大学物理实验预备知识新.ppt

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1、大学物理实验预备知识新 物理实验的地位、作用物理实验的地位、作用 物理实验课的目的物理实验课的目的 测量与有效数字测量与有效数字 测量误差及处理方法测量误差及处理方法 测量结果的不确定度表示测量结果的不确定度表示 数据处理的基本方法数据处理的基本方法 怎样上好物理实验课怎样上好物理实验课 实验成绩的评定实验成绩的评定 上课须知及本学期课程安排上课须知及本学期课程安排 内内 容容2大学物理实验1.物理学是一门实验科学。许多物理学理物理学是一门实验科学。许多物理学理论和规律都是以实验的新发现为依据被论和规律都是以实验的新发现为依据被提出来提出来,并进一步由实验所检验。并进一步由实验所检验。物理实验

2、的地位、作用物理实验的地位、作用物理学研究方法物理学研究方法理论物理理论物理实验物理实验物理 物理学发展过程中积累了丰富的实验方法、物理学发展过程中积累了丰富的实验方法、创造了众多的精密仪器，它们在工程技术和生产创造了众多的精密仪器，它们在工程技术和生产实践的各行各业中得到广泛的应用。如计量技术、实践的各行各业中得到广泛的应用。如计量技术、激光技术、半导体技术、真空技术、航空航天技激光技术、半导体技术、真空技术、航空航天技术等等。术等等。3大学物理实验2.现代理论物理学与实验物理现代理论物理学与实验物理学的发展学的发展,哺哺育着现代高新技术的成长和发展。育着现代高新技术的成长和发展。现代信息技

3、术现代信息技术的发展与的发展与物理学物理学发展的渊源：发展的渊源：1947年，贝尔实验室的巴丁提出年，贝尔实验室的巴丁提出结晶表面结晶表面理论；理论；1948年，巴丁和布拉顿发明第一个双点接触式年，巴丁和布拉顿发明第一个双点接触式晶体三极管晶体三极管；1949年，贝尔实验室的肖克利提出年，贝尔实验室的肖克利提出p-n结理论结理论，发明，发明结型晶体管结型晶体管；1958年，杰克年，杰克基尔比发明第一块基尔比发明第一块集成电路集成电路；1967年，年，大规模集成电路大规模集成电路产生；产生；1977年，年，超超大规模集成电路诞生。由此奠定现代信息技术发展的基础。大规模集成电路诞生。由此奠定现代信

4、息技术发展的基础。高新技术的发展需要不断地探索新理论、新材料、高新技术的发展需要不断地探索新理论、新材料、新方法、新工艺，为此进行的科学实验在实验设计、新方法、新工艺，为此进行的科学实验在实验设计、实验方法、仪器选择、数据处理等方面都是物理实验实验方法、仪器选择、数据处理等方面都是物理实验的移植与推广。的移植与推广。4大学物理实验 3、“物理实验课物理实验课”是是独立独立于于“大学物理大学物理”的一门基础的一门基础课。物理实验能使学生在实验方法与实验技能上课。物理实验能使学生在实验方法与实验技能上得到系统的训练，使学生的科学实验素质与素养得到系统的训练，使学生的科学实验素质与素养得到培养与提高

5、。得到培养与提高。物理实验课使用案例教学，每一个实验就是一个案例。其内容或是对一些物理量进行测量，或是对某一物理规律进行研究。学习一个实验包含了一般科学实验的全过程：提出任务、研究实验原理、设计实验方案、选择仪器设备、安装调试、按照设计方案步骤进行实验、观察现象、记录数据、处理数据、分析结果、写出实验报告。实验的过程往往存在许多随机因素的干扰，同学们要正确运用理论知识、实验技能在实验中发现问题、分析问题、解决问题，观察现象、归纳结论。返回返回5大学物理实验物理实验课的目的物理实验课的目的学习实验知识学习实验知识培养实验能力培养实验能力提高实验素养提高实验素养6大学物理实验 通过对实验现象的观察

6、、分析和对通过对实验现象的观察、分析和对物理量的测量，学习物理实验知识和设物理量的测量，学习物理实验知识和设计思想，掌握和理解物理理论。计思想，掌握和理解物理理论。学习实验知识学习实验知识7大学物理实验借助教材或仪器说明书正确使用常用仪器；借助教材或仪器说明书正确使用常用仪器；运用物理学理论对实验现象进行初步的分析判运用物理学理论对实验现象进行初步的分析判断；断；正确记录和处理实验数据，绘制实验曲线，说正确记录和处理实验数据，绘制实验曲线，说明实验结果，撰写合格的实验报告；明实验结果，撰写合格的实验报告；能够根据实验目的和仪器设计出合理的实验。能够根据实验目的和仪器设计出合理的实验。培养实验能

