北工大物理实验绪论PPT优秀PPT.ppt
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1、北京工业大学物理实验中心 http:/物理试验课的基本程序和要求物理试验课的基本程序和要求 1.1.试验课前预习试验课前预习(1)(1)预习讲义中与本试验相关的全部内容。预习讲义中与本试验相关的全部内容。(2)(2)写出预习报告(试验题目、目的、仪器、写出预习报告(试验题目、目的、仪器、原理、主要计算公式、原理简图)原理、主要计算公式、原理简图),准备原准备原始试验数据记录表格。始试验数据记录表格。北京工业大学物理实验中心 http:/2.2.课堂试验操作课堂试验操作(1)(1)上课需带试验讲义、笔、尺、计算器等。上课需带试验讲义、笔、尺、计算器等。(2)(2)必必需需在在了了解解仪仪器器的的
2、工工作作原原理理、运运用用方方法法、留留意意事事项项的基础上,方可进行试验。的基础上,方可进行试验。(3)(3)仪仪器器安安装装调调试试后后经经老老师师检检查查无无误误后后方方可可进进行行试试验验操操作。作。(4)(4)留留意意视视察察试试验验现现象象,细细致致记记录录测测量量数数据据,将将数数据据填填入试验记录表格入试验记录表格,数据须经指导老师检查及签字。数据须经指导老师检查及签字。(5)(5)试试验验后后请请将将运运用用的的仪仪器器整整理理好好,归归回回原原处处。经经老老师师允许后方可离开试验室。允许后方可离开试验室。3.3.课课后后按按要要求求完完成成试试验验报报告告,并并在在规规定定
3、的的时时间间交交任任课课老老师。师。北京工业大学物理实验中心 http:/高校物理试验课分两学期完成高校物理试验课分两学期完成上课时间上课时间:34节节 9:5512:10 56节节 13:0015:15 本学期试验成果的构成:平常分本学期试验成果的构成:平常分72分分+考试分考试分28分;分;平常分平常分72分分=绪论绪论15分分+绪论绪论2-长度试长度试验分验分5分分+6次试验分(次试验分(48分)分)+期末上期末上交报告交报告4分。分。北京工业大学物理实验中心 http:/D21 1102410326 10020023 知行楼知行楼3层层327房间房间D22 1102412733 110
4、2420119 知行楼知行楼4层层426房间房间D23 1102422034 1104610110 知行楼知行楼4层层412房间房间D24 1104611134 知知行行楼楼3层层312房间房间上课时间:其次周周四(上课时间:其次周周四(3月月1日)上午日)上午09:55-12:10上课内容:绪论上课内容:绪论2(长度的测量(长度的测量(4.1,P48)北京工业大学物理实验中心 http:/D25 1102000129 知行楼知行楼3层层327房间房间D26 1102003038 1102110318 知行楼知行楼4层层426房间房间D27 1102111935 1102120110 知行楼知
5、行楼4层层412房间房间D28 1102121135 知知行行楼楼3层层312房间房间上课时间:其次周周四(上课时间:其次周周四(3月月1日)下午日)下午13:00-15:15上课内容:绪论上课内容:绪论2(长度的测量(长度的测量(4.1,P48)北京工业大学物理实验中心 http:/第第2、3周周上上课课时时间间到到知知行行楼楼329房房间间(张张兵兵老老师师)买买报报告告纸纸,以以原原来来的的自自然然班班为为单单位位,每每位位同同学学交交3.5元元/10份,请班长或科代表提前把钱收齐。份,请班长或科代表提前把钱收齐。绪绪论论课课作作业业用用数数学学作作业业纸纸,其其它它试试验验用用物物理理
