大学物理实验绪论课(2019)
大学物理实验.ppt
2019-11-4
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2 测量误差与数据处理
2.1 测量与误差 2.2 测量结果的表述与不确定度 2.3 有效数字及其运算 2.4 数据处理的基本方法
2019-11-4
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7
2.1 测量与误差
2.1.1 直接测量与间接测量
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2.2.2 直接测量结果的不确定度
A类不确定度的估计
n
(Xi X )2
A
t X
t
i 1
n(n 1)
t 称为“t 因子”，它与测量次数和“置信概率”有关
n。2
3
4
5
6
7
8
9 10 20 30 40 ∞
t0.683 1.84 1.32 1.20 1.14 1.11 1.09 1.08 1.07 1.06 1.03 1.02 1.01 1.00
诺贝尔物理学奖获得者、著名物理学家杨振宁 教授曾经说过，“物理学是以实验为本的科 学”，这充分说明了物理实验的作用和重要性。
80%以上的诺贝尔物理学奖给了实验物理学家。 20%的奖中很多是实验和理论物理学家分享的。
2019-11-4
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1.2 物理实验课的任务
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，加深对物理学原 理的理解 培养和提高科学实验的能力 >> 培养和提高科学实验的素养 >>
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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
结果表达形式 Y X X
Y
待测量
大学物理实验绪论答案附解析
大学物理实验绪论答案附解析1. 下面哪种说法正确？DA. 间接测量结果有效数字位数的多少由测量仪器的精度决定。
B. 间接测量结果有效数字位数的多少由计算器数码显示位数的多少决定。
C. 间接测量结果有效数字位数的多少由所用的单位决定。
D. 间接测量结果有效数字位数的多少由其不确定度决定。
2. 某物理量的测量结果为n=1.6532（0.0007），下面对该结果的解释哪种是正确的？CA. 表明该物理量的数值有两种可能，即n=1.6525 或n=1.6539 。
B. 表明该物理量的数值是（1.6525，1.6539）区间内的任何值。
C. 表明该物理量的真值有较大的概率位于（1.6525，1.6539）区间内。
D. 表明该物理量的真值不在（1.6525，1.6539）区间内。
3. 在相同的测量条件下，对同一物理量进行多次重复测量，并以各次测量值的算数平均值作为该物理量的测量结果，以下哪种说法是正确的？BA. 这样做可以减小系统误差。
B. 这样做可以减小随机误差。
C. 这样做可以得到该物理量的真值。
D. 这只是处理测量数据的一种方法，不能减小误差，与真值也没关系。
4. 以下关于系统误差的说法哪个是正确的？DA. 系统误差是没有规律的误差。
B. 系统误差就是指来源于测量仪器的误差。
C. 系统误差是正性误差。
D. 系统误差是可正可负的。
5. 用最小分度为0.2s 的计时器测量时间，一次测量的结果是56.4s，正确的表达式是哪一个？CA. 56.4(0.1)s C. 56.40（0.06）sB. 56.40(0.10)s D. 56.4（0.2）s6. 已知D HM24πρ= ，其中M = 276.180（0.020）g ，D = 3.662（0.005）cm，H = 12.180（0.010）cm，M、D、H 这三个测量量中哪一个量的测量对ρ的不确定度影响最大？AA. M 的测量对ρ的不确定度影响最大。
B. D 的测量对ρ的不确定度影响最大。
大学物理实验基础-绪论
x0
x1
x2
x3
其相应的弹簧长度变化量为：
x1 x1 x0 x ( x1 x0 ) ( x2 x1 ) ... ( x7 x6 ) x7 x0 7 7 x2 x2 x1 ...... 失去了多次测量减小误差的优越性 x7 x7 x6
截距a：
x 2 y 1 x1 y 2 a x 2 x1
图示和图解法----选取解析点
