大物实验
大物实验4——激光实验
激光专业实验（四） 精密位移量的激光干涉测量方法一、实验目的：1、了解激光干涉测量的原理2、掌握微米及亚微米量级位移量的激光干涉测量方法3、了解激光干涉测量方法的优点和应用场合 二、实验原理本实验采用泰曼－格林（Twyman-Green ）干涉系统，T －G 干涉系统是著名的迈克尔逊白光干涉仪的简化。
用激光为光源，可获得清晰、明亮的干涉条纹，其原理如图1所示。
图1 T －G 干涉系统激光通过扩束准直系统L 1提供入射的平面波（平行光束）。
设光轴方向为Z 轴，则此平面波可用下式表示： i k z Ae Z U =)( (1)式中A −−平面波的振幅，λπ2=k 为波数，λ−−激光波长此平面波经半反射镜BS 分为二束，一束经参考镜M 1，反射后成为参考光束，其复振幅U R 用下式表示)(R R z R R e A U φ⋅=(2)式中A R −−参考光束的振幅，φR （z R ）−−参考光束的位相，它由参考光程z R 决定。
另一束为透射光，经测量镜M 2反射，其复振幅U t ，用下式表示： )(t t z i t t e A U φ⋅=(3)式中A t −−测量光束的振幅，φt （z t ）−−测量光束的位相，它由测量光程Z t 决定。
此二束光在BS 上相遇，由于激光的相干性，因而产生干涉条纹。
干涉条纹的光强I(x,y)由下式决定*⋅=U U y x I ),( (4)式中***+=+=t Rt R U U U U U U ,，而U*，U R *，U t *为U ，U R ，U t 的共轭波。
当反射镜M 1与M 2彼此间有一交角2θ，并将式(2)，式(3)代入式(4)，且当θ较小，即sin θ≅θ时，经简化可求得干涉条纹的光强为：)2c o s1(2),(0θkl I y x I += (5) 式中I 0−−激光光强，l −−光程差，t R z z l -=。
式(5)说明干涉条纹由光程差l 及θ来调制。
大物实验不确定度传递公式课件
06
总结与展望
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
总结本次课件的主要内容
介绍了大物实验不确定度传递公式的 基本概念和原理
通过具体案例分析了不确定度传递公 式在实验中的应用
详细阐述了不确定度传递公式的推导 过程和应用方法
总结了不确定度传递公式在实验中的 优缺点和注意事项
度的影响。
应用中需要注意的问题
影响因素全面考虑
在应用不确定度传递公式时，需 要全面考虑各个影响因素，并对
其进行公道的分析和评估。
公式适用性
不确定度传递公式有一定的适用 范围和限制条件，需要确保其适
用于具体的实验场景和需求。
操作规范
在实验过程中，需要严格遵守操 作规范，确保各个测量环节的准 确性和可靠性，以减小不确定度
目录
CONTENTS
01
引言
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
目的和背景
目的
介绍大物实验不确定度传递公式的概 念、原理和应用。
背景
随着科学技术的不断发展，实验测量 在各个领域的应用越来越广泛，而实 验不确定度传递公式是实验测量中非 常重要的一个概念。
实验不确定度传递公式的重要性
B类不确定度评定
通过对被测量进行单次测量，利用非统计 方法求出标准偏差，从而得到B类不确定 度。
比较测量法
通过比较被测量与其他已知量之间的关系 ，求出被测量的不确定度。
A类不确定度评定
通过对被测量进行多次重复测量，利用统 计方法求出标准偏差，从而得到A类不确 定度。
合成不确定度
通过对各个不确定度分量进行合成，得到 总的不确定度。
太原理工大学大物实验拉伸法测量金属丝的杨氏模量
2.光杠杆及望远镜尺组的调节
