设计性试验教学提纲.ppt

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1、设计性试验比比较较法法：是是是是将将将将被被被被测测测测量量量量与与与与相相相相关关关关标标标标准准准准量量量量进进进进行行行行直直直直接接接接或或或或间间间间接接接接比比比比较较较较,得得得得到到到到测测测测量量量量值值值值的的的的方方方方法法法法。如如如如：米米米米尺尺尺尺、电表都是根据比较法设计而成的仪器。电表都是根据比较法设计而成的仪器。电表都是根据比较法设计而成的仪器。电表都是根据比较法设计而成的仪器。X01050505050100100100100200200200200mAmAmAmA0 0200200200200比较法可分为直接比较法直接比较法和间接比较法间接比较法。比比 较较

2、 法法 间接比较测量法间接比较测量法由于某些物理量无法进行直接比较测量，故需设法将待测物理量转变为另一种能与已知标准量直接比较的物理量，当然这种转变必须服从一定的单值函数关系。如用水银的热膨胀去测量温度、用弹簧的形变去测力等均为这类测量，此种测量称间接比较测量法。直接比较测量法直接比较测量法把待测物理量X与已知其值的同类物理量或标准量S相比较而直接获取量值的方法。这种比较通常要借助仪器或标通常要借助仪器或标准量具。准量具。比较系统 有有些些比比较较要要借借助助于于或或简简或或繁繁的的仪仪器器设设备备，经经过过或或简简或或繁繁的的操操作作才才能能完完成成，此此类类仪仪器器设设备备称称为为比比较较

3、系系统统。天天平平、电电桥桥、电电位位差差计计等等均均是是常用的比较系统。常用的比较系统。为了进行比较，常用以下方法：为了进行比较，常用以下方法：直读法直读法均衡法、补偿法或示零法均衡法、补偿法或示零法 比率测量法比率测量法交换法和替代法交换法和替代法 米米尺尺测测长长、电电流流表表测测电电流流强强度度、电电子子秒秒表表测测时时间间等等，都都是是由由标标度度尺尺示示值值或或数数字字显显示示窗示值直接读出被测值，称为直读法。窗示值直接读出被测值，称为直读法。直直 读读 法法 直读法操作简便实用，但它的测量精度直读法操作简便实用，但它的测量精度取决于标准量具取决于标准量具(或测量仪器或测量仪器)的

4、精度。因此，的精度。因此，标准量具和测量仪器一定要定期校准，还要标准量具和测量仪器一定要定期校准，还要按照规定条件使用，否则就会产生很大的系按照规定条件使用，否则就会产生很大的系统误差。统误差。均衡法、补偿法或示零法均衡法、补偿法或示零法把标准值把标准值S S选择或调节到与待测物理量选择或调节到与待测物理量X X值相等，用于抵消值相等，用于抵消(或补或补偿偿)待测物理量的作用，使系统处于平衡待测物理量的作用，使系统处于平衡(或补偿或补偿)状态。处于平状态。处于平衡状态的测量系统，待测物理量衡状态的测量系统，待测物理量X X与标准值与标准值S S具有确定的关系，这具有确定的关系，这种测量方法称为

5、均衡法种测量方法称为均衡法(或补偿法或补偿法)。测量系统中包含有标准量具和平衡器测量系统中包含有标准量具和平衡器(或示零器或示零器)，在测量过程中，在测量过程中，待测物理量待测物理量X X与标准量与标准量S S直接比较，调整标准量直接比较，调整标准量S S，使，使S S与与X X之差为之差为零零(故也有人称其为示零法故也有人称其为示零法)。这个测量过程就是调节平衡。这个测量过程就是调节平衡(或补或补偿偿)的过程。的过程。可以免去一些附加的系统误差，当系统具有高精度的标准量具和可以免去一些附加的系统误差，当系统具有高精度的标准量具和平衡指示器时，可获得较高的分辨率、灵敏度及测量的精确度。平衡指示