7、力培养实验能力8大学物理实验培养理论联系实际和实事求是的科培养理论联系实际和实事求是的科学作风；学作风；严肃认真的工作态度；严肃认真的工作态度；主动研究和创新的探索精神；主动研究和创新的探索精神；遵守纪律、团结协作和爱护公共财遵守纪律、团结协作和爱护公共财产的优良品德。产的优良品德。提高实验素养提高实验素养返回返回9大学物理实验测量与有效数字测量与有效数字测量测量有效数字的读取有效数字的读取有效数字的运算有效数字的运算有效数字尾数的舍取规则有效数字尾数的舍取规则10大学物理实验 物理实验以测量为基础，所谓测量，就物理实验以测量为基础，所谓测量，就是用合适的工具或仪器，通过科学的方法，是用合适的

8、工具或仪器，通过科学的方法，将反映被测对象某些特征的物理量（被测将反映被测对象某些特征的物理量（被测物理量）与选作标准单位的同类物理量进物理量）与选作标准单位的同类物理量进行比较的过程，其比值即为被测物理量的行比较的过程，其比值即为被测物理量的测量值。测量值。测量11大学物理实验直接测量直接测量：将待测物理量与将待测物理量与选定的同类物理量的标准单选定的同类物理量的标准单位直接相比较，得到的比值位直接相比较，得到的比值就是就是被测物理量的测量值被测物理量的测量值；间接测量间接测量：利用待测物理量利用待测物理量与某些可直接测量量之间的与某些可直接测量量之间的已知函数关系，求得该待测已知函数关系，

9、求得该待测物理量物理量的测量值的测量值。测量测量测量12大学物理实验有效数字的读取有效数字的读取测量值测量值=读数值读数值(有效数字有效数字)+)+单位单位有效数字有效数字可靠数字可疑数字（可靠数字可疑数字（一位一位）13大学物理实验 35 35 36(cm)3 3 3 3 36.036.036.036.00 0 0 0cmcmcmcm 332 2 35.435.40 0cmcm22111 1 1 1 35.635.635.635.66 6 6 6cmcmcmcm 有效数字的读取有效数字的读取一位存疑数字一位存疑数字14大学物理实验有效数字的读取有效数字的读取1 1、一般读数应读到最小分度以下

10、、一般读数应读到最小分度以下再估一位再估一位。2 2、有时读数的估计位，就取在、有时读数的估计位，就取在最小分度位最小分度位。例例如，仪器的最小分度值为如，仪器的最小分度值为0.50.5，则都是估计的，则都是估计的，不必估到下一位。不必估到下一位。3 3、游标类量具，读到卡尺分度值。、游标类量具，读到卡尺分度值。多不估读多不估读。4 4、数字式仪表及步进读数仪器、数字式仪表及步进读数仪器不需估读不需估读。15大学物理实验1 1、加加加加、减减减减法法法法：经经加加、减减运运算算后后，计计算算结结果果中中小小数数点点后后面面应应保保留留的的位位数数和和参参与与运运算算的的诸诸数数中中小小数数点点

11、后后位位数数最少的一个相同。最少的一个相同。4.178 +21.3 25.478=25.5有效数字的运算有效数字的运算2 2、乘乘乘乘、除除除除法法法法：经经乘乘、除除运运算算后后，计计算算结结果果的的有有效效数数字字与与诸诸因因子子中中有有效效数数字字最最少的一个相同。少的一个相同。4.178 10.1 4178 4178 421978=42.216大学物理实验有效数字的运算有效数字的运算3 3 3 3、乘方开方、乘方开方、乘方开方、乘方开方：有效数字与其底的有效数字相同。：有效数字与其底的有效数字相同。4 4 4 4、对数函数、对数函数、对数函数、对数函数:运算后的尾数位数与真数位数相同运

12、算后的尾数位数与真数位数相同 例：例：lg1.93lg1.938 8=0.297=0.2973 3 lg1938=3+lg1.93 lg1938=3+lg1.938 8=3.297=3.2973 35 5 5 5、指数函数、指数函数、指数函数、指数函数:运算后的有效数字的位数与指数的运算后的有效数字的位数与指数的 小数点后的位数相同（包括紧接小数点后的位数相同（包括紧接 小数点后的零）。小数点后的零）。例：例：10 106.26.25 5 =1.=1.8 8 10 106 6 10 100.0030.0035 5 =1.00=1.008 817大学物理实验有效数字的运算有效数字的运算6 6 6

