工科基础实验绪论2030309.ppt
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1、物理实验绪论,本次课教学内容,误差及不确定度,有效数字及其运算,数据处理方法,物理实验课程的学习要求,物理实验基本仪器,网址:中心网站主页网络开放管理系统输入学号和姓名选课查询上课时间、地点 学生须知不发纸质版,请同学们开课前到实验中心网站公告栏内下载,仔细翻阅,关系到选课和成绩等重要内容。,物理实验的作用与地位,物理学是实验为本的科学; 是传授科学实验的基本知识,培养科学研究基本能力的课程。 独立设课,不是大学物理课的附属课程。物理实验拥有自己的系列课程及相应的学分。,物理实验课的任务,巩固、扩展、加深学生的物理知识; 培养与提高学生的科学实验能力及素养。,物理实验课程教学要求,实验报告册和
2、坐标纸,实验报告册和坐标纸可以到学校教材科由班长统一购买,平均一个实验需要1份报告册和2张坐标纸,学生可以稍多买一些备用。,课前预习物理实验的重要环节,一定要预习 !,课前完成预习报告。 课堂教师抽查预习情况。合格者进行实验, 不合格者重新预习。 预习成绩计入总分。,预习报告怎么写?,测什么? 仔细阅读实验教材或有关资料,明白实验目的要求、原理和方法,写出直接测量量及实验公式; 怎么测? 初步了解测量仪器的主要性能、使用方法和注意事项,写出测量方法; 设计出 原始数据的表格! 预习中存在的问题。,课内实验要细致耐心,主动学习,独立分析和解决问题的能力 诚实严谨的科学态度 严禁 凑、造、抄 注意
3、安全,正确使用、爱护仪器,实验测量要细致耐心,先测量、后分析、然后再记录。记录什么? (数据、现象、环境、条件、日期等),注意: 不要把实验课作为数据测量课; 不能凑数据、造数据,抄袭数据一经发现,严肃处理; 不用铅笔做数据记录,不随意更改数据; 原始数据纪录和实验报告应妥善保管,直至课程结束。,实验注意事项:,每次实验必须携带实验讲义、预习报告、实验报告本、图纸、计算器及必备的文具。 实验时应严肃认真,胆大心细;努力训练独立分析和解决问题的能力。养成严谨求实的工作作风及良好的实验习惯。 实验课应注意安全,爱护仪器。 实验结束应将仪器开关置于正确位置、桌凳等整理后再离开实验室。,实验报告要求完
4、整而规范,1、实验名称: 明确做什么实验! 2、实验目的:明确实验要求达到的目的,以便检验实验后的效果! 3、仪器设备:写清仪器设备的名称、型号和规格,以及实验室的编号。 4、实验原理:简要原理(或定律)及计算公式(光学、电磁学等实验,还要画出光路图或电路图);,实验报告要求完整而规范,5、实验步骤 : 实验中所做过内容的简要步骤,6、实验数据表格及数据处理:包含原始数据的表格、计算、图表、误差分析等 7、实验结果:实验的结论,8、分析讨论 : * 实验结果是否合理 * 实验中存在的问题及需要改进的地方 * 好的意见和建议,物理实验课程考核方法,理论笔试+平时实验(5个必做个必做实验和2个选做
5、实验)+预备实验加分+课程申优论文 一学期内实验课缺席两次以上(含两次)或缺交实验报告两份以上(含两份)的学生,该学期的实验课成绩为重修。 实验课后一周内完成实验报告,交入物理实验中心报告柜中,不得拖欠 。 希望总评成绩为“优秀”的同学必须提交课程小论文,激励政策,课程论文优秀成绩者推荐参加校级或 省级物理创新竞赛 参加东南大学学生物理实验研究论文竞赛获奖者取得课外研学学分,课程相关激励政策,课程论文成绩优秀者推荐参加校级或省级物理创新竞赛 参加东南大学学生物理实验研究论文竞赛获奖者取得课外研学学分,本学期物理实验课教学内容,必做实验(5个): 静态拉伸法测定金属弹性模量 实验教材9-1 用三
