科大123級(jí)大物實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告大物一級(jí)緒論

1、歡迎各位同學(xué)進(jìn)入物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心學(xué)習(xí)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)!大學(xué)物理一級(jí)實(shí)驗(yàn)緒論物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心2013-3為何要修大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)物理實(shí)驗(yàn)課程體系如何學(xué)習(xí)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)(第一章)實(shí)驗(yàn)課程的安排、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)物理實(shí)驗(yàn)課的基本程序和要求測(cè)量的不確定度和數(shù)據(jù)處理 (第二章)時(shí)間測(cè)量中隨機(jī)誤差的分布規(guī)律P62(下周) 單擺的設(shè)計(jì)和研究P125(下周)物理實(shí)驗(yàn)在物理學(xué)研究與發(fā)展中的作用 從物理學(xué)史看物理實(shí)驗(yàn)的重要性 經(jīng)典物理學(xué)的建立： 力學(xué)（伽利略） 電磁學(xué)（庫(kù)侖、法拉第、麥克斯韋） 光學(xué)（楊氏、菲涅爾） 近代物理學(xué)的建立： 三大發(fā)現(xiàn)（X光、放射性、電子） 從宏觀到微觀 兩朵烏云（黑體輻射、邁莫實(shí)驗(yàn)） 從經(jīng)典到近代

2、物理實(shí)驗(yàn)對(duì)物理學(xué)在其他 學(xué)科中的應(yīng)用意義 材料：物性測(cè)試、新材料的發(fā)現(xiàn)（高溫超導(dǎo)材料）、新材料制 備方法的研究（激光蒸發(fā)）化學(xué)：光譜分析、放射性測(cè)量、激光分離同位素、量子化學(xué)生物：各類顯微鏡（光學(xué)顯微鏡、電子顯微鏡、X光顯微鏡、 原子力顯微鏡）分辨力越來(lái)越高 DNA操縱、切割、重組以及雙螺旋結(jié)構(gòu)的分析醫(yī)學(xué)：診斷X光、CT、核磁共振、超聲波 治療放射性、激光、微波等結(jié)論：物理實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)在其他學(xué)科中應(yīng)用的橋梁物理實(shí)驗(yàn)課程體系天文系物理系物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心天體物理近代物理系光學(xué)凝聚態(tài)物理理論物理原子分子物理物理電子學(xué)粒子物理與核物理等離子體物理國(guó)家級(jí)重點(diǎn)學(xué)科省級(jí)重點(diǎn)學(xué)科原子分子物理光學(xué)與光學(xué)工程系實(shí)

3、驗(yàn)課程數(shù)：15實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)：280年實(shí)驗(yàn)學(xué)生數(shù)：6500面向?qū)I(yè)數(shù)：37年實(shí)驗(yàn)人學(xué)時(shí)數(shù)：35萬(wàn)教學(xué)簡(jiǎn)況16級(jí)面上實(shí)驗(yàn)1、2級(jí)開(kāi)放實(shí)驗(yàn) 一二年級(jí)三四年級(jí)知識(shí)和能力并重的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系開(kāi)放實(shí)驗(yàn)自主設(shè)計(jì)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)論文競(jìng)賽教學(xué)實(shí)驗(yàn)如何學(xué)習(xí)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)物理學(xué)從根本上來(lái)說(shuō)是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué) 理論在物理學(xué)中占據(jù)了非常重要的地位，許多諾獎(jiǎng)獲得者都是因?yàn)樵诶碚摲矫娴耐黄菩载暙I(xiàn)。 但物理學(xué)的理論只有在實(shí)驗(yàn)上得到驗(yàn)證的才能真正成為真理。 歷史上許多理論消聲匿跡了，因?yàn)榈貌坏綄?shí)驗(yàn)的證明或違背實(shí)驗(yàn)。（如以太假論）From Prof. X. Wang物理學(xué)從根本上來(lái)說(shuō)是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué) 近30年的諾獎(jiǎng)中：理論占30%，實(shí)驗(yàn)占70%，

4、理論家占28%，實(shí)驗(yàn)家占72% 可以毫不夸張地說(shuō)，沒(méi)有實(shí)驗(yàn)物理就沒(méi)有物理學(xué)的發(fā)展。正是由于實(shí)驗(yàn)手段的不斷進(jìn)步、儀器精度的不斷提高、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想的巧妙創(chuàng)新等，才使得人類在認(rèn)識(shí)自然界的歷程中不斷探索、發(fā)現(xiàn)，進(jìn)而攀登上更高的高峰。丁肇中在中山大學(xué)談實(shí)驗(yàn)與理論 實(shí)驗(yàn)在物理研究中具有突出地位，但理論也非常重要。一個(gè)實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家對(duì)理論一定要有深刻的了解，他做每一個(gè)實(shí)驗(yàn)都要尋求理論依據(jù)。 但是理論又依賴于實(shí)驗(yàn)，再好的理論沒(méi)有實(shí)驗(yàn)證明都是無(wú)效的。 理論永遠(yuǎn)推翻不了實(shí)驗(yàn)，但實(shí)驗(yàn)可以推翻理論。當(dāng)實(shí)驗(yàn)把理論推翻了之后，可以尋找新的理論。 理論是認(rèn)識(shí)事物的依據(jù)，實(shí)驗(yàn)是事實(shí)。 Stephen Hawkin時(shí)間簡(jiǎn)史 任何