在直线上取两点（解析点）, 不能取用原始实验数据。 用与实验点不同的记号标记，并在旁注明其坐标值。 注意书写正确的有效数字。 为减小误差，所取两点应在实验范围内尽量彼此远离
L/cm 弹簧拉伸 L-F关系曲线 比例: 横轴1cm=10.0g 28.00 纵轴1cm=1.00cm
L/cm
28.00 26.00
因变量
24.00 22.00 20.00 20.0
自变量
40.0 60.0 80.0 100.0 120.0 F／g
图示和图解法----如何正确标注坐标分度？
坐标轴的分度应使实验点的坐标值都能正确、迅速、方 便地找到，用 3、6、7、9表示一个单位是不合理的。 不损失有效数字。 图线应充满整个图纸。坐标轴的起点不一定从零开始
x最后一位与
相对误差 E U x 100% x
间接测量
最佳值
复习
N f ( x , y, z ,)
2 2
不确定度传递 U f U 2 f U 2 x y N y x 结果表示 相对误差
N N U N
UN E 100% N
26.00 24.00 22.00 20.00 20.0
大学物理实验部分绪论答案
2
10 组数据结果如下： 测量次数 1 1.925 2 1.919 3 1.943 4 1.911 5 1.905 6 1.917 7 1.923 8 1.936 9 1.920 10 1.940 1.9239 平均 测量列的标准误差������ = 平均值的标准误差������ ������ =
∆������ ������
+
∆ℎ ℎ
= 23.75 + 8.84 = 0.31%
0.02
∆S = S ∗ ������������ = 1318 ∗ 0.31% = 4������������2 S = S ± ∆������ = (1318 ± 4)������������2 4) ������������ =
3
1
Vi2
2
������ 200 T = T ± ������ ������
1
(2).因为测量了 6 次，所以满足τ分布，故有： 测量次数 i c������ ������������ = ������������ − ������ ������������2 1 0.203 -0.015 0.00000225 2 0.198 -0.065 0.00004225 3 0.212 0.075 0.00005625 4 0.215 0.105 0.00011025 5 0.192 -0.125 0.00015625 6 0.207 0.025 0.00000625 平均c = 0.2045 ������������ = 0 ������������2 = 0.00037350 测量列的标准误差������ = 平均值的标准误差������ ������ =
0.02 0.02
∆V = ������ ∗ ������������ = 7.28 ∗ 0.47% = 0.03������������3 V = ������ ± ∆������ = (7.28 ± 0.03)������������3
大学物理实验绪论——暨南大学课件
果的准确度越高。
1.直接测量量（原始数据）的读数应 反映仪器的精确度
游标类器具
（游标卡尺、分 光计度盘、大气 压计等）一般读 至游标最小分度 的整数倍，即不 需估读。
直接测量量（原始数据）的读数应反 映仪器的精确度
数显仪表及 有十进步式 标度盘的仪 表（电阻箱、
电桥、
数字电压表等） 一般应直接读 取仪表的示值。
2）随机误差（偶然误差） • 由于偶然的不确定因素造成
每一次测量值的无规律的涨 落,测量值对真值的偏离时大 时小、时正时负。
• 特点：随机性。
测量次数足够多时，大多数 偶然误差可以近似认为服从 正态分布
• 造成因素：
（1）仪器性能和测量者感官分 辨力的统计涨落
（2）环境条件的微小波动（温 度、气流等）
直接测量量（原始数据）的读数应反 映仪器的精确度
指针式仪表及 其它器具，读
数时估读到仪器 最小分度的 1/2～1/10，或使 估读间隔不大于 仪器基本误差限 的1/5
数字称为有效数字。 有效数字中的最后一
• 对于给定的仪器，读取
位是不确定的
数据时要保证读到仪器
• 位数与小数点无关
误差位。
1.23 123
• 作为有效数字的0不 可以省略
• 对同一测量对象而言， 仪器精度越高，测量值 的有效数字位数越多。
0.123 0.1230
有效数字位数越多，则 相对误差越小，测量结
实验要求
•不得迟到。迟到10分钟内酌情扣减实验操作分 数；迟到超过10分钟做旷课处理记0分，没机会 补做实验。 •进入实验室需先签到，离开实验室需签离。 •如果实验仪器有问题请报告知道教师，如果需 要更换仪器必须经过指导教师同意。 •不得将饮料食品等带入实验室，离开实验室时 需将自己制造的垃圾带走。
