大学物理实验演示稿.pptx
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1、绪论绪论第1页/共49页前前 言言 物理学从本质上来讲是一门实验科学。物理学领域的所有成果都是理论与实验密切结合的结晶。第2页/共49页诺贝尔物理学奖(诺贝尔物理学奖(1901190120062006年)年)开奖开奖 100100次次 得得 奖奖 人人 数数总总 计计 163163实实 验验 110110理理 论论 4646实验和理论实验和理论 7 7第3页/共49页物理学十大经典美丽实验物理学十大经典美丽实验 埃拉托色尼测量地球圆周埃拉托色尼测量地球圆周(7)Eratosthenes measurement of the Earths circumference 伽利略的自由落体实验伽利略的
2、自由落体实验(2)Galileos experiment on falling objects 伽利略的加速度实验伽利略的加速度实验(8)Galileos experiments with rolling balls down inclined planes 牛顿的棱镜分解太阳光牛顿的棱镜分解太阳光(4)Newtons decomposition of sunlight with a prism 开文迪许扭称实验开文迪许扭称实验(6)Cavendishs torsion-bar experiment 托马斯托马斯杨的光干涉实验杨的光干涉实验(5)Youngs light-interferenc
3、e experiment 米歇尔米歇尔傅科钟摆实验傅科钟摆实验(10)Foucaults pendulum 罗伯特罗伯特密立根的油滴实验密立根的油滴实验(3)Millikans oil-drop experiment 卢瑟福发现核子卢瑟福发现核子(9)Rutherfords discovery of the nucleus 托马斯托马斯杨的双缝演示应用于电子干涉实验杨的双缝演示应用于电子干涉实验(1)Youngs double-slit experiment applied to the interference of single electrons 第4页/共49页Eratosthenes
4、 measurement of the Earths circumference(公元前(公元前3世纪)世纪)Galileos experiment on falling objects(16世纪末)世纪末)第5页/共49页Galileos experiments with rolling balls down inclined(16世纪末)世纪末)Newtons decomposition of sunlight with a prism(1665-1666)第6页/共49页 实验是最有力的杠杆实验是最有力的杠杆,我们可以利用这个杠杆我们可以利用这个杠杆 去撬开自然界的秘密去撬开自然界的秘密
5、 伦琴伦琴 (1845184519231923)第7页/共49页 一个矛盾的实验结果一个矛盾的实验结果 就足以推翻一种理论就足以推翻一种理论 -爱因斯坦爱因斯坦第8页/共49页 物理实验课物理实验课-大学学习期间第一门最大学学习期间第一门最系统、最严格、最基础也最有趣的实验课程。系统、最严格、最基础也最有趣的实验课程。在本课中:在本课中:学习科学实验的基本知识和基本技能;学习科学实验的基本知识和基本技能;培养从事科学研究的良好素养。培养从事科学研究的良好素养。将对你们一生的学习、工作和创造性产将对你们一生的学习、工作和创造性产生重大影响。生重大影响。第9页/共49页实验误差与数据处理实验误差与
6、数据处理第一节第一节 测量与误差测量与误差1.1.测量测量(1 1)直接测量)直接测量:如,长度、时间(2 2)间接测量:)间接测量:如,速度如,速度2.误差误差误差 测量值 真值A =A A0称“绝对误差”E=A0(100%)称“相对误差”A第10页/共49页 测量的任务:给出测量值,给出测量值,并且标出该值的确定程度并且标出该值的确定程度 设法找出待测量的测量值,并设法找出待测量的测量值,并且给出测量的结果。且给出测量的结果。测量结果:第11页/共49页第二节第二节 误差分类误差分类当当1.1.系统误差系统误差误差大小与符号恒定或有规则变化误差大小与符号恒定或有规则变化A.A.由于理论推导
