普通物理实验绪论-PPT.ppt
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1、普通物理实验绪论2授课内容:授课内容:1、教材:绪论、教材:绪论01 大学物理实验的地位和作用02 本课程的目的和任务03 大学物理实验的过程和要求2、教材:第一章、教材:第一章 误差和实验数据处理的基本知识误差和实验数据处理的基本知识11 物理量的测量与测量误差的概念12 直接测量量误差的估算13 间接测量结果的误差传递15 有效数字及其运算16 数据处理的基本方法(教材中打“*”的内容供选学)3绪论绪论001 1 大学物理实验的地位和作用大学物理实验的地位和作用1、物理学是一门实验性很强的学科。物理概念的确定,物理规律的发现、建立和检验,都是通过大量实验结果概括得到的。2、理工科专业的学生
2、不仅要具备一定的理论知识,还要具有较强的科学实验能力。3、理工(医)科专业的教学计划中,大学物理实验是对学生进行科学实验基本训练而独立设置的必修课程4002 2 本课程的目的和任务本课程的目的和任务1、使学生获得物理实验的基本知识、基本方法和基本技能。2、使学生具备从事科学实验的基本素质科学态度、工作作风、探索精神、良好习惯3、培养基本的科学实验能力(1)阅读理解能力(2)动手操作能力(3)分析判断能力(4)书写表达能力(5)简单的实验设计能力。4、加深对物理概念的掌握和理解。5003 3 大学物理实验的过程和要求大学物理实验的过程和要求预习实验操作完成实验报告(1)预习)预习认真阅读实验教材
3、,明确该实验的目的要求、实验原理、要测量的物理量及测量方法,认真阅读教材中有关使用仪器的介绍,弄清构造原理,操作方法和注意事项,在此基础上完成预习完成预习报告:报告:(1)实验目的:说明实验的主要目的(2)实验原理:应在对实验原理理解的基础上,用自己的语言简要的叙述。一般应写出本实验所依据的主要公式和公式中各量的意义,明确实验中所要直接测得的物理量及测量方法,还应画出原理图、电路图或者光路图(3)实验步骤及注意事项(4)设计好记录实验数据用的表格6(2)实验操作)实验操作(1)检查仪器设备是否完备、齐全,记录所用仪器的型号、标号和规格;(2)按操作规程进行操作调试,切忌盲目操作;(3)仔细观察
4、实验现象、随时分析判断测量数据;(4)积极思考、排除实验中的故障;(5)如实记录实验测量的原始数据,数据记录应整齐清洁有条理,养成列表法记录数据的习惯,以便于计算和复核。准备一本专门的数据记录本。7(3)完成实验报告)完成实验报告(1)数据处理和结果分析:要求写成数据处理的主要过程,并根据误差理论计算误差。对要求作图的实验必须作出相应的实验曲线。(2)实验结果:写出测量的最后结果,并标明绝对和相对误差或百分差。必要时,还须注明得到此结果的实验条件。(3)问题讨论:对实验中观察到的现象或你感兴趣的问题进行分析,改进实验的建议,实验中的体会级回答思考问题等 实验报告范例实验报告范例:见教材 P 3
5、-48大家学习辛苦了,还是要坚持继续保持安静继续保持安静9测量是人们对自然界中的现象和实体取得定量概念或数字表征的过程。在表示某一带测量的测量结果时,必须同时给出数值和单位,两者缺一不可。物理实验中,各物理量的单位采用国际单位制为基础的单位。111 测量与单位测量与单位表达测量结果的要素表达测量结果的要素第一章第一章 误差和实验数据处理的基本知识误差和实验数据处理的基本知识11 物理量的测量与测量误差的概念物理量的测量与测量误差的概念10直接测量:将待测量与预先定标好的仪器、量具直接进行比较,读出其量值的大小间接测量:不能直接用仪器和量具测得,而是通过对某些相关物理量的直接测量,再根据相应的公
6、式计算得出待测量的大小。按测量过程分类:按测量过程分类:等精度测量:重复测量,每次的测量条件都完全相同不等精度测量:重复测量,测量中有某一条件发生变化测量条件:测量条件:包括观测者,仪器,测量方法,环境等按测量条件分类:按测量条件分类:11一个待测的物理量,在一定的条件下总有一个客观存在的量值,这个量值我们称之为真值真值。在实际的测量中,测量结果和真值之间总存在一定的差值。这个差值就称之为误差。112 误差及其分类误差及其分类测量的目的在于尽量减少误差之后,得出一个在一定条件下待测物理量的最可信赖值,并对其精确度作出正确的估计。误差是不可避免的,真值是测不出来的。12已定系统误差:采用一定方法
