大学物理实验.ppt

1、大学物理实验大学物理实验张海鹍张海鹍 haikun_zhanghaikun_大学物理教学中心大学物理教学中心2014-92014-9物理科学与技术学院物理科学与技术学院 绪论绪论-本堂课的主要内容：本堂课的主要内容：n n1、为什么做实验、为什么做实验n n2、怎么做实验、怎么做实验n n3、数据处理与误差分析、数据处理与误差分析n n4、本学期的具体要求、本学期的具体要求 一、为什么做实验？一、为什么做实验？物理实验及其重要性物理实验及其重要性科学的理论来源于科学的实验，并受到科学实验的检验。科学的理论来源于科学的实验，并受到科学实验的检验。1 1、物理学是一门实验科学物理学是一门实验科学物

2、理学是一门实验科学,其任何规律和理论都从实践其任何规律和理论都从实践其任何规律和理论都从实践其任何规律和理论都从实践和实验中来，并受到实践的反复检验，由此而不断和实验中来，并受到实践的反复检验，由此而不断和实验中来，并受到实践的反复检验，由此而不断和实验中来，并受到实践的反复检验，由此而不断发展。发展。发展。发展。假说假说库仑定律库仑定律安培定律安培定律高斯定律高斯定律法拉第定律法拉第定律麦克斯韦在麦克斯韦在18651865年提出年提出电磁场理论电磁场理论麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组统一了电、磁、光统一了电、磁、光现象现象,预言了电磁波预言了电磁波的存在并预见到光的存在并预见到光也是一种电磁波

3、也是一种电磁波18871887年赫兹年赫兹实验发现了实验发现了电磁波的存电磁波的存在并证实电在并证实电磁波的传播磁波的传播速度是光速速度是光速电磁场理电磁场理论才得到论才得到公认公认二十多年后二十多年后(1857年2月-1894年1月)德国物理学家(1831-1879)英国物理学家、数学家理论成果要经过实验的检验。理论成果要经过实验的检验。1956李政道（李政道（1926年年11月月24日）日）、杨振宁（杨振宁（1922年年10月月1日）提出日）提出弱相互作用中宇称不守恒，同年，吴健雄组织进行实验，验证了结果，弱相互作用中宇称不守恒，同年，吴健雄组织进行实验，验证了结果，1957获奖获奖有的建

4、立在共同实验基础上的成果可以连续几次获奖。有的建立在共同实验基础上的成果可以连续几次获奖。以诺贝尔物理学奖为例以诺贝尔物理学奖为例：6/94物理学与能源技术物理学与能源技术物理学与材料技术物理学与材料技术物理学与信息技术物理学与信息技术物理学与生命科学物理学与生命科学物理学与空间技术物理学与空间技术物理学与环境科学物理学与环境科学 2 2、从学科交叉看理工科学生修读物理学实验课的从学科交叉看理工科学生修读物理学实验课的必要性必要性 欧洲核研究组织欧洲核研究组织(CERN)的大型的大型强子对撞器强子对撞器(Large Hadron Collider，LHC)于北京时间于北京时间2008,9月月1

5、0日下午三日下午三点启动，模拟宇宙大爆炸。点启动，模拟宇宙大爆炸。在撞击器内那条在撞击器内那条27公里长的圆形公里长的圆形隧道，超导磁铁会把质子和离子，隧道，超导磁铁会把质子和离子，加速至接近光速，然后相撞，在加速至接近光速，然后相撞，在极细微空间爆发十万倍太阳温度极细微空间爆发十万倍太阳温度的超级高温。这一刻就像宇宙大的超级高温。这一刻就像宇宙大爆炸之后，释放大量能量和基本爆炸之后，释放大量能量和基本粒子，冷却后形成组成物质的质粒子，冷却后形成组成物质的质子和中子。子和中子。3 3 现代高端实验现代高端实验现代高端实验现代高端实验8/94 贵州黔南布依族自治州平塘县克度镇金科村的贵州黔南布依

6、族自治州平塘县克度镇金科村的“大窝凼大窝凼”洼洼地建造的地建造的500米口径球面射电望远镜（米口径球面射电望远镜（FAST）便是人类聆听宇）便是人类聆听宇宙秘密的超级宙秘密的超级“顺风耳顺风耳”。它拥有。它拥有30个足球场大的接收面积，个足球场大的接收面积，是迄今为止人类建造的最大单口径射电望远镜。是迄今为止人类建造的最大单口径射电望远镜。n n世界最大射电望远镜世界最大射电望远镜世界最大射电望远镜世界最大射电望远镜9/94 与排在阿波罗登月之前、被评为人类与排在阿波罗登月之前、被评为人类20世纪世纪10大工程之首大工程之首的美国阿雷西博望远镜（直径的美国阿雷西博望远镜（直径350米）相比，其