13、 6、三角函数、三角函数、三角函数、三角函数:取位随角度有效数字而定。取位随角度有效数字而定。例：例：Sin3000=0.5000Sin3000=0.5000 Cos2016=0.9381 Cos2016=0.93817 7、取取常数常数与测量值的有效数字的位数相同。与测量值的有效数字的位数相同。18大学物理实验有效数字尾数的舍取规则例：将下列数字全部修约为例：将下列数字全部修约为四位有效数字四位有效数字 1 1）尾数）尾数44，1.1181.1184 400001.11800001.1182 2）尾数）尾数66，1.1181.1186 600001.11900001.1193 3）尾数）尾数

14、5 5，a a）5 5右面还有不为右面还有不为0 0的数的数 1.118 1.11859999599991.119 1.1181.119 1.11850001500011.119 1.119 b b）5 5右面尾数为右面尾数为0 0则凑偶则凑偶1.1171.11750000500001.118 1.1181.118 1.11850000500001.1181.118 口诀：口诀：4 4舍舍6 6入入5 5看右，看右，5 5后有数进上去，后有数进上去，尾数为尾数为0 0向左看，左数奇进偶舍弃。向左看，左数奇进偶舍弃。返回返回19大学物理实验测量误差及处理方法测量误差及处理方法l测量误差测量误差l

15、系统误差系统误差l随机误差随机误差20大学物理实验测量误差1 1、真值与误差、真值与误差测量值测量值 ：依据一定的理论方法，使用确定的依据一定的理论方法，使用确定的 仪器，通过直接测量或间接测量得仪器，通过直接测量或间接测量得 到的物理量的值。到的物理量的值。误差：误差：真值真值 :一个物理量的客观存在值，与测量一个物理量的客观存在值，与测量 所用的理论方法及仪器无关。所用的理论方法及仪器无关。21大学物理实验2 2、误差的分类、误差的分类偶然误差：在对同一被测量进行多次测量偶然误差：在对同一被测量进行多次测量 时，误差的大小和符号以不可时，误差的大小和符号以不可 预知的方式变化的误差分量。预

16、知的方式变化的误差分量。测量误差 误差存在于一切测量之中，误差存在于一切测量之中，消除或减小消除或减小误差、对误差作出估计是测量的不可缺少的误差、对误差作出估计是测量的不可缺少的组成部分。组成部分。误误差差系统误差：在对同一被测量进行多次测量在对同一被测量进行多次测量 时，误差的大小和符号保持恒时，误差的大小和符号保持恒 定或以某种可预知的方式变化定或以某种可预知的方式变化 的误差分量。的误差分量。22大学物理实验系统误差仪器误差仪器误差天平不等臂所造成的天平不等臂所造成的 系统误差系统误差1、系统误差的来源23大学物理实验系统误差公式公式 （忽略了空气阻力）（忽略了空气阻力）理论误差理论误差

17、24大学物理实验方法误差方法误差内接内接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，求外接外接系统误差25大学物理实验个人误差个人误差 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。系统误差26大学物理实验环境误差环境误差市电的干扰市电的干扰输入输入输入输入光点检流计光点检流计光点检流计光点检流计接近时，静接近时，静接近时，静接近时，静电干扰

18、，使电干扰，使电干扰，使电干扰，使光斑移动等光斑移动等光斑移动等光斑移动等。系统误差27大学物理实验系统误差已定系统误差：在测量结果中引入修正量对误已定系统误差：在测量结果中引入修正量对误 差进行消除。差进行消除。如伏安法测电阻时如伏安法测电阻时 要计算出电表内阻产生的修正量要计算出电表内阻产生的修正量。未定系统误差：可采用合适的测量方法对误差未定系统误差：可采用合适的测量方法对误差 进行补偿和消除。进行补偿和消除。如交换法、补如交换法、补 偿法、异号抵消法等偿法、异号抵消法等。不可消除的误差要估计出分布不可消除的误差要估计出分布 范围。范围。2 2、系统误差的处理方法、系统误差的处理方法28

19、大学物理实验随机误差 随机误差对每一次测量结果的影响具有随机性随机误差对每一次测量结果的影响具有随机性特点。但在多次测量中表现出确定的规律特点。但在多次测量中表现出确定的规律-统计规律。统计规律。因此，可用统计规律对随机误差的影响程度作出客观因此，可用统计规律对随机误差的影响程度作出客观的估计和评价。的估计和评价。1、产生原因、产生原因:实验条件和环境因素无规则的起伏变化，引实验条件和环境因素无规则的起伏变化，引起测量值围绕真值发生涨落的变化。随机误差起测量值围绕真值发生涨落的变化。随机误差无法消除。无法消除。29大学物理实验随机误差2 2、无穷多次测量，随机误差服从正态分布、无穷多次测量，随

