0918生科院級基礎(chǔ)物理實驗I緒論

1、基礎(chǔ)物理實驗室基礎(chǔ)物理實驗室地科系地科系20102010級級基礎(chǔ)物理實驗（基礎(chǔ)物理實驗（i i）緒論課）緒論課2011年年 09 月月20日日主講教師：穆翠玲主講教師：穆翠玲基礎(chǔ)物理實驗室基礎(chǔ)物理實驗室實驗課輔導(dǎo)教師實驗課輔導(dǎo)教師n穆翠玲，穆翠玲， ;n方錫巖方錫巖n實驗室：實驗中心實驗室：實驗中心a區(qū)區(qū)5樓樓n實驗室電話：實驗室電話：教學(xué)資料下載：實驗中心網(wǎng)站教學(xué)資料下載：實驗中心網(wǎng)站85基礎(chǔ)物理實驗室基礎(chǔ)物理實驗室主要內(nèi)容主要內(nèi)容一、課程安排、實驗過程及要求一、課程安排、實驗過程及要求二、實驗數(shù)據(jù)的處理二、實驗數(shù)據(jù)的處理 1.

2、 誤差、不確定度、有效數(shù)字誤差、不確定度、有效數(shù)字 2. 列表、作圖列表、作圖 3. 數(shù)據(jù)擬合（最小二乘法）數(shù)據(jù)擬合（最小二乘法）三、實驗報告及評分標(biāo)準三、實驗報告及評分標(biāo)準基礎(chǔ)物理實驗室基礎(chǔ)物理實驗室基礎(chǔ)物理實驗課程內(nèi)容基礎(chǔ)物理實驗課程內(nèi)容36學(xué)時學(xué)時實驗實驗1. 測量誤差與不確定度測量誤差與不確定度實驗實驗5. 簡易萬用表的設(shè)計簡易萬用表的設(shè)計實驗實驗6. 用非平衡電橋研究熱敏電阻的溫度特性用非平衡電橋研究熱敏電阻的溫度特性實驗實驗7. 霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng)實驗實驗9. 示波器的使用示波器的使用實驗實驗12. 光柵常數(shù)與光波波長的測定光柵常數(shù)與光波波長的測定課程表課程表實驗分組名單實驗分組名單

3、基礎(chǔ)物理實驗室基礎(chǔ)物理實驗室實驗過程及要求實驗過程及要求1.預(yù)習(xí)；預(yù)習(xí)；2.實驗準備；實驗準備；3.進行實驗（約進行實驗（約3.5hour）；）；4.撰寫實驗報告。撰寫實驗報告?；A(chǔ)物理實驗室基礎(chǔ)物理實驗室實驗過程及要求實驗過程及要求基礎(chǔ)物理實驗室基礎(chǔ)物理實驗室實驗過程及要求實驗過程及要求2. 實驗準備實驗準備(1) 學(xué)生至少學(xué)生至少 提前提前5min到實驗室。到實驗室。 * (2) 遲到遲到30min且無正當(dāng)理由按曠課論，且該實驗且無正當(dāng)理由按曠課論，且該實驗 成績按零分計算，不得補做。成績按零分計算，不得補做。 * (3) 遲到遲到30min若有正當(dāng)理由（需輔導(dǎo)員或醫(yī)生簽若有正當(dāng)理由（需輔

4、導(dǎo)員或醫(yī)生簽字的假條），則經(jīng)教師確認后擇日補做。字的假條），則經(jīng)教師確認后擇日補做。交報告、簽到、閱讀交報告、簽到、閱讀實驗牌實驗牌、清點設(shè)備。教、清點設(shè)備。教師檢查預(yù)習(xí)情況，提問。師檢查預(yù)習(xí)情況，提問?；A(chǔ)物理實驗室基礎(chǔ)物理實驗室實驗過程及要求實驗過程及要求3. 進行實驗（進行實驗（3.5hour）（1）教師簡單講解操作方法、要求、及安全注意）教師簡單講解操作方法、要求、及安全注意事項。事項。 （2）學(xué)生進行實驗：觀察現(xiàn)象、進行測量、記錄）學(xué)生進行實驗：觀察現(xiàn)象、進行測量、記錄數(shù)據(jù)。發(fā)現(xiàn)偽造數(shù)據(jù)按零分計。數(shù)據(jù)。發(fā)現(xiàn)偽造數(shù)據(jù)按零分計。 （3） 線路連接完畢后需經(jīng)教師檢查無誤方可通電。線路連接完