6、器时，可获得较高的分辨率、灵敏度及测量的精确度。均衡法的运用是非常广泛的。例如等臂天平称重、惠斯顿电桥(在比例臂为1：1时)测电阻、电位差计测电压，以及各种平衡电桥的调节等。特点优点补偿法补偿法：用在标准量具上产生的精度很高：用在标准量具上产生的精度很高：用在标准量具上产生的精度很高：用在标准量具上产生的精度很高的某种效应，完全补偿由待测量产生的同种的某种效应，完全补偿由待测量产生的同种的某种效应，完全补偿由待测量产生的同种的某种效应，完全补偿由待测量产生的同种效应，得到未知量的方法。如：电位差计效应，得到未知量的方法。如：电位差计效应，得到未知量的方法。如：电位差计效应，得到未知量的方法。如

7、：电位差计I=0I=0时时时时I=0I=0I=0I=0时时时时 将将一一个个未未知知量量X X与与一一已已知知量量S S的的某某分分数数或或倍倍数数进进行行比比较较，X=kS(kX=kS(k为为比比例例系系数数，可可由由实实验验定定出出)，从而得到未知量，从而得到未知量X X值的方法。值的方法。例如惠斯顿电桥的倍率旋钮挡的设计，就是例如惠斯顿电桥的倍率旋钮挡的设计，就是利用了比率测量法的原理，即利用利用了比率测量法的原理，即利用K(K=0.001K(K=0.001，0.010.01，0.10.1，1 1，1010，100100，1000)1000)来达到改变量程来达到改变量程的目的。的目的。比

8、率测量法比率测量法 用用天天平平称称衡衡物物体体质质量量时时，第第一一次次称称衡衡在在左左盘盘放放置置被被测测物物体体，右右盘盘放放砝砝码码，第第二二次次称称衡衡在在右右盘盘放放置置被被测测物物体体，左左盘盘放放砝砝码码，取取两两次次称称衡衡结结果果的的几几何何平平均均值值作作为为被被测测物物体体的的质质量量可可以以消消除除可可能能存存在在的的天天平平不不等等臂臂误误差的影响。类似的测量方法称为交换法。差的影响。类似的测量方法称为交换法。在用平衡电桥测电阻时，先接入待测电阻，调电桥平在用平衡电桥测电阻时，先接入待测电阻，调电桥平衡，再用可调电阻箱替换待测电阻，并保持其它条件衡，再用可调电阻箱替

9、换待测电阻，并保持其它条件不变，调电阻箱重新使电桥平衡，则电阻箱示值即为不变，调电阻箱重新使电桥平衡，则电阻箱示值即为被测电阻的阻值，类似的测量方法称为替代法。被测电阻的阻值，类似的测量方法称为替代法。交换法和替代法交换法和替代法交换法和替代法常被用来消除系统误差，提高测量的精交换法和替代法常被用来消除系统误差，提高测量的精确度。确度。交换法交换法替代法替代法当当待待测测量量或或待待测测信信号号数数值值过过小小无无法法测测准准时时，可可以以将将其其放放大大后后再再进进行行测测量量。由由于于待待测测物物理理量量的的不不同同，放放大大的的原原理和方法也不同。理和方法也不同。常用的放大法有以下几种：

10、常用的放大法有以下几种：常用的放大法有以下几种：常用的放大法有以下几种：累积放大法机械放大法电学放大法光学放大法积累和放大法积累和放大法放大法放大法：通过某种方法将被测量通过某种方法将被测量 放大后，再进行测量。放大后，再进行测量。如如：螺旋测微计测长：螺旋测微计测长-150把螺纹细分而进行放大。把螺纹细分而进行放大。累积放大法累积放大法 在物理实验中我们常常可能遇到这样一些问题，即在物理实验中我们常常可能遇到这样一些问题，即受测量仪器精度的限制，或受人的反应时间的限制，受测量仪器精度的限制，或受人的反应时间的限制，单次测量的误差很大或无法测出待测量的有用信息，单次测量的误差很大或无法测出待测

11、量的有用信息，这就需要采用累积放大法来进行测量。这就需要采用累积放大法来进行测量。例如例如:单摆实验的周期测量，假定单摆周期单摆实验的周期测量，假定单摆周期T为为2.00s，人开，人开启和关闭秒表的平均反应时间为启和关闭秒表的平均反应时间为t=0.2s，则单次测量周，则单次测量周期的相对误差为期的相对误差为tT=10。若我们测量。若我们测量50个周期，则个周期，则将由人开启和关闭秒表的平均反应时间引起的误差降将由人开启和关闭秒表的平均反应时间引起的误差降到到t50T=0.2。回旋加速器也是利用了累积放大的原理：电子每通过回旋加速器也是利用了累积放大的原理：电子每通过加速器半圆的出口进行一次加速

