北邮绪论2012秋季绪论.pptx
《北邮绪论2012秋季绪论.pptx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《北邮绪论2012秋季绪论.pptx(84页珍藏版)》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、 物理实验绪论物理实验中心20122012年年9 9月月1414日日一、物理实验课程的安排和要求二、物理实验课的作用和目的三、测量误差和数据处理四、实验数据有效位数的确定物理实验绪论课的主要内容*必修实验的安排,请查看课表和课程通知单。必修实验的安排,请查看课表和课程通知单。*请提前买教材请提前买教材(教材科),并到主楼教材科),并到主楼308室买数据表格和空白报告,室买数据表格和空白报告,4元元/套。套。*实验内容1(主(主421)2(主(主425)3(主(主413)单臂电桥(惠斯登)+双臂电桥(凯尔文)示波器的使用+声速测量霍尔效应测磁场+集成霍尔元件与简谐振动4(4(主主418)5(主(
2、主407)6(主(主321/320)分光计的调整与使用LabVIEW入门和简单测量波尔共振仪实验(17-32)压力传感器+液压杨氏模量(1-16)7 7(主(主301/303)非线性电路与混沌夫兰克-赫兹实验*考试:*总成绩=平时成绩+考试成绩*实验室开放时间:主楼308办公室旁边的橱窗里。预习和补做实验。周六上午:8:30-11:50。*物理实验课的相关通知贴在主楼308办公室旁边的橱窗里,请及时察看。物理实验物理实验(选修选修)介绍介绍:上课时间:周三晚上,第一次课上课地点:第4周教3-408。正式上课地点:实验室。到教务处网站选课。物理实验(选修)是为全校各专业本科生开设的一门现代综合性
3、实验课,是在物理实验的基础上,尽一步扩大学生眼界,充实学生的物理思想,培养学生敏锐的观察问题,分析问题,归纳问题的综合能力,使学生掌握近代物理主要的基本实验方法与技术,了解现代高新技术而开设的一门选修课。学生在完成32学时(8个实验)的实验并提交实验报告即可获得2个学分。物理实验课学生须知物理实验课学生须知物理实验中心网站物理实验中心网站http:/ 物理实验课的作用物理实验课的作用 物理实验课的目的物理实验课的目的物理实验的作用物理学是研究物质运动一般规律及物质基本结构的科学,是自然科学的基础学科,是学习其它自然科学和工程技术的基础。物理学是一门实验科学,物理实验在物理学的产生、发展和应用过
4、程中起着重要作用。很多技术科学是从物理学的分支中独立出去的。物理学以实验为本物理学以实验为本l l理论与实验的关系理论与实验的关系一一切切物物理理概概念念的的确确立立、物物理理规规律律的的发发现现、物物理理理理论论都都来来源源生生产产实实践践和和科科学学实实验验,最最终终又又要要受受到到实实验验的的检验检验。历历史史上上,一一切切错错误误理理论论的的推推翻翻、旧旧理理论论适适用用范范围围的的界界定定及及新新理理论论的的诞诞生生往往往往是是和和一一些些著著名名实实验验相相联联系系的的。杨氏干涉实验杨氏干涉实验光的波动学说得以确立光的波动学说得以确立密立根油滴实验密立根油滴实验证明了电荷的不连续性
5、证明了电荷的不连续性l l实验课的作用实验课的作用物物理理实实验验课课在在培培养养学学生生的的动动手手能能力力,提提高高实实验验技技能能和和素素养养,以以及及学学生生对对物物理理理理论论的的理理解解都都起起到到非非常常重重要要的的作作用。用。实验教学是培养学生体会实验教学是培养学生体会“渗透式渗透式”学习方法的重要学习方法的重要手段,开发学生的创新潜力。手段,开发学生的创新潜力。“我觉得学习有两种方法。一个办法是按部就班的;一个我觉得学习有两种方法。一个办法是按部就班的;一个办法是渗透性的。什么叫渗透性的呢?就是在你还不太办法是渗透性的。什么叫渗透性的呢?就是在你还不太懂的时候,在好像乱七八糟