6、试试验验报报告告纸。纸。绪绪论论课课作作业业:p22-23:1、3(1)、3(2)、7、8,每每题题3分,总计分,总计15分。分。绪绪论论课课作作业业由由各各试试验验班班任任课课老老师师批批改改并并记记录录成成果果(交交给下次上课的老师)。给下次上课的老师)。北京工业大学物理实验中心 http:/为什么要上物理试验课为什么要上物理试验课测量和误差测量和误差不确定度不确定度测量结果的表述规范测量结果的表述规范有效数字有效数字数据处理的基本方法数据处理的基本方法 主要内容主要内容北京工业大学物理实验中心 http:/为什么要上物理试验课物理试验的作用物理试验的作用物理试验课的目的物理试验课的目的北
7、京工业大学物理实验中心 http:/物理试验的作用 物理学是探讨物质运动一般规律及物质基本结构的物理学是探讨物质运动一般规律及物质基本结构的科学,是自然科学的基础学科科学,是自然科学的基础学科,是学习其它自然科学和工是学习其它自然科学和工程技术的基础。程技术的基础。物理学是一门试验科学,物理试验在物理学的产生、物理学是一门试验科学,物理试验在物理学的产生、发展和应用过程中起着重要作用。发展和应用过程中起着重要作用。北京工业大学物理实验中心 http:/伽利略把试验和逻辑引入物理学伽利略把试验和逻辑引入物理学,使物理使物理学最终成为一门科学。学最终成为一门科学。经典物理学规律是从试验事实中总结出
8、经典物理学规律是从试验事实中总结出来的。来的。近代物理学是从试验事实与经典物理学近代物理学是从试验事实与经典物理学的冲突中发展起来的。的冲突中发展起来的。很多技术科学是从物理学的分支中独立很多技术科学是从物理学的分支中独立出去的。出去的。北京工业大学物理实验中心 http:/以诺贝尔物理学奖为例以诺贝尔物理学奖为例:80%以上的诺贝尔物理学奖给了试验物理学家。20%的奖中很多是试验和理论物理学家共享的。试验成果可以很快得奖,而理论成果要经过至少两个试验的检验。有的建立在共同试验基础上的成果可以连续几次获奖。北京工业大学物理实验中心 http:/1997:独创了用激光冷却和俘获原子的方法 Ste
9、ven Chu Cohen-Tannoudji William D.Phillips 1998:量子霍耳效应,电子能够形成新型粒子 Robert B.Laughlin Horst L.Stormer Daniel C.Tsui北京工业大学物理实验中心 http:/2001:玻色-爱因斯坦凝合 Eric A.Cornell Wolfgang Ketterle Carl E.Wieman北京工业大学物理实验中心 http:/2010年诺贝尔物理学奖:英国科学家在二维空间材料石墨烯方面的开创性试验而获奖。2011年诺贝尔物理学奖:通过观测遥远超新星发觉宇宙的加速膨胀 北京工业大学物理实验中心 htt
10、p:/ 物理试验课的目的物理试验课的目的学习试验学问培育试验实力提高试验素养北京工业大学物理实验中心 http:/ 学习试验学问学习试验学问 通过对试验现象的视察、分析和对物理量的测量,学习物理试验学问和设计思想,驾驭和理解物理理论。北京工业大学物理实验中心 http:/培育试验实力借助教材或仪器说明书正确运用常用仪器;运用物理学理论对试验现象进行初步的分析推断;正确记录和处理试验数据,绘制试验曲线,说明试验结果,撰写合格的试验报告;能够依据试验目的和仪器设计出合理的试验。北京工业大学物理实验中心 http:/提高试验素养培育理论联系实际和实事求是的科学作风;肃穆细致的工作看法;主动探讨和创新
