大學物理實驗

大學物理實驗緒論西南科技大學理學院楊振萍2013.09.10

學生須知

此部分內容請高度重視，每年大量重修的同學大多是因為對開課須知及各種注意事項不重視造成的！一、《大學物理實驗》預約必讀

1、物理實驗網上預約地址：從教務處進去點擊“實驗預約”，或者輸入網址：75/StuExpbook/

請同學們務必仔細閱讀預約系統(tǒng)里的“選課須知”，按時、按要求進行預約。平時應多查看該系統(tǒng)，及時了解本課程的情況及通知。2、預約時間：9月29日（第四周周末）截止。必須在此之前完成實驗預約。選課系統(tǒng)關閉后，無法再預約實驗，后果自負。在選課截止時間之前由于任何原因無法預約的，必須到本中心教師辦公室（東6C座314房間）找系統(tǒng)管理員俞輝老師人工選課。預約實驗時，請不要與其它課程發(fā)生沖突。隨時查看通知，人數嚴重不足的課次將重新預約。①選修大學物理實驗A1、大學物理實驗B1、普通物理實驗B1的同學，完成“1次緒論課+7個實驗”。②選修大學物理實驗C1的同學，完成“1次緒論課+5個實驗”。（預備知識、示波器的使用、楊氏模量、分光計、電橋測電阻）3、本期有多個層次的物理實驗，不同層次的物理實驗在課程要求、內容和學時上有區(qū)別，請同學們在預約實驗前務必核查清楚自己的學習層次。不同層次物理實驗的要求如下：6、實驗中心地址：新區(qū)東6幢C座。5、實驗時間：每個實驗為3學時，上課時間段為:上午3—5節(jié)（9:55—12:20）;中午6—8節(jié)（13:10—15:30）;

下午9—10節(jié)（15:55—18:20）。實驗與理論課時間安排不一樣，請同學們看清楚上課時間！

4、期末成績計算辦法：

隨機抽取1個實驗的分數作為考試成績，占期末成績的30%，其余實驗分數的平均值占期末成績的70%。請同學們認真對待每個實驗內容！二、課程要求：

1、實驗教學具體流程：

學生提前10分鐘進教室簽到→教師檢查實驗報告的預習部分→教師講授及操作示范→學生操作、教師輔導答疑及解決各種實驗相關問題→教師檢查數據、評定操作成績、檢查實驗設備狀況→合格后學生整理桌面設備、做好清潔衛(wèi)生、離開實驗室。

2、單個實驗的分數：

預習部分20分操作及數據30分數據處理40分☆分析與討論10分單個實驗總分總分100分☆數據處理必須完成，未處理數據的實驗報告，總分計零分。4、緒論課課后需完成的事項：（1）學習委員以班為單位購買實驗報告紙、緒論課試卷，地址:東6C座附102樓層管理員處（每人3元）。（2）購買實驗教材：學習委員以班為單位到老區(qū)圖書館教材科購買（電話：2419081,6089105）。（3）交緒論課試卷：“國慶”前交實驗報告箱，寫清任課教師姓名。

3、實驗報告的提交：

完成實驗后一周內將實驗報告交至任課教師指定的實驗報告箱（上課時注意記錄任課教師的姓名及實驗報告收取箱號碼），物理實驗報告箱位于本中心3樓。三、實驗紀律：

1、上課務必攜帶有效證件；做實驗需要用證件借器材。2、未寫好預習部分的同學禁止進入實驗室進行實驗。3、上課遲到每分鐘扣1分，遲到15分鐘取消本次實驗資格，該個實驗計0分。

4、實驗過程中，嚴格遵守操作規(guī)程，服從教師的安排；5、實驗做完后，原始數據必須經過指導老師打分簽字，原始數據不準用鉛筆書寫，偽造、抄襲實驗數據本實驗以0分計，無教師簽字的報告視為無效報告；6、實驗結束后，需關閉電源、整理好實驗器材，清理完紙屑等才能離開實驗室；7、實驗結束后，在一周內完成實驗報告的所有內容，并交到指定報告箱。

8、實驗課不準補做！

如遇不可抗拒的因素（如患病、考試、參加校級以上級別的競賽），必須出具正規(guī)證明和學院教學辦公室的證明，實驗中心才能安排補做。

不滿足補做條件的，不許糾纏任課教師要求補做，否則以擾亂教學秩序交學校處理。1《大學物理實驗》黃建群等四川大學出版社2《大學物理實驗》張兆奎等高等教育出版社；3《大學物理實驗教程》陳守川浙江大學出版社；4《大學物理實驗》大學物理實驗編寫組廈門大學出版社；5《大學物理實驗》梁華翰等上海交通大學出版社。參考書:緒論1.預習(1)理論的準備(了解實驗的理論依據和條件)(2)實驗儀器的準備(工作原理,工作條件和操作規(guī)程)(3)觀測的準備(設計記錄表格)2.實驗(1)儀器的安裝和調整（按儀器的工作條件）(2)觀測(3)記錄(日期、地點、室溫、儀器及編號、原始數據、有關的現象)3.實驗報告(實驗儀器、實驗原理、實驗數據處理、實驗討論)NEW西南科技大學實驗報告.doc§2.測量與誤差一.測量1、測量的含義

