/物理實驗物理實驗緒論緒論緒論/主要內容：一、本學期物理實驗的教學安排及具體要求二、測量誤差和不確定度評定基本知識

/主要目的：

幫助同學們了解物理實驗的基本程序，如何去做好物理實驗；了解實驗誤差和不確定度的基本概念，掌握如何正確表達實驗結果。/

由于誤差理論涉及較多的數理統計知識，因此本次課只介紹測量誤差與不確定度的基本概念，在實驗過程中如何運用這些知識，正確處理實驗數據和評價實驗結果，還需要我們結合具體實驗，重新學習第一章的相關內容才行；/

一、

物理實驗(一）的

教學安排及要求1．物理實驗（一）教學安排

2．實驗課具體要求

3．實驗考核

/1.本學期物理實驗教學安排●第三周緒論課●第四周～第十⑤周完成12個實驗

分組名單:見下發名單或網上“通知欄目”實驗題目和輪換表如下：/序號實驗題目地點1氣墊導軌實驗（二）一區物理學院六層力熱學實驗室2聲速的測定（駐波法）3用冷卻法測固體的比熱容4用拉脫法測液體的表面張力系數5直流電橋測電阻

五層電磁學實驗室6補償法測量電壓電流和電阻7交流電路的諧振8示波器的原理及應用9薄透鏡焦距的測定

四層光學實驗室10等厚干涉的應用11分光計的調節和使用12衍射光柵

《基礎物理實驗》實驗2-2實驗2-7實驗2-9實驗2-14實驗3-2實驗3-3實驗3-8實驗3-9實驗4-1實驗4-7實驗4-3實驗4-10/

三周四周五周六周七周八周九周十周十一周十二周十三周十四周第一組123456789101112第二組214365871091211第三組341278561112910第四組432187651211109第五組567891011121234第六組658710912112143第七組785611129103412第八組876512111094321第九組910111212345678第十組109121121436587第十一組111291034127856第十二組121110943218765/★

注意：

（1）實驗輪換表的題號1～12與所用教材上的實驗題號不是對應的，不要弄錯。

（2）每次實驗分12個大組循環，弄清你在哪一組，把你這組的實驗輪換順序寫在教材上，便于預習時不會弄錯。

（3）節假日沖掉的實驗不需立即補做，繼續按輪換表進行。/2．實驗課具體要求

每堂實驗課都包括三個環節：/★課前預習

★課堂實習★課后小結/★課前預習

●認真閱讀教材，明確本次實驗的任務和要求；

●正確理解實驗測量所依據的原理、公式及采用的方法；

●了解所用儀器的結構及使用注意事項；

●在原始記錄紙上設計好數據表格，寫出預習報告（包括實驗目的、原理及數據表格），教師要檢查（占比20%）。/★課堂實習注意●遵守實驗室規則（不要遲到，自備鞋套），按輪換表順序進行實驗；●遵守儀器操作規則，嚴肅認真，獨立操作（認真閱讀電磁學和光學實驗基本知識）；●要用鋼筆或圓珠筆記錄數據，不要用鉛筆；●實驗完畢后，原始數據交老師簽字認可(原始數據不能直接計入實驗報告)。●因病、事不能上課者，必須出具醫院或院系辦證明，否則按曠課論。★課堂實習第一步：聽講第二步：實驗

A。熟悉儀器及使用方法B。仔細觀察實驗現象

C。認真測試數據

D。有異常和故障立即報告老師第三步：

測量數據交老師簽字打分

第四步：整理桌面儀器和衛生（5-10分）

//★課后小結

●實驗報告要用學校統一的報告紙撰寫，要求字體工整、文理通順、圖表規矩、結論明確。●報告內容包括：實驗名稱、實驗目的、實驗原理、實驗內容、數據記錄與處理結果與討論。要盡量用自己的語言寫。●下次實驗交前次實驗報告（原始記錄附在報告上）。