（2）镜外找像 打开激光器电源，使望远镜上方沿镜筒方向射出 的激光束照到光杠杆镜面，并反射到标尺的中部。 （3）镜内找像 先调望远镜目镜，看清叉丝后，再慢慢调节物镜， 直到看清标尺的像。 （4）细调 观察到标尺像后，再仔细地调节目镜和物镜，使 既能看清叉丝又能看清标尺像，且没有视差。
2、静态拉伸法（本实验采用此法），它适 用于有较大形变的固体和常温下的测量， 它的缺点是： ①因为载荷大，加载速度慢，含有驰豫过 程。所以它不能很真实地反映出材料内部 结构的变化。 ②对脆性材料不能用拉伸法测量； ③不能测量材料在不同温度下的杨氏弹性 模量
D = L = b =
102 m 102 m 102 m
计算出金属丝的杨氏模量及其不确定度，表 示出测量结果。
六、注意事项
1．光杠杆和望远镜尺组一经调好，在实验 中不得再移动，否则测量数据无效，应重新 测量。 2.加减砝码时动作要平稳,勿使砝码托摆动。 否则将会导致光杠杆后足尖发生移动。并在 每次增减砝码后，等金属丝完全不晃动时才 能读数。 3.金属丝不直时，应先加几千克砝码，将 之拉直后再测 。
二、实验仪器
三角底座上装有两根立柱和调整螺丝，欲使立柱铅直，可 调节调整螺丝，并由立柱下端的水平仪来判断。金属丝的 上端夹紧在横梁上的夹头中。立柱的中部有一个可以沿立 柱上下移动的平台，用来承托光杠杆。平台中有一个圆孔， 孔中有一个可以上下滑动的夹头，金属丝的下端夹紧在夹 头中。夹头下面有一个挂钩，可挂砝托，用来承托拉伸金 属丝的砝码。装置平台上的光杠杆及望远镜尺组用来测量 微小长度的变化。
光杠杆的结构：一块直立的平面镜装在两足支架的一端，前平足放在平台上 的横槽内，后尖足B放在夹具C上，当金属丝发生形变时，光杠杆的镜面将 向上或向下倾斜，倾斜的角度由望远镜及尺组测定。
大物实验不确定度计算公式
大物实验不确定度计算公式
在大物实验中，不确定度是一个非常重要的概念。
不确定度可以理解为测量结果与真实值之间的差异，它是一个用来描述测量精度的指标。
在实验中，我们需要计算出每个测量值的不确定度，以便更好地评估实验结果的可靠性和精确性。
下面是大物实验中常用的不确定度计算公式：
1. 算术平均值的不确定度：
其中，n表示测量次数，Δx表示每次测量值与平均值之差，s
表示样本标准差。
2. 直接测量值的不确定度：
其中，δ表示仪器误差，Δ表示读数误差，L表示仪器量程。
3. 复合测量值的不确定度：
其中，u表示单个元件的不确定度，σ表示元件间的相关系数。
在实验过程中，我们需要根据实际情况选择合适的不确定度计算公式，并根据公式计算出每个测量值的不确定度。
同时，我们还要注意将不确定度传递至最终结果中，以便更好地评估实验的可靠性和精确性。
- 1 -。
大物实验_精品文档
大物实验引言大物实验是大学物理实验课程中的一门重要实践环节，旨在通过实际操作探究物理原理和现象，加深对物理知识的理解和应用能力的培养。
本文将介绍大物实验的基本概念、实验内容和实验步骤，并分享一些实验注意事项和技巧。
实验目的大物实验的主要目的是通过实际操作，加深学生对于物理原理和现象的认识，并培养学生的实验技能和科学精神。
通过大物实验，学生能够掌握物理实验方法、观察、测量和数据处理等实验技巧，提高实验设计与实施的能力，同时培养学生的动手能力和合作精神。
实验内容大物实验的内容非常丰富多样，主要包括力学、热学、光学、电磁学等方面的实验。
以下是一些常见的大物实验内容：1.动力学实验：如弹簧振子实验、万有引力实验等，用于研究物体的运动和相互作用力的关系。
2.热学实验：如热传导实验、热容实验等，用于研究物体的热性质和热传递现象。
3.光学实验：如干涉实验、衍射实验等，用于研究光的性质和光的传播规律。
4.电磁学实验：如静电实验、电磁感应实验等，用于研究电磁现象和电磁场的特性。
实验内容的选择应根据教学大纲和课程目标进行安排，既要符合基础知识的教学要求，又要具有一定的实际应用性和科学性。