5、物理理論總是臨時(shí)性的： 不管多少回實(shí)驗(yàn)的結(jié)果和某一理論相一致，你永遠(yuǎn)不可能斷定下一次結(jié)果不會(huì)和它矛盾。另一方面，哪怕你只要找到一個(gè)和理論預(yù)言不一致的觀測(cè)事實(shí)，即可證偽之。 每回觀察到與這預(yù)言相符的新的實(shí)驗(yàn)，則這理論就幸存，并且增加了我們對(duì)它的可信度；然而若有一個(gè)新的觀測(cè)與之不符，則我們只得拋棄或修正這理論。Hawkin關(guān)于黑洞的理論 上個(gè)世紀(jì)70年代初，Hawkin提出了一個(gè)理論，即黑洞能夠發(fā)出放射物。這一理論在當(dāng)時(shí)引起極大的爭(zhēng)議，多數(shù)科學(xué)家認(rèn)為黑洞擁有非常強(qiáng)大的引力場(chǎng)以致沒(méi)有東西能夠逃離它們。其后，Hawkin的假說(shuō)贏得了廣泛認(rèn)同，但未能證實(shí)。 而諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)只有實(shí)驗(yàn)證明一種新現(xiàn)象的前提下

6、才會(huì)授予。 CERN的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）可能會(huì)證實(shí)Hawkin的預(yù)言。劍橋大學(xué)的Ben Allanach博士說(shuō)：“如果LHC證實(shí)了霍金輻射的存在，獲得諾貝爾獎(jiǎng)就不是什么難事了?！背瑢?dǎo)被發(fā)現(xiàn)部分原因是一個(gè)小男孩思想開(kāi)小差 荷蘭萊頓大學(xué)的Heike Kamerlingh Onnes在實(shí)現(xiàn)了He的液化而獲得了極低溫度后，想測(cè)量液He溫度下Hg的電阻，看它是否像 Lord Kelvin所預(yù)言電子在絕對(duì)零度時(shí)停止運(yùn)動(dòng)，電阻為無(wú)限大。 但他詫異地發(fā)現(xiàn)Hg的電阻在LHe溫度下變?yōu)榱恪ＫJ(rèn)為一定是樣品在哪處短路了，就想法修復(fù)，沒(méi)有成功。 一次，他們發(fā)現(xiàn)Hg的電阻很奇怪地自己恢復(fù)正常了。一查，發(fā)現(xiàn)看管溫度

7、的男孩在值班時(shí)打瞌睡，溫度上升超過(guò)了4.2 K的Hg的轉(zhuǎn)變溫度。短路不可能和溫度有關(guān)，應(yīng)該排除，Hg電阻的劇降應(yīng)該是一種固有特性。Onnes把這一現(xiàn)象稱為超導(dǎo)。1957 Chen Ning Yang(楊振寧) and Tsung Dao Lee(李政道) for their penetrating investigation of the so-called parity laws which has led to important discoveries regarding the elementary particles 吳健雄用實(shí)驗(yàn)證實(shí)宇稱不守恒，但沒(méi)有得諾獎(jiǎng) 1956年，李政道和楊振

8、寧提出弱作用中宇稱可能不守恒。他們還提出了幾個(gè)可以用來(lái)驗(yàn)證宇稱不守恒的實(shí)驗(yàn)建議。 但是，并不是馬上就有人響應(yīng)去做實(shí)驗(yàn)。一方面，大多數(shù)人不相信。Pauli曾說(shuō)：“上帝不是弱的左撇子”。Feynman與人打賭，賠率為50:1。 另一方面，宇稱不守恒的實(shí)驗(yàn)很難做。許多人認(rèn)為即使去做，最后結(jié)果一定是證明宇稱守恒。 吳健雄認(rèn)為宇稱守恒即使不被推翻，也應(yīng)被測(cè)試。她和美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局的學(xué)者合作，經(jīng)過(guò)約半年的努力，1957年1月9日凌晨2點(diǎn)吳健雄在美國(guó)NBS與其合作者舉行了小組內(nèi)慶祝。1月10日夜，吳健雄趕回哥倫比亞大學(xué)。1月15日下午，哥倫比亞大學(xué)物理系召開(kāi)緊急會(huì)議，向公眾宣告宇稱守恒定律被推翻。 吳健雄的這

