高二物理竞赛物理实验常用基本仪器的原理和使用课件.pptx

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1、常用基本仪器的原理和使用常用基本仪器的原理和使用曲线的改直（自学）曲线的改直（自学）（1 1）等温方程：）等温方程：PV=C, PV=C, 实验测出实验测出P P及及V V一组一组数据，求常数数据，求常数C C。解：方程移项得：解：方程移项得：P=C/VP=C/V 作作P P1/V1/V图线为直线，其斜率为图线为直线，其斜率为C C。（2 2）电容充放电方程）电容充放电方程q=Q eq=Q e-t/RC-t/RC，实验测出，实验测出q q及及t t一组数据，求一组数据，求Q Q及及RCRC。解：两边取自然对数得：解：两边取自然对数得：lnq=lnQ-t/RClnq=lnQ-t/RC 作作lnq

2、lnqt t直线，斜率为直线，斜率为1/RC1/RC，截距为，截距为lnQlnQ（1 1）用数学解析的方法从一组实验数据中找出一）用数学解析的方法从一组实验数据中找出一条条最佳拟合曲线最佳拟合曲线（即寻求一个误差最小的实（即寻求一个误差最小的实验方程），称为方程的回归，回归法中最常验方程），称为方程的回归，回归法中最常用的方法是用的方法是最小二乘法最小二乘法。（2 2）最小二乘法原理是：若能找到一条最佳的拟）最小二乘法原理是：若能找到一条最佳的拟合曲线，那么各测量值与这条拟合曲线上对合曲线，那么各测量值与这条拟合曲线上对应点之差的平方和为最小。应点之差的平方和为最小。（3 3）仅讨论实验中常用

3、的一元线性回归即直线拟）仅讨论实验中常用的一元线性回归即直线拟合问题。合问题。（4 4）计算器最小二乘法一元线性回归计算（二维）计算器最小二乘法一元线性回归计算（二维统计计算功能）统计计算功能） 逐差法逐差法的应用条件的应用条件： 常用于自变量常用于自变量等间隔等间隔变化的线性函数的关系处理变化的线性函数的关系处理中，求其线性关系式中的斜率。中，求其线性关系式中的斜率。 逐差法的优点：逐差法的优点： 利用实验中单行程测量采集的数据，达到对数利用实验中单行程测量采集的数据，达到对数据取平均的效果。据取平均的效果。 可以最大限度地保证不损失有效数字、减少相可以最大限度地保证不损失有效数字、减少相对

4、误差。对误差。 把实验数据分成高低两组，对应项相减。把实验数据分成高低两组，对应项相减。p23p23 例题：例题：取振子质量均为取振子质量均为50g, 测出弹簧振子测出弹簧振子振动周期振动周期T与倔强系数与倔强系数k之间的数据关系为：之间的数据关系为：CkT 弹簧序号弹簧序号12345周期周期T(s)0.5940.6250.7150.7810.808倔强系数倔强系数 k(Nm-1)5.575.093.893.243.05分析数据，寻求分析数据，寻求T与与k函数关系函数关系 设：设：弹簧弹簧序号序号12345lgT-0.226-0.204-0.146-0.108-0.093lgk0.7460.7

5、070.5900.5110.484解解（1）利用曲线改直变换公式得：）利用曲线改直变换公式得： l g T = l g C + l g k （2）计算）计算l g T及及l g K （3）作）作l g T l g K 图线图线O（4）由解析点）由解析点 A(0.500,-0.101)、 B(0.730,-0.217) 求斜率即求斜率即 .（5）求截距即）求截距即lgC: .).(.).(.ClgC=1.416用计算器一元线性回归计算功能检验用计算器一元线性回归计算功能检验（1）按）按MODE 2，显示，显示 LR。（。（2）清除内存）清除内存（3）输入数据：）输入数据： 0.746 XDYD

6、-0.226 DATA弹簧序号弹簧序号12345lgT-0.226-0.204-0.146-0.108-0.093lgk0.7460.7070.5900.5110.484（4）查看结果：查看结果： 斜率斜率 =-0.502=-0.502 截距截距 lgC=0.149 C=1.409lgC=0.149 C=1.409 相关系数相关系数 r=0.99983148r=0.99983148， 结果合理结果合理 分度值分度值=1mm (49mm / 50) =0.02mm分度值：分度值： 游标尺所能准确读到的最小数值游标尺所能准确读到的最小数值12.68mm游标尺的读数方法使用注意事项 分度值分度值=

7、0.5 mm/50 = 0.01mm= 0.5 mm/50 = 0.01mma a 主尺刻度在主尺刻度在6mm6mm到到 6.5mm6.5mm之间之间 b b 游标刻度在游标刻度在0.24mm0.24mm到到0.25mm0.25mm之间之间 c c 游标估读游标估读0.003mm 0.003mm d d 读数为读数为6+0.24+0.003=6.243mm6+0.24+0.003=6.243mm螺旋测微计的初读数0.042mm0.043mm0.043mm测量值测量值=读数值读数值初读数初读数 电源的种类有很多，如蓄电池、整流电源、电源的种类有很多，如蓄电池、整流电源、稳压电源、恒流源等。稳压电

