大學(xué)物理試驗(yàn)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)物理試驗(yàn)中心理科樓A523

聯(lián)絡(luò)電話：835915881/551.大學(xué)物理試驗(yàn)意義2.怎樣上好物理試驗(yàn)課3.大學(xué)物理試驗(yàn)上課須知第一章緒論2/551.1大學(xué)物理試驗(yàn)作用1.2大學(xué)物理試驗(yàn)課目標(biāo)1.大學(xué)物理試驗(yàn)意義3/55

伽利略把試驗(yàn)和邏輯引入物理學(xué),使物理學(xué)最終成為一門科學(xué)。經(jīng)典物理學(xué)規(guī)律是從試驗(yàn)事實(shí)中總結(jié)出來(lái)。近代物理學(xué)是從試驗(yàn)事實(shí)與經(jīng)典物理學(xué)矛盾中發(fā)展起來(lái)。1.1物理試驗(yàn)作用4/55以諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)為例80%以上諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予試驗(yàn)物理學(xué)家。而20%獲獎(jiǎng)中很多是試驗(yàn)和理論物理學(xué)家分享。試驗(yàn)結(jié)果能夠很快獲獎(jiǎng)，而理論結(jié)果要經(jīng)過(guò)最少兩個(gè)試驗(yàn)檢驗(yàn)。有些建立在共同試驗(yàn)基礎(chǔ)上結(jié)果能夠連續(xù)幾次獲獎(jiǎng)。5/551、光電效應(yīng)試驗(yàn)

（M.Plank,A.Einstein,A.Millikan1921）2、夫蘭克－赫茲試驗(yàn)

（N.Bohr,J.Franck,G.Hertz1925）3、密立根油滴試驗(yàn)

（

A.Millikan,J.Thomson

1923）4、邁克爾遜干涉試驗(yàn)

（

A.Michelson

1907）大學(xué)物理試驗(yàn)中取得過(guò)諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)試驗(yàn)：6/55

1.2物理試驗(yàn)課目標(biāo)學(xué)習(xí)試驗(yàn)知識(shí)、培養(yǎng)試驗(yàn)?zāi)芰?、提升試?yàn)素養(yǎng)

學(xué)習(xí)試驗(yàn)知識(shí)經(jīng)過(guò)對(duì)試驗(yàn)現(xiàn)象觀察、分析和對(duì)物理量測(cè)量，學(xué)習(xí)物理試驗(yàn)知識(shí)和設(shè)計(jì)思想，掌握和了解物理理論。7/55培養(yǎng)試驗(yàn)?zāi)芰υ谠囼?yàn)中提出和發(fā)覺(jué)問(wèn)題、分析問(wèn)題能力以及獨(dú)立試驗(yàn)?zāi)芰Γ?/p>

經(jīng)過(guò)閱讀試驗(yàn)教材了解試驗(yàn)基本原理與內(nèi)容能力；

借助教材或儀器說(shuō)明書正確使用慣用儀器能力；

正確取得試驗(yàn)數(shù)據(jù)、掌握誤差理論基本知識(shí)、掌握有效數(shù)字運(yùn)算及數(shù)據(jù)處理方法能力；

利用物理學(xué)理論對(duì)試驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行初步分析判斷；

正確統(tǒng)計(jì)和處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制試驗(yàn)曲線，說(shuō)明試驗(yàn)結(jié)果，撰寫合格試驗(yàn)匯報(bào)；

能夠依據(jù)試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)和儀器設(shè)計(jì)出合理試驗(yàn)。8/55提升試驗(yàn)素養(yǎng)培養(yǎng)理論聯(lián)絡(luò)實(shí)際和實(shí)事求是科學(xué)作風(fēng)；

嚴(yán)厲認(rèn)真工作態(tài)度；

主動(dòng)研究和創(chuàng)新探索精神；

恪守紀(jì)律、團(tuán)結(jié)協(xié)作和愛(ài)護(hù)公共財(cái)產(chǎn)優(yōu)良品德。9/552.怎樣上好物理試驗(yàn)課三個(gè)主要教學(xué)步驟試驗(yàn)預(yù)習(xí)—試驗(yàn)?zāi)芊袢〉弥鲃?dòng)關(guān)鍵試驗(yàn)操作試驗(yàn)匯報(bào)—試驗(yàn)總結(jié)10/55

明確試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，預(yù)習(xí)試驗(yàn)原理，了解試驗(yàn)注意事項(xiàng)。