5、畢后需經(jīng)教師檢查無誤方可通電。 （4）實驗過程中教師經(jīng)常巡視，提問，及時糾正學(xué)）實驗過程中教師經(jīng)常巡視，提問，及時糾正學(xué)生操作中的錯誤。生操作中的錯誤?；A(chǔ)物理實驗室基礎(chǔ)物理實驗室實驗過程及要求實驗過程及要求 （5）學(xué)生有問題無法自行解決）學(xué)生有問題無法自行解決, 10分鐘后應(yīng)求助教分鐘后應(yīng)求助教師，盡快解決，盡量保證在規(guī)定時間內(nèi)完成實驗。師，盡快解決，盡量保證在規(guī)定時間內(nèi)完成實驗?；A(chǔ)物理實驗室基礎(chǔ)物理實驗室實驗過程及要求實驗過程及要求儀器讀數(shù)儀器讀數(shù)模擬式儀表模擬式儀表數(shù)字式儀表數(shù)字式儀表基礎(chǔ)物理實驗室基礎(chǔ)物理實驗室實驗過程及要求實驗過程及要求儀器讀數(shù)儀器讀數(shù)n模擬式儀表模擬式儀表 （1）

6、估讀：最小分度后再估讀一位。）估讀：最小分度后再估讀一位。n 數(shù)字式儀表數(shù)字式儀表（2）滿偏檔：多量程表，用讀數(shù)接近滿偏的檔。）滿偏檔：多量程表，用讀數(shù)接近滿偏的檔。（1）顯示的數(shù)字不變，記錄全部數(shù)字。）顯示的數(shù)字不變，記錄全部數(shù)字。（2）末幾位不斷變化，則記錄到第一位變化的）末幾位不斷變化，則記錄到第一位變化的 數(shù)字，之后省略。數(shù)字，之后省略。875968.平均，或大幾率平均，或大幾率基礎(chǔ)物理實驗室基礎(chǔ)物理實驗室實驗過程及要求實驗過程及要求4. 實驗完畢實驗完畢 （1）先自行檢查和核對數(shù)據(jù)，自認無誤后交任）先自行檢查和核對數(shù)據(jù)，自認無誤后交任課教師檢查、課教師檢查、簽名簽名。 （3）實驗時間

7、為）實驗時間為4個學(xué)時（如個學(xué)時（如14節(jié)，約節(jié)，約3.5小時），小時），按時下課，實驗未完成會影響成績，需認真預(yù)習(xí)。按時下課，實驗未完成會影響成績，需認真預(yù)習(xí)。（2）學(xué)生整理實驗儀器和桌椅后方可離開實驗室。）學(xué)生整理實驗儀器和桌椅后方可離開實驗室?；A(chǔ)物理實驗室基礎(chǔ)物理實驗室實驗過程及要求實驗過程及要求5. 撰寫實驗報告撰寫實驗報告（1）采用教師提供的實驗報告模板，打印后填寫。）采用教師提供的實驗報告模板，打印后填寫。（2）數(shù)據(jù)處理、結(jié)果表達、思考題。）數(shù)據(jù)處理、結(jié)果表達、思考題。（3）有教師簽名的實驗數(shù)據(jù)必須與實驗報告一起繳）有教師簽名的實驗數(shù)據(jù)必須與實驗報告一起繳交。無教師簽名的原始數(shù)據(jù)

8、，該實驗記零分。交。無教師簽名的原始數(shù)據(jù)，該實驗記零分。（4）按時繳交報告：交回做實驗的房間。）按時繳交報告：交回做實驗的房間?；A(chǔ)物理實驗室基礎(chǔ)物理實驗室誤差與不確定度誤差與不確定度 國家國家 3 iso. guide to the expression of uncertainty in measurement 基礎(chǔ)物理實驗室基礎(chǔ)物理實驗室誤差與不確定度誤差與不確定度第第1節(jié)節(jié) 物理量的測量物理量的測量(measure)和實驗誤差和實驗誤差(error)1. 測量的本質(zhì)測量的本質(zhì) 把被測量與標(biāo)準量進行比較。把被測量與標(biāo)準量進行比較。 國際單位（國際單位（is），基本單位（），基本單位（7個

9、，個，m, kg, s, a, k, cd, mol, 注意大小寫），導(dǎo)出單位。注意大小寫），導(dǎo)出單位。 儀器標(biāo)定（校準，儀器標(biāo)定（校準，calibration）,計量局（國家權(quán)力機構(gòu)）計量局（國家權(quán)力機構(gòu)）2. 測量的分類測量的分類 （1）直接測量，間接測量。例如：）直接測量，間接測量。例如： （2）等精度測量，非等精度測量。）等精度測量，非等精度測量。224/gl t基礎(chǔ)物理實驗室基礎(chǔ)物理實驗室精密度精密度準確度準確度誤差的概念及分類誤差的概念及分類（1）絕對誤差和相對誤差）絕對誤差和相對誤差 絕對誤差（絕對誤差（absolute error）：）： x =|xa| 相對誤差（相對誤差（