6、线摆法测定物体的转动惯量 实验4 模拟示波器的使用 实验教材20-1 密立根油滴法测定电子电荷 教材实验28 霍尔效应的研究及利用霍尔效应测磁场 教材实验21和22 选做实验(2个):(学生从以下7项中任选2项) 利用气垫导轨研究物体的运动:教材实验6-1&6-2 数字存储示波器的使用:教材实验20-2 碰撞打靶(课题实验):教材实验7 电子比荷:教材实验19 弹簧振子周期公式的研究:教材实验8 粘滞系数:网上下载讲义(中心网站主页网络开放管理系统输入学号和姓名讲义下载) 万有引力常数的测定(仿真实验):网上下载讲义(中心网站主页网络开放管理系统输入学号和姓名讲义下载) 第三周开始在物理实验中
7、心网站进行选课。,上课时间: 周一周五:上午 9:4512:45 下午 13:4516:45 晚上 18:1521:15 必做实验:第三周开课,第二周周三可以查具体实验。 选做实验:第五周开课,第四周开始可以在物理实验中心网站进行选课。,特别提醒:,测量误差及不确定度,物理学 实验 测量 误差 准确度 直间 接接 测测 量量,科学表达实验(测量)结果,测量结果=测量值误差 (用有效数字) 数值、单位、误差(不确定度)是国际科学数据通用语言,一、误差的定义,真值: 被测量的真实大小。是客观存在的数值。 误差: 被测量值x与x的真值 a 之间的差别。 绝对误差: = x a , 衡量测量值偏离真值
8、多少。 相对误差:r=( x a ) / a, 衡量测量的质量。,例如:测量1米的长度时,误差为1毫米;而测量1毫米长度时,误差为0.1毫米。比较二者的绝对误差与相对误差。,1=1(mm) , 2=0.1(mm) r1=1mm/1000mm=0.1% r2=0.1mm/1mm=10% 所以,从绝对误差看后者偏离小;而从相对误差来看,前者测量质量高。,二、误差的分类,系统误差 按误差的特点可分为三类 随机误差 粗大误差 粗大误差 过失误差,系统误差: 在相同条件下的多次测量过程中,保持恒定或以可预知方式变化的测量误差分量。 系统误差 来源于,仪器误差,方法误差,环境误差,人身误差,系统误差分类(
9、按掌握程度),已定系统误差 可予以消除 未定系统误差 一般用估计误差限的方法得到 减小措施,随机误差: 在极力消除或修正一切明显的系统误差之后,在同一条件下多次测量同一物理量时,测量结果出现一些无规律的起伏,以不可预知的方式变化的测量误差分量。 等精度测量,n很大时,多呈正态分布,n小于等于20,明显呈t分布,正态分布的特点,减小的措施,误差的概率分布密度,误差,单峰性 对称性 有界性 抵偿性,测量误差的分类小结,系统误差?随机误差?过失误差?,三、随机误差的统计估计,1、算术平均值: 测量结果的最佳估计值 可代替真值,用什么替代真值来估计误差?,最小二乘法原理可以证明,测量列的算术平均值是测
10、量结果的最佳估计值,可用其取代真值来估计误差。,2、 标准偏差: 表征随机误差的离散程度 (贝塞尔公式) S大,测量值分散; S小,测量值密集。,、平均值的标准偏差: 表示测量列算术平均值的随机误差的 大小程度。 测量列的算术平均值比测量值更接近 于真值。,计算器统计计算功能,进入模式 清除内存 输入数据 查看结果,四、测量结果的表达形式及不确定度,测量结果的表达形式: w (被测量)= W (测量值) U(总不确定度) 不确定度是测量误差的一种评定形式 表示被测量的真值不能确定的程度 恒正 具有概率的概念 表示被测量的真值落在W-U,W+U 的区间内的概率,不确定度是一个恒正的量。有两类来源
