大学物理实验的基础知识
《大学物理实验课件》
实验中仪器和器材的准备要 提前规划，确保充分准备， 并按要求使用。
实验中人身安全和设备安全 都至关重要。在实验中，必 须要严格遵守实验室安全规 定。
常见物理实验数据处理方法
统计学方法
对实验数据进行分析和处理，使用 统计学方法是常见的数据处理方法 之一。
计算机模拟方法
对于复杂的物理现象，利用计算机 进行模拟，可以帮助我们更好地理 解现象和数据。
乐器共鸣的实验
通过共鸣质点的实验，研究乐器共 鸣原理，识别共鸣频率以及分析其 特征。
噪声的实验
从噪声的概念、产生原因、危害以 及对策等方面展开研究，提高对环 境保护和健康保护的认识。
现代物理实验实例介绍
康普顿散射实验
通过康普顿散射的实验方式，了 解电子的波动性质及其与光的相 互作用等相关知识。
夫琅禾费衍射实验
通过探究磁场的基本特性和 形成原理，更好地了解电学 与磁学之间的关系。
探究电磁感应现象和法拉第 电磁感应定律原理，深入了 解电磁学的实际应用。
通过实验探究电磁波的基本 特性和传播规律，加深理解 电磁波的重要意义。
声学物理实验实例介绍
声音的产生和传播
从声音的产生、传播以及声音特性 角度来研究声音，了解声音在空气 中传播的基本规律。
研究夫琅禾费衍射和其它衍射现 象，探究光的波动模型。
扫描隧穿显微镜
通过扫描隧穿显微技术，了解原 子和分子表面的电子结构和图像。
实验室安全知识和技巧
安全演练
在实验室中定期开展安全演练， 提高应急处置水平。
戴手套、警示牌、护目 镜等
在实验过程中，需要注意佩戴 手套和护目镜等防护措施。
备份实验资料
在进行实验前，需要备份实验 数据和文献资料等重要信息。
大学物理基础知识
大学物理基础知识引言大学物理是一门研究自然界中物质和能量相互作用的科学，涉及广泛的知识领域。
本文将介绍大学物理基础知识的核心内容，包括力学、热学、电磁学和光学。
力学力学是研究物体运动和受力情况的分支学科。
在这一领域中，我们需要了解牛顿三大运动定律、坐标系与参考系、速度和加速度、力的概念等内容。
同时，还需要掌握物体平衡与不平衡状态下的受力分析以及静力学和动力学。
热学热学是研究能量转化和传递方式以及温度变化规律的科学。
其中，我们将涉及温度与摄氏度、热功和内能、热容量与比热容等基本概念。
此外，还需要了解传热过程中的导热、对流和辐射等机制，并且掌握理想气体状态方程、焦耳-汤姆逊效应等相关内容。
电磁学电磁学是研究电荷与电场、电流与磁场、电磁波等相互作用的学科。
在大学物理基础中，我们将介绍库仑定律、电势差和电势能以及电场强度和电位移。
此外，还需要了解磁场的性质、安培环路定理和法拉第定律，并且掌握交流电路中的欧姆定律和皮肤效应等内容。
光学光学是研究光的传播以及光与物质相互作用的学科。
在这一领域中，我们将涵盖几何光学和波动光学两个方面。
几何光学主要讲述光线在直线运动过程中的折射、反射以及成像等原理。
而波动光学则探讨干涉、衍射以及光的色散现象等内容。
结论大学物理基础知识包括力学、热学、电磁学和光学四个重要领域，在科技发展日新月异的时代，其应用价值不言而喻。
通过对这些知识的深入了解与应用，我们可以更好地认识和解释自然界中发生的现象，并为未来的科学研究和技术创新做出贡献。
以上是大学物理基础知识的简要介绍，希望对您有所帮助。
如果您还有其他问题或需要进一步了解，请随时告诉我。
大学物理实验基础知识(1)
大学物理实验
§1.3 实验者须知
1.实验课前应充分做好预习工作，真正了解本次实验“做什么、 怎么做、为什么这样做”，并设计好数据表格，完成“实验 报告册”上“预习部分”内容。教师上课时将检查学生预习 情况，凡未预习或预习不充分的学生，不可实验。 2.实验时应严肃认真，养成严谨求实的工作作风，不得伪造实 验数据或相互抄袭实验结果。 3.实验课应注意安全，爱护仪器，如有遗失或损坏仪器等情况 发生，请及时向指导教师报告，教师将酌情按有关章程制度处 理。实验结束应将仪器、桌凳等整理好后再离开实验室。
大学物理实验
4.每次实验必须携带实验讲义、实验报告本、图纸、计算器及 必备的文具 。
