大学物理学：大物实验.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1,大学物理实验,第一讲,一：大学物理实验课程介绍,二：大学物理实验学习方法,三：测量、误差,四：数据处理,五：本学期教学安排及注意事项,本次课内容,3,一：大学物理实验课程介绍,4,大学物理实验课的地位、作用,一：大学物理实验课程介绍,大学物理实验是为理工类各专业本科学生开设的必修学科门类基础课，是高等理工科院校对学生进行科学实验基本训练的必修基础课程，与大学物理课程具有同等中要地位。,大学物理实验是本科生接受系统实验方法和实验技能训练的开端。物理实验覆盖面广（力学、热学、光学、电磁学和近代物理实验），具有丰富的实验思想、方法、手段，同时能提供综合性很强的基本实验技能训练，是培养学生科学实验能力、提高科学素质的重要基础。,5,物理学是研究物质结构和相互作用以及它们运动规律的科学，是一切自然科学的基础。,物理学本质上是一门实验科学，物理学理论的建立无不依赖于实验结果的总结或经过实验的检验。,物理实验创造了物理学本身，也改变了人们的生活和工作方式。,物理学是以实验为本的科学,-,杨振宁,自然科学理论不能离开实验的基础,-,丁肇中,6,非物理专业为什么要上物理实验课,在大学物理实验这门课程中，实验的主要目的不是单纯的验证物理原理，记录实验数据，而是以物理内容为载体，传授所有学科门类通用的科学实验研究的思想、方法和实验技术。,适应新的学习模式。即通过实验进行学习。,提升动手能力，锻炼动手与动脑的结合。,夯实工程技术基础；,培养实事求是的科学作风。,7,北京交通大学,大学物理实验,课程序号：,73S189Q,课程性质：学科门类基础,必修课,课程安排：,物理实验,I,：春季学期，,34,学时,物理实验,II,：秋季学期，,30,学时,上课地点：,7,教三层、四层,课程教材：,大学物理实验,，成正维、牛原主编，北京交通大学出版社,8,北京交通大学,大学物理实验,实验教学体系,必,修,大学物理实验,大学物理实验,演示与探索实验,演示与探索实验,选修与课外,课外创新开放实验,课外创新开放实验,实践天地,实践天地,基础仪器实验,基础仪器实验,基本方法实验,基本方法实验,综合专题实验,综合专题实验,设计性实验,设计性实验,一,一,二,二,三,三,四,四,层次,层次,36,36,28,28,学时,学时,阶段,阶段,基础,基础,提高,提高,必,修,必,修,大学物理实验,大学物理实验,演示与探索实验,演示与探索实验,选修与课外,选修与课外,课外创新开放实验,课外创新开放实验,实践天地,实践天地,基础仪器实验,基础仪器实验,基本方法实验,基本方法实验,综合专题实验,综合专题实验,设计性实验,设计性实验,一,一,二,二,三,三,四,四,层次,层次,36,34,28,30,学时,学时,阶段,阶段,基础,基础,提高,提高,9,上课安排及课时分配：,春季学期,（,34,学时）,秋季学期,（,30,学时）,内容,学时,上课时间,内容,学时,上课时间,理论课,1,4,学时,第一周周六,理论课,3,2,学时,第一周周六,基础仪器,必做,9,学时（,3,个实验），选做,3,学时（,1,个实验）,上半学期,专题实验,（每个专题分两次课完成）,选做,16,学时,2,（,2,个实验）,整个学期,理论课,2,2,学时,学期中,设计实验,（每个设计实验分两次课完成）,选做,8,学时（,1,个实验）,整个学期,基本方法,选做,12,学时（,4,个实验）,下半学期,综合实验,4,学时（,1,个）,整个学期,考核实验,4,学时（,1,个实验）,学期末,10,考核：,春季学期：（,120,分，最后折合成五级九段制）,理论课作业（,10,分）,平时实验每个,10,分（共,80,分）,考核实验（,30,分）,秋季学期：（,80,分，最后折合成五级九段制）,专题实验每个,20,分（,2,个，共,40,分）,设计实验（,30,分）,综合实验（,10,分）,11,北京交通大学,大学物理实验,北京交通大学大学物理实验课由国家级物理实验教学示范中心承担。