物理实验绪论课件.ppt
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1、 物理实验绪论物理实验绪论 物理实验教学中心 2012-02-12物理实验教学中心简介n30名实验教师中教授4人,副教授(或高级实验师)19人。具有博士学位教师占87%。n2006年获批为广东省物理实验教学示范中心。n开设实验内容:基础物理实验;综合和近代物理实验;设计性和研究性实验。仪器设备总资产1200万元。物理实验绪论课内容n物理实验课的目的、地位与作用物理实验课的目的、地位与作用 n物理实验课主要教学环节和要求物理实验课主要教学环节和要求n测量误差和不确定度表示测量误差和不确定度表示n有效数字及其处理有效数字及其处理n实验数据处理实验数据处理n布置绪论课作业布置绪论课作业(第一章练习题
2、:第一章练习题:2 2、4 4、5 5、6 6、7 7题)题)n关于物理实验竞赛关于物理实验竞赛n网络资源:网络资源:http:/202.38.193.234/physics/http:/202.38.193.234/physics/物理实验课程的地位与作用 物理实验是高等学校理工科各专业学生一门独立的必修基础课程(我校每年授课学生4000人以上),是学生进入大学后系统地学习实验方法和实验技能的开端,在培养科学工作者的良好素质及科学世界观方面起着不可替代的重要作用。物理实验作为一门独立的基础课,它有以下三方面的目的和任务:1、通过对物理实验现象的观察、分析和对物理量的测量,掌握物理实验的基本知
3、识、基本方法和基本技能,加深对物理学原理的理解。2、培养和提高科学实验能力,包括:n自学能力:通过阅读实验教材或参考资料,正确理解实验内容,作好实验前的准备;n动手能力:借助教材或仪器说明书,正确使用基本实验仪器;物理实验课的目的物理实验课的目的n思维判断能力:能够运用物理学理论对实验现象进行初步的分析和判断;n书面表达能力:能够正确记录和处理实验数据,分析实验结果,撰写合格的实验报告;n简单的设计能力:能够根据课题要求,独立完成教学性的设计性实验。物理实验课的目的物理实验课的目的3、培养从事科学实验的素质n理论联系实际和实事求是的科学作风。n严肃认真的工作态度。n遵守纪律、团结协作和爱护公共
4、财物的优良品德。n热爱科学,勇于创新,力戒浮躁,讲究诚信。物理实验课的目的物理实验课的目的n物理实验室在物理实验室在B5B5栋栋B B座二、三楼。晚上上课时座二、三楼。晚上上课时间为间为6 6:3030分分,不随学校作息时间改变。,不随学校作息时间改变。n理学院首页的资料下载物理实验分组安排http:/ 一、课前预习n实验前学生必须预习实验教材和仪器说明书等有关资料,在此基础上写出实验预习报告。n老师上课时将抽查并提问打分,计入总评成绩。n请假要有教务员签字盖章。物理实验课的主要教学环节物理实验课的主要教学环节二、实验过程n各班按实验顺序表、个人按实验顺序号就位上课(通常一人一套仪器),提前5
5、分钟进入课室。n遵守实验室规则,测量数据不得直接填在预习报告上,不得用铅笔写,要另用一张纸记录,必须经指导教师检查并在该记录纸上签名,作为实验报告附录一并上交。n实验完毕,整理好仪器才能离开实验室。物理实验课的主要教学环节物理实验课的主要教学环节 三、课后实验总结 n实验后要对实验数据及时进行处理,并写出完整的实验报告。n实验报告要求用实验报告纸撰写,第二次实验课时交第一次的实验报告,第三次实验时交第二次的实验报告,以此类推。n绪论课的练习做完后,第一次做实验时交给任课老师评阅,作为一次实验分数计入总评成绩。物理实验课的主要教学环节物理实验课的主要教学环节 四、实验报告的格式和内容 n实验名称
