大学物理实验(上).ppt
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1、普通物理实验,2011-2012学年第一学期,主讲教师:李林 副教授 助教:朱龙秀 苗晓莉,课程设置目的,增强对基本物理概念、实验方法及实验技能的了解; 提高运用物理方法进行科学实验的能力; 培养和提高从事科学实验的素质;,课程安排和特点,课程性质:必修 开课对象:理学院 授课时间:48学时 授课方式:PowerPoint、小组讨论助教指导 课程内容和时间安排: 第一周:绪论 第二周:有效数字、数据处理及长度测量 第三至十四周:实验 第十五周:复习 第十六周:考试,课程主要实验和内容,绪论 有效数字、数据处理及长度测量(要写报告) 实验5:物体密度的测量 实验2:用三线摆测转动惯量 实验6:用
2、拉伸法测量金属丝的杨氏弹性模量 实验4:电桥及其应用 实验1:示波器的使用 实验7:薄透镜焦距的测量 实验8:光的干涉和应用 实验3:碰撞打耙,实验小组安排及考核方式,考核:平时成绩50%+期终考试50%(闭卷、理论考试) 平时成绩=预习20%+操作30%+报告35%+加分15%,预习及实验报告要求,预习报告和实验报告内容参见大学物理实验(上册)P1-P2 其中,加分依据为“分析讨论”部分的书写 分析讨论可以写思考题、实验经验、启发感想等,一、序言,1、物理学与科学实验,科学实验是有目的地去尝试和探索,科学实验 的重要性,2、物理理论和物理实验,一、序言,物理学正是靠着实验和理论的相互配合激励
3、,探索前进,从而使人类对于自然基本规律的认识不断向前发展的。,相辅相成 相互促进 缺一不可,例一:De.Broglie的波粒二象性 ( p=h/ ),一、序言,因此,获得1929年和1937年的诺贝尔物理学奖。,例二: W.C.Rentegen于1895年发现X射线,X射线:是由高速电子轰击重元素靶而产生的波长在nm量级的电磁辐射。,X射线的发现,气体中电传导的研究,J.J汤姆逊 被X射线照射的气体具有导电性是由于X射线引起分子电离而使气体带有电荷,劳伦茨创立电子论,Zeeman效应,理论解释,实验基础,结论:实验物理和理论物理共同推动着物理学发展的进程,一、序言,科学实验:是为了试图验证某些
4、预测或获取新的信息,通过技术性操作来观测由预先安排的方法所产生的现象。(探索的过程),一、序言,3、科学实验和教学实验,教学实验:是以传授知识、培养人才为目的。其目标不在于探索,而在于培养学生未来进行探索的基本能力。教学实验都是理想化了的,排除了次要干扰因素,经过精心设计准备,是一定能成功的。,结论:学生的任务主要是积累知识、提高能力和培养素质。,明确目标自觉行动,二、测量误差与不确定度评定,2 误差与误差分类,1 测量与测量分类,精密度、正确度与准确度,3 随机误差的统计规律,3 单次测量的不确定度估计,4 不确定度的合成与传递,2 多次测量的不确定度估计,1 不确定度的概念,(一) 测量及
5、误差,(二) 不确定度,不等精度测量:所有测量条件只要有一个不相同,测量,等精度测量,直接测量,间接测量,单次测量,多次测量,不等精度测量,1 测量分类,等精度测量:每次测量条件都相同。(如同一观察者,同一组仪器,同一测量方法和同样环境条件下测试等等。),(一)、测量及误差,真值a:是指被测物理量客观存在的一个确定的值,它通常是未知的,是个理想的概念。 误差:观测值与真值之差,也称绝对误差。,由于真值是未知的,这就使得用误差来表示测量结果的准确度遇到了困难。,2 误差与误差分类,(一)、测量及误差,2 误差与误差分类,偶然误差 误差 系统误差 疏忽误差 偶然误差(亦称随机误差) :包括判断误差
6、、实验条件涨落及观测者所不能控制的干扰所引起的误差。 特点: 测量结果与真值之差时正时负,时大时小,无法控制,可以表示为一随机变量X。 分布于某一范围之内,服从于一定的统计规律。为其总体的均值。 无法避免,也无法直接消除与修正。它对测量结果的影响只能用统计的方法作出估计。,(一)、测量及误差,系统误差: 来源:仪器仪表校准的误差、个人习惯的误差、实验条件及不完善技术所产生的误差。 系统误差表现在一系列重要测量中测量结果差不多都朝着相同方向偏离真值一定值。 减小系统误差方法:可以通过检查改进实验方法或测量设备引进相应的修正值,使之尽量减少;可在实验前,预见一切可能产生系统误差的来源,设法测量之,
7、并从计算中消去之。,疏忽误差:是由于实验者的疏忽大意引起的,所以称为过度误差,此类误差可以避免。,精密度:指重复测量的结果彼此接近的程度。因此,精密度反映的是偶然误差,描述实验重复性的程度。 准确度:指测量值接近真值的程度,反映测量值的系统误差。 精确度是对测量的系统误差和随机误差的综合评定。通俗地讲,测量的准确度高是指测量数据比较集中在真值附近。,测量的精密度准确度与精确度,精密度高 准确度高,精密度低 准确度低,精密度低 准确度高,精密度高 准确度低,相比较而言:精确度很高 精确度较高 精确度较低 精确度很低,3 随机误差的统计规律,分布函数F(x) :即随机变量X小于或等于某任意实数x的
8、概率,即 分布密度:分布函数的导数即 而分布函数为分布密度的积分:,随机变量的数字特征,期望:即总体均值为 若已知F(x)或f(x)则 方差: 若已知F(x)或f(x)则 标准差:,对称性:绝对值相等的正误差负误差出现的次数大致相等。 单峰性;绝对值小的误差出现的次数比绝对值大的误差出现的次数多。 有界性:在一定测量条件下的有限次测量下,误差的绝对值不会超过一定的界限的特性。 抵偿性:在相同条件下对同一物理量进行测量,其误差的算术平均值随测量次数的增加而趋向零,随机误差=测量值-期望(总体均值) 记作:,正态分布随机误差的特点,作正态分布函数从-到+的积分,即随机误差出现于-,+区间内的概率,
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