5.每次实验的数据，请记录在“实验报告册”的“实验部分”， 实验完毕须经指导教师审核实验结果(包括数据处理)并签阅后 方可结束实验。
6.选做内容可网上自行选择，在规定的范围内，可自由选择实 验内容和实验时间。由于选择了实验时间,即占用了实验资源, 因此，选了实验却没有做的同学，后果自负。
大学物理实验
§1.2 物理实验课的基本程序
预 习
实验操作
撰写报告
大学物理实验
预习
• 仔细阅读实验教材和有关的资料，明确实验目的、原理和方法，
了解主要的实验步骤。对实验中使用的仪器，要弄清操作方法和 注意事项。
• 在统一的实验报告册上书写实验预习报告，包括:目的、原理、内
容、注意事项；要求简明 • 书面回答预习思考题 • 另备纸张绘制好数据记录表格（实验数据不能直接记入实验报告）
在实际测量中，将多次测量的算术平均值作为 测量结果的近真值，即测量结果的最佳估计值。
大学物理实验
f ( x)
置信概率:
p
x2
大学物理实验_基础(二)
2 2 2
UN 1 ∂f 2 ∂f 2 ∂f 2 EN = = U x + U y + Uz + L ∂y N N ∂x ∂z
有效数字的运算规则 几个运算原则： 几个运算原则：
有效数字与有效数字运算 = 有效数字 可疑数字与可疑数字运算 = 可疑数字 （进位数可视为可靠数） 进位数可视为可靠数） 可疑数字与可靠数字运算= 可疑数字与可靠数字运算 可疑数字 可靠数字与可靠数字运算 = 可靠数字
四．间接测量结果的有效数字——有效数字的运算 间接测量结果的有效数字 有效数字的运算 规则 减运算——计算结果的小数点后应保 1 ． 加 、 减运算 计算结果的小数点后应保 留的位数与所有参加运算中小数点后位数最少的那 个相同。 15. 372 个相同。例：41.8＋15.41－8.372＝ 41.
2
g = 9.76m/s2 如 g = 9.74500m/s , 取3位有效数字
2
g = 9.74m/s
2
六．测量结果最终由不确定度定位 方法： 方法：
分度值1 分度值1mm
0 1 2 3 4
L=3.25cm 3.25
三位
分度值1 分度值1cm
0 1 2 3 4
L=3.2cm 3.2
二位
5
10
15
20
15.2mm
5
15.0mm
10
15
20
二、关于有效数字的几点说明： 关于有效数字的几点说明：
（1）非测量值（如公式中的常数，实验次 非测量值（如公式中的常数， 数等）不是有效数字， 数等）不是有效数字，如π，e等不是有效 数字。 数字。 在测量数据中， （2）在测量数据中，左边第一位非零数字 之前的零不是有效数字， 之前的零不是有效数字，但数据中间和末 尾的零应算为有效数字。 尾的零应算为有效数字。 ），0.00201（三位）， 例：0.0021（二位）， （二位）， （三位）， 0.002010（四位） （四位）
第二章大学物理实验基础知识
有效位数取决于仪器和被测量量本身的大小，仪器精度决定 存疑数字的位置（一般为仪器最小刻度的下一位），被测量量 的大小决定可靠数字的个数。
0 mm 10 20 30 40
L=14.6(mm)
第二章 大学物理实验基础知识
使用不同精度的测量仪器，得到的测量数据，其有效数字的 有效位数则不同，有效位数越多，说明测量结果越精确。
第二章 大学物理实验基础知识
过失误差 由于测量者在测量过程中粗心大意所发生的错误 或失误而造成的一种误差，只要认真、细心操作， 完全可以避免这种误差。
第二章 大学物理实验基础知识
§2.3测量结果的有效数字
对某一物理量测量时，由仪器中读取的准确数字称为可靠数 字，估读的欠准确数字称为存疑数字，可靠数字和存疑数字统 称为测量结果的有效数字，有效数字的个数叫有效位数。 有效数字一般都是由几位可靠数字和1—2位存疑数字构成。
用模拟法测绘静电场 气垫导轨上的实验 三棱镜折射率的测量 透镜焦距的测量
有效数字的读取和计算 光栅衍射实验
密立根油滴实验 测量及其结果表达式
实验基础理论知识 电学元件伏安特性的研究、
电位差计的使用 灵敏电流计的研究、
数据处理方法
自组装直流单臂电桥 基本实验方法 自组望远镜
