物理實(shí)驗(yàn)緒論-新版市公開(kāi)課獲獎(jiǎng)?wù)n件省名師優(yōu)質(zhì)課賽課一等獎(jiǎng)?wù)n件

物理試驗(yàn)

緒論1/72第一部分

物理試驗(yàn)課基本程序1.試驗(yàn)前預(yù)習(xí)2.試驗(yàn)進(jìn)行—中心步驟3.試驗(yàn)后寫(xiě)試驗(yàn)匯報(bào)2/721.試驗(yàn)前預(yù)習(xí)

認(rèn)真閱讀教材和相關(guān)參考書(shū)搞清試驗(yàn)原理、方法和試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)充分了解試驗(yàn)理論依據(jù)和條件提前進(jìn)入試驗(yàn)室熟悉試驗(yàn)儀器寫(xiě)出試驗(yàn)預(yù)習(xí)匯報(bào)預(yù)習(xí)應(yīng)做到以下幾點(diǎn)：3/72預(yù)習(xí)匯報(bào)內(nèi)容包含以下幾方面：①試驗(yàn)名稱；②試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)；③試驗(yàn)儀器(型號(hào)、規(guī)格等)；④試驗(yàn)原理：在了解基礎(chǔ)上，用簡(jiǎn)短文字扼要闡述試驗(yàn)原理，切忌照抄。包含主要原理公式及簡(jiǎn)明說(shuō)明，畫(huà)出必要原理圖、電路圖或光路圖；⑤列出統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)“原始數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表格”。（畫(huà)在匯報(bào)冊(cè)最終一頁(yè)，注：用鉛筆畫(huà)方便修改）未預(yù)習(xí)或未寫(xiě)好預(yù)習(xí)匯報(bào)者，老師有權(quán)停頓其試驗(yàn)或試驗(yàn)成績(jī)降一檔！4/722.試驗(yàn)進(jìn)行—中心步驟動(dòng)手試驗(yàn)前老師檢驗(yàn)預(yù)習(xí)匯報(bào)交上次試驗(yàn)匯報(bào)(班長(zhǎng)收齊，按學(xué)號(hào)排好)聽(tīng)老師講解試驗(yàn)原理及注意事項(xiàng)等動(dòng)手試驗(yàn)必須按操作規(guī)程使用儀器，不明確操作規(guī)程，千萬(wàn)不要?jiǎng)佑脙x器。仔細(xì)觀察和認(rèn)真分析試驗(yàn)現(xiàn)象；準(zhǔn)備就緒后再開(kāi)始測(cè)量，要求試驗(yàn)者精力集中，仔細(xì)觀察，精心操作5/72如實(shí)統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)象；

原始數(shù)據(jù)是指從儀器上直接讀出而未經(jīng)整理數(shù)據(jù)，它是以后計(jì)算和分析問(wèn)題依據(jù)，在實(shí)際工作中則是寶貴資料。應(yīng)該一開(kāi)始就統(tǒng)計(jì)在正式統(tǒng)計(jì)紙上。統(tǒng)計(jì)內(nèi)容包含：日期、時(shí)間、地點(diǎn)、室溫、氣壓、儀器編號(hào)、名稱及規(guī)格、原始數(shù)據(jù)及相關(guān)現(xiàn)象原始數(shù)據(jù)必須給教師審閱后簽字！離開(kāi)試驗(yàn)室前，要整理好所用試驗(yàn)儀器，做好清潔工作。6/723、試驗(yàn)后寫(xiě)試驗(yàn)匯報(bào)

試驗(yàn)匯報(bào)是試驗(yàn)工作總結(jié)，是學(xué)生試驗(yàn)結(jié)果書(shū)面反應(yīng)，要求文字通順、字跡端正、圖表規(guī)范、數(shù)據(jù)完備和結(jié)果正確。

要養(yǎng)成按時(shí)處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)和交匯報(bào)習(xí)慣，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，得出試驗(yàn)結(jié)果并進(jìn)行不確定度評(píng)定和討論。7/72試驗(yàn)匯報(bào)內(nèi)容包含：