,2005,年获国家级教学成果特等奖、二等奖各,1,项；,2006,年我校物理实验教学中心成为首批,“,国家级教学示范中心,”,建设单位（当年全国仅,6,所高校获得）；,2007,年,“,大学物理实验课程,”,成为国家级精品课程；,2007,年，以实验中心为主体的教学团队被评为首批,“,国家级教学团队,”,；,2013,年，申报成功,“,国家精品资源共享课程,”,。,依托,“,光学工程,”,北京市重点学科和,“,发光学与信息技术,”,教育部重点实验室，以及,“,物理学,”,和,“,光学工程,”,两个一级博士学位授权学科进行课程建设。,12,1,）实验室,本课程教学所依托的物理实验中心是国家级的实验教学示范中心。教学实验室面积已达,3200,平方米，实验教学设备,1400,多台套，价值,1370,万元。每年面向全校理、工科,30,个专业约,3000,学生开设大学物理实验和大学物理演示实验，总实验授课学时年均超过,24,万人时。,每年用于物理实验中心实验室建设和设备更新的经费不少于,100,万元。,为支持学生课外创新实践活动，专门开辟了面积,80,平米的,“,开放实验室,”,和面积为,80,平方米的,“,创新实践天地,”,空间。,根据教学内容改革需要，本课程教师不断开发新实验，开发改造教学仪器用于教学。,教学条件,13,良好的物理实验教学环境,14,教学条件,2,）网络资源,自主开发了,网络版实验教务系统,和,手机版实验教务系统,，方便学生选课、自主学习、与教师互动、查看实验课各类信息等；,自主开发,实验导学系统,，内容包括预习要点、实验原理、实验仪器、实验流程、实验中常见问题及解决路径、课后扩展等，为学生个性化学习提供了更加丰富的资源；,购买,仿真实验、虚拟考试系统,等网络资源，拓展学生学习空间；,建设,“,物理实验教学示范中心,”,网站，让学生全面了解实验中心和物理实验。,建设,北京市物理实验竞赛网站,、,北京交通大学竞赛网站等,，为学生提供竞赛信息和交流平台。,正在建设,精品资源共享课网站,和,校内优质课网站,。,15,二：大学物理实验学习方法,16,1.,端正学习态度。,2.,做好预习与总结。,3.,要有独立性又要有合作精神。,4.,分析与创新能力。,物理实验基本能力要求,二：大学物理实验学习方法,17,1.,实验课前预习,(1),预习与本实验相关的全部内容。,(2),写出预习报告（实验题目、目的、原理、,主要计算公式,、,原理简图,、实验步骤）,准,备原始实验数据记录表格。,2.,课堂实验操作,(1),上课需带实验讲义、笔、尺、计算器等。,(2),必须在了解仪器的工作原理、使用方法、,注意事项的基础上，方可进行实验。,物理实验基本程序和要求,二：大学物理实验学习方法,18,(3),仪器安装调试后经教师检查无误后方可进,行实验操作。,(4),注意观察实验现象，认真记录测量数据，,将数据填入原始实验数据记录表格,数据须,经指导老师检查及签字。,(5),实验后请将使用的仪器整理好，归回原处。,经教师允许后方可离开实验室。,3.,课后按要求完成实验报告,（原始数据整理到 实验报告上，进行数据处理并回答问题,),，在一周内将实验报告交到指导教师实验报告箱中。,19,封皮：,将信息填写完整,20,预习报告部分：,课前完成。,按要求完成规定的内容。,21,原始数据记录：,课前做好记录表格，上课时指导老师检查。,实验时将数据记录在此表上。,实验结束交老师检查、签字。,22,其它部分：,数据处理与分析；,回答问题；,课后作业等,23,1.,利用网络平台中的实验教务系统、导学系统以及仿真实验系统等网络资源和开放实验室等自主学习资源，采用,“,课前自主预习、课中互动和课后拓展提高,”,三位一体的学习模式。,2.,采用多元考核方式。除了传统的实验操作和实验报告成绩外，还将实验设计方案、操作考试成绩、专题论文、竞赛成绩以及课外实验项目成果纳入实验课成绩，对学生实验能力进行综合培养与评价，全面调动学生学习积极性和主动性。,在交大做实验,24,3.,采用了开放式选课的教学组织方式。学生可以根据自己的时间段灵活安排实验选课；学生可以根据自己的兴趣选择实验内容。