实验步骤大物实验的步骤通常包括实验前准备、实验过程和实验结果分析三个部分。
1.实验前准备：包括实验仪器的检查与调试，实验装置的搭建，实验数据的记录表的准备等。
在实验前，一定要先理解实验的目的和原理，掌握实验所需仪器和装置的基本使用方法。
2.实验过程：按照实验的步骤和操作要求进行实验。
注意安全操作，保持实验室的整洁和安全，严格按照实验要求进行测量和观察。
在实验过程中要记录所观察到的现象、测量到的数据等，确保数据的准确性和可靠性。
3.实验结果分析：将实验数据进行整理和分析，通过表格、图形等形式展示实验结果，对实验数据进行处理和计算，并结合理论知识进行分析和讨论。
在分析实验结果时，要注意合理解释和推理。
实验注意事项和技巧在进行大物实验时，需要注意以下几点事项和技巧：1.实验安全：实验过程中要注意个人安全和实验室的安全，穿戴实验室安全服，遵守实验操作规范，注意使用化学品的安全性。
大物实验～～核磁共振实验数据处理
大物实验～～核磁共振实验数据处理核磁共振（NMR）实验是物理学和化学领域中常用的一种实验方法，其数据处理过程包括多个步骤，包括数据采集、数据预处理、数据分析和数据可视化等。
以下是对这些步骤的详细描述。
一、数据采集在核磁共振实验中，数据采集是实验的核心部分。
实验人员需要设置适当的实验条件，如磁场强度、射频脉冲频率和脉冲宽度等，以获取清晰的核磁共振信号。
在实验过程中，通常使用核磁共振谱仪来收集数据。
核磁共振谱仪可以产生高精度的射频脉冲，并测量它们与原子核之间的相互作用。
二、数据预处理数据预处理是去除噪声和干扰，提高数据质量的过程。
在核磁共振实验中，数据预处理包括对数据进行平滑处理、基线校正、相位调整等操作。
这些操作可以改善数据的信噪比，并使后续的数据分析和可视化更加准确。
三、数据分析数据分析是通过对预处理后的数据进行处理和分析，提取有关样品中原子核分布的信息。
在核磁共振实验中，数据分析包括对谱峰的识别、峰面积的测量、化学位移的计算等操作。
这些操作可以得出原子核在不同磁场下的分布情况，从而了解样品的分子结构和化学性质。
四、数据可视化数据可视化是将数据分析得到的结果以图表的形式呈现出来。
在核磁共振实验中，数据可视化包括绘制核磁共振谱图、制作三维图像等操作。
这些图像可以直观地展示样品中原子核的分布情况，帮助实验人员更好地理解实验结果。
除了以上四个步骤外，核磁共振实验的数据处理还包括其他一些步骤，如实验设计、实验操作、数据处理和结果解释等。
这些步骤需要实验人员具备一定的物理学和化学知识，以及对数据处理方法的了解和应用能力。
在核磁共振实验中，数据处理是一个非常重要的环节。
通过对数据的采集、预处理、分析和可视化，实验人员可以得出有关样品中原子核分布的信息，并了解样品的分子结构和化学性质。
这些信息对于科学研究、化学分析、材料开发等领域都具有重要的意义。
需要注意的是，核磁共振实验的数据处理过程具有一定的复杂性和专业性，需要实验人员具备一定的技能和经验。
大物实验知识点总结
大物实验知识点总结一、引言大物实验是大学物理必修课程的一部分，通过实验，可以帮助学生更好地理解和掌握物理理论知识，培养学生动手能力和实际操作能力。
本文将对大物实验中常见的知识点进行总结和归纳，以便于学生更好地复习和巩固相关知识。
二、实验仪器和常用设备1. 光学实验常用仪器：干涉仪、衍射仪、光栅、棱镜、透镜等。
2. 电学实验常用仪器：电源、示波器、电压表、电流表、电磁铁等。
3. 力学实验常用仪器：弹簧测力计、滑轮组、光电门、摆锤等。
4. 热学实验常用仪器：热力学实验仪、热电偶、温度计等。
三、光学实验知识点总结1. 光的干涉和衍射实验（1）. 干涉实验：干涉是指两个或多个波的波峰和波谷相遇形成明暗相间的干涉条纹。
常见的干涉实验有双缝干涉、单缝干涉、菲涅尔双镜干涉等。
