大学物理实验绪论
《大学物理实验绪论》课件
案例二：验证牛顿第二定律
实验目的
通过实验验证牛顿第二定律，即物体加速度与作用力成正比，与质量成反比。
实验原理
在相同力的作用下，质量越大，加速度越小；在相同质量的情况下，作用力越 大，加速度越大。通过测量力和加速度的关系，可以验证牛顿第二定律。
案例二：验证牛顿第二定律
实验步骤
1. 准备实验器材，包括小车、滑轮、砝码、弹簧测力计等。
实验步骤 1. 准备实验器材，包括计时器、尺子、重物等。
2. 将尺子固定在墙上，让重物从尺子顶端自由下落。
案例一：测量重力加速度
3. 使用计时器记录重物下落的时间。
实验结果：通过测量和计算，可以得 出重力加速度的值，并与其他已知值 进行比较，验证实验的准确性。
4. 根据测量数据计算重力加速度的值 。
实验结果分析
数据处理
对实验数据进行整理、计算和图表绘制，确 保数据的准确性和可读性。
结果分析
根据实验数据，分析实验结果是否符合预期 ，探讨可能影响实验结果的因素。
误差分析
对实验中的误差来源进行分析，评估误差对 实验结果的影响。
实验结论与建议
实验结论
根据实验结果和误差分析，总结实验的主要发现和结论。
实验原理
当两束或多束相干光波在空间某一点叠加时，会产生加强或减弱的现象，形成明 暗相间的干涉条纹。光的干涉是光学中的重要现象之一。
案例三：光的干涉实验
实验步骤
1. 准备实验器材，包括激光器、分束器、反射镜 、光屏等。
2. 将激光器发出的光束通过分束器分成两束相干 光波。
案例三：光的干涉实验
1
3. 让两束光波在空间某一点叠加，并观察干涉现 象。
防止机械伤害
在使用机械设备或进行具有危险性的实验操作时，应佩戴防护眼镜、手套等个人防护用品，遵守安全操作规程。
大学物理实验绪论
有些异常数据是新现象，也许是重大发现的前奏。
四 、测量不确定度与测量结果的表达 （一）不确定度概念及分类
测量不确定度表征被测量量的分散性，它是被 测量客观值在某一量值范围内的一个评定。
不确定度按照测量数据的性质分为两类：
A类不确定度:符合统计规律. 用 uA 表示；
B类不确定度:不符合统计规律. 用 uB 表示。
ln N
N
x1
dx1
x2
dx2
xn dxn
3.间接测量不确定度的传递
N f ( x1 , x2 ,L xn )
其中，x1 x1 ux1 ，x2 x2 ux2 ，…ux1 , ux2 ,L
分别为测量量 x1, x2 ,L 的不确定度。
uN
f
x1
2
u2 x1
f x2
（2） 书写预习报告。（内容大致包括：实验名称、 实验目的、实验仪器、实验原理）
实验原理：写出原理概要，画出原理图，写出测 量公式，注明公式中出现的符号的物理意义。
（3）自备实验数据记录纸，设计表格，写上班级、 姓名、日期。
注意：没有预习报告不能做实验
预习报告和实验数据记录纸一定写上上课的时间：
例如：12-3-下午1
举例： 直尺、千分尺的示值误差、数字毫秒计的误差、 分光计的误差、电表的精度等。
2.系统误差的来源
（1）仪器误差 （2）理论和方法误差 （3）环境误差 （4）个人误差
仪器刻度不准、刻度盘和指针安装偏心、米尺 弯曲、天平两臂不等长等
2.系统误差的来源(续)
（1）仪器误差 （2）理论和方法误差 （3）环境误差 （4）个人误差
电流表外接
电流表内接
2.系统误差的来源(续)
大学物理实验绪论课电子教案
大学物理实验绪论课电子教案一、教学目标1. 让学生了解大学物理实验课程的重要性，认识到实验在物理学研究中的地位和作用。
2. 使学生掌握实验基本原理、方法和技巧，为后续实验课程打下坚实基础。
3. 培养学生的实验兴趣，提高动手能力、观察能力和创新能力。
二、教学内容1. 大学物理实验课程的地位和作用2. 实验基本原理和方法3. 实验技巧与注意事项5. 安全常识及实验仪器使用规范三、教学过程1. 导入：通过提问方式引导学生思考实验在物理学研究中的重要性。
2. 讲解：详细阐述大学物理实验课程的地位和作用，介绍实验基本原理、方法和技巧。
3. 互动：学生提问，教师解答；讨论实验过程中可能遇到的问题及解决方法。
5. 总结：强调实验安全常识及仪器使用规范，提醒学生在实验过程中注意事项。
