物理实验绪论教学课件

一、物理实验课地位、作用 物理实验是高等学校对理工科学生进行科学实验基本训练的一门独立的必修基础实验课，是本科生系统接受实验方法和实验技能训练的开端，课时数不少于54学时。我校物理实验课时数为68学时左右，学分为3学分。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，是培养科学实验能力、提高科学实验素质的重要基础。因此高等学校将物理实验作为理工科学生必修的基础课，希望大家能认真对待二、教学目标1、具有能独立完成实验操作、正确记录、处理和分析实验数据的能力2、掌握基本物理量的测量方法和基本仪器的使用4、熟练掌握常用的实验操作技术总之，通过物理实验训练增长实验知识、提高实验素质、加强科学性3、了解常用的物理实验方法并学会运用三、如何上好物理实验课1、课前预习 预习报告要写在专用的预习报告本上，每次上课时教师要检查预习报告，给预习报告打分，预习报告成绩占平时成绩的20%。没有预习者不得做实验 通过阅读教材弄明白本次实验的内容及所依据的原理，需要测量那些量，分别需要用什么方法、仪器来测量，仪器的使用，实验条件及注意事项，进而确定实验的关键步骤及数据记录表格，写出预习报告。预习报告包括：实验原理、实验内容和步骤、数据记录表格（不能抄书，自己总结简述原理，原理图和公式以及公式成立的条件要给出来）2、课堂实验：进入实验室后应遵守实验室规则，按照一个科学工作者的规范要求自己：认识和清点所用仪器，搞清其使用方法和注意事项，有条理地按照实验条件布置、调试仪器操作时要注意安全，细心观察实验现象，认其钻研和探索实验中的问题，做到手脑并用。不要期望实验会一帆风顺，要把遇到问题看作是学习的良机，冷静地分析和处理它，仪器发生故障时，也要在教师指导下学习排除故障的方法 要把着重点放在实验能力的培养上，而不是测出几个数据就以为完成了任务 实验完成后，要将实验数据交给教师审查、签字，然后整理仪器离开实验室 3、写实验报告：撰写出一份简洁、明了、工整、有见解的实验报告，是每一个大学生必须具备的报告工作成果或进行书面交流的能力，是实验课训练的重要方面之一。实验报告内容：按报告纸的栏目写，要求字迹清楚、图表规矩、结果明确、讨论认真。按时交报告。实验报告要在下次实验课时交上，注明单（双）周几上课及编号报告纸每人20张，3元，以班为单位到楼下传达室找余师傅购买 物理实验可分两学期完成，第一学期为基础性实验，第二学期为综合提高性实验和设计研究型实验。四、本课程教学安排 这学期分单双周上课，本班为单（双）周上课，上课时间为八周，第一周讲物理实验基础知识，后七周做实验。每周四学时，做1个实验。上课时间为上午8：0011：00，下午2：105：10（1：404：40），课间不休息。实验题目及循环次序：1惠斯通电桥（307）2示波器的使用（302）3分光计的调整和使用（402）4等厚干涉的应用（403）5钢丝杨氏模量的测定（502）6固体导热系数的测定（503）7霍尔效应及应用（303）8演示实验（106）一组：12345678 二组：21436587五、教学要求 1、不准迟到、早退，有事请假。2、实验课前必须预习，写预习报告 3、每个同学都分配一个实验编号，进入实验室时，按编号签到并交上次实验报告，然后对号入座 4、要爱护仪器，仪器有问题，及时向老师汇报，不得随便从其它实验台上搬仪器，或者到其它实验台上做实验。仪器损坏要按实验室规定赔偿 5、做完实验后，要整理仪器，数据及仪器要经教师检查签字，方可离开教室（每次课后，每组留几个同学打扫卫生）6、实验报告在下次上课时按时交上，不按时交的要扣报告成绩。没有教材不能做实验六、实验成绩评定实验成绩平时成绩（占70%）期末考试成绩（占30%）操作和笔试预习(10%)纪律和操作（40%）实验报告（50%）最后成绩折合后分为优、良、中、及格和不及格五个等级，若不考试，平时成绩为实验课成绩七、学生分组编号物理实验基础知识一一.测量误差测量误差1.测量与误差的几个基本概念直接测量间接测量 等精度测量 非等精度测量测量 单次测量 多次测量测量值应包括数值、单位及对测量结果质量的评定（用不确定度）误差绝对误差相对误差系统误差随机误差按特征分为 2.系统误差的来源及处理AVR仪器误差环境误差个人误差来源理论方法误差定值系统误差未定系统误差（仪器的允差、基本误差都属于这一类，不代表误差的大小，仅代表误差的取值范围）对于定值系统误差可以引入修正量或者通过适当的方法（替代法、交换法、异号法等）消除系统误差对于未定系统误差要对误差范围进行估算，以便对测量结果进行评价。发现和消除系统误差并不是一件简单的事情，要靠对具体问题作具体分析，要靠经验的积累与丰富，大家在实验中要学习和培养这方面的能力，在今后的教学中会适当地向大家介绍这方面的知识。3.