7、,数值和符号都能确定的系统误差,可对测量值进行修正。一、系统误差同一条件下对同一量进行多次测量时,误差的符号和绝对值保持不变或按某一规律变量,该误差称为系统误差。产生原因:1)测量仪器本生的缺陷2)实验理论和方法的不完善 3)环境的影响或没有在所规定的条件下使用仪器 4)实验者的习惯于偏向引入的系统误差不能依靠在相同条件下进行多次重复测量来消除分类:未定系统误差:不知道误差的大小和符号,仅知误差的范围(误差限)13当测量次数增加时,偶然误差服从一定的统计分布规律。根据大量的实验事实和运用统计规律进行分析检验,在大学物理实验中,测量的偶然误差服从正态分布规律。二、偶然误差同一条件下对同一量进行多
8、次测量时,测量值彼此之间总有少许差异,而且变化不定,并且在消除系统误差后依然如此,这种绝对值和符号随机变化的误差称为偶然误差或随机误差。1)实验者本人感觉器官分辨能力的限制2)测量过程中,实验条件和环境因素的微小的、无规则的起伏变化特征:A.随机产生,无规律;B.不能消除偶然误差的统计规律:产生原因:14单峰性:单峰性:绝对值小得误差出现的概率比绝对值大的误差出现的概率大对称性:对称性:分布曲线是对称的,说明绝对值相同的正负误差出现的概率相同有界性:有界性:超过一定大小范围的误差出现的概率趋近于零。测量值xx出现的概率(概率密度)正态分布规律服从正态分布的偶然误差所具有的三个特点:15113
9、精密度、准确度和精确度精密度、准确度和精确度精密度:精密度:是指重复测量所得的结果彼此离散的程度;偶然误差的反映;准确度:准确度:是指测量结果接近真值的程度;系统误差的反映;精确度:精确度:综合反映测量结果的离散程度及与真值接近的程度;系统误差与偶然误差的综合反映。精密度高准确度差准确度高精密度差精密度、准确度都高,就是精确度高1612 直接测量量误差的估算直接测量量误差的估算 121 多次直接测量的误差估算与结果表示多次直接测量的误差估算与结果表示 一、算术平均值一、算术平均值测量结果的测量结果的“最佳估计值最佳估计值”17二、多次测量误差的估算1、测量列的标准误差和标准偏差:测量列的标准偏
10、差:白塞尔公式测量列的标准误差:18192、算术平均值的标准偏差:可以看到,增加测量次数 n 对提高测量精度是有益的。在实验中,只要条件许可,尽可能采用多次测量,但由于实验操作时间有限,不可能重复测量很多次,一般为6到10次,此时仍用上式计算标准偏差,所得结果当然有不同程度的近似性。算数平均值的误差为各测量值误差的平均值,而测量值的偶然误差在相加时有所抵消,因此,算数平均值的标准偏差要比测量列的标准偏差小,误差理论可以证明,当测量次数n很大时,20三、测量结果的表示及统计意义三、测量结果的表示及统计意义 设对某量进行多次等精度测量时,分别求得求平均值及其标准偏差,则测量结果可表示为:21 四、
11、绝对误差、相对误差及百分差 1、绝对误差、绝对误差 为反映测量结果的误差范围,可以把最后测量结果表示成如下形式:222、相对误差、相对误差 在对不同的测量结果进行比较时,单就绝对误差的大小还不能客观全面的评价测量结果的优劣,如:L1=(1000 1)m,L2=(1.00 0.01)m 为评价和比较不同的测量结果,引入相对误差的概念,其定义为:表示绝对误差在整个待测量中所占的百分比,用 E 表示23百分差是将测量值x和公认值(或理论值)x0比较得到的,反映测量值和公认值(或理论值)的偏离程度。3、百分差、百分差例如:上海地区重力加速度的公认值为g0=979.4cm/s2,而测量值为g=984.6
12、cm/s2,则百分误差为:24P12 例1.2.1 多次等精度测量计算实例设对某物体的长度进行了10次测量,其结果如下表所示,求长度L的最后测量结果25112 22 2 单次直接测量结果的误差估算单次直接测量结果的误差估算为什么进行单次测量?为什么进行单次测量?1、由于实验条件的限制,某些量不可能做到在相同的条件下进行多次测量2、偶然误差对测量的总误差影响不大,不必进行多次从发测量26仪器误差满足平均分布:单次直接测量结果的误差来源:单次直接测量结果的误差来源:1、仪器误差ins :在正确使用仪器不产生其他附件误差的条件下所给出的仪器示值的误差极限。ins一般由仪器生产厂家给出,在大学物理实验
13、中,一般取仪器的最小分度值作为ins的估值。2、环境条件的影响:如果单次测量是在一种非正常的不利条件下进行,是我们无法保证测量的极限误差在仪器误差或仪器的最小刻度范围内,就不应取ins为极限误差的估值,而应根据具体测量条件取更大的值。米尺:ins=1mm27113 3 间接测量结果的误差传递间接测量结果的误差传递P16 (134)P17 (135)1 13 31 1 误差传递的基本公式误差传递的基本公式(适用于单次测量、极限误差)(适用于单次测量、极限误差)P16 (132)P16 (133)28常用函数关系的误差传递公式(教材常用函数关系的误差传递公式(教材P P1717)加减法,先算绝对误
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