基础性实验
综合性实验
实验项目 设计性实验
掌握测量误差的基本知识， 具有正确处理实验数据的 处理实验数据的常 用方法 基本能力
基本
要求
掌握基本物理量的测量方法。 了解和学会常用的物理实验方法。 掌握实验室常用仪器的性能。 掌握常用的实验操作技术 。
第二章 大学物理实验基础知识
§2.1 测量
测量
将待测量量与同类计量标准单位相比较的过程。 测量结果 由测量所得到的赋予被测量的值，具有单位和量纲 测量可分为直接测量和间接测量。 测量也可分为单次测量和多次测量。
大学物理知识点的总结
大学物理知识点的总结一、理论基础力学1、运动学参照系。
质点运动的位移和路程，速度，加速度。
相对速度。
矢量和标量。
矢量的合成和分解。
匀速及匀速直线运动及其图象。
运动的合成。
抛体运动。
圆周运动。
刚体的平动和绕定轴的转动。
2、牛顿运动定律力学中常见的几种力牛顿第一、二、三运动定律。
惯性参照系的概念。
摩擦力。
弹性力。
胡克定律。
万有引力定律。
均匀球壳对壳内和壳外质点的引力公式（不要求导出）。
开普勒定律。
行星和人造卫星的运动。
3、物体的平衡共点力作用下物体的平衡。
力矩。
刚体的平衡。
重心。
物体平衡的种类。
4、动量冲量。
动量。
动量定理。
动量守恒定律。
反冲运动及火箭。
5、机械能功和功率。
动能和动能定理。
重力势能。
引力势能。
质点及均匀球壳壳内和壳外的引力势能公式（不要求导出）。
弹簧的弹性势能。
功能原理。
机械能守恒定律。
碰撞。
6、流体静力学静止流体中的压强。
浮力。
7、振动简揩振动。
振幅。
频率和周期。
位相。
振动的图象。
参考圆。
振动的速度和加速度。
由动力学方程确定简谐振动的频率。
阻尼振动。
受迫振动和共振（定性了解）。
8、波和声横波和纵波。
波长、频率和波速的关系。
波的图象。
波的干涉和衍射（定性）。
声波。
声音的响度、音调和音品。
声音的共鸣。
乐音和噪声。
热学1、分子动理论原子和分子的量级。
分子的热运动。
布朗运动。
温度的微观意义。
分子力。
分子的动能和分子间的势能。
物体的内能。
2、热力学第一定律热力学第一定律。
3、气体的性质热力学温标。
理想气体状态方程。
普适气体恒量。
理想气体状态方程的微观解释（定性）。
理想气体的内能。
理想气体的等容、等压、等温和绝热过程（不要求用微积分运算）。
4、液体的性质流体分子运动的特点。
表面张力系数。
浸润现象和毛细现象（定性）。
5、固体的性质晶体和非晶体。
空间点阵。
固体分子运动的特点。
6、物态变化熔解和凝固。
熔点。
熔解热。
蒸发和凝结。
饱和汽压。
沸腾和沸点。
汽化热。
临界温度。
固体的升华。
空气的湿度和湿度计。
露点。
大学物理基础知识光的干涉与衍射现象
大学物理基础知识光的干涉与衍射现象光的干涉与衍射现象光的干涉和衍射现象是大学物理基础知识中的重要内容。
本文将介绍光的干涉和衍射的基本概念、原理以及实际应用。
一、光的干涉现象光的干涉是指两个或多个光波相遇时发生的现象。
干涉可以是构成性干涉（增强光强）或破坏性干涉（减弱或抵消光强）。
干涉现象可以通过光的波动性解释。
1. 干涉光的波动模型根据互相干涉的光波的波函数，可以使用叠加原理对光的干涉进行数学描述。
干涉是由于波峰与波峰相遇或波谷与波谷相遇而形成的，这种相遇会产生干涉图案。
2. 干涉的光程差干涉的关键参数是光程差，它是指两束相干光的传播路径的差值。
当光程差为整数倍的波长时，会出现构成性干涉；当光程差为半整数倍的波长时，会出现破坏性干涉。
3. 干涉的类型干涉现象可分为两种类型：薄膜干涉和双缝干涉。
薄膜干涉是指光线在介质的两个表面之间反射、透射产生的干涉现象；双缝干涉是指光通过两个相隔较近的缝隙后形成的干涉现象。
二、光的衍射现象光的衍射是指光线通过小孔或物体的边缘时发生的现象，光波会向周围扩散形成衍射图样。
衍射现象可以通过光的波动性解释。
1. 衍射光的波动模型光通过一个小孔或物体的边缘时，光波会发生弯曲，并在周围空间中形成散射波。
这些散射波的叠加就会形成衍射图样。
2. 衍射的特点衍射的特点是衍射波传播范围广，可以绕过物体的边缘，进入遮挡区域。