吉林大学大学物理实验 田云霞绪论
3.211 1.1 321 1 3.211 3.532 1 在乘除运算中，积和商的有效数字位数，一般说来 与运算各量中位数最少者相同。（乘法首位有进位 时多一位，除法首位有借位时少一位）。 3.1×0.5＝1.55＝1.6 2 1.011.211＝0.83 初等函数运算： y=Sin52013’ ＝ 0.7903333… …
稳恒电流场分布模拟相似的静电场分布进行的测量，用计 算机仿真技术对地质、天气等进行论证与测量等。 补偿法 用在标准量具上产生的某种效应，去补偿待 测量产生的同种效应，从而得到待测量的方法。如用电压 表测电池电动势时，内压降的存在使得外压降总小于电动 势。为实现精确测量，我们可在下面回路中进行。
E0
注意事项
• 上课必须准时，迟到要扣分，迟到 10 分钟不允许做 实验。 • 未完成预习、无预习报告者，教师有权停止其实验 或成绩降档！ • • 随意搬动仪器，将视为违章操作。 实验报告首页朝外折好在一周内交到李四光实验楼 217室外面的报告箱内，按老师的名字投递！
查询微机、交报告箱、实验室办公室
调整EO的大小，使回路中检 流计G指针为0，根据全电路 欧姆定律知EO=Ex。 还常用来补偿某些未知成分 G 的影响。（温度补偿、环境 补偿等）
EX
转换法 有些物理量不易或无法测量时， 可转化为对该量产生的某种效应的测量。常见 的有非电量的电测和非光量的光测两种。例如， 压电晶体在外力作用下会产生与外力有关的电 压，可用来测力、测应力分布、测振动等；当 在其两端加电压时会产生电致伸缩（逆压电效 应）在用于微驱动领域时（比如在扫描隧道显 微镜中用来驱动收集隧道电流的探针），其扫 描范围仅为纳米数量级。在非接触测量中常采 用的根据物质吸收光谱来测物质含量，都是转 换法的具体体现。
01大学物理实验-绪论
海南大学海纳百川大道致远《大学物理实验》大学物理实验绪论数据处理选用教材网络资源：校网络教学平台/仪器配套教材08、09高年级同学有海南大学海纳百川大道致远《大学物理实验》第一章物理实验的重要性•一、什么是大学物理实验？•二、物理实验在物理学研究与发展中的作用•三、物理实验对物理学在其他学科中应用的意义海南大学海纳百川大道致远《大学物理实验》一、什么是大学物理实验？•最基本的物理实验，包括力、热、电、光及近代物理实验•理科、工科、医科各专业都普遍要做的物理实验。
海南大学海纳百川大道致远《大学物理实验》二、物理实验在物理学研究与发展中的作用从物理学史看物理实验的重要性•经典物理学的建立：力学（伽里略）电磁学（库仑、法拉第、麦克斯韦）光学（杨氏、菲涅耳）•近代物理学的建立：三大发现（X 光、放射性、电子）——从宏观到微观两朵乌云（黑体辐射、迈－莫实验）——从经典到近代海南大学海纳百川大道致远《大学物理实验》三、物理实验对物理学在其他学科中应用的意义•材料：物性测试、新材料的发现、制备•化学：光谱分析、放射性测量、激光分离同位素•生物：各类显微镜（光学显微镜、电子显微镜、X 光显微镜、原子力显微镜），DNA 操纵、切割、重组以及双螺旋结构的分析•医学：诊断――X 光、CT 、核磁共振、超声波治疗――放射性、激光、微波、γ刀结论：物理实验是物理学在其他学科中应用的桥梁。
海南大学海纳百川大道致远《大学物理实验》第二章测量•物理实验以测量为基础•完整的测量结果应表示为：以电阻测量为例包括：测量对象测量对象的量值测量的不确定度测量值的单位（Y = y ±Δ表示被测对象的真值落在（y −Δ，y +Δ）范围内的概率很大，Δ的取值与一定的概率相联系。
）Ω±4.13.910＝R Δ±=y Y海南大学海纳百川大道致远《大学物理实验》海南大学海纳百川大道致远《大学物理实验》第三章：实验数据的处理一、为什么要处理数据？二、误差分析与不确定度评定三、不确定度的评定方法四、作图与拟合海南大学海纳百川大道致远《大学物理实验》一、为什么要处理数据？1、大多物理规律是用物理量之间的定量关系来表述的。
大学物理 实验绪论
采用同一条件多次重复测量取算术平均值的方 法，来减小误差。
二.测量评估
Ⅳ实验数据的处理
1.定性
①精密度：重复测量结果之间相互接近的程 度。反映偶然误差的大小。
②准确度：测量值与真值的接近程度，反映系统误 差的大小。
(n 1)
6
(Ri R )2
i 1
0.009 k
6(6 1)
B 仪 0.04 k
2 A
2 B
(0.009)2 (0.04)2 0.04 k
电阻的电阻值为：R=3.87±0.04 kΩ
不确定度取一位有效数字!