預(yù)習(xí)匯報(bào)是試驗(yàn)工作前期準(zhǔn)備，是寫給自己參考用，故要求簡(jiǎn)單明了。試驗(yàn)前應(yīng)清楚此次試驗(yàn)應(yīng)到達(dá)什么目標(biāo)，經(jīng)過(guò)什么試驗(yàn)方法和測(cè)量哪些數(shù)據(jù)才能實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。試驗(yàn)預(yù)習(xí)11/55預(yù)習(xí)報(bào)告內(nèi)容：①實(shí)驗(yàn)名稱；②實(shí)驗(yàn)?zāi)?；③原理?jiǎn)述（原理圖以及主要計(jì)算公式等）；④主要實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備等。沒(méi)有預(yù)習(xí)不得做試驗(yàn)！12/553.上課須知（1）恪守試驗(yàn)室守則?。?）隨班上課，不得曠課，不準(zhǔn)遲到。

（遲到十分鐘以上不得做試驗(yàn)）（3）進(jìn)入試驗(yàn)室后在指定位置對(duì)號(hào)入座。（4）了解儀器使用及注意事項(xiàng)，儀器使用要正確、細(xì)心，要愛(ài)護(hù)試驗(yàn)儀器。（5）仔細(xì)觀察和認(rèn)真分析試驗(yàn)現(xiàn)象；（6）試驗(yàn)數(shù)據(jù)要實(shí)事求是，紀(jì)錄時(shí)不得用鉛筆，原始數(shù)據(jù)不得改動(dòng)！完成后交任課老師檢驗(yàn)、簽字。（7）待任課老師簽字后，再將試驗(yàn)儀器恢復(fù)原狀(比如：拆解電路等)，并保持試驗(yàn)室整齊。13/55實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容①實(shí)驗(yàn)名稱；②實(shí)驗(yàn)?zāi)浚虎墼砗?jiǎn)述（原理圖以及主要計(jì)算公式等）；④主要實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備；⑤實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格、數(shù)據(jù)處理計(jì)算主要過(guò)程、作圖及實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論；⑥實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析、誤差評(píng)估、小結(jié)和討論。

試驗(yàn)匯報(bào)上交1.試驗(yàn)完成后二周內(nèi)須交匯報(bào)；匯報(bào)要以班為單位統(tǒng)一投入本班匯報(bào)箱；2.教師批改完試驗(yàn)匯報(bào)后投入本班匯報(bào)箱；3.班長(zhǎng)或課代表開啟匯報(bào)箱取回匯報(bào)。物理試驗(yàn)中心理A523，聯(lián)絡(luò)電話：8359158814/55

4.物理試驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)定及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)⒈每次試驗(yàn)成績(jī)，按（5+~3-）不一樣等級(jí)進(jìn)行評(píng)分。⒉學(xué)生期末試驗(yàn)總評(píng)成績(jī)按各基本試驗(yàn)加權(quán)平均評(píng)定。⒊剽竊及被剽竊者，按本試驗(yàn)作弊處理。4.頂替和冒名署名者,將會(huì)嚴(yán)厲處理。5.三次以上試驗(yàn)得分不到3分者期末總評(píng)成績(jī)不及格。15/55試驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

試驗(yàn)操作要求等級(jí)

試驗(yàn)匯報(bào)要求等級(jí)1預(yù)習(xí)充分abc1格式規(guī)范abc2目明確到達(dá)要求基本到達(dá)要求達(dá)不到要求2書寫整潔到達(dá)要求基本到達(dá)要求達(dá)不到要求3原理清楚3作圖完美4步驟正確4表達(dá)完整5操作規(guī)范5結(jié)果分析6數(shù)據(jù)正確6實(shí)驗(yàn)體會(huì)7遵守紀(jì)律7見解創(chuàng)新8整理儀器8習(xí)題正確16/55

試驗(yàn)操作分標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)匯報(bào)分標(biāo)準(zhǔn)5+(100)等級(jí)為全a5+(100)等級(jí)為全a5(95)等級(jí)為7a、1b5(95)等級(jí)為7a、1b5-(85)等級(jí)為6a、2b5-(85)等級(jí)為6a、2b4+(80)等級(jí)為5a、3b4+(80)等級(jí)為5a、3b4(75)等級(jí)為4a、4b4(75)等級(jí)為4a、4b4-(70)

