大学物理实验绪论2015(1)详解
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大学物理实验一绪论.ppt
意识：创新意识，实验意识 观察，实践，体验 可能成功，可能失败，因为这是实验！
交叉学科发展，物理学成为必备的教育背景
一、实验安排 二、实验要求 三、实验数据处理基本方法 四、误差与有效数字理论
一、实验的安排
时间安排： 第4周：实验绪论课（9月23-26日）
第6周—第8周：物理实验（3个） 注：学生实验全部10月8日以后开始
三、实验数据处理的基本方法
列表法 作图法 逐差法 最小二乘法（回归法）
列表法：
列表：可以将物理量之间的对应关系简明、醒目，有 助于发现其间的规律，比如递增或递减。
要注意： （1）表格设计合理、简明，便于观察
（2）栏目中物理量注明名称 和单位
（3）一般，顺序与测量顺序一致
（4）用有效数字填写原始数据
四
8八
五六
十二 九 十 四
一
9九 10 十 11 十一 12 十二
十 十一 十一 十二 十二 九 九十
一 二 三五
六
二 三 四六
七
三 四 一七
八
四
一
二八
五
学生分组：
每一单元时间学生分为12个组，分组 名单见丙区电梯间3楼附近的墙上。
8日前公布）。
(分组名单10月
每组学生由三位老师分别指导力学、
注电意学： 、光学实验
次测量时，这些测量具有相同的精度，称为等 精度测量。 仪器条件变化时的测量称为不等精度测量。
(3) 测量的精密度、准确度、精确度
测量的精密度、准确度、精确度都是评价测量结 构优劣程度的标志，与测量误差有关。
精密度：一个等精度测量物理量得到的一组数据 彼此接近程度称为精密度。
准确度： 测量数据与真值靠近的程度称为准确度。
交叉学科发展，物理学成为必备的教育背景
一、实验安排 二、实验要求 三、实验数据处理基本方法 四、误差与有效数字理论
一、实验的安排
时间安排： 第4周：实验绪论课（9月23-26日）
第6周—第8周：物理实验（3个） 注：学生实验全部10月8日以后开始
三、实验数据处理的基本方法
列表法 作图法 逐差法 最小二乘法（回归法）
列表法：
列表：可以将物理量之间的对应关系简明、醒目，有 助于发现其间的规律，比如递增或递减。
要注意： （1）表格设计合理、简明，便于观察
（2）栏目中物理量注明名称 和单位
（3）一般，顺序与测量顺序一致
（4）用有效数字填写原始数据
四
8八
五六
十二 九 十 四
一
9九 10 十 11 十一 12 十二
十 十一 十一 十二 十二 九 九十
一 二 三五
六
二 三 四六
七
三 四 一七
八
四
一
二八
五
学生分组：
每一单元时间学生分为12个组，分组 名单见丙区电梯间3楼附近的墙上。
8日前公布）。
(分组名单10月
每组学生由三位老师分别指导力学、
注电意学： 、光学实验
次测量时，这些测量具有相同的精度，称为等 精度测量。 仪器条件变化时的测量称为不等精度测量。
(3) 测量的精密度、准确度、精确度
测量的精密度、准确度、精确度都是评价测量结 构优劣程度的标志，与测量误差有关。
精密度：一个等精度测量物理量得到的一组数据 彼此接近程度称为精密度。
准确度： 测量数据与真值靠近的程度称为准确度。
《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。
大学物理实验绪论答案附解析
大学物理实验绪论答案附解析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。
B. D 的测量对ρ的不确定度影响最大。
1.大学物理实验绪论精品文档20页
来的过程。
一 测量的分类： 直接测量：能直接从仪器上读出待测量的量值。
按方式分
长度、时间、质量、温度、电流、电压等。
按条件分
间接测量：通过直接测量量的计算得出结果。
面积、速度、密度等。
等精度测量：对某一量在同一条件下进行的测量。
实验者 仪器 方法 环境
非等精度测量：对某一量在不同条件下进行的测量。
大学物理实验所做的都是等精度的直接测量或 间接测量。
大小、符号随机变化，不可预知。
来源：1 人类感官的灵敏度和仪器精度所限。
2 受起伏条件的干扰。
随机误差无法避免和消除，可以描述。
几个概念：
（1）真值：A
（2）测量值： X i
（3）平均值：X
1 n
n i1
Xi
（4）绝对误差：ΔX(XiA)
（5）误差：
X(Xi-X)（6）相对误差： E
ΔX
12
大多数随机误差近似服从正态分布规律：
单位换算时的有效数字： （有效数字位数不变，用科学记数 1.5 kg = 1500 g 法表达数量级） 1. 510 3g
2.4 0 mm= 0.00240 m = 2.40×10-3 m
