實(shí)驗(yàn)方法數(shù)據(jù)處理學(xué)習(xí)教案

1、會計(jì)學(xué)1實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)(shyn)方法數(shù)據(jù)處理方法數(shù)據(jù)處理第一頁，共18頁。1 1、比較法、比較法物理物理(wl)實(shí)驗(yàn)中最普遍、最基本的測量方法。實(shí)驗(yàn)中最普遍、最基本的測量方法。將待測物理量與選作標(biāo)準(zhǔn)單位的物理量進(jìn)行將待測物理量與選作標(biāo)準(zhǔn)單位的物理量進(jìn)行比較而得到比較而得到(d do)測量值。測量值。 （1 1）將待測量和標(biāo)準(zhǔn)量具直接）將待測量和標(biāo)準(zhǔn)量具直接(zhji)(zhji)比較：米尺測比較：米尺測量長度等量長度等（3 3）通過通過比較系統(tǒng)比較系統(tǒng)，使待測量和標(biāo)準(zhǔn)量具實(shí)現(xiàn)比較，使待測量和標(biāo)準(zhǔn)量具實(shí)現(xiàn)比較：電電橋測電阻橋測電阻；物理天平稱物體的重（質(zhì)）量物理天平稱物體的重（質(zhì)）量（2 2）將待測

2、量與將待測量與標(biāo)準(zhǔn)量值相關(guān)的儀器比較標(biāo)準(zhǔn)量值相關(guān)的儀器比較：電表測電流電表測電流、電壓等。電壓等。 一、物理實(shí)驗(yàn)的方法一、物理實(shí)驗(yàn)的方法 第1頁/共17頁第二頁，共18頁。2 2、放大、放大(fngd)(fngd)法法按照一定規(guī)律按照一定規(guī)律(gul)(gul)加以放大后進(jìn)行加以放大后進(jìn)行測量測量 （1 1）累積）累積(lij)(lij)放放大法：大法： 用秒表測單擺的周期用秒表測單擺的周期 （2 2）機(jī)械放大法：）機(jī)械放大法： 游標(biāo)卡尺利用游標(biāo)；游標(biāo)卡尺利用游標(biāo)；螺旋測微計(jì)螺旋測微計(jì)利用螺距放大原理利用螺距放大原理（3 3）光學(xué)放大法）光學(xué)放大法： 讀數(shù)顯微鏡將被測物體放大后再測量讀數(shù)顯微鏡

3、將被測物體放大后再測量 （4 4）電子學(xué)放大法）電子學(xué)放大法： 對微弱電信號經(jīng)放大器放大后觀測：電對微弱電信號經(jīng)放大器放大后觀測：電橋平衡指示儀、毫伏表等橋平衡指示儀、毫伏表等第2頁/共17頁第三頁，共18頁。3 3轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換(zhunhu(zhunhu n)n)測量測量法法 根據(jù)物理量之間的各種效應(yīng)、原理和函數(shù)根據(jù)物理量之間的各種效應(yīng)、原理和函數(shù)(hnsh)(hnsh)關(guān)系變換后進(jìn)行測量關(guān)系變換后進(jìn)行測量（1 1）參量）參量(cnling)(cnling)換測法換測法： 利用各種參量的變換及變化規(guī)律利用各種參量的變換及變化規(guī)律 （2 2）能量換測法）能量換測法： 單擺測重力加速度利用單擺測重力

4、加速度利用 224TLg 利用能量相互轉(zhuǎn)換的規(guī)律，把不易測利用能量相互轉(zhuǎn)換的規(guī)律，把不易測得的量轉(zhuǎn)換為易測得的量得的量轉(zhuǎn)換為易測得的量 一般電學(xué)量易測，通常使待測量通過各種傳感器或一般電學(xué)量易測，通常使待測量通過各種傳感器或敏感器件轉(zhuǎn)換成電學(xué)量進(jìn)行測量敏感器件轉(zhuǎn)換成電學(xué)量進(jìn)行測量 例如例如：熱電轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換：熱電轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換 冷卻法測金屬的比熱容，冷卻法測金屬的比熱容，簡諧振動特性研究，固體線膨脹系數(shù)的測定簡諧振動特性研究，固體線膨脹系數(shù)的測定，導(dǎo)熱系數(shù)的測定，亥姆霍茲線圈磁場的測定，導(dǎo)熱系數(shù)的測定，亥姆霍茲線圈磁場的測定，熱電偶熱電偶/銅電阻的溫度特銅電阻的溫度特性，都要用性，都要用傳感