20、机误差服从正态分布 30大学物理实验随机误差 标准误差小：标准误差小：表示测得值很表示测得值很密集，随机误差分布范围窄，密集，随机误差分布范围窄，测量的精密度高；测量的精密度高；标准误差大：标准误差大：表示测得值很表示测得值很分散，随机误差分布范围宽，分散，随机误差分布范围宽，测量的精密度低。测量的精密度低。标准误差表示测量值的离散程度标准误差表示测量值的离散程度31大学物理实验随机误差 任意一次测量值落入区间任意一次测量值落入区间 的概率为的概率为 这个概率叫这个概率叫置信概率置信概率 对应的区间叫对应的区间叫置信区间置信区间0.6830.6830.6830.68332大学物理实验随机误差

21、扩大置信区间，可增加置信概率扩大置信区间，可增加置信概率33大学物理实验随机误差 测量次数测量次数 较小时较小时,偏离正态分布较多，偏离正态分布较多，测量次数测量次数 较大时较大时,趋于正态分布。趋于正态分布。分分布布时时，置置信信区区间间和和置置信信概概率率的的计计算需引入算术平均值算需引入算术平均值2 2、有限次测量，随机误差服从、有限次测量，随机误差服从t t分布分布34大学物理实验 用多次测量的算术平均值用多次测量的算术平均值 作为被测量的最作为被测量的最佳估计值。佳估计值。可以证明，测量次数可以证明，测量次数 为趋于无穷大时，为趋于无穷大时，算术平均值等于真值。算术平均值等于真值。随

22、机误差 假定对一个物理量进行了有限的假定对一个物理量进行了有限的 次次测量，测得的值为测量，测得的值为 ，算术，算术平均值为：平均值为：3 3、算术平均值替代真值、算术平均值替代真值35大学物理实验随机误差4 4、平均值的标准偏差、平均值的标准偏差测量列单次测量的标准偏差：测量列单次测量的标准偏差：测量列平均值的标准偏差：测量列平均值的标准偏差：待测量的值处于置信区间待测量的值处于置信区间 内内的置信概率为的置信概率为0.6830.683。36大学物理实验随机误差 若置信概率提高到若置信概率提高到 ，置信区间则为，置信区间则为 ，其中其中 是与测量次数是与测量次数 和置信概率和置信概率 有关的

23、量。有关的量。n345672.481.591.241.050.926 一般，我们取测量次数为一般，我们取测量次数为6 6次。次。物理实验中，置信概率一般取作物理实验中，置信概率一般取作0.950.95,这时这时 t t 分布相应的置信区间可写为分布相应的置信区间可写为:或或37大学物理实验测量结果的不确定度表示测量结果的不确定度表示l不确定度的基本概念不确定度的基本概念l直接测量不确定度估计与表示直接测量不确定度估计与表示l间接测量不确定度的合成间接测量不确定度的合成38大学物理实验不确定度的基本概念不确定度的基本概念 概念概念：不确定度不确定度 是指由于测量误差存在而对是指由于测量误差存在而

24、对 被测量值不能确定的程度。被测量值不能确定的程度。意义意义：不确定度是对一定不确定度是对一定置信概率置信概率下被测量的下被测量的 真值所处的量值范围的评定。真值所处的量值范围的评定。置信概率一般取置信概率一般取0.950.9539大学物理实验 A A 类分量类分量 :可以用统计学方法估算的分量。可以用统计学方法估算的分量。不确定度的基本概念不确定度的基本概念 根据测量不确定度表示指南根据测量不确定度表示指南ISO1993ISO1993（E)E)的精神，总不确定度分为两类：的精神，总不确定度分为两类：B B 类分量类分量 :不能用统计学方法估算的分量不能用统计学方法估算的分量。总不确定度总不确

25、定度 ：为仪器误差为仪器误差40大学物理实验4 4、电表的示值误差，、电表的示值误差，量程量程 准确度等级准确度等级%。注：注：仪器误差举例仪器误差举例1 1、游标卡尺，仪器示值误差一律取、游标卡尺，仪器示值误差一律取卡尺分度值。卡尺分度值。2 2、螺旋测微计，量程在、螺旋测微计，量程在025mm025mm及及2550mm2550mm的一级千分尺的仪器的一级千分尺的仪器 示值误差均为示值误差均为 mm mm。3 3、天平的示值误差，约定为天平最小分度值的一半。、天平的示值误差，约定为天平最小分度值的一半。5 5、数字式仪表，示值误差取其末位数最小分度的一个单位。、数字式仪表，示值误差取其末位数