随机误差的来源及处理由偶然的不确定的因素引起的：仪器性能和测量者感官分辨力的统计涨落环境条件的微小波动测量对象本身的不确定性（如小球直径）由于随机误差由于是某些不确定引起的，所以实验中无法消除随机误差，但在等精度条件下对同一物理量进行很多次测量会发现这些测量值服从正态分布分布特点：多次测量的平均值作为测量值，可以减小随机误差存在极限误差：可知：考虑到测量次数有限，测量值服从t分布，标准差的估计值为称为标准偏差000正态分布T分布二测量结果的不确定度二测量结果的不确定度 1.不确定度及其分类 不确定度：是表征被测量的真值所处的量值分布范围的评定。（与误差不同）（与误差不同）在修正了已定系统误差之后，余下的全部误差按评定方法分为A、B两类不确定。A类不确定度：多次测量时，用统计方法评定的不确定度分量。用UA表示。B类不确定度：用非统计方法评定的不确定度分量。用UB表示。不确定度相对不确定度（1）（2）（1）直接测量量的不确定度估算 2.不确定度的估算不确定度的估算 在相同条件下对某一物理量x测量了n次，它的A类不确定度用标准偏差表示为（3）式中，tp是与测量次数n、置信概率p有关的常数，可以由t分布数据表中查到。xi是测量值，是算术平均值。B类不确定度我们主要考虑仪器误差，并且简化地约定将仪器误差当做不确定度的B类分量。即直接测量量量的不确定度：单次测量时单次测量时（4）（5）（6）仪器误差：仪器误差：1.常用仪器的允差、仪器说明书标明的仪器误差2.根据电表等级确定的仪器误差3.对指针式仪表为最小分度值的一半，对数字仪表为最小分度值常用仪器的允差仪器名称量程分度值允差钢卷尺1m2m1mm1mm0.8mm1.2mm游标卡尺125mm0.02mm0.05mm0.02mm 0.05mm螺旋测微计025mm0.01mm0.004mm物理天平500g0.05g满量程0.08g 量程0.06g 量程0.04g普通温度计01001 1数字万用表（2）间接测量量的不确定度估算间接测量量的不确定度估算 设间接测量量N与直接测量量x,y,z.的函数关系为算术平均值 不确定度相对不确定度（7）（8）（9）三测量结果的表示三测量结果的表示（单位）（P=）或（单位）（P=）结果表示的含义是：在 -U,+U区间内包含真值得概率是0.95。四四.有效数字有效数字1.定义定义 25cm26cm24.74cm25.40cm26.00cm 有效数字的多少之间，反映测量结果的准确度，对应同一测量量，有效数字越多测量的准确度越高 测量值的有效数字位数取决于测量仪器和被测对象的大小，单位变换不改变有效数字的位数2.仪器的读数规则仪器的读数规则 在用仪器、仪表进行读数时，应读到仪器误差所在位：指针式（或估读式）仪表应读到最小分度值的1/10、1/5或1/2（恰为整刻度，补零至可疑位）游标卡尺、步进式读数仪表（电阻箱）不估读 特殊情况，直读数据的有效数字由仪器的灵敏阈决定（例如：电桥测电阻时）数字仪表读至稳定显示的那一位G3.运算结果的有效数字运算结果的有效数字 加减运算278.2+12.451=（297.651）乘法运算乘方、开方运算对数运算5.34820.5=（109.634）Lg543=(2.7348)三角函数运算注：运算中常数的有效数字为无穷多，计算中不予考虑；中间运算可多保留一位指数函数运算4.不确定度及测量结果的有效数字不确定度及测量结果的有效数字 不确定度一般取一位有效数字，当首位数字为1或2时，可取两位有效数字，相对不确定度取两位有效数字 测量结果的有效数字末位与不确定度末位对齐5.数据取舍规则数据取舍规则 数据在进行取舍时采用“四舍六入五凑偶”，工程上考虑安全起见，通常将不确定度取大一些，其尾数取舍一律采用进位 3.54253.543.54663.553.54503.543.55503.563.54513.55五五.举例举例求合金圆柱体密度 次数123456Di/cm1.05021.04881.05161.04801.04951.0470Hi/cm2.0002.0022.0001.9982.0002.002 /cm0.00100.00040.00240.00120.00030.0022 /cm0.0000.0020.000-0.0020.0000.002 六六.数据处理数据处理1.列表法列表法 次次 数数 1 2 3 4 5 6高度高度h/mm 80.36 80.38 80.36 80.38 80.34 80.36直经直经D/mm 19.465 19.466 19.465 19.464 19.467 19.466 测铜棒的高度和直径图表名称测量条件物理量及单位注意数字有效数字2.作图法作图法242U/VI/A.坐标轴、坐标轴代表物理量及单位、刻度及刻度值、图名称、条件、作者、日期等通过实验点的曲线要做成光滑曲线或折线3.逐差法逐差法设两个变量之间满足线性关系Y=a+Bx,且自变量X等间隔变化，求自变量变化X时，因变量的变化量Y将测量数据分成两组、和让两组中对应项相减4.最小二乘法最小二乘法242U/VI/A.、已知Y和X满足直线关系，且测的数据点如下：，求Y和X的关系表达式设5.曲线改直曲线改直、谢谢！谢谢！3940