5、器傳感器第3頁/共17頁第四頁，共18頁。4 4模擬法模擬法以 相 似 性 原 理 為 基 礎(chǔ) ， 不 直 接 研 究以 相 似 性 原 理 為 基 礎(chǔ) ， 不 直 接 研 究(ynji)(ynji)自然現(xiàn)象或過程本身，用與這些自然現(xiàn)象或過程本身，用與這些現(xiàn)象或過程相似的模型來研究現(xiàn)象或過程相似的模型來研究(ynji)(ynji)的的方法。方法。（1）物理(wl)模擬（2 2）數(shù)學(xué)模擬）數(shù)學(xué)模擬保持同一物理本質(zhì)的模擬保持同一物理本質(zhì)的模擬(mn)(mn)。例：用。例：用“風(fēng)洞風(fēng)洞”中的飛機(jī)模型模擬中的飛機(jī)模型模擬(mn)(mn)實(shí)際飛機(jī)在實(shí)際飛機(jī)在大氣中的飛行。大氣中的飛行。 把不同本質(zhì)的物理

6、現(xiàn)象或過程，用同一個數(shù)把不同本質(zhì)的物理現(xiàn)象或過程，用同一個數(shù)學(xué)方程來描述。例如用穩(wěn)恒電流場模擬靜電學(xué)方程來描述。例如用穩(wěn)恒電流場模擬靜電場。場。（3 3）計(jì)算機(jī)模擬）計(jì)算機(jī)模擬隨著計(jì)算機(jī)的不斷發(fā)展和廣泛應(yīng)用，隨著計(jì)算機(jī)的不斷發(fā)展和廣泛應(yīng)用，這將使物理實(shí)驗(yàn)的面貌發(fā)生很大的變這將使物理實(shí)驗(yàn)的面貌發(fā)生很大的變化?；?。 第4頁/共17頁第五頁，共18頁。5 5、替代法、替代法 用已知的標(biāo)準(zhǔn)量去代替未知的待測量，用已知的標(biāo)準(zhǔn)量去代替未知的待測量，以保持狀態(tài)和效果相同以保持狀態(tài)和效果相同(xin tn)(xin tn)，從而推出待測量的方法從而推出待測量的方法用合力替代各分力，用總電阻替代各分電阻，浮力用

7、合力替代各分力，用總電阻替代各分電阻，浮力(fl)替替代液體對物體的各個壓力等。代液體對物體的各個壓力等。 將將k2接到接到a點(diǎn)，調(diào)節(jié)點(diǎn)，調(diào)節(jié)R1記記下下G2讀數(shù)讀數(shù)(dsh)I2, 再將再將k2接到接到b點(diǎn)，調(diào)節(jié)點(diǎn)，調(diào)節(jié)R2使使G2讀數(shù)讀數(shù)(dsh)與原來讀數(shù)與原來讀數(shù)(dsh)相等（相等（I2） ，這時，這時 R2的讀數(shù)的讀數(shù)(dsh)就是就是G1的內(nèi)阻。的內(nèi)阻。替代法測電表內(nèi)阻替代法測電表內(nèi)阻 G1G2。ab。k2k1R2R1第5頁/共17頁第六頁，共18頁。在多因素的物理現(xiàn)象在多因素的物理現(xiàn)象(xinxing)(xinxing)中，先中，先控制某些量不變控制某些量不變, , 研究某一因

8、素對現(xiàn)象研究某一因素對現(xiàn)象(xinxing)(xinxing)產(chǎn)生影響的一種方法產(chǎn)生影響的一種方法 6 6、控制法控制法 如如R RU/IU/I，在，在I I與與R R的關(guān)系的關(guān)系(gun x)(gun x)時，保時，保持持U U不變；在研究不變；在研究I I與與U U的關(guān)系的關(guān)系(gun x)(gun x)時時，需要保持，需要保持R R不變。不變。 第6頁/共17頁第七頁，共18頁。7 7、對稱、對稱(duchn)(duchn)法法當(dāng)系統(tǒng)誤差的大小當(dāng)系統(tǒng)誤差的大小(dxio)(dxio)和方向是個確和方向是個確定值（或按一定規(guī)律變化），可用對稱法定值（或按一定規(guī)律變化），可用對稱法消除系統(tǒng)誤

