物理實(shí)驗(yàn)緒論市公開課金獎(jiǎng)市賽課一等獎(jiǎng)?wù)n件

大學(xué)物理試驗(yàn)中國礦業(yè)大學(xué)物理試驗(yàn)中心理科樓A523

聯(lián)系電話：83591588第1頁第1頁1.大學(xué)物理試驗(yàn)意義2.如何上好物理試驗(yàn)課3.大學(xué)物理試驗(yàn)上課須知第一章緒論第2頁第2頁1.1大學(xué)物理試驗(yàn)作用1.2大學(xué)物理試驗(yàn)課目的1.大學(xué)物理試驗(yàn)意義第3頁第3頁

伽利略把試驗(yàn)和邏輯引入物理學(xué),使物理學(xué)最后成為一門科學(xué)。典型物理學(xué)規(guī)律是從試驗(yàn)事實(shí)中總結(jié)出來。近代物理學(xué)是從試驗(yàn)事實(shí)與典型物理學(xué)矛盾中發(fā)展起來。1.1物理試驗(yàn)作用第4頁第4頁以諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)為例80%以上諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予試驗(yàn)物理學(xué)家。而20%獲獎(jiǎng)中諸多是試驗(yàn)和理論物理學(xué)家分享。試驗(yàn)結(jié)果能夠不久獲獎(jiǎng)，而理論結(jié)果要通過至少兩個(gè)試驗(yàn)檢查。有些建立在共同試驗(yàn)基礎(chǔ)上結(jié)果能夠連續(xù)幾次獲獎(jiǎng)。第5頁第5頁1、光電效應(yīng)試驗(yàn)

（M.Plank,A.Einstein,A.Millikan1921）2、夫蘭克－赫茲試驗(yàn)

（N.Bohr,J.Franck,G.Hertz1925）3、密立根油滴試驗(yàn)

（

A.Millikan,J.Thomson

1923）4、邁克爾遜干涉試驗(yàn)

（

A.Michelson

1907）大學(xué)物理試驗(yàn)中取得過諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)試驗(yàn)：第6頁第6頁

1.2物理試驗(yàn)課目的學(xué)習(xí)試驗(yàn)知識、培養(yǎng)試驗(yàn)?zāi)芰Α⑻嵘囼?yàn)素養(yǎng)

學(xué)習(xí)試驗(yàn)知識通過對試驗(yàn)現(xiàn)象觀測、分析和對物理量測量，學(xué)習(xí)物理試驗(yàn)知識和設(shè)計(jì)思想，掌握和理解物理理論。第7頁第7頁培養(yǎng)試驗(yàn)?zāi)芰υ谠囼?yàn)中提出和發(fā)覺問題、分析問題能力以及獨(dú)立試驗(yàn)?zāi)芰Γ?/p>

通過閱讀試驗(yàn)教材理解試驗(yàn)基本原理與內(nèi)容能力；

借助教材或儀器闡明書正確使用慣用儀器能力；

正確取得試驗(yàn)數(shù)據(jù)、掌握誤差理論基本知識、掌握有效數(shù)字運(yùn)算及數(shù)據(jù)處理辦法能力；

利用物理學(xué)理論對試驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行初步分析判斷；

正確統(tǒng)計(jì)和處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制試驗(yàn)曲線，闡明試驗(yàn)結(jié)果，撰寫合格試驗(yàn)匯報(bào)；

能夠依據(jù)試驗(yàn)?zāi)康暮蛢x器設(shè)計(jì)出合理試驗(yàn)。第8頁第8頁提升試驗(yàn)素養(yǎng)培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際和實(shí)事求是科學(xué)作風(fēng)；

嚴(yán)厲認(rèn)真工作態(tài)度；

積極研究和創(chuàng)新摸索精神；

遵守紀(jì)律、團(tuán)結(jié)協(xié)作和愛護(hù)公共財(cái)產(chǎn)優(yōu)良品德。第9頁第9頁2.如何上好物理試驗(yàn)課三個(gè)主要教學(xué)環(huán)節(jié)試驗(yàn)預(yù)習(xí)—試驗(yàn)?zāi)芊袢〉梅e極關(guān)鍵試驗(yàn)操作試驗(yàn)匯報(bào)—試驗(yàn)總結(jié)第10頁第10頁

