大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)緒論課件

1、1、物理是實(shí)驗(yàn)科學(xué)，沒有實(shí)驗(yàn)的理論是空洞的理論，沒有理論的實(shí)驗(yàn)是盲目的實(shí)驗(yàn)?！拔覈糯茖W(xué)技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于西方，這種輝煌的成就是全世界公認(rèn)的。然而，近300年來遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于西方。我認(rèn)為，西方在伽利略和牛頓等提倡科學(xué)實(shí)驗(yàn)以后，大力發(fā)展了科學(xué)實(shí)驗(yàn)，我們?nèi)匀徊粍?，輕視科學(xué)實(shí)驗(yàn)是我們的不良傳統(tǒng)之一，也是幾千年封建思想，特別是一千多年來科舉制度的有毒。這是科學(xué)不發(fā)達(dá)的主要原因?！焙宋锢韺W(xué)家張文裕教授，1。在物理實(shí)驗(yàn)的基本知識、基本方法和基本技術(shù)方面接受了較為系統(tǒng)的訓(xùn)練。包括：培養(yǎng)和提高科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，包括儀器選擇和使用、基本測量技術(shù)和方法、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、結(jié)果錯(cuò)誤分析和判斷、實(shí)驗(yàn)報(bào)告編寫等。包括自學(xué)能力、實(shí)踐能

2、力、創(chuàng)新思維能力、書面表達(dá)能力、簡單設(shè)計(jì)能力等。3 .培養(yǎng)和提高從事科學(xué)實(shí)驗(yàn)的素質(zhì)，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)過程及社會事業(yè)奠定基礎(chǔ)。包括培養(yǎng)：學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，探索嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的工作作風(fēng)，堅(jiān)持研究精神遵守紀(jì)律，團(tuán)結(jié)合作，愛護(hù)公物等。1 .實(shí)驗(yàn)課前預(yù)習(xí)(1)講義中有關(guān)本實(shí)驗(yàn)的所有內(nèi)容。(2)要寫預(yù)習(xí)報(bào)告預(yù)習(xí)報(bào)告，寫得簡潔。1)實(shí)驗(yàn)名稱2)實(shí)驗(yàn)任務(wù)；3)測量公式(包括表達(dá)式中每個(gè)物理量的意義和單位)4)原理圖、原理圖或光路圖表；5)包括主要實(shí)驗(yàn)階段(概述)等內(nèi)容，用一張實(shí)驗(yàn)報(bào)告紙?zhí)顚戇h(yuǎn)視實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表。2 .教室實(shí)驗(yàn)操作(1)課需要實(shí)驗(yàn)講義、筆、尺子、計(jì)算器等。(2)了解儀器的工作原理、使用方法和注意事項(xiàng)后，

3、才能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。(3)設(shè)備安裝調(diào)試后，教師檢查無誤后，才能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。(4)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，仔細(xì)記錄測量數(shù)據(jù)，在實(shí)驗(yàn)記錄表格中填寫數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)要由指導(dǎo)教師檢查和簽名。(5)實(shí)驗(yàn)后使用的儀器整理好，退回原位。得到教師的允許后，才能離開實(shí)驗(yàn)室。(6)課后，根據(jù)需要完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，下次實(shí)驗(yàn)時(shí)提交。完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，實(shí)驗(yàn)報(bào)告的內(nèi)容，要求，1，原理整理摘要2，儀器顯示模型3，報(bào)告中的數(shù)據(jù)必須與原始記錄數(shù)據(jù)一致。4、數(shù)據(jù)處理包括公式、計(jì)算過程、錯(cuò)誤和不確定性分析、圖表等5、實(shí)驗(yàn)結(jié)果(或結(jié)論)。2，(4.5分鐘)實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容完整，沒有錯(cuò)誤，但原則部分沒有用自己的語言寫。3，(3分4分)實(shí)驗(yàn)報(bào)告有錯(cuò)誤。大錯(cuò)誤扣1分，小