借助儀器用一計量單位把待測量的大小表示出來，即待測量是該計量單位的多少倍。2、測量的分類

（1）直接測量和間接測量

直接測量——直接由儀器標尺讀數而獲得被測量的值的測量，叫直接測量。

間接測量——利用函數關系算出被測量的大小的測量，叫間接測量。（2）等精度測量與非等精度測量

等精度測量——在測量過程中，影響測量結果的各種條件(實驗者、實驗儀器、實驗方法、實驗環(huán)境)不發(fā)生變化，這種測量稱為等精度測量。

非等精度測量——反之，則稱為非等精度測量。二.誤差1、誤差的表示形式（1）絕對誤差定義：測得值x減去真值x0為測得值的絕對誤差（2）相對誤差定義：測得值的絕對誤差δ除真值x0引用誤差

儀表的準確度級別：0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，5.0七級,

儀表所對應的最大引用誤差為0.1%，0.2%，…5.0%

則該儀表測量值x的最大誤差為：利用該儀表測量時,應盡可能在儀表滿刻度值2/3或1/2以上的量值內使用.2.誤差的分類系統(tǒng)誤差（1）理論方法誤差：由于實驗方法本身或理論不完善導致的誤差。如:單擺測重力加速度時，忽略了空氣阻力或擺角過大等。（2）儀器及環(huán)境誤差:分析儀器和環(huán)境是否符合實驗要求.如:天平是否等臂；秒表是否準確；刻度是否偏心；環(huán)境溫度濕度是否在規(guī)定范圍內，否則會產生誤差。系統(tǒng)誤差產生的原因:系統(tǒng)誤差指實驗系統(tǒng)在測量過程中和在取得其結果的過程中存在恒定的或按一定規(guī)律變化的誤差。它的特點是恒定性。系統(tǒng)限誤差超的減售小和啊消除:由于軟測量壩方法政、測聾量對灑象、緞測量鞋環(huán)境稈及測濁量人幅員不限盡相趨同，寸因而濁沒有澡一個放普遍辭適用驗的方腥法來特減小衡或消許除系攻統(tǒng)誤恐差。執(zhí)下面渾介紹壘幾種救減小以和消痰除系明統(tǒng)誤耗差的駐方法穗和途郵徑。這是才消除仗系統(tǒng)違誤差刃最根裕本的系方法細，通法過對狀實驗息過程切中的消各個拌環(huán)節(jié)菜進行迫認真尖仔細貨分析米，發(fā)招現產犯生系缺統(tǒng)誤烈差的芳各種身因素蜓。①從彩產生尼系統(tǒng)貝誤差腐的根灰源上求消除措施非：采用順近似拖性較狀好又柱比較切合脹實際臘的理混論公史式，盡瞞可能滿足登理論雙公式所要劑求的實盡驗條件；選慚用能滿足倍測量柜誤差所要您求的軌實驗儀器品裝置，嚴秒格保證窩儀器史設備所要妨求的測量角條件；采騎用多鄙人合劑作，似重復此實驗毯的方終法。②引挑入修司正項滔消除痛系統(tǒng)經誤差③采臺用能夏消除沫系統(tǒng)紗誤差飾的方薄法進筆行測飄量對于趙某種鳥固定駕的或秀有規(guī)綱律變藏化的慣系統(tǒng)樂誤差社，可賄以采童用交換獨法、患代替過法、辱補償葉法、足異號架法等特弊殊方疼法進瀉行清冬除。偶然擊誤差偶然削誤差具有治以下斧特性.①有界(限)性:在一賀定測判量條粱件下,偶然誤差悅的絕秒對值棉不會諷超過一決定的興限度.②單峰可性:絕對祝值小援的誤富差出盼現的滔概率質大.而絕怎對值桑大的郵誤差出現陜的概微率小粒。③瓜對稱拜性：絕對抱值相余等的臥正誤玻差和柿負誤跡差出強現的叨概率鄙相等看。④異抵償胳性（婦互補發(fā)性）起：一列獲等精勤度測吼量中掌，偶然誤差僻的代驗數和藍有：在同萌一條衡件下返多次炕測量晌同一滿物理票量時裝，測敢得值伏總是愁有稍哄許差辨異而抽且變夜化不地定，別并在談消除槽系統(tǒng)米誤差妖之后兆依然叼如此闊。這課部分娃絕對坐值和夾符號瘦經常竟變化傳的誤股差，他其值突時大棵時小釣，時輛正時鴨負，流不可仆預測旗。但蛇總體恩來說蜘服從葉一定哈的統(tǒng)疏計規(guī)縫律的白誤差謹，稱勒為偶日然誤明差。粗大飲誤差在實董驗過燃程中否，由眾于儀叼器損識壞和懶操作擦錯誤神而產川生讀頭數和桃記錄絲式的錯牢誤，妙這些望錯誤荷稱為規(guī)粗大役誤差而。可以堡作為熱測量削值的光最佳和估計么值，猾也稱委近真盡值。當測詢量次末數測量值誤差（殘差）即

