的与要求
四、教学中的几点具体要求：
遵守实验规则，养成良好的实验习惯； 熟悉本课程的基本程序并按要求执行； 掌握物理实验基本测量方法； 能够正确合理地处理实验数据，能够撰写完整 规范的科学实验报告； 了解误差与不确定度、有效数字的基本知识和 处理方法，并能适当应用于数据处理过程。
如：用卡尺测长度
间接测量： 利用一定的函数关系由一个或几个直
每次最后做完实验的两个同学还要完成清扫实验
室的任务，经教师允许后方可离开。
第一章 概述
§3 本课程的教学程序及有关问题的说明
四、实验报告撰写规范
➢ 一份完整规范的实验报告通常包括以下部分：
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的机会，完成基本内容，争取做提高内容。 3.记录数据时不得用铅笔；严禁抄袭和涂改实验数据。 4.提倡研究问题，在研究性、创新性内容上下功夫。 5.注意安全操作。对违反操作规程，导致仪器损坏者，
实行赔偿制度。 6.实验结束后，整理好实验仪器，原始数据记录教师签名，打扫
实验室卫生。
三、撰写实验报告
严格按教材格式撰写实验报告。 应包括如下内容：
实验可以发现新事实，实验结果可以为 物理规律的建立提供依据
伽利略的单摆实验和斜面实验为研究力学规律提 供了重要依据，库仑通过滑板实验提出了摩擦定律， 胡克的弹性实验、玻意耳的空气压缩实验、波雷里的 表面张力实验为物理学提供了新事实和新规律。
在电学方面如库仑定律的验证，欧姆定律的建立， 奥斯特发现电流的磁效应，法拉第发现电解定律和电 磁感应现象等，无一不是通过大量的实验得出来的。
物理实验课程的主要任务（目的）
1. 通过对物理实验现象的观察、分析和对物理量的测量， 学习物理实验思想，原理及方法，加深对物理实验设计 创新思维的理解。
2.培养与提高学生科学实验基本素质，其中包括：
能够通过阅读实验教材或资料，基本掌握实验原理及方 法，为进行实验作好准备。
能够借助教材和仪器说明书，在老师指导下，正确使用 常用仪器及辅助设备，尤其是对实验设计思想的理解。
8.有事到S1-432办公室联系，实验室电话（806） 98038/86057556
大学物理实验课成绩评定方法
实验总成绩由平时每个实验成绩组成： 1、平时有一个或一个以上的实验没有 按期独立完成。 2、严重违犯实验课堂纪律。
物理实验课的基本程序
6.每次实验2小时20分钟。无故迟到、早退者适当 扣分。若有缺课、旷课者，由班长或课代表填写 “未做实验记录表”，并通知他们必须找时间补 做实验，补做后在记录表签名。如果未做期末实 验成绩视为0分。原始实验数据必须经教师检查 签字,才能离开实验室。
7.发现雷同和未交实验报告、抄袭和涂改原始实验 数据,本次实验成绩定为0分。 实验报告不收复印本。
经受实验检验。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
假说
库仑定律 高斯定律
麦克斯韦在 1865年提出
电磁场理论 麦克斯韦方程组
二十多年后
电磁场理论 才得到公认
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
1879年赫兹实验发现了 电磁波的存在并证实电 磁波的传播速度是光速
7.实验讨论 按指导教师要求完成。
8.实验原始数据记录 （指导教师签名有效）
§2.物理实验的重要作用
物理学是一门建立在实验基础上的科学，物理概念 的建立、物理规律的发展、物理理论的形成都必须以 严格的科学实验为基础，并通过科学实验来证实。在 物理学发展的过程中，从经典物理学到现代物理学， 纵观物理学三百多年的发展史，科学发展的每一步都 是以实验为先导的。
1. 课间，和课代表填写“绪论课堂登记表”。 2. 绪论课后，课代表到S1-418室外公告栏抄
实验课表；并提前通知同学。每次实验课 时将上次实验报告收齐按学号排好序交给 任课老师。 3. 622848 0246 0008 77562 刘维慧。凭汇 款单到S1-406室领取实验报告册和坐标纸 (不能复印)。第1、2周周一至周五每天下 午4:00-5:00 4. 实验教材要求每人一册，到教材科购买。 5. 实验课前必须预习。