9、一工作為什么沒(méi)有得到諾貝爾獎(jiǎng)？ 眾說(shuō)紛紜。當(dāng)時(shí)曾有一種說(shuō)法，說(shuō)是因?yàn)橛性S多實(shí)驗(yàn)幾乎同時(shí)都證明宇稱不守恒，諾貝爾獎(jiǎng)不可能給許多人。比如與吳健雄的文章發(fā)表在同一期刊物上，僅差一頁(yè)，就有另一篇加爾文、勒德曼和溫利希的驗(yàn)證宇稱不守恒的文章。 其實(shí)，加爾文等的工作是受吳健雄等的啟發(fā)的，他們意識(shí)到，在介子、子等的衰變鏈中也應(yīng)有大的不對(duì)稱性。于是，他們立刻去做這個(gè)衰變鏈的實(shí)驗(yàn)。 這個(gè)實(shí)驗(yàn)比吳健雄的Co-60實(shí)驗(yàn)要簡(jiǎn)單得多，幾乎24小時(shí)就可出結(jié)果。果然，他們的實(shí)驗(yàn)很快也顯示出大的不對(duì)稱性。 在加爾文等人的文章中明確寫明，他們是在得知吳健雄等實(shí)驗(yàn)的初步結(jié)果后才決定做實(shí)驗(yàn)的。 所以，吳健雄是第一個(gè)用實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證宇稱

10、不守恒的人，她的首創(chuàng)性沒(méi)有任何疑問(wèn)。 吳健雄未獲諾貝爾獎(jiǎng)，引起科學(xué)界的不平。諾貝爾獎(jiǎng)得主Rabi，楊政寧，李政道，Steinberger，Ramsey，Seaborg，Rainwater等，都認(rèn)為吳健雄是毫無(wú)疑問(wèn)應(yīng)獲得諾貝爾獎(jiǎng)的。Steinberger認(rèn)為，不給吳健雄獎(jiǎng)是瑞典諾貝爾委員會(huì)的最大敗筆。 以色列人專為那些應(yīng)得但未得諾貝爾獎(jiǎng)?wù)叨O(shè)立了Wolf獎(jiǎng)，1978年第一個(gè)Wolf獎(jiǎng)金就頒給了吳健雄。 世界上一流的物理學(xué)家都公認(rèn)，吳健雄是唯一的從來(lái)沒(méi)有做過(guò)錯(cuò)誤試驗(yàn)的物理學(xué)家。人們相信，如果這個(gè)實(shí)驗(yàn)是吳健雄做的，那就一定是對(duì)的。 1907年密立根在芝加哥大學(xué)開(kāi)始做這個(gè)實(shí)驗(yàn)。他一開(kāi)始用的是水滴。但是

11、水滴很很容易揮發(fā)，只能對(duì)它們的運(yùn)動(dòng)情況做幾秒種的觀察。 這時(shí)研究生哈維弗雷徹加入了實(shí)驗(yàn)室。為了防止水滴蒸發(fā)，弗雷徹建議改用油滴做實(shí)驗(yàn)。在一天內(nèi)，弗雷徹制作了油滴實(shí)驗(yàn)的設(shè)備，并在當(dāng)天就進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，獲得了一個(gè)比較靠譜的數(shù)據(jù)。 那一天密立根不在實(shí)驗(yàn)室，他第二天回到實(shí)驗(yàn)室后，看到了弗雷徹的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，非常興奮。此后兩個(gè)人一起工作，對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行了改進(jìn)。6周后，公布了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 密立根油滴實(shí)驗(yàn) 顯然，這個(gè)實(shí)驗(yàn)的論文應(yīng)該由兩人聯(lián)合發(fā)表。但密立根提醒弗雷徹，根據(jù)學(xué)校要求，研究生的博士論文必須單獨(dú)署名，不能有合作者。密立根建議，弗雷徹可以在以后的某篇論文單獨(dú)署名做為其博士論文，作為交換條件，這篇論文必須只署密立

12、根一人的名字。弗雷徹雖然感到失望，但沒(méi)有辦法，同意了這一安排。于是在1910年密立根作為唯一作者發(fā)表了第一篇油滴實(shí)驗(yàn)的論文，并最終獲得諾獎(jiǎng)。 1982年，弗雷徹死后發(fā)表的文章中才披露了這個(gè)秘密。 雖然密立根在第一論文中也提到實(shí)驗(yàn)是由他和弗雷徹一起做的，但是不管怎么樣，剝奪研究生在參與設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)的論文的署名權(quán)，仍然是一種不正當(dāng)?shù)男袨椤?這樣，密立根通過(guò)有選擇性地刪除數(shù)據(jù)，獲得了漂亮的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并且在論文中誤導(dǎo)讀者。像這樣對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行修飾，不論是刪除不利數(shù)據(jù)還是增添有利數(shù)據(jù)，都是一種嚴(yán)重的學(xué)術(shù)不端行為。 密立根的問(wèn)題還不限于此。1981年，阿蘭富蘭克林研究了密立根的實(shí)驗(yàn)記錄本，發(fā)現(xiàn)密立根在191

