生科院2010级《基础物理实验(I)》绪论.ppt

地科系2010级基础物理实验（I）绪论课,2011年09月20日,主讲教师：穆翠玲,实验课辅导教师,穆翠玲，zadeomu2;方锡岩实验室：实验中心A区5楼实验室电话：0756-3668181教学资料下载：实验中心网站http:/211.66.138.185,主要内容,一、课程安排、实验过程及要求二、实验数据的处理1.误差、不确定度、有效数字2.列表、作图3.数据拟合（最小二乘法）三、实验报告及评分标准,基础物理实验课程内容,36学时实验1.测量误差与不确定度实验5.简易万用表的设计实验6.用非平衡电桥研究热敏电阻的温度特性实验7.霍尔效应实验9.示波器的使用实验12.光栅常数与光波波长的测定,课程表,实验分组名单,实验过程及要求,预习；实验准备；进行实验（约3.5hour）；撰写实验报告。,实验过程及要求,1.预习教材,录像，实验报告模板,实验室现场。完成实验报告模板中的实验前思考题，实验步骤。画装置图、电路图、光路图、实验内容和步骤、实验数据记录表格。要求：不带教材也能完成实验。无预习不得进行实验!,实验过程及要求,2.实验准备,(1)学生至少提前5min到实验室。,*(2)迟到30min且无正当理由按旷课论，且该实验成绩按零分计算，不得补做。,*(3)迟到30min若有正当理由（需辅导员或医生签字的假条），则经教师确认后择日补做。,交报告、签到、阅读实验牌、清点设备。教师检查预习情况，提问。,实验过程及要求,3.进行实验（3.5hour）,（1）教师简单讲解操作方法、要求、及安全注意事项。,（2）学生进行实验：观察现象、进行测量、记录数据。发现伪造数据按零分计。,（3）线路连接完毕后需经教师检查无误方可通电。,（4）实验过程中教师经常巡视，提问，及时纠正学生操作中的错误。,实验过程及要求,（5）学生有问题无法自行解决,10分钟后应求助教师，尽快解决，尽量保证在规定时间内完成实验。,实验过程及要求仪器读数,模拟式仪表,数字式仪表,实验过程及要求仪器读数,模拟式仪表,（1）估读：最小分度后再估读一位。,数字式仪表,（2）满偏档：多量程表，用读数接近满偏的档。,（1）显示的数字不变，记录全部数字。（2）末几位不断变化，则记录到第一位变化的数字，之后省略。,8,7,5,9,.,平均，或大几率,实验过程及要求,4.实验完毕,（1）先自行检查和核对数据，自认无误后交任课教师检查、签名。,（3）实验时间为4个学时（如14节，约3.5小时），按时下课，实验未完成会影响成绩，需认真预习。,（2）学生整理实验仪器和桌椅后方可离开实验室。,实验过程及要求,5.撰写实验报告,（1）采用教师提供的实验报告模板，打印后填写。（2）数据处理、结果表达、思考题。（3）有教师签名的实验数据必须与实验报告一起缴交。无教师签名的原始数据，该实验记零分。（4）按时缴交报告：交回做实验的房间。,误差与不确定度,标准文件：1国家质量技术监督局,中华人民共和国国家计量技术规范JJF1027-91测量误差及数据处理（试行）.1991,中国计量出版社:北京.2国家质量技术监督局,中华人民共和国国家计量技术规范JJF1059-1999测量不确定度评定与表示.1999,中国计量出版社:北京.3ISO.Guidetotheexpressionofuncertaintyinmeasurement（correctedandreprinted,1995)测量不确定度表示指南（GUM）.1995.,误差与不确定度,第1节物理量的测量(measure)和实验误差(error)1.测量的本质把被测量与标准量进行比较。国际单位（IS），基本单位（7个，m,kg,s,A,K,cd,mol,注意大小写），导出单位。仪器标定（校准，calibration）,计量局（国家权力机构）2.测量的分类（1）直接测量，间接测量。例如：（2）等精度测量，非等精度测量。