誤差由的幾竄個基怕本概丹念精密許度：重復吸測量王數據銜相互漏分散蚊的程趁度,精密互度的鍵高低側反映偶多然誤川差的大券小。浩即精間密度撒越高渴，數雪據越獻接近噸，偶掩然誤杏差越剩?。凰挤粗炫既痪務`差繁就越愉大.正確朱度：實驗劫結果鄉(xiāng)豐與真挖值的輪符合案程度,它的棒高低漫反映系統(tǒng)朽誤差的大劈燕小。牲即正績確度季越高怎，測顆量值張越接北近真約值，舟系統(tǒng)游誤差魄就越椅小；潮反之少，系億統(tǒng)誤貌差就豆越大初。準確畢度：精密箱度與潔正確播度的哨綜合超反映,當偶拐然誤膏差小針到可作以忽嗓略不屢計時蓮，準鐘確度鄉(xiāng)豐等于瞎正確唐度；殘當系潛統(tǒng)誤勝差小丑到可若以忽勒略或鞠得到掃修正念消除誦時，骨準確諷度等終于精泊密度伏。兩族者都關高，敞準確肝度就流高；向兩者裙之一糾低或帳都低友，則床準確職度低假?！?論.測量筑值誤扯差的寨估計1.直接比測量銅的標季準誤上差定義北：各雞測得煌值誤戀差的味平方到的平票均值環(huán)的平剛方根處。其中測量訂列的車標準郊誤差：數學償表達內式測量嚷列的樂標準甘偏差：意義饒：LA(mm)2.12.62.82.93.03.23.7LB(mm)2.1

2.4

2.72.93.13.43.7A組數序比較夏向中轟間集削中，B組數金比A組數寒稍差——貝塞婚爾公碗式肖維高涅準鐵則：若一幼組測革量值師，其樂中某舉次測氣量值哪的偏寶差的擱絕對待值與抄該組臟測量符值的她標準棋偏差S之比傾大于坊某一渣閾值幸。此χi就是榨壞值姓，應闊剔出鼓。Cn肖維蝕涅準抹則系村數即算術慣平均蛋值的境標準為偏差煤：意義：2.直接盲測量結果歉的不確罪定度不確桐定度娃是表飯征被核測量候的真懇值在哲某個堂量值孔范圍抱的評定。A類痛統(tǒng)計概不確貧定度從多余次的茄測量下值計怨算出伯的標題準偏直差合成鴿不確雕定度B類雄非統(tǒng)久計不潤確定如度用其仗它方欄法估逮計的策偏差儀器節(jié)不準對應拍的不確唇定度應用p29鑄9解：1.計算L的算橫術平愈均值2.計算A類不假確定絕度例1：p10測量L(cm)=53.27,53.25,53.23,53.29,53.24,53.28,53.26,53.20,53.24,53.21試計算合成不確定度,并寫出測量結果.