1、試驗(yàn)名稱2、試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)：3、試驗(yàn)儀器：4、試驗(yàn)原理：5、試驗(yàn)內(nèi)容與步驟：6、試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及處理：7、討論與分析。此部分在試驗(yàn)后進(jìn)行，緊接著“試驗(yàn)原理”寫(xiě)此部分在試驗(yàn)前進(jìn)行8/72試驗(yàn)內(nèi)容與步驟：

重點(diǎn)寫(xiě)出“做什么，怎么做”試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及處理：（1）重新規(guī)范合理地畫(huà)出正式數(shù)據(jù)表格（應(yīng)與“原始數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表格”不一樣）（2）作圖、計(jì)算結(jié)果和不確定度估算（3）結(jié)果：按標(biāo)準(zhǔn)形式寫(xiě)出試驗(yàn)結(jié)果(測(cè)量值、不確定度和單位)，在必要時(shí)注明試驗(yàn)條件。9/72第二部分

測(cè)量誤差與不確定度評(píng)定10/72測(cè)量----就是將待測(cè)物理量與一個(gè)選作標(biāo)準(zhǔn)同類量進(jìn)行比較，得出它們之間關(guān)系。數(shù)值+單位，組成一個(gè)物理量，數(shù)據(jù)應(yīng)包含：數(shù)值大小和單位，二者缺一不可。如測(cè)量值：175.0cm數(shù)值大小單位一、測(cè)量與單位試驗(yàn)中要求采取國(guó)際單位制(SI)：米(m)、千克(kg)、秒(s)、安培(A)、開(kāi)爾文(K)、摩爾(mol)、坎德拉(cd)11/72二、測(cè)量分類

按測(cè)量過(guò)程分：直接測(cè)量間接測(cè)量直接測(cè)量----將待測(cè)量與定標(biāo)測(cè)量?jī)x器或量具比較，直接讀出待測(cè)物理量量值。

間接測(cè)量----有些無(wú)法用儀表或量具直接測(cè)量物理量只能經(jīng)過(guò)對(duì)一些相關(guān)物理量直接測(cè)量，再經(jīng)過(guò)這些物理量間一定函數(shù)關(guān)系求出待測(cè)量大小。12/72例：測(cè)量圓柱體密度首先測(cè)出圓柱體直徑D、高度h和質(zhì)量m經(jīng)過(guò)公式能夠間接測(cè)得圓柱體密度13/72等精度測(cè)量:假如同一觀察者在相同環(huán)境下，用同一個(gè)測(cè)試方法和同一臺(tái)儀器進(jìn)行屢次測(cè)量，此時(shí)能夠認(rèn)為每一次測(cè)量精度都相同，稱作等精度測(cè)量假如在測(cè)試中有某一條件不一樣，，則稱作不等精度測(cè)量

三、等精度測(cè)量和不等精度測(cè)量

14/72四、精密度，準(zhǔn)確度和準(zhǔn)確度精密度：重復(fù)測(cè)量所得測(cè)量結(jié)果離散程度。測(cè)量結(jié)果彼此非常靠近，則精密度高；反之測(cè)量結(jié)果彼此差異較大，則精密度低。準(zhǔn)確度：綜合反應(yīng)離散程度和準(zhǔn)確程度。假如一組測(cè)量值離散程度小、準(zhǔn)確度高則準(zhǔn)確度高；反之假如一組測(cè)量值離散程度大、準(zhǔn)確度低則準(zhǔn)確度低。準(zhǔn)確度：測(cè)量結(jié)果靠近真值程度。測(cè)量結(jié)果靠近真值，準(zhǔn)確度高；反之則準(zhǔn)確度低15/72(a)(b)(c)表示射擊精密度高，但準(zhǔn)確度欠佳；表示準(zhǔn)確度高，但精密度較差

