大學(xué)物理實驗基礎(chǔ)知識

1、北京工業(yè)大學(xué)大學(xué)物理實驗課理論講座大學(xué)物理實驗課理論講座 大學(xué)物理實驗基礎(chǔ)知識大學(xué)物理實驗基礎(chǔ)知識 青海民大物電學(xué)院 馬元良 2013.3北京工業(yè)大學(xué)教學(xué)計劃一課程計劃 (43課時) 1.理論知識 4課時（講授） 2.分組實驗 36課時（12 3） 3.實驗考試 3課時 二成績考核 1.實驗報告（60%） + 考試（40%） 2.不合格則重修。北京工業(yè)大學(xué)大學(xué)物理實驗基礎(chǔ)知識教學(xué)內(nèi)容：第一節(jié) 緒論第二節(jié) 測量及其誤差第三節(jié) 不確定度第四節(jié) 數(shù)椐處理的基本方法 北京工業(yè)大學(xué)第一節(jié) 緒論 一.大學(xué)物理實驗的地位和作用： 1.科學(xué)實驗科學(xué)實驗 是人們根據(jù)一定的研究目的，通過積極的構(gòu)思，利用科學(xué)儀器、

2、設(shè)備等物質(zhì)手段，人為地控制或模擬自然現(xiàn)象，使自然過程或生產(chǎn)過程以比較純粹的或典型的形式表現(xiàn)出來，從而在有利條件下，探索自然規(guī)律的一種研究方法。北京工業(yè)大學(xué)第一節(jié) 緒論2.科學(xué)實驗的任務(wù)是： 研究人類尚未認(rèn)識或尚未充分認(rèn)識的自然過程，發(fā)現(xiàn)未知的自然規(guī)律，創(chuàng)立新的學(xué)說、新理論，研制、發(fā)明新材料、新方法、新工藝，為生產(chǎn)實踐提供科學(xué)理論的依據(jù)，促進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步和革命，提高人們改造自然的能力。北京工業(yè)大學(xué)第一節(jié) 緒論 3.大學(xué)物理實驗的地位：.物理實驗是科學(xué)實驗的重要組成部分之一，物理實驗在科學(xué)、技術(shù)的發(fā)展中有著獨特的作用。.物理實驗在物理學(xué)自身的發(fā)展中有著重要的作用，同時在推動其他科學(xué)、工程技術(shù)的發(fā)

3、展中也起著重要作用。.近代各學(xué)科相互滲透，發(fā)展了許多交叉學(xué)科，物理實驗的構(gòu)思、物理實驗的方法和技術(shù)與化學(xué)、生物學(xué)、天文學(xué)等學(xué)科相互結(jié)合已經(jīng)取得了豐碩的成果，而且必將發(fā)揮更大的作用。 北京工業(yè)大學(xué)第一節(jié) 緒論 二.大學(xué)物理實驗的目的和任務(wù) 物理實驗作為一門獨立的基礎(chǔ)課程，它有以下三方面的目的和任務(wù)： 1.通過實驗現(xiàn)象的觀察分析和對物理量的測量，使學(xué)生進(jìn)一步掌握物理實驗的基本知識、基本方法和基本伎能；并能運用物理學(xué)原理、物理實驗方法研究物理現(xiàn)象和規(guī)律，加深對物理學(xué)原理的理解。 2.培養(yǎng)與提高學(xué)生從事科學(xué)實驗的素質(zhì)。包括：理論聯(lián)系實際和事實求是的科學(xué)作風(fēng)；嚴(yán)肅認(rèn)真的工作態(tài)度；不怕困難、主動進(jìn)取的探素

4、精神；遵守操作規(guī)程，愛護(hù)公共財物的優(yōu)良品德；以及在實驗過程中同學(xué)間相互協(xié)作、共同探素的合作精神。北京工業(yè)大學(xué)第一節(jié) 緒論 3.培養(yǎng)與提高學(xué)生科學(xué)實驗的能力。 包括： 自學(xué)能力能夠自行閱讀實驗教材或參考資料，正確理解實驗內(nèi)容，再實驗前作好準(zhǔn)備。 動手實踐能力能夠借助教材和儀器說明書，正確調(diào)整和使用常用儀器。 思維判斷能力能夠運用物理學(xué)理論，對實驗現(xiàn)象進(jìn)行初步的分析和判斷。 表達(dá)書寫能力能夠正確記錄和處理實驗數(shù)據(jù)，繪制圖線，說明實驗結(jié)果，撰寫合格的實驗報告。 簡單的設(shè)計能力能夠根據(jù)課題要求，確定實驗方法和條件，合理選擇儀器，擬定具體的實驗程序。 北京工業(yè)大學(xué)第一節(jié) 緒論三.大學(xué)物理實驗的過程和要求

