绪论教学片2011级理科.ppt

1、欢迎欢迎20122012级同学级同学到物理实验中心参加物理到物理实验中心参加物理实验课程的学习实验课程的学习 物理实验中心位于良乡校区物理实验中心位于良乡校区 物理实验楼物理实验楼1414层层 主讲人：主讲人：彭祖林彭祖林物理实验绪论课物理实验绪论课(两学时两学时)物理实验是我校本科生物理实验是我校本科生 的校级必修课的校级必修课工科工科 4848学时学时 3 3学分学分 一学年完成一学年完成理科理科 9696学时学时 6 6学分学分 一学年完成一学年完成基科班基科班 8080学时学时 5 5学分学分 一学期完成一学期完成前言前言为什么要做物理实验物理实验课程的任务物理实验课程的内容完成物理实

2、验课程的主要环节物理实验课程的基本要求一一.为什么要做物理实验为什么要做物理实验物理学是实验科学也是一门重要的基础学科，物理学的成就已经广泛渗透于各个学科。学好物理学理论、掌握物理实验的方法、技能有助于同学们今后创造性地开展各项工作。课程所学习的基本实验方法、实验技能以及数据处理的基本知识将为同学们后续课程和专业实验课程的学习打下良好的基础。丁肇中先生在1978年获得诺贝尔物理学奖时写的一封信中指出：“中国有一句古话劳心者治人,劳力者治于人这种落后的思想，对于发展中国家的青年们有很大的害处。由于这种思想，很多发展中国家的学生都倾向于理论的研究，而避免实验工作”。“事实上，自然科学理论不能离开实

3、验的基础”。“我希望由于我这次获奖，能够唤起发展中国家的学生们的兴趣，而注意实验工作的重要性”。二二.物理实验物理实验课程的任务课程的任务从理论和实践的结合上加深对大学物理理论的理解。学习物理实验的基础知识，掌握物理实验的基本方法和基本技能。通过实验,培养正确的治学态度,养成爱护仪器设备、爱护国家财产的优良品质。三三.物理实验物理实验课程的内容课程的内容 第一循环实验（基础实验）第一循环实验（基础实验）力学基础实验（力学基本量测量）电学基础实验（数字式示波器的原理与使用）光学基础实验（薄透镜的焦距与成像）第二循环实验（必做实验）第二循环实验（必做实验）刚体转动惯量实验杨氏模量实验霍尔效应实验电

4、桥实验分光计实验光的干涉实验第三循环实验（选做实验）第三循环实验（选做实验）迈克耳逊干涉仪普朗克常数测量传感器系列实验 声速测量实验核磁共振夫兰克赫兹实验密里根油滴实验 四四.完成物理实验课程的主要环节完成物理实验课程的主要环节上网注册网址 http:/每个学生均要在物理实验中心网上注册，否则期末教师无法给成绩。注册用户名注册用户名：学号学号，首次密码：，首次密码：班号班号；绪论课后及时注册上网查看自己的实验记录是否有问题。注册内容：注册时要填写全部项目才能成功注册。注册后按照实验中心网上的安排上课，平时要注意网上的教学通知。课前预习课上实验操作课后及时完成实验报告 （限于课后一周内必须交报告

5、）关于预习关于预习每次实验前，按所选实验项目写好预习报告。未写预习报告不允许做实验。物理实验中心的统一要求实验报告格式实验报告格式 实验名称（教师预习报告签字页）实验目的实验仪器实验原理（不必抄书、应自己归纳写出）实验内容及主要步骤(同上 )以上内容为预习报告要求实验数据处理（有必要的公式、图表等）实验结果讨论实验思考题的解答原始数据页（教师检查数据签字页）应严格按照上述顺序装订报告关于实验关于实验应提前510分钟到达实验室，做好课前准备。迟到超过15分钟，不允许上课。如生病不能如期上课，要有病假条并跟上课教师请假，并由教师安排补课。进入实验室请先在实验名单上亲笔签名（不要代签）。上课时间：上

6、午8：00-11：20下午2：00-5：20晚上6：10-9：30与其他课程有别进入实验室后，应在室内上课名单上亲笔签到（请勿代签）。实验操作前,应认真检查仪器设备,有问题应向老师反映、以便及时解决相关问题。由于个人原因造成仪器设备损坏时，要按照学校相关制度规定进行赔偿。实验中要认真观测实验数据,实事求是地记录观测结果（应该用钢笔或圆珠笔记录实验原始数据）。完成实验后，要将观测数据交给指导老师检查签字。如果数据不合格，必须重新测量，完成实验。离开实验室前，应将本人使用过的所有仪器、设备包括实验凳恢复到原位，为下一班同学创造好的工作条件。最后检查预习报告及实验数据，教师的两个签字是否完整？没有教