表示精密度、準(zhǔn)確度均較高，即準(zhǔn)確度高。16/72五、有效數(shù)字概念測(cè)量值存在誤差是不可防止，因而測(cè)量值包含了準(zhǔn)確數(shù)字和欠準(zhǔn)數(shù)字。我們將準(zhǔn)確數(shù)字和欠準(zhǔn)數(shù)字總稱為有效數(shù)字。在大學(xué)物理試驗(yàn)中，通常只取一位欠準(zhǔn)數(shù)字。所以有效數(shù)字由若干位準(zhǔn)確數(shù)字和一位欠準(zhǔn)數(shù)字組成。有效數(shù)字不但反應(yīng)了待測(cè)量大小，正確書(shū)寫(xiě)有效數(shù)字還能夠反應(yīng)測(cè)量準(zhǔn)確程度。17/721).有效數(shù)字定義：由測(cè)量結(jié)果第一位非零數(shù)起到最終那一位數(shù)字止全部數(shù)字統(tǒng)稱為測(cè)量有效數(shù)字。4.60cm≠4.600cm2).有效數(shù)字性質(zhì)（1）有效數(shù)字位數(shù)多少與被測(cè)對(duì)象數(shù)值大小相關(guān)。（2）有效數(shù)字位數(shù)多少與測(cè)量?jī)x器精度相關(guān)。18/72比如：用不一樣精度量具測(cè)同一物體長(zhǎng)度。有效數(shù)字多一位,相對(duì)不確定度值幾乎小一個(gè)數(shù)量級(jí),測(cè)量準(zhǔn)確度高。用游標(biāo)卡尺測(cè)量:

L=46.00mm,Δ儀=

0.02mm,

Er=0.026%Er=0.13%Er=0.006%用鋼直尺測(cè)量：L=46.0mm,Δ儀=

0.1mm,用千分尺測(cè)量:

L=46.000mm,Δ儀=

0.004mm,19/72（3）有效數(shù)字位數(shù)與小數(shù)點(diǎn)位置、單位無(wú)關(guān)。比如：4.60cm0.0460m46.0mm（4）

測(cè)量結(jié)果第一位非零數(shù)字前“0”不屬于有效數(shù)字，測(cè)量結(jié)果第一位非零數(shù)字后“0”都是有效數(shù)字.

0.0125m=1.25cm1.0900cm≠1.09cm

20/723).科學(xué)記數(shù)法科學(xué)記數(shù)法:a×10n(單位）a小數(shù)點(diǎn)前只取一位，再乘以10冪次。8.88m=8.88×103mm80.30g=0.0803kg?=80300mg?80.30g=8.030×101g=8.030×104mg=8.030×10-2kg不論采取何種記數(shù)法，有效數(shù)字位數(shù)不變21/724).有效數(shù)字修約規(guī)則依據(jù)GB8017-87要求數(shù)值修約規(guī)則，測(cè)量結(jié)果尾數(shù)修約標(biāo)準(zhǔn)是：四舍六入五湊偶。即小于5數(shù)字舍，大于5數(shù)字入，等于5則把尾數(shù)湊成偶數(shù)，其中5后全0將尾數(shù)湊成偶數(shù)，5后非0則進(jìn)1。比如：測(cè)量結(jié)果為m=3.0625kg,Ucm=0.042kg則應(yīng)表示成m=(3.062±0.042)kg22/72比如:3.64502取3位有效數(shù)字為3.656.28271取4位有效數(shù)字為6.2832.4352取3位有效數(shù)字為17.425取4位有效數(shù)字為7.146取2位有效數(shù)字為0.086取1位有效數(shù)字為17.415取4位有效數(shù)字為23/725).有效數(shù)字運(yùn)算法則

運(yùn)算結(jié)果有效數(shù)字位數(shù)，需求出不確定度才能夠確定出來(lái)。在不要求不確定度時(shí)，按以下粗略方法來(lái)確定。(1)加減運(yùn)算規(guī)則：幾個(gè)數(shù)相加減時(shí)，結(jié)果末位與各數(shù)末位數(shù)中數(shù)量級(jí)最大那一位對(duì)齊。比如：24/72(2)乘除運(yùn)算規(guī)則：幾個(gè)數(shù)相乘除時(shí)，結(jié)果有效數(shù)字位數(shù)與各數(shù)中位數(shù)最少相同。比如：25/726)、直接測(cè)量量有效數(shù)字讀數(shù)標(biāo)準(zhǔn)讀數(shù)為2cm或20mm?應(yīng)為2.00cm或20.0mm全部從儀器上直接讀出數(shù)字(包含估讀一位),都為有效數(shù)字。儀器誤差或最小分度決定測(cè)量值有效數(shù)字位數(shù)例1：普通刻度尺估讀到最小分度值1/1026/72例2：角游標(biāo)尺估讀值:最小分度值1’233o

13?