●進行數據處理，給出實驗結論：主要計算步驟和明確的結果表達。●回答問題，現象討論和總結。購買報告電話：物理學院4樓光學實驗老師/3．實驗考核

●平時成績：由各實驗成績累加平均，占80%

每個實驗成績包括預習、課堂表現、操作分和報告分（6：4）；●期末考查：占20%

/二、測量誤差與不確定度

基本知識（一）測量誤差理論的基本概念（二）測量不確定度（三）結果表達（四）作圖基本要求/1.客觀真值0A設為被測物理量，其客觀的真實的數值X（簡稱真值），以表示。0A真值一般是不知道的，測量的目的，是0A力圖得到此值，但在一定意義上講，只可無限逼近。0A一實驗誤差理論基本概念一實驗誤差理論基本概念真值/在實用上可以用來代替作計算的值。0A如（1）理論值（2）公認值（3）校準值（4）平均值3.測量值Xi物理量的多次實際測量值。測量值的序列稱為測量列。2.近似真值A測量值/4.測量平均值n()X次XiSn1Xin0AXf()XX0XiXi為隨機分布量。8n時，其概率密度f()X服從正態分布具有單峰性對稱性平均值/5.系統誤差原因：（1）量具不準；（2）測量環境偏差；（3）所用公式的近似性；（4）測量方法不當；（5）測量者的不良習慣。特點：（1）測量時不察覺；（2）一旦用更可靠的方法更高精度的儀器發覺后可以消除；（3）系統誤差消除后，0AX8以下討論中，均認為系統誤差已消除。系統誤差定義：系統誤差=實用：系統誤差=0AX8AX多次/6.測量值的隨機誤差id0AXiid定義：id也是隨機變量d0f()didn8時其概率密度f()d亦服從正態分布隨機誤差的特點為即（1）正負誤差出現概率相等（2）誤差大者概率小（3）不可消除隨機誤差/7.測量值的標準誤差s()fdd0隨機誤差分布曲線拐點拐點ss68.3%隨機誤差id落在區間s()s，內的概率為68.3%定義：標準差/是測量質量好壞的評判標準。s()fdd00d()fdssss甲乙甲乙對同一物理量作多次測量，其隨機誤差分布分別為甲測量比乙測量好。甲：分布曲線狹長，數據集中，重復性好，較小。s乙：分布曲線扁平，數據分散，重復性差，較大。s測量的質量/n()8s的理論公式S0i21sn(XAi)nxsn()s的實用公式有限Si21n(Xi)nxsX1實用標準差/8.粗差如果測量誤差3sdi，則該稱為粗差。di粗差對應的測量項應剔除。9.算術平均值的標準差X算術平均值比個別測量值更可能靠近真值，X的標準差比的標準差小。XX若有限，算術平均值標準差的實用計算式為nnxsSi21n(Xi)Xn1()nxs平均標準差/10.儀器誤差r儀性質：屬未知的系統誤差的估計量常用儀器的規定r儀Xms%儀器米尺最小刻度的一半螺旋測微器最小刻度的一半游標卡尺精度（尺上標明）數字顯示儀器顯示的最小單位電表r儀量程級別儀器未知差/二測量的不確定度U二測量的不確定度U不確定度U1.意義：U是根據測量條件定出的對測量誤差的估計值。將附加于測量結果，可表示被測真值以相當大的概率落在其U限定的量值范圍內。數值的大小是對測量結果質量優劣的一種評定。Us2+u已消除確定系統誤差的測量，由兩類分量合成：U合成不確定度U2su統計分量（與隨機誤差相對應）非統計分量（主要與儀器誤差對應）/2.的計算基本公式（簡化式）U（1）直接測量：sXsSi21n(Xi)nX1iuri儀（為某項儀器誤差）ri儀016n~2+U合成XsSiu2直測U公式/（2）間接測量()fz設：Xy，為直接測量量Xy間接測量量的合成不確定度為z則2+eUzf()eXUX22ef()eyyU2先分別求出的直接測量合成不確定度XyUXyU，SsiuXXUX2+2SsiuU2+2yyy若為單次測量則不計s項間測U公式/三結果表達三結果表達1.直接測量：UX+-EXUX01%0結果表達2.間接測量：zz+-UzEzUzz01%0()fzyX，/S=10.4±0.3cmL=10.8±0.2mm先看幾個結果表達/3.結果表達中的有效數字取舍問題舉例闡述基本原則：UX+-X僅含一位有效數字。（采用保險性“進位法”，即非零全入法取舍）。根據確定有效數字位數。U其末位有效數字應與對齊。U（采用統計性四舍五入法，即“四舍余五入，整五湊偶入”進行取舍）。EUX01%0可保留兩位有效數字。取舍原則/例如：若由測量和計算得UX135.341mm0.22mm若135.351mmXX則取()mm+-0.3135.4135.350mmX若X則取()mm+-0.3135.4135.250mmX若X則取()mm+-0.3135.2結果表達應取成：+-XXU135.3()+-mm0.3EUX01%00.23%取舍實例/修約方法：<5舍去>5進位=5湊偶特別說明：