26、最小分度的一个单位。6 6、仪器示值误差或准确度等级未知，可取其、仪器示值误差或准确度等级未知，可取其最小分度值的一半最小分度值的一半 为示值误差（限）。为示值误差（限）。7 7、电阻箱、电桥等，使用仪器给出的专用公式计算示值误差。、电阻箱、电桥等，使用仪器给出的专用公式计算示值误差。41大学物理实验直接测量不确定度估计与表示直接测量不确定度估计与表示对等精度测量列对等精度测量列 经如下运算：经如下运算：1.1.求测量数据的平均值：求测量数据的平均值：剔除异常数据剔除异常数据2.2.用已知系统误差修正平均值。用已知系统误差修正平均值。3.3.计算标准偏差：计算标准偏差：4.4.计算计算A分量分

27、量:多次多次测量估算步骤测量估算步骤42大学物理实验7 7、测量结果表示：、测量结果表示：6.6.合成合成5.5.估计估计B分量分量:单次单次测量估算步骤测量估算步骤 当无需、无法多次测量、或仪器精密度当无需、无法多次测量、或仪器精密度差，只测量一次时，差，只测量一次时，43大学物理实验零点零点误误差差d0=+0.004 mm,螺旋测微计的仪器误差为螺旋测微计的仪器误差为仪=0.004mmn123456（mm）0.2490.2500.2470.2510.2530.250 例例1 1：用螺旋测微计测某一钢丝的直径，原始：用螺旋测微计测某一钢丝的直径，原始 数据见下表，请给出完整的测量结果。数据见

28、下表，请给出完整的测量结果。原始数据表格原始数据表格直接测量不确定度估计与表示直接测量不确定度估计与表示举举 例例44大学物理实验零点零点误误差差d0=+0.004 mm,螺旋测微计的仪器误差为螺旋测微计的仪器误差为仪=0.004mmn123456(mm)0.2490.2500.2470.2510.2530.250(mm)0.2450.2460.2430.2470.2490.246(mm)0.246(mm)0.0010.0000.003-0.001-0.0030.000 例解：例解：误差在小数误差在小数点后第三位点后第三位三位有三位有效数字效数字45大学物理实验标准偏差标准偏差：保留一位保留一

29、位不确定度不确定度A A分量分量：总不确定度：总不确定度：不确定度不确定度B B分量：分量：测量结果表示为测量结果表示为：误差取一位误差取一位 前前后位数对齐后位数对齐46大学物理实验间接测量不确定度的合成间接测量不确定度的合成 设待测量设待测量 与各直接测量与各直接测量 之间有函数关系：之间有函数关系：则：则：1 1、待测量的平均值用公式、待测量的平均值用公式 计算。计算。2 2、待测量的不确定度、待测量的不确定度 与各直接测量与各直接测量量的不确量的不确 定度定度 的关系为：的关系为：计算和差形式方便计算和差形式方便 计算乘除、指数形式方便计算乘除、指数形式方便 或或47大学物理实验间接间

30、接测量不确定度合成步骤测量不确定度合成步骤间接测量不确定度的合成间接测量不确定度的合成3.3.根据公式求出间接测量量的不确定度根据公式求出间接测量量的不确定度:或相对不确定度或相对不确定度:1.求出各直接测量量的平均值求出各直接测量量的平均值 和合成不确和合成不确 定度定度 （加减时（加减时)或相对不确定度或相对不确定度 (乘除、指数时乘除、指数时);2.求出间接测量量的平均值求出间接测量量的平均值:4.测量结果表示为：测量结果表示为：48大学物理实验例例2 2：测得某园柱体质量：测得某园柱体质量M M，直径，直径D D，高度，高度H H值如下，计值如下，计算其密度及不确定度。算其密度及不确定

31、度。间接测量不确定度的合成间接测量不确定度的合成举举 例例例例2 2解：解：1 1、园柱体密度公式：、园柱体密度公式：2 2、计算密度平均值：、计算密度平均值：三位有效数字三位有效数字49大学物理实验3、间接测量量的不确定度计算、间接测量量的不确定度计算误差只取一位误差只取一位50大学物理实验测量结果：测量结果：最后一位与误差最后一位与误差位对齐位对齐51大学物理实验数据处理的基本方法数据处理的基本方法作图法处理实验数据作图法处理实验数据最小二乘法线性拟合最小二乘法线性拟合逐差法处理实验数据逐差法处理实验数据52大学物理实验作图法处理实验数据作图法处理实验数据 作图法可形象、直观地显示出物理量

