成型12-1大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)杜正良

duzhengliang@126.com675530理論部分主要內(nèi)容：一、物理實(shí)驗(yàn)的作用與過(guò)程二、測(cè)量的基礎(chǔ)知識(shí)三、誤差的基本性質(zhì)與處理四、誤差的合成與分配五、測(cè)量不確定度六、有效數(shù)字七、物理實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)處理方法八、應(yīng)用例題物理實(shí)驗(yàn)的作用

提出、解決應(yīng)用性問(wèn)題如何測(cè)量以下三種材料的密度？材料的比熱測(cè)量？

Q=cmΔT①預(yù)習(xí)

做什么、怎么做—實(shí)驗(yàn)?zāi)芊袢〉弥鲃?dòng)的關(guān)鍵②實(shí)驗(yàn)過(guò)程

膽大心細(xì)—實(shí)驗(yàn)的主要過(guò)程③實(shí)驗(yàn)報(bào)告—實(shí)驗(yàn)的總結(jié)，評(píng)分的依據(jù)二物理實(shí)驗(yàn)的三環(huán)節(jié)

周次月日實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)項(xiàng)目、課程設(shè)計(jì)名稱實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)、課程設(shè)計(jì)具體地點(diǎn)時(shí)數(shù)作業(yè)或?qū)嶒?yàn)、實(shí)習(xí)報(bào)告19.5緒論(怎樣做好物理實(shí)驗(yàn))第1章

實(shí)驗(yàn)誤差與不確定度評(píng)定1.1測(cè)量與誤差1.2測(cè)量的不確定度評(píng)定和測(cè)量結(jié)果的表示西校區(qū)1-3012習(xí)題3、429.121.3有效數(shù)字及其運(yùn)算規(guī)則第2章

數(shù)據(jù)的處理的基本方法習(xí)題講解西校區(qū)1-3012習(xí)題6、8、9-1、9-5、10周次月日實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)項(xiàng)目、課程設(shè)計(jì)名稱實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)、課程設(shè)計(jì)具體地點(diǎn)時(shí)數(shù)作業(yè)或?qū)嶒?yàn)、實(shí)習(xí)報(bào)告39.191彈簧振子周期的測(cè)量5用三線擺測(cè)量物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量西校區(qū)1-3012預(yù)習(xí)報(bào)告49.261彈簧振子周期的測(cè)量5用三線擺測(cè)量物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量西校區(qū)1-3012實(shí)驗(yàn)報(bào)告610.101彈簧振子周期的測(cè)量5用三線擺測(cè)量物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量西校區(qū)1-3012實(shí)驗(yàn)報(bào)告710.172冷卻法測(cè)量金屬的比熱容6液體的表面張力系數(shù)測(cè)量西校區(qū)1-4142預(yù)習(xí)報(bào)告810.242冷卻法測(cè)量金屬的比熱容6液體的表面張力系數(shù)測(cè)量西校區(qū)1-4142實(shí)驗(yàn)報(bào)告910.312冷卻法測(cè)量金屬的比熱容6液體的表面張力系數(shù)測(cè)量西校區(qū)1-4142實(shí)驗(yàn)報(bào)告1011.73用CCD成像系統(tǒng)觀測(cè)牛頓環(huán)7光敏電阻基本特性的測(cè)量西校區(qū)1-5032預(yù)習(xí)報(bào)告1111.143用CCD成像系統(tǒng)觀測(cè)牛頓環(huán)7光敏電阻基本特性的測(cè)量西校區(qū)1-5032實(shí)驗(yàn)報(bào)告1211.213用CCD成像系統(tǒng)觀測(cè)牛頓環(huán)7光敏電阻基本特性的測(cè)量西校區(qū)1-5032實(shí)驗(yàn)報(bào)告1311.284霍爾法測(cè)量線圈的磁場(chǎng)8示波器的使用西校區(qū)1-5052預(yù)習(xí)報(bào)告1412.54霍爾法測(cè)量線圈的磁場(chǎng)8示波器的使用西校區(qū)1-5052實(shí)驗(yàn)報(bào)告1512.124霍爾法測(cè)量線圈的磁場(chǎng)8示波器的使用西校區(qū)1-5052實(shí)驗(yàn)報(bào)告1612.19設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)任務(wù)布置西校區(qū)1-2272實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案1712.26設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)西校區(qū)1-2272實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)拋射體運(yùn)動(dòng)的照相法研究教師實(shí)驗(yàn)分工高鳳梅：實(shí)驗(yàn)2、6；王懷軍：實(shí)驗(yàn)3、7；章國(guó)榮：實(shí)驗(yàn)4、8；杜正良：緒論、第1章、第2章；實(shí)驗(yàn)1、5；設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。第1章實(shí)驗(yàn)誤差與不確定度1什么是測(cè)量？2測(cè)量怎么分類？M，ρ測(cè)量數(shù)據(jù)1