13、3年做了140次觀察，然而他把其中49次觀察的數(shù)據(jù)舍棄不用，只根據(jù)91次他認(rèn)為較好的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。但在論文中，他卻聲稱該論文“代表了所有的油滴實(shí)驗(yàn)”。如果把所有的數(shù)據(jù)都包括進(jìn)去，結(jié)果的誤差會(huì)加大。 現(xiàn)在看來(lái)，密立根當(dāng)時(shí)獲得的電荷e數(shù)值偏低，因?yàn)樗谟?jì)算空氣阻力時(shí)使用了不準(zhǔn)確的空氣粘滯系數(shù)。 1974年，F(xiàn)eynman在Caltech畢業(yè)典禮發(fā)表的演說(shuō)中提到一個(gè)有趣的現(xiàn)象： 在密立根之后物理學(xué)家測(cè)定的e數(shù)值隨著時(shí)間的推移在不斷增大，每次只增大一點(diǎn)點(diǎn)。費(fèi)曼認(rèn)為這是由于后來(lái)的物理學(xué)家在測(cè)定e時(shí)，如果獲得的數(shù)值比密立根的數(shù)值高得多，就會(huì)想當(dāng)然地認(rèn)為自己測(cè)錯(cuò)了，回頭去找原因，舍去這些“高得離譜”的數(shù)據(jù)，

14、只保留那些比較接近密立根數(shù)值的數(shù)據(jù)。 看來(lái)干修飾數(shù)據(jù)勾當(dāng)?shù)奈锢韺W(xué)家還不在少數(shù)呢。 學(xué)習(xí)Onnes在“科學(xué)找到考慮這些事實(shí)的新思路?！睂W(xué)習(xí)丁肇中的科學(xué)精神：“要對(duì)自己有信心，做你認(rèn)為正確的事，不要懼怕困難，不要因?yàn)榇蠖鄶?shù)人的反對(duì)而改變?！辈灰窶illikan那樣的錯(cuò)誤，要謹(jǐn)慎對(duì)待成果的合作者，要有懷疑精神，不要修飾數(shù)據(jù)。學(xué)習(xí)吳健雄，做一個(gè)人人信得過(guò)的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家。持之以恒，不放棄，不拋棄，要折騰。養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣，認(rèn)真分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)環(huán)境。在實(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)自己的創(chuàng)新能力。遵守實(shí)驗(yàn)室操作規(guī)程和安全規(guī)則。Top 10 Most Beautiful Experiments in PhysicsA p

15、oll of the Robert P Crease reported, Sept 20021 Youngs 雙縫實(shí)驗(yàn)用于單個(gè)電子的干涉(開(kāi)放) 2 Galileos 自由落體實(shí)驗(yàn) (1600s) (隨時(shí)隨地)3 Millikans 油滴實(shí)驗(yàn) (1910s) (一級(jí))4 Newtons 三棱鏡分解陽(yáng)光 (1665-1666)(二級(jí)) 5 Youngs 光干涉實(shí)驗(yàn) (1801) (一級(jí))6 Cavendishs 扭擺實(shí)驗(yàn) (1798) (開(kāi)放)7 Eratosthenes 測(cè)量地球周長(zhǎng) (3rd century BC) 8 Galileos 斜面上滾動(dòng)球?qū)嶒?yàn) (1600s) (開(kāi)放)9 Ruth

16、erfords 背散射 (1911) (三級(jí))10 Foucaults 擺 (1851)(開(kāi)放) 1. Youngs double-slit experiment applied to the interference of single electrons 2. Galileos experiment on falling bodies (1600s) 3. Newtons position of sunlight with a prism (1665-1666)4. Millikans oil-drop experiment Robert A Millikan(1910s) 5. Youn

17、gs double slit light-interference experimentThomas Young (1801)6 Cavendishs torsion-bar experiment (1798) Henry Cavendish7 Eratosthenes measurement of the Earths circumference (3rd century BC) 8 Galileos experiments with rolling balls down inclined planes (1600s) 9 Rutherfords discovery of the nucle

18、us (1911) Ernest Rutherford 10. Foucault pendulum Jean Bernard Leon Foucault to demonstrate the spin of earthThe first Foucault pendulum exhibited to the public was in 1851, suspended a 28 Kg bob by a 67 metre wire from the dome of the Pantheon (先哲祠)in Paris實(shí)驗(yàn)課程的安排與注意事項(xiàng)物理學(xué)理論物理實(shí)驗(yàn)物理理論指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)從實(shí)驗(yàn)中創(chuàng)建理論1956：

19、李楊定律1957：吳健雄宇稱實(shí)驗(yàn)光電效應(yīng)1924：德布羅意波1927：戴維遜革末電子衍射實(shí)驗(yàn)低溫超導(dǎo)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課獨(dú)立課程與理論課相互輔助學(xué)過(guò)的理論可以指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)做過(guò)的實(shí)驗(yàn)加深理論的理解知識(shí)更新 理論物理和實(shí)驗(yàn)物理是構(gòu)成物理學(xué)研究的兩大支柱，二者密切相關(guān)、相輔相成、互相促進(jìn)。一級(jí)物理實(shí)驗(yàn)：科學(xué)實(shí)驗(yàn)的入門課實(shí)驗(yàn)思想方法和技能訓(xùn)練的開(kāi)端后續(xù)實(shí)驗(yàn)課程的基礎(chǔ)一級(jí)物理實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容:基本量的測(cè)量基本實(shí)驗(yàn)儀器的使用基本實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練基本測(cè)量方法數(shù)據(jù)處理、誤差分析知識(shí)點(diǎn)：力、熱、電、光、近代物理物理實(shí)驗(yàn)課的基本程序和要求下午：2:005:00晚上：7:0010:00*課前點(diǎn)名制度遲到扣分：2分/5分鐘； 5分/1