32、之间的函数关系，也可用作图法可形象、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。作图时要先整理出先整理出数据表格数据表格，并要用，并要用坐标纸坐标纸作图。作图。1.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。根据表数据度。根据表数据U 轴可选轴可选1mm1mm对应于对应于0.10 V0.10 V，I 轴可选轴可选1mm1mm对对应于应于0.20 mA0.20 mA，并可定坐标纸的大小（略大于坐标范

33、围、数据，并可定坐标纸的大小（略大于坐标范围、数据范围）范围）约为约为130 mm130 m130 mm130 m。表表1 1：伏安法测电阻实验数据：伏安法测电阻实验数据 例3：53大学物理实验作图法处理实验数据作图法处理实验数据2.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,再按顺序标出坐标轴整分再按顺序标出坐标轴整分格上的量值。格上的量值。I(mA)U(V)8.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.000 02.004.006.008.0010.001.0

34、03.005.007.009.003.标实验点：实验点可用实验点可用“”“”、“”“”、“”“”等符号标出（同一坐标系等符号标出（同一坐标系下不同曲线用不同的符号下不同曲线用不同的符号）。4.连成图线：用直尺、曲线板等把用直尺、曲线板等把点连成直线、光滑曲线。点连成直线、光滑曲线。一般不强求直线或曲线通一般不强求直线或曲线通过每个实验点，应使图线过每个实验点，应使图线线正穿过实验点时可以在线正穿过实验点时可以在两边的实验点与图线最为接近且分布大体均匀。图两边的实验点与图线最为接近且分布大体均匀。图点处断开。点处断开。54大学物理实验作图法处理实验数据作图法处理实验数据5.标出图线特征：在图上空

35、白位置标明在图上空白位置标明实验条件或从图上得出的实验条件或从图上得出的某些参数。如利用所绘直某些参数。如利用所绘直线可给出被测电阻线可给出被测电阻R大小：大小：从从所绘直线所绘直线上读取两点上读取两点 A、B 的坐标就可求出的坐标就可求出 R 值。值。I(mA)U(V)8.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.000 02.004.006.008.0010.001.003.005.007.009.006.标出图名：在图线下方或空白位在图线下方或空白位置写出图线的名称及某些置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)由图上

36、A、B两点可得被测电阻R为：至此一张图才算完成电阻伏安特性曲线电阻伏安特性曲线作者：作者：xxxxB(7.00,18.58)55大学物理实验不当图例展示不当图例展示：n(nm)1.6500500.0700.01.67001.66001.70001.69001.6800600.0400.0玻璃材料色散曲线图图 1不当：曲线太粗，不均匀，不光滑。应该用直尺、应该用直尺、曲线板等工曲线板等工具把实验点具把实验点连成光滑、连成光滑、均匀的细实均匀的细实线。线。作图法处理实验数据作图法处理实验数据56大学物理实验n(nm)1.6500500.0700.01.67001.66001.70001.69001

37、.6800600.0400.0玻璃材料色散曲线图改正为：作图法处理实验数据作图法处理实验数据57大学物理实验图 2I(mA)U(V)0 02.008.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.001.003.00电学元件伏安特性曲线不当：横轴坐标分度选取不当。横轴以横轴以3 cm3 cm 代代表表1 V1 V，使作图，使作图和读图都很困难。和读图都很困难。实际在选择坐标实际在选择坐标分度值时，应既分度值时，应既满足有效数字的满足有效数字的要求又便于作图要求又便于作图和读图，一般以和读图，一般以1 mm 1 mm 代表的量代表的量值是值是1010的整数次

38、的整数次幂或是其幂或是其2 2倍或倍或5 5倍。倍。作图法处理实验数据作图法处理实验数据58大学物理实验I(mA)U(V)o o1.002.003.004.008.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.00电学元件伏安特性曲线改正为：作图法处理实验数据作图法处理实验数据59大学物理实验最小二乘法直线拟合最小二乘法直线拟合 设两物理量设两物理量 x x、y y 满足满足线性关系线性关系 y=a+bxy=a+bx，等精度地测得一组互相独立的实验数据等精度地测得一组互相独立的实验数据 x xi i，y yi i i=1,.,ni=1,.,n当所测各当所测