6、n实验目的 n实验仪器 n实验原理:简要叙述实验原理、计算公式、实验电路图或光路图。n实验内容和主要步骤 物理实验课的主要教学环节物理实验课的主要教学环节四、实验报告的格式和内容 n实验数据处理:将原始记录数据转记于实验报告上(签名的原始数据记录纸附在报告后),计算要遵循有效数字的运算规则进行,用标准不确定度评估测量结果的可靠性。物理实验课的主要教学环节物理实验课的主要教学环节四、实验报告的格式和内容n结果与讨论:该部分要明确给出实验测量结果,并对结果进行讨论(如实验中观察到的现象分析、实验中存在的问题讨论、回答思考题等)。也可以对实验本身的设计方案、实验仪器的改进等提出建设性意见。n实验者姓
7、名、实验日期 物理实验课的主要教学环节物理实验课的主要教学环节五、实验成绩的评定n平时实验报告成绩(绪论课作业算一次实验)70%,期末考试30%n实验报告评分点包括:预习报告检查及问答老师提问、课堂操作、数据记录及误差处理、实验结果及作图、综述讨论及思考题等。如有创新点将格外加分。物理实验课的主要教学环节物理实验课的主要教学环节五、实验成绩的评定扣罚分规定:n不按规定时间做实验者扣30分,不按时交报告者扣20分;n抄袭、篡改、拼凑实验数据一律记零分;n迟到5分钟内扣10分,5分钟以上扣20分,30分钟以上不得进入实验室;n预习报告未完成扣20分,预习报告马虎者扣5-10分;物理实验课的主要教学
8、环节物理实验课的主要教学环节第一节 测量和测量误差 一、测量及其分类 测量就是在一定条件下使用具有计量标准单位的计量仪器对被测物理量进行比较,从而确定被测量的数值和单位。n直接测量 n间接测量 n等精度测量 n不等精度测量 直接测量 直接测量是使用仪器或量具,直接测得被测量的量值的测量。由直接测量所得的物理量,称为直接测量量。间接测量 间接测量是通过直接测量量,根据某一函数关系把待测量计算出来的测量。例如,用单摆测量某地的重力加速度g,用米尺直接测得单摆的摆长l和用秒表直接测得周期T,再通过单摆公式g=(42l)/T2,计算重力加速度g,l和T 是直接测量量,g称为间接测量量。lT等精度、不等
9、精度测量 若对同一个物理量的多次测量都是在相同条件(包括测量方法、使用的仪器、外界环境条件和观察者都不变)下进行的,称为等精度测量;否则,称为不等精度测量。第一节 测量和测量误差 二、测量误差及其分类(一)误差的定义 1、绝对误差n被测量的物理量在特定条件下客观存在的真实量值称为该物理量的真值,记作。n测量值x和真值的差定义为测量误差,记为x,即:x=x-它反映了测量值偏离真值的大小和方向,称为绝对误差。第一节 测量和测量误差 2、相对误差 E=(x/)100%它反映了测量的准确程度。3、约定真值 被测量的真值是一个理想概念,一般说来是不可知的,在实际测量中,常用被测量的算术平均值代替真值,称
10、为约定真值。第一节 测量和测量误差n由于取被测量的算术平均值代替待测量的真值,测量值x的测量误差又可以表示为:n称为绝对偏差和百分误差。%100 xxExxx第一节 测量和测量误差(二)误差的分类n系统误差n随机误差(随机误差)n粗差系统误差 系统误差是由于实验系统的原因,在测量过程中造成的误差。n来源:来源:仪器误差、环境误差、方法误差、个人误差。n特点特点:误差的大小和符号总是保持恒定,或按一定规律以可约定的方式变化。n消除方法消除方法:找出原因,在实验前或实验后加以修正。系统误差的修正n理论分析,根据实验原理改善实验方法;n通过数据分析,对经验公式的加以修正;n调整仪器,例如电表的零点误
