大学物理实验基础教学提纲.ppt
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1、大学物理实验基础v用米尺、游标卡尺和千分尺用米尺、游标卡尺和千分尺测量同一物体的测量同一物体的长度,长度,可以得到不同位数的有效数字,有效可以得到不同位数的有效数字,有效数字的位数越多,测量结果越精确。数字的位数越多,测量结果越精确。v直接测量量的有效位数由被测物理量的大小直接测量量的有效位数由被测物理量的大小和测量仪器决定的。和测量仪器决定的。v间接测量量的有效位数先由运算规则暂定,间接测量量的有效位数先由运算规则暂定,最后由间接测量量的不确定度所在位确定。最后由间接测量量的不确定度所在位确定。例题:已知则:数据处理的基本方法数据处理的基本方法一、列表法一、列表法1 1、列表的作用、列表的作
2、用q 简单明了,便于看出有关量之间的关简单明了,便于看出有关量之间的关 系,便于填写系,便于填写、核对和处理数据。核对和处理数据。2、列表的要求:、列表的要求:q表序、表格名称。表序、表格名称。q各物理量的单位和符号必须合乎规定,单各物理量的单位和符号必须合乎规定,单位写在标题栏中。位写在标题栏中。q所填数据要正确反映测量结果的有效数字。所填数据要正确反映测量结果的有效数字。(各量排列顺序尽量与测量顺序一致)各量排列顺序尽量与测量顺序一致)q必要时加以说明。必要时加以说明。列表法列表法 表表1.不同温度下的金属电阻值不同温度下的金属电阻值n n1 12 23 34 45 56 6t t(C C
3、)10.510.526.026.038.338.351.051.062.862.875.575.5R R()10.42310.42310.89210.89211.20111.20111.58611.58612.02512.025 12.34412.344物理量的名称物理量的名称(符号符号)和单位和单位有效数字正确有效数字正确二作图法二作图法 (图示法、图解法)(图示法、图解法)1 1、图示法、图示法作物理量间的关系图线。作物理量间的关系图线。2 2、图解法、图解法由图线求得待测物理量。由图线求得待测物理量。v作图用铅笔、钢直尺、作图工具作图用铅笔、钢直尺、作图工具v作在专用图纸上作在专用图纸上
4、作图规则:作图规则:选择合适的作图纸及坐标分度值。选择合适的作图纸及坐标分度值。要反映要反映出测量值的有效数字出测量值的有效数字坐标轴。坐标轴。坐标轴为物理参量坐标轴为物理参量标实验点。标实验点。用用“”或或“”“”连点成线。连点成线。用光滑的曲线用光滑的曲线写明图线特征。写明图线特征。从图线上得出的某些参数从图线上得出的某些参数写图名。写图名。图纸选择图纸选择 种种类类直直角角坐坐标标纸纸(毫毫米米方方格格纸纸)、对对数数坐坐标标纸纸、半半对对数数坐坐标标纸纸、极极坐坐标标纸纸等等。物理实验中常用直角坐标纸。物理实验中常用直角坐标纸。尺尺寸寸要要能能够够反反映映测测量量数数据据的的全全部部有
5、有效数字。效数字。10 20(毫米方格纸)(毫米方格纸)19.5mmv坐标轴坐标轴表示物理量及单位。表示物理量及单位。横轴(自变量)横轴(自变量)斜面的高度斜面的高度h h(cmcm)。)。纵轴(应变量)纵轴(应变量)下滑的加速下滑的加速a a(cm/scm/s2 2)。)。v 原点原点不一定取(不一定取(0 0,0 0),可取比数据中最),可取比数据中最 小值略小的整齐数。本例可取(小值略小的整齐数。本例可取(1.5001.500、10.0010.00)图示法图示法物体下滑加速度物体下滑加速度a a与斜面高度与斜面高度h h的关系的关系标坐标轴、原点标坐标轴、原点 用粗实线画坐标轴,用箭头标
6、轴方向,标明坐标轴用粗实线画坐标轴,用箭头标轴方向,标明坐标轴的名称或符号、单位。的名称或符号、单位。图示法图示法物体下滑加速度物体下滑加速度a a与斜面高度与斜面高度h h的关系的关系定比例、标标度定比例、标标度比例:每小格(比例:每小格(mmmm)所表示物理量的大小。)所表示物理量的大小。横轴比例:横轴比例:1mm 0.010cm1mm 0.010cm或或0.010cm/mm0.010cm/mm纵轴比例:纵轴比例:1mm 1mm 或或标度:标度:按顺序标出坐标轴整分度格上的整数值。按顺序标出坐标轴整分度格上的整数值。比比例例可可以以适适当当缩缩小小(放放大大图图纸纸)但但不不能能从从图图上
