大学物理实验绪论new 29页

注意事项1、实验从第四周开始，实验地点在新校区数理北楼，第三周周二晚上17：00—19：00各班学习委员以班为单位统一到新校区数理北楼110购买实验报告纸、预习册、计算纸。一套15元。2、本学期物理实验课由以班为单位选课（选课网址：http://122.207.97.134/xuanke3、上课时间:上午(二)：10:00下午一：13:30下午二：16:00晚上：19:00每个实验三学时中间不休息。如有变动以网上通知为准\n4、最终成绩：平时分（含绪论课、预习分、操作分、实验报告分）70%-100%，考试分0-30%。缺考按不及格处理！5、预约时注意防止与班上的其他课程发生冲突，且有三学时以上空闲时间，实验课一旦选定，不得缺课，否则按旷课处理、该实验为0分。如有特殊情况，要有加盖公章的情假条或医院的证明方可情假。。6、各位同学每次实验课前一周进行预约（如第三周预约第四周实验），同学应在课前进行预习并按时上课。7、实验报告交到各实验的信箱中，按时交前一周的实验报告。\n1、选课网址：http://122.207.97.134/xuanke进入物理实验中心选课网站。2、各班学习委员在“各班班级一览表”中找到本班班级账号（班级名称）、初始密码并以班级身份登录。3、修改班级密码，请各班学习委员保管好密码。4、进入班级名单选单，先刷校园卡，然后录入班上同学的信息。5、学习委员录入同学信息后、以班为单位选课。6、在班级帐户中可以查询班级课表和每位同学完成实验的情况及成绩。7、各班学习委员录入自己的联系方式以便联系！\n学习委员刷卡后直接进入班级账户。其他同学刷卡后进入个人账户查询本人课和成绩。以后可能会使用的功能：刷卡开门。刷卡开实验桌电源。下课后各班学习委员或班长收齐校园卡统一到物理实验中心306录入班上同学信息（下午6点之前）。\n大学物理实验绪论\n(1)怎样做物理实验1)课前预习包括：实验目的、实验原理、实验方法等，绘出数据记录表格，完成预习册上习题。2)课堂操作包括：调整仪器装置，观察实验现象，学习排除故障，测读实验数据。3)实验报告包括：按照要求做实验报告，进行数据处理与误差分析，有关问题的讨论等。\n2.测量误差与数据处理的基本知识(1)测量的概念所谓测量，就是将被测量的物理量与作为测量单位的标准量进行比较，确定其比值的过程。1)直接测量指使用仪器或量具，直接测得（读出）被测量数值的测量，该物理量称为直接测量量。2)间接测量指依据直接测量量，通过一定的关系式计算而得到，这种测量称为间接测量，需要通过间接测量求得结果的物理量称为间接测量量。\n(2)测量误差物理量的真值一个待测物理量的大小，在客观上应该有一个真实的数值，叫做“真值”。通常，用多次测量的算术平均值作为测量的最佳值来代替真值。即：1)绝对误差绝对误差是指被测量的测量结果与其最佳值之差，它与被测量具有相同的量纲，表示的是测量值偏离其实际值的大小。测量误差简称为“误差”，以表示。误差定义为测量值与真值之差。\n2)相对误差相对误差是指某一待测物理量的绝对误差与其测量的最佳值之比，它是没有量纲的，通常写成百分比的形式。(3)测量误差的分类1)系统误差特点：总是使测量结果向一个方向偏离，它有固定的大小，或是按一定规律变化。系统误差的来源主要有下面几个方面：①仪器误差仪器本身不可能制造得无限精密，总是存在着某些缺陷。②理论（方法）误差理论公式的近似性、实验条件达不到要求、测量方法不够完善等。\n③个人误差由于实验者本人生理或心理特点所带来的误差2)随机误差（又称偶然误差）由于环境有起伏变化和偶然因素的干扰，使测量结果略有差异，因而产生误差，这类误差称为随机误差。特点：测量结果的误差大小和符号都不固定，其值时大时小，其符号时正时负，就某一次测量而言没有一定的规律，但在测量次数很大时，随机误差整体上服从正态分布的统计规律。误差分布函数：\n随机误差分布的特点：①对称性②单峰性③有界性当测量次数无穷多时，该随机误差的算术平均值趋向于0。(4)随机误差的处理1)测量的平均值：2)标准偏差：测量列的标准偏差：\n平均值的标准偏差：多次测量可以减小随机误差(5)直接测量结果的表示和总不确定度的估计测量结果的表达式：总不确定度：——指用统计的方法计算出的不确定度分量它表示被测量的真值在的范围内的可能性(概率)，不确定度是指由于测量误差的存在而对被测量的真值不能肯定的程度。1)总不确定度的类分量\n有限次测量：测量列的不确定度：平均值的不确定度：这时：——指用其他方法计算出的不确定度分量2)总不确定度的类分量上面两式中的称为“因子”，与测量次数和置信概率有关，在大学物理实验中，当测量次数时，可近似取为1。