（2）. 衍射实验：衍射是波在穿过狭缝或障碍物时发生弯曲和扩散的现象。
衍射实验常见的有单缝衍射、双缝衍射和光栅衍射等。
2. 光的偏振实验偏振是指光在某些介质中只沿一个方向传播的现象，常见的偏振器有偏光片、偏振镜、偏振棱镜等。
偏振实验主要是通过观察偏振光的性质来研究光的偏振规律。
3. 光的衍射光栅实验光栅是一种具有等间距狭缝的透明平面，通过光栅衍射实验可以研究光的波动性质，测量光的波长和频率等。
四、电学实验知识点总结1. 电流和电压的测量电流的测量常用电流表，电压的测量常用电压表，实验中需要注意电路的连接和电流、电压的测量范围。
2. 电阻和电路的实验电阻是指导体对电流的阻碍程度，可以通过串联、并联电路实验来研究电阻的串并联规律，掌握欧姆定律和基尔霍夫定律等。
3. 电磁感应实验电磁感应实验是通过研究导体在磁场中受到感应电流的现象来探究电磁感应规律，实验中常用的设备有电磁铁、导线圈、磁通量计等。
4. 电容和电量实验电容是指导体存储电荷能力的大小，可以通过平行板电容器实验来研究电容的大小和电场分布规律，实验中常用电容器、电荷计等设备。
五、力学实验知识点总结1. 牛顿第二定律实验通过设置一定质量的物体和测力计，可以测量物体所受的力和加速度，验证牛顿第二定律。
大物实验数据处理
x Y ax c e f x3 x 4
b 1
总不确定度
d 2
Y YE(Y )
间接测量量的不确定度的计算过程分三步
1、先估计个直接测量量 X i 的不确定度 X i 2、写出不确定度的传递公式； 3、结果
Y Y Y Y 1 E (Y ) (单位）
M 例: V
(Y1 Y2 Y3 ) Y n
M V
Y的计算：
1、和差形式的函数
2
(如Y ax1 bx2 )
2
f f 2 2 Y x1 x2 x1 x2
2、乘积商形式的函数
测量结果x＝
x
Δ （单位）
不确定度Δ值可以通过一定的方法估算。
2、测量结果的表达（报告）方法 测量结果的科学表达方法：
X X
（单位）
表达式的物理意义（ X , X ）
恒为正，不确定度与误差是完全不同的概念。
相对不确定度： E 100%
x
置信度
不确定度包括两方面：
仪器误差（限）举例
a:游标卡尺，仪器示值误差一律取卡尺分度值。
b:螺旋测微计，量程在0—25mm及25—50mm的一 级千分尺的仪器示值误差均为仪 0.004mm。 c:天平的示值误差，本书约定天平标尺分度值的 一半为仪器的示值误差。 d:电表的示值误差， m 量程 准确度等级%。
(0 8)
（6）求总不确定度
A B
2
2
（7）写出最终结果表示： x x
S 2 B n
E 100% x
(单位）
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VAC/V 描点符 号不对
少坐标分度值 和曲线名称
RAC/R
缺少分析部分 描点 符号 35 不对
少坐标分度值 和曲线名称
不好的报告之二
IAC/I
没有会聚到一点
IAC = I0 R
I AC I0
L
R L + R
AC
I RAC = 0 时， = 1 I0 R
RL R = RL RAC + R R
少坐标分度值和 曲线名称
1、观察光波的干涉现象，学习利用光的干涉进行 几何量测量的方法。 2、掌握读数显微镜的正确使用。 3、掌握测定透镜曲率半径的一种方法。 4、学习不确定度的计算。
7
分光计－－麻雀虽小，五脏俱全
1、了解分光计的结构，明确分光计的调整要求。 2、掌握阿贝自准直式望远镜的结构特点，学会根 据自准直原理调整光路。
滑线变阻器与二极管伏安特性 1：滑动端回调，电流变小。原因：滑线变阻 器的电阻变化了。操作注意：碳刷不要用力 下压，不能快速滑动，要逐渐缓慢滑动。
A
接线柱 缓慢滑动
C 接线柱
碳刷
B 接线柱
22
2：测量过程中，电流不变或过小。原因：如果线 路没问题，就是碰到其他的键。
