《大学物理实验B》绪论.ppt
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1、普通物理实验课程绪论,一、物理实验的地位和作用 二、物理实验课的目的和任务 三、大学物理实验课程的基本程序及要求 四、测量误差及数据处理,2,一、物理实验的重要地位和作用,物理实验是研究物质运动一般规律及物质基本结构的科学,它必须以客观事实为基础,必须依靠观察和实验。归根结底物理学是一门实验科学,无论物理概念的建立还是物理规律的发现都必须以严格的科学实验为基础,并通过今后的科学实验来证实。 物理实验在物理学的发展过程中起着重要的和直接的作用。,3,经典物理学(力学、电磁学、光学)规律是由以往的无数实验事实为依据来总结出来的。 X射线、放射性和电子的发现等为原子物理学、核物理学等的发展奠定了基础
2、。 卢瑟福从大角度粒子散射实验结果提出了原子核基本模型。,实验可以发现新事实,实验结果可以为 物理规律的建立提供依据,4,实验又是检验理论正确与否的重要判据,1905年爱因斯坦的光量子假说总结了光的微粒说和波动说之间的争论,能很好地解释勒纳德等人的光电效应实验结果,但是直到1916年当密立根以极其严密的实验证实了爱因斯坦的光电方程之后,光的粒子性才为人们所接受。 1974年J/粒子的发现更进一步证实盖尔曼1964年提出的夸克理论。,理论物理与实验物理相辅相成。规律、公式是否正确必须经受实践检验。只有经受住实验的检验,由实验所证实,才会得到公认。,5,我们的物理实验课程不同于一般的探索性的科学实
3、验研究,每个实验题目都经过精心设计、安排,实验结果也比较有定论,但它是对学生进行基础训练的一门重要课程。 它不仅可以加深大家对理论的理解,更重要的是可使同学获得基本的实验知识,在实验方法和实验技能诸方面得到较为系统、严格的训练,是大学里从事科学实验的起步,同时在培养科学工作者的良好素质及科学世界观方面,物理实验课程也起着潜移默化的作用。 希望同学们能重视这门课程的学习,经过一年的时间,真正能学有所得。,二、物理实验课程的目的和任务,6,大学物理实验课程的基本程序及要求,看懂教材或实验补充讲义,明确目的,写出实验预习报告.,预习报告要求:,写出实验目的,实验主要仪器及其型号,以及实验原理,主要公
4、式,线路图或光路图(各项表述正确,书写工整,可作实验报告的一部分,不必重复书写),实验课之前一定要完成实验预习报告,否则本次实验得分0分.,一:课前预习,强调:,7,认真听老师讲解实验(如有相关资料,应仔细阅读),严格按照老师要求进行实验。,二:实验操作,记录数据时不得用铅笔,只有数据正确,仪器还原,教师签字后该实验才有效.同时应注意安全。,强调:,实验操作要求:,阅读资料、调整仪器、观察现象、获取数据、仪器还原,8,三:完成实验报告,实验报告要用安徽建筑大学大学物理实验专用报告纸完成, 必须有实验指导教师签名确认的实验原始数据记录.,注意:,实验报告应在下次实验时交到该次实验的指导教师处.,
5、实验报告要求:,9,10,11,二、仪器、设备:,三、参考资料:,四、实验目的:,五、实验内容及步骤:,安徽建筑大学物理实验报告,一、实验名称:,指导教师签名:,实验使用仪器设备.,实验主要内容及关键步骤,12,七、实验结果分析:,八、思考题:,附页:,六、实验数据记录:,指导教师签名:,1 测量误差和不确定度估算的基础知识 2 实验数据有效位数的确定 3逐差法处理实验数据 4图表法处理实验数据 5最小二乘法处理实验数据,14,测 量,15,测 量,测量分为直接测量和间接测量 直接测量指无需对被测的量与其它实测的量进行函数关系的辅助计算而可直接得到被测量值的测量; 间接测量指利用直接测量的量与