明確試驗(yàn)?zāi)康?，預(yù)習(xí)試驗(yàn)原理，理解試驗(yàn)注意事項(xiàng)。

預(yù)習(xí)匯報(bào)是試驗(yàn)工作前期準(zhǔn)備，是寫給自己參考用，故要求簡樸明了。試驗(yàn)前應(yīng)清楚本次試驗(yàn)應(yīng)達(dá)到什么目的，通過什么試驗(yàn)辦法和測量哪些數(shù)據(jù)才干實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)?zāi)康?。試?yàn)預(yù)習(xí)第11頁第11頁預(yù)習(xí)報(bào)告內(nèi)容：①實(shí)驗(yàn)名稱；②實(shí)驗(yàn)?zāi)?；③原理簡述（原理圖以及主要計(jì)算公式等）；④主要實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備等。沒有預(yù)習(xí)不得做試驗(yàn)！第12頁第12頁3.上課須知（1）遵守試驗(yàn)室守則?。?）隨班上課，不得曠課，不準(zhǔn)遲到。

（遲到十分鐘以上不得做試驗(yàn)）（3）進(jìn)入試驗(yàn)室后在指定位置對號入座。（4）理解儀器使用及注意事項(xiàng)，儀器使用要正確、細(xì)心，要愛護(hù)試驗(yàn)儀器。（5）仔細(xì)觀測和認(rèn)真分析試驗(yàn)現(xiàn)象；（6）試驗(yàn)數(shù)據(jù)要實(shí)事求是，紀(jì)錄時(shí)不得用鉛筆，原始數(shù)據(jù)不得改動！完畢后交任課老師檢查、簽字。（7）待任課老師簽字后，再將試驗(yàn)儀器恢復(fù)原狀(比如：拆解電路等)，并保持試驗(yàn)室整潔。第13頁第13頁實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容①實(shí)驗(yàn)名稱；②實(shí)驗(yàn)?zāi)?；③原理簡述（原理圖以及主要計(jì)算公式等）；④主要實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備；⑤實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格、數(shù)據(jù)處理計(jì)算主要過程、作圖及實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論；⑥實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析、誤差評估、小結(jié)和討論。

試驗(yàn)匯報(bào)上交1.試驗(yàn)完畢后二周內(nèi)須交匯報(bào)；匯報(bào)要以班為單位統(tǒng)一投入本班匯報(bào)箱；2.教師批改完試驗(yàn)匯報(bào)后投入本班匯報(bào)箱；3.班長或課代表啟動匯報(bào)箱取回匯報(bào)。物理試驗(yàn)中心理A523，聯(lián)系電話：83591588第14頁第14頁

4.物理試驗(yàn)成績評估及評分原則⒈每次試驗(yàn)成績，按（5+~3-）不同等級進(jìn)行評分。⒉學(xué)生期末試驗(yàn)總評成績按各基本試驗(yàn)加權(quán)平均評定。⒊抄襲及被抄襲者，按本試驗(yàn)作弊處理。4.頂替和冒名署名者,將會嚴(yán)厲處理。5.三次以上試驗(yàn)得分不到3分者期末總評成績不及格。第15頁第15頁試驗(yàn)成績評估原則

試驗(yàn)操作要求等級

試驗(yàn)匯報(bào)要求等級1預(yù)習(xí)充分abc1格式規(guī)范abc2目明確達(dá)到要求基本達(dá)到要求達(dá)不到要求2書寫整潔達(dá)到要求基本達(dá)到要求達(dá)不到要求3原理清楚3作圖完美4步驟正確4表達(dá)完整5操作規(guī)范5結(jié)果分析6數(shù)據(jù)正確6實(shí)驗(yàn)體會7遵守紀(jì)律7見解創(chuàng)新8整理儀器8習(xí)題正確第16頁第16頁

試驗(yàn)操作分標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)匯報(bào)分標(biāo)準(zhǔn)5+(100)等級為全a5+(100)等級為全a5(95)等級為7a、1b5(95)等級為7a、1b5-(85)等級為6a、2b5-(85)等級為6a、2b4+(80)等級為5a、3b4+(80)等級為5a、3b4(75)等級為4a、4b4(75)等級為4a、4b4-(70)