检查：是否为Auto DC 按Auto/man键修正
（5）触发源、触发模式和触发电平的选择对波形的 37 调节很重要，要在预习时多做了解。
38
分光计的调整和使用
1.预习不好，只是机械的抄书，
2. 对于分光计的调整过程，即使看过视频，老师又 讲过，但还有部分同学不清楚，说明有的同学没有 仔细预习实验。 3.做实验时有的同学调不出来图样，不是自己动脑 筋想办法，而是让同学帮助调，或是抱怨仪器不好 用。 4.有的同学调节时，不注意保护前一步的调整结果； 有的同学调整次序颠倒。
适用条件：自变量没有误差，或与因变量相比误差很小；
自变量与因变量为线性关系。
19
七、关于有效数字
1、 游标类（卡尺，分光计等）——仪器的读数值位；
2、刻度类（米尺，千分尺、指针式仪表，示波器荧屏） ——估计到分度值的1/2、1/4、1/5、1/10等。 注意：有效数字的估计位只取1位； 数值恰在刻线处应补“0”。 计算：按运算法则及舍入规则确定 误差：绝对误差取1位；相对误差可以取2位。
大学物理实验I
第二讲
2012.4. 7
1
本次课程内容
第一阶段实验小结 第二阶段实验介绍 下阶段选课安排和考试、考核说明 开放实验室介绍 物理实验竞赛介绍
2
۩ 第一阶段 基础实验小结
一、力学实验
1、 杨氏模量的静态法测量
2、 刚体转动惯量的测量
二、电学实验
1、滑线变阻器特性研究及测量二极管伏安特性 2、示波器的使用
其中： u (d ) = 1 mm 1
2 1 u (s) = mm 2
u(d 2 ) = 0.02mm
46
1 u( L) = mm 2
思考：是否有A类不确定度？
u(D ) = [
D D D U ( D1 )]2 + [ U ( D2 )]2 + ... + [ U ( D6 )]2 D1 D2 D6
序号i 1 2 3 4 5 6 平均
外径D
内径d 高度H 深度h
18
2、作图（图解）法：
直观，明确表示了数据之间的 关系及变化规律
• 滑线变阻器特性研究、二极 管伏安特性曲线。
图解得出待求物理量（间接测量量）－刚体转动惯量
杨氏模量的静态法测量。用坐标纸作图或计算机作图。
3、最小二乘法——一元线性拟合：
11
4、补偿测量法：系统受某种作业产生两种效应。如果B效 应的存在使A效应显示不出来，就称B对A进行了补偿。利 用这一原理进行物理测量就是补偿测量法。 电流补偿：测量短路电流。 电压补偿：测量未知电势差 温度补偿：箱式电势差计 光路补偿：迈克尔逊干涉仪
12
5、模拟测量法：把不能或不易测量的物理量用与之类似的 模拟量进行替代测量。 几何模拟法：按比例制成模型 物理模拟法：模型和原型变化服从同一物理规律
15
五、基本调整技术（§3.2）
1、零位调整：千分尺、电表零点调整：千分尺、
游标卡尺零点修正
2、水平、铅直调整：天平；力学实用的实验架
（杨氏模量测定仪）
3、消除视差的调整：指针式仪表读数；显微镜、 望远镜 （分划板）。
16
4、等高共轴调整：
用光学仪器测量待测物理量，要保证近轴成像， 因此要求仪器装置中各个光学元件光轴重合
数学模拟法：模型和原型变化服从同一数学规律
13
6、转换测量法：利用变换原理将不能或不易测量的物理 量转换成能测或易测的物理量，实际上是 间接测量法的具体应用。 参数转换：间接比较法。
能量转换：声速测量－压电效应；磁场测量－霍耳效应：
光强测量－光电效应。——非电量的电测法。
14
每个实验实际都是各种实验 方法的综合应用，如在“杨氏模 量 静态法测量”的实验中应用了比 较 法、转换法、放大法。
放置方式： ∏ 水平 ⊥ 垂直
10
20
30
40
70 50 60
80 90 10 01
10 1 20 130 14
0
0
15
0
mA
Ⅱ
0.5
等级
A1
Ⅱ
A1
0.5
2
2
－ 直流
～ 交流
交直流两用
27