類似例子：游標(biāo)卡尺27/72例3：數(shù)字表頭讀數(shù)無(wú)估讀值，測(cè)量值直接從表頭讀出：23.9℃28/72誤差與真值關(guān)系：真值：物理量在一定條件下客觀真正大小，通慣用a表示

六、誤差與不確定度誤差：因?yàn)闇y(cè)量?jī)x器不準(zhǔn)，環(huán)境等對(duì)測(cè)量影響，測(cè)量結(jié)果并不完全一致，存在誤差,用ε表示。誤差與真值29/72誤差系統(tǒng)誤差隨機(jī)誤差確定性按特征和表現(xiàn)隨機(jī)性系統(tǒng)誤差----在同一條件下對(duì)同一物理量進(jìn)行等精度測(cè)量，誤差展現(xiàn)符號(hào)和數(shù)值不變或按照一定規(guī)律改變，這類誤差稱作系統(tǒng)誤差。誤差分類粗差剔除30/72系統(tǒng)誤差產(chǎn)生原因：1.測(cè)量?jī)x器本身缺點(diǎn)。2.試驗(yàn)理論和方法不完善。3.環(huán)境影響或沒(méi)有在要求條件下使用儀器。4.試驗(yàn)人員讀數(shù)時(shí)習(xí)慣偏差。發(fā)覺(jué)和判別系統(tǒng)誤差存在，是減小和消除系統(tǒng)誤差首要前提.31/72隨機(jī)誤差----在同一條件下對(duì)同一物理量進(jìn)行等精度測(cè)量，消除系統(tǒng)誤差后剩下誤差符號(hào)和數(shù)值改變不定，依照隨機(jī)規(guī)律改變，這類誤差稱作隨機(jī)誤差。隨機(jī)誤差產(chǎn)生原因：1.觀察者感覺(jué)器官分辨能力限制比如：在估讀某一測(cè)量值時(shí)屢次估讀值會(huì)不一樣。2.試驗(yàn)環(huán)境、電源、電信號(hào)背景噪聲隨機(jī)改變。隨機(jī)誤差分布：正態(tài)分布和均勻分布f(x)

x

32/72不確定度表示測(cè)量值可能變動(dòng)（不能確定）范圍，也是與測(cè)量結(jié)果相關(guān)一個(gè)參數(shù)，用于合理表示因?yàn)闇y(cè)量誤差存在而對(duì)被測(cè)量值不能必定程度。不確定度1981年10月第十七屆國(guó)際計(jì)量委員會(huì)大會(huì)經(jīng)過(guò)決議，提議采取“不確定度”作為測(cè)量結(jié)果正確程度評(píng)價(jià)。

33/72不確定度U包含兩個(gè)方面1.A類不確定度：屢次重復(fù)測(cè)量后，用統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算用UA表示2.B類不確定度：用其它非統(tǒng)計(jì)方法估算比如儀器誤差、未定系統(tǒng)誤差估值等，用UB

表示3.合成不確定度U：A、B兩類不確定度合成，用

合成不確定度作為測(cè)量值正確程度評(píng)價(jià)34/72A類不確定度估算s為標(biāo)準(zhǔn)差，t為分布因子，n為測(cè)量次數(shù)，概率P=0.95時(shí)，滿足下表：測(cè)量次數(shù)n2345678910t因子值12.714.303.182.782.572.452.362.312.268.992.481.591.241.050.930.840.770.7235/72B類不確定度估算B類不確定度是指用非統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算誤差分量，它通常是指儀器誤差和一些特殊估測(cè)極限誤差。儀器誤差：是指正確使用情況下儀器示值最大誤差，通慣用Δ表示。儀器誤差Δ通慣用級(jí)別表示