11、: A类分量是根据测量值的统计分布进行估计,计作UA; B类分量根据经验及其他信息估计,计作UB。 不确定度具有和测量值相同的单位。 相对不确定度为:Ur = U / W,用来检查测量结果的准确程度。用百分数表示。 U及Ur只取12位有效数。测量值W的末尾数与U的末尾数对齐。,1、直接测量结果的不确定度估计:,直接测量结果的总不确定度是A、 B两类分量用方和根合成 A类不确定度分量 UA由标准偏差S 乘以t因子得到,B类不确定度分量 UB只考虑测量仪器误差或者测试条件不符合要求而引起的附加误差所带来的B类分量。 UB ins (1) 多次测量:不确定度,(2) 如果多次测量值相同 ,表明仪器的
12、精度较低,不能反映多次测量结果的随机性 。只需进行单次测量 。测量的不确定度要根据仪器精度,测量对象,测量方法及测量者的经验来估计。其值 U ins,例题 用分度值为0.02mm的游标尺测量一长方体的长、宽、高,数据列于下表,求它们的直接测量结果。,计算出平均值和标准偏差,计算出不确定度,UB = ins,测量结果的最后表示形式,2、间接测量结果的不确定度的合成,设 w = f ( x , y , z , ), x , y , z , 是彼此独立的直接测量量,则总不确定度: 适用于和差形式的函数,积商形式的函数 Then,例 题,试写出下列函数的不确定度合成公式: (1) (2),相对不确定度
13、为:,(2),同学注意:,需要补购大学物理实验教材的同学注意: 可电话联系高等教育出版社驻南京代表赵韵老师 13584003303,025-66602023。 如集体购买,高等教育出版社可以上门收款,并送书。视教材购买数量,高等教育出版社可给予7678折优惠。,有 效 数 字 及 其 运 算,什么是有效数字?,若干位准确数字(准确值) 1-2位欠准数字(估计值) 构成 有效数字,有效数字的正确使用,1、在记录测量数据时,一般来说,仪器显示的数字均为有效数字(包括最小刻度后估读的一位),不能随意增减。 但有时当仪器误差较大或测量对象、测量方法比较粗糙时,应根据实际情况来决定是否要估读到最小刻度后
14、的一位。,2、数字前面的0只是表示小数点的位置,而非有效数字,数字后面的0是有效数字,表示测量的误差位,切勿随意舍去。 3、采用科学表达式,即将有效数字的首位作个位,其余数字均处于小数点后,再乘以10n。 例如 31.6g=3.1610-2 kg,4、测量结果的末位数字(欠准数)与不确定度的数字对齐。 当不确定度的第1位数字较小时,如1,2等,建议取两位有效数字。 5、有效数字运算的最后结果只保留一到二位欠准数字,去掉尾数时按四舍六入五凑偶法。,记录原始数据时:注意有效数字的位数,不可随意删减末位的“0” 运算过程中:一般可以多保留一位有效数字 运算结果:一定要由不确定度来决定, 不得随意增减
15、,例:试分析下列各组数据是否正确,1、830公斤= 0.83吨; 830公斤= 830000克; 830公斤= 8.3105 克,错,错,错,2、P=31690 200 kg d=10.430 0.5 cm t=18.5480.312cm D=18.652 1.4 cm,P=(3.170.02 )104kg,d=(10.4 0.5) cm,t=(18.5 0.3) cm,D=(18.7 1.4) cm,有效数字的运算规则,(1)加减运算: 几个数相加减时,计算结果的欠准位与各量中欠准位数最高的对齐。 (2)乘除运算:几个数相乘除时,计算结果的有效数字位数和参与运算的各量中有效数字位数最少的相同
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