等級(jí)中有3個(gè)c4-(70)等級(jí)中有3個(gè)c3+(65)等級(jí)中有4個(gè)c3+(65)等級(jí)中有4個(gè)c3(60)等級(jí)中有5個(gè)c3(60)等級(jí)中有5個(gè)c3-(不及格)等級(jí)中有6個(gè)c3-(不及格)等級(jí)中有6個(gè)c17/551.試驗(yàn)有新發(fā)覺(jué)，看法獨(dú)特、有創(chuàng)新，試驗(yàn)成績(jī)提升一檔。2.遲到10分鐘以內(nèi)成績(jī)降一檔，遲到超出10分鐘不允許進(jìn)試驗(yàn)室做試驗(yàn)。3.進(jìn)試驗(yàn)室做試驗(yàn)，其試驗(yàn)者序號(hào)應(yīng)該與儀器組號(hào)一一對(duì)應(yīng)4.無(wú)故缺席，成績(jī)記0分。5.無(wú)故遲交匯報(bào)成績(jī)降一檔。6.篡改試驗(yàn)數(shù)據(jù)，成績(jī)降一檔。7.剽竊匯報(bào)或數(shù)據(jù)成績(jī)?yōu)?分。8.匯報(bào)無(wú)老師簽字或者冒充老師簽字成績(jī)?yōu)?分。注意！18/55第二章測(cè)量誤差及數(shù)據(jù)處理的基本知識(shí)19/55第一節(jié)測(cè)量與有效數(shù)字一、測(cè)量直接測(cè)量間接測(cè)量直接測(cè)量：直接將待測(cè)物理量與選定同類物理量標(biāo)準(zhǔn)單位相比較直接得到測(cè)量值；間接測(cè)量：利用直接測(cè)量量與被測(cè)量之間已知函數(shù)關(guān)系，求得該被測(cè)物理量。20/55測(cè)量結(jié)果：測(cè)量對(duì)象測(cè)量對(duì)象量值測(cè)量不確定度單位測(cè)量值=讀數(shù)值(有效數(shù)字)+單位有效數(shù)字＝可靠數(shù)字＋可疑數(shù)字21/55二、有效數(shù)字及其表示0cm13位有效數(shù)字例：有效數(shù)字：1.36cm有效數(shù)字由幾位可靠數(shù)字及最終一位可疑數(shù)字組成。數(shù)字個(gè)數(shù)為有效數(shù)字位數(shù)。

可靠預(yù)計(jì)、欠準(zhǔn)確、可疑位、但有意義22/55數(shù)字顯示式儀表，普通最終一位即為可疑位。23/55（一）直接測(cè)量量有效數(shù)字15.2mm15.0mm24/55直接讀數(shù)注意事項(xiàng)注意指針指在整刻度線上時(shí)讀數(shù)有效位數(shù)。25/55（1）有效數(shù)字位數(shù)與測(cè)量對(duì)象大小以及所用儀器精密度相關(guān)。例：L=13.5mmL’=13.50mm說(shuō)明：（2）有效數(shù)字位數(shù)與單位無(wú)關(guān)；

太大或太小數(shù)用“科學(xué)計(jì)數(shù)法”表示即：“□.□□…×10n”，其中□.□□…是有效數(shù)字，10n表示數(shù)量級(jí)。

如3.48cm＝3.48×10-2m＝3.48×101mm（3）測(cè)量結(jié)果中不為零數(shù)字以后零也是有效數(shù)字。8.64g—3位有效數(shù)字8.6400g—5位有效數(shù)字26/55（二）間接測(cè)量量有效數(shù)字可疑數(shù)字與準(zhǔn)確數(shù)字（或可疑數(shù)字）之間四則運(yùn)算結(jié)果為可疑數(shù)字。但進(jìn)位為準(zhǔn)確數(shù)字。運(yùn)算最終止果只保留一位可疑數(shù)字。去掉后面可疑數(shù)字時(shí)，采取“四舍五入”法進(jìn)行取舍。1.普通規(guī)則27/552、有效數(shù)字運(yùn)算和（或差）有效數(shù)字只保留到相加（或相減）各數(shù)中最大可疑位。

4.178+21.3

25.478=

25.528/55積（或商）有效數(shù)字位數(shù)與相乘（或相除各量中有效數(shù)字位數(shù)最少相同。

4.178×10.10.417841.78

42.1978=42.2積（或商）29/55乘方開方:有效數(shù)字與其底有效數(shù)字相同。對(duì)數(shù)函數(shù):運(yùn)算后尾數(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(yùn)算后有效數(shù)字位數(shù)與指數(shù)小數(shù)點(diǎn)后位數(shù)相同（包含緊接小數(shù)點(diǎn)后零）。［或以教材為準(zhǔn)］例：100.0035=1.00830/553、有效數(shù)字尾數(shù)舍入規(guī)則