衍射图样的大小与孔径或物体边缘大小有关，小孔或细缝会产生较宽的衍射图样，大孔或宽缝会产生较窄的衍射图样。
3. 衍射的应用光的衍射现象在实际应用中具有广泛的意义，例如天文学中使用的干涉仪、显微镜的分辨率提升、光学存储器的读写操作等。
三、光的干涉与衍射的应用光的干涉与衍射现象不仅仅是基础学科的内容，也有着广泛的实际应用。
1. 干涉与衍射在光学仪器中的应用干涉仪是利用光的干涉现象进行测量和分析的仪器，如干涉计和迈克尔逊干涉仪等。
衍射仪是利用光的衍射现象进行实验和观测的仪器，如杨氏双缝干涉实验装置和夫琅禾费衍射装置等。
大一学生的物理实验基础与操作技巧
大一学生的物理实验基础与操作技巧物理实验是大学物理课程中不可或缺的一部分，通过实践操作，帮助学生深入理解物理原理和概念。
然而，对于大一新生来说，物理实验可能是一个全新的领域，缺乏经验和技巧。
本文将介绍大一学生在物理实验中所需的基础知识和实验操作技巧，以帮助他们更好地进行实验和提高实验成果的准确性和可靠性。
一、物理实验基础知识1. 实验预习在进行实验之前，学生应该充分进行实验预习。
预习的目的是了解实验的目的、原理和步骤，掌握必要的理论知识，并准备所需的实验装置和器材。
预习还包括对实验中可能出现的困难或问题进行思考和解决方案的准备。
通过充分的实验预习，学生可以更好地理解实验内容和要求，提高实验的效果。
2. 安全意识在进行物理实验时，安全意识是非常重要的。
学生应该明确实验室的安全规定和操作规程，正确佩戴实验室必需的安全装备，如实验眼镜和实验手套。
此外，学生还应该熟悉实验器材的使用方法，如玻璃仪器的注意事项和防护措施等。
保持安全意识，能够有效地避免实验中可能发生的危险，确保实验过程的安全性。
3. 实验记录在进行物理实验时，学生应该准确地记录实验过程和实验数据。
实验记录应该包括实验日期、实验目的、实验步骤、实验数据和观察结果等。
准确的实验记录不仅有助于复习和总结，还能提供有力的依据用于分析和判断实验结果的准确性和有效性。
4. 错误分析在物理实验中，可能会出现一些误差或偏差。
学生应该学会通过错误分析找出产生误差的原因，并提出相应的改进措施。
错误分析可以帮助学生更好地理解实验原理和实验结果的可靠性，促使他们在实验中不断改进和提高。
二、物理实验操作技巧1. 实验仪器的使用学生应该熟悉不同实验仪器的使用方法和操作要点。
例如，使用天平时应该注意取样的精确度和称量的准确性，使用电子计时器时应该注意开始和结束时间的记录等。
正确使用实验仪器能够提高实验的准确性和可重复性。
2. 实验环境的控制在进行物理实验时，学生应该注意实验环境的控制，如温度、湿度和照明等因素的影响。
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B. 表示小数点位置的“0”不是有效数字。 L=12.8mm=0.0128m=1.2810-5km 1.28cm 1280m 1.28cm =1.28 103m
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大学物理实验绪论
2.3.2 有效数字的运算
1) 运算总则
① 不确定度决定有效数字 ② 结果只保留一位欠准数
2.2 测量结果的表示与不确定度
2.2.1 测量结果的表达形式与不确定度
Y X X
d 2.58 0.02 mm
Y 是待测量 ，X是测量值 ，ΔX是不确定度。
相对不确定度 E X 100% X
E 0.02 100% 0.8% 2.58
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大学物理实验绪论
2.2.2 直接测量结果的不确定度 1. 多次测量结果的不确定度
A类分量：多次重复测量后用统计方法算出 B类分量B：其它方法估算 总不确定度合成：方和根合成
X
2 A
2 B
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大学物理实验绪论
A X
n
( Xi X )2