\n本课程中，近似地取：仪器的最大允差Δ仪Δ仪可从仪器说明书中得到，它表征同一规格型号的合格产品，在正常使用条件下，可能产生的最大误差。一般而言，Δ仪为仪器最小刻度所对应的物理量的数量级（但不同仪器差别很大）。\n3)总不确定度的合成：4)误差的判定与剔除(6)间接测量结果的表示和总不确定度的估计1)间接测量结果的一般表示：即：间接测量量的平均值等于将各直接测量量的平均值带入函数关系式后的结果。当测量列的不确定度时，待测量真值的随机误差落在这个区间以外的概率仅为0.3%，因此，称为测量列的极限误差。\n2)间接测量结果的总不确定度：(8)测量结果的有效数字1)定义：测量结果中，可靠的几位数字加上可疑的一位数字，统称为测量结果的有效数字。(7)百分差\n2)在物理实验中，不确定度的有效数字只取一位。任何测量结果，其数值的最后一位要与不确定度所在的这一位取齐。例如：正确：(3.5200.004)cm错误：(3.520.004)cm，(3.5200.04)cm3)数值很大或很小时，用科学记数法表示。4)有效数字的运算法则与有效位数判定：①运算结果的有效数字位数只和参加运算的待测量的有效数字位数有关。②不考虑误差时：加减法：以其中有效数字的最后一位在位数上最大的为准，运算过程中比它多保留一位，最后与它取齐。\n例如：123.3+43.462+8.01=174.81.2+32.1-2.1+427=458乘除法：一般取结果的有效数字位数与分量中有效数字位数最少的相同.例如：63.81.2=53混合运算：例如：（2.50-2.2）×5.9892.00=0.3×5.9892.00=0.9\n③要考虑误差时：最终结果的有效数字应取至不确定度所在位，中间过程可多取一位。由此定出结果的有效位数。④不确定度的有效位数：最终结果的不确定度取一位有效数字；运算过程中取两位。最终结果的相对误差>10%时取两位有效数字；<10%时取一位或两位有效数字。5)有效数字的取舍原则：①对数据运算结果，尾数取舍原则为：“小于五则舍，大于五则入，等于五则把尾数凑成偶数”。\n例如：将下列各数取为3位有效数字：2.534取为：2.53；2.5554取为：2.56；2.5360取为：2.54；2.5450取为：2.54；②对测量不确定度，取舍原则是只入不舍。例如：Δ=0.34取为：Δ=0.4；\n函数的运算规则及有效数字（1）通常函数的有效数字同自变量；（2）若自变量给出了不确定度，则（1）的结果多保留一位或几位，再用传递公式计算函数的不确定度；（3）由不确定度决定最终有效数字位数。另外，自变量未给出不确定度，还可以用近似不确定度的办法确定函数的有效数字位数。自变量的近似不确定度即为量具的最小分度值。\n例1：解：注意：若x未给出不确定度，可取其近似不确定度为量具的最小分度值1分，进而可求出y的不确定度，最后决定y的有效数字位数，如例2。已知，计算。\n例2：解：x的近似不确定度为已知，计算。由y的不确定度决定了y的有效数字需保留到小数点后3位。通常对数的小数点后的位数与真数的有效位数相同。\n1、“0”在数据中的作用“0”在其他数字之间或之后为有效数字，在之前则不是有效数字。例如：O.3和0.03都是一位有效数字，而103.00则是五位有效数字。2、单位换算对有效数字的影响非十进制单位换算时，有效数字位数可以改变。例如时间min，1.8为两位有效数字，误差位在O.1min=6s位上。若以秒为单位，应写成：s，误差位仍在秒位上，并未改变数据的精度，但108s为三位有效数字。有效数字由两位变成三位！有效数字的几个注意问题\n十进制单位换算不影响有效数字例如80.20g是四位有效数字，若用千克单位表示则为O.08020kg，仍为四位有效数字。但是用毫克单位表示写成80200mg，就有问题了，因为按有效数字规定，最后一位是有误差的数，原来数据80.20g有误差数是在1/100g位上，当写成80200mg时有误差数是在1/1000g位上，则数据的准确性变了。为了解决这个矛盾，应使用所谓科学记数法，即把数据写成小数点前只有一位，再乘以lO的幂次来表示。如上述质量数据可写成8.020×104mg或8.020×10-2kg，它们都是四位有效数字，这样在十进制单位换算时，不会改变有效数字的位数。\n[例1]用米尺测量某一物体的长度l，所得实验数据如下表所示，试求l的平均值和测量不确定度，并写出测量结果的表达式(假定测量误差以随机误差为主)。测量次数12345l(cm)12.2512.2012.1912.1612.23解：这是直接测量问题。\n环体积的对数及其偏导数为：解：这是间接测量问题。环的体积为：\n代入式：\n因此，环体积为：