Ⅳ实验数据的处理
五.间接测量的最佳测量值与不确定度 N N
间接测量量N是直接测量量x、y、z的函数
假设在相同的条件下，对某一物理量x进行n次测量
其值为x1、x2、x3 、 … 、xn ，则算术平均值为
x
1 n (x1
x2
xn )
1 n
n i 1
xi
Ⅳ实验数据的处理
2.合成不确定度
合成不确定度是由A类和B类两类不确定度求 “方和根”而得到。
2 A
2 B
A类不确定度
B类不确定度
①A类不确定度——估计偶然误差
)2
2 x
(
ln y
f
)2
2 y
(
ln z
f
)2
2 z
Ⅳ实验数据的处理
例题： 4m
πd 2h
4m πd 2h
4 π
m1d 2h1
完成：数据处理练习 （第一次实验时提交）
ln ln( 4) ln m 2 ln d ln h
大物实验绪论
精选ppt
8
课程的基本要求
1.能够自行完成预习、进行实验和撰写报告 2.能够调整实验装置，基本掌握常用的操作技术 3.了解物理实验中常用的实验方法和测量方法 4.能够进行常用物理量的一般测量 5.了解常用仪器的性能，并学会使用方法
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绪论
精选ppt
1
大学物理实验的重要性
• 一、什么是大学物理实验？
• 二、物理实验在物理学研究与发展中的作用
• 三、物理实验对物理学在其他学科中应用的意义
• 四、怎样上好大学物理实验课？
精选ppt
2
一、什么是大学物理实验？
• 最基本的物理实验，包括力、热、电、 光及近代物理实验
• 理科、工科、医科各专业都普遍要做的 物理实验。
• 材料：物性测试、新材料的发现、制备
• 化学：光谱分析、放射性测量、激光分离同位素
• 生物：各类显微镜（光学显微镜、电子显微镜、X光显微
镜、原子力显微镜），DNA操纵、切割、重组以及双螺旋 结构的分析
• 医学：诊断――X光、CT、核磁共振、超声波治疗――
放射性、激光、微波、γ刀
结论：物理实验是物理学在其他学科中应用的桥梁。
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理论物理与实验物理相辅相成。规律、公式是否正确必须经受 实践检验。只有经受住实验的检验，由实验所证实，才会得到公认。
●电磁场理论的提出与公认
库仑定律 高斯定律
麦克斯韦在 1865年提出
假说
电磁场理论 麦克斯韦方程组
二十多年后
电磁场理论 才得到公认
安培定律 法拉第定律
统一了电、磁、光现象, 预言了电磁波的存在并预 见到光也是一种电磁波
大学物理实验绪论(桂林电子科技大学)
I (mA) 2.00 4.01 6.22 8.20 9.75
U (V ) 4.49 5.24 5.98 6.76 7.50
I (mA) 12.00 13.99 15.92 18.00 20.01
1、选择坐标分度值，确定坐标纸大小
1格基本反映精密度；U 轴0.20V/格，I 轴0.40mA/格。
2、标明坐标轴
三位
2、定步长仪器 如游标卡尺
读法：主尺上读的毫米数+游标尺上的度数× 最小步长数
1格＝0.02mm L=13+11 × 0.02 =13+0.22 =13.22mm
3、等级仪器 如电压表、电流表等
读法：读数的最后1位数与仪表的Δ仪对齐 （Δ仪=量程×等级%）
指针位置：10.1格
I 30 10.1 75
大学物理实验绪论
桂林电子科技大学
物理实验中心
2016年3月
本学期实验安排
本学期做八个实验（含绪论），进行大循环，如图所示。
实验名称及地点（尧山11号教学楼）
实验序号
实验名称
实验地点
实验一 实验二
4.5非线性电学元件伏安特性 的测量
11教C301
4.10数字存储示波器的原理 与使用
11教A304
实验三 4.12三棱镜顶角的测量
x xx
误差与不确定度区别
误差：与真值之差，可正、可负。 不确定度：表示误差可能存在的范围，
大于零的数。
绝对不确定度 x
相对不确定度
Ex
=
Δx x
×100%
不确定度分量
不确定度分量
A类分量
B类分量
A类分量（多次测量的结果）
测量次数5-10时