7
※运算结果的有效数字（运算法则）：
任何运算结果的有效数字都应符合有效数字的特点， 即由准确数字和最后一位的存疑数字组成。
学生实验守则
1 、必须按时上课，上课迟到扣分，无故不上课者，该实 验无成绩。病、事假需正当手续（医生诊断书或盖有院、 系公章并经院、系主任签字的请假条），口头带信无效。 迟到超过20分钟者取消该次实验成绩。
2 、实验前必须预习，进实验室后马上交预习报告，教师 抽查提问学生预习情况，根据预习情况打分，没写预习报 告的不许做实验。
一 测量的分类： 直接测量：能直接从仪器上读出待测量的量值。
按方式分
长度、时间、质量、温度、电流、电压等。
按条件分
间接测量：通过直接测量量的计算得出结果。
面积、速度、密度等。
等精度测量：对某一量在同一条件下进行的测量。
实验者 仪器 方法 环境
非等精度测量：对某一量在不同条件下进行的测量。
大学物理实验所做的都是等精度的直接测量或 间接测量。
大小、符号随机变化，不可预知。
来源：1 人类感官的灵敏度和仪器精度所限。
2 受起伏条件的干扰。
随机误差无法避免和消除，可以描述。
几个概念：
（1）真值：A
（2）测量值： X i
（3）平均值：X
1 n
n i1
Xi
（4）绝对误差：ΔX(XiA)
（5）误差：
X(Xi-X)（6）相对误差： E
ΔX
12
大多数随机误差近似服从正态分布规律：
单位换算时的有效数字： （有效数字位数不变，用科学记数 1.5 kg = 1500 g 法表达数量级） 1. 510 3g
2.4 0 mm= 0.00240 m = 2.40×10-3 m
7
※运算结果的有效数字（运算法则）：
任何运算结果的有效数字都应符合有效数字的特点， 即由准确数字和最后一位的存疑数字组成。
学生实验守则
1 、必须按时上课，上课迟到扣分，无故不上课者，该实 验无成绩。病、事假需正当手续（医生诊断书或盖有院、 系公章并经院、系主任签字的请假条），口头带信无效。 迟到超过20分钟者取消该次实验成绩。
2 、实验前必须预习，进实验室后马上交预习报告，教师 抽查提问学生预习情况，根据预习情况打分，没写预习报 告的不许做实验。
大学物理实验绪论
2. 误差的基本性质 普遍性：存在于一切 测量之中，贯穿于测 量始终。
不可知性：一般真值 是未知的，误差也就 无法取得。
测量不能得到真值， 但可以减小测量误差，
估算误差范围。
3. 误差的分类
仪 器 误 差
来
源
分
类
：
理 装
论 置
方 误
法 差
误
差
个
人
误
差
环 境 误 差 （ 条 件 误 差 ）
随 机 误 差 性 质 分 类 ： 系 统 误 差
2 5 .0 9
N N N 单 位 0 .0 4
末位对齐
25.09 0.04 25.05 25.09 0.04 25.13
表示 25.05 , 25.13
单次测量
误差通常取仪器最小刻度的一半。
单次测量的结果表达式：
NN测仪
EN
仪
N测
100%
二、间接测量的偶然误差计算——误差传递和合成
N mA
N coAs A
N
1 A
A
【例】 设有一圆柱体，其直径为 d = 9.800 0.005 mm ，
高度 h = 40.00 0.06 mm ，求圆柱体的体积V、标准偏差
σv和EV 。 解：圆柱体的体积为
V d 2 h 9.800240.00
4
4
3.017103m m 3
v 2dh2d24d22h2 0 .0 0 3 1 0 3 m m 3 EVVv100%0.1%
是带着这样
猫习惯于在阳台上睡觉，因而从阳台上掉下来的事情时有发生。长期 的观察表明猫从高层楼房的阳台掉到楼外的人行道上时，受伤的程度
将随高度的增加而减少，为什么会这样呢？
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
大学物理实验绪论(不确定度)总结课件
数据：
直径 D (mm)
12
四、 间接测量结果及不确定度的计算 设间接测量的函数关系式为： N＝f (x ，y ，z……)，
其中x ，y ，z为相互独立的直接测量量， N为 间接测量量 。
设x, y, z，的不确定度分别为△x 、 △y 、 △z ， 它们必然影响间接测量结果，使N也有相应的 不确定度△N
改为N= (2.80±0.08) ×104cm
改为N= (10.7±0.2) cm
N= (10.651±0. 12) cm 改为N= (10.6±0.2) cm
29
例：用米尺测长方形边长，测得以下数据： (单位： cm) a=1.99; 2.02; 2.01; 2.00; 1.97; 2.00 b=5.57; 5.59; 5.55; 5.49; 5.48; 5.54 求：长方形面积S.