四、教学方法1. 讲授法：讲解实验基本原理、方法和技巧。
2. 互动法：引导学生提问、讨论，提高课堂参与度。
4. 实践操作：课后安排实验操作练习，巩固所学知识。
五、教学评价1. 课堂参与度：观察学生在课堂上的提问、讨论情况，评价学生的参与程度。
3. 实践操作：评估学生在实验过程中的动手能力、观察能力和创新能力。
六、教学资源1. 教材：大学物理实验教程2. 课件：实验基本原理、方法和技巧的PPT3. 实验设备：常见的物理实验仪器4. 网络资源：相关实验视频、论文等七、教学时间1课时（45分钟）八、课后作业1. 阅读教材，了解实验基本原理和方法。
2. 观看实验视频，熟悉实验操作过程。
九、教学建议1. 注重实验安全教育，强调实验过程中注意事项。
2. 鼓励学生提问、讨论，提高课堂氛围。
3. 注重培养学生的动手能力、观察能力和创新能力。
4. 定期检查实验报告，及时反馈学生实验成果。
十、教学反思本节课结束后，教师应认真反思教学效果，针对学生的反馈情况进行调整教学策略，以提高教学质量。
关注学生在实验过程中的表现，为后续实验课程做好准备。
六、实验技能训练1. 目的：使学生熟悉并掌握基本实验技能，如测量、数据分析等。
大学物理实验绪论10版
∆Nmax 5%×10 E= = = 50% N测 1
经验之谈： 经验之谈：
①若测量点愈接近“0”，即N测测量 若测量点愈接近“ ” 值小，相对误差大，准确度低； 值小，相对误差大，准确度低； 选用N ②选用 测→Amax，即测量点愈接近量 满刻度），相对误差愈小， ），相对误差愈小 限（满刻度），相对误差愈小，故 准确度愈高。 准确度愈高。
五 ．成绩计算： 成绩计算： 每个实验成绩满分10分 每个实验成绩满分10分。总实验成绩 参考每个实验成绩和考试成绩综合确 定。 规定：⑴未做实验的，本次成绩 0分； 规定： 未做实验的， 明显伪造、抄袭数据者，本次实验 ⑵明显伪造、抄袭数据者，本次实验 报告无分； 报告无分； 明显抄袭实验报告，本次成绩0 ⑶明显抄袭实验报告，本次成绩0分 实验报告无原始数据者， ⑷实验报告无原始数据者，实验报告 无分； 无分；
（2）相对误差 ）
若测得值为N 若测得值为N测 ，则测量结果的最大相对误差为： 则测量结果的最大相对误差为：
∆Nm K%× A ax ax m E= = N测 N测
级电压表,量程为 测量1伏电压 例:用5级电压表 量程为 伏,测量 伏电压 则 用 级电压表 量程为10伏 测量 伏电压,则 相对误差为: 相对误差为
评价测量结果的优劣，不仅要看绝对误差， 评价测量结果的优劣，不仅要看绝对误差，还要 看相对误差。 看相对误差。
相对误差的有效数字， 相对误差的有效数字，当E＜1%时， ＜ 时 取一位有效数字； 取一位有效数字；当E＞1%时，取两位 ＞ 时 有效数字。 有效数字。 对于多次测量的相对误差即为平均 相对误差， 相对误差，即
4.用比较法估算测量误差 用比较法估算测量误差
将测量结果N 和标称值（公认值、理论值） 将测量结果 测和标称值（公认值、理论值） N0进行比较来判断测量的准确度，也用百分数来 进行比较来判断测量的准确度， 表示： 表示：
大学物理实验 绪论
5 、关于数据涂改问题
6、交实验报告和 实验报告评分的说明
＊每次实验后实验报告须在一周内由物理课 代表收齐集中交到物理实验室。
＊实验报告评分标准：(共100分)
卷面 10分
报告格式 10分
操作和数据记录 30
数据处理 30分
结果表示 10分
问题讨论 10分
7、实验内容和 实验成绩评定的说明
B类不确定度 uB ——主要涉及系统误差。由 仪器误差造成。
六、直接测量不确定度的估算
1. A类不确定度——可用统计方法计算 一般用平均值的标准偏差来表示。即：
uA
S x
S x
1 n(n 1)
n i 1
( xi
x)2
六、直接测量不确定度的估算
2. B类不确定度——用非统计方法估算
消除系统误差产生的因素
四. 精密度、准确度和精确度
a) 精密度高， b) 准确度相对 c) 精确度高， 测量重复性好， 较高，测量结 随机误差、系 随机误差小。 果较接近真值。 统误差均小。
