[农学]南昌大学物理实验绪论20112.ppt
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1、1,大学物理实验 第一讲,南昌大学物理实验中心 2011年2月,2,第一部分.绪论 第二部分.测量与数据处理基础知识 第三部分.网上选课及教学环节注意事项,3,第一部分.绪论,这是一门什么课?,理论课,实践课,物理实验,基础实验课,系统实验方法和实验技能训练的开端!,电工电子实验,机械力学实验,生化医学实验,光信息实验,4,第一部分.绪论,2.这门课学什么?,学习实验知识,测量、误差、不确定度等基本概念及表示方法,质量、时间、长度、电压、温度等基本测量仪器的使用方法 放大法、等效、替换法等基本实验方法,逐差、列表、作图、拟合等数据处理方法,培养实验技能,借助教材或说明书正确使用仪器,应用已有的
2、知识观察分析实验现象,正确记录、处理实验数据,撰写合格实验报告,根据目的和仪器,设计合理实验方案,5,提高实验素养,理论联系实际,实事求是的科学作风,严肃认真的工作态度,主动研究和追求创新的探索精神,遵守纪律、团结协作的优良品德,6,第一部分.绪论,3.如何学好这门课?,课前预习,课堂实验,课后总结,预习:读教材,查资料,拟计划,实验:守纪律,听讲解,慎操作,细观察, 详记录,勤思考,总结:巧处理,重分析,求创新,7,实验预习,明确实验目的, 预习实验原理, 了解实验注意事项。 预习报告是实验工作的前期准备,是写给自己参考用的,故要求简单明了。实验前应清楚本次实验应达到什么目的,通过什么实验方
3、法和测量哪些数据才能实现实验的目的。,8,实验名称,实验目的; 实验简图(电路图或光路图), 记录主要公式; 列出记录数据表格(分清已知量、指定量、待测量和单位)。 无需照抄实验原理!,预习报告内容,预习报告范例,9,实验操作要求,遵守实验室规则; 了解实验仪器的使用及注意事项; 正式测量之前可作试验性探索操作; 仔细观察和认真分析实验现象; 如实记录实验数据和现象; 用钢笔或圆珠笔记录数据,原始数据不得改动 7. 整理仪器,清扫实验室。,10,实验报告,实验报告是写给同行看的,所以必须充分反映自己的工作收获和结果,反映自己的能力水平,要有自己的特色,要有条理性,并注意运用科学术语,一定要有实
4、验的结论和对实验结果的讨论、分析或评估。实验原理要简明扼要,要有必要的电路图或光路图,要有主要的数据处理过程,一定要列出实验结果,尤其是利用作图求得的一些物理量。,11,实验报告内容,实验名称; 实验目的; 原理简述(原理图、电路图或光路图,以及主 要计算公式等); 主要实验仪器设备; 实验数据表格、数据处理计算主要过程、作图及实验结果和结论; 实验现象分析、误差评估、小结和讨论。,实验报告范例,12,希望同学们能重视这门课程的学习,经过半年或一年的时间,真正能学有所得。,13,第二部分.测量与数据处理,1.测量与有效数字,2.测量误差和不确定度的估算基础知识,3.数据处理作图法和最小二乘法,
5、14,1. 测量与有效数字,测量 有效数字的读取 有效数字的运算 有效数字尾数的舍取规则,15,测 量,物理实验以测量为基础,所谓测量,就是用合适的工具或仪器,通过科学的方法,将反映被测对象某些特征的物理量(被测物理量)与选作标准单位的同类物理量进行比较的过程,其比值即为被测物理量的测量值。,16,直接测量:直接将待测物理量与选定的同类物理量的标准单位相比较直接得到测量值; 间接测量:利用直接测量的量与被测量之间的已知函数关系,求得该被测物理量。,2-1 测量误差和不确定度估算的基础知识,完整的测量结果应表示为: 以电阻测量为例 包括: 测量对象 测量对象的量值 测量的不确定度 测量值的单位
6、(Y = y 表示被测对象的真值落在(y ,y )范围内的概率很大, 的取值与一定的概率相联系。),结果表示,18,有效数字的读取,有效数字可靠数字可疑数字(一位) 15.2mm 15.0mm,2-2 实验数据有效位数的确定,1.直接测量量(原始数据)的读数应反映仪器的精确度,游标类器具(游标卡尺、分光计度盘、大气压计等)读至游标最小分度的整数倍,即不需估读。,2-2 实验数据有效位数的确定,1.直接测量量(原始数据)的读数应反映仪器的精确度,数显仪表及有十进步式标度盘的仪表(电阻箱、电桥、电位差计、数字电压表等)一般应直接读取仪表的示值。,2-2 实验数据有效位数的确定,1.直接测量量(原始