12、，使电子的能量不断加速器半圆的出口进行一次加速，使电子的能量不断增加。增加。机械放大法机械放大法 机械放大是利用力学量之间的几何关系进行转换机械放大是利用力学量之间的几何关系进行转换放大的一种最直观的放大方法。放大的一种最直观的放大方法。螺旋测微原理是一种机械放大。将螺距螺旋测微原理是一种机械放大。将螺距(螺旋螺旋进一圈的推进距离进一圈的推进距离)通过螺母上的圆周来进行放大。通过螺母上的圆周来进行放大。放大率放大率=D=Dd d，其中，其中d d是螺距，是螺距，D D是微分筒直径。是微分筒直径。由于放大作用提高了测量仪器的分辨率，从而提由于放大作用提高了测量仪器的分辨率，从而提高了测量精度。高

13、了测量精度。电学放大法电学放大法 电电子子学学的的放放大大电电路路将将微微弱弱的的电电信信号号放放大大后后进行测量，这就是电学放大法。进行测量，这就是电学放大法。现在各种新型的高集成度的运算放大器不现在各种新型的高集成度的运算放大器不断涌现，电学放大的放大率可以远高于其它放断涌现，电学放大的放大率可以远高于其它放大方式。因此，常常把其它物理量转换成电信大方式。因此，常常把其它物理量转换成电信号放大以后再转换回去号放大以后再转换回去(如压电转换、光电转换、如压电转换、光电转换、电磁转换等电磁转换等)。同样，为了避免失真，要求电信。同样，为了避免失真，要求电信号放大的过程也应尽可能是线性放大。号放

14、大的过程也应尽可能是线性放大。光学放大法 光光学学放放大大法法分分为为视视角角放放大大和和微微小小变变化化量量(微微小小长长度度、微微小小角角度度)放放大大两两种种。放放大大镜镜、显显微微镜镜和和望望远远镜镜等等都都属属于于视视角角放放大大的的仪仪器器。这这类类仪仪器器只只是是在在观观察察中中放放大大视视角角，并并不不是是实实际际尺尺寸寸的的变变化化，所所以以并并不不增增加加误误差差。因因而而许许多多精精密密仪仪器器都都是是在在最最后后的的读读数数装装置置上上加加一一个个视视角角放放大大装装置置以提高测量精度。以提高测量精度。微小变化量的放大原理常用于检流计、光杠杆等装微小变化量的放大原理常用

15、于检流计、光杠杆等装置中。如测量微小长度变化的光杠杆镜尺法则是通过测置中。如测量微小长度变化的光杠杆镜尺法则是通过测量放大的物理量来获得微小的长度变化。量放大的物理量来获得微小的长度变化。模拟法模拟法：对不易测量的量，用对模型的测量对不易测量的量，用对模型的测量代替对原型的测量。代替对原型的测量。+q-q模拟法种类模拟法种类 几何模拟法几何模拟法 物理模拟法物理模拟法 数学模拟法数学模拟法转换法转换法：对无法直接测量的量，转换为对对无法直接测量的量，转换为对该量所产生的某种效应进行测量。该量所产生的某种效应进行测量。如如：测酸、：测酸、碱、盐溶液的浓度碱、盐溶液的浓度.I 转转换换测测量量法法

16、是是根根据据物物理理量量之之间间的的各各种种效效应应和和定定量量函函数数关关系系，利利用用变变换换原原理理将将不不能能或或不不易易测测量量的的待待测测物物理理量量转转换换成成能能测测或或易易测测的的物物理理量量进进行行测测量量，然然后后再再求求待待测测物物理理量量。实际上就是间接测量法的具体应用。实际上就是间接测量法的具体应用。由由于于物物理理量量之之间间存存在在多多种种关关系系和和效效应应，因因此此也也就就有有不不同同的的转转换换法法，这这恰恰恰恰反反映映了了物物理理实实验验中中最最有有启启发发性性和和开开创创性的一面。性的一面。参量转换法参量转换法能量转换法能量转换法转换法一般可分为：转换