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。
1973年丁肇中用高能同步加速器发现了J/ψ粒子，进一步证实了盖尔 曼1964年提出的夸克理论。
能够运用物理学理论对实验现象进行初步的分析判断， 逐步学会提出问题，分析问题和解决问题的方法。
能够正确记录和处理实验数据，绘制曲线，分析实验 结果，撰写合格的实验报告。
能够完成符合规范要求的设计性内容的实验。
在老师指导下，能够查阅有关方面科技文献，用实验 原理、方法、能够进行简单的具有研究性或创新性内容的 实验。
光的干涉、衍射、偏振以及双折射现象也都是首先 从实验中发现的。
X射线、放射性和电子这一19世纪末的三大发现也 是实验的结果，它们的发现为原子物理学的发展奠定 了基础。例如卢瑟福从大角度α粒子散射实验结果证 实了原子的有核模型的正确性等等。
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是相辅相成的，规律、公式是否正确必须
1.实验名称 2.实验目的 时实际使用仪器为准）
3.实验仪器及规格（以实验
4.实验原理
扼要叙述实验原理、主要公式（含推导过程）、绘出原理图、 线路图和光路图等。
5.实验内容与步骤 压缩精减
6.数据处理与实验结果
包括：原始数据的整理、误差或不确定度的计算（要有表 达式和数据代入式）、实验结果的表示或结论。
• 物理实验课是高等理工科院校对学生进行科学实 验基本训练的必修基础课程，是本科生接受系统 实验方法和实验技能训练的开端。
• 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。
• 物理实验课覆盖面广，具有丰富的实验思想、方 法、手段，同时能提供综合性很强的基本实验技 能训练，是培养学生科学实验能力、提高科学素 质的重要基础。它在培养学生严谨的治学态度、 活跃的创新意识、理论联系实际和适应科技发展 的综合应用能力等方面具有其他实践类课程不可 替代的作用。
一、实验课前的预习 预习要求： 1.认真阅读实验教材，以理解实验目的、实
验原理和注意事项为主，了解仪器原理及 使用方法、实验内容与步骤。
2.在报告册“实验原始数据记录”页（p）, 根据实验测量数据的特点，设计实验数据 记录表。
二、进行实验
阅读教材、调整仪器、观察现象、获取数据、整理仪器。 1.细心观察实验现象，认真钻研和探索实验中的问题。 2.重点放在实验能力、科学作风培养上。珍惜独立操作
实行赔偿制度。 6.实验结束后，整理好实验仪器，原始数据记录教师签名，打扫
实验室卫生。
三、撰写实验报告
严格按教材格式撰写实验报告。 应包括如下内容：
实验可以发现新事实，实验结果可以为 物理规律的建立提供依据
伽利略的单摆实验和斜面实验为研究力学规律提 供了重要依据，库仑通过滑板实验提出了摩擦定律， 胡克的弹性实验、玻意耳的空气压缩实验、波雷里的 表面张力实验为物理学提供了新事实和新规律。
在电学方面如库仑定律的验证，欧姆定律的建立， 奥斯特发现电流的磁效应，法拉第发现电解定律和电 磁感应现象等，无一不是通过大量的实验得出来的。
物理实验课程的主要任务（目的）
1. 通过对物理实验现象的观察、分析和对物理量的测量， 学习物理实验思想，原理及方法，加深对物理实验设计 创新思维的理解。
2.培养与提高学生科学实验基本素质，其中包括：
能够通过阅读实验教材或资料，基本掌握实验原理及方 法，为进行实验作好准备。
能够借助教材和仪器说明书，在老师指导下，正确使用 常用仪器及辅助设备，尤其是对实验设计思想的理解。
8.有事到S1-432办公室联系，实验室电话（806） 98038/86057556
大学物理实验课成绩评定方法
实验总成绩由平时每个实验成绩组成： 1、平时有一个或一个以上的实验没有 按期独立完成。 2、严重违犯实验课堂纪律。
物理实验课的基本程序
6.每次实验2小时20分钟。无故迟到、早退者适当 扣分。若有缺课、旷课者，由班长或课代表填写 “未做实验记录表”，并通知他们必须找时间补 做实验，补做后在记录表签名。如果未做期末实 验成绩视为0分。原始实验数据必须经教师检查 签字,才能离开实验室。