在不需要估計不確定度時，有效數字按相應運算法則取位；

在需要計算不確定度時，以不確定度的處理結果為準。/四作圖基本要求四作圖基本要求作圖要求用坐標紙作圖1.圖線名稱如：U-T圖線;R-T圖線等。2.坐標名稱及單位如：U(mv),T(K);R(),T(C)等。W3.分度恰當，布圖勻稱在不損失測量數據有效數字的前提下，并考慮到圖線布局勻稱性，合理設定坐標分度。4.給出最小格值圖例如：T:1mm1.0K,U:1mm5mV等.5.若圖線為直線，在求直線斜率時應注意在直線上選取的兩個計算點相距不能太近，以免損失有效數字。要標明計算點及其坐標值，如（110.0,775),(240.0,385).測量點也應有明確標記，如等。/TK)(100.0150.0200.0250.0300U()Vm400500600700800TU~曲線T：1mm=1.0KU:1mm=5mV(110.0,775)(240.0,385)UraTr385-775240.0-110.0-3.00(mV/K)例：測得某二極管正向電壓隨溫度的變化數據為UTU()VmTK)(110.0125.0140.0............245.0776730690379試作關系圖，并求溫度系數TU~UraTr（即圖線斜率）作圖實例/

1．指出下列各量是幾位有效數字：

(1)(2位）

(2)T＝1.0000s(5位）(3)L=0.00001cm(1位）(4)g=980.12306cm/s(8位）總結：A.有效數字=可靠數字+可疑數字；B.有效數字的位數與小數點的位置無關

/根據測量不確定度和有效數字的概念，

改正以下測量結果表達式，寫出正確答案。(1).d=10.430±0.3cm(2).E=1.915±0.05V(3).L=10.85±0.200mm(4).P=31690±200Kg(5).(6).(7).10.0±0.095mm/(1).d=10.430±0.3cm改正：10.4±0.3cm/(3).L=10.85±0.200mm改正：L=10.8±0.2mm/(5).改正：或：/(6).改正：/(7).10.0±0.095mm改正：10.0±0.1mm/判斷下列各式的正誤，請在括號內填寫有效數字的正確答案。

(1).1.732╳1.74=3.01368

(3.01)(2).628.7÷7.8=80.603

(81)(3).（38.4+4.256）÷2.0=21.328(38.4+4.3)÷2.0(21)(4).（17.34-17.13）╳14.28=2.9988

（0.21

╳14.28）（3.0）有效數字運算規則總結/1.加減時，以參加運算各量中有效數字最末一位位數最高的為準，最后結果與它對齊，余下的尾數按舍入規則處理。2.乘除時，以參與運算的數值中有效位數最少的那個數為準。（但當結果的第一位數較小如1.2.3時，結果可以多保留一位）特殊有效數字運算總結：以不損失有效數字為準。如n=tg560//換算下列各測量值的單位：

（1）4.80cm=()m=()mm4.80cm=(4.80╳10-2)m=(4.80╳10)mm（2）30.70g=()kg=()mg30.70g=(3.070╳10-2)kg=(3.070╳104)mg（3）3.50mA=()A=()μA3.50mA=(3.50╳10-3)A=(3.50╳103)μA/通知

請各班學習委員將各班分組名單核對一下，如有問題請與老師聯系。/實驗成績評定標準

實驗操作要求等級

實驗報告要求等級1預習充分abc1格