17、法一般可分为：转换法(1)把测不准的量转换成可测量的量。把测不准的量转换成可测量的量。(2)用测量物理量的改变量代替测量物理量。用测量物理量的改变量代替测量物理量。(3)把不可测的量转换成可测的量。把不可测的量转换成可测的量。(4)把单个测量点的计算方法，改变为多个测量点把单个测量点的计算方法，改变为多个测量点 的作图法或回归法。的作图法或回归法。参量转换法参量转换法 参量转换法是利用物理量之间变换的某种参量转换法是利用物理量之间变换的某种函数关系进行的间接测量。函数关系进行的间接测量。用压电传感器用压电传感器测驾驶员座椅的测驾驶员座椅的受力分布。受力分布。待测粮食待测粮食待测粮食待测粮食传送

18、带传送带传送带传送带粮食烘干装置粮食烘干装置待测粮食的含水量与待测粮食的含水量与反射光强反射光强 I I 有关有关F F干涉计量法干涉计量法:现代精密计量的基础现代精密计量的基础。待测平面待测平面平晶平晶待测平面待测平面平晶平晶 利用声波反射，判断前方障碍物利用声波反射，判断前方障碍物（冰山、暗礁、船只、鱼群等）。（冰山、暗礁、船只、鱼群等）。非电量的电测量非电量的电测量非光量的光测非光量的光测地球地球月球月球直角反射器直角反射器 通过测发射与接收两光信号的时通过测发射与接收两光信号的时通过测发射与接收两光信号的时通过测发射与接收两光信号的时间间隔间间隔间间隔间间隔 ，在，在，在，在C C C

19、 C已知的条件已知的条件已知的条件已知的条件下，可知地球、月球之间距离为下，可知地球、月球之间距离为下，可知地球、月球之间距离为下，可知地球、月球之间距离为38383838万万万万公里。激光具有良好的方向性。故制公里。激光具有良好的方向性。故制公里。激光具有良好的方向性。故制公里。激光具有良好的方向性。故制成各种激光测距仪。成各种激光测距仪。成各种激光测距仪。成各种激光测距仪。物理实验的基本操作技术物理实验的基本操作技术 1仪器初态和安全位置仪器初态和安全位置2零位零位(零点零点)调整调整3水平、铅直调整水平、铅直调整4消除视差的调整消除视差的调整5调焦调焦6等高共轴调整等高共轴调整7消除空程

20、误差消除空程误差8逐次逼近调整逐次逼近调整9先定性、后定量原则先定性、后定量原则10回路接线法回路接线法11跃接法跃接法二、误差的分类二、误差的分类系统误差系统误差随机误差随机误差过失误差过失误差天平不等臂所造成的系统误差天平不等臂所造成的系统误差仪器误差仪器误差1.1.系统误差系统误差AOBb b 不偏心时，由于不偏心时，由于 ，所以，所以可用弧长反映角度的可用弧长反映角度的大小。大小。由于偏心，使之用由于偏心，使之用弧长反映角度弧长反映角度 时产时产生的系统误差。如：生的系统误差。如：这是由偏心这是由偏心造成的。造成的。螺线管为无限长，管壁磁漏可忽略螺线管为无限长，管壁磁漏可忽略如：如：由

21、于理论推导中的近似由于理论推导中的近似,产生的产生的系统误差系统误差理论理论公式公式 （忽略了空气阻力等）（忽略了空气阻力等）意大利科学意大利科学意大利科学意大利科学家伽利略在比家伽利略在比家伽利略在比家伽利略在比萨斜塔上做的萨斜塔上做的萨斜塔上做的萨斜塔上做的铁球落地实验铁球落地实验铁球落地实验铁球落地实验。两个不同重。两个不同重。两个不同重。两个不同重量的铁球从高量的铁球从高量的铁球从高量的铁球从高处落下，同时处落下，同时处落下，同时处落下，同时着地。说明理着地。说明理着地。说明理着地。说明理论在一般情况论在一般情况论在一般情况论在一般情况下都能较准确下都能较准确下都能较准确下都能较准确地