11、的探究精神;遵守纪律、团结协作和疼惜公共财产的优良品德。北京工业大学物理实验中心 http:/ 物物理理试试验验课课程程不不同同于于一一般般的的探探究究性性的的科科学学试试验验探探讨讨,每每个个试试验验题题目目都都经经过过细细心心设设计计、支支配配,可可使使同同学学获获得得基基本本的的试试验验学学问问,在在试试验验方方法法和和试试验验技技能能等等方方面面得得到到较较为为系系统统、严严格格的的训训练练,是是高高校校里里从从事事科科学学试试验验的的起起步步,同同时时在在培培育育科科学学工工作作者者的的良良好好素素养养及及科科学学世世界界观观方方面面,物物理理试试验验课课程程也也起起着着潜潜移移默默
12、化化的的作用。作用。希希望望同同学学们们能能重重视视这这门门课课程程的的学学习习,经经过过一年时间的学习,真正做到学有所得。一年时间的学习,真正做到学有所得。北京工业大学物理实验中心 http:/测测量量:把把被被测测量量和和体体现现计计量量单单位位的的标标准准量量进进行行比较,从而确定被测量的值。比较,从而确定被测量的值。测量的结果应包括数值、单位以及结果可信测量的结果应包括数值、单位以及结果可信任的程度(用不确定度来表示)。任的程度(用不确定度来表示)。第第1节节 测量和误差测量和误差一、测量一、测量北京工业大学物理实验中心 http:/在人类的发展历史上,不同时期,不同的国家,乃至不同的
13、地区,同一种物理量有着很多不同的计量单位。如长度单位就分别有码、英尺、市尺和米等。为了便于国际沟通,国际计量大会于1960年确定了国际单位制(SI),它规定了以米、千克、秒、安培、开尔文、摩尔、坎德拉作为基本单位,其他物理量(如力、能量、电压、磁感应强度等)均作为这些基本单位的导出单位。北京工业大学物理实验中心 http:/测量的分类测量的分类测量的分类测量的分类按方法分类:按方法分类:按条件分类:按条件分类:干脆测量干脆测量间接测量间接测量 非等精度测量非等精度测量等精度测量等精度测量数值数值单位单位北京工业大学物理实验中心 http:/二、误差二、误差任何测量结果都有误差!任何测量结果都有
14、误差!1、真值:待测量客观存在的值、真值:待测量客观存在的值(确定确定)误差:误差:真值真值测量值测量值相对误差相对误差:北京工业大学物理实验中心 http:/.相对误差常用百分比表示。它表示确定误差在整个物理量中所占的比重,它是无单位的一个纯数,所以既可以评价量值不同的同类物理量的测量,也可以评价不同物理量的测量,从而推断它们之间优劣。假如待测量有理论值或公认值,也可用百分差来表示测量的好坏。即:北京工业大学物理实验中心 http:/误差误差分类分类 按其特征和表现形式分为系统误差按其特征和表现形式分为系统误差和随机误差。和随机误差。等等精精度度条条件件下下,对对同同一一物物理理进进行行多多
15、次次测测量量,某某一一次次测测量量的的误误差差其其大大小小和和符符号号以以不不行行预预知的方式变更的误差。知的方式变更的误差。误差的分类误差的分类等等精精度度条条件件下下,对对同同一一物物理理量量进进行行多多次次测测量量,误误差差的的数数值值与与符符号号保保持持不不变变,或或以可预知的的方式变化的误差。以可预知的的方式变化的误差。系统系统误差误差 随机随机误差误差 北京工业大学物理实验中心 http:/天天平平不不等等臂臂所所造造成的误差。成的误差。单摆的周期公式:单摆的周期公式:成立的条件之一是摆角趋成立的条件之一是摆角趋于零;而在实验中,摆角于零;而在实验中,摆角为零的条件是不能实现的。为
16、零的条件是不能实现的。仪器仪器理论理论系统误差:例如:仪器结构的不完善,理论公式的系统误差:例如:仪器结构的不完善,理论公式的近似性,环境条件的变更。近似性,环境条件的变更。(不能通过增加测量次数使其减小)(不能通过增加测量次数使其减小)北京工业大学物理实验中心 http:/ 随机误差的特点:单个测量误差表现为不行预知的随机性,但测量次数随机误差的特点:单个测量误差表现为不行预知的随机性,但测量次数足够大时,便可以发觉这些测量值呈现出确定的规律性足够大时,便可以发觉这些测量值呈现出确定的规律性-统计规律性,即统计规律性,即它们听从某种概率分布。它们听从某种概率分布。l误差误差=系统误差系统误差