20、0分鐘； 10分/15分鐘超過(guò)15分鐘，不允許做實(shí)驗(yàn)！上課時(shí)間1、預(yù)習(xí)： 預(yù)習(xí)報(bào)告包括實(shí)驗(yàn)名稱、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、 自己 組織語(yǔ)言簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)原理，不能抄書，手寫 不寫預(yù)習(xí)報(bào)告不允許做實(shí)驗(yàn)！ 2、操作： 原始數(shù)據(jù)需要老師簽字。 抄數(shù)據(jù)、湊數(shù)據(jù)，計(jì)零分 ！ 實(shí)驗(yàn)完成后必須整理儀器！3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果： 數(shù)據(jù)處理、不確定度分析、思考題 完整報(bào)告預(yù)習(xí)報(bào)告實(shí)驗(yàn)前15%原始數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)中45%實(shí)驗(yàn)結(jié)果紙質(zhì)or電子版實(shí)驗(yàn)后40%實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式姓名 班級(jí) 年 月 日 實(shí)驗(yàn)名稱實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)原理 (簡(jiǎn)要，以自己的語(yǔ)言)原始數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理誤差分析、思考討論報(bào)告提交與批閱實(shí)驗(yàn)前檢查預(yù)習(xí)報(bào)告實(shí)驗(yàn)后一周內(nèi)交完整的實(shí)驗(yàn)報(bào)告再往后

21、一周由老師批閱報(bào)告，上傳成績(jī)到教學(xué)信息平臺(tái)，請(qǐng)自己核查分?jǐn)?shù)是否有誤。 學(xué)生要按時(shí)交報(bào)告，老師要按時(shí)批閱報(bào)告,歡迎就實(shí)驗(yàn)中的科學(xué)問(wèn)題與老師交流。到那個(gè)實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)就在該實(shí)驗(yàn)室交報(bào)告 一級(jí)物理實(shí)驗(yàn)課表實(shí)驗(yàn)室1310 142214241413132214231409132714211417負(fù)責(zé)教員黃 環(huán)浦其榮黃雙安梁 燕趙霞陶小平梁 燕黃 環(huán)陸紅琳蔣作宏實(shí)驗(yàn)老師鄭虹胡勇郭強(qiáng)郭華菊甄素貞胡勇郭華菊鄭虹汪啟昕郭強(qiáng)實(shí)驗(yàn)名稱1分光計(jì)的調(diào)節(jié)和使用(1)2分光計(jì)的調(diào)節(jié)和使用(2)1切變模量的測(cè)量 固體比熱容的測(cè)量1 交流電及整流濾波電路2用熱敏電阻測(cè)溫度1光電效應(yīng)法測(cè)普朗克常數(shù)2密立根油滴實(shí)驗(yàn)測(cè)電子電荷1直線運(yùn)

22、動(dòng)與碰撞2 聲速測(cè)量1測(cè)量螺線管的磁場(chǎng)2直流電表和直流測(cè)量電路1用天平測(cè)量質(zhì)量2鋼絲楊氏模量的測(cè)量1干涉法測(cè)微小量2透鏡參數(shù)的測(cè)量1半導(dǎo)體溫度計(jì)的設(shè)計(jì)與制作2用示波器測(cè)量時(shí)間1落球法測(cè)定液體的粘度2表面張力系數(shù)的測(cè)定 基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)課從第三周開(kāi)始上課。第三周在大教室上誤差理論及數(shù)據(jù)處理理論課。第四周在大教室上1個(gè)小時(shí)的誤差理論及數(shù)據(jù)處理理論課，然后同學(xué)按名單分組到教一樓相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室做單擺設(shè)計(jì)研究實(shí)驗(yàn)和時(shí)間測(cè)量中隨機(jī)誤差的分布規(guī)律實(shí)驗(yàn)。第五周開(kāi)始按本課表大循環(huán)做實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)循環(huán)順序?yàn)椋?310142214241413132214231409132714211417 所有實(shí)驗(yàn)課均在東區(qū)教一樓進(jìn)行。 名