5、。1.實驗前的準(zhǔn)備 （預(yù)習(xí)）預(yù)習(xí)報告的內(nèi)容有：實驗?zāi)康模赫f明本實驗的主要目的。實驗原理：應(yīng)在對本實驗理解的基礎(chǔ)上用自己的語言簡要地敘述。一般應(yīng)寫出本實驗所依據(jù)的主要公式和公式中各量的意義，明確 實驗中所要直接測定的物理量及測量方法。必要時，還應(yīng)畫出原理圖、電路圖或光路圖。實驗儀器驗步驟及注意事項：這部分內(nèi)容一般在實驗教材中均有詳細(xì)說明，因而預(yù)習(xí)報告中只要寫出關(guān)鍵性的步驟和重要的注意事項。北京工業(yè)大學(xué)第一節(jié) 緒論2.實驗的進(jìn)行 在進(jìn)入實驗室正式進(jìn)行實驗測量前，首先應(yīng)核對提供的儀器設(shè)備是否完備、齊全。如有問題，應(yīng)向指導(dǎo)教師反映解決。應(yīng)仔細(xì)閱讀教材中有關(guān)儀器的介紹和使用注意事項，做到按操作規(guī)程進(jìn)行操

6、作調(diào)試，切忌盲目操作。其次，要認(rèn)真思考和安排好實驗操作程序，不要一上來就急于求成，因為一些關(guān)鍵性步驟的疏忽或錯誤，會導(dǎo)致整個實驗的失敗。 實驗測試中，不要單純追求順利地測好數(shù)據(jù)，要養(yǎng)成對實驗仔細(xì)觀察和對所測數(shù)據(jù)隨時進(jìn)行分析判斷的習(xí)慣，這樣才能及時發(fā)現(xiàn)和糾正錯誤。對實驗中遇到的故障要積極思考，盡可能自己排除。要如實記錄實驗的原始數(shù)據(jù)，實驗數(shù)據(jù)的記錄應(yīng)做到整齊清潔而有條理，養(yǎng)成列表法記錄數(shù)據(jù)的習(xí)慣，以便于計算和復(fù)核。北京工業(yè)大學(xué)第一節(jié) 緒論3.實驗報告的書寫具體要求：數(shù)據(jù)處理與結(jié)果分析:要求寫出數(shù)據(jù)處理的主要過程，并根據(jù)誤差理論計算誤差。對要求作圖的實驗必須作出相應(yīng)的實驗圖線（正規(guī)坐標(biāo)紙）。最后結(jié)

7、果:寫出測量的最后結(jié)果，并標(biāo)明絕對和相對誤差。必要時，還須注明得此結(jié)果的實驗條件。問題討論:對實驗中觀察到的現(xiàn)象或你感性趣的問題進(jìn)行分析，改進(jìn)實驗的建議，實驗的體會及回答思考問題北京工業(yè)大學(xué)第一節(jié) 緒論四.物理實驗課成績考核辦法1.物理實驗課成績=實驗報告成績+實驗考試2.平時實驗報告成績（缺一次實驗成績以Ni=0計算）3.考試成績=（操作）+（理論）（考試實驗內(nèi)容包括本學(xué)期所做的12個實驗，題目抽簽確定）4.實驗報告成績=40分（預(yù)習(xí)報告）+20分（數(shù)據(jù)處理與結(jié)果分析）+20分（最后結(jié)果）+20（問題討論）5.每次實驗前上交前一次的實驗報告，延時一周扣10分。6.實驗成績不合格的學(xué)生，重做實

8、驗報告中成績低于80分的所有實驗，然后再抽簽考試，最后按以上辦法評定成績。北京工業(yè)大學(xué)第二節(jié) 測量及其誤差 一.量、測量 任何現(xiàn)象和實體都能以量來表征。量具有對現(xiàn)象和實體作定性區(qū)別或定量確定的屬性。 測量是人類對自然界中的現(xiàn)象和實體取得數(shù)量概念的一種認(rèn)識過程。 測量分為:直接測量和間接測量 北京工業(yè)大學(xué)第二節(jié) 測量及其誤差 二.測量誤差及其分類 被測物理量的大?。凑嬷担┦强陀^存在的，但是在測量過程中由于測量方法的設(shè)計、測量儀器的精度、測量人員的水平的限制，測量值總是與真值有一定的差異，測量值與真值X之差稱為測量誤差x，簡稱誤差。 誤差測量值真值 北京工業(yè)大學(xué)第二節(jié) 測量及其誤差 1.誤差的分