等級中有3個(gè)c4-(70)等級中有3個(gè)c3+(65)等級中有4個(gè)c3+(65)等級中有4個(gè)c3(60)等級中有5個(gè)c3(60)等級中有5個(gè)c3-(不及格)等級中有6個(gè)c3-(不及格)等級中有6個(gè)c第17頁第17頁1.試驗(yàn)有新發(fā)覺，見解獨(dú)特、有創(chuàng)新，試驗(yàn)成績提升一檔。2.遲到10分鐘以內(nèi)成績降一檔，遲到超出10分鐘不允許進(jìn)試驗(yàn)室做試驗(yàn)。3.進(jìn)試驗(yàn)室做試驗(yàn)，其試驗(yàn)者序號應(yīng)當(dāng)與儀器組號一一相應(yīng)4.無端缺席，成績記0分。5.無端遲交匯報(bào)成績降一檔。6.篡改試驗(yàn)數(shù)據(jù)，成績降一檔。7.抄襲匯報(bào)或數(shù)據(jù)成績?yōu)?分。8.匯報(bào)無老師簽字或者冒充老師簽字成績?yōu)?分。注意！第18頁第18頁第二章測量誤差及數(shù)據(jù)處理的基本知識第19頁第19頁第一節(jié)測量與有效數(shù)字一、測量直接測量間接測量直接測量：直接將待測物理量與選定同類物理量原則單位相比較直接得到測量值；間接測量：利用直接測量量與被測量之間已知函數(shù)關(guān)系，求得該被測物理量。第20頁第20頁測量結(jié)果：測量對象測量對象量值測量不擬定度單位測量值=讀數(shù)值(有效數(shù)字)+單位有效數(shù)字＝可靠數(shù)字＋可疑數(shù)字第21頁第21頁二、有效數(shù)字及其表示0cm13位有效數(shù)字例：有效數(shù)字：1.36cm有效數(shù)字由幾位可靠數(shù)字及最后一位可疑數(shù)字構(gòu)成。數(shù)字個(gè)數(shù)為有效數(shù)字位數(shù)。

可靠預(yù)計(jì)、欠準(zhǔn)確、可疑位、但故意義第22頁第22頁數(shù)字顯示式儀表，普通最后一位即為可疑位。第23頁第23頁（一）直接測量量有效數(shù)字15.2mm15.0mm第24頁第24頁直接讀數(shù)注意事項(xiàng)注意指針指在整刻度線上時(shí)讀數(shù)有效位數(shù)。第25頁第25頁（1）有效數(shù)字位數(shù)與測量對象大小以及所用儀器精密度相關(guān)。例：L=13.5mmL’=13.50mm闡明：（2）有效數(shù)字位數(shù)與單位無關(guān)；

太大或太小數(shù)用“科學(xué)計(jì)數(shù)法”表示即：“□.□□…×10n”，其中□.□□…是有效數(shù)字，10n表示數(shù)量級。

如3.48cm＝3.48×10-2m＝3.48×101mm（3）測量結(jié)果中不為零數(shù)字以后零也是有效數(shù)字。8.64g—3位有效數(shù)字8.6400g—5位有效數(shù)字第26頁第26頁（二）間接測量量有效數(shù)字可疑數(shù)字與準(zhǔn)確數(shù)字（或可疑數(shù)字）之間四則運(yùn)算結(jié)果為可疑數(shù)字。但進(jìn)位為準(zhǔn)確數(shù)字。運(yùn)算最后止果只保留一位可疑數(shù)字。去掉后面可疑數(shù)字時(shí)，采用“四舍五入”法進(jìn)行取舍。1.普通規(guī)則第27頁第27頁2、有效數(shù)字運(yùn)算和（或差）有效數(shù)字只保留到相加（或相減）各數(shù)中最大可疑位。

4.178+21.3

25.478=

25.5第28頁第28頁積（或商）有效數(shù)字位數(shù)與相乘（或相除各量中有效數(shù)字位數(shù)至少相同。

4.178×10.10.417841.78

42.1978=42.2積（或商）第29頁第29頁乘方開方:有效數(shù)字與其底有效數(shù)字相同。對數(shù)函數(shù):運(yùn)算后尾數(shù)位數(shù)與真數(shù)位數(shù)相同。

例：lg1.938=0.2973lg1938=3+lg1.938=3.2973指數(shù)函數(shù):運(yùn)算后有效數(shù)字位數(shù)與指數(shù)小數(shù)點(diǎn)后位數(shù)相同（包括緊接小數(shù)點(diǎn)后零）。［或以教材為準(zhǔn)］例：100.0035=1.008第30頁第30頁3、有效數(shù)字尾數(shù)舍入規(guī)則