7.发现雷同和未交实验报告、抄袭和涂改原始实验 数据,本次实验成绩定为0分。 实验报告不收复印本。
经受实验检验。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
假说
库仑定律 高斯定律
麦克斯韦在 1865年提出
电磁场理论 麦克斯韦方程组
二十多年后
电磁场理论 才得到公认
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
1879年赫兹实验发现了 电磁波的存在并证实电 磁波的传播速度是光速
7.实验讨论 按指导教师要求完成。
8.实验原始数据记录 （指导教师签名有效）
§2.物理实验的重要作用
物理学是一门建立在实验基础上的科学，物理概念 的建立、物理规律的发展、物理理论的形成都必须以 严格的科学实验为基础，并通过科学实验来证实。在 物理学发展的过程中，从经典物理学到现代物理学， 纵观物理学三百多年的发展史，科学发展的每一步都 是以实验为先导的。
1. 课间，和课代表填写“绪论课堂登记表”。 2. 绪论课后，课代表到S1-418室外公告栏抄
实验课表；并提前通知同学。每次实验课 时将上次实验报告收齐按学号排好序交给 任课老师。 3. 622848 0246 0008 77562 刘维慧。凭汇 款单到S1-406室领取实验报告册和坐标纸 (不能复印)。第1、2周周一至周五每天下 午4:00-5:00 4. 实验教材要求每人一册，到教材科购买。 5. 实验课前必须预习。
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。
1973年丁肇中用高能同步加速器发现了J/ψ粒子，进一步证实了盖尔 曼1964年提出的夸克理论。
能够运用物理学理论对实验现象进行初步的分析判断， 逐步学会提出问题，分析问题和解决问题的方法。
能够正确记录和处理实验数据，绘制曲线，分析实验 结果，撰写合格的实验报告。
能够完成符合规范要求的设计性内容的实验。
在老师指导下，能够查阅有关方面科技文献，用实验 原理、方法、能够进行简单的具有研究性或创新性内容的 实验。
光的干涉、衍射、偏振以及双折射现象也都是首先 从实验中发现的。
X射线、放射性和电子这一19世纪末的三大发现也 是实验的结果，它们的发现为原子物理学的发展奠定 了基础。例如卢瑟福从大角度α粒子散射实验结果证 实了原子的有核模型的正确性等等。
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是相辅相成的，规律、公式是否正确必须
1.实验名称 2.实验目的 时实际使用仪器为准）
3.实验仪器及规格（以实验
4.实验原理
扼要叙述实验原理、主要公式（含推导过程）、绘出原理图、 线路图和光路图等。
5.实验内容与步骤 压缩精减
6.数据处理与实验结果
包括：原始数据的整理、误差或不确定度的计算（要有表 达式和数据代入式）、实验结果的表示或结论。
• 物理实验课是高等理工科院校对学生进行科学实 验基本训练的必修基础课程，是本科生接受系统 实验方法和实验技能训练的开端。
• 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。
• 物理实验课覆盖面广，具有丰富的实验思想、方 法、手段，同时能提供综合性很强的基本实验技 能训练，是培养学生科学实验能力、提高科学素 质的重要基础。它在培养学生严谨的治学态度、 活跃的创新意识、理论联系实际和适应科技发展 的综合应用能力等方面具有其他实践类课程不可 替代的作用。
一、实验课前的预习 预习要求： 1.认真阅读实验教材，以理解实验目的、实
验原理和注意事项为主，了解仪器原理及 使用方法、实验内容与步骤。
2.在报告册“实验原始数据记录”页（p）, 根据实验测量数据的特点，设计实验数据 记录表。
二、进行实验
阅读教材、调整仪器、观察现象、获取数据、整理仪器。 1.细心观察实验现象，认真钻研和探索实验中的问题。 2.重点放在实验能力、科学作风培养上。珍惜独立操作