大学物理实验绪论ppt.

（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
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
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：
• 注意：A）列出数据记录表格，标明实验条件和实验参数，单 位和数量级。 • B）没有预习报告不能进入实验室做实验
• （2）课堂实验：课堂实验是实验的主体。独立 性。
• • • • 要求如下： ①正确连接实验仪器或实验装置。 ②按仪器操作规程调整仪器，合理选择量程。 ③细心操作—观察实验现象-记录数据（正确表示有效数 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。
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：
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。
• 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)粗大误差（过失误差）：
读数错误、记录错误、计算错误等。这属于不正
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）。
1 x 2 f (x) exp( ) 2 2 2
< x <
Δx(=xi-x0) 为误差， σ称为标准误差，
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。
4 L g 2 T
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。 • 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。
• 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）； （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。
x x - x0
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。
又分为定值系统误差和变值系统误差
特点——确定性
系统误差产生的原因：
[-2，+2]，则概率为95.4%;
[-3，+3]区间的概率为99.7%。
1、用标准偏差估算 （1）直接测量
A
先求算术平均值：
1 n x xi n i 1
B
按贝塞耳公式求出标准偏差σx ：
1 n 2 x ( x x ) i n 1 i 1
注意这是在有限次测量时，任何一次测量的标准偏差。
• a. 测量仪器本身的缺陷 • b. 测量方法或计算公式的近似性 • c. 测量条件（环境等）与所使用仪器的规定使用条件不符 • d. 实验者的不良习惯
系统误差的消除
对定值系统误差的消除
A、消除产生系统误差的根源（如先进行仪器校对，再进行测 量）
B、找出修正值对测量进行修正：实际值=测量值-修正值
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.
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. 2
1 x 2 f (x) exp( ) 2 2 2
正态分布具有4个特性： a.单峰性：小误差出现的概率比 大误差出现的概率大； b.对称性：绝对值相等的正负误 差出现的概率相同； c.有界性：在一定条件下，误差 的绝对值不超过一定的界限； d.抵偿性：偶然误差的算术平均 值随测量次数的增加而趋向于 零。
x
仪 3
结果表达式
x x测 x x E x 100% 测
（2）间接测量
N f ( x, y , z , … ） N f (x , y, z , … ） f 2 2 f 2 2 f 2 2 N ( ) x ( ) y ( ) z … x y z
-Δ仪
Δ仪
Δ
（3）合成不确定度
u ( x ) u ( x ) u ( x)
2 A 2 B
（4）相对不确定度
u( x ) E 100% x
x1 (2.00 0.02)cm E 1.0%
百分比误差
A x x0
x2 (20.00 0.02)cm E 0.1%
• （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
• 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。
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
1 n 2 lim ( x x ) i 0 x n i 1
曲线与Δx轴之间所包围的 面积等于1。随机误差落在区域 [-σ，σ]之内的概率为P

P

f (x)d (x) 68.3%

这表示作任何一次测量时，测量值的误差落在 [-，+]区间的概率是68.3%,
对算术平均值为结果时，平均值的标准偏差应为：
n 1 2 x ( xi x ) n(n 1) i 1 n
x
C 结果表达式
x x x x E 100% x
或
x x x x E 100% x
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。
（2）B类不确定度：是对未定系统误差大多按均匀分布
百度文库
进行的非统计处理。
仪器是一种产品，作为一个结果，它的不可靠量值应该是不 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。
仪 uB ( x) 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
x0
× 100%
（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, 25.06, 25.10 则：测得值的最佳估计值为:

1 n L Li 25.09mm n i 1 测量列的标准偏差: 1 2 L ( L L ) 0.03mm i n 1
实验选课系统
• 打开理学院主页 • 点击 “省物理实验示范中心” 或直接输入网址 “http://phy.hdu.edu.cn” • 先注册 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
成绩评定及学习方法
1、期末成绩的评定
期末成绩 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 平时成绩：70%
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 写出预习报告：实验目的—简要原理—列出实验仪 器—拟好数据表格—注意事项
提示：
• 1、大学物理实验与中学物理实验的区别，中学物理 实验是帮助学生理解物理概念；大学物理实验是要求 学生学会实验方法、原理、认识实验仪器等。 • 2、本次所讲述的内容是整个大学物理实验课的基础 知识，贯穿于所有实验课全部，并不是其它课程的一 般的绪论课，因此这次课非常重要希望大家务必重视。 • 3、实验课是一门自学性较强的课程，实验目的、实 验原理要求学生必须在课前进行自学，课堂上不可能 有足够的时间仔细看，否则会影响实验的正常操作。
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。
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
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 验室全做）
N N N N 100% E N
结果表达式
三、实验不确定度（测量结果不确定度）
1、不确定度的定义
不确定度是由于测量误差的存在而造成对被测量值不能确定的 程度。
2、不确定度的分类
（1）A类不确定度：是对随机误差的统计处理，常 用平均值的标准偏差估算。
uA ( x ) x