五、不确定度及其分类
——不确定度是对测量结果可信度的描述, 表征误差可能存在的范围。
A类不确定度 u A——对测量结果离散性的评价。 主要涉及随机误差。
在实验教学中约定：
uB
仪 ３
仪 为仪器误差限，可按以下三个原则确定:
六、直接测量不确定度的估算
（1） 对可估读测量数据的仪器： △仪 = 最小刻度的1/2
（2） 对不可估读测量数据的仪器： △仪 = 仪器最小分辨读数
（3） 对有仪器说明书的仪器： △仪按仪器说明书计算
3、直接测量的合成不确定度 和相对不确定度:
《大学物理实验》绪论
2、单峰性；绝对值小的误差出现的次数比绝对值大 的误差出现的次数多。
3、有界性：在一定测量条件下的有限次测量下，误 差的绝对值具有不会超过一定的界限的特性。
根据特点1不难推理，在相同条件下对同一物理量
进行测量，其误差Δ的算术平均值随测量次数的增加
而趋向零。即
n
lim
n
i 1
i
/
n
0
满足上述条件的误差分布规律是正态分
量值对应的标准偏差为：
n
Sx
2 i
(n 1)
i 1
因为当n→∞时，Sx x 。也就是说Sx能作为反映有限
测量列的离散程度。
算术平均误差为
n
i
i1
n
0.8Sx
在有限次数的测量中，相同n次测量值的算术平均值 一般是不相等。在n一定时，一系列 x (n)也满足正态分布。 该平均值的标准偏差为，
当C=3时，U=3σ 称其为极限误差，置信概率为99.7% 。
当C=1时，U=σ 其即为标准误差，置信概率为68.3% 。
测量列的随机误差估计
在实际测量中，由于真值是不可知的，且测量次数也 不可能是无限的，通常用n次测量值的算术平均值x 作为 测量值的最佳估计值。
设有n次测量的测量列xi 。其中任意一个测量值的 误差可近似地用 i xi x 表示，通常称之为残差。该测
A类分量：用统计方法计算的分量，与随机误差相当；
B类分量：用其他方法计算的分量。
不确定度的合成：由二类分量的方和根方法确定，
即：
p
q
si2
u
2 j
i 1
j 1
p
q
大学物理实验绪论课电子教案
大学物理实验绪论课电子教案一、教学目标1. 让学生了解大学物理实验课程的重要性，认识到实验课程对于理论知识的巩固和应用的作用。
2. 使学生掌握实验的基本原理、方法和技巧，为后续实验课程打好基础。
3. 培养学生的实验兴趣，提高学生的实验动手能力和创新能力。
二、教学内容1. 大学物理实验课程的定位与意义2. 实验课程的基本要求与评价标准4. 实验安全与实验伦理5. 物理实验常用仪器与设备三、教学过程1. 导入：通过提问方式引导学生思考实验课程的重要性，激发学生的学习兴趣。
2. 讲解：详细讲解大学物理实验课程的定位、意义、基本要求等内容。
3. 互动：让学生提问，解答学生在预习过程中遇到的问题。
5. 总结：对本节课内容进行总结，强调实验安全与实验伦理。
四、教学方法1. 讲授法：讲解实验课程的定位、意义、基本要求等内容。
2. 互动法：鼓励学生提问，解答学生在预习过程中遇到的问题。
4. 实践操作法：让学生在实验过程中亲自动手，提高实验技能。
五、教学评价1. 课堂参与度：观察学生在课堂上的发言和提问情况，评估学生的参与程度。
3. 实验操作：评价学生在实验过程中的动手能力、观察能力和问题解决能力。
4. 课后反馈：收集学生对实验课程的意见和建议，不断优化教学内容和方法。
六、实验技能训练1. 目的：使学生掌握基本的实验技能，包括仪器的使用、数据的采集与处理、实验误差的分析等。
2. 内容：a. 常用仪器的使用方法及注意事项b. 实验数据的采集与处理方法c. 实验误差的来源与减小方法d. 实验结果的判断与分析3. 教学过程：a. 讲解与示范：教师讲解并示范相关实验技能，让学生了解并掌握基本操作方法。
b. 学生练习：学生分组进行实验，亲自动手操作，巩固所学技能。
七、实验方案设计与实施1. 目的：培养学生的实验设计能力、创新能力和团队协作能力。
2. 内容：a. 实验方案的设计原则与方法b. 实验步骤的制定与执行c. 实验数据的处理与分析d. 实验结果的讨论与总结3. 教学过程：a. 课题发布：教师发布实验课题，引导学生思考并设计实验方案。
大学物理实验绪论(不确定度)