②乘除法 结果的有效数字位数与诸数中有效数字位数最少者 相同。
③乘方，开方 结果的有效数字位数与自变量的有效数字位数相同。
④对数
(1)自然对数的有效数字位数与真数的有效数字位 数相同。
例： Ln5.374=1.682
20
(2)以10为底的对数，其尾数的有效数字 位数与真数的有效数字位数相同。 例： Lg15.0=1. 176
7
(2)多次测量 N趋于无穷时， 服从正态分布, 而进行有限次测量，一般服从t分布(学生分布)。
大学物理实验中n 的次数一般不大于10次 , 在5＜n≤10时，作△A＝Sx近似，置信概率p为0.95 或更大。所以作为简化计算， 可直接把Sx 的值当作 测量结果的总不确定度的A类分量△A。
若n不在此范围或要求更高，用公 式(6)
⑤常数,π,e 等有效数字位数可认为是无限的。但一 般取比运算各数中有效数字位数最多的还多一位。
直径 D (mm)
12
四、 间接测量结果及不确定度的计算 设间接测量的函数关系式为： N＝f (x ，y ，z……)，
其中x ，y ，z为相互独立的直接测量量， N为 间接测量量 。
设x, y, z，的不确定度分别为△x 、 △y 、 △z ， 它们必然影响间接测量结果，使N也有相应的 不确定度△N
改为N= (2.80±0.08) ×104cm
改为N= (10.7±0.2) cm
N= (10.651±0. 12) cm 改为N= (10.6±0.2) cm
29
例：用米尺测长方形边长，测得以下数据： (单位： cm) a=1.99; 2.02; 2.01; 2.00; 1.97; 2.00 b=5.57; 5.59; 5.55; 5.49; 5.48; 5.54 求：长方形面积S.
②乘除法 结果的有效数字位数与诸数中有效数字位数最少者 相同。
③乘方，开方 结果的有效数字位数与自变量的有效数字位数相同。
④对数
(1)自然对数的有效数字位数与真数的有效数字位 数相同。
例： Ln5.374=1.682
20
(2)以10为底的对数，其尾数的有效数字 位数与真数的有效数字位数相同。 例： Lg15.0=1. 176
7
(2)多次测量 N趋于无穷时， 服从正态分布, 而进行有限次测量，一般服从t分布(学生分布)。
大学物理实验中n 的次数一般不大于10次 , 在5＜n≤10时，作△A＝Sx近似，置信概率p为0.95 或更大。所以作为简化计算， 可直接把Sx 的值当作 测量结果的总不确定度的A类分量△A。
若n不在此范围或要求更高，用公 式(6)
⑤常数,π,e 等有效数字位数可认为是无限的。但一 般取比运算各数中有效数字位数最多的还多一位。
01大学物理实验-绪论
海南大学海纳百川大道致远《大学物理实验》大学物理实验绪论数据处理选用教材网络资源：校网络教学平台/仪器配套教材08、09高年级同学有海南大学海纳百川大道致远《大学物理实验》第一章物理实验的重要性•一、什么是大学物理实验？•二、物理实验在物理学研究与发展中的作用•三、物理实验对物理学在其他学科中应用的意义海南大学海纳百川大道致远《大学物理实验》一、什么是大学物理实验？•最基本的物理实验，包括力、热、电、光及近代物理实验•理科、工科、医科各专业都普遍要做的物理实验。
海南大学海纳百川大道致远《大学物理实验》二、物理实验在物理学研究与发展中的作用从物理学史看物理实验的重要性•经典物理学的建立：力学（伽里略）电磁学（库仑、法拉第、麦克斯韦）光学（杨氏、菲涅耳）•近代物理学的建立：三大发现（X 光、放射性、电子）——从宏观到微观两朵乌云（黑体辐射、迈－莫实验）——从经典到近代海南大学海纳百川大道致远《大学物理实验》三、物理实验对物理学在其他学科中应用的意义•材料：物性测试、新材料的发现、制备•化学：光谱分析、放射性测量、激光分离同位素•生物：各类显微镜（光学显微镜、电子显微镜、X 光显微镜、原子力显微镜），DNA 操纵、切割、重组以及双螺旋结构的分析•医学：诊断――X 光、CT 、核磁共振、超声波治疗――放射性、激光、微波、γ刀结论：物理实验是物理学在其他学科中应用的桥梁。