6、的状态之下,你就学到了很懂的时候,在好像乱七八糟的状态之下,你就学到了很多东西。多东西。”摘自摘自杨振宁文录杨振宁文录以诺贝尔物理学奖为例以诺贝尔物理学奖为例: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。实验成果可以很快得奖,而理论成果要经过至少两个实验的检验。有的建立在共同实验基础上的成果可以连续几次获奖。物理实验课的目的 学习实验知识学习实验知识 培养实验能力培养实验能力 提高实验素养提高实验素养 学习实验知识 通过对实验现象的观察、分析和对物理量的测量,学习物理实验知识和设计思想,掌握和理解物理理论。培养实验能力1 1.通过阅读实验教材和仪器说
7、明书,能够正确使用常通过阅读实验教材和仪器说明书,能够正确使用常用的实验仪器。用的实验仪器。2.2.能够独立完成课程要求的实验内容。能够独立完成课程要求的实验内容。3.3.能够正确记录和处理实验数据,绘制曲线,并对实能够正确记录和处理实验数据,绘制曲线,并对实验结果进行误差分析,验结果进行误差分析,撰写合格的实验报告撰写合格的实验报告。4.4.能够运用所学物理理论知识对实验现象进行分析判能够运用所学物理理论知识对实验现象进行分析判断。断。提高实验素养培养理论联系实际和实事求是的科学作风;严肃认真的工作态度;主动研究和创新的探索精神(实验竞赛);遵守纪律、团结协作和爱护公共财产的优良品德。*怎样
8、上好物理实验课 三个主要教学环节三个主要教学环节实验预习实验预习实验能否取得主动的关键实验能否取得主动的关键实验操作实验操作实验报告实验报告实验的总结实验的总结实验预习 明确实验目的,任务。预习实验原理。了解实验注意事项。预预习习报报告告是是实实验验工工作作的的前前期期准准备备,是是写写给给自自己己参参考考用用的的,故故要要求求简简单单明明了了。实实验验前前应应清清楚楚本本次次实实验验应应达达到到什什么么目目的的,通通过过什什么么实实验验方方法和测量哪些数据才能实现实验的目的。法和测量哪些数据才能实现实验的目的。实验操作要求1.遵守实验室规则;2.了解实验仪器的使用及注意事项;3.正式测量之前
9、可作试验性探索操作;4.仔细观察和认真分析实验现象;5.如实记录实验数据和现象:用用钢钢笔笔或或圆圆珠珠笔笔记记录录数据,原始数据不得改动。数据,原始数据不得改动。6.整理仪器,把垃圾放入纸篓。*实验时爱护仪器设备,实验时一定要注意实验时爱护仪器设备,实验时一定要注意人身安全!人身安全!实验报告的要求实验报告的要求(见空白报告见空白报告)实验目的实验目的实验目的实验目的实验原理与操作步骤实验原理与操作步骤实验原理与操作步骤实验原理与操作步骤基本物理思想、实验设计原理、物理公式及其意义、电路图基本物理思想、实验设计原理、物理公式及其意义、电路图(光路图)等;主要操作步骤。(光路图)等;主要操作步
10、骤。实验仪器名称实验仪器名称实验仪器名称实验仪器名称实验数据处理与分析实验数据处理与分析实验数据处理与分析实验数据处理与分析 实实验验数数据据计计算算、不不确确定定度度公公式式推推导导与与计计算算、结结果果表表示示、误误差差分析、结果讨论。分析、结果讨论。回答问题与实验总结回答问题与实验总结回答问题与实验总结回答问题与实验总结 测量误差和数据处理1.1.1.1.测量与误差基本概念测量与误差基本概念测量与误差基本概念测量与误差基本概念2.2.2.2.测量的不确定度和结果表达测量的不确定度和结果表达测量的不确定度和结果表达测量的不确定度和结果表达3.3.3.3.有效数字及其运算法则有效数字及其运算