6、被测量之间的已知函数关系经过计算从而得到被测量值的测量。 任何测量都可能存在误差(测量不可能无限准确)。,16,测量误差的定义和分类,误差dy测量结果 y 真值 Yt 误差特性:普遍性、误差是小量 由于真值的不可知,误差实际上很难计算 (有时可以用准确度较高的结果作为约定真值来计算误差) 误差的表示方法: 绝对误差 dy 相对误差 误差分类 系统误差 随机误差,17,系统误差,定义:在对同一被测量的多次测量过程中,绝对值和符号保持恒定 或以可预知的方式变化的测量误差的分量。 产生原因:由于测量仪器、测量方法、环境带入 分类及处理方法: 已定系统误差:必须修正 电表、螺旋测微计的零位误差; 伏安
7、法测电阻电流表内接、外接由于忽略表内阻引起的误差。 未定系统误差:要估计出分布范围 (大致与 B 类不确定度B 相当) 如:螺旋测微计制造时的螺纹公差等,18,随机误差,定义: 在对同一量的多次重复测量中绝对值和符号以不可预知方式变化的测量误差分量。 产生原因: 实验条件和环境因素无规则的起伏变化,引起测量值围绕真值发生涨落的变化。例如: 电表轴承的摩擦力变动、螺旋测微计测力在一定范围内随机 变化、操作读数时的视差影响。 特点: 小误差出现的概率比大误差出现的概率大; 多次测量时分布对称,具有抵偿性因此取多次测量的平均值有利于消减随机误差。,19,随机误差的处理,假定对一个量进行了n次测量,测
8、得的值为yi (i =1, 2,n),可以用多次测量的算术平均值作为被测量的最佳估计值(假定无系统误差) 用标准偏差s 表示测得值的分散性 按贝塞耳公式求出: s 大,表示测得值很分散,随机误差分布范围宽,测量的精密度低; s 小,表示测得值很密集,随机误差分布范围窄,测量的精密度高; s 可由带统计功能的计算器直接求出。,20,随机误差的处理举例,例:用50分度的游标卡尺测某一圆棒长度L,6次测量 结果如下(单位mm): 250.08,250.14,250.06, 250.10, 250.06, 250.10 则:测得值的最佳估计值为 测量列的标准偏差,21,测量误差与不确定度,*不确定度的
9、权威文件是国际标准化组织(ISO)、国际 计量局(BIPM)等七个国际组织1993年联合推出的 *不确定度表示由于测量误差存在而对被测量值不能 确定的程度。不确定度是一定概率下的误差限值。 *不确定度反映了可能存在的误差分布范围,即随机 误差分量和未定系统误差的联合分布范围。 *由于真值的不可知,误差一般是不能计算的,它可 正、可负也可能十分接近零;而不确定度总是不为 零的正值,是可以具体评定的。,22,随机变量的分布,23,随机变量的分布,实际测量次数有限,可用 n 次测量值的 来估算、: 可以证明平均值的标准偏差 是单次测量的 sx 值的 倍 此时可用 来表示实验结果 但是由于测量次数小,
10、测量值的平均值将不符合正态分布,而是符合t 分布(t 分布是从 的性质得到的一种分布。其中自由度= n1。 n 小时,t 分布偏离正态分布较多。n 大时趋于正态分布)。 此时, 的置信概率不是0.683,需乘以与置信水平、自由度有关的系数 ,得到置信水平为的结果: 的值可查表,24,直接测量量不确定度的估算,总不确定度分为两类不确定度: A 类分量 多次重复测量时用统计学方法估算的分量; B 类分量 用其他方法(非统计学方法)评定的分量。 这两类分量在相同置信概率下用方和根方法合成总不确定度: (我校物理实验教学中一般用总不确定度,置信概率取为95%),25,直接测量量不确定度的估算,简化处理
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