!大学物理实验基本知识

1、根据实验具体要求（如哪些量是一次测量量， 数据间的关系以及实验条件等）列出适当的表 格，在表格上方简单扼要地写上表的名称。
2、标题栏内注明物理量的名称、符号和单位。 不要把单位记在数字上。 3、数据要正确地反映测量的有效数字。 4、表格力求简单、清楚、分类明显。
Y(物理量)(单位) Y1
n t/℃ 1 10.5 2 26.0 3 38.3
1）可将偏离平均值较大的数据直接删除掉 2）采用图解法将拟合偏离拟合曲线较远的数据点作为坏值 予以删除．
§4 测量结果的评定和不确定度的计算
4.1表征测量结果质量的指标－

测量的精密度、准确度和精确度
4.2测量不确定度的基本概念、分类及评定 4.3标准不确定度的合成与传递
4.4测量结果的报道（表示）
2.3.1真值与误差
真值：在一定条件下，一个待测物理量的大小在 理论上有一个确定的数值，此值称为该物理量的真 值。 由于实验理论的近似性、实验仪器灵敏度和分 辨能力的局限性、环境的不稳定性等因素的影响， 待测量的真值是不可能测得的，测量结果和真值之 间总有一定的差异，我们称之为测量误差，它的大 小反映了测量结果的准确程度。 “ 误差＝测量值—真值” 真值是理想概念，一般无从得知，所以误差一般 也不能计算。只在少数情况下，用准确度高的实际 值来作约定真值，才能计算误差。

Sx
但是,n>10以后,n再增加, 减小缓慢,因此,在物理实验 教学中一般取n为5～10次 n n 测量次数对 s(x ) 的影响
0 5 5 10 10 15 15 0
3.3.3过失误差的分析处理 1.对于过失误差的处理关键是熟悉实验理论和条件, 明确要观察的现象,熟悉仪器的使用规则,懂得正确 的使用仪器。其次是养成一边观测一边分析思考的 习惯,以便及早发现错误，避免造成很多数据作废或 重做实验。 2.数据分析是发现错误的重要方法：
第一章大学物理实验基本知识
§1
大学物理实验课的目的和要求 §2 测量与误差的分类 §3 实验误差分析 §4 测量结果的评定和不确定度的计算
§1 大学物理实验课的目的和要求
1.1物理实验的作用
1.2物理实验课的目的 1.3物理实验课的要求
1.4实验报告
1.1物理实验的作用
)表示，也可以用相
2.4 误差的分类
按 照 误 差 产 生 的 原 因 和 性 质

2.4.1系统误差 2.4.2偶然误差（随机误差） 2.4.2过失误差（粗大误差）
2.4.1系统误差
（1）系统误差的定义：
在同一条件下（方法、仪器、环境和观测者不变）多次测 量同一量值时，符号和绝对值的大小保持不变，或按一定 规律变化的误差称为系统误差。
而进行的被测物与测量仪器相比较的过程． 测量过程中必须满足的两个必要条件
(1)预定的标准必须是精确的已知量，并为人们所 公认； (2) 用以进行这种定量比较的仪器设备和程序必须 能被证明是正确的。
2.2测量及其分类
物理实验是对物理现象、运动规律的定量的认识, 当然离不开测量, 但决不仅仅是测量, 还需从一定的 理论出发，对测量数据加以分析,归纳出有关结论。
Y2
4 51.0
不同温度下的金属电阻值 5 62.8 6 75.5 7 85.7
R/Ω 10.423 10.892 11.201 11.586 12.025 12.344 12.670
物理量的名称(符号)和单位