(四舍六入，五湊偶)當(dāng)保留n位有效數(shù)字，若第n+1位數(shù)字≤4，則末位數(shù)不變；

例4.32749→4.327當(dāng)保留n位有效數(shù)字，若第n+1位數(shù)字≥6，則末位數(shù)字加1；例4.32761→4.328當(dāng)保留n位有效數(shù)字，若第n+1位數(shù)字=5且（1）后面數(shù)字為0時(shí)，第n位數(shù)字若為偶數(shù)，則末位數(shù)不變；若為奇數(shù)，則末位數(shù)加1；（2）后面數(shù)字不為0，則末位數(shù)加1。例：4.32750→4.328,4.32850→4.3284.32751→4.32831/55第二節(jié)測(cè)量誤差1、誤差：誤差表示：絕對(duì)誤差相對(duì)誤差32/55誤差分類

產(chǎn)生原因消除減小方法特征系統(tǒng)誤差儀器誤差、

方法或理論誤差、

個(gè)人習(xí)慣、

環(huán)境誤差引入修正量改進(jìn)方法確定性，

屢次測(cè)量無(wú)用

隨機(jī)誤差儀器偶然原因測(cè)量者偶然原因

環(huán)境偶然原因

隨機(jī)性，屢次測(cè)量符合統(tǒng)計(jì)規(guī)律疏忽誤差

粗心大意讀錯(cuò)

算錯(cuò)仔細(xì)操作，及時(shí)剔除錯(cuò)誤數(shù)據(jù)要杜絕！重點(diǎn)討論

必須掌握33/551、系統(tǒng)誤差：在同一條件下，屢次測(cè)量同一量值時(shí)，誤差量值與符號(hào)保持恒定，或在條件改變時(shí)按某一可確定規(guī)律改變。

二、誤差分類系統(tǒng)誤差特征誤差符號(hào)和數(shù)值以能夠預(yù)知規(guī)律改變。能夠降低甚至能夠消除這種誤差。系統(tǒng)誤差產(chǎn)生原因儀器本身缺點(diǎn)。方法不合理或理論公式近似性。測(cè)量者特殊生理特點(diǎn)。外界環(huán)境原因。34/552、隨機(jī)誤差隨機(jī)誤差概念在同一條件下，屢次測(cè)量同一量值時(shí)，誤差量值與符號(hào)是不可預(yù)知，以無(wú)法控制方式改變。隨機(jī)誤差規(guī)律

隨機(jī)誤差無(wú)法防止，也不能消除，屢次測(cè)量時(shí)服從高斯分布規(guī)律。35/55

高斯分布函數(shù)在一定測(cè)量條件下，參量σ為一常數(shù)，

不一樣測(cè)量條件σ不一樣f（Δx)為誤差在Δx附近單位間隔內(nèi)出現(xiàn)概率。f（Δx)Δx－σ0－2σσ2σ有界性

單峰性

對(duì)稱性抵償性高斯分布曲線36/55（1）測(cè)量結(jié)果最正確值—算術(shù)平均值2、隨機(jī)誤差處理（2）

測(cè)量結(jié)果誤差預(yù)計(jì)方法平均誤差標(biāo)準(zhǔn)誤差標(biāo)準(zhǔn)偏差設(shè)某一物理量屢次測(cè)量值為x1,x2,x3,…,xn-1,xn，則測(cè)量結(jié)果最正確值可用其算術(shù)平均值表示。即37/55（3）

儀器誤差與預(yù)計(jì)誤差

在正確使用某儀器時(shí)，測(cè)量值和真實(shí)值之間可能產(chǎn)生最大誤差——Δ儀

Δ儀＝量程×級(jí)別（%）（未標(biāo)級(jí)別儀器，普通按最小刻度1/5或1/2確定）如：米尺Δ儀＝0.2mm，

游標(biāo)卡尺Δ儀＝0.02mm，

千分尺Δ儀＝0.005mm。38/55第三節(jié)測(cè)量結(jié)果總不確定度估算

測(cè)量不確定度：指因?yàn)闇y(cè)量誤差存在而對(duì)被測(cè)量值不能必定程度，是對(duì)被測(cè)量真值所處量值范圍評(píng)價(jià)。不確定度Δ按取得誤差方法分為，A類不確定度和B類不確定度。39/551、A類不確定度ΔA預(yù)計(jì)指由統(tǒng)計(jì)方法（屢次測(cè)量）得到誤差分量，它包含隨機(jī)誤差、未定系統(tǒng)誤差中大致符合統(tǒng)計(jì)規(guī)律誤差以及測(cè)量對(duì)象不穩(wěn)定誤差等。在物理試驗(yàn)中ΔA簡(jiǎn)化預(yù)計(jì)為：一、不確定度估算2、B類不確定度ΔB預(yù)計(jì)

