大學(xué)基礎(chǔ)物理實驗緒論主講人：李加定大學(xué)物理實驗緒論為什么學(xué)這門課？這門課有什么特點？如何學(xué)習(xí)這門課？大學(xué)物理實驗緒論從個人專業(yè)成長來看：大學(xué)物理實驗是專業(yè)實驗和專業(yè)技能的入門級練兵場。大學(xué)物理實驗是理論知識到工程實際技能的過渡梯。物理實驗的課程地位、作用和學(xué)習(xí)意義為什么學(xué)習(xí)這門課大學(xué)物理實驗緒論1.大學(xué)物理實驗與中學(xué)物理實驗是有很大差別的！2.本節(jié)課所講內(nèi)容貫穿兩個學(xué)期每個實驗課，請重視！3.大學(xué)物理實驗是一門自學(xué)性很強的課程。這門課有什么特點大學(xué)物理實驗緒論實驗前的預(yù)習(xí)（5%-10%）預(yù)習(xí)報告的關(guān)鍵點在于：設(shè)計合理和完整的數(shù)據(jù)記錄表格！每次實驗課老師都會檢查你們的實驗預(yù)習(xí)報告。實驗室的操作（40%-60%）1.實驗的分組2.根據(jù)實驗內(nèi)容的步驟進行實驗，記錄好數(shù)據(jù)，并交給老師檢查過關(guān)后，方能離開。實驗報告撰寫（50%-60%）1.可以將實驗預(yù)習(xí)報告跟實驗報告合并在一起。2.實驗內(nèi)容不用寫，實驗原理要用自己的話來寫。3.實驗數(shù)據(jù)處理是實驗報告的核心。4.實驗結(jié)論與心得體會。如何學(xué)習(xí)這門課第一章實驗誤差評定和數(shù)據(jù)處理一、測量及其分類1.直接測量直接測量是使用儀器或量具，直接測得的量值的測量。例如：用螺旋測微器測量鋼絲直徑D。2.間接測量間接測量是依據(jù)直接測得量，再通過一定的函數(shù)關(guān)系把待測量計算出來的測量。例如：書本的例子利用重力加速度測量單擺。1-1測量和測量誤差第一章實驗誤差評定和數(shù)據(jù)處理1-1測量和測量誤差如何表述一個完整的測量結(jié)果？測量值的單位電阻測量值：測量對象測量對象的量值測量的不確定度表示被測對象的真值落在(y

,y

)范圍內(nèi)的概率很大，的取值與一定的概率相聯(lián)。第一章實驗誤差評定和數(shù)據(jù)處理一、誤差及其分類1.測量值與真實值真實值客觀存在，但一般不知道的，也無法測得的，是一個理想概念2.誤差誤差是測量值跟真實值的差值。1-1測量和測量誤差絕對誤差偏差相對誤差第一章實驗誤差評定和數(shù)據(jù)處理3.誤差的分類及其特點（1）系統(tǒng)誤差特點：大小和符號總是保持恒定，或按照一定的規(guī)律以可約定的方式變化。來源：儀器、理論公式等。（2）偶然誤差（隨機誤差）特點：變化無規(guī)則，符合正態(tài)分布。來源：實驗條件變化和觀察者生理限制。（3）粗大誤差（隨機誤差）特點：明顯超出規(guī)定條件下的預(yù)期的誤差，需要剔除！來源：觀察者粗心大意造成的，是必須避免的！1-1測量和測量誤差第一章實驗誤差評定和數(shù)據(jù)處理你來讀數(shù)第一章實驗誤差評定和數(shù)據(jù)處理有效數(shù)字的讀取15.2mm15.0mm第一章實驗誤差評定和數(shù)據(jù)處理有效數(shù)字的運算加、減法：諸量相加（相減）時，其和（差）數(shù)在小數(shù)點后所應(yīng)保留的位數(shù)與諸數(shù)中小數(shù)點后位數(shù)最少的一個相同。4.178+21.3

25.478=

25.5第一章實驗誤差評定和數(shù)據(jù)處理有效數(shù)字的運算乘、除法：諸量相乘（除）后其積（商）所保留的有效數(shù)字，只須與諸因子中有效數(shù)字最少的一個相同。4.178×10.1

41784178

421978=42.2第一章實驗誤差評定和數(shù)據(jù)處理有效數(shù)字的運算乘方開方:

有效數(shù)字與其底的有效數(shù)字相同。對數(shù)函數(shù):運算后的尾數(shù)位數(shù)與真數(shù)位數(shù)相同。

例：lg1.938=0.2973lg1938=3+lg1.938=3.2973指數(shù)函數(shù):運算后的有效數(shù)字的位數(shù)與指數(shù)的小數(shù)點后的位數(shù)相同（包括緊接小數(shù)點后的零）。例：106.25=1.8×106100.0035=1.008第一章實驗誤差評定和數(shù)據(jù)處理有效數(shù)字的運算三角函數(shù):取位隨角度有效數(shù)字而定。例：Sin30°00′=0.5000Cos20°16′=0.9381正確數(shù)不適用有效數(shù)字的運算規(guī)則。取常數(shù)與測量值的有效數(shù)字的位數(shù)相同。第一章實驗誤差評定和數(shù)據(jù)處理有效數(shù)字尾數(shù)的舍入規(guī)則口訣：4舍6入5看右，5后有數(shù)進上去，尾數(shù)為0向左看，左數(shù)奇進偶舍棄。

第一章實驗誤差評定和數(shù)據(jù)處理有效數(shù)字尾數(shù)的舍入規(guī)則例：將下列數(shù)字全部修約為四位有效數(shù)字

1）尾數(shù)≤4，1.11840000→1.1182）尾數(shù)≥6，1.11860000→1.1193）尾數(shù)＝5，a）5右面還有不為0的數(shù) 1.11859999→1.1191.11850001→1.119

b）5右面尾數(shù)為0則湊偶 1.11750000→1.1181.11850000→1.118

第一章實驗誤差評定和數(shù)據(jù)處理有效數(shù)字尾數(shù)的舍入規(guī)則一次性修約到指定的位數(shù)，不可以進行數(shù)次修約，否則得到的結(jié)果也有可能是錯誤的。例：將數(shù)字10.2749945001修約為四位有效數(shù)字。一步到位：10.2749945001——10.27（正確）。錯誤結(jié)果：10.2749945001——10.274995——10.275——10.28第一章實驗誤差評定和數(shù)據(jù)處理測量結(jié)果的誤差估算采用標(biāo)準差表示測量準確度：標(biāo)準差又稱均方根誤差，是建立在偶然誤差（隨機誤差）統(tǒng)計理論基礎(chǔ)上。較為合理地估算測量數(shù)據(jù)列的離散程度和測量結(jié)果的可靠性。在計算合成的標(biāo)準差上尤為便利。第一章實驗誤差評定和數(shù)據(jù)處理測量結(jié)果的誤差估算以真值計算：1.測量列的標(biāo)準差：以平均值計算：第一章實驗誤差評定和數(shù)據(jù)處理測量結(jié)果的誤差估算2.算術(shù)平均值的標(biāo)準差：測量結(jié)果的偶然誤差以標(biāo)準偏差來表示。第一章實驗誤差評定和數(shù)據(jù)處理測量結(jié)果的誤差估算3.偶然誤差與系統(tǒng)誤差的合成：測量列的算術(shù)平均值的總標(biāo)準偏差由偶然誤差和系統(tǒng)誤差合成得到。第一章實驗誤差評定和數(shù)據(jù)處理測量結(jié)果的誤差估算4.測量結(jié)果的表示：待測量X的真值落在區(qū)間的概率為68.3%。第一章實驗誤差評定和數(shù)據(jù)處理有效數(shù)字的與誤差的關(guān)系原則：有效數(shù)字由測量誤差確定；先定誤差后定有效數(shù)字。有效數(shù)字“四舍六入五湊偶”的原則取舍。有效數(shù)字＝可靠數(shù)字＋可疑數(shù)字（一位）12.00100.0007(cm)第一章實驗誤差評定和數(shù)據(jù)處理測量結(jié)果的誤差估算5.異常數(shù)據(jù)的判別和剔除：異常數(shù)據(jù)定義：誤差超出極限值的測量數(shù)據(jù)異常數(shù)據(jù)判別準則：1.準則適用條件：測量n次數(shù)足夠大2.格拉布斯準則（重點掌握）適用條件：測量次數(shù)少第一章實驗誤差評定和數(shù)據(jù)處理測量結(jié)果的誤差估算6.單次直接測量的誤差估算：單次測量值的最大誤差就是儀器出廠時或校準時所注明的儀器允許誤差。如果儀器沒標(biāo)明，一般將儀器分度值的一半作為最大誤差。（1）儀器給出誤差的置信區(qū)間（2）只給出誤差限或最大允許誤差（3）單次直接測量的結(jié)果表達或第一章實驗誤差評定和數(shù)據(jù)處理測量結(jié)果的誤差估算7.直接測量誤差估算舉例：例1對某物體的長度進行10次等精度測量，設(shè)儀器誤差限為0.05cm，測量數(shù)據(jù)如下表，求測量結(jié)果，并將結(jié)果表示為的形式。第一章實驗誤差評定和數(shù)據(jù)處理間接測量的誤差估算舉例：長方形的面積S誤差有多大？第一章實驗誤差評定和數(shù)據(jù)處理間接測量的誤差估算1.間接測量的標(biāo)準差傳遞公式標(biāo)準差又稱均方根誤差，是建立在偶然誤差（隨機誤差）統(tǒng)計理論基礎(chǔ)上。較為合理地估算測量數(shù)據(jù)列的離散程度和測量結(jié)果的可靠性。在計算合成的標(biāo)準差上尤為便利。第一章實驗誤差評定和數(shù)據(jù)處理間接測量的誤差估算2.估算間接測量誤差的一般方法（1）求給定函數(shù)關(guān)系的全微分（2）合并同類項（3）以誤差量代替微分量，并取各項平方和再開方，得出誤差傳遞公式。（4）代入運算得出最終標(biāo)準差方法：當(dāng)給定函數(shù)以乘積或商的形式表達，先取自然對數(shù)，求相對誤差。例：單擺測重力加速度：第一章實驗誤差評定和數(shù)據(jù)處理