4、錯(cuò)誤扣0.5分。4、錯(cuò)誤：A特大錯(cuò)誤：報(bào)告的缺失原理和數(shù)據(jù)處理部分沒有按照報(bào)告處理。例如，如果沒有前者，最多不超過2點(diǎn)5分，后者最多不超過1分。報(bào)告中沒有數(shù)據(jù)表單被認(rèn)為是兩個(gè)茄子的大錯(cuò)誤。報(bào)告員以兩分處理(雙方平等對待)。4，錯(cuò)誤：B大錯(cuò)誤：報(bào)告內(nèi)容不完整，遺漏項(xiàng)目(遺漏原理和數(shù)據(jù)處理除外)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果超出規(guī)定范圍，錯(cuò)誤，有效數(shù)字和錯(cuò)誤計(jì)算不一致，圖片未標(biāo)準(zhǔn)化，沒有計(jì)算過程，出現(xiàn)了純計(jì)算錯(cuò)誤。實(shí)驗(yàn)報(bào)告遲交被認(rèn)為是大錯(cuò)特錯(cuò)。c的小失誤：沒有注明單位或單位錯(cuò)誤，報(bào)告太粗糙，難以識別。有病要請假。如果沒有理由最后請假，不按時(shí)做實(shí)驗(yàn)者，那么實(shí)驗(yàn)后就沒有理由扣除2分。補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)要在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行統(tǒng)一的時(shí)間安排

5、。遠(yuǎn)視數(shù)據(jù)必須得到教師的簽名和批準(zhǔn)。沒有預(yù)習(xí)報(bào)告者，不能參加實(shí)驗(yàn)操作，按照缺席處理。預(yù)習(xí)提問分?jǐn)?shù)，記在總成績上。缺席者，牙齒實(shí)驗(yàn)是零分。缺6小時(shí)以上的人期末不合格處理，明年要復(fù)讀。測量和誤差、誤差處理、測量結(jié)果的不確定性測量、有效數(shù)字的記錄和運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、實(shí)驗(yàn)方案的選擇原則、1、測量和分類、1。測量：將測量與其他種類的已知量直接或間接比較，并使用后者作為測量單位確定，測量和誤差，2。測量結(jié)果測量結(jié)果必須包含數(shù)字、單位和結(jié)果置信度。三個(gè)茄子中沒有一個(gè)是渡邊杏的。否則，顯示的度量沒有物理意義。任何測量都不能絕對準(zhǔn)確！3 .分類：按方法分類：按條件分類：直接測量，間接測量，等精度測量，各向異性測量

6、，等精度測量儀器的差異，方法的差異，測量條件的變化，測量者素質(zhì)的差異都可能導(dǎo)致測量結(jié)果的變化。相同的人，以相同的方法使用相同的儀器，在相同的條件下多次測量相同的物理量，稱為等精度測量。測量方法，比較，放大，賠償，模擬。轉(zhuǎn)換，干涉測量，非力傳記測量，非光量測量，如米，米，比較法：放大方法：如：螺旋微米通過細(xì)分螺紋放大。5 .測量時(shí)要考慮的幾個(gè)茄子事項(xiàng)：a .在測量過程中最小化誤差。b .找出最接近實(shí)際值的最佳近似值作為測量結(jié)果。指示測量結(jié)果的可靠性。2，誤差，1。振值和測量值振值：要測量的客觀存在值，用X記錄。(不隨測量手段而變化。)，(a)理論值：三角形內(nèi)角和180 (b)公認(rèn)值：普朗克常數(shù)(