39、各 y yi i 值与拟合直线上的值与拟合直线上的 a+bxa+bxi i 之间偏差的之间偏差的平方和最小时，即平方和最小时，即 所得系数所得系数 a,b a,b 最好最好,拟合公式即为拟合公式即为最佳经验公式最佳经验公式。60大学物理实验最小二乘法直线拟合最小二乘法直线拟合61大学物理实验最小二乘法直线拟合最小二乘法直线拟合解方程得解方程得:62大学物理实验最小二乘法直线拟合最小二乘法直线拟合 最小二乘法处理数据除给出最小二乘法处理数据除给出 a a、b b 外，还应给出相外，还应给出相关系数关系数 r，r 定义为定义为 r 表表示示两两变变量量之之间间的的函函数数关关系系与与线线性性的的符

40、符合合程程度度，r-1-1，11。|r|1 1，x x、y y 间间线线性性关关系系好好，|r|0 0 ，x x、y y 间无线性关系，拟合无意义。间无线性关系，拟合无意义。物物理理实实验验中中一一般般要要求求 r 绝绝对对值值达达到到0.9990.999以以上上(3个个9 9以上以上)。其中其中相关系数 r63大学物理实验标准偏差标准偏差最小二乘法直线拟合最小二乘法直线拟合64大学物理实验怎样上好物理实验课怎样上好物理实验课u 课前实验预习课前实验预习u 课堂实验操作课堂实验操作u 课后撰写报告课后撰写报告实验课教学的三个环节：实验课教学的三个环节：65大学物理实验1、实验课前预习、实验课前

41、预习 (1)(1)课前仔细阅读实验教材，以达到；课前仔细阅读实验教材，以达到；明确明确学习该实验的目的学习该实验的目的；基本弄懂基本弄懂实验原理、实验条件、使用仪器实验原理、实验条件、使用仪器；实验实验注意事项注意事项。(2)(2)写出预习报告：写出预习报告：实验题目；实验题目；实验目的；实验目的；实验原理，实验原理，包括主要计算公式、实验简图；包括主要计算公式、实验简图；不要抄书！不要抄书！数据记录表格；数据记录表格；怎样上好物理实验课怎样上好物理实验课66大学物理实验2、课堂实验操作、课堂实验操作 实验操作是实验的核心，是学生主动研究、探索的好机会，实验操作是实验的核心，是学生主动研究、探

42、索的好机会，一个实验收获的大小取决于个人主观能动性发挥的程度。一个实验收获的大小取决于个人主观能动性发挥的程度。（1 1）在了解仪器的调整和使用方法、在了解仪器的调整和使用方法、注意事项的基础上，注意事项的基础上，经教师检查无误后方可进经教师检查无误后方可进 行实验操作。行实验操作。（2 2）努力弄懂为何这样安排实验步骤，这些操作步骤的目努力弄懂为何这样安排实验步骤，这些操作步骤的目的是什么。的是什么。（3 3）记录实验数据前，首先仔细观察实验现象，思考为什么记录实验数据前，首先仔细观察实验现象，思考为什么会产生这种现象。会产生这种现象。（4 4）认真读取数据，将数据规范填入记录表格。根据误差

43、分认真读取数据，将数据规范填入记录表格。根据误差分布，对结果影响较大的量一定要努力测准。布，对结果影响较大的量一定要努力测准。（5 5）原始数据须经指导老师检查，签字后请将使用的仪器整原始数据须经指导老师检查，签字后请将使用的仪器整理好，归回原处经教师允许后方可离开实验室。理好，归回原处经教师允许后方可离开实验室。怎样上好物理实验课怎样上好物理实验课67大学物理实验3 3、课后撰写实验报告、课后撰写实验报告（1 1）实验名称；（）实验名称；（2 2）实验目的；）实验目的；（3 3）实验原理：简单叙述有关物理内容（）实验原理：简单叙述有关物理内容（电路图电路图、光路图光路图、实验装置示意图、测量

44、依据的实验装置示意图、测量依据的主要公式主要公式、需要、需要 满足的实验条件等；满足的实验条件等；（4 4）实验步骤：）实验步骤：简明扼要；简明扼要；（5 5）实验数据：表格要给出表的名称，写清已知量、待测量和）实验数据：表格要给出表的名称，写清已知量、待测量和 单位单位。记录主要仪器的型号、规格、等级、误记录主要仪器的型号、规格、等级、误 差限等。老师签字的原始数据附上。差限等。老师签字的原始数据附上。怎样上好物理实验课怎样上好物理实验课68大学物理实验课后按要求完成实验报告课后按要求完成实验报告,并在下次实验时交来。并在下次实验时交来。（6 6）数据处理与结果：）数据处理与结果：按要求计算