經(jīng)過實驗的測量得到一批數(shù)據(jù)，然而從這些數(shù)據(jù)中得出有意義的結(jié)果就必須經(jīng)過正確的數(shù)據(jù)處理。因此數(shù)據(jù)處理也是物理實驗的重要環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)處理是實驗報告的核心，必須引起重視！掌握相應(yīng)的方法。數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)方式：表格和圖形第一章實驗誤差評定和數(shù)據(jù)處理

一、

數(shù)據(jù)列表

列表的要點：單位、有效數(shù)字、邏輯關(guān)系

表1：伏安法測電阻實驗數(shù)據(jù)例：

實驗數(shù)據(jù)處理第一章實驗誤差評定和數(shù)據(jù)處理1.選擇合適的坐標(biāo)分度值，確定坐標(biāo)紙的大小

坐標(biāo)分度值的選取應(yīng)能基本反映測量值的準確度或精密度。根據(jù)表１數(shù)據(jù)U軸可選1mm對應(yīng)于0.10V，I軸可選1mm對應(yīng)于0.20mA，并可定坐標(biāo)紙的大?。源笥谧鴺?biāo)范圍、數(shù)據(jù)范圍）約為130mm×130m。實驗數(shù)據(jù)處理表1：伏安法測電阻實驗數(shù)據(jù)

二、

圖示與圖解法

作圖法可形象、直觀地顯示出物理量之間的函數(shù)關(guān)系，也可用來求某些物理參數(shù)，因此它是一種重要的數(shù)據(jù)處理方法。作圖時要先整理出數(shù)據(jù)表格，并要用坐標(biāo)紙作圖。第一章實驗誤差評定和數(shù)據(jù)處理2.標(biāo)明坐標(biāo)軸：

用粗實線畫坐標(biāo)軸，用箭頭標(biāo)軸方向，標(biāo)坐標(biāo)軸的名稱或符號、單位,再按順序標(biāo)出坐標(biāo)軸整分格上的量值。I(mA)U(V)8.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.0002.004.006.008.0010.001.003.005.007.009.004.連成圖線：

用直尺、曲線板等把點連成直線、光滑曲線。一般不強求直線或曲線通過每個實驗點，應(yīng)使圖線線正穿過實驗點時可以在兩邊的實驗點與圖線最為接近且分布大體均勻。圖點處斷開。3.標(biāo)實驗點：

實驗點可用“”、“”、“”等符號標(biāo)出（同一坐標(biāo)系下不同曲線用不同的符號）。

第一章實驗誤差評定和數(shù)據(jù)處理5.標(biāo)出圖線特征：

在圖上空白位置標(biāo)明實驗條件或從圖上得出的某些參數(shù)。如利用所繪直線可給出被測電阻R大?。簭乃L直線上讀取兩點A、B的坐標(biāo)就可求出R

值。I(mA)U(V)8.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.0002.004.006.008.0010.001.003.005.007.009.006.標(biāo)出圖名：

在圖線下方或空白位置寫出圖線的名稱及某些必要的說明。A(1.00,2.76)B(7.00,18.58)由圖上A、B兩點可得被測電阻R為：至此一張圖才算完成電阻伏安特性曲線作者：xx第一章實驗誤差評定和數(shù)據(jù)處理不當(dāng)圖例展示：nλ(nm)1.6500500.0700.01.67001.66001.70001.69001.6800600.0400.0玻璃材料色散曲線圖圖

1不當(dāng)：曲線太粗，不均勻，不光滑。應(yīng)該用直尺、曲線板等工具把實驗點連成光滑、均勻的細實線。第一章實驗誤差評定和數(shù)據(jù)處理nλ(nm)1.6500500.0700.01.67001.66001.70001.69001.6800600.0400.0玻璃材料色散曲線圖改正為：第一章實驗誤差評定和數(shù)據(jù)處理圖2I(mA)U(V)02.008.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.001.003.00電學(xué)元件伏安特性