7、师签字的报告为无效报告。关于实验关于实验关于实验报告关于实验报告应在实验课完成后的一周内,将实验报告交到物理实验中心楼二层有上课教师姓名的报告柜中。报告迟交要扣分。对于只做过实验，而始终未交实验报告者，期末该实验成绩最高计40分。实验报告必须写全全班号、学号、姓名、实验组号、实验时间等信息。信息不全将可能影响本人该实验成绩的登记与期末成绩的统计评定。每两个星期做一个实验，本学期有一次绪论课和五个实验课。期末成绩是这六次成绩的平均值。这学期学生的课已经排好，只需按时上课，不用再选课了。几点说明几点说明本次课后所留绪论作业请大家课后自行到物理实验中心网站实验课件栏下载并打印练习题。一定写清楚班号、

8、学号，姓名，以及上课的时间。绪论作业在第四周周五前交到给你上绪论课的教师报告箱内。未按规定时间交绪论作业者，绪论成绩记0分。物理实验课代表请于第三周后到实验中心一层114房间找刘纪元老师，交10元押金，领取本班实验报告柜钥匙。本课程结束交还钥匙，退回押金。注意：有班号的报告柜是教师发还实验报告所用!同学们千万不要将实验报告放入该柜之中!几点说明讲义上实验名称对照如下：力学基础实验A,B在讲义上名称是：力学基本量测量。光学基础实验A,B在讲义上名称是：薄透镜的焦距与成像。上课教师姓名以物理实验中心网站上的为准，有别于教务处网站。测量误差及数据处理的基础知识第第 一一 节节测测 量量 与与 误误

9、差差测测 量量通过各种方法对“被测量”进行赋值的过程（将被测量与被定为标准量的同一物理量进行比较，并确定其比值的过程）参与测量的五个要素参与测量的五个要素测量装置（或测量仪器）测量人员测量方法测量环境被测对象测测 量量 的的 分分 类类按获取结果的方式分类直接测量通过测量可以直接从量具上读出数据结果。间接测量在进行了若干项直接测量后,需将直接测量的结果带入公式中进行处理或用其他方式处理,才能得到最终结果。按测量条件分类等精度测量:在测量条件不变的情况下，对同一被测量进行重复测量。不等精度测量:在测量条件改变的情况下,对同一被测量进行重复测量。在物理实验中应避免此种情况发生测测 量量 的的 分分

10、 类类真真 值值真值在某时刻、某种物理状态下，被测量客观存在的真实值。不论是直接测量还是间接测量，待测的物理量在一定条件下都存在真值。例如：在一定温度下，物体有确切的体积、金属棒有确切的长度等等。测量结果都具有误差，误差自始至终存在于一切科学实验和测量的过程之中。测量结果不可能获得真值。误误 差差 公公 理理为什么要学习误差理论？为什么要学习误差理论？明确测量结果的可信赖程度。寻找误差产生原因，提出消除误差或减小误差的方向和措施。误差理论是设计合理的实验方法，选择合理的测量仪器的必要理论依据。利用误差理论进行测量结果不确定度的“评定”与“表示”是现代科技交流和国际贸易的需要。实验数据的去伪存真

11、，上升为理论英国物理学家瑞利（J.W.S.Rayleigh)对于用两种制氮方法产生的密度的系统误差的深入研究，发现了惰性气体氩气，而在1904年获诺贝尔奖。为什么要学习误差理论？为什么要学习误差理论？误差的定义误差的定义测量误差=测量值-被测量的真（实）值 xi=xi-x0绝对误差：xi=xi-x0 可正、可负相对误差 以%表示 误差的分类和它的特点误差的分类和它的特点系统误差已定系统误差未定系统误差可消减或消除可消减或消除随机误差 不不可消减或消除可消减或消除粗大误差系统误差的定义系统误差的定义在同一被测量的多次测量过程中保持恒定或以可预知方式变化的测量误差分量仪器不准是造成系统误差产生的重