海南大学海纳百川大道致远《大学物理实验》第二章测量•物理实验以测量为基础•完整的测量结果应表示为：以电阻测量为例包括：测量对象测量对象的量值测量的不确定度测量值的单位（Y = y ±Δ表示被测对象的真值落在（y −Δ，y +Δ）范围内的概率很大，Δ的取值与一定的概率相联系。
）Ω±4.13.910＝R Δ±=y Y海南大学海纳百川大道致远《大学物理实验》海南大学海纳百川大道致远《大学物理实验》第三章：实验数据的处理一、为什么要处理数据？二、误差分析与不确定度评定三、不确定度的评定方法四、作图与拟合海南大学海纳百川大道致远《大学物理实验》一、为什么要处理数据？1、大多物理规律是用物理量之间的定量关系来表述的。
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
物理实验绪论
大学物理实验绪论
5
五、有效数字的概念
1).有效数字定义：
由测量结果的第一位非零数起到最后那一位数字止 的全部数字统称为测量的有效数字。
4.60cm≠4.600cm
（2） 测量结果第一位非零数字前的“0”不属于有效数字，
/
测量结果第一位非零数字后的“0”都是有效数字.
0.0125m=1.25cm 1.0900cm≠ 1.09cm
4 2 l 4 3.14162 100.0 2 g 2 987 . 0 ( cm / s ) 2 T 2.000
3
ucg Er g 2.24 103 2.3(cm / s 2 )
取一位,只进不舍!
重力加速度 g=(987.0±2.3) (cm/s2)
对齐
大学物理实验绪论
0 200 400
2、合理确定坐标分度
应保证图上实验点的坐标读
数的有效数字位数不损失。 容易读出图上实验点的坐标 读数，用1、2、5进行分度. 坐标原点不一定从零开始
600
800
FF (mg ) ) 1000 (mg
大学物理实验绪论
30
L(cm)12.00
11.00 10.00 9.00 8.00 7.00 6.00 5.00
8.88m=8880mm?
大学物理实验绪论
6
3). 科学记数法
科学记数法: a×10n (单位）
a小数点前只取一位，再乘以10的幂次。 8.88m=8.88 ×103mm
80.30g=0.0803kg?=80300mg?
80.30g=8.030 ×101g=8.030 ×104mg
=8.030 ×10-2kg
不论采用何种记数法，有效数字位数不变
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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8
分光计偏心差等
第三节 测量的不确定度和测量结果的表示
一、测量的不确定度U 不确定度表示由于测量误差的存在而对被测量值不能
肯定的程度，是对被测量值的真值所处的量值范围的评 定。 “不确定度”反映了可能存在的误差分布范围，即 随机误差分量与未定系统误差分量的联合分布范围。它 是一个不为零的正值。
它可近似理解为一定概率的误差限，误差 x 一
般在 U 之间，误差落在区间 (U,U) 之外的概率非
常小。
9
不确定度按计算方法分为两类，用统计方法对具有随机
误差性质的测量值计算获得的A类分量 A，以及用非统计方
法计算获得的B类分量 B 。
U
A类分量：根据一列测量值的统计分布进行估计，
总 不
并可用实验标准偏差来表征，记作 A .