∆ ρ = ρ ⋅ Er
17
从而，求得
ρ = ρ ± ∆ρ
§2 有效数字及运算法则 一、有效数字 1．定义：若干位可靠数字加一位可疑数字构成。 ．定义：若干位可靠数字加一位可疑数字构成。 一位可疑数字构成 例：6.35mA 3位； 102.50Kg 5位；
l=10.34cm 4位。 注意： 数字前面“ ” 注意：①数字前面“0”不是有效数字
1.可靠与可靠 可靠 可靠与可靠→可靠 可靠与可靠
可靠 → 可疑 但进位是可靠的。 2.可疑与 但进位是可靠的。 可疑与 可疑
3.尾数的取舍原则： 4舍6入5凑偶。5凑偶后使末位 尾数的取舍原则： 舍 入 凑偶 凑偶。 凑偶后使末位 尾数的取舍原则 为偶数。 否则将5舍去 舍去。 为偶数 。 否则将 舍去 。 （ 不确定度的相关规定另 外说明） 外说明） ①加减法 结果的有效字位数与诸数中绝对误差最大者的有效数 字的末位对齐。 字的末位对齐。 例：6.35－1.7+5.003=9.6 －
3
结果： 结果： N = ( x − y ) ± ∆ N
15
2、函数关系为乘除的，先求相对不确定度 、函数关系为乘除的，
（1）将函数两边取对数，再对各自变量求偏导， ）将函数两边取对数，再对各自变量求偏导， 再代入公式（ ） 再代入公式（14）
( 2)
∆N 求出N并由 Er = N
求得 ∆ N = Er × N
（1）单次测量 △ A=0 ）
7
（2）多次测量 ） N趋于无穷时， 服从正态分布 趋于无穷时， 趋于无穷时 服从正态分布, 而进行有限次测量，一般服从t分布 学生分布)。 分布(学生分布 而进行有限次测量，一般服从 分布 学生分布 。 大学物理实验中n的次数一般不大于 次 大学物理实验中 的次数一般不大于10次 , 的次数一般不大于 近似，置信概率p为 在5＜n≤10时，作△A＝Sx近似，置信概率 为0.95 ＜ 时 或更大。所以作为简化计算，可直接把S 或更大。所以作为简化计算，可直接把 x的值当 作测量结果的总不确定度的A类分量 类分量△ 作测量结果的总不确定度的 类分量△A。
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测量误差及数据处理的基础知识
2
第一节 测量与误差
一、测量 物理实验是以测量为基础的。
测量的要素： 对象 单位 方法 准确度
• 1、直接测量 • 可以从仪表上、测量工具上可以直
接读出被测量的值
例如：长度L、时间t、质量m …….
• 同一测量者、使用相同的仪器、相同的方法、
在相同的条件下进行多次测量为等精度测量，
10
42.33 42.37 42.34 42.33 42.35 )
42.34( cm )
10
2
LI L
S i1
0.0188562 0.02( cm )
10 1
用计算器的统计功能
第三节 测量结果不确定度
一、不确定度的概念：
由于测量误差的存在而导致被测量值不能准确测定的 程度。
四、间接测量的结果和不确定度的合成
设 Fx，y，z，
式中的：φ为间接测量结果； x，y，z，… 为直接测量结果。
解：测得值的最佳估计值为
y y y0 0.250 0.004 0.246(mm)
测量列的标准偏差
s
n
(
yi
y)2
i1
0.002mm
n1
测量次数n=6，可近似有
2 A
B2
s2 仪2
0.0022 0.0042 0.004mm
则：测量结果为 Y=0.246±0.004mm
二、误差
1.真值： 物理量的实际客观的值
真值为一理想值，一般不知，常用实际值或算术平均值代替
2. 绝对误差和相对误差
绝对误差
绝对误差 = 测量值 - 真值
绝对误差反映测量值偏离真值的大小和方向；可 以更好地描述测量的精度
相对误差
相对误差(E)
绝对误差 真值 100
%
相对误差的大小可以比较两个测量效果的好与坏。
可通过多次测量来减小
3、过失误差：不应出现，可避免
第二节 直接测量随机误差的估算
一、用算术平均值表示测量结果
设对某一物理量进行了n次测量，测量值为：
x1，x2，，xn
其算术平均值为：
n
xi
x i1 n
i 1，2，，n
当系统误差已消除时，测量值的平均值最接近真值.