9、類 根據(jù)誤差的性質(zhì)和產(chǎn)生的原因，可分為：系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差。 (1)系統(tǒng)誤差 在同一條件下（指測量方法、儀器、環(huán)境和觀測者保持不變）對同一量進(jìn)行多次測量時，誤差的符號和絕對值保持不變或按一定規(guī)律變化。北京工業(yè)大學(xué)第二節(jié) 測量及其誤差 他的來源有以下幾個方面：儀器的固有缺陷；實驗方法不完善或這種方法所 依據(jù)的理論本身具有近似性；環(huán)境的影響或沒有按規(guī)定的條件使用 儀器；實驗者生理或心理特點、或缺乏經(jīng)驗引入的誤差。北京工業(yè)大學(xué)第二節(jié) 測量及其誤差 (2).隨機(jī)誤差 （偶然誤差） 在同一條件下多次測量同一物理量時，測量值彼此之間總有稍許差異，而且變化不定，并在消除系統(tǒng)誤差后仍然如此，這種絕對值和符號隨

10、機(jī)變化的誤差稱為隨機(jī)誤差 或偶然誤差。 北京工業(yè)大學(xué)第二節(jié) 測量及其誤差 其來源是：實驗者本人感覺器官能力的限制。測量過程中，實驗條件和環(huán)境因素的微小的、無規(guī)則的起伏變化。儀器誤差 儀器的最大誤差（極限誤差）： 儀器誤差就是指在正確使用儀器的條件下，測量所得結(jié)果的最大誤差，或誤差限，用儀表示。北京工業(yè)大學(xué)第二節(jié) 測量及其誤差 下面列舉幾種常用器具的儀器誤差下面列舉幾種常用器具的儀器誤差:1）.有刻度的儀器，若未標(biāo)出精度（等級），有刻度的儀器，若未標(biāo)出精度（等級），取其最小分度的一半為儀。取其最小分度的一半為儀。 如 米尺、溫度計；而對于不能連續(xù)讀數(shù)的儀器就以最小分度值做為儀。如 秒表：2）.標(biāo)

11、有精度的儀器儀表，如卡尺：一般測量范圍在0300mm以下的其分度值便是儀器的儀。 北京工業(yè)大學(xué)第二節(jié) 測量及其誤差如精度是0.02mm的卡尺示值誤差是0.02mm。螺旋測微儀：實驗室一般使用的是一級，測量范圍在0100mm以下的，示值誤差為0.004mm。物理天平： 最大稱量 感量 示值誤差 500g 20mg 20mg 1000g 50mg 50mg北京工業(yè)大學(xué)第二節(jié) 測量及其誤差3）.標(biāo)有精度等級的儀器儀表，可用公式計算儀如 電表： 儀 =量程準(zhǔn)確度等級 =XmSn（電表的準(zhǔn)確度等級Sn 分為0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，5.0 七級）例：0.5級電壓表量程為3V時儀 =30.5=0.015V北京工業(yè)大學(xué)第二節(jié) 測量及其誤差4）.數(shù)字顯示儀器儀表，可以用所顯示的最小數(shù)字作為儀 如數(shù)字毫秒計最小顯示值為0.01s，則 儀 =0.01s北京工業(yè)大學(xué)第二節(jié) 測量及其誤差(3).儀器的標(biāo)準(zhǔn)誤差：儀器誤差也同樣包含系統(tǒng)誤差和偶然誤差，級別較高的儀器主要是偶然誤差；級別較低的或工業(yè)用表主要是系統(tǒng)誤差；實實驗室常用儀表兩種誤差都有，且數(shù)值相驗室常用儀表兩種誤差都有，且數(shù)值相近。一般儀器誤差的概率密度函數(shù)遵從近。一般儀器誤差的概率密度函數(shù)遵從均勻分布，則儀器的標(biāo)準(zhǔn)誤差：均勻分布，則儀器的標(biāo)準(zhǔn)誤差： 儀儀北京工業(yè)大學(xué)第二節(jié) 測量及其誤差2.測量結(jié)果表示絕對誤差：X=（xX）相