确
定
度 B类分量：根据经验或其它信息进行估计，即用非统计
接近真值，因此我们更希望知道 x 对真值的离散程度。 理论推导得到平均值的标准偏差 S (x)
s(x)
S( x) 的意义:
n
(x
x )2
i 1
i
n( n 1)
s(x) n
待测量物理量处于x S( x) 区间内的概率为0.683。 待测量物理量处于 x 2S( x) 区间内的概率为0. 954
真值。
S称为标准偏差，反映测 量值的离散程度,可用贝塞 尔公式估算
S(x)
S的物理意义可由置信概率表征
n (xi x)2
式中 (xi x) vi
i 1
称为残差。
n 1
2、置信概率
定义: f (x) 是概率函数，任一次测量值 x落在。x S(x)
xs
Hale Waihona Puke 到 xS(x)区间的概率为
p
xs
f (x)dx 0.683
N很大时，呈正态分布。均匀分布、 N小于20时，明显呈T分
布等。
6
正态分布的特点
正态分布的概率密度函数曲线为：
(1)单峰性 (2)对称性 (3)有界性
(4)抵偿性
lim
n
1 n
n
i
i 1
0
减少措施：多次测量 多次测量的平均值误差小
证明 真值 ，测量值xi，误差 i xi ，n次测量x1,x, xn,
从绝对误差看 后者偏离小，而从相对误差看 前者测量质量高.
三、误差的分类
1、系统误差：在相同条件下，多次测量同一物理量时，若误差 的大小和正负总保持不变或按一定的规律变化.
来源主要有： 理论公式的近似性；仪器结构的不完善 ；环境条 件的改变 ；观测者的因素等。 特点：确定性 已定的系统误差、
未知系统误差
我们称p为置信概率，称 x S, x S 为置信区间。
当置信区间扩展为x 2S, x 2S 和 x 3S, x 3S 时
其置信概率分别为： p
x2s
f (x)dx 0.954
x2s
x 3s
和 p f (x)dx 0.997 x 3s 12
3、平均值的标准偏差
由于实验的算术平均值比每次的实验值更可靠，最
13
值得注意的是测量次数相当多时，测量值才近似为正态分
布，上述结果才成立。在测量次数较少的情况下，测量值将
呈 t 分布.
f(x)
t 分布时，x 2S(x) 的置信
概率不是0.954。
分类
特点
来源
处理方法
系统 误差
随机 误差
确定性
随机性（服从统 计分布）
方法环境仪 器人员
不可估计的 原因
已定系统误差：校正、改 进方法、控制环境、修正 等
未定系统误差：估计
多次测量，统计方法进行 估计但不可修正
疏失 误差
过失、错误
剔除
在大多数实际测量中：系统误差常常是测量结果误差的主要分量，
实验中要重视系统误差的分析估算。显微镜的回程差，螺旋测微计的零点读数，
2、随机误差（偶然误差）：随机误差是指在相同条件下，多次 测量同一物理量，其测量误差绝对值的大小和符号以不可预知的 方式变化。这种误差由实验中多种因素的微小变动而引起。
特点：不确定性
但对一个量进行足够多次的测量，则会发现它们的随机误差 是按一定的规律分布的，常见的分布有正态分布、均匀分布、T 分布等。
2、测量的分类：
读数：11.60 cm
（a）直接测量： 直接用仪器测出被物理量的大小
（b）间接测量：物理量不能或不便于直接用仪器直接 测出，而是通过一定的函数关系计算出来。 （C）多次测量与单次测量
二、误差
1、真值µ：被测量物理量所具有的、客观真实数值。 在这里应指出真值只是一个客观存在，具体的数值不
1、自觉遵守各项实验规则 准时、提交预习报告、检查仪器、保持
安静和环境卫生；
2、完成规定的实验内容； 3、撰写合格的实验报告； 4、具有独立操作能力及团结协作精神。
5、安全问题
3
第二节 测量与误差
一、测量
1、测量：将被测量与一个选作单位的同类量进行比 较，其倍数即作被测量的测量值。 测量值由数值和单位两部分组成，缺一不可。