22、反映物体真地反映物体真地反映物体真地反映物体真实的运动规律实的运动规律实的运动规律实的运动规律 下降时下降时,受空气受空气阻力阻力f f与下落速度与下落速度v v乃至乃至 成正比，则成正比，则v v增大一定值增大一定值 f=mg f=mg物体将作匀速直线物体将作匀速直线运动，下落物体的运动，下落物体的极限速度约为极限速度约为人为人为 心理作用，读数（估计）偏大或偏小心理作用，读数（估计）偏大或偏小生理因素生理因素听觉听觉嗅觉嗅觉色觉色觉视觉视觉对音域（对音域（20HZ-20KHZ20HZ-20KHZ）的辨别的辨别对音色的辨别对音色的辨别环境环境市电的干扰市电的干扰市电的干扰市电的干扰输入输入输

23、入输入光点检流计光点检流计光点检流计光点检流计人体接人体接人体接人体接近时，近时，近时，近时，静电干扰，使静电干扰，使静电干扰，使静电干扰，使光斑移动等。光斑移动等。光斑移动等。光斑移动等。方法方法内接内接A AV VV VR RV VA AA AV VI IR RI IV V 用用V V作为作为V VR R的近似值的近似值时，求时，求外接外接 增加测量次数误差不能减小，增加测量次数误差不能减小，表现出恒偏大、恒偏小或周期性的表现出恒偏大、恒偏小或周期性的特点。只能从方法、理论、仪器等特点。只能从方法、理论、仪器等方面的改进与修正来消除或减小。方面的改进与修正来消除或减小。系统误差的特点系统误

24、差的特点定值系统误差定值系统误差 变值系统误差变值系统误差图表示各种系统误差图表示各种系统误差 随随测量过程测量过程t t变化而表现出变化而表现出的不同的特征。的不同的特征。按对系统误差的表现形式分：按对系统误差的表现形式分：已定系统误差已定系统误差 未定系统误差未定系统误差按对系统误按对系统误差掌握的程差掌握的程度来分度来分系统误差的特征与规律系统误差的特征与规律在整个测量过程中，误差的大在整个测量过程中，误差的大小和符号恒定不变，这种误差小和符号恒定不变，这种误差称为定值系统误差。如图中直称为定值系统误差。如图中直线线a a所示。所示。定值系统误差例如，千分尺未校准零例如，千分尺未校准零位

25、、天平砝码的标称值位、天平砝码的标称值不准等，都将对测量结不准等，都将对测量结果引入这种定值系统误果引入这种定值系统误差。差。1已已定定系系统统误误差差 这这类类误误差差在在测测量量过过程程中中能能确确定定其其大大小小和和方方向向，在在处处理理时时可以对测量结果进行修正。可以对测量结果进行修正。2未未定定系系统统误误差差 这这类类误误差差在在测测量量过过程程中中不不能能确确定定其其大大小小和和方方向向，在在处处理理时时，常常用用估估计计误误差差限限的的方方法法得得出出，并并将将其归入不确定度中的其归入不确定度中的B类分量处理。类分量处理。已定系统误差和未定系统误差已定系统误差和未定系统误差线形

26、线形(累进累进)变化变化非线形变化非线形变化周期性变化周期性变化复杂规律变化复杂规律变化变值系统误差 在测量过程中，当测量条件变化时，误差在测量过程中，当测量条件变化时，误差的大小和符号按一定的规律变化的误差称为变的大小和符号按一定的规律变化的误差称为变值系统误差，按其变化规律又可以分为：值系统误差，按其变化规律又可以分为：发现系统误差的方法发现系统误差的方法系统误差的减小与消除系统误差的减小与消除理论分析法理论分析法 实验对比法实验对比法 数据分析法数据分析法误差根源：减小、消除误差根源：减小、消除实验技巧：交换法、替代法、异号法等实验技巧：交换法、替代法、异号法等用修正值修正测量结果用修正

27、值修正测量结果周期性系统误差消除法周期性系统误差消除法系统误差的发现与消除系统误差的发现与消除首首先先应应仔仔细细分分析析所所采采用用的的实实验验方方法法、仪仪器器设设备备、环环境境条条件件和和测测量量者者的的素素质质等等方方面面，对对可可能能产生系统误差的因素，尽可能预先处理。产生系统误差的因素，尽可能预先处理。例如：测量仪器要求铅直或水平放置才能正常工作的，则应在 测量前做好调整工作。为了保证仪器仪表的准确可靠，应定期对其进行校验。为了消除仪表之间的相互干扰，则应在测量布局上正确安排，合理布局。如果外界的温度、压力和振动等变化会引入系统误差，则应稳定其温度、压力等外界条件，减小振动后再进行