23、 單名 單第一個(gè)實(shí)驗(yàn)第一個(gè)實(shí)驗(yàn)第二個(gè)實(shí)驗(yàn)第二個(gè)實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí) 每個(gè)實(shí)驗(yàn)室做兩周實(shí)驗(yàn) 兩周實(shí)驗(yàn)后循環(huán)到下一個(gè)實(shí)驗(yàn)室對(duì)號(hào)入座實(shí)驗(yàn)設(shè)備有編號(hào)，按分組順序 每個(gè)實(shí)驗(yàn)室有兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，每組同學(xué)（如20人）分成兩小組，第一周第一小組做第一個(gè)實(shí)驗(yàn)，第二小組做第二個(gè)實(shí)驗(yàn)，第二周交換物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息平臺(tái)http:/ 本人學(xué)號(hào)123用戶屬性實(shí)驗(yàn)紀(jì)律無(wú)預(yù)習(xí)報(bào)告不得做實(shí)驗(yàn)遲到15分鐘以上不得做實(shí)驗(yàn)不能擅自調(diào)課病假要有醫(yī)院證明，事假要有系教學(xué)主任和教務(wù)處處長(zhǎng)簽字的假條。以后可另行補(bǔ)做，否則按曠課處理。補(bǔ)做實(shí)驗(yàn)需插空補(bǔ)。遇法定節(jié)假日，跳過(guò)一次課，系級(jí)活動(dòng)不得影響教學(xué)。保持實(shí)驗(yàn)室衛(wèi)生、不吃零食、避免大聲喧嘩報(bào)告抄襲，雙方0分偽造數(shù)據(jù)

24、， 0分報(bào)告點(diǎn)評(píng)完后收回！注意人身安全和儀器安全實(shí)驗(yàn)完成后儀器歸回原位實(shí)驗(yàn)課基本程序和要求預(yù)習(xí): 為了更好進(jìn)行試驗(yàn)，必須預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并寫出預(yù)習(xí)報(bào)告，上課時(shí)檢查。預(yù)習(xí)報(bào)告包括實(shí)驗(yàn)名稱、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、手寫 不寫預(yù)習(xí)報(bào)告不允許做實(shí)驗(yàn)！實(shí)驗(yàn)： 進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后，首先要核對(duì)序號(hào)，在不了解儀器性能和使用方法前不可使用，未經(jīng)許可不得借用、調(diào)換他組儀器，儀器如有損壞及時(shí)報(bào)告。原始數(shù)據(jù)需要老師簽字，不準(zhǔn)用鉛筆記數(shù)據(jù)，原始數(shù)據(jù)不用重抄。 不能抄數(shù)據(jù)、湊數(shù)據(jù)，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)按零分計(jì)算 ！ 實(shí)驗(yàn)完成必須整理儀器！實(shí)驗(yàn)報(bào)告：試驗(yàn)完成后要及時(shí)寫報(bào)告，按時(shí)交報(bào)告。實(shí)驗(yàn)名稱、實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)原理、數(shù)據(jù)處理、思考題。計(jì)算

25、要有過(guò)程。實(shí)驗(yàn)安全電學(xué)安全實(shí)驗(yàn)完成要整理!光學(xué)安全儀器使用安全實(shí)驗(yàn)答疑:1.信息平臺(tái)2. 找老師答疑： (第五周開(kāi)始)周二下午 3:305:00 張?jiān)雒?房間：1238 3607671周三下午 3:305:00 軒植華 房間： 周四下午 3:305:00 王中平 房間：1235 3601850周五下午 3:305:00 張憲鋒 房間：1235 36018503、課程負(fù)責(zé)：張憲鋒、王中平 電話：3601850 辦公室：1235Email： 第二章測(cè)量的不確定度和數(shù)據(jù)處理誤差測(cè)量直接測(cè)量：待測(cè)物理量直接地與選做標(biāo)準(zhǔn)的物理量做比較。長(zhǎng)度，質(zhì)量，時(shí)間等間接測(cè)量：按一定的函數(shù)關(guān)系，由直接測(cè)量的量計(jì)算出另

26、一個(gè)物理量。重力加速度，速度等等精度測(cè)量：同人、同法、同儀器、同環(huán)境、同條件對(duì)同 物進(jìn)行多次測(cè)量真值：每個(gè)量都是客觀存在的，在一定的條件下具有確定的值，這個(gè)客觀存在的值。物理量的真實(shí)值(一般不知道)測(cè)量的正確度、精密度、精確度結(jié)果比較接近客觀實(shí)際的測(cè)量：正確度高，表示系統(tǒng)誤差的大小結(jié)果彼此相近的測(cè)量：精密度高，隨機(jī)性的大小(彌散程度)既正確又精密的測(cè)量：精確度高(系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差的大小)測(cè)量誤差=測(cè)量值-真值正確度、精密度、準(zhǔn)確度正確度：測(cè)量值與真值的接近程度。反映測(cè)量結(jié)果系統(tǒng)誤差大小的術(shù)語(yǔ)。精密度：重復(fù)測(cè)量所得測(cè)量結(jié)果相互接近的程度。反映測(cè)量結(jié)果隨機(jī)誤差大小的術(shù)語(yǔ)。準(zhǔn)確度：綜合評(píng)定測(cè)量結(jié)果