7、上读出更多的有效位数;读出更多的有效位数;比比例例可可以以适适当当放放大大(缩缩小小图图纸纸)但但不不能能从从图图上上损失有效数字的位数。损失有效数字的位数。定比例时要注意:定比例时要注意:n 保保证证有有效效数数字字:至至少少每每小小格格(mmmm)能能反反映映最后一位可靠数字的一单位。最后一位可靠数字的一单位。n比例只能取比例只能取1 1、2 2、5 5三个数。三个数。图纸大小图纸大小横轴横轴h:1mm0.010 cm 横轴长度横轴长度 =250mm 纵轴纵轴a:1mm0.10 cm/s2 纵轴长度纵轴长度=170mm 图示法图示法物体下滑加速度物体下滑加速度a a与斜面高度与斜面高度h
8、h的关系的关系标出实验点、连线标出实验点、连线v标标出出实实验验点点标标测测试试点点:、等等标标记记,不不需需标标出出坐坐标标值值。同同一一条条图图线线只只能能用用相相同同的的标标记记,若若同同一一图中有几条图线应用不同的标记以示区别。图中有几条图线应用不同的标记以示区别。v连连线线连连成成光光滑滑的的曲曲线线、直直线线,连连线线不不一一定定通通过所有的实验点,使实验点均匀分布在曲线的两侧。过所有的实验点,使实验点均匀分布在曲线的两侧。图示法图示法图示法图示法h(cm)ah曲线曲线图名、比例、作图者、日期图名、比例、作图者、日期2.000 2.500 3.000 3.500 4.0001.50
9、015.0020.0025.0010.002图解法图解法由图线求得待测量由图线求得待测量常常用用例例:在在直直线线情情况况下下(y=kx+b)y=kx+b)由由图图求求(斜率)(斜率)K K,再求某些待测量值:,再求某些待测量值:v 用作计算的点不能取实验点;用作计算的点不能取实验点;v 两个计算点尽可能远些(实验范围内),两个计算点尽可能远些(实验范围内),以免减少计算结果的有效数字;以免减少计算结果的有效数字;v 在图上标出坐标值;在图上标出坐标值;v 计算计算K K(有一定位数、单位);(有一定位数、单位);v 计算有关物理量。计算有关物理量。图解法注意图解法注意图名、比例、作图者、日期
10、图名、比例、作图者、日期图解法图解法原点原点h(cm)ah图线图线 (h1,a1)(h2,a2)(单位单位)作图法可形象、直观地显示出物理量之间的函数关系,也可用来求某些物理参数,因此它是一种重要的数据处理方法。作图时要先整理出数据表格,并要用坐标纸作图。1.选择合适的坐标分度值,确定坐标纸的大小选择合适的坐标分度值,确定坐标纸的大小 坐标分度值的选取应能基本反映测量值的准确度或精密度。坐标分度值的选取应能基本反映测量值的准确度或精密度。根据表数据根据表数据U U 轴可选轴可选1 1mmmm对应于对应于0.100.10V V,I I 轴可选轴可选1 1mmmm对应对应于于0.200.20mAm
11、A,并可定,并可定坐标纸的大小(略大于坐标范围、数据范围)坐标纸的大小(略大于坐标范围、数据范围)约为约为130130mm130mmmm130mm。作图步骤作图步骤:实验数据列表如下:实验数据列表如下.表表1 1:伏安法测电阻实验数据:伏安法测电阻实验数据作图法处理实验数据作图法处理实验数据2、标明坐标轴标明坐标轴:用粗实线画坐标轴,用粗实线画坐标轴,用箭头标轴方向,标坐标用箭头标轴方向,标坐标轴的名称或符号、单位轴的名称或符号、单位,再再按顺序标出坐标轴整分格按顺序标出坐标轴整分格上的量值。上的量值。I(mA)U(V)8.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.0