8、源、恒流源等。 使用电源前要注意看清楚：使用电源前要注意看清楚： 额定电源电压为多少？电流多少？功额定电源电压为多少？电流多少？功 率为多少？是电源交流还是直流电源？率为多少？是电源交流还是直流电源？ 与实验测量中所要求的指标相符吗？与实验测量中所要求的指标相符吗？电表的种类。电表的种类。电表的准确度等级：按国际规定电电表的准确度等级：按国际规定电表可分表可分0.1、0.2、0.5、1、1.5、2.5、5七个准确度等级。七个准确度等级。电表的读数的误差：取决于电表的电表的读数的误差：取决于电表的准确度等级准确度等级K K与电表的量程与电表的量程A A， 最大误差：最大误差：UN=AK%再如：选

9、用量程为再如：选用量程为300mA的电流表，其的电流表，其准确度等级为准确度等级为0.5级表，读数的误差为：级表，读数的误差为：如：选用量程为如：选用量程为150mA150mA的电流表，其准的电流表，其准确度等级为确度等级为0.50.5级表，读数的误差为：级表，读数的误差为：150mA150mA0.5%=0.5%=0.75mA0.75mA，300mA300mA0.5%= 0.5%= 1.5mA1.5mA电流表是用来测电流的，使用时应电流表是用来测电流的，使用时应串联串联在电路中；电压表是用来测电压的，使在电路中；电压表是用来测电压的，使用时应用时应并联并联在电路中。在电路中。选择电表量程要使测

10、量值达到满度的选择电表量程要使测量值达到满度的2/32/3为最好。量程选小了会损坏电表，选大为最好。量程选小了会损坏电表，选大了会使测量误差加大（了会使测量误差加大（为什么？为什么？）不知不知道测量值的量程怎么办？道测量值的量程怎么办？读数时必须使视线垂直于电表表面。读数时必须使视线垂直于电表表面。1 1级级以上电表表面通常附有镜子，读数时应以上电表表面通常附有镜子，读数时应使指针和它的像重合。使指针和它的像重合。 使用电表时请注意标在电表表面上的技使用电表时请注意标在电表表面上的技 术指标常用符号。术指标常用符号。如如、名称名称 符号符号 名称名称 符号符号 磁电系仪器磁电系仪器 整流系仪器

11、整流系仪器 公共端钮公共端钮 * 接地端钮接地端钮 直流直流 交流交流 直流与交流直流与交流 调零器调零器 垂直放置垂直放置 水平放置水平放置 以标度尺量限百分数以标度尺量限百分数表示的准确度等级表示的准确度等级 1.5 以指示值的百分数以指示值的百分数表示的准确度等级表示的准确度等级 绝缘强度试验电压为绝缘强度试验电压为2KV A 组仪表（用在组仪表（用在 0 +40工作）工作） 二级防外磁场及电场二级防外磁场及电场 P108 表表13-1接通电源前接通电源前滑动头应置何位置？滑动头应置何位置？AB接通电源前接通电源前滑动头应置何位置？滑动头应置何位置？AB搞清电路图代表的内容及各仪器的作用

12、。搞清电路图代表的内容及各仪器的作用。布置仪器按布置仪器按1616字原则：便于连线，利于操字原则：便于连线，利于操作，易于观察，保证安全。作，易于观察，保证安全。连接电路按连接电路按1212字原则：始于电源，脉络相字原则：始于电源，脉络相承，分区连线。承，分区连线。接通电路前要检查电路中各器件开关是否置接通电路前要检查电路中各器件开关是否置于正确位置。于正确位置。接通电源时要注意观察有无反常现象，如有接通电源时要注意观察有无反常现象，如有立即断开电源。立即断开电源。当电路一切正常后，应先全面观察并考虑实当电路一切正常后，应先全面观察并考虑实验数据应如何合理分布，然后再测读数据。验数据应如何合理

13、分布，然后再测读数据。作完实验后，不要忙着拆线，先分析一下作完实验后，不要忙着拆线，先分析一下数据是否合理，待任课教师签字认可后，数据是否合理，待任课教师签字认可后，方可拆线。方可拆线。拆线时应首先将电源关掉，并从电源拆起拆线时应首先将电源关掉，并从电源拆起，以防因未关电源而造成两线短路。，以防因未关电源而造成两线短路。拆完线后还应将仪器和导线都整理好，并拆完线后还应将仪器和导线都整理好，并检查以确保仪器的所有开关都处于关的位检查以确保仪器的所有开关都处于关的位置。置。绪论课笔试考查的相关事项绪论课笔试考查的相关事项 实验理论课测验安排：实验理论课测验安排：第九或第十周第九或第十周进行，具体时

14、间地点注意进行，具体时间地点注意教务处和实验中心网站通知。教务处和实验中心网站通知。测验时必须带测验时必须带坐标纸、有统计功能的计算器、作图工具及文具坐标纸、有统计功能的计算器、作图工具及文具（包括作图用铅笔）。（包括作图用铅笔）。绪论课笔试考查重点：绪论课笔试考查重点：1) 误差及不确定度误差及不确定度2) 有效数字及其运算有效数字及其运算3) 数据处理方法：列表法、图示图解法、最小二乘法。数据处理方法：列表法、图示图解法、最小二乘法。4) 物理实验基本仪器的原理和使用物理实验基本仪器的原理和使用实验实验 1 - 长度的测量与数据处理练习长度的测量与数据处理练习实验实验13- 电磁学实验中的常用基本仪器的使用电磁学实验中的常用基本仪器的使用5） 学生物理实验规范，学生物理实验规范， 参见参见学生实验须知学生实验须知相应内容相应内容 。祝同学们在物理实验 中心学习愉快！