10、relative error ）：）： e =x / a（2）系統(tǒng)誤差、偶然誤差、粗大誤差）系統(tǒng)誤差、偶然誤差、粗大誤差 系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差(system error) 準確度（準確度（accuracy) 偶然誤差（偶然誤差（occasional error，random error) 精密度精密度(precision) 粗大誤差（粗大誤差（gross error)（3）精確度的概念已不采用。）精確度的概念已不采用。x axp(x)基礎(chǔ)物理實驗室基礎(chǔ)物理實驗室誤差的概念及分類誤差的概念及分類（3） 直接測量量和間接測量量的誤差直接測量量和間接測量量的誤差 直接測量量的誤差：直接測量量的誤差： 偶

11、然誤差計算方法。偶然誤差計算方法。 間接測量量的誤差：間接測量量的誤差： 由誤差傳遞公式計算。由誤差傳遞公式計算。 例：重力加速度例：重力加速度 g = 42 l / t 2 直接測量量：直接測量量： l ， t 間接測量量：間接測量量： g基礎(chǔ)物理實驗室基礎(chǔ)物理實驗室第第2節(jié)節(jié) 偶然誤差的分布規(guī)律及處理偶然誤差的分布規(guī)律及處理1. 偶然誤差分布規(guī)律偶然誤差分布規(guī)律21211()1 ()1limnininiixxnsxxn 高斯分布(正態(tài)分布)221( - )( )exp-22xxf x(標(biāo)準誤差標(biāo)準誤差)x0.5= x-x(單次單次測量誤差）測量誤差）xf(x)1a用有限次測量來估計無限次測

12、量的分布性質(zhì)（用有限次測量來估計無限次測量的分布性質(zhì)（n6）基礎(chǔ)物理實驗室基礎(chǔ)物理實驗室實際測量時誤差的計算實際測量時誤差的計算平均值：平均值：n =15時誤差：時誤差：n6時誤差：時誤差：結(jié)果：誤差只取結(jié)果：誤差只取1位，小數(shù)點后位數(shù)需對齊。位，小數(shù)點后位數(shù)需對齊。 例：例： 234.560.02m （結(jié)果有（結(jié)果有5位有效數(shù)字）位有效數(shù)字）1/nixxn211/()1.25 , (1)nxixxisnxxxxn n11| , , nixxixxxxnn基礎(chǔ)物理實驗室基礎(chǔ)物理實驗室誤差計算幾個要注意的問題誤差計算幾個要注意的問題n位數(shù)：誤差最終結(jié)果只取一位，中間計算過程可位數(shù)：誤差最終結(jié)果只

13、取一位，中間計算過程可 任意取多位。任意取多位。n進位：進位：只入不舍，只入不舍，19均進位均進位 例：例： 2.0 2 , 2.12.9 3n偶然誤差可能出現(xiàn)很小甚至等于零的情況，或只偶然誤差可能出現(xiàn)很小甚至等于零的情況，或只作一次測量，無法用上述方法評估誤差大小，必作一次測量，無法用上述方法評估誤差大小，必須考慮須考慮不確定度不確定度?；A(chǔ)物理實驗室基礎(chǔ)物理實驗室a類不確定度類不確定度sa：統(tǒng)計方法，測量誤差，偶然誤差，：統(tǒng)計方法，測量誤差，偶然誤差，標(biāo)準誤差標(biāo)準誤差b類不確定度類不確定度sb ：非統(tǒng)計方法，儀器不確定度：非統(tǒng)計方法，儀器不確定度 儀器不確定度儀器不確定度sb 最小刻度最小

14、刻度 / （平均分布）（平均分布）標(biāo)準不確定度標(biāo)準不確定度 s 擴展不確定度：擴展不確定度：n= tp s (tp由自由度和置信概率查表）由自由度和置信概率查表）測量結(jié)果：測量結(jié)果： y =n n （寫出置信概率，默認（寫出置信概率，默認0.95）測量結(jié)果的不確定度測量結(jié)果的不確定度（第（第3章，章，p2433）322bass 基礎(chǔ)物理實驗室基礎(chǔ)物理實驗室有有 效效 數(shù)數(shù) 字字n概念（不確定度的另一種表達方式）概念（不確定度的另一種表達方式）測量結(jié)果的有效數(shù)字應(yīng)由測量誤差決定。測量結(jié)果的有效數(shù)字應(yīng)由測量誤差決定。 對于一個數(shù)，從它左邊第一個非零數(shù)字開始對于一個數(shù)，從它左邊第一個非零數(shù)字開始到最