45、待测量的值和不确定度，计算要有简要的过程，按要求计算待测量的值和不确定度，计算要有简要的过程，作图一定要用坐标纸。作图一定要用坐标纸。一定要列出完整的实验结果，注意有一定要列出完整的实验结果，注意有效数字和单位的正确表达；效数字和单位的正确表达；（7 7）问题讨论：）问题讨论：找出影响结果的主要因素，提出减小误差可能采取的措施，找出影响结果的主要因素，提出减小误差可能采取的措施，对实验中异常现象的解释，对实验方法或手段改进的建议。对实验中异常现象的解释，对实验方法或手段改进的建议。课后思考题。课后思考题。怎样上好物理实验课怎样上好物理实验课69大学物理实验实验成绩的评定实验成绩的评定1.1.成

46、绩评定办法成绩评定办法1 1）缺做一次实验，本学期实验不给成绩；）缺做一次实验，本学期实验不给成绩；2 2）如如果果某某个个实实验验缺缺少少实实验验报报告告，则则该该次次实实验验 报告为报告为0 0分；分；3 3）实验报告无教师签字的，报告无效；）实验报告无教师签字的，报告无效；4 4）如发现抄袭实验报告，抄袭者和被抄袭者，）如发现抄袭实验报告，抄袭者和被抄袭者，该实验报告都是该实验报告都是0 0分；分；70大学物理实验2.2.评分参考标准评分参考标准期末成绩期末成绩=平时成绩平时成绩 70%+70%+期末考试期末考试 30%30%平时成绩计算方法：平时成绩计算方法：1 1）课堂）课堂(50(

47、50分分)预习预习2020分、课堂纪律分、课堂纪律1010、实验操作、实验操作2020分分.2 2）实验报告（）实验报告（5050分）分）实验原理及方法：实验原理及方法：1515分；分；实验步骤：实验步骤：5 5分；分；实验数据：实验数据：1010分；分；数据处理及实验结果：数据处理及实验结果：1515分分 结果分析及讨论：结果分析及讨论：5 5分；分；71大学物理实验上课须知及本学期课程安排上课须知及本学期课程安排1.1.实验室守则实验室守则1 1）没有预习报告不能做实验。）没有预习报告不能做实验。2 2）不按要求操作，损坏仪器要赔偿。）不按要求操作，损坏仪器要赔偿。3 3）不得穿拖鞋和背心

48、进入实验室，不得抽烟和吃东西。）不得穿拖鞋和背心进入实验室，不得抽烟和吃东西。5 5）遇到自己不能解决的问题应及时报告老师。）遇到自己不能解决的问题应及时报告老师。6 6）做完实验要整理桌、凳，）做完实验要整理桌、凳，实验数据须经指导老师签字实验数据须经指导老师签字后后才能离开实验室。才能离开实验室。7 7）实验报告（原始数据付后）在下次实验时缴上，迟交扣实验报告（原始数据付后）在下次实验时缴上，迟交扣分，不合要求要重写。分，不合要求要重写。72大学物理实验2.2.学生考勤学生考勤1 1）按时上课。迟到）按时上课。迟到1515分钟以上者，取消该次实验的分钟以上者，取消该次实验的上课资格，迟到上

49、课资格，迟到1515分钟以内者，任课教师将按情分钟以内者，任课教师将按情况对本次实验进行扣分。况对本次实验进行扣分。2 2）上课前学生在登记表上签到，对号入座。认真完）上课前学生在登记表上签到，对号入座。认真完成实验内容和要求，不早退。成实验内容和要求，不早退。3 3）请假事宜：病假必须要有医院的证明；事假需持）请假事宜：病假必须要有医院的证明；事假需持学生所在院系负责人签字的请假条。学生所在院系负责人签字的请假条。4 4）病、事假过后，必须尽快与任课教师联系，将所）病、事假过后，必须尽快与任课教师联系，将所缺实验补上。缺实验补上。73大学物理实验实验循环次序实验循环次序1 1：1 1、物体密

50、度的测定、物体密度的测定(505)(505)。2 2、金属扬氏模量的测量、金属扬氏模量的测量(502)(502)。3 3、直流电桥、直流电桥(307)(307)4 4、改装电表；元件的伏安、改装电表；元件的伏安特性特性(305)(305)5 5、霍尔效应实验、霍尔效应实验(303)(303)。6 6、示波器的使用、示波器的使用(302)(302)。7 7、牛顿环实验、牛顿环实验(403)(403)。8 8、分光计的使用、分光计的使用(402)(402)。74大学物理实验 实验循环次序实验循环次序2 2：1 1、金属扬氏模量的测量、金属扬氏模量的测量(502)(502)。2 2、物体密度的测定、