11、法则有效数字及其运算法则有效数字及其运算法则4.4.4.4.常用数据处理方法常用数据处理方法常用数据处理方法常用数据处理方法 一一一一.误差理论误差理论误差理论误差理论(一)测量与误差基本概念一)测量与误差基本概念一)测量与误差基本概念一)测量与误差基本概念 1.1.测量测量测量测量测测 量量 是是 以以 确确 定定 被被 测测 对对 象象 量量 值值 为为 目目 的的 的的 全全 部部 操操 作作,它是物理实验的基础。它是物理实验的基础。测量测量直接测量直接测量间接测量间接测量等精度测量:在测量条件相同的情况下进行的一系列测量。等精度测量:在测量条件相同的情况下进行的一系列测量。不等精度测量
12、:测量条件不同或部分不同的情况下进行的一系列测量。不等精度测量:测量条件不同或部分不同的情况下进行的一系列测量。2.2.真值真值:物理量自身客观存在的量值称为物理量自身客观存在的量值称为 该物理量的真值该物理量的真值.3.3.误差与偏差误差与偏差:测量误差可以用绝对误差和相对误差来表示测量误差可以用绝对误差和相对误差来表示 绝对误差绝对误差 =测量结果测量结果-真值真值 相对误差相对误差 =测量值与真值之间总存在差异。误差存在于一切测量值与真值之间总存在差异。误差存在于一切测量值中,并贯穿测量的始终测量值中,并贯穿测量的始终。(二)(二)(二)(二)误差的分类:误差的分类:误差的分类:误差的分
13、类:根据基本性质和特点分为根据基本性质和特点分为3大类大类系统误差:系统误差:在同一被测量的多次测量过程中,保持恒定或以可预在同一被测量的多次测量过程中,保持恒定或以可预知的方式变化的测量误差分量。知的方式变化的测量误差分量。随机误差:随机误差:在同一量的多次测量中以不可预知的方式变化的测量误在同一量的多次测量中以不可预知的方式变化的测量误差分量。差分量。系统误差的特点是具有系统误差的特点是具有确定性确定性。随机误差的特点是单个具有随机误差的特点是单个具有随机性随机性,而总体服从,而总体服从统计规律统计规律。粗大误差:粗大误差:超出在规定条件下预期的误差。它可能是随机误差的超出在规定条件下预期
14、的误差。它可能是随机误差的某种极端情况,也可能是由于测量过程中人为过失而产生的错误。某种极端情况,也可能是由于测量过程中人为过失而产生的错误。仪器误差仪器误差如标尺的刻度偏差、指针的安装偏心等;如标尺的刻度偏差、指针的安装偏心等;理论误差理论误差如伏安法测电阻中欧姆定律的使用;如伏安法测电阻中欧姆定律的使用;观测误差观测误差如动态测量时,记录信号有滞后的倾向。如动态测量时,记录信号有滞后的倾向。(三)(三)(三)(三)测量结果的评价测量结果的评价测量结果的评价测量结果的评价精精密密度度反映随机误差大小的程度,它是对测量结果的重复性的评价。精密度高是指测量的重复性好,各次测量值的分布密集,随机误
15、差小。但是,精密度不能确定系统误差的大小。正正确确度度反映系统误差大小的程度。正确度高是指测量数据的算术平均值偏离真值较小,测量的系统误差小。但是正确度不能确定数据分散的情况,即不能反映随机误差的大小。准准确确度度反映系统误差与随机误差综合大小的程度。准确度高是指测量结果既精密又正确,即随机误差与系统误差均小。现以射击打靶的结果为例说明以上三个术语的意义。图1-1中(a)(b)(c)图正确度、精密度和准确度(a)正确度好而精密度低,即系统误差小,而随机误差大。(b)精密度高而正确度低,即系统误差大而随机误差小。(c)准确度高,系统误差和随机误差都小。(四)如何发现和消除系统误差(四)如何发现和