12、06.002.000 02.004.006.008.0010.001.003.005.007.009.003、标出实验点,用“+”、“”、“”符号表示。4、连线:根据标出实验点连成直线或光滑曲线,实验点要均匀分布在所画线的两侧。标出图线特征:标出图线特征:在图上空白位置标明实在图上空白位置标明实验条件或从图上得出的验条件或从图上得出的某些参数。如利用所绘某些参数。如利用所绘直线可给出被测电阻直线可给出被测电阻R R大大小:从所绘直线上小:从所绘直线上相距相距较远处读取两点较远处读取两点 A A、B B 的坐标的坐标就可求出就可求出 R R 值。值。I(mA)U(V)8.004.0020.001
13、6.0012.0018.0014.0010.006.002.000 02.004.006.008.0010.001.003.005.007.009.00标出图名:标出图名:在图线下方或空白位置在图线下方或空白位置写出图线的名称及某些写出图线的名称及某些必要的说明。必要的说明。A(1.00,2.76)B(7.00,18.58)至此一张图才算完成至此一张图才算完成作图比例:作图比例:U 轴轴:1mm0.10V I 轴轴:1mm0.20mA图名:伏安特性曲线图名:伏安特性曲线 作图者:作图者:xxxxxx由图上由图上A、B两点可得被测电阻两点可得被测电阻R为:为:校正曲线校正曲线:折线折线.横坐标为
14、被校表读数横坐标为被校表读数.纵坐标为标准表读数减被校表读数纵坐标为标准表读数减被校表读数.V(mV)V(mV)不当图例不当图例1:应改为:应改为:曲线太粗,不曲线太粗,不均匀,不光滑均匀,不光滑定容气体压强温度曲线定容气体压强温度曲线 1.20001.60000.80000.4000图图3P(105Pa)t()60.00140.00100.00o120.0080.0040.0020.00图纸使用不当。实际作图时,坐标原点的读数可以不从零开始。图纸使用不当。实际作图时,坐标原点的读数可以不从零开始。图纸使用不当。实际作图时,坐标原点的读数可以不从零开始。图纸使用不当。实际作图时,坐标原点的读数
15、可以不从零开始。定容气体压强温度曲线定容气体压强温度曲线 1.00001.15001.20001.10001.0500 P(105Pa)50.0090.0070.0020.0080.0060.0040.0030.00t()改正为:改正为:不当图例不当图例2:横坐标分度选取不当横坐标分度选取不当,以以3 cm 代表代表1 V,使作图和读图都很困难。实际在选择使作图和读图都很困难。实际在选择坐标分度值时,应既满足有效数字的要求坐标分度值时,应既满足有效数字的要求又便于作图和读图又便于作图和读图。改正为:改正为:(三)逐差法(牛顿环实验)(三)逐差法(牛顿环实验)(四)曲线改直(四)曲线改直 (如(
16、如PV=CPV=C)P PV V图线是曲线,图线是曲线,P P 图线是直线。图线是直线。(五)最小二乘法(五)最小二乘法逐差法逐差法具体具体:测量得到的偶数组数据分成前后测量得到的偶数组数据分成前后2组组 将对应项分别相减将对应项分别相减 最后再求最佳值最后再求最佳值1 2 3 4 5 6 7 8x1x2x3x4x5x6x7x8y1y2y3y4y5y6y7y8最佳值最佳值作图法 简单直观,但随意性大采用逐差法可避免 牛顿环实验习题(习题(p.50p.50):):1 1、3 3、5 5、7 7、8(1)8(1)、(3)(3)、9 9、12(1)12(1)。作图。作图作业要求做在实验报告纸上。作业
17、要求做在实验报告纸上。作图使用毫米方格纸。作图使用毫米方格纸。(到到F114买方格纸买方格纸)实验仪器的使用方法实验仪器的使用方法游标卡尺结构游标卡尺结构游标卡尺由主尺和副尺(游标尺)组成。游标卡尺由主尺和副尺(游标尺)组成。主尺的分度为主尺的分度为1mm1mm,游标尺用于读出不足,游标尺用于读出不足1mm1mm的数值。它有的数值。它有1010个分度格、个分度格、2020个分度个分度格、和格、和5050个分度格几种。个分度格几种。0.02mm主尺主尺游标尺游标尺原理原理游标尺上游标尺上n n个分度格长主尺上(个分度格长主尺上(n-1n-1)个分度格长。)个分度格长。nb=(n-1)anb=(n
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