(四舍六入，五湊偶)當(dāng)保留n位有效數(shù)字，若第n+1位數(shù)字≤4，則末位數(shù)不變；

例4.32749→4.327當(dāng)保留n位有效數(shù)字，若第n+1位數(shù)字≥6，則末位數(shù)字加1；例4.32761→4.328當(dāng)保留n位有效數(shù)字，若第n+1位數(shù)字=5且（1）后面數(shù)字為0時(shí)，第n位數(shù)字若為偶數(shù)，則末位數(shù)不變；若為奇數(shù)，則末位數(shù)加1；（2）后面數(shù)字不為0，則末位數(shù)加1。例：4.32750→4.328,4.32850→4.3284.32751→4.328第31頁第31頁第二節(jié)測量誤差1、誤差：誤差表示：絕對誤差相對誤差第32頁第32頁誤差分類

產(chǎn)生原因消除減小辦法特征系統(tǒng)誤差儀器誤差、

辦法或理論誤差、

個(gè)人習(xí)慣、

環(huán)境誤差引入修正量改進(jìn)辦法擬定性，

多次測量無用

隨機(jī)誤差儀器偶然原因測量者偶然原因

環(huán)境偶然原因

隨機(jī)性，多次測量符合統(tǒng)計(jì)規(guī)律疏忽誤差

粗心大意讀錯(cuò)

算錯(cuò)仔細(xì)操作，及時(shí)剔除錯(cuò)誤數(shù)據(jù)要杜絕！重點(diǎn)討論

必須掌握第33頁第33頁1、系統(tǒng)誤差：在同一條件下，多次測量同一量值時(shí)，誤差量值與符號保持恒定，或在條件改變時(shí)按某一可擬定規(guī)律改變。

二、誤差分類系統(tǒng)誤差特性誤差符號和數(shù)值以能夠預(yù)知規(guī)律改變。能夠減少甚至能夠消除這種誤差。系統(tǒng)誤差產(chǎn)生原因儀器本身缺點(diǎn)。辦法不合理或理論公式近似性。測量者特殊生理特點(diǎn)。外界環(huán)境原因。第34頁第34頁2、隨機(jī)誤差隨機(jī)誤差概念在同一條件下，多次測量同一量值時(shí)，誤差量值與符號是不可預(yù)知，以無法控制方式改變。隨機(jī)誤差規(guī)律

隨機(jī)誤差無法避免，也不能消除，多次測量時(shí)服從高斯分布規(guī)律。第35頁第35頁

高斯分布函數(shù)在一定測量條件下，參量σ為一常數(shù)，

不同測量條件σ不同f（Δx)為誤差在Δx附近單位間隔內(nèi)出現(xiàn)概率。f（Δx)Δx－σ0－2σσ2σ有界性

單峰性

對稱性抵償性高斯分布曲線第36頁第36頁（1）測量結(jié)果最佳值—算術(shù)平均值2、隨機(jī)誤差處理（2）

測量結(jié)果誤差預(yù)計(jì)辦法平均誤差原則誤差原則偏差設(shè)某一物理量多次測量值為x1,x2,x3,…,xn-1,xn，則測量結(jié)果最佳值可用其算術(shù)平均值表示。即第37頁第37頁（3）

儀器誤差與預(yù)計(jì)誤差

在正確使用某儀器時(shí)，測量值和真實(shí)值之間也許產(chǎn)生最大誤差——Δ儀

Δ儀＝量程×級別（%）（未標(biāo)級別儀器，普通按最小刻度1/5或1/2擬定）如：米尺Δ儀＝0.2mm，

游標(biāo)卡尺Δ儀＝0.02mm，

千分尺Δ儀＝0.005mm。第38頁第38頁第三節(jié)測量結(jié)果總不擬定度估算

測量不擬定度：指由于測量誤差存在而對被測量值不能必定程度，是對被測量真值所處量值范圍評價(jià)。不擬定度Δ按取得誤差辦法分為，A類不擬定度和B類不擬定度。第39頁第39頁1、A類不擬定度ΔA預(yù)計(jì)指由統(tǒng)計(jì)辦法（多次測量）得到誤差分量，它包括隨機(jī)誤差、未定系統(tǒng)誤差中大體符合統(tǒng)計(jì)規(guī)律誤差以及測量對象不穩(wěn)定誤差等。在物理試驗(yàn)中ΔA簡化預(yù)計(jì)為：一、不擬定度估算2、B類不擬定度ΔB預(yù)計(jì)