28、测量。解决系统解决系统误差的根误差的根本办法。本办法。消除系统误差产生的根源用修正值修正测量结果 包括对仪器仪表的示值进行校准，引入修正值或作出校准曲线，然后取与误差数值大小相同而符号相反的值作为修正值，将实际测得值加上相应的修正值，即可以得到不包含系统误差的测量结果。要求对仪器仪表提供修正值的标准器具应具有较高的精确度，一般均应比被校仪器高出两个精度等级。也可以对理论公式进行修正，找出修正值。具有设计性内容的实验具有设计性内容的实验主要设计内容包括主要设计内容包括：建立物理模型、确定实验方法、建立物理模型、确定实验方法、选择仪器设备、制定实验步骤选择仪器设备、制定实验步骤设计性实验v测量型实

29、验：对某一物理量（如电容、折射测量型实验：对某一物理量（如电容、折射率、静态磁特性的测量等）进行测定，达到率、静态磁特性的测量等）进行测定，达到设计要求；设计要求；v研究型实验：用实验确定两物理量或多物理研究型实验：用实验确定两物理量或多物理量之间的关系（电源特性研究），并对其物量之间的关系（电源特性研究），并对其物理原理、外界条件的影响或应用价值等进行理原理、外界条件的影响或应用价值等进行研究；研究；v制作型实验：设计并组装装置，如万用表、制作型实验：设计并组装装置，如万用表、全息光栅等全息光栅等 三种类型：三种类型：一般要求 第一次为准备实验，要求先有方案和第一次为准备实验，要求先有方案和

30、参考资料列表。了解所需实验仪器性能和参考资料列表。了解所需实验仪器性能和操作方法，进行试做，研究设计方案的可操作方法，进行试做，研究设计方案的可行性。行性。第二次带第二次带“可行的设计方案可行的设计方案”，精做，精做实实验。验。设计性实验的一般程序设计性实验的一般程序：建立建立物理物理模型模型确定确定实验实验方法方法选择选择实验实验仪器仪器选择选择实验实验参数参数实验实验操作操作处理处理数据数据撰写撰写实验实验报告报告制定制定实验实验步骤步骤一、建立物理模型一、建立物理模型 根据实验对象的物理性质，研究与实验对根据实验对象的物理性质，研究与实验对象相关的物理过程原理及过程中各物理量之间的象相关

31、的物理过程原理及过程中各物理量之间的关系、推导数学公式关系、推导数学公式。例：测量大连地区的重力加速度例：测量大连地区的重力加速度g。测量精度要求：测量精度要求：什么物理现象或物理过程与g有关？自由落体运动自由落体运动/物体在斜面上的滑动物体在斜面上的滑动/抛体抛体运动运动/单摆单摆/物理模型的建立物理模型的建立要测某一地区的重力加速度要测某一地区的重力加速度或者建立一个单摆的或者建立一个单摆的物理模型。物理模型。可建立一个自由落体运动的物可建立一个自由落体运动的物理模型理模型注意适用条件：注意适用条件：1 1、只有系小球的细线的质量、只有系小球的细线的质量比小球质量小很多；比小球质量小很多；

32、2 2、小球的直径比细线的长度、小球的直径比细线的长度小很多；小很多；3 3、小球在重力作用下做小角、小球在重力作用下做小角度摆动等，周期才满足公式度摆动等，周期才满足公式测量重力加速度的物理模型测量重力加速度的物理模型自由落体模型自由落体模型只能测一个单程的时间与只能测一个单程的时间与位移，当下落行程位移，当下落行程h为为2m时时，所需时间，所需时间t只有只有0.6s多，多，这就对计时仪器的精度提这就对计时仪器的精度提出了很高的要求。出了很高的要求。单摆模型单摆模型可测可测n个周期的累积摆动时个周期的累积摆动时间，对于摆长间，对于摆长L=1m的单摆，的单摆，周期周期T约为约为2s，若累计测，