kg誤差（Error）：誤差測(cè)得值真值＝－真值（TrueValue）：觀測(cè)一個(gè)量時(shí)，該量本身所具有的真實(shí)大小。4誤差的定義及表示法

為了減小測(cè)量誤差，提高測(cè)量準(zhǔn)確度，就必須了解誤差來(lái)源。而誤差來(lái)源是多方面的，在測(cè)量過(guò)程中，幾乎所有因素都將引入測(cè)量誤差。主要來(lái)源

測(cè)量裝置誤差

測(cè)量環(huán)境誤差

測(cè)量方法誤差

測(cè)量人員誤差

二、誤差的來(lái)源

測(cè)量裝置誤差標(biāo)準(zhǔn)器件誤差儀器誤差附件誤差以固定形式復(fù)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)量值的器具，如標(biāo)準(zhǔn)電阻、標(biāo)準(zhǔn)量塊、標(biāo)準(zhǔn)砝碼等等，他們本身體現(xiàn)的量值，不可避免地存在誤差。一般要求標(biāo)準(zhǔn)器件的誤差占總誤差的1/3～1/10。測(cè)量裝置在制造過(guò)程中由于設(shè)計(jì)、制造、裝配、檢定等的不完善，以及在使用過(guò)程中，由于元器件的老化、機(jī)械部件磨損和疲勞等因素而使設(shè)備所產(chǎn)生的誤差。

測(cè)量?jī)x器所帶附件和附屬工具所帶來(lái)的誤差。

設(shè)計(jì)測(cè)量裝置時(shí)，由于采用近似原理所帶來(lái)的工作原理誤差

組成設(shè)備的主要零部件的制造誤差與設(shè)備的裝配誤差設(shè)備出廠時(shí)校準(zhǔn)與定度所帶來(lái)的誤差讀數(shù)分辨力有限而造成的讀數(shù)誤差

數(shù)字式儀器所特有的量化誤差

元器件老化、磨損、疲勞所造成的誤差測(cè)量環(huán)境誤差指各種環(huán)境因素與要求條件不一致而造成的誤差。

對(duì)于電子測(cè)量，環(huán)境誤差主要來(lái)源于環(huán)境溫度、電源電壓和電磁干擾等

激光光波波長(zhǎng)測(cè)量中，空氣的溫度、濕度、塵埃、大氣壓力等會(huì)影響到空氣折射率，因而影響激光波長(zhǎng)，產(chǎn)生測(cè)量誤差。高精度的準(zhǔn)直測(cè)量中，氣流、振動(dòng)也有一定的影響測(cè)量方法誤差

指使用的測(cè)量方法不完善，或采用近似的計(jì)算公式等原因所引起的誤差，又稱為理論誤差如用均值電壓表測(cè)量交流電壓時(shí)，其讀數(shù)是按照正弦波的有效值進(jìn)行刻度，由于計(jì)算公式中出現(xiàn)無(wú)理數(shù)和，故取近似公式，由此產(chǎn)生的誤差即為理論誤差。測(cè)量人員誤差測(cè)量人員的工作責(zé)任心、技術(shù)熟練程度、生理感官與心理因素、測(cè)量習(xí)慣等的不同而引起的誤差。為了減小測(cè)量人員誤差，就要求測(cè)量人員要認(rèn)真了解測(cè)量?jī)x器的特性和測(cè)量原理，熟練掌握測(cè)量規(guī)程，精心進(jìn)行測(cè)量操作，并正確處理測(cè)量結(jié)果。誤差絕對(duì)誤差相對(duì)誤差系統(tǒng)誤差隨機(jī)誤差表示形式性質(zhì)特點(diǎn)三、誤差分類