7、数据)的读数应反映仪器的精确度,指针式仪表及其它器具,读数时估读到仪器最小分度的1/21/10,或使估读间隔不大于仪器基本误差限的1/5 1/3。,2-2 实验数据有效位数的确定,直接读数注意事项,注意指针指在整刻度线上时读数的有效位数。,23,有效数字的运算,加、减法:诸量相加(相减)时,其 和(差)数在小数点后所应保留的位 数与诸数中小数点后位数最少的一个 相同。 4.178 + 21.3 25.478 = 25.5,24,乘、除法:诸量相乘(除)后其积(商) 所保留的有效数字,只须与诸因子中有效 数字最少的一个相同。 4.178 10.1 4178 4178 421978=42.2,25
8、,乘方开方: 有效数字与其底的有效数 字相同。 对数函数: 运算后的尾数位数与真数 位数相同。 例:lg1.938 = 0.2973 lg1938 = 3 + lg1.938 = 3.2973 指数函数:运算后的有效数字的位数与指数的小数点后的位数相同(包括紧接小数点后的零)。 例: 106.25 = 1.8 106 100.0035 = 1.008,26,三角函数:取位随角度有效数字而定。 例:Sin3000= 0.5000 Cos2016= 0.9381 正确数不适用有效数字的运算规则。 取常数与测量值的有效数字的位数相同。,27,有效数字尾数的舍入规则,口诀: 4舍6入5看右,5后有数进
9、上去, 尾数为0向左看,左数奇进偶舍弃。,28,有效数字尾数的舍入规则,例:将下列数字全部修约为四位有效数字 1)尾数4,1.118400001.118 2)尾数6,1.118600001.119 3)尾数5, a)5右面还有不为0的数 1.118599991.119 1.118500011.119 b) 5右面尾数为0则凑偶 1.117500001.118 1.118500001.118,29,一次性修约到指定的位数,不可以进行数次修约,否则得到的结果也有可能是错误的。 例:将数字10.2749945001修约为四位有效数字。 一步到位:10.274994500110.27(正确)。 错误结
10、果: 10.274994500110.274995 10.27510.28,有效数字尾数的舍入规则,30,2. 测量误差和不确定度估算的基础知识,误差 随机误差的处理 测量结果的不确定度表示 间接测量不确定度的合成,31,对一待测物理量 x 误差dx 测量结果 x 真值,真值:物理量在一定实验条件下 的客观存在值,误 差,32,测量误差存在于一切测量过程中,可以控制得越来越小,不可能为零。,误 差,33,A类,34,B类,35,B类,36,定 义:在对同一被测量的多次测量过程中,绝对值和 符号保持恒定或随测量条件的改变而按确定 的规律变化。 产生原因:由于测量仪器、测量方法、环境带入。 分类及
11、处理方法: 1 已定系统误差:必须修正 电表、螺旋测微计的零位误差; 测电压、电流时由于忽略表内阻引起的误差。 2 未定系统误差:要估计出分布范围 如:螺旋测微计制造时的螺纹公差等。,系统误差,37,随机误差,定 义: 在对同一量的多次重复测量中绝对 值和符号以不可预知方式变化的测 量误差分量。 产生原因:实验条件和环境因素无规则的起伏变 化,引起测量值围绕真值发生涨落的变化。 例如: 电表轴承的摩擦力变动 螺旋测微计测力在一定范围内随机变化 操作读数时的视差影响,38,(1) 小误差出现的概率比大误差出现的概率大; (2) 无穷多次测量时服从正态分布; (3) 具有抵偿性。 取多次测量的平均
12、值有利于消减随机误差。,随机误差特点,39,标准差小:表示测得值很密集,随机误差分布范围窄,测量的精密度高; 标准差大:表示测得值很分散,随机误差分布范围宽,测量的精密度低。,标准差表示测量值的离散程度,40,任意一次测量值落入区间 的概率为,这个概率叫置信概率,也 称为置信度。对应的区间叫置 信区间,表示为。,41,扩大置信区间,可增加置信概率,42,在测量次数n较小的情况下,测量将呈t分布; n 较小时, 偏离正态分布较多, n 较大时, 趋于正态分布。 t分布时,置信区间和置信度的计算需要对特殊函数积分,且不同的测量次数对应不同的值,计算很繁。,43,平均值 假定对一个物理量进行了n次测
13、量, 测得的值为xi (i =1, 2,n) 可以用多次测量的算术平均值作为被测量的最佳估计值,测量次数n为无穷大时,算术平均值等于真值。,44,有限测量时,算术平均值不等于真值,它的标准偏差为: 的意义可以理解为: 待测物理量处于区间 内的概率为0.683。,45,物理实验中,置信度一般取作0.95,这时 t 分布相应的置信区间可写为: 一般,我们取测量次数为6次。,46,测量结果的不确定度表示,概念:不确定度u是由于测量误差存在而对 被测量值不能确定的程度。 意义:不确定度是一定置信概率下的误差 限值, 反映了可能存在的误差分布范围。 置信概率一般取0.95,47,A 类分量 : 可以用统
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