7、c)計(jì)量慣例真值：由測量部門承諾的長度、時(shí)間、質(zhì)量等當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭 (d)相對真值：用準(zhǔn)確度更高的儀器校準(zhǔn)的測量值。測量值：通過測量(直接或間接)獲得的物理量值，x，2。誤差的表示、絕對誤差：相對誤差：絕對誤差和相對誤差的大小反映了測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。實(shí)際值通常無法獲得，因此也無法計(jì)算誤差。實(shí)際測量用多次測量的算術(shù)平均值替換實(shí)際值。測量和算術(shù)平均值的差異稱為偏差，即殘差。也就是說，3 .誤差的幾個(gè)茄子說明：正值、負(fù)值、絕對值越小，測量值越接近真值。在牙齒的時(shí)候，我們說測量結(jié)果更準(zhǔn)確。b .錯(cuò)誤始終存在于所有測量的始終。c .錯(cuò)誤可以減少，但不能完全消除。d .為減少錯(cuò)誤，應(yīng)渡邊杏采取過于精確的

8、儀器和方案。4 .誤差分類，隨機(jī)誤差，隨機(jī)性，通過多種測量減少，系統(tǒng)誤差，確定性，用特定方法消除，粗誤差，再測試！在不穩(wěn)定性，系統(tǒng)誤差相同的條件下多次測量相同的量時(shí)，測量結(jié)果發(fā)生固定偏差。也就是說，誤差的大小和符號總是恒定的或根據(jù)一定的規(guī)律變化的，稱為系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)誤差可以根據(jù)發(fā)生原因分為3360 (1)儀器誤差(2)方法誤差(3)個(gè)人誤差(4)環(huán)境條件誤差系統(tǒng)誤差的特征。發(fā)生原因往往是已知的，其出現(xiàn)一般是有規(guī)律的。在相同的實(shí)驗(yàn)條件下測量相同的物理量時(shí)，即使仔細(xì)排除了系統(tǒng)誤差引起的因素，每個(gè)測量結(jié)果也可能不同，并且測量誤差可能很大，或者很小，或者正負(fù)完全隨機(jī)。David aser，Northe

9、rn Exposure(美國電視電視劇)，起初看起來不規(guī)則，但如果測量次數(shù)足夠，就可以看出誤差的大小和正誤差的出現(xiàn)都服從某種統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律。我們稱這個(gè)錯(cuò)誤為隨機(jī)錯(cuò)誤。隨機(jī)誤差(數(shù)學(xué)期望值為零的隨機(jī)誤差稱為偶然誤差)，隨機(jī)誤差主要是由于測量過程中的隨機(jī)或不確定因素造成的。測量過程中隨機(jī)誤差的出現(xiàn)具有一定的必然性和不可避免性。系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差不同的發(fā)生原因具有不同的性質(zhì)。因此，對測量結(jié)果的影響也各不相同。這是大大超過統(tǒng)計(jì)規(guī)律期望值的誤差。這些錯(cuò)誤具有異常值。粗誤差的出現(xiàn)一般是由測量儀的故障、測量條件的異常、測量員的失誤引起的。有粗誤差的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不可靠。一旦發(fā)現(xiàn)測量數(shù)據(jù)可能有粗的誤差數(shù)據(jù)，就要重新測

10、試！如果條件不允許重新測量，則在確定的情況下，必須刪除存在粗誤差的數(shù)據(jù)。但是要非常慎重。粗誤差、系統(tǒng)誤差未定系統(tǒng)誤差、系統(tǒng)誤差分類：系統(tǒng)誤差：在測量過程中可以確定大小和正數(shù)的誤差示例：根不足的露點(diǎn)、未定系統(tǒng)誤差：在測量中只能確定大小，不能確定正負(fù)的誤差示例：水分子的顯示誤差、數(shù)字毫秒的誤差、分光器的誤差這些誤差的儀器但是，實(shí)驗(yàn)者在使用牙齒儀器時(shí)，并不知道牙齒儀器的誤差的確切大小和正數(shù)，只知道牙齒儀器的準(zhǔn)確度不超過儀器的限制(例如，天平的系統(tǒng)誤差限制2mg)。因此，牙齒系統(tǒng)錯(cuò)誤通常只能確定極限，不能更正，因?yàn)椴荒苤罍?zhǔn)確的大小和正數(shù)。對于待定系統(tǒng)誤差，在物理實(shí)驗(yàn)中，我們通常只考慮儀器測量儀器的(