11、差,接入电路前,先调机械零点。电表指针不在零点随机误差 随机误差是由某些偶然的或不确定的因素,在测量过程中造成的误差。n来源:来源:环境和实验条件的无规则变化。n特点:特点:随机误差的量值和符号以不可约定的方式变化着,对每次测量值来说,其变化是无规则的,但对大量测量值,其变化则服从确定的统计分布(正态分布)规律。n消除随机误差的方法:在相同条件下,增加测量次数。粗差 测量值明显地偏离正常测量值的异常误差,称为粗差。n来源:使用仪器方法不当;记录出错;实验条件突变等。n消除方法:按一定的科学标准鉴别和剔除。第二节 测量结果的误差估算一、直接测量量随机误差的估算 n测量列的标准差 设对某一真值为的
12、物理量X进行n次等精度测量,得一列测量值x1、x2、xn,测量列的标准差定义为各测量值误差平方和的平均值的正平方根:nxniis12)(第二节 测量结果的误差估算 理论上要求上式中n且已知真值,实验中,用测量值的算术平均值作为待测量X的最佳估计值,而且物理实验的测量次数是有限的,通常为35次,因此其随机误差可以用标准偏差来处理:标准偏差表示测量列中的测量值xi 相对于测量值的算术平均值的分布情况。1)(21nxxsniix第二节 测量结果的误差估算n测量列算术平均值的标准偏差 算术平均值的标准偏差是对测量结果的可靠性的估计。当平均值的标准偏差为 时,平均值误差落在(,)区间内的概率为68.3。
13、)1()(112nnxxsnsniixxxsxsxs第二节 测量结果的误差估算 二、异常数据的判别和剔除n鉴别异常数据的基本思想:以一定的置信水平确定一个置信限,凡是超过该限度的误差就认为它不属于随机误差,其数据就是异常数据,可将其剔除。n判别方法:3准则、格拉布斯准则 第二节 测量结果的误差估算n格拉布斯准则 设某一服从正态分布的测量列为x1,x2,xn,格拉布斯分布为:选定一显著水平a,对应与某一定的测量次数n,有临界值g0(n,a),),若gi g0(n,a),),xi为异常数据;若gi g0(n,a),),xi为正常数据。xiisxxg第三节 测量不确定度表示一、测量不确定度的基本概念
14、 “测量不确定度”是指对测量结果不能确定的程度,提供测量结果的值以一定概率落在某个区间。测量不确定度表示是国际上评定测量结果可靠性的约定做法,本课程要求测量结果一律用不确定度表示。第三节 测量不确定度表示 标准不确定度:用标准偏差表示测量结果的不确定度,称为标准不确定度。按数值的估算方法不同可以分为两类标准不确定度,即A类和B类。nA类标准不确定度:用统计方法来分析评定的标准不确定度,用uA表示。nB类标准不确定度:用非统计方法评定的标准不确定度,用uB表示。n合成标准不确定度:由各标准不确定度分量合成而来的标准不确定度称为合成标准不确定度。第三节 测量不确定度表示二、A类标准不确定度的评定定
15、义算术平均值的标准偏差为A类标准不确定度,即:)1()(12nnxxsuniixA第三节 测量不确定度表示 三、B类标准不确定度的评定 标准不确定度的B类分量主要来自于测量仪器的仪器误差,在仅考虑仪器误差且均匀分布(即在测量值的某一范围内,测量结果取任一可能值的概率相等)的情况下 仪指计量器具的示值误差,一般取仪器最小分度值的一半,或者是按仪表准确度等级算得的最大基本误差。仪31Bu第三节 测量不确定度表示四、合成标准不确定度1、直接测量量合成标准不确定度 待测量X的测量结果表示为 物理意义:待测量X的真值落在区间的概率为68.3。uxx22BAuuu),(uxux例题n对X 进行等精度测量1
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