17、+随机误差随机误差 随机误差:如仪器性能和测量者感官辨别力的统计涨落,环境条件(如温度、随机误差:如仪器性能和测量者感官辨别力的统计涨落,环境条件(如温度、湿度、气压、气流、微震等)的微小波动等。湿度、气压、气流、微震等)的微小波动等。例如:电表轴承的摩擦力变动螺旋测微计测力在确定范围内随机变更操作读数时的视差影响北京工业大学物理实验中心 http:/第第2节节 不确定度不确定度不不确确定定度度:测测量量值值作作为为被被测测量量真真值值的的估估计计值值可可能能存存在在的的一一个个分分布布范范围围,并并在在这这个个分分布布范范围围内内以以确确定的概率(如定的概率(如P=95%)包含被测量真值。)
18、包含被测量真值。测量结果测量结果 yx (P=95%)x是是测测量量值值;是是测测量量不不确确定定度度;P是是包包含含真真值值的的概率。概率。表示测量的精确度表示测量的精确度A类不确定度和类不确定度和B类不确定度。类不确定度。北京工业大学物理实验中心 http:/2.1随机误差的统计处理方法随机误差的统计处理方法试试验验和和统统计计理理论论都都证证明明,当当重重复复测测量量次次数数足足够够多多时时,随随机机误误差差听听从从或或接接近近正态分布(或称高斯分布)规律。正态分布(或称高斯分布)规律。北京工业大学物理实验中心 http:/正态分布的性质:正态分布的性质:单峰性单峰性 对称性对称性 有界
19、性有界性 抵偿性抵偿性增加重复测量次数可以减小随机误差;增加重复测量次数可以减小随机误差;算术平均值可作为测量结果的最佳估计值。算术平均值可作为测量结果的最佳估计值。结论:结论:概率密度函数概率密度函数概率密度函数概率密度函数 f(f()北京工业大学物理实验中心 http:/随机误差的计算随机误差的计算最佳估计值最佳估计值标准偏差标准偏差(贝贝塞塞尔尔公式)公式)标准偏差小,表示测量的值很密集,标准偏差小,表示测量的值很密集,测量的精密度高;测量的精密度高;标准偏差大,表示测量的值很分散,标准偏差大,表示测量的值很分散,测量的精密度低。测量的精密度低。特点特点北京工业大学物理实验中心 http
20、:/总不确定度的总不确定度的A A类重量类重量A A 例1 用用量量程程为为0 025mm25mm的的一一级级螺螺旋旋测测微微计计(仪仪=0.004mm=0.004mm)对对一一铁铁板板的的厚厚度度进进行行了了8 8次次重重复复测测量量,以以mmmm为为单单位位,测测量量数数据据为为:3.7843.784,3.7793.779,3.7863.786,3.7813.781,3.7783.778,3.7823.782,3.7803.780,3.7783.778,求测量的求测量的A A类不确定度类不确定度。北京工业大学物理实验中心 http:/2.2系统误差的处理方法系统误差的处理方法在在一一般般物
21、物理理试试验验中中大大多多数数状状况况下下把把仪仪器器误误差差干干脆脆当当作作总总不不确确定定度度中中用用非非统统计方法估计的计方法估计的B类重量,即类重量,即国国家家技技术术标标准准或或检检定定规规程程规规定定的的计计量量器器具具最最大大允允许许误误差差或或允允许许基基本本误误差差,经经适适当当的的简简化化称称为为仪仪器器的的误误差差(限限),用用仪仪表表示示。它它代代表表在在正正确确运运用用仪仪器器的的条条件件下下,仪仪器器示示值值与与被被测测量量真真值值之间可能产生的最大误差的确定值。之间可能产生的最大误差的确定值。北京工业大学物理实验中心 http:/北京工业大学物理实验中心 http
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