7、综合性能提高米）相比，其综合性能提高约约10倍，将在未来倍，将在未来20-30年保持世界一流设备的地位。年保持世界一流设备的地位。2016年年9月，这个世界最大的射电望远镜建成之后，将把我国月，这个世界最大的射电望远镜建成之后，将把我国空间测控能力由月球同步轨道延伸到太阳系外缘。（凤凰军事）空间测控能力由月球同步轨道延伸到太阳系外缘。（凤凰军事）。2014年年7月月23日日1963年，美国在位于中年，美国在位于中美洲波多黎各岛上的阿美洲波多黎各岛上的阿雷西博天文台（雷西博天文台（Arecibo Observatory）的阿雷西）的阿雷西博射电望远镜建成，阿博射电望远镜建成，阿雷西博射电望远镜是

8、固雷西博射电望远镜是固定在山谷当中的单口径定在山谷当中的单口径球面天线，口径球面天线，口径305米米（1000英尺），这是世英尺），这是世界上最大的单面口径射界上最大的单面口径射电望远镜，由康奈尔大电望远镜，由康奈尔大学管理，后扩建为学管理，后扩建为350米。米。10/94 2016年年9月，这个世界最大的射电望远镜建成之后，将把月，这个世界最大的射电望远镜建成之后，将把我国空间测控能力由月球同步轨道延伸到太阳系外缘。我国空间测控能力由月球同步轨道延伸到太阳系外缘。（凤凰军事）（凤凰军事）-2014年年7月月23日日11/9412/9413/94F物理实验课程的目的物理实验课程的目的 以物理实

9、验的基本技术或基本物理量的测量以物理实验的基本技术或基本物理量的测量方法为主线，再贯穿以现代误差理论，现代物理方法为主线，再贯穿以现代误差理论，现代物理实验仪器设备、器件的原理及使用方法，构建成实验仪器设备、器件的原理及使用方法，构建成一个完整的但又不断发展的课程体系框架。一个完整的但又不断发展的课程体系框架。（1）掌握基本物理量的各种）掌握基本物理量的各种测量方法，学会分析量方法，学会分析测量的量的误差，差，学会基本的学会基本的实验数据数据处理方法，能正确的表达理方法，能正确的表达测量量结果，并果，并对测量量结果果进行正确的行正确的评价（价（测量不确定度）。量不确定度）。（2）掌握物理）掌握

10、物理实验的基本知的基本知识、基本技能，常用、基本技能，常用实验仪器器设备、器件的原理及使用方法，并能正确运用物理学理器件的原理及使用方法，并能正确运用物理学理论指指导实验。15/94 培养、提高基本实验能力培养、提高基本实验能力 观察思维能力观察思维能力在实验中通过观察分析实验现象，得在实验中通过观察分析实验现象，得出正确规律的能力。出正确规律的能力。使用仪器能力使用仪器能力借助教材或仪器使用说明书掌握仪器的借助教材或仪器使用说明书掌握仪器的调整和使用方法的能力。调整和使用方法的能力。故障分析能力故障分析能力对实验中出现的异常现象能正确找出原对实验中出现的异常现象能正确找出原因并排除故障的能力

11、。因并排除故障的能力。数据处理能力数据处理能力能正确记录、处理实验数据，正确分析能正确记录、处理实验数据，正确分析实验误差的能力。实验误差的能力。报告写作能力报告写作能力能撰写规范、合格的实验报告的能力。能撰写规范、合格的实验报告的能力。初步实验设计能力初步实验设计能力能根据课题要求，确定实验方案和能根据课题要求，确定实验方案和条件，合理选择实验仪器的能力。条件，合理选择实验仪器的能力。16/94培养从事科学实验的素质。提出提出问题设计方案方案实验测量量分析分析结果果讨论总结学学学学习过习过程程程程希望同学们能重视这门课程的学习，真正能学有所得。二、怎么做实验二、怎么做实验 物理实验课的基本程