儀器誤差=級(jí)別×量程儀器誤差詳細(xì)計(jì)算可查閱所用儀器量具使用說(shuō)明。36/72將誤差折算成B類不確定度合成不確定度預(yù)計(jì)37/72測(cè)量結(jié)果表示：Ｎ＝Ｎ測(cè)±U（單位）U是合成不確定度，Ｎ測(cè)是測(cè)量結(jié)果最正確預(yù)計(jì)值。U：取一到兩位有效數(shù)字，尾數(shù)只進(jìn)不舍。Ｎ測(cè)

：確保最終一位與U末位對(duì)齊，修約規(guī)則:四舍六入五湊偶注：38/721、單次直接測(cè)量結(jié)果表示

Ｎ＝Ｎ測(cè)±△儀（單位）

△儀：取一到兩位有效數(shù)字，尾數(shù)只進(jìn)不舍。Ｎ測(cè)最終一位應(yīng)于△儀末位對(duì)齊，

不可能或不需要重復(fù)屢次。屢次測(cè)量同一量結(jié)果一致。單次直接測(cè)量真值預(yù)計(jì)值：?jiǎn)未螠y(cè)量結(jié)果物理量測(cè)量可分為單次測(cè)量和屢次測(cè)量。39/72例１用1.0級(jí),量程為3.0V電壓表測(cè)量電壓,單次測(cè)量測(cè)得電壓為2.62V,寫(xiě)出結(jié)果表示式.解

對(duì)齊或?qū)R40/722、屢次重復(fù)測(cè)量結(jié)果表示U首位數(shù)字≥5,取一位有效數(shù)字。U首位數(shù)字＜5，取兩位有效數(shù)字。尾數(shù)只進(jìn)不舍??！

（單位）真值預(yù)計(jì)值：屢次測(cè)量算術(shù)平均值不確定度：A類和B類不確定度合成:

最終一位與U末位對(duì)齊?。?1/72例2

用50分度游標(biāo)卡尺測(cè)量圓柱體直徑10次，數(shù)據(jù)以下表。寫(xiě)出結(jié)果表示式。解次數(shù)12345678910di(cm)19.7819.8019.7019.7819.7419.7619.7219.6819.8019.7242/72總不確定度直徑測(cè)量結(jié)果對(duì)齊43/72測(cè)量結(jié)果相對(duì)不確定度表示法為全方面評(píng)價(jià)測(cè)量結(jié)果優(yōu)劣,還應(yīng)考慮被測(cè)量量大小,故引入相對(duì)不確定度,Er。Er首位數(shù)字≥5，取一位有效數(shù)字Er首位數(shù)字＜5，取兩位有效數(shù)字Er參加中間計(jì)算，可多保留一位有效數(shù)字。L1=(170.0±0.3)(cm)L2=(17.0±0.3)(cm)Er1=0.18%Er1=1.8%44/72如待測(cè)物理量有公認(rèn)值或理論值，可用百分差來(lái)表示測(cè)量?jī)?yōu)劣，定義為：百分差不表示測(cè)量結(jié)果統(tǒng)計(jì)意義其有效數(shù)字位數(shù)與Er一樣。(3)百分差45/72相對(duì)不確定度或百分差修約時(shí)末位數(shù)也只進(jìn)不舍

Er=1.54%Er=1.6%Er=3.82%Er=3.9%E0=5.04%E0=6%46/72

間接測(cè)量量測(cè)量結(jié)果表示假設(shè)間接測(cè)量量N=f(x，y，z….)其中x，y，z….為直接測(cè)量量則間接測(cè)量量最正確估值