絕對(duì)誤差（AbsoluteError）

測(cè)得值

被測(cè)量的真值，常用約定真值代替

絕對(duì)誤差特點(diǎn)：1)絕對(duì)誤差是一個(gè)具有確定的大小、符號(hào)及單位的量。2)給出了被測(cè)量的量綱，絕對(duì)誤差的單位與測(cè)得值相同。x＝x－x0絕對(duì)誤差測(cè)得值真值＝－相對(duì)誤差Er=(x-x0)/x0x相同時(shí)，測(cè)量好壞…系統(tǒng)誤差（SystematicError）

在重復(fù)性條件下，對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行無(wú)限多次測(cè)量所得結(jié)果的平均值與被測(cè)量的真值之差。

定義特征

在相同條件下，多次測(cè)量同一量值時(shí)，該誤差的符號(hào)保持不變，或者在條件改變時(shí)，按某一確定規(guī)律變化的誤差。

天平不等臂所造成的系統(tǒng)誤差

螺線管為無(wú)限長(zhǎng)，管壁磁漏可忽略。如：

由于理論推導(dǎo)中的近似,產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差1)已定系統(tǒng)誤差：指符號(hào)和絕對(duì)值已經(jīng)明確確定的誤差分量；各測(cè)量值相對(duì)真值有一個(gè)整體的偏離；儀器誤差——儀器本身的缺陷所引起的；例如，

儀器零點(diǎn)不準(zhǔn)等。理論誤差——由于實(shí)驗(yàn)理論和方法不夠完善所引起的。系統(tǒng)誤差分為：已定系統(tǒng)誤差、未定系統(tǒng)誤差處理方法：測(cè)量結(jié)果＝平均值－已定系統(tǒng)誤差完全消除！2)未定系統(tǒng)誤差：符號(hào)或絕對(duì)值未經(jīng)確定的系統(tǒng)誤差分量。

如：卡尺或千分尺的示值誤差，等。處理方法：給出未定系統(tǒng)誤差的限值隨機(jī)誤差（RandomError）

在同一量的多次測(cè)量中，以不可預(yù)知

的方式變化的測(cè)量誤差分量。定義特征

多次測(cè)量時(shí)誤差分布滿足一定的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律。分布基本對(duì)稱，相互具有抵償性。產(chǎn)生原因?qū)嶒?yàn)條件的偶然性微小變化，如溫度波動(dòng)、噪聲干擾、電磁場(chǎng)微變、電源電壓的隨機(jī)起伏、地面振動(dòng)等。

小張身高(cm)

1.58,1.59,1.60,1.61,1.62

1.56,1.58,1.60,1.62,1.64最佳值？誤差如何估算？精度

它反映測(cè)量結(jié)果中系統(tǒng)誤差的影響。準(zhǔn)確度（Correctness）它反映測(cè)量結(jié)果中隨機(jī)誤差的影響程度。精密度（Precision）精確度（Accuracy）

它反映測(cè)量結(jié)果中系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差綜合的影響程度，簡(jiǎn)稱精度。

精確度（精度）在數(shù)值上一般多用相對(duì)誤差來(lái)表示，但不用百分?jǐn)?shù)。如某一測(cè)量結(jié)果的相對(duì)誤差為0.001%，則其精度為10-5。

反映測(cè)量結(jié)果與真值接近程度的量，稱為精度，它與誤差的大小相對(duì)應(yīng)，誤差小則精度高，誤差大則精度低。準(zhǔn)確度、精密度和精確度三者之間的關(guān)系彈著點(diǎn)全部在靶上，但分散。相當(dāng)于系統(tǒng)誤差小而隨機(jī)誤差大，即精密度低，準(zhǔn)確度高。彈著點(diǎn)集中，但偏向一方，命中率不高。相當(dāng)于系統(tǒng)誤差大而隨機(jī)誤差小，即精密度高，準(zhǔn)確度低。彈著點(diǎn)集中靶心。相當(dāng)于系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差均小，即精密度、準(zhǔn)確度都高，從而精確度亦高。誤差的局限

測(cè)量結(jié)果：x±u單位條件

直接測(cè)量不確定度的計(jì)算

例題：用0-25mm的螺旋測(cè)微器測(cè)量鋼絲的直徑d，數(shù)據(jù)如表所示，試用不確定度表示