16、消除系统误差(四)如何发现和消除系统误差(四)如何发现和消除系统误差发现系统误差发现系统误差发现系统误差发现系统误差消除系统误差消除系统误差消除系统误差消除系统误差理论分析理论分析实践对比实践对比数据分析数据分析测量结果加修正值测量结果加修正值消去误差源消去误差源采用适当测量方法采用适当测量方法(天平称重悬天平称重悬臂长度不一致)臂长度不一致)(五)随机误差的统计处理(五)随机误差的统计处理(五)随机误差的统计处理(五)随机误差的统计处理 对某一物理量进行等精度测量,得一对某一物理量进行等精度测量,得一测量列:测量列:当当 时,误差的概率分布时,误差的概率分布如图,这种分布称为(高斯)如图,这
17、种分布称为(高斯)正态分布正态分布正态分布的特点正态分布的特点:单峰性:绝对值小的误差出现的概率大。单峰性:绝对值小的误差出现的概率大。对称性:大小相等,符号相反的误差出现的概对称性:大小相等,符号相反的误差出现的概率相同。率相同。抵偿性抵偿性:有界性:误差出现在区间有界性:误差出现在区间 的概率为的概率为68.3%,出出现在区间现在区间 的概率为的概率为99.7%。称为极限误差称为极限误差。(六)多次测量结果的最佳值(六)多次测量结果的最佳值(六)多次测量结果的最佳值(六)多次测量结果的最佳值算术平均值算术平均值算术平均值算术平均值设在误差符合正态分布的情况下,一系列等精度测量值为设在误差符
18、合正态分布的情况下,一系列等精度测量值为:两边取和两边取和根据正态分布的特点根据正态分布的特点当测量次数当测量次数 时,有时,有即即(测量列的算术平均值等于真值)(测量列的算术平均值等于真值)假设相应的真值为假设相应的真值为a a偏差偏差 =测量值测量值-近真值近真值 (通常把通常把算术平均值算术平均值作为近真值作为近真值)称为称为标准差标准差标准差标准差:标准偏差标准偏差:无限次测量无限次测量有限次测量有限次测量(七)(七)(七)(七)标准偏差标准偏差标准偏差标准偏差 它可反映随机误差的大小,它可反映随机误差的大小,或是一列测量值的精密度。或是一列测量值的精密度。物理实验中,测量次数都物理实
19、验中,测量次数都是有限的,且真值也不可知,是有限的,且真值也不可知,不易得到,一般用不易得到,一般用s(x)作为其作为其估计值。估计值。用均方根对残差进行用均方根对残差进行统计得到的结果为标准偏差,统计得到的结果为标准偏差,可以用贝塞尔法估算为:可以用贝塞尔法估算为:平均值的标准偏差是测量列的n次测量中任意一次测量值标准偏差的。显然小于s(x)。有一个可以进行重复测量的物理量有一个可以进行重复测量的物理量,且,且是稳定的,它的是稳定的,它的次独立测量结果是次独立测量结果是,我们把它的平均值我们把它的平均值作为作为的最佳估计,的最佳估计,x平均值的标准偏差平均值的标准偏差二测量不确定度和结果的表
20、达二测量不确定度和结果的表达二测量不确定度和结果的表达二测量不确定度和结果的表达(一)(一)测量结果的评定:测量结果的评定:从误差分类上看从误差分类上看界限不清界限不清。从误差的定义来看从误差的定义来看不易操作不易操作;表示测量结果的基本要素表示测量结果的基本要素:测量值测量值 计量单位计量单位 测量值可信赖程度的指标测量值可信赖程度的指标误差误差不确定度不确定度由于实际取得实验结果的过程是复杂的,由于实际取得实验结果的过程是复杂的,在实际测量中很难在实际测量中很难界定系统误差和随机误差,因此,用误差评定测量结果是困难的。界定系统误差和随机误差,因此,用误差评定测量结果是困难的。为了以最佳方式