交直流两用电流表
交直流两用表，前 面分度不均匀部分， 要估计读数。
6：二极管电流过小。原因：极性接反，或接 线柱虚接。
—等高共轴调整 分光计中望远镜与平行光管的调整； 双棱镜干涉实验中光具座上各光学元件的调整。 5、逐次逼进法：快捷有效，特别是应用零视法的 实验或零视仪器。 天平调整；分光计的调整。
17
六、数据处理方法
1、列表法：
在预习实验的基础上，进行分析 、根据实验中的直接测量量 列出数据记录表格，要求简单、明了，数据间关系明确。 金属杯体积测量数据(单位：mm)
u( Di ) 2 u( Di ) = 6[ ] = 6 6
其中
u( Di ) = 0.004mm
结合不确定度理论考虑 为什么如此取值？
4：计算合成不确定度
2 2 2 2 2
u(d1 ) u(d 2 ) u( L) 2u( D ) u( s ) u( E ) = d + d + L + D + s E 1 2
28
较好的报告：
预习
图
公式29ຫໍສະໝຸດ 习30预习，原始数据表
签字
31
报告数据处理
IAC/I0
表格
描点 符号 不对 曲线名称 有效数字 位数不对
分析 结论
32
报告数据处理
表格
描点符 号不对
分析结论
曲线名称
33
较好的报告之二
物理量 描点
有效数字
分度 原点 物理量 34 少曲线名称
不好的报 告之一
3、学习平行光的产生原理，检验平行光的方法。
4、了解读数系统的结构，学会读数。 5、应用：自准直法测量三棱镜的顶角和最小偏向 角。
8
四、基本实验方法（§4.1）
1、比较测量法
直接比较法：米尺、卡尺等测量长度、天平测质量
间接比较法：指针式电表测量电压、电流；频率的测量
9
2、放大测量法 力学放大法：千分尺、读数显微镜、迈克尔逊干涉仪 的读数系统——提高了仪器的分辨率。 电学放大法：电子放大电路的应用——示波器中小信 号的放大。 光学放大法：望远镜（分光计，杨氏模量）、光杠杆、 显微镜等。
★ 延展法：单摆、简谐振动的周期测量，减小误差，连续测 量50个周期的时间t，再计算1个周期T。
10
3、平衡测量法 力学平衡法：天平原理 电学平衡法：通过电流、电压等电学量之间的平衡 进行测量。如单臂、双臂电桥测电阻。
稳态测量法：当系统达到并保持稳定状态时，进行
物理量的测量。如不良导体导热率的测量。
检查:是否为A 按DCA键修正
23
3：限流，分压测试过程中，外接电阻箱的电阻值随时调节。 原因：未理解原理。 正确理解：同一比值下， RL保持不变。例，如果滑线变阻器的 额定电阻R=400, 取RL/R=5，在此比例下的测试过程中， RL=2000 保持不变。
24
表
输出电压 VAC (V) 滑动端位置（全长为L）
三、光学实验 1、等厚干涉测量与读数显微镜使用
2、分光计的调整与使用
3
一、力学实验
1、学习基本物理量——长度（包括微小长度）、 质量、时间的测量。
2、学习数据处理的基本方法——列表法、图解法。 3、学习误差处理方法——直接测量、间接测量、 测量结果的不确定度估算；有效数字及其运算。
4、学会使用基本测量仪器——用钢卷尺、游标卡 尺、千分尺测量长度；用秒表（机械表、数字表、 电子毫秒计）测量时间；用物理天平测量质量。
x y xy ，求杨氏模量 E = 8 gLd1 计算斜率 b = 2 2 D 2 d 2b (x) x
45
方法二：直接用不确定度理论处理数据。 1：计算 D ，si=（ si+ si ）/2，s=(s7-s0)/7 2：将所得结果和砝码的质量M=400g， L、d1、 d2带入下面的公式 8MgLd1 E= 计算杨氏模量E。 2 D d 2 s 3： 计算不确定度u(d1), u(d2), u(L), u( D), u(s)。
改掉数格数乘以最小分度值的读数习惯。
3：加减砝码动作要轻，更不能晃动桌面，否则 影响数据读取。