i 1
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大学物理实验绪论
3. 正确记录和书写有效数字
Y X X
D (2.84 0.02) mm
测量结果X保留一位欠准数。不确定度X取 一位有效数字，X对齐X的最后一位。
相对不确定度一般取一位有效数字。建议首
位是1,2,3时取两位有效数字。如: 5%，2.6%。
大学物理实验绪论
江苏大学大学物理实验中心 /
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大学物理实验绪论
1绪 论
1.1 物理实验的意义和任务
(1)通过对实验现象的观察、分析及对物理量 的测量，学习物理实验知识，加深对物理学原理 的理解。
(2)培养与提高学生的科学实验能力。
m
V
误差的传递
dN f dx f dy f dz L x y z
ln N ln f ( x, y, z,L )
dN ( ln f )dx ( ln f )dy ( ln f )dz L
N x
y
z
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大学物理实验绪论
2.1.2 测量误差
真值：待测量在一定条件下具有的大小。 绝对误差：测量值X和真值A的差异。
X X A
约定真值： 公认值，测量值，测量值的算术平均值
相对误差：
E | X | 100% A
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大学物理实验绪论
2.1.3 测量误差的分类 1. 系统误差(规律误差)
大学物理实验绪论
3. 算术平均值的标准偏差
f (X )
X
X
n
n
( Xi X )2
i 1
n(n 1)
X o X X
测量算术平均值随机误差在区间 ( X , X )
的概率为68.3%。 一般实验中测量次数取6～10次。
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大学物理实验绪论
实验结束后，实验数据应经教师审阅认可，否则应重做或补做。 将仪器或实验装置恢复到实验前的状态。
3. 撰写实验报告
(1)补充仪器的规格和编号 (2)数据记录与处理 (3)结果分析和问题讨论等。
实验报告应保持字迹端正、书写整洁、条理 清楚、内容正确、完整。
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大学物理实验绪论
解：
V
1 4
π( D12
D22 )h
1 3.1416 (3.6002 2.8802 ) 2.575 4
2) 常见运算规则
①加减运算
欠准位对齐高位，“4舍6入5凑偶”
24.8+3.56 28.4 30.8+7.75 = 38.55 38.6 537-62.43 = 474.57 474
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24.8 + 3.56
28.36
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大学物理实验绪论
② 乘除运算 取最少位数 1.724.1 7.0 5.3923 = 0.2343 0.23
n(n 1)
算术平均值的标准偏差
B
仪
3
仪 称为仪器误差限值，P11表2-2
2. 单次测量结果的不确定度
X 仪
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大学物理实验绪论
2.2.3 间接测量结果的不确定度
x、y、z …表示各自独立的直接测量量。N表
示间接测量量
N f ( x, y, z,L )
定度传递公式。
解：
N x
1
(
x
y) (x
1( y)2
x
y)
(
x
2y y)2
N y
1
(
x
(
y) x
1 ( y)2
x
y)
2x ( x y)2N (N 来自x)2x
2
(
N y
)2
y
2
(
x
2 y)2
y2
2 x