假如為直接測(cè)量量真值最正確估值

間接測(cè)量量真值估算47/72間接測(cè)量量不確定度估算

Ｎ不確定度Ｎ相對(duì)不確定度當(dāng)函數(shù)中各量間是乘除關(guān)系時(shí)，利用相對(duì)不確定度傳遞公式計(jì)算方便。48/72間接測(cè)量結(jié)果表示UＮ取一到兩位有效數(shù)字，尾數(shù)只進(jìn)不舍。最終一位應(yīng)于UN末位對(duì)齊。49/72間接測(cè)量結(jié)果相對(duì)不確定度計(jì)算過(guò)程1、先求直接測(cè)量量不確定度ux，uy，···；2、依據(jù)函數(shù)關(guān)系取對(duì)數(shù)3、利用傳遞公式計(jì)算N相對(duì)不確定度寫(xiě)出lnＮ全微分式50/72例3用單擺測(cè)重力加速度公式為g=4π2l/T2，測(cè)得T=2.000±0.002s,l=100.0±0.1cm,試寫(xiě)出重力加速度g結(jié)果表示式.解:由51/72得重力加速度

g=(987.0±2.2)(cm/s2)對(duì)齊52/72第三部分

數(shù)據(jù)處理基本方法

53/72列表統(tǒng)計(jì)和處理數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)注意1、表格設(shè)計(jì)要合理，要簡(jiǎn)單明了，能完整地統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。物理量排列應(yīng)與測(cè)量次序一致。2、各標(biāo)題欄中應(yīng)注明所列物理量名稱、符號(hào)和單位（數(shù)據(jù)不要重復(fù)書(shū)寫(xiě)單位）。3、表中數(shù)據(jù)要正確反應(yīng)測(cè)量有效數(shù)字。一、列表法54/724、提供與表格相關(guān)說(shuō)明和參數(shù)（表格名稱、測(cè)量?jī)x器規(guī)格、環(huán)境條件等），以利于對(duì)結(jié)果復(fù)查。5、表格中所列主要是原始數(shù)據(jù)，主要中間計(jì)算結(jié)果也可列入。55/72舉例----測(cè)鋼絲直徑56/72二.作圖法作圖法就是經(jīng)過(guò)圖線將物理量之間關(guān)系直觀地表示出來(lái)方法。作好一張正確、實(shí)用、美觀圖是試驗(yàn)技能訓(xùn)練中一項(xiàng)基本功。試驗(yàn)作圖不是示意圖，而是用圖來(lái)表示試驗(yàn)中得到物理量之間定量關(guān)系，要反應(yīng)測(cè)量準(zhǔn)確程度，必須滿足一定作圖規(guī)則。57/72作圖基本規(guī)則1、有完整列有數(shù)據(jù)表格。2、選取適當(dāng)坐標(biāo)紙作圖必須用坐標(biāo)紙。物理試驗(yàn)中慣用是直角坐標(biāo)紙（毫米方格紙）依據(jù)需要選取適當(dāng)種類和大小坐標(biāo)紙。58/723、確定坐標(biāo)軸習(xí)慣以橫軸表示自變量，以縱軸表示因變量。在軸端部表明其所代表物理量名稱符號(hào)及其單位。59/724、合理確定坐標(biāo)分度應(yīng)確保圖上試驗(yàn)點(diǎn)坐標(biāo)讀數(shù)有效數(shù)字位數(shù)不損失。輕易讀出圖上試驗(yàn)點(diǎn)坐標(biāo)讀數(shù)，用1、2、5進(jìn)行分度.坐標(biāo)原點(diǎn)不一定從零開(kāi)始60/725、標(biāo)出試驗(yàn)點(diǎn)用削尖鉛筆以“+”、“×”、“⊙”等記號(hào)標(biāo)試驗(yàn)點(diǎn)。同一圖上化幾條圖線時(shí)，每條圖線要用不一樣符號(hào)標(biāo)識(shí)。61/726、連接試驗(yàn)曲線用直尺、曲線板等工具連線。圖線應(yīng)細(xì)而光滑。在連線時(shí)，盡可能經(jīng)過(guò)較多點(diǎn)，不在線上各點(diǎn)應(yīng)均勻分布在緊靠圖線兩側(cè)。62/72彈簧伸長(zhǎng)L與受力F關(guān)系

（No。5焦利秤）7、圖注和說(shuō)明在圖紙顯著位置寫(xiě)出圖名和試驗(yàn)條件。63/72圖解法利用已作好圖線，定量地求得待測(cè)量或得出相關(guān)量經(jīng)驗(yàn)公式方法。當(dāng)圖線是直線時(shí)，尤為方便。直線圖線圖解步驟：64/721）在