33、若累计测50个周期，则时间间隔达个周期，则时间间隔达100s左右左右.显然采用此方案，既简单，又准确。因此，显然采用此方案，既简单，又准确。因此，选单摆模型比自由落体要好。选单摆模型比自由落体要好。比如：比如：在在测测量量温温度度时时可可以以使使用用水水银银温温度度计计、热热电电偶偶、热热敏敏电电阻阻等多种器具；等多种器具；测测量量电电压压可可以以用用万万用用表表、数数字字电电压压表表、电电位位差差计计、示示波波器等。器等。一个实验中可能要测量多个物理量，而每个物理量又都可能一个实验中可能要测量多个物理量，而每个物理量又都可能有多种测量方法。有多种测量方法。必须根据被测对象的性质和特点，罗列各

34、种可能的实验方法，必须根据被测对象的性质和特点，罗列各种可能的实验方法，分析各种方法的适用条件，比较各种方法的局限性及可能达到的分析各种方法的适用条件，比较各种方法的局限性及可能达到的实验精度等因素，并考虑各种方法实施的可能性，优缺点，综合实验精度等因素，并考虑各种方法实施的可能性，优缺点，综合后做出选择。后做出选择。一般情况下，为减小误差应尽可能采取等精度的多次测量；一般情况下，为减小误差应尽可能采取等精度的多次测量；对于等间隔、线性变化的实验数据的处理可采用对于等间隔、线性变化的实验数据的处理可采用“逐差法逐差法”、“最小二乘法最小二乘法”等。等。实验方法的选择测量仪器的选择与配套在间接测

35、量中，每个独立测量量的不确定度都会对最终结在间接测量中，每个独立测量量的不确定度都会对最终结果的不确定度有贡献。若测量结果的合成不确定度为果的不确定度有贡献。若测量结果的合成不确定度为 ，则则 中的每一项中的每一项 都要大致相等。都要大致相等。选择的方法是通过待测的间接测量量与各直接测量量的函选择的方法是通过待测的间接测量量与各直接测量量的函数关系导出不确定度传递公式，并按照数关系导出不确定度传递公式，并按照“不确定度均分不确定度均分”原理将对间接测量量的不确定度要求分配给各直接测量量，原理将对间接测量量的不确定度要求分配给各直接测量量，再由此选择精度和量程适合的仪器。再由此选择精度和量程适合

36、的仪器。例如例如：不确定度均分原理选择测量仪器不确定度传递公式不确定度传递公式单摆实验单摆实验测长仪器的允许最大不确定度测长仪器的允许最大不确定度(示值误差示值误差)为为3.5mm，计时仪器的允许最大不确定度计时仪器的允许最大不确定度(示值误差示值误差)为为0.0036s。考虑到测量方便考虑到测量方便选摆长选摆长L约为约为lm，则周期约为，则周期约为2s。选择选择lmm刻度的米尺测长完全可以达到要求；考虑到刻度的米尺测长完全可以达到要求；考虑到用停表计时时最小显示为用停表计时时最小显示为0.01s，又由于操作者技术引起的，又由于操作者技术引起的误差在误差在0.2s左右，所以需采用累积计时法，如

37、先测量左右，所以需采用累积计时法，如先测量100个个周期的时间，再转换成一个周期的时间，就能满足上述设周期的时间，再转换成一个周期的时间，就能满足上述设计要求。计要求。由此估算出：由此估算出：比如：比如：由由于于条条件件限限制制，某某一一物物理理量量测测量量的的不不确确定定度度稍稍大大，继继续续降降低低不不确确定定度度又又比比较较困困难难，这这时时可可以以允允许许该该量量的的不不确确定定度度大大一一些些，而而将将其其它它物物理理量量的的测测量量不不确确定定度度降降得更低，以保证合成不确定度达到设计要求。得更低，以保证合成不确定度达到设计要求。另另外外，由由有有效效数数字字运运算算法法则则可可知

38、知，所所选选测测量量仪仪器器的的测测量量精精度度(有有效效数数字字位位数数)应应大大致致相相同同。为为了了合合理理使使用用仪仪器器，达达到到相相应应的的测测量量精精度度，在在选选择择仪仪器器时时应应根根据据实实际际情情况况，兼兼顾顾仪仪器器的的等等级级和和量量程程，使使仪仪器器的的量量程程略略大于测量值即可。大于测量值即可。“不确定度均分不确定度均分”只是一个原则上的分配方法，对只是一个原则上的分配方法，对于具体情况还可具体处理。于具体情况还可具体处理。例如：若待测电流为例如：若待测电流为60mA60mA0.50.5级量程为级量程为300mA300mA的电流表的电流表1.01.0级量程为级量程

