長江大學物理實驗教學中心(課堂PPT)

1、緒 論,長江大學 物理實驗教學中心,代榕,實驗報告主要內(nèi)容如下:,1、實驗名稱-實驗項目或?qū)嶒炦x題.,2、實驗目的希望得到的結(jié)果和實現(xiàn)的目標.,3、實驗原理用高度概括的文字語言給出實驗的理論依據(jù)、計算公式及原理圖.,4、實驗儀器-儀器名稱、型號 、規(guī)格等.,6、實驗步驟-主要實驗步驟.,7、實驗數(shù)據(jù)處理.,8、分析與討論對實驗結(jié)果以合理評價.,5、實驗環(huán)境時間、地點 、溫度 、氣壓等.,本次課程內(nèi)容：,. 物理實驗課的地位與作用、目的與要求,. 測量、誤差及有效數(shù)字的基礎知識,. 不確定度基本概念及其評定,. 直接測量結(jié)果標準不確定度的評定,. 間接測量結(jié)果標準不確定度的評定,. 實驗數(shù)據(jù)的處

2、理方法,楊振寧教授：”物理學是以實驗為本的科學。“ “大學物理實驗”是理工科院校各專業(yè)的一門必修的、獨立設置的基礎實驗課；是學時最多的實驗課程；是學生在大學接受系統(tǒng)實驗方法和實驗技能訓練的開端。,經(jīng)典物理學規(guī)律是從實驗事實中總結(jié)出來的。,學習實驗知識： 通過對實驗現(xiàn)象和觀察、分析和對物理量的測量學習物理知識和設計思想，進一步掌握和理解物理理論。 培養(yǎng)實驗能力： 1、借助教材或儀器說明書正確使用常用儀器； 2、運用物理學理論對實驗現(xiàn)象進行初步的分析判斷； 3、正確記錄和處理實驗數(shù)據(jù)，繪制實驗曲線，說明實 驗結(jié)果，撰寫合格的實驗報告； 4、能夠根據(jù)實驗目的和儀器設計出合理的實驗。,一、物理實驗課的

3、目的,提高實驗素養(yǎng)： 1、培養(yǎng)理論聯(lián)系實際和實事求是的科學作風； 2、 嚴肅認真的工作態(tài)度； 3、主動研究和創(chuàng)新的探索精神； 4、遵守紀律、團結(jié)協(xié)作和愛護公共財產(chǎn)的優(yōu)良品德。,二、怎樣學好物理實驗,課前預習： 1、上課前應通讀教材，以求對當次實驗有個全面了解，然后按照指定的預習重點，精讀有關數(shù)學模型，明確要測量的物理量，對主要儀器的功能及使用方法形成一個初步印象。,2、課前預習必須做書面預習報告，課上請老師審閱。無預習報告或預習報告不合格者不準上課。預習報告一般包含下列內(nèi)容：實驗名稱、實驗目的、實驗原理、實驗儀器、實驗步驟。,2、認真聽講（每個實驗講10-20分鐘），注意在細節(jié)上培養(yǎng)科學作風.

4、 如儀器布局合理整齊;操作姿式正確文明；電學儀器經(jīng)教師檢查后才能通電；不要觸摸光學元件的工作表面；實驗完畢及時斷開電源，整理儀器并恢復到原來的陳列狀態(tài)；主動請老師指導操作、檢查數(shù)據(jù)、驗收儀器。,. 測量、誤差和有效數(shù)字的基礎知識,一、測量 二、誤差 三、有效數(shù)字,一、測量measurement 1.定義：以確定被測對象量值為目的的全部操作。 測量是物理實驗的基礎。 或者說，測量是將待測量與選作標準的同類量進行比較，得出倍數(shù)值。該標準量為單位，倍數(shù)值為數(shù)值。 要明確對象，選擇方法、實現(xiàn)測量各步驟，給出完整的測量結(jié)果。如：,對象,量值,誤差,單位,u,不確定度,測量方法 (步驟) : 用誤差分析和

5、不確定度估計基礎知識 請注意！ *完整結(jié)果表示各 應有相同的置信概率; 一般只取一位有效數(shù)值.,3、間接測量結(jié)果表達式,例2：用單擺測重力加速度 設擺長為 ，擺動 次的時間為 ，則重力加速度公式為：,記錄：用鋼卷尺測擺線長為0.9722m（測1次）,用游標卡尺測擺球直徑為1.265cm（測1次）,擺動50次時間 ，秒表精度為0.1s，擺幅小于5度,99.32s、99.35s、99.26s、99.22s,解：擺長=擺線長+擺球半徑,即：,不確定度的計算：,擺長的不確定度：對于擺長來說，都是單次測量，所以：,時間的不確定度：,重復測量：,A類不確定度：,B類不確定度：,合成不確定度：,重力加速度的