12、序物理实验课的基本程序 实验预习实验预习数据处理与实验总结数据处理与实验总结基本程序基本程序上实验课上实验课课前课前预习报告预习报告课后课后数据处理、数据处理、结论、小结结论、小结+=附录附录原始数据原始数据记录纸记录纸+1份完整的份完整的实验报告实验报告阅读教材及资料阅读教材及资料写出写出预习报告预习报告关键关键（1）实验预习）实验预习1、实验题目、实验题目2、目的、目的3、原理、原理4、仪器、仪器5、内容、内容6、记录表格、记录表格7、注意事项、注意事项要通过预习，弄明白几个问题：要通过预习，弄明白几个问题：1、实验的主要目的、原理和仪器是什么？、实验的主要目的、原理和仪器是什么？2、其中

13、的主要方法是什么？重点在哪里，难点可能有、其中的主要方法是什么？重点在哪里，难点可能有哪些？哪些？要带着上述问题，在课堂上进行验证。要带着上述问题，在课堂上进行验证。预习报告要写在实验报告纸上，作为实验报告的一部分预习报告要写在实验报告纸上，作为实验报告的一部分优秀预习报告的标准：优秀预习报告的标准：1、格式规范、字体工整、图表整洁、格式规范、字体工整、图表整洁2、原理和内容不照抄书本，在理解的基础上，用自己的语言、原理和内容不照抄书本，在理解的基础上，用自己的语言将主要原理简洁的表述出来。将主要原理简洁的表述出来。（2）上实验课）上实验课接受老师对预习情况的检查。接受老师对预习情况的检查。听

14、课听课做实验，做实验，2人人1组，相互协作。组，相互协作。整理仪器、打扫卫生，一周内上交实验报告整理仪器、打扫卫生，一周内上交实验报告实验数据实验数据要注明仪器型号，数据由要注明仪器型号，数据由要注明仪器型号，数据由要注明仪器型号，数据由教师检查后签字教师检查后签字教师检查后签字教师检查后签字课堂和课后的学习重点：课堂和课后的学习重点：1、强化动手操作能力，与预习知识进行验证，完成测量。、强化动手操作能力，与预习知识进行验证，完成测量。2、思考那些步骤比较关键，哪些步骤可以省略或改进？、思考那些步骤比较关键，哪些步骤可以省略或改进？3、是否有更好的测量方法？、是否有更好的测量方法？1 1、数据

15、处理包括：、数据处理包括：、数据处理包括：、数据处理包括：写出公式、代入数据写出公式、代入数据写出公式、代入数据写出公式、代入数据计算结果、误差及不确定度分析、图线等计算结果、误差及不确定度分析、图线等计算结果、误差及不确定度分析、图线等计算结果、误差及不确定度分析、图线等2 2、表格设计科学，作图规范、表格设计科学，作图规范、表格设计科学，作图规范、表格设计科学，作图规范3 3、报告中的数据要与原始记录数据一致报告中的数据要与原始记录数据一致报告中的数据要与原始记录数据一致报告中的数据要与原始记录数据一致4、报告中必须附有指导教师签字的原始记录报告中必须附有指导教师签字的原始记录报告中必须附

16、有指导教师签字的原始记录报告中必须附有指导教师签字的原始记录5、实验小结，讨论、分析和心得体会实验小结，讨论、分析和心得体会（3）课后处理数据，上交报告）课后处理数据，上交报告6、一周内，交给课代表同学，送达任课教师的实验室、一周内，交给课代表同学，送达任课教师的实验室三三实验数据处理的基础知识实验数据处理的基础知识第一节第一节 测量与测量误差测量与测量误差第二节第二节 测量结果的不确定度测量结果的不确定度第三节第三节 有效数字的运算有效数字的运算第四节第四节 数据处理的几种常见方法数据处理的几种常见方法第一节第一节测量与测量误差测量与测量误差分类分类:1、直接测量、直接测量2、间接测量间接测量要素：要素：待测对象、待测对象、测量者、环境条件、测量仪器测量者、环境条件、测量仪器1、测量及其分类、测量及其分类1、真值与测量值、真值与测量值被测量在一定条件下的真实大小，称为该量的被测量在一定条件下的真实大小，称为该量的真值，真值，记为记为A。，而把某次对它测得的值称为而把某次对它测得的值称为测量值，测量值，记为记为A 2、绝对误差、绝对误差3、相对误差、相对误差绝对误差与相对误差的大小绝对