測量中不符合統(tǒng)計(jì)規(guī)律不擬定度稱為B類不擬定度。在物理試驗(yàn)中通慣用Δ儀表示測量結(jié)果B類不擬定度。第40頁第40頁當(dāng)Δ估<<Δ儀時(shí)當(dāng)ΔB<<ΔA時(shí)3、總不擬定度U合成及測量結(jié)果表示第41頁第41頁4、測量結(jié)果兩種表示辦法*絕對表示：相對表示：

普通情況下，不擬定度u取二位有效數(shù)字，當(dāng)首位值≥3時(shí)可取一位有效數(shù)字，后面數(shù)字只進(jìn)不舍；相對不擬定度取兩位有效數(shù)字。不擬定度應(yīng)與最后一位對齊。

例：

x測量值應(yīng)為

第42頁第42頁二、間接測量量

誤差傳遞：

間接測量誤差與各個(gè)直接測量誤差相關(guān)①誤差普通傳遞公式---直接測量量

---直接測量量絕對誤差間接測量量間接測量量絕對誤差：分誤差傳遞系數(shù)第43頁第43頁a、和或差誤差和或差絕對誤差等于各絕對誤差之和。b、積或商誤差相對誤差第44頁第44頁

積和商相對誤差等于各相對誤差之和。

對多個(gè)量乘除運(yùn)算，其間接量相對誤差為直接量相對誤差之和。若：第45頁第45頁②原則誤差傳遞公式直接量原則誤差間接量原則誤差第46頁第46頁第四節(jié)

數(shù)據(jù)處理作圖法

作圖法可形象、直觀地顯示出物理量之間函數(shù)關(guān)系，也可用來求一些物理參數(shù)，因此它是一個(gè)主要數(shù)據(jù)處理辦法。作圖時(shí)要先整理出數(shù)據(jù)表格，并要用坐標(biāo)紙作圖。

第47頁第47頁1.選擇適當(dāng)坐標(biāo)分度值，擬定坐標(biāo)紙大小坐標(biāo)分度值選取應(yīng)能基本反應(yīng)測量值準(zhǔn)確度或精密度。依據(jù)表１數(shù)據(jù)U軸可選1mm相應(yīng)于0.10V，I軸可選1mm相應(yīng)于0.20mA，并可定坐標(biāo)紙大?。圆恍∮谧鴺?biāo)范圍、數(shù)據(jù)范圍）約為130mm×130mm。作圖環(huán)節(jié)：試驗(yàn)數(shù)據(jù)列表下列.作圖法處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)過程表1：伏安法測電阻試驗(yàn)數(shù)據(jù)第48頁第48頁2.標(biāo)明坐標(biāo)軸：

用粗實(shí)線畫坐標(biāo)軸，用箭頭標(biāo)軸方向，標(biāo)坐標(biāo)軸名稱或符號、單位,再按順序標(biāo)出坐標(biāo)軸整分格上量值。I(mA)U(V)8.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.0002.004.006.008.0010.001.003.005.007.009.004.連成圖線：

用直尺、曲線板等把點(diǎn)連成直線、光滑曲線。普通不強(qiáng)求直線或曲線通過每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，應(yīng)使圖線線正穿過試驗(yàn)點(diǎn)時(shí)能夠在兩邊試驗(yàn)點(diǎn)與圖線最為靠近且分布大體均勻。圖點(diǎn)處斷開。3.標(biāo)試驗(yàn)點(diǎn)：試驗(yàn)點(diǎn)可用“”、“”、“”等符號標(biāo)出（同一坐標(biāo)系下不同曲線用不同符號）。第49頁第49頁5.標(biāo)出圖線特性：在圖上空白位置標(biāo)明試驗(yàn)條件或從圖上得出一些參數(shù)。如利用所繪直線可給出被測電阻R大?。簭乃L直線上讀取兩點(diǎn)A、B坐標(biāo)就可求出R值。I(mA)U(V)8.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.0002.004.006.008.0010.001.003.005.007.009.00電阻伏安特性曲線6.標(biāo)出圖名：

在圖線下方或空白位置寫出圖線名稱及一些必要闡明。A(1.00,2.76)B(7.00