9、差。消除系統(tǒng)誤差。 通過將極性、方向和左右位置等進(jìn)行通過將極性、方向和左右位置等進(jìn)行(jnxng)(jnxng)變換測量變換測量 （1）正向與反向的測量（）正向與反向的測量（包括異號法）：包括異號法）： 對大小和取向不變的系統(tǒng)誤差對大小和取向不變的系統(tǒng)誤差，通過正、反兩個方向測量后，通過正、反兩個方向測量后，可收到加減相消的結(jié)果。，可收到加減相消的結(jié)果。異號法：異號法：設(shè)某一物理量真值為設(shè)某一物理量真值為A0，測量時的系統(tǒng)誤差為，測量時的系統(tǒng)誤差為A，則，則正正向測量時得到的測量值：向測量時得到的測量值：A正正A0A反向測量時得到的測量值：反向測量時得到的測量值：A反反A0A 平均值為：平均值

10、為： 02/(AAAA ）反反正正第7頁/共17頁第八頁，共18頁。例例: :滑線式惠斯登電橋：交換法：將滑線式惠斯登電橋：交換法：將RxRx與與R3R3的位置對調(diào)測的位置對調(diào)測量，可消除比率量，可消除比率(bl)(bl)臂電阻絲不均勻的系統(tǒng)誤差。臂電阻絲不均勻的系統(tǒng)誤差。例：滑線式惠斯登電橋例：滑線式惠斯登電橋: :異號法：改變電源極性（改變電流異號法：改變電源極性（改變電流(dinli)(dinli)方向），以方向），以消除由于檢流計(jì)零點(diǎn)漂移而引入的偏差消除由于檢流計(jì)零點(diǎn)漂移而引入的偏差例：天平：被測物與砝碼互換位置（復(fù)稱法），可消除兩例：天平：被測物與砝碼互換位置（復(fù)稱法），可消除兩個臂

11、長短的差異引起個臂長短的差異引起(ynq)(ynq)的誤差。的誤差。（2）平衡情況下的待測量與標(biāo)準(zhǔn)量的位置互換（交）平衡情況下的待測量與標(biāo)準(zhǔn)量的位置互換（交換法）：換法）： 異號法：異號法：消除消除地磁場的影響地磁場的影響第8頁/共17頁第九頁，共18頁。（3）內(nèi)插法：）內(nèi)插法： 測一約測一約2000電阻電阻(dinz)，比率為，比率為1，調(diào)到基本平衡時，比較臂為，調(diào)到基本平衡時，比較臂為R0=2000 ，距平衡位置差，距平衡位置差m格，（如向右偏格）若比較臂電阻格，（如向右偏格）若比較臂電阻(dinz)增加（最小步進(jìn)）增加（最小步進(jìn)）1，檢流計(jì)指針向左偏離平衡位置，檢流計(jì)指針向左偏離平衡位置

12、n格格（如為格）（如為格） ，無法調(diào)到平衡。這時可用內(nèi)插法求，無法調(diào)到平衡。這時可用內(nèi)插法求Rx： 利用利用(lyng)(lyng)測出的測出的A A、B B兩點(diǎn)測量值，求這兩點(diǎn)兩點(diǎn)測量值，求這兩點(diǎn)之間之間C C點(diǎn)的測量值點(diǎn)的測量值 可提高可提高(t go)(t go)儀器原有儀器原有的精度的精度 例：箱式惠斯登電橋例：箱式惠斯登電橋10010m格格n格格1Rnmm RxR0 0R R 第9頁/共17頁第十頁，共18頁。T圖0.010.020.030.040.050.00.010.020.030.040.0T/P圖6表表1 1 蓖麻油的粘滯蓖麻油的粘滯(zhn zh)(zhn zh)系數(shù)系數(shù)

13、溫度溫度/0.000.0010.0010.0015.0015.0020.0020.0025.0025.0030.0030.0035.0035.0040.0040.00粘度粘度/P/P53.0053.0024.1824.1815.1415.149.509.506.216.214.514.513.123.122.312.31由圖用內(nèi)插法求表由圖用內(nèi)插法求表中沒有中沒有(mi yu)的的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)據(jù)點(diǎn)第10頁/共17頁第十一頁，共18頁。8 8、干涉、干涉(gnsh)(gnsh)法法 利用波的干涉現(xiàn)象進(jìn)行利用波的干涉現(xiàn)象進(jìn)行(jnxng)(jnxng)測測量將難以測量的瞬息變化的動態(tài)研量將難以測量的瞬