15、右邊的數(shù)字稱為有效數(shù)字。到最右邊的數(shù)字稱為有效數(shù)字。 例：例：234.560.02m 五位有效數(shù)字五位有效數(shù)字 123 三位三位 0.0123 三位三位 123.00 五位五位小數(shù)點后的小數(shù)點后的“0”有意義，不能隨意增減。有意義，不能隨意增減。有效數(shù)字末位即誤差位。有效數(shù)字末位即誤差位?；A(chǔ)物理實驗室基礎(chǔ)物理實驗室有效數(shù)字有效數(shù)字n測量值的末位應(yīng)與誤差位對齊。測量值的末位應(yīng)與誤差位對齊。 錯誤：錯誤：123.560.1, 123.560.001 正確：正確：123.560.01, n有效數(shù)字的位數(shù)不會因單位的變換而改變。有效數(shù)字的位數(shù)不會因單位的變換而改變。 錯誤：錯誤：1234km=123

16、4000000mm, 正確：正確：1234km=1.234106 mmn科學(xué)記數(shù)法?？茖W(xué)記數(shù)法。 用科學(xué)記數(shù)法改寫測量結(jié)果不能改變有效數(shù)字。用科學(xué)記數(shù)法改寫測量結(jié)果不能改變有效數(shù)字。 例：例：0.0000001234mm=1.23410 -7mm基礎(chǔ)物理實驗室基礎(chǔ)物理實驗室有效數(shù)字運算法則有效數(shù)字運算法則n加、減；加、減；n乘、除；乘、除；n乘方、開方；乘方、開方；n取對數(shù)；取對數(shù)；n指數(shù)運算；指數(shù)運算；n三角函數(shù)；三角函數(shù)；n若計算誤差，則中間計算過程中，有效若計算誤差，則中間計算過程中，有效數(shù)字不用修約，適合計算機處理數(shù)據(jù)數(shù)字不用修約，適合計算機處理數(shù)據(jù))！基礎(chǔ)物理實驗室基礎(chǔ)物理實驗室尾數(shù)

17、舍入法則尾數(shù)舍入法則n測量值最終結(jié)果尾數(shù)舍入法則：測量值最終結(jié)果尾數(shù)舍入法則：四舍六入五湊雙四舍六入五湊雙 尾數(shù)小于尾數(shù)小于5時舍去，大于時舍去，大于5時前一位進時前一位進1 尾數(shù)等于尾數(shù)等于5則把末位湊成偶數(shù)。則把末位湊成偶數(shù)。 0, 1-4, 5, 6-9 例：例：12.3412.3，12.3612.4 12.3512.4，12.4512.4n誤差最終結(jié)果誤差最終結(jié)果尾數(shù)舍入法則：尾數(shù)舍入法則：只入不舍只入不舍 只保留一位有效數(shù)字，只入不舍，不夸大測只保留一位有效數(shù)字，只入不舍，不夸大測 量精度。量精度。 例：例： 2.0 2 , 2.12.9 3基礎(chǔ)物理實驗室基礎(chǔ)物理實驗室第第2章章 物

18、理實驗數(shù)據(jù)的處理物理實驗數(shù)據(jù)的處理列表法列表法作圖法作圖法（實驗曲線、理論曲線）（實驗曲線、理論曲線）誤差或不確定度處理誤差或不確定度處理經(jīng)驗公式（線性回歸分析、最小二乘法）經(jīng)驗公式（線性回歸分析、最小二乘法）基礎(chǔ)物理實驗室基礎(chǔ)物理實驗室n（1）坐標(biāo)軸）坐標(biāo)軸(原點、原點、零點）零點）n（2）分度值）分度值n（3）物理量）物理量/單位單位n（4）實驗點）實驗點n（5）實驗曲線）實驗曲線n （光滑）（光滑）n（6）曲線名稱）曲線名稱n（7）實驗參數(shù)）實驗參數(shù)n（8）姓名，時間）姓名，時間n（9）圖題及編號）圖題及編號基礎(chǔ)物理實驗室基礎(chǔ)物理實驗室非線性坐標(biāo)軸非線性坐標(biāo)軸基礎(chǔ)物理實驗室基礎(chǔ)物理實驗室22222123.n22()iiiyabxy = a + b x220, 0.ab最最小小二二乘乘法法基礎(chǔ)物理實驗室基礎(chǔ)物理實驗室22x yxybxxaybxn 定義相關(guān)系數(shù)定義相關(guān)系數(shù)。越接近于越接近于1，實驗結(jié)果的數(shù)，實驗結(jié)果的數(shù)據(jù)越接近線性分布，否則應(yīng)考慮用其他形式的據(jù)越接近線性分布，否則應(yīng)考慮用其他形式的函數(shù)去擬合。函數(shù)去擬合。22221()()xyx yxyyx基礎(chǔ)物理實驗室基礎(chǔ)物理實驗室 數(shù)據(jù)的相互關(guān)系明顯偏離線性時，考慮以下數(shù)據(jù)的相互關(guān)系明顯偏離線性時