x2
2 y
例： 4.82π 0.36754 34.012 14.910
4.82 3.142 12.5007 14.910
15.14 0.83842 15.98 16.0
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大学物理实验绪论
例2.4 已知金属环的外径D1=(3.600±0.004)cm，内 径D2=(2.880±0.004)cm，高h=(2.575±0.004)cm，求 金属环体积的测量结果表达式。
③ 乘方、开方运算 取底的位数 25.362 = 643.1296 643.1 25.360. 5 5.03587 5.036
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1.7 2 4.1 172 688 7052
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大学物理实验绪论
④ 对数运算 小数部分取真数的位数
log2.67 0.4265 0.426 log267 = log100+log2.67 2.000+0.426 = 2.426
1. 绝对值合成法
N
|
f x
x
||
f y
y
||
f z
z
| L
N N
| ( ln f x
) x
| | ( ln f y
) y
| | ( ln f z
) z
| L
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大学物理实验绪论
2. 方和根合成法(大学物理实验采用本方法)
解：（1）设N=x+y
N
(
f x
)2
x
2
(
f y
)2
y
2
x2
2 y
N
2 x
2 y
N
x y
（2）设N=x-y 略
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大学物理实验绪论
（3）设N=xy
N
(
f x
)2
x
2
(
f y
)2
y
2
y2 x2
x2
2 y
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大学物理实验绪论
2. 有效数字的意义
数字而言，1.55=1.550=1.5500 测量值而言，1.55m≠1.550m≠1.5500m
高
长
2.6±0.5mm 26.2±0.5mm
2.6±0.5mm
26±5mm
有效数字中欠准位的位置反映了不确定度的大小 有效数字的位数反映了相对不确定度的大小
大学物理实验绪论
2. 实验
对照课本和实验室提供的器材，了解仪器的结构、原理和使用方法。将仪器安装、 调试好，或按电路图连接线路。准备就绪后按实验步骤进行观察、测量和记录。
测量时，应按照有效数字规则进行读数，其有效数字的位数不能任意增减，如实记 录数据，实验数据记录在统一的原始数据记录表上，原始数据记录后不得任意更改。
2. 随机误差（偶然误差）
在测量条件不变时，大小和正负都具有随机性 的误差。
主要原因： ① 人的感官判断力的随机性。 ② 外界因素起伏不定。 ③ 仪器内部存在一些偶然因素。
特点： 随机误差具有统计规律。
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大学物理实验绪论
随机误差的统计规律
正态分布的概率密度函数
f (X )
N
x
y
z
N | cos x | x
N
x x
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大学物理实验绪论
2.3 有效数字及其运算
2.3.1 有效数字 1. 有效数字的概念
正确、有效地表示测量结果的数字。
21
22
读 数 为 21.78cm， 四 位
cm
有效数字，第四位8是
欠准数字
有效数字 = 准确数 + 一位欠准数
ln2.67 0.982 ln267 = ln100+ln2.67 4.605+0.982 = 5.987
⑤ 其它函数运算 遵循不确定度决定有效数字的原则，