误差 1,2, n 1 2 n (x1 x2 xn ) n
1 n
n i 1
xi
1 n
n
i
i 1
由抵偿性，当
n
n 时，
lim
n
1 n
n
i
i 1
0
x
1 n
( x1
x2
xn )
1 n
xi
算术平均值最接近
i1 n 时 真值,称为测量的最
3 、疏失误差：
佳值或近真值。 7
测量误差分类小结
可知。
2、测量误差： 绝对误差=测量值－真值 x
为什么要用相对误差？
相对误差E
绝对误差 真值
例如：测量1米的长度时，误差为一个毫米；测量1毫米的 长度时，误差是0.1毫米。二者的绝对误差和相对误差。
1 1mm
Er1
1mm 1000mm
0.1%
2 0.1mm
Er 2
0.1mm 1mm
10%
物理教学实验中心
第一节 物理实验课的目的和任务
一、物理实验课的任务 1、培养三基能力：实验基本知识、基本实验技 能、基本实验方法 2、自学能力、工作能力、总结能力 3、培养科学实验的素养；实事求是、不怕困难、 主动研究、相互合作、共同探索。养成实事求 是的科学态度和严肃认真的工作作风。
2
二、物理实验课程的基本要求
方法评定，记作
.
B
总不确定度为： U 2A 2B
又称扩展不确定度
二、随机误差与不确定度的A类分量
1、随机误差的分布和标准偏差
多次独立测量得到的数据 f (x)
1
exp
1
x
2
一般可视为正态分布，测
S 2 2 S
量值的正态分布函数为：
正态分布函数曲线为：
表示 x 出现概率最大的 值，在消除系统误差后， 为
分光计偏心差等
第三节 测量的不确定度和测量结果的表示
一、测量的不确定度U 不确定度表示由于测量误差的存在而对被测量值不能
肯定的程度，是对被测量值的真值所处的量值范围的评 定。 “不确定度”反映了可能存在的误差分布范围，即 随机误差分量与未定系统误差分量的联合分布范围。它 是一个不为零的正值。
它可近似理解为一定概率的误差限，误差 x 一
般在 U 之间，误差落在区间 (U,U) 之外的概率非
常小。
9
不确定度按计算方法分为两类，用统计方法对具有随机
误差性质的测量值计算获得的A类分量 A，以及用非统计方
法计算获得的B类分量 B 。
U
A类分量：根据一列测量值的统计分布进行估计，
总 不
并可用实验标准偏差来表征，记作 A .
确
定
度 B类分量：根据经验或其它信息进行估计，即用非统计
接近真值，因此我们更希望知道 x 对真值的离散程度。 理论推导得到平均值的标准偏差 S (x)
s(x)
S( x) 的意义:
n
(x
x )2
i 1
i
n( n 1)
s(x) n
待测量物理量处于x S( x) 区间内的概率为0.683。 待测量物理量处于 x 2S( x) 区间内的概率为0. 954
真值。
S称为标准偏差，反映测 量值的离散程度,可用贝塞 尔公式估算
S(x)
S的物理意义可由置信概率表征
n (xi x)2
式中 (xi x) vi
i 1
称为残差。
n 1
2、置信概率
定义: f (x) 是概率函数，任一次测量值 x落在。x S(x)
xs
Hale Waihona Puke 到 xS(x)区间的概率为
p
xs
f (x)dx 0.683
N很大时，呈正态分布。均匀分布、 N小于20时，明显呈T分
布等。
6
正态分布的特点
正态分布的概率密度函数曲线为：
(1)单峰性 (2)对称性 (3)有界性
(4)抵偿性
lim
n
1 n
n
i
i 1
0
减少措施：多次测量 多次测量的平均值误差小
证明 真值 ，测量值xi，误差 i xi ，n次测量x1,x, xn,
从绝对误差看 后者偏离小，而从相对误差看 前者测量质量高.
三、误差的分类
1、系统误差：在相同条件下，多次测量同一物理量时，若误差 的大小和正负总保持不变或按一定的规律变化.