14、息變化的動態(tài)研究對象變成穩(wěn)定的靜態(tài)對象究對象變成穩(wěn)定的靜態(tài)對象干干涉圖樣涉圖樣 駐波駐波(zh (zh b)b)法法 衍射法衍射法 此外還有：此外還有：描跡法、實(shí)驗(yàn)推理法、共軛法（測透鏡的焦距）等描跡法、實(shí)驗(yàn)推理法、共軛法（測透鏡的焦距）等 如：橫波在弦線上傳播的研究如：橫波在弦線上傳播的研究 如：如：光柵常數(shù)光柵常數(shù) 包括包括光學(xué)實(shí)驗(yàn)：光學(xué)實(shí)驗(yàn)：等厚干涉、邁克爾遜干涉儀等厚干涉、邁克爾遜干涉儀等等第11頁/共17頁第十二頁，共18頁。二、物理實(shí)驗(yàn)二、物理實(shí)驗(yàn)(shyn)(shyn)中的基本調(diào)整與操作技中的基本調(diào)整與操作技術(shù)術(shù)1 1零位零位(ln (ln wi)wi)調(diào)整調(diào)整2 2水平水平(s

15、hupng)(shupng)鉛直調(diào)鉛直調(diào)整整3 3消除視差消除視差4 4先粗調(diào)后細(xì)調(diào)先粗調(diào)后細(xì)調(diào)5 5等高共軸調(diào)整等高共軸調(diào)整 6 6逐次逼近法逐次逼近法7 7先定性后定量先定性后定量操作讀數(shù)時的視差影響操作讀數(shù)時的視差影響第12頁/共17頁第十三頁，共18頁。三、數(shù)據(jù)處理方法三、數(shù)據(jù)處理方法(fngf) (fngf) 1 1、逐差法、逐差法把實(shí)驗(yàn)得到的偶數(shù)組數(shù)據(jù)分成把實(shí)驗(yàn)得到的偶數(shù)組數(shù)據(jù)分成(fn chn)前后前后兩組，將對應(yīng)項(xiàng)分別相減?？梢猿浞掷脭?shù)據(jù)兩組，將對應(yīng)項(xiàng)分別相減?？梢猿浞掷脭?shù)據(jù)。 求得的結(jié)果比作圖法求得的結(jié)果比作圖法(t f)(t f)要準(zhǔn)要準(zhǔn)確些確些 第13頁/共17頁第十

16、四頁，共18頁。2、最小二乘法、最小二乘法(chngf) 通過實(shí)驗(yàn)，等精度地測得一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（通過實(shí)驗(yàn)，等精度地測得一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（xi，yi，i =1，2n），）， 設(shè)此兩物理量設(shè)此兩物理量 x、y 滿足線性關(guān)系，且假定實(shí)驗(yàn)誤差主要滿足線性關(guān)系，且假定實(shí)驗(yàn)誤差主要(zhyo)出現(xiàn)在出現(xiàn)在yi上，設(shè)擬合直線公式為上，設(shè)擬合直線公式為 y =f(x)=a+bx，當(dāng)所測各，當(dāng)所測各yi值與擬合直線上各估計(jì)值值與擬合直線上各估計(jì)值 f (xi)= a+bxi之間偏差的平方和最小，之間偏差的平方和最小，即即 min)()(22iiiibxayxfys最小二乘法最小二乘法(chngf)進(jìn)行直線擬合優(yōu)進(jìn)行直

17、線擬合優(yōu)于作圖法于作圖法yxd yi(xi，yi)Oy=a+bx x所得擬合公式即為所得擬合公式即為最佳經(jīng)驗(yàn)公式最佳經(jīng)驗(yàn)公式。第14頁/共17頁第十五頁，共18頁。min)()(22 iiiibxayxfys0)(2 iibxayas0)(2 iiixbxaybsy =a+bx最佳最佳(zu ji)經(jīng)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)公式公式22xxyxyxb xbya 第15頁/共17頁第十六頁，共18頁。 r 表示兩變量之間的函數(shù)關(guān)系表示兩變量之間的函數(shù)關(guān)系(gun x)與線性的符合與線性的符合程度，程度，r-1，1。|r|1，x、y 間線性關(guān)系間線性關(guān)系(gun x)好好， |r|0 ，x、y 間無線性關(guān)系間無線性關(guān)系(gun x)，擬合無意義。，擬合無意義。相關(guān)系數(shù)相關(guān)系數(shù)r 最小二乘法最小二乘法(chngf)處理數(shù)據(jù)除給出處理數(shù)據(jù)除給出 a、b 外，還應(yīng)外，還應(yīng)給出相關(guān)系數(shù)給出相關(guān)系數(shù) r ， r 定義為定義為物理物理(wl)實(shí)驗(yàn)中一般要求實(shí)驗(yàn)中一般要求 r 絕對值達(dá)到以上絕對值達(dá)到以上(3個個