二、用残差表示每一次测量值的绝对误差
18
仪 0.5mm
19
仪 0.01s
直接测量量不确定度估算过程（小结）
● 求测量数据列的平均值
y
1 n
n
i1
yi
● 修正已定系统误差y0，得出被测量值 y y y y0
● 用贝塞耳公式求标准偏差s s
n
(
yiபைடு நூலகம்
y)2
i1
n1
● 标准偏差s 乘以因子来求得A A ( t n)s 当 5＜n≤10，置信概率为95%时，可简化认为A s
试计算算术平均值 L 某次测量值的标准偏差S
次数 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
L(cm) 42.32 42.34 42.35 42.30 42.34 42.33 42.37 42.34 42.33 42.35
解：
L
1 10
1
10 i 1
Li
( 42.32 42.34 42.35 42.30 42.34
● 根据使用仪器得出B B= 仪
● 由A、 B合成总不确定度
2 A
B2
● 给出直接测量的最后结果：Y y
直接测量量不确定度估算举例
例：用螺旋测微计测某一钢丝的直径，6次测量值yi分别为：0.249, 0.250, 0.247, 0.251, 0.253, 0.250; 同时读得螺旋测微计的零位y0为： 0.004, 单位mm，已知螺旋测微计的仪器误差为Δ仪=0.004mm，请给 出完整的测量结果。
可以取其平均值计算。
• 仪器不同、方法不同、测量条件不同以及测 量者个人的差异都会造成不同的测量结果，
这种测量为非等精度测量，取其平均值是
无意义的。
• 2、间接测量 • 通过已知的函数关系（公式）和直
接测量的量，经过计算得到的被测 量的值
V
4
(D22
D12 )h
V 4 R3
3
• 3、测量结果 • 数值＋单位 • 例如：54.23m；160.00kg……
当测量次数 n 6 时，(t n) 1
则：A (
t )s 1s n
2. B类不确定度的估算：
用仪器本身的误差(称仪器误差限ins)来计算，即：
B ins
仪器误差限的确定：
(1) 由仪器或说明书中给出。
(2) 由仪器的准确度级别来计算
电表的最大误差 电表的满量程
级别%
器误差)
“方和根”合成： 2A 2B
三、直接测量不确定度的计算
1. A类不确定度的计算：
由标准偏差S乘以因子 (t n ) 来求，即：
A ( t )s n
测量次 数n 2
3
4
5
6
7
8
9
10 15 20 n
t n 8.98 2.48 1.59 1.24 1.05 0.93 0.84 0.77 0.72 0.55 0.47 1.96/ n
各测量值 xi 和 x 之间的差称为残差x，即：
xi xi x i 1，2，，n
三、误差的估算 标准偏差
S
n
2
xi x
i 1
n 1
(贝塞尔公式)
用标准偏差表示测量的随机误差。
例: 用标准米尺测某一物体的长度共10次，
其数据如下：
次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 L(cm) 42.32 42.34 42.35 42.30 42.34 42.33 42.37 42.34 42.33 42.35
不确定度用表示。
误差以一定的概率被包含在量值范围 ( ~ ) 中
真值以一定的概率被包含在量值范围 (x ) ~ (x ) 中
不确定度的大小反映测量结果与真值之间的靠近程度。
二、不确定度的分类及合成方法
分
A类分量 A：
可以通过统计方法来 计算(如随机误差)
类
B类分量
B：
不能用统计方法只能 用其他方法估算(如仪
三、误差的分类
1. 系统误差
产生的原因：(1) 仪器误差 (2) 理论(方法)误差 (3) 环境误差 (4) 人为误差
特点： 确定性
可用特定方法来消除
2. 随机误差(偶然误差) 在消除或修正一切明显的系统误差之后，每次 测量结果还会出现无规律的随机变化。
随机误差服从一定的统计分布规律。
特点： 随机性