測(cè)量中不符合統(tǒng)計(jì)規(guī)律不確定度稱為B類不確定度。在物理試驗(yàn)中通慣用Δ儀表示測(cè)量結(jié)果B類不確定度。40/55當(dāng)Δ估<<Δ儀時(shí)當(dāng)ΔB<<ΔA時(shí)3、總不確定度U合成及測(cè)量結(jié)果表示41/554、測(cè)量結(jié)果兩種表示方法*絕對(duì)表示：相對(duì)表示：

普通情況下，不確定度u取二位有效數(shù)字，當(dāng)首位值≥3時(shí)可取一位有效數(shù)字，后面數(shù)字只進(jìn)不舍；相對(duì)不確定度取兩位有效數(shù)字。不確定度應(yīng)與最終一位對(duì)齊。

例：

x測(cè)量值應(yīng)為

42/55二、間接測(cè)量量

誤差傳遞：

間接測(cè)量誤差與各個(gè)直接測(cè)量誤差相關(guān)①誤差普通傳遞公式---直接測(cè)量量

---直接測(cè)量量絕對(duì)誤差間接測(cè)量量間接測(cè)量量絕對(duì)誤差：分誤差傳遞系數(shù)43/55a、和或差誤差和或差絕對(duì)誤差等于各絕對(duì)誤差之和。b、積或商誤差相對(duì)誤差44/55

積和商相對(duì)誤差等于各相對(duì)誤差之和。

對(duì)多個(gè)量乘除運(yùn)算，其間接量相對(duì)誤差為直接量相對(duì)誤差之和。若：45/55②標(biāo)準(zhǔn)誤差傳遞公式直接量標(biāo)準(zhǔn)誤差間接量標(biāo)準(zhǔn)誤差46/55第四節(jié)

數(shù)據(jù)處理作圖法

作圖法可形象、直觀地顯示出物理量之間函數(shù)關(guān)系，也可用來(lái)求一些物理參數(shù)，所以它是一個(gè)主要數(shù)據(jù)處理方法。作圖時(shí)要先整理出數(shù)據(jù)表格，并要用坐標(biāo)紙作圖。

47/551.選擇適當(dāng)坐標(biāo)分度值，確定坐標(biāo)紙大小坐標(biāo)分度值選取應(yīng)能基本反應(yīng)測(cè)量值準(zhǔn)確度或精密度。依據(jù)表１數(shù)據(jù)U軸可選1mm對(duì)應(yīng)于0.10V，I軸可選1mm對(duì)應(yīng)于0.20mA，并可定坐標(biāo)紙大?。源笥谧鴺?biāo)范圍、數(shù)據(jù)范圍）約為130mm×130mm。作圖步驟：試驗(yàn)數(shù)據(jù)列表以下.作圖法處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)過(guò)程表1：伏安法測(cè)電阻試驗(yàn)數(shù)據(jù)48/552.標(biāo)明坐標(biāo)軸：

用粗實(shí)線畫坐標(biāo)軸，用箭頭標(biāo)軸方向，標(biāo)坐標(biāo)軸名稱或符號(hào)、單位,再按次序標(biāo)出坐標(biāo)軸整分格上量值。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(diǎn)連成直線、光滑曲線。普通不強(qiáng)求直線或曲線經(jīng)過(guò)每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，應(yīng)使圖線線正穿過(guò)試驗(yàn)點(diǎn)時(shí)能夠在兩邊試驗(yàn)點(diǎn)與圖線最為靠近且分布大致均勻。圖點(diǎn)處斷開。3.標(biāo)試驗(yàn)點(diǎn)：試驗(yàn)點(diǎn)可用“”、“”、“”等符號(hào)標(biāo)出（同一坐標(biāo)系下不一樣曲線用不一樣符號(hào)）。49/555.標(biāo)出圖線特征：在圖上空白位置標(biāo)明試驗(yàn)條件或從圖上得出一些參數(shù)。如利用所繪直線可給出被測(cè)電阻R大小：從所繪直線上讀取兩點(diǎn)A、B坐標(biāo)就可求出R值。I(mA)U(V)8.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.0002.004.006.008.0010.001.003.005.007.009.00電阻伏安特征曲線6.標(biāo)出圖名：

在圖線下方或空白位置寫出圖線名稱及一些必要說(shuō)明。A(1.00,2.76)B