X(物理量)(单位) X1
X2
Xn
Yn
有效数字正确
2.3 测量与误差






i 1 i

测量值有偶然误差，它们的算术平均值也必然有偶然误差， x S 可用来表示算术平均值不可靠性的评定标准，即误差范围。

3.3.2偶然误差的分析处理

平均值的实验标准差 S x
s s

比任何一次测量的实验标
准差 S x 小,增加测量次数, 可以减少平均值的实验标 准差,提高测量的准确度。


现在以打靶结果为例来形象说明三个“度”之间的区别。 （a）表示子弹相互之间的比较靠近，但偏离靶心较远，即精密度 高而准确度较差； （b）表示子弹相互之间比较分散，但没有明显的固定偏向，故准 确度高而精密度较差； （c）表示子弹相互之间比较集中，且都接近靶心。精密度和准确 度都很高，亦即精确度高。.
物理学是实验科学，凡物理学的概念、规律及公 式等都是以客观实验为基础的。 因此物理学绝不能脱离物理实验结果的验证，实 验是物理学的基础。
杨振宁教授：
“物理学是以实验为本的科学。 ”
张文裕教授 ：
“物理 学本 质上 是一 门 实 验科 学” “科学 实验 是 ， 科学理论的源泉，是自然科学的根本，也是工程技 术的基础。物理学研究的对象是‘物’ ，要研究‘物’ ， 就必须变革‘物’ ，并观察变革后的反映。这样，既 要‘变革’ ，又要‘观测’ ，自然需要进行科学实验。 ”
⑴ 实验题目： ⑵ 实验目的：
1.4.1实验报告的内容
⑶ 实验仪器：列出实验中所用的仪器、设备和辅助用具． ⑷ 实验原理：简要叙述有关原理内容，写出主要计算公式的推 导过程，画出有关的原理或装置图． ⑸ 实验内容及步骤：列出主要的实验步骤． ⑹ 实验数据原始记录：实验中测得的原始数据用表格形式列出， 正确记录有效数字和单位． ⑺ 实验结果及数据分析：根据实验目的对测量结果进行计算或 作图表示，并对测量结果进行评定，计算不确定度,要写出 主要的计算内容；若实验是为了观察某一物理现象或验证某 一物理定律，应扼要写出实验结论．
4.1表征测量结果质量的指标－Biblioteka 测量的精密度、准确度和精确度
对测量结果做总体评定时，一般均应把系统误差和随机误差 联系起来看，精密度、准确度和精确度都是评价测量结果好 坏的，但是这些概念的含义不同，使用时应加以区别。 1．测量的精密度高，是指测量数据比较集中，偶然误差较 小，但系统误差的大小不明确． 2．测量的准确度高，是指测量数据的平均值偏离真值较少， 测量结果的系统误差较小，但数据分散的情况即偶然误差的 大小不明确． 3．测量的精确度高，是指测量数据比较集中在真值附近， 即测量的系统误差和偶然误差都比较小．精确度是对测量的 偶然误差与系统误差的综合评定．
物理实验包含着：理论 实验方法 仪器选择 测量 数据处理 结果分析等环节。
可见物理实验包括测量，但物理实验决不仅仅是 单纯的测量。
处理实验数据的方法
测量实验数据处理的基本方法
列表法
对一个物理量进行多次测量，或者测量几 个量之间的函数关系，往往借助于列表法 把实验数据列成表格。列表法就是将一组 实验数据中的自变量，因变量中的各个数 值，依一定的形式和顺序一一对应的列出 来。其优点是简单明了，便于比较。列表 格没有统一的格式，一般应注意以下几点。


3.3.2偶然误差的分析处理
在物理实验中常用标准偏差和算术平均值的标准偏差来估计 测量的偶然误差。 n 1.标准偏差，用 s 表示， 2 xi x n 1 n 为测量次数，定义式： S i 1 （贝塞耳公式） 标准偏差 s 用来定量地表示偶然误差的多次测量值的分散情 况，s 值越大，多次测量值相对于平均值来说越分散． 2.算术平均值的标准偏差 n 2 用 S x 表示，定义式： x S x x n n 1 S / n
2)未定系统误差
指不能确切掌握误差取值的变化规律及其大小和符号， 而仅知最大误差范围（或极限误差）的系统误差。 只能估其限值或其分布范围，大致对应于(不等于) → B类不确定度分量.
§3 实验误差分析
3.1实验误差分析的目的
3.2实验误差产生的原因
3.3实验误差的处理方法
3.1实验误差分析的目的
（2）系统误差的来源：
1） 仪器误差
2） 理论或方法误差 3） 环境误差 4） 人身误差
⑶ 系统误差的分类（按可知程度） 1) 已定系统误差
在一定的条件下，采用一定的方法，对误差取值的变 化规律及其大小和符号都能确切掌握的系统误差，在测 量结果中可以进行修正。 恒定或可预知 → (一部分变为已知) 已定系统误差能够被消除、部分减小 (如调零、… 测量结果 = 测得值(或其平均值) - 已定系差
误差普遍存在于测量过程中，物理量的测量
结果一般都具有一定的误差（误差的普遍性） 测量值的误差一般同时包含系统误差、偶然 误差和过失误差，进行误差分析的目的在于： 1． 尽量减小测量值中的误差。 2． 对残存的误差的大小给出某种估计值。
3.3实验误差的处理方法
3.3.1系统误差的分析处理
培养实验能力 提高实验素养
1.3物理实验课的要求
第一，掌握有关物理实验的基本知识，基本方法和 基本技能，这是做好物理实验的基础． 第二，学习用实验方法研究物理现象、验证物理规 律，加深对物理理论的理解和掌握，并在实践中提 高发现问题、分析问题和解决问题的能力． 第三，通过物理实验课锻炼坚韧不拔、勇于探索的 开拓精神，养成珍惜和爱护实验仪器，遵守纪律的 优良品德．
整个物理学的发展史是人类不断深刻了解 自然、 认识自然的历史进程。 实验物理和理论物理是物理学的两大分支 实验事实是检验物理模型确立物理规律的终 审裁判。理论物理与实验物理相辅相成，互 相促进。 物理学正是靠着实验物理和理论物理的相 互配合激励、探索前进，而不断向前发展的 。
1.2物理实验课的目的和任务 学习实验知识
⑻ 分析与讨论：包括讨论实验中观察到的异常现象及其可能的 解释，回答实验思考问题，谈谈对实验的心得体会．
§2 测量与误差的分类
2.1
2.2 2.3 2.4 2.5
测量基本概念
测量及其分类 测量与误差 误差的分类 算术平均值