21、评价测量结果引入不确定度概念。为了以最佳方式评价测量结果引入不确定度概念。(二二)不确定度概念:不确定度概念:是是与与测测量量结结果果相相联联系系的的参参数数,表表征征测测量量结结果果不不能能被被肯肯定定的的程程度度,是是恰恰当当描描述述测测量量值值的的分分散散程程度度的的物物理理量量。可以定量表示。可以定量表示。为为了了避避免免误误差差分分类类时时界界限限不不清清的的问问题题,不不确确定定度度可可以以按测量者是否采用统计分析而划分为两类:按测量者是否采用统计分析而划分为两类:A类不确定度类不确定度测量者对观测列进行统计分析,且用标准不确定度进测量者对观测列进行统计分析,且用标准不确定度进行估
22、算。行估算。B类不确定度类不确定度测量者对观测列不进行统计分析,且用标准不确定度测量者对观测列不进行统计分析,且用标准不确定度进行估算。进行估算。合成不确定度合成不确定度A、B两类不确定度相互独立,两类不确定度相互独立,A、B两类不确定度的两类不确定度的方和根合成称为合成不确定度,方和根合成称为合成不确定度,A A类不确定度类不确定度类不确定度类不确定度测量者采用统计方法评定的不确定度测量者采用统计方法评定的不确定度测量者采用统计方法评定的不确定度测量者采用统计方法评定的不确定度A类不确定度类不确定度是用统计分析法进行评定的。当测量列误差满是用统计分析法进行评定的。当测量列误差满足正态分布时,
23、我们可以视足正态分布时,我们可以视为一系列观测值的平均标准偏差。为一系列观测值的平均标准偏差。将将s(x)直接作为直接作为A类不确定度。类不确定度。(置信概率为(置信概率为0.95)TT分布分布分布分布当测量次数较少时,误差分布偏离正态分布而服从T分布。分布曲线比正态分布曲线低而宽,当 n 时,T分布趋于正态分布。B B类不确定度类不确定度类不确定度类不确定度测量者采用非统计方法得到的不确定度测量者采用非统计方法得到的不确定度测量者采用非统计方法得到的不确定度测量者采用非统计方法得到的不确定度B类不确定度(类不确定度()是测量者不采用统计分析法得出的,是所有不)是测量者不采用统计分析法得出的,
24、是所有不同于统计分析方法给出的不确定度的统称。同于统计分析方法给出的不确定度的统称。实实验验中中常常用用的的评评定定方方法法是是:通通过过仪仪器器给给定定或或实实验验室室约约定定的的估估计计概率分布来评定标准偏差,从而计算不确定度的概率分布来评定标准偏差,从而计算不确定度的B类分量。类分量。在我们的实验中做简化处理:只考虑仪器误差对应在我们的实验中做简化处理:只考虑仪器误差对应的不确定度作为的不确定度作为B B类分量:类分量:(1)游标卡尺:根据游标的刻线得到,游标卡尺:根据游标的刻线得到,例如游标上有例如游标上有50刻线,刻线,仪仪=1/50mm=0.02mm,游标上有游标上有20刻线,刻线
25、,仪仪=1/20mm=0.05mm。(2)025mm的一级螺旋测微仪的一级螺旋测微仪(千分尺千分尺):仪器标定仪器标定仪仪=0.004mm。(3)电电压压表表、电电流流表表:根根据据所所使使用用的的量量程程和和仪仪表表给给定定的的精精度度或或级级别计算得到别计算得到仪仪=量程量程精度精度%例例 如如:用用 0.5级级 的的 电电 流流 表表 测测 电电 流流,所所 用用 量量 程程 为为 20mA,仪仪=20mA 0.5%=0.1mA。仪器的误差限仪器的误差限仪器的误差限仪器的误差限仪仪仪仪不确定度合成:不确定度合成:其中其中测量结果表达:测量结果表达:称为测量结果的相对不确定度称为测量结果的
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 绪论 2012 秋季
限制150内