来源主要有： 理论公式的近似性；仪器结构的不完善 ；环境条 件的改变 ；观测者的因素等。 特点：确定性 已定的系统误差、
未知系统误差
我们称p为置信概率，称 x S, x S 为置信区间。
当置信区间扩展为x 2S, x 2S 和 x 3S, x 3S 时
其置信概率分别为： p
x2s
f (x)dx 0.954
x2s
x 3s
和 p f (x)dx 0.997 x 3s 12
3、平均值的标准偏差
由于实验的算术平均值比每次的实验值更可靠，最
13
值得注意的是测量次数相当多时，测量值才近似为正态分
布，上述结果才成立。在测量次数较少的情况下，测量值将
呈 t 分布.
f(x)
t 分布时，x 2S(x) 的置信
概率不是0.954。
分类
特点
来源
处理方法
系统 误差
随机 误差
确定性
随机性（服从统 计分布）
方法环境仪 器人员
不可估计的 原因
已定系统误差：校正、改 进方法、控制环境、修正 等
未定系统误差：估计
多次测量，统计方法进行 估计但不可修正
疏失 误差
过失、错误
剔除
在大多数实际测量中：系统误差常常是测量结果误差的主要分量，
实验中要重视系统误差的分析估算。显微镜的回程差，螺旋测微计的零点读数，
2、随机误差（偶然误差）：随机误差是指在相同条件下，多次 测量同一物理量，其测量误差绝对值的大小和符号以不可预知的 方式变化。这种误差由实验中多种因素的微小变动而引起。
特点：不确定性
但对一个量进行足够多次的测量，则会发现它们的随机误差 是按一定的规律分布的，常见的分布有正态分布、均匀分布、T 分布等。
2、测量的分类：
读数：11.60 cm
（a）直接测量： 直接用仪器测出被物理量的大小
（b）间接测量：物理量不能或不便于直接用仪器直接 测出，而是通过一定的函数关系计算出来。 （C）多次测量与单次测量
二、误差
1、真值µ：被测量物理量所具有的、客观真实数值。 在这里应指出真值只是一个客观存在，具体的数值不
1、自觉遵守各项实验规则 准时、提交预习报告、检查仪器、保持
安静和环境卫生；
2、完成规定的实验内容； 3、撰写合格的实验报告； 4、具有独立操作能力及团结协作精神。
5、安全问题
3
第二节 测量与误差
一、测量
1、测量：将被测量与一个选作单位的同类量进行比 较，其倍数即作被测量的测量值。 测量值由数值和单位两部分组成，缺一不可。
误差 1,2, n 1 2 n (x1 x2 xn ) n
1 n
n i 1
xi
1 n
n
i
i 1
由抵偿性，当
n
n 时，
lim
n
1 n
n
i
i 1
0
x
1 n
( x1
x2
xn )
1 n
xi
算术平均值最接近
i1 n 时 真值,称为测量的最
3 、疏失误差：
佳值或近真值。 7
测量误差分类小结
可知。
2、测量误差： 绝对误差=测量值－真值 x
为什么要用相对误差？
相对误差E
绝对误差 真值
例如：测量1米的长度时，误差为一个毫米；测量1毫米的 长度时，误差是0.1毫米。二者的绝对误差和相对误差。
1 1mm
Er1
1mm 1000mm
0.1%
2 0.1mm
Er 2
0.1mm 1mm
10%
物理教学实验中心
第一节 物理实验课的目的和任务
一、物理实验课的任务 1、培养三基能力：实验基本知识、基本实验技 能、基本实验方法 2、自学能力、工作能力、总结能力 3、培养科学实验的素养；实事求是、不怕困难、 主动研究、相互合作、共同探索。养成实事求 是的科学态度和严肃认真的工作作风。
2
二、物理实验课程的基本要求
方法评定，记作
.
B
总不确定度为： U 2A 2B
又称扩展不确定度
二、随机误差与不确定度的A类分量
1、随机误差的分布和标准偏差
多次独立测量得到的数据 f (x)
1
exp
1
x
2
一般可视为正态分布，测
S 2 2 S
量值的正态分布函数为：
正态分布函数曲线为：
表示 x 出现概率最大的 值，在消除系统误差后， 为