39、为75mA75mA的电流表的电流表仪器示值误差限仪器示值误差限 误差限值的相对值误差限值的相对值 由于待测量的量值与仪器的量程不匹配，用由于待测量的量值与仪器的量程不匹配，用0.50.5级的表测得的级的表测得的结果反而不如结果反而不如1.01.0级的表好。级的表好。比较其结果可见：比较其结果可见：在在在在实实实实验验验验方方方方法法法法及及及及仪仪仪仪器器器器选选选选定定定定的的的的情情情情况况况况下下下下，选选选选择择择择有有有有利的测量条件，最大限度地减小系统误差。利的测量条件，最大限度地减小系统误差。利的测量条件，最大限度地减小系统误差。利的测量条件，最大限度地减小系统误差。如用单摆测重

40、力加速度时，我们选用的实验装置必如用单摆测重力加速度时，我们选用的实验装置必须满足：球要小，可看成质点；线要轻，可忽略摆线质须满足：球要小，可看成质点；线要轻，可忽略摆线质量；摆角要小于量；摆角要小于 ，以满足公式，以满足公式 的要求。的要求。又如一般电表读数的最有利条件是选取电表刻度盘的又如一般电表读数的最有利条件是选取电表刻度盘的2/32/3附近的区域。附近的区域。另外，环境条件如温度、湿度、气压、射线、电磁另外，环境条件如温度、湿度、气压、射线、电磁场、振动等，对仪器的正常工作都会有一定的影响，也场、振动等，对仪器的正常工作都会有一定的影响，也会引起系统误差，所以选定合适的测量环境也是不

41、可忽会引起系统误差，所以选定合适的测量环境也是不可忽视的。视的。测量条件与最佳参数的确定测量条件与最佳参数的确定提出具体方案，撰写准备报告提出具体方案，撰写准备报告 整个过程中要查阅足够的参考资料；整个过程中要查阅足够的参考资料；在实验室实地考查仪器情况并进行准备性实验。在实验室实地考查仪器情况并进行准备性实验。参考资料：参考资料：大学物理、物理实验教科书（不同版本）；大学物理、物理实验教科书（不同版本）；有关测量、传感器方面的教材和专著；有关测量、传感器方面的教材和专著；仪器、仪表、器件手册；仪器、仪表、器件手册；仪器说明书；仪器说明书；国家标准、行业标准、技术规范等。国家标准、行业标准、技

42、术规范等。实验操作实验操作实验报告实验报告 实验题目实验题目实验题目实验题目 一、实验任务一、实验任务 二、实验要求二、实验要求 三、实验方案三、实验方案 1.1.物理模型的比较与选择；物理模型的比较与选择；2.2.实验方法的比较与实验方法的比较与选择；选择；3.3.仪器的选择与配套仪器的选择与配套 （1 1）误差公式的推导；）误差公式的推导；（2 2）仪器的选择）仪器的选择 4.4.测量条件与最佳参数的确定测量条件与最佳参数的确定 （1 1）测量条件；（）测量条件；（2 2）最佳参数）最佳参数 四、实验步骤（简略）四、实验步骤（简略）五、实验注意事项五、实验注意事项实验准备报告实验准备报告实

43、实实实 验验验验 题题题题 目目目目 一、实验任务一、实验任务 二、实验要求二、实验要求 三、实验方案三、实验方案 （通过试测选定的实验方案，包括原理公式和原理图）（通过试测选定的实验方案，包括原理公式和原理图）四、实验步骤（简略）四、实验步骤（简略）五、数据处理五、数据处理 实验数据、数据处理、误差估算、误差分析实验数据、数据处理、误差估算、误差分析 六、实验总结六、实验总结 （包括对本实验的总结；实验中的体会、收获；对实验（包括对本实验的总结；实验中的体会、收获；对实验 选题的建议、意见等）选题的建议、意见等）实验报告实验报告此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