27、的重復(fù)性和接近真值的程度。反映隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差的綜合效果。 準(zhǔn)確度高 精密度高 精密度、準(zhǔn)確度 精密度低 準(zhǔn)確度低 精確度均高誤差的來(lái)源方法誤差 測(cè)量方法或測(cè)量原理本身所引起的儀器誤差 測(cè)量設(shè)備或儀器本身固有的各種因素的影響環(huán)境誤差 周圍環(huán)境的影響主觀誤差 測(cè)量操作人員的素質(zhì)影響誤差類別 任何測(cè)量是根據(jù)一定的理論、方法，使用一定的儀器，在一定的環(huán)境下，由觀測(cè)者去完成，不可能絕對(duì)準(zhǔn)確，即測(cè)量存在誤差測(cè)量誤差=測(cè)量值-真值 系統(tǒng)誤差公式近似儀器結(jié)構(gòu)不完善環(huán)境條件：環(huán)境誤差生理、心理因素特點(diǎn)：恒定，經(jīng)驗(yàn)積累減小誤差 偶然誤差:具有隨機(jī)性，不可預(yù)定但有抵償性系統(tǒng)誤差公式近似：理論誤差單擺：絕熱系統(tǒng)：

28、補(bǔ)償法伏安法測(cè)電阻內(nèi)接法外接法lAVRxAVRx減小電表內(nèi)阻引起的誤差系統(tǒng)誤差儀器誤差：結(jié)構(gòu)不完善螺旋測(cè)微計(jì)零點(diǎn)不準(zhǔn)確(校準(zhǔn)) 天平不等臂(交換)系統(tǒng)誤差個(gè)人誤差：生理、心理因；按鈕超前、滯后，斜視 偶然誤差抵償性：多次測(cè)量，增加測(cè)量次數(shù)減小偶然誤差但不能消除服從正態(tài)分布的系統(tǒng)誤差特征：對(duì)稱性、單峰性、有界性特點(diǎn)：隨機(jī)性，服從正態(tài)分布單峰性：與平均值相差越大，出現(xiàn)的概率越小。對(duì)稱性：誤差的絕對(duì)值相等時(shí)，出現(xiàn)的概率相等。有界性：誤差的絕對(duì)值有一定的限度。抵償性：誤差的算術(shù)平均值隨n趨向無(wú)窮大而趨于零。測(cè)量誤差=測(cè)量值-真值一般不知道!如何描述？測(cè)量誤差不確定度誤差與不確定度誤差：一個(gè)確定的值不確

29、定度：國(guó)家計(jì)量技術(shù)規(guī)范測(cè)量不確定度評(píng)定與表示對(duì)測(cè)量不確定度定義為：表征合理地賦予被測(cè)量之值的分散性，與測(cè)量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)。此參數(shù)是說(shuō)明了置信水準(zhǔn)的區(qū)間的半寬度。不確定度：代表測(cè)量值N不確定的程度，也是對(duì)測(cè)量誤差的可能值的測(cè)度，對(duì)待測(cè)真值可能存在的范圍的估計(jì)。不確定度科學(xué)地反映測(cè)量結(jié)果的數(shù)值和可靠程度.根據(jù)對(duì)測(cè)量不確定度的要求,確定實(shí)驗(yàn)方案,選擇儀器和環(huán)境.努力減小誤差,提高實(shí)驗(yàn)精度.歷史上不乏通過(guò)對(duì)不確定度的研究,獲得重大發(fā)現(xiàn)的例子測(cè)量不確定度A類不確定度： 由觀測(cè)列統(tǒng)計(jì)分析評(píng)定，也稱統(tǒng)計(jì)不確定度(多次等精度測(cè)量)B類不確定度： 不用統(tǒng)計(jì)分析評(píng)定，也稱非統(tǒng)計(jì)不確定度,如單次測(cè)量(儀器允差、估

30、計(jì)誤差) 物理量Y待測(cè)量測(cè)量值：?jiǎn)未?，多次平均，間接測(cè)量值不確定度不確定度：代表測(cè)量值N不確定的程度，也是對(duì)測(cè)量誤差的可能值的測(cè)度，對(duì)待測(cè)真值可能存在的范圍的估計(jì)。測(cè)量結(jié)果范圍：置信概率：100%，N：極限不確定度，相對(duì)不確定度：置信區(qū)間大，置信概率大不確定度的估計(jì)(A類不確定度)平均值定義(貝塞爾公式)：測(cè)量列的標(biāo)準(zhǔn)差平均值的標(biāo)準(zhǔn)差直接測(cè)量結(jié)果的不確定度： n次等精度測(cè)量無(wú)法判定哪次測(cè)量更可靠可預(yù)期平均值更可靠 標(biāo)準(zhǔn)差的統(tǒng)計(jì)意義對(duì)正態(tài)分布： 當(dāng)n趨向無(wú)窮大時(shí)，將成為連續(xù)型隨機(jī)變量，其概率密度分布為正態(tài)函數(shù)3稱極限誤差 測(cè)量次數(shù)無(wú)限多時(shí)，測(cè)量誤差的絕對(duì)值大于3的概率僅為0.3%，對(duì)于有限次測(cè)量