11、最大)容差計(jì)(簡稱儀器誤差)。系統(tǒng)誤差的主要原因是，(1)儀器本身有一些缺陷或使用不當(dāng)。儀器0牙齒不允許，儀器水平或鉛不調(diào)整，秤不調(diào)整，儀器刻度不準(zhǔn)確，刻度板和針安裝偏心，儀表彎曲，天平雙臂不等，水銀溫度計(jì)毛細(xì)管不均等引起的誤差。(2)實(shí)驗(yàn)方法不完整或這種方法所依據(jù)的理論本身具有近似性。例如，在用鐘擺測量重力加速度時(shí)，忽略空氣對鐘擺阻力的影響，在用安培表測量阻力時(shí)不考慮傳記儀表內(nèi)阻的影響等引起的誤差。(3)環(huán)境錯(cuò)誤外部環(huán)境未滿足測量要求。25點(diǎn)測量的標(biāo)準(zhǔn)阻力是30環(huán)境下使用等(4)實(shí)驗(yàn)者的生理或心理特征或經(jīng)驗(yàn)不足引起的誤差。例如，當(dāng)有人閱讀時(shí)，頭部習(xí)慣性偏向是一個(gè)方向。按秒表時(shí)習(xí)慣性的字典或延

12、遲；用米尺測量長度，用斜視讀讀數(shù)等。、a、o，理論推導(dǎo)的近似值所導(dǎo)致的系統(tǒng)錯(cuò)誤。理論，公式(忽略空氣阻力等)，主觀因素，心理作用，讀數(shù)(估計(jì))牙齒大或小。生理因素，嗅覺色覺，音域(20HZ - 20KHZ)的區(qū)分。聽覺，音調(diào)區(qū)分。環(huán)境因素，方法，內(nèi)切，例如，每個(gè)曹征工作的實(shí)驗(yàn)裝置和測量機(jī)構(gòu)的可變性，實(shí)驗(yàn)中電源電壓的變化，以及環(huán)境的溫度、濕度和照度的變化而產(chǎn)生的誤差。隨機(jī)誤差可以用統(tǒng)計(jì)方法估計(jì)。隨機(jī)誤差的主要原因是，3，測量儀器及其誤差，1。測量儀器，為了方便表達(dá)，習(xí)慣把測量設(shè)備統(tǒng)稱為測量儀器。實(shí)際上，這包括儀表、測量儀器和測量轉(zhuǎn)換器。牙齒三種有機(jī)組合稱為測量裝置。，2 .測量儀器的特性、特性、

13、(1)度量、(6)精度、(3)準(zhǔn)確度、(4)靈敏度、(5)分度值、(7)分辨率、(2)基本誤差是在儀表規(guī)定的正常條件下測量的，正常條件，儀表指針調(diào)整為0，儀表根據(jù)規(guī)定的工作位置放置，環(huán)境溫度為20oC或儀表指示的溫度，除地磁外沒有外部電磁場，額外誤差是由于偏離正常條件或由某種影響因素引起的誤差而引起的，牙齒數(shù)值變化是相對于正常條件的指示值而不是實(shí)際值。額外誤差是一個(gè)因素引起的顯示變化，不是兩個(gè)或多個(gè)因素引起的變化的總和。因此，在附加誤差之前經(jīng)常生成附加誤差元素名稱(例如，溫度附加誤差等)。牙齒錯(cuò)誤大多以系統(tǒng)錯(cuò)誤的形式發(fā)生，應(yīng)通過減少或消除系統(tǒng)錯(cuò)誤的方式進(jìn)行處理。米讀數(shù)(測量值)與測量的實(shí)際值之