3.計算B類不有確定湖度4.合成尊不確章定度5.測量何結果眉表示罵為3.間接勉測量結果挪的合繩成不確怠定度應用運算關系標準誤差（合成）傳遞公式

常用腹運算陷關系蝕的標蟻準誤艙差傳泉遞公援式§4.有效要數字處及運扒算法僵則一.禽關于有效把數字的幾柔點說飄明1.關于日“0蜻”的漆有效凍問題（1跳）當費“0夜”在鈴數字難的中嚷間或昌末尾孟時有沉效如：屠12西.0約4cm意，錘20槐.5棵0c銅m2，1寧.0夜00友A慮4位注意閃：毫2攀.8性5cm染≠2捉.8基50葵cm羅≠2居.8柳50漏0c陵m（2）當“0駕”在小劍數點盼前面叢或緊詠接小柴數點頑后面柿時無部效如：戲0.惕01烘23dm況，裁0.尺12完3c漠m黃，0借.0給01葛23顧m青3位有效陣數字的定帽義：可靠澇的幾所位數碑字加棗上可耳疑的流一位片數字題統(tǒng)稱雪為測延量結使果的有童效數墊字。（1壓）直接千測量有效今數字康的確竄定讀至啊儀器令最小收分度霸的下話一位如：24mm與2弦5mm之間謊讀著擇24譯.3mm北，0.武3是估緊讀位正對爪24mm時讀防著2飲4.智0mm乖。2.確定匙測量凱結果厲有效去數字側的方用法如：級別來為0脾.1胸級，破量程擱為1門00mA，最小哀分度怕值為慰1mA82mA與8副3mA之間敵讀著82潔.3mA，0.泥3是估莊讀位正對凳82mA時讀販著:82窩.0mA。如：級別暖為1名.0諒級，皆量程狗為1排00mA，最小頂分度倉值為覺2mA82mA與8刮4mA之間意，讀榆著:正對82似mA時讀鴉著82劃mA。82圍mA、83屯mA和84路mA例.級別處為2.錄5級，石量程夕為1A隆，最小懶分度池值為0.托2A讀數I=廊1.弄74錯A或I=嫩1.晌7A練習（2）間接角測量織有效起數字是的確摩定間接罰測量和的有效旗數字的末位應當煤與所繼取誤半差所在娘位一致V的有隨效數徑字為紛1.泉02cm33.數字已的科冤學表榴達式小數著點前掉保留仿一位冊整數靜，用來10n表示結果R=筒（2.0軌0±腿0.壓01榴）×畏104ΩR≠畏200饞00梁±1鎖00號（Ω）結果L=乖（3.2鏈5±詢0.占02偶）×升10-4mL≠薄0.00爹03廚25堡±0低.0展00確00禾2（m）二.有效廟數字坊的運胃算法聰則有效競數字逮進行幫運算補時，躍會出暫現很畫多位鏈數，姑如果菠都給歐予保雨留，既繁洗瑣又歲不合掙理，孤下面遵討論接如何艱合理死地確當定運生算結付果的豎有效數字飄的位蠅數。首先木要確耳定幾支個運萌算規(guī)企則：（1）有效椒數字冶相互閉運算親后仍欣為有香效數滔字，竄既最賞后一汪位可疑其榆它位仿數均次可靠辭。下面未討論歲如何鴿運用順有效鎖數字腳的運算膜規(guī)則。（2）可疑惡數與錢可疑叛數相竿互運賀算后劫仍為鉆可疑管數，迎但其甩進位倚數可視負為可牽靠數杰。（3）可疑歌數與夢可靠堪數相員互運墊算后杰仍為洽可疑萌數。（4）可靠尤數與遼可靠武數相弱互運斯算后習仍為取可靠物數。1.睬加法索、減架法運懸算結論途：加減撕法運木算后撕的末樓位，滿應當菌和參屠加運膚算各反數中顆最先滾出駛現裁的可宴疑位急一致娛。7.63234.15.62

1

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5.4

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41.2

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+32.擔乘法芬、除稍法運援算結論膜：乘除終運算娘后的嘴結果滔的有憐效數企字一幻玉般以敬參與訴運算努各數揉中的游有效斷數字感位數做最少祥的為閘準。125.621.3

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-例293.504÷12=7.8

3.貴乘方振、開黃方運算玻結果御的有休效數聚字與藝其底詞數的糧有效妖數字蛙位數精相同吵。4.自然幻玉數與蔑常數

自然數〔1、2、3…〕和無理常數〔π、、〕的有效數字是無窮多位，計算過程中這些常數的位數比測量數據中位數最少者多一位。5.三角裂函數天、對杠數的運算廢法則三角姜函數由計槽數器南（或悠查表暴）求冊出si刑n4體3026/=0撒.6屆87灣51嫩00蛋98土5si棒n4菊3027/=0樓.6啟87幸72味13握05械1由此奶可知肅應取si惜n4枕3026/=0仿.6寄87睬5例如閱：求si企n4嚴3026/的數抓值可由x函數臭值與x的末擊位增垃加1摧個單選位后刻的函毫數值妥相比盤較去扛確定璃。求cos20018/的有效數字例如：解：首先磁計算co推sx的不宵確定助度而誤差顧位在仔小數謀點后音第四距位根據不確定度：對數覽函數的尾數與X的位數相同3.綜合套運算例1例2：三.數值湯的修斑約規(guī)縮慧則§5怖.數據患處理一.燭列表拜法1、優(yōu)點簡單盜而明蘇確地編表示沈出有棕關量州之間笛的對裕應關陣系，果便于葬對比縮慧檢查都測量像和運哨算結呈果是割否合康理，貢便于駁發(fā)現議和分羽析問股題，恩有助腐于從棟中找惠出規(guī)程律性摩的聯(lián)丑系，口求出頂經驗晃公式箱。實驗倍中，洪被記御