31、，這種可能性是微乎其微,因此可以認(rèn)為是測(cè)量失誤,應(yīng)予以剔除。P稱置信概率 物理量的A類不確定度平均值的標(biāo)準(zhǔn)差 對(duì)正態(tài)分布： A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度測(cè)量次數(shù)很少時(shí)，不確定度的修正 擴(kuò)大置信區(qū)間獲得相同的概率 tp與測(cè)量次數(shù)有關(guān) 見(jiàn)：P30 n/t/p34567891080.681.311.091.081.071.0610.902.922.352.132.021.941.861.831.761.650.954.303.182.782.572.462.372.312.261.960.999.935.844.604.033.713.503.363.252.58測(cè)量次數(shù)很少時(shí)，不確定度

32、的修正t因子，與測(cè)量次數(shù)有關(guān) B類不確定度不能用統(tǒng)計(jì)方法來(lái)處理的不確定度均為B類不確定度，如單次測(cè)量?jī)x器的最大允差估計(jì)誤差 測(cè)量?jī)x器的最大允差包含了儀器的系統(tǒng)誤差，也包含了環(huán)境以及測(cè)量者自身可能出現(xiàn)的變化（具隨機(jī)性）對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。最大允差可從儀器說(shuō)明書中得到，它表征同一規(guī)格型號(hào)的合格產(chǎn)品，在正常使用條件下，可能產(chǎn)生的最大誤差。一般而言，為儀器最小刻度所對(duì)應(yīng)的物理量的數(shù)量級(jí)（但不同儀器差別很大）。（第26頁(yè)）儀器的精確度等級(jí)指針電表級(jí)別：5.0,2.0,1.5,1.0,0.5,0.2,0.1指針電表：量程 級(jí)別 %數(shù)字電表：讀數(shù) C%+最未位幾個(gè)單位鋼卷尺：1m/1mm/+-0.8mm,2m

33、/1mm/+-1.2mm游標(biāo)卡尺： 125mm/0.02mm/+-0.02mm 300mm/0.02mm/+-0.05mm螺旋測(cè)微器： 25mm/0.01mm/+-0.004mm 測(cè)量?jī)x器的最大允差模擬式儀表：數(shù)字式儀表：=讀數(shù)C% + 末位穩(wěn)定數(shù)位的幾個(gè)單位 例: 量程為100伏的1.0級(jí)電壓表，測(cè)量一個(gè)電池的電動(dòng)勢(shì)為1.5V。則儀表的最大允差為1.0V。若量程為10伏，則降低到0.1V。例: 某精度為1.0級(jí)的三位半電表，用100.0伏量程測(cè)量電池電動(dòng)勢(shì)，讀數(shù)為1.5V.按其說(shuō)明書,讀數(shù)乘級(jí)別的1%,再加上末位的(譬如)5個(gè)單位，則測(cè)量結(jié)果的最大允差為 (0.015+0.5) =0.52

34、V。 改用10.00V量程，則為（0.015+0.05）=0.065 V。 測(cè)量時(shí)的估計(jì)誤差 模擬式儀表：最小分度的一半 數(shù)字式儀表：則取其穩(wěn)定顯示最末位數(shù)的一個(gè)最小單位。 單次測(cè)量的誤差估計(jì) 只能取儀器誤差作為單次測(cè)量結(jié)果的誤差 ，或者根據(jù)測(cè)量條件、儀器誤差以及測(cè)量者的技術(shù)對(duì)單次測(cè)量結(jié)果的誤差作出恰當(dāng)?shù)姆蠈?shí)際的估計(jì) 。 估計(jì)誤差 通常小于儀器的最大允差 。 置信概率：100%正態(tài)分布，B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度：C：置信系數(shù)，與儀器測(cè)量誤差的分布概率有關(guān)正態(tài)分布：均勻分布：三角分布：正態(tài)分布下，概率為P的測(cè)量值B類不確定度：置信因子，P32與儀器有關(guān)，P32正態(tài)分布：均勻分布：三角分布：置信系數(shù)C與

35、儀器測(cè)量誤差的分布概率有關(guān) B類不確定度的最大值 B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度(68.3%)B類展伸不確定度P0.5000.6830.9000.9500.9550.9900.997kP(正態(tài)分布)0.681.001.651.962.002.583.00P32Kp P0.5000.5770.6500.6830.9000.9500.9550.9900.997正態(tài)分布0.6751.0001.6501.9602.0002.5803.000均勻分布0.8771.0001.1831.5591.6451.6541.7151.727三角分布0.7170.8621.0001.0641.6751.9011.9292.2042.315儀器米尺游標(biāo)卡尺千分尺物理天平秒表誤差分布正態(tài)均勻正態(tài)正態(tài)正態(tài)置信系數(shù)C33333不同分布測(cè)量?jī)x器的置信概率P與置信因子Kp幾種常見(jiàn)儀器的誤差分布與置信系數(shù)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度展伸不確定度相同置信概率的不確定度才可以按平方和來(lái)合成相同置信概率的不確定度才可以按平方和來(lái)合成測(cè)量結(jié)果的表示:A類不確定度上的概率為68.3%B類不確定度置信概率：100%正態(tài)分布，B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度：C：置信系數(shù)，