12、要原因。理论公式的不完善，也是造成系统误差产生的原因之一。实验条件（环境、人）的影响。已定系统误差：符号、绝对值已经确定的误差分量。实验中应尽量消除已定系统误差。或者对结果进行修正测量结果测量结果 =测量值测量值 已定系统误差已定系统误差未定系统误差：符号或绝对值未经确定的系统误差分量。实验中一般只能估计出未定系统误差的限值或分布范围。系统误差的定义系统误差的定义如何发现、减小、消除系统误差如何发现、减小、消除系统误差理论分析测量系统调整、校准实验数据的修正交换测量实验人员的培训随机误差随机误差测量中误差出现的大小和方向都不能预料，变化方式不可预知的误差分量。随机误差的产生从表面上看似乎纯属偶

13、然，但如果测量次数很多，结果就会出现明显的规律性统计规律（正态分布、均匀分布、泊松分布、三角分布等等）。正态分布特征正态分布特征单峰性单峰性绝对值小的误差出现的概绝对值小的误差出现的概率率 大于绝对值大的误差出现的概率大于绝对值大的误差出现的概率。对称性对称性绝对值相同的正、负性误绝对值相同的正、负性误差出现的概率相同。差出现的概率相同。有界性有界性在一定条件下，误差的绝在一定条件下，误差的绝对值不超过一定限度。对值不超过一定限度。抵偿性抵偿性随机误差的算术平均值随测随机误差的算术平均值随测量次数的增加趋于零。量次数的增加趋于零。xnf(x)x。1234正态分布特征正态分布特征抵偿性公式抵偿性

14、公式（总体平均值总体平均值）有限次测量的条件下最接近真值有限次测量的条件下最接近真值真值真值最佳估计值最佳估计值正态分布特征正态分布特征x-物理量物理量n-出现次数出现次数概率密度函数概率密度函数 f(x)满足归一化条件满足归一化条件=100%即：各种测量结果出现的概率即：各种测量结果出现的概率之和为之和为100%曲线和曲线和x轴之间的面积表示被轴之间的面积表示被测量值落在某一曲间的概率测量值落在某一曲间的概率f(x)xm-mm+n正态分布特征正态分布特征正态分布的概率密度函数正态分布的概率密度函数式中式中m是总体平均值是总体平均值特征值特征值表征被测量表征被测量分散程度的重要参量分散程度的重

15、要参量两公式由误差理论得到两公式由误差理论得到标准误差标准误差特征值特征值？的位置：曲线的拐点物理意义：某一次测量值落在（m，m+）区域内的概率P(可能性）为 68.3%落在（m-2，m+2），P=95.4%落在（m-3，m+3），P=99.7%x特征值特征值与置信度与置信度由误差的定义式分析：当取误差由误差的定义式分析：当取误差 时时测量值出现在测量值出现在 真值真值 区域内的几率为区域内的几率为68.3%-置信度为置信度为68.3%xi=xi-x0 有有或者或者同理同理置信度为置信度为95%置信度为置信度为99.7%量值的意义？xmn,f(x)由几率密度函数式可知：x=m 时因为因为f(x

16、)满足归一化条件满足归一化条件小小：曲线陡、：曲线陡、数据集中数据集中大大：曲线平坦、：曲线平坦、数据分散数据分散小小大大是统计意义上的参量是统计意义上的参量 它不说明任意一次测量值随机误差的大小，但可以表征一系列同一物理量测量值的分布状况。和和m都是都是统计意义统计意义上的理想值，上的理想值，不可实现。不可实现。方差与贝塞尔公式方差与贝塞尔公式测量值与算术平均值之差称为测量值与算术平均值之差称为残差残差：方差方差：方差的正平方根：方差的正平方根：贝塞尔公式表述的标准偏差贝塞尔公式表述的标准偏差s(x)s(x)S(x)S(x)：与残差相联系的表征测量值分散性的统计量：与残差相联系的表征测量值分散性的统计量 实验标准差实验标准差注意：注意：当当n=1n=1时，时，S(x)S(x)式发散、此式不适用于单次测量式发散、此式不适用于单次测量。标准偏差与平均值的标准偏差标准偏差与平均值的标准偏差标准偏差标准偏差S(x)也称为也称为实验标准差实验标准差，是从有限次测量中得到的对，是从有限次测量中得到的对标准误差标准误差(x)的最佳估计值，其置信度接近的最佳估计值，其置信度接近68.3%平均值平均值