14、間的差值稱為測量的絕對誤差，測量的實(shí)際值等于米讀數(shù)減去絕對誤差。修改值定義等于絕對誤差大小，符號相反，因此實(shí)際值=度量修改值。引入校正值后，可以校準(zhǔn)儀表讀數(shù)以補(bǔ)償系統(tǒng)錯(cuò)誤。用直讀儀表直接測量時(shí)，可以根據(jù)儀表準(zhǔn)確度等級估計(jì)測量結(jié)果的誤差。儀表在規(guī)定的條件下使用時(shí)，測量值可能出現(xiàn)的最大絕對誤差，在表達(dá)式中，測量值的準(zhǔn)確度等級，儀表的范圍。例如，范圍為10V、準(zhǔn)確度等級為1的電壓表測量電壓，測量的最大絕對誤差為：阻力框的絕對誤差等于顯示值乘以等級，然后加上零阻力。電阻箱中的每個(gè)檔案等級不同，計(jì)算時(shí)必須單獨(dú)計(jì)算。例如，對于常用的ZX21電阻箱，請注意，儀表的精度與測量結(jié)果的精度(即測量結(jié)果的相對誤差)

15、不相等。測量結(jié)果的準(zhǔn)確度與測量的大小有關(guān)，只有當(dāng)測量結(jié)果偏離整個(gè)刻度時(shí)，測量結(jié)果的準(zhǔn)確度才與測量結(jié)果的準(zhǔn)確度相同。顯示值為360.5，0電阻為0.02，絕對誤差表示儀表讀數(shù)的有效位數(shù)，可以根據(jù)儀表的最大絕對誤差確定。測量的最后一個(gè)位必須與最大絕對誤差位對齊，并根據(jù)實(shí)際情況(最小百分度值、分度寬度、指針的厚度等)估計(jì)最小百分度。顯示數(shù)字儀表錯(cuò)誤。數(shù)字儀表的顯示值都是有效數(shù)字，儀表本身已經(jīng)評估過了。數(shù)字儀表的數(shù)字部分誤差很小。一般來說，最后12個(gè)代碼，即1個(gè)或2個(gè)字符。在選擇直讀儀表時(shí)，應(yīng)根據(jù)測量的最小值選擇具有適當(dāng)靈敏度的儀表。根據(jù)測量的最大值選擇范圍。根據(jù)測量誤差或不確定性的要求和實(shí)驗(yàn)環(huán)境，選

16、擇適當(dāng)精度的儀表。為了減少測量的相對誤差，測量儀的范圍必須接近測量的大小。另外，檢查儀表的工作條件是否正常，使用前指針是否指向0，布局是否正確，如何正確讀取數(shù)據(jù)等。C，儀器誤差的計(jì)算，儀器誤差一般是在制造工廠或計(jì)量部門使用更精密的儀器、儀表測試，通過鑒定比較給出的。如果多次測量固定測量，則測量值相同或基本相同。這并不意味著沒有隨機(jī)誤差，但是因?yàn)檎`差小，儀器的靈敏度低，不能反映微小的差異。此時(shí)，儀器的最大絕對誤差(用儀表表示)可以作為測量結(jié)果的誤差。下表顯示了典型儀器儀表的主要技術(shù)要求和最大誤差。a .以儀器的精確度表示。儀器誤差的確定：根據(jù)理論分析，對大多數(shù)儀器誤差遵循均勻分布。例如，光標(biāo)卡尺上的儀表誤差、用零儀表確定平衡時(shí)的誤差、儀器刻度盤或其他電動齒輪的返回誤差、數(shù)據(jù)截取導(dǎo)致的舍入誤差、麗莎不穩(wěn)定的頻率測量誤差、數(shù)字儀表的顯示誤差等。均勻分布是指在誤差(儀表)范圍內(nèi)，不同大小和符號發(fā)生不同誤差的概率相同，在區(qū)間外發(fā)生的