,精密度,准确度,误差的概念及分类,（1）绝对误差和相对误差绝对误差（absoluteerror）：X=|XA|相对误差（relativeerror）：E=X/A（2）系统误差、偶然误差、粗大误差系统误差(systemerror)准确度（accuracy)偶然误差（occasionalerror，randomerror)精密度(precision)粗大误差（grosserror)（3）精确度的概念已不采用。,X,A,x,P(x),误差的概念及分类,（3）直接测量量和间接测量量的误差直接测量量的误差：偶然误差计算方法。间接测量量的误差：由误差传递公式计算。例：重力加速度g=42l/T2直接测量量：l，T间接测量量：g,第2节偶然误差的分布规律及处理,1.偶然误差分布规律,高斯分布(正态分布),用有限次测量来估计无限次测量的分布性质（n6）,实际测量时误差的计算,平均值：n=15时误差：n6时误差：结果：误差只取1位，小数点后位数需对齐。例：234.560.02m（结果有5位有效数字）,误差计算几个要注意的问题,位数：误差最终结果只取一位，中间计算过程可任意取多位。进位：只入不舍，19均进位例：2.02,2.12.93偶然误差可能出现很小甚至等于零的情况，或只作一次测量，无法用上述方法评估误差大小，必须考虑不确定度。,A类不确定度SA：统计方法，测量误差，偶然误差，标准误差B类不确定度SB：非统计方法，仪器不确定度仪器不确定度SB最小刻度/（平均分布）标准不确定度S扩展不确定度：N=tpS(tp由自由度和置信概率查表）测量结果：Y=NN（写出置信概率，默认0.95）,测量结果的不确定度（第3章，p2433）,有效数字,概念（不确定度的另一种表达方式）测量结果的有效数字应由测量误差决定。对于一个数，从它左边第一个非零数字开始到最右边的数字称为有效数字。例：234.560.02m五位有效数字123三位0.0123三位123.00五位小数点后的“0”有意义，不能随意增减。有效数字末位即误差位。,有效数字,测量值的末位应与误差位对齐。错误：123.560.1,123.560.001正确：123.560.01,有效数字的位数不会因单位的变换而改变。错误：1234km=1234000000mm,正确：1234km=1.234106mm科学记数法。用科学记数法改写测量结果不能改变有效数字。例：0.0000001234mm=1.23410-7mm,有效数字运算法则,加、减；乘、除；乘方、开方；取对数；指数运算；三角函数；若计算误差，则中间计算过程中，有效数字不用修约，适合计算机处理数据)！,尾数舍入法则,测量值最终结果尾数舍入法则：四舍六入五凑双尾数小于5时舍去，大于5时前一位进1尾数等于5则把末位凑成偶数。0,1-4,5,6-9例：12.3412.3，12.3612.412.3512.4，12.4512.4误差最终结果尾数舍入法则：只入不舍只保留一位有效数字，只入不舍，不夸大测量精度。例：2.02,2.12.93,第2章物理实验数据的处理,列表法作图法（实验曲线、理论曲线）误差或不确定度处理经验公式（线性回归分析、最小二乘法）,实验曲线,（1）坐标轴(原点、零点）（2）分度值（3）物理量/单位（4）实验点（5）实验曲线（光滑）（6）曲线名称（7）实验参数（8）姓名，时间（9）图题及编号,非线性坐标轴,y=a+bx,最小二乘法,解决方程组，得到拟合参数：,定义相关系数。越接近于1，实验结果的数据越接近线性分布，否则应考虑用其他形式的函数去拟合。,数据的相互关系明显偏离线性时，考虑以下两种处理方法：通过变量代换把关系变成线性；g=42l/T2，lT非线性，lT2线性。直接用计算机拟合。目的：建立经验公式，发现规律。,an+1,a1,b1,c1,c2=a2+b2,c12=a12+b12,c22=a22+b22,a2,b2,c2,bn+1,cn+1,?,实验报告,（1）实验报告模板，填写空缺的部分，原理部分可以不打印。（2）纸张不足自行打印实验报告纸。（3）所有纸张编号。,成绩评定,考勤预习实验操作实验报告期末不考核，每个实验都相当于一次测验,祝全体同学学习愉快!,电路图,光路图,作图法,作图法,