6、不確定度：,測量結(jié)果表達式為：,一、列表法 二、逐差法 三、圖解法 四、最小二乘法,. 實驗數(shù)據(jù)的處理方法,實驗中被記錄下來的一些原始數(shù)據(jù)還需要經(jīng)過適當?shù)奶幚砗陀嬎悴拍芊从吵鍪挛锏膬?nèi)在規(guī)律或得出測量值，這種處理的計算過程稱為數(shù)據(jù)處理。根據(jù)不同的需要，可采用不同的數(shù)據(jù)處理方法。,一.列表法,1、一般在記錄實驗中的原始數(shù)據(jù)時使用，能較清楚地反映物理量之間的一一對應關系。,2、數(shù)據(jù)在列表時，應按以下原則：,（1）表格應簡明、齊全、清楚有條理、分類明顯，便于反映各物理量之間的關系。,（2）各欄目均應標明名稱和單位。單位應按國標規(guī)定標明。名稱若為自定義符號，應加以說明。,（3）表中的數(shù)據(jù)應正確反映測量結(jié)

7、果的有效數(shù)字。,（4）表中列入測量原始數(shù)據(jù)及處理過程中的一些重要中間結(jié)果。,有效數(shù)字正確,例：,物理量的名稱(符號)和單位,記錄原始數(shù)據(jù)也應養(yǎng)成好習慣,橫平豎直.,由誤差理論可知：算術平均值最接近于真值，因此實驗中應進行多次測量。但是，在下例中多次測量并不能達到好的效果。,例：測量彈簧的倔強系數(shù),其相應的彈簧長度變化量為：,二.逐差法,從上式看到，只有首末兩次的測量值才對單次測量的平均值起作用，而一切中間量都失去意義。這就是說，多次測量和單次測量沒有差別,失去了多次測量減小誤差的優(yōu)越性。,為保持多次測量的優(yōu)越性，把數(shù)據(jù)分為兩組。,這種處理數(shù)據(jù)的方法稱為逐差法。逐差法的優(yōu)點在于可以充分利用實驗中

8、測量采集的數(shù)據(jù)，達到對數(shù)據(jù)取平均（即保持多次測量的優(yōu)越性，減少偶然誤差）的效果，而且還可以最大限度地保證不損失有效數(shù)字、減少相對誤差。是實驗中常用的處理數(shù)據(jù)的方法。,在逐差法計算中，為了直觀和便于處理，也常用列表格方法來表示，以免搞錯。,注意:,逐差法使用的條件 函數(shù)具有 y =kx+b 的線性關系或x的多項式形式（y = a0a1xa2x2anxn）。,2. 自變量x為等間距變化,即x的每個改變量x都相等,x即為間距, 兩物理量之間又呈線性關系時 。,如：測定彈簧的倔強系數(shù)K,作圖法可形象、直觀地顯示出物理量之間的函數(shù)關系，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

9、理出數(shù)據(jù)表格，并要用坐標紙作圖。,1.選擇合適的坐標分度值，確定坐標紙的大小 坐標分度值的選取應能基本反映測量值的準確度或精密度。 根據(jù)表數(shù)據(jù)U 軸可選1mm對應于0.10V，I 軸可選1mm對應于0.20mA，并可定坐標紙的大?。源笥谧鴺朔秶?、數(shù)據(jù)范圍） 約為130mm130mm。,作圖步驟：實驗數(shù)據(jù)列表如下. 表1：伏安法測電阻實驗數(shù)據(jù),三.作圖法,2. 標明坐標軸： 用粗實線畫坐標軸，用箭頭標軸方向，標坐標軸的名稱或符號、單位,再按順序標出坐標軸整分格上的量值。,自變量,因變量,5.標出圖線特征： 在圖上空白位置標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?/p>

10、所繪直線上讀取兩點 A、B 的坐標就可求出 R 值。,電阻伏安特性曲線圖,6.標出圖名： 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。,由圖上A、B兩點可得被測電阻R為：,至此一張圖才算完成,作者：xx,圖名,作圖者姓名,不當圖例展示：,曲線太粗，不均勻，不光滑。應該用直尺、曲線板等工具把實驗點連成光滑、均勻的細實線。,改正為：,橫軸坐標分度選取不當。橫軸以3 cm 代表1 V，使作圖和讀圖都很困難。實際在選擇坐標分度值時，應既滿足有效數(shù)字的要求又便于作圖和讀圖，一般以1 mm 代表的量值是10的整數(shù)次冪或是其2倍或5倍。,改正為：,圖紙使用不當。實際作圖時，坐標原點的讀數(shù)可以不從零開

11、始。,改正為：,作圖法：直觀、簡便。但主觀隨意性大（粗略）,逐差法：粗略的近似計算方法（要滿足一定條件）,回歸分析法：最準確的計算方法,定義: 由數(shù)理統(tǒng)計的方法處理數(shù)據(jù)，通過計算確定其函數(shù)關系的方法。,1.推斷函數(shù)形式（回歸方程）,步驟：,如,四.最小二乘法數(shù)據(jù)的直線擬合,最小二乘法的理論基礎、最佳經(jīng)驗公式 y = a+bx 中a、b的求解 : 通過實驗，等精度地測得一組互相獨立的實驗數(shù)據(jù)（xi，yi，i =1，2n），設此兩物理量 x、y 滿足線性關系，且假定實驗誤差主要出現(xiàn)在yi上，設擬合直線公式為 y =f(x)=a+bx，當所測各yi值與擬合直線上各估計值 f (xi)= a+bxi之間偏差的平方和最小，即 時，所得擬合公式即為最佳經(jīng)驗公式。 據(jù)