7、中的近似以及实验方法的不完善由于理论推导中的近似以及实验方法的不完善由于理论推导中的近似以及实验方法的不完善由于理论推导中的近似以及实验方法的不完善 产生的系统误差;产生的系统误差;产生的系统误差;产生的系统误差;B.B.B.B.由于仪器或实验装置的缺陷引起的系统误差由于仪器或实验装置的缺陷引起的系统误差;例如例如:单摆的研究测量振动周期单摆的研究测量振动周期单摆的研究测量振动周期单摆的研究测量振动周期 C.C.由于实验操作者或环境因素引起的系统误差。由于实验操作者或环境因素引起的系统误差。第12页/共49页例如:例如:用伏安法测电阻用伏安法测电阻例如:例如:电表零点不准电表零点不准由于实验方
8、法问题由于实验方法问题 引起系统误差引起系统误差由于仪器的缺陷由于仪器的缺陷 引起系统误差引起系统误差第13页/共49页注意:注意:即使增加测量次数也即使增加测量次数也发现不了发现不了系统误系统误差,也差,也不能减少不能减少它,只能从理论、方法、它,只能从理论、方法、仪器等方面来改进与对测量结果进行修正。仪器等方面来改进与对测量结果进行修正。第14页/共49页2.2.偶然误差偶然误差 误差大小与符号误差大小与符号随机随机变化变化 偶然误差的特点偶然误差的特点 不可避免性;不可避免性;不可消除性;不可消除性;某一次测量结果具有随机性;某一次测量结果具有随机性;多次测量结果表现出符合某种规律。多次
9、测量结果表现出符合某种规律。3.3.粗大误差粗大误差明显超出统计规律预期值,明显超出统计规律预期值,应予剔除应予剔除第15页/共49页可以用打靶来进行类比可以用打靶来进行类比精密度精密度数据集中的程度,反映偶然误差的大小数据集中的程度,反映偶然误差的大小正确度正确度平均值接近真值的程度,反映系统误差的大小平均值接近真值的程度,反映系统误差的大小准确度准确度对精密度和正确度的综合评价对精密度和正确度的综合评价 精密度高精密度高正确度不高正确度不高正确度高正确度高精密度不高精密度不高精密度高精密度高正确度高正确度高准确度高准确度高第16页/共49页1.1.偶然误差的产生偶然误差的产生:由测量过程中
10、的一些偶然的或不确定的因素产生的。2.2.偶然误差服从的统计规律:偶然误差服从的统计规律:第三节第三节 偶然误差的处理偶然误差的处理 在相同条件下,对同一物理量 A 进行多次测量,则各次测量的误差(称为残差):则各次测量的误差(称为残差):x xi i=A=Ai i -A A0 0 得得 A1,A2,A3,An,设真值为设真值为A A0 0 ;第17页/共49页 当测量次数较多时,测量误差 x 常有如下分布规律:x (误差)xF(出现频率)f(x)0 xx+dx 正态分布测量次数 时 f(x)误差的概率密度分布函数 f(x)dx _-误差出现在 x-x+dx 之间的概率分布特点:1.单值性 2
11、.对称性0第18页/共49页3.3.标准误差标准误差 用于用于评价测量的精密程度f(x)-0 x概率的统计意义?的统计意义?第19页/共49页越大,曲线越坡误差大的次数越多越小,曲线越陡误差大的次数越少第20页/共49页置信区间置信区间 ;;注意两个问题注意两个问题:(1)实际上只能是有限次测量;(2)真值是不知道的。置信概率置信概率 68.368.3 ;95.5%;99.7%;95.5%;99.7%第21页/共49页6.6.有限次测量有限次测量值的标准偏差值的标准偏差4.4.测量列的测量列的平均值平均值(最接近真值的值)(最接近真值的值)6.6.有限次测量有限次测量平均值的标准偏差平均值的标
12、准偏差第22页/共49页的统计意义:落在 间的可能性为 68.3%落在 间的可能性为 95.5%间的可能性为 99.7%落在平均值的标准偏差 在本实验课中,指定采用第一种规范,即使用 ,置信概率为68.3%。即 p p=0.6830.683第23页/共49页第四节第四节 系统误差的处理系统误差的处理1.1.系统误差的分类系统误差的分类(1)可定系统误差特点:大小和正负是确定或按可知的规律变化的。(2)未定系统误差特点:它是按某种规律变化的,但我们无法确定其规律。2.2.对系统误差的处理方法对系统误差的处理方法(1 1)设法消除、减弱可定系统误差,或对测量结)设法消除、减弱可定系统误差,或对测量
13、结果进行修正。果进行修正。(2 2)无法消除未定系统误差,需在测量结果中合)无法消除未定系统误差,需在测量结果中合理地表达出来。理地表达出来。仪器误差是一种典型的未定系统误差仪器误差是一种典型的未定系统误差。第24页/共49页第五节第五节 测量结果的不确定度测量结果的不确定度1.1.不确定度不确定度的概念的概念 不不确确定定度度是对被测量的真值所处量值范围的评定,表示由于测量误差存在而对测量值不能确定的程度。不确定度不确定度是一定概率下的误差限值。A A0 0以某一概率落到这个范围内以某一概率落到这个范围内不确定度这表明待测量 A0 以某一概率落到范围内第25页/共49页2.2.不确定度不确定
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