,4.,实施阶梯式教学，将分层次教学深入到实验项目，实行阶梯式教学，将实验项目内容按难度分为初、中、高三级，学生根据自身能力逐级完成实验任务和选择更高层次拓展内容，满足学生不同需求。,在交大做实验,25,1.,导学系统,大学物理实验导学系统，配合我校,大学物理实验,精品课程的分层次教学内容，内容涵盖实验室当前所开设的全部大学物理实验项目,基本实验、基础实验、专题实验、设计性实验、基本仪器介绍,针对实验课各个环节，全方位地为同学们们提供指导和帮助，扩展了进行物理实验的时间和空间,课前预习,课后复习,课堂上帮助解决常见多发问题,北京交通大学特色及课外学习资源,26,实验预习复习时可以参阅,“,物理实验导学系统,”,的相关内容。,211.71.70.68/dxxt,27,2.,物理实验教务系统和手机版物理实验教务系统,2004,年开始实施开放式教学、学生自主选课的实验教学模式，为此自行开发了实验教务管理系统。使用本系统，学生可进行大学物理实验项目查询、预约登记、在线交流、评教等操作；教师可实现教学管理、成绩统计、信息发布、师生互动。,2008,年对该系统进行了升级改造。为了适应当前移动终端的普及，为便利学生选课，,2011,年自行开发了手机版大学物理实验选课系统。,28,手机版使用：,登录大学物理实验教务系统,在,“,通 知查看,”,中下载相关软件至用户电脑,传入用户手机执行。,网址：,211.71.70.120/Default.aspx,29,目的：,既为正常实验课完成,实验困难的学生提供一个实验,学习的额外机会，也为热爱实,验基础好能力强的学生提供一,个施展才干的全新平台。,地点,：,7312,时间,：见选课系统通知,形式,：无需预约，持本人学生证进入,内容,：包括大学物理实验课程内的所有实验 项目和相关仪器设备操作。实验竞赛准备。,3.,开放实验室,30,开放实验室掠影,31,4.,竞赛,鼓励学生参加竞赛，一直,致力于为学生提供更多的竞赛,机遇。通过竞赛，进一步提升能力。,北京交通大学积极参与每届的,全国大学生物理实验竞赛,。,北京交通大学物理实验教学示范中心已经连续,6,年,承办,北京市大学生物理实验竞赛,。,北京交通大学物理实验教学示范中心从,2008,年开始每年,组织,北京交通大学生物理实验竞赛。,从,2012,年开始参加,全国物理学术竞赛。,32,校内物理实验竞赛,竞赛目的：,激发对物理实验的兴趣与潜能，培养学生创新能力、实践能力和团队协作意识。,参加竞赛你能够：学习知识、开阔眼界、锻炼能力、收获友谊,参赛要求：,在册本科生，自由组队，参赛组数不限，每组,1-2,人。竞赛共设,4,个题目，可选其中一个题目,北京交通大学物理实验竞赛从,2008,年开始，今年是第七届。,本届竞赛时间安排,竞赛题目公布：,4,月,竞赛报名：,6,月,比赛时间：,9,月（入围赛），,10,月（决赛）,33,评奖：设立一等奖、二等奖和三等奖，奖项数量和比例按照学校规定,获奖者择优推荐参加,北京市大学生物理实验竞赛,（,11,月）,获奖者可获得秋季学期物理实验,II,课程成绩加分,具体通知、报名和题目请关注,竞赛网站,202.205.99.149:8081/,34,上届物理实验竞赛题目,题目一：,设计和制作一种机械摆的实验装置（单摆、复合摆、耦合摆、倒立摆、混沌摆、,），并研究其运动规律。,题目二：,自组实验装置研究霍尔元件的物理特性，并利用霍尔效应制作一应用装置。,题目三：,学生在校期间完成的物理思想清晰，物理知识点明确的实验制作。,题目四：,学生在校期间完成的物理思想清晰、与实验相关的科研论文和教学论文。教学论文包括物理实验内容和方法的改进、现代测量技术在物理实验中的应用以及实验数据处理优化等。论文限,3,5,页，按,物理实验,期刊格式撰写。,35,校内物理实验竞赛掠影,36,北京市大学生物理实验竞赛,我校物理实验示范中心已经连续六届承办北京市大学生物理实验竞赛。,竞赛时间安排：,竞赛题目公布：,4,月,比赛时间：,11,月,准入方式：通过校内赛选拔。每年参赛队,7,个。,37,北京市大学生物理实验竞赛掠影,38,全国物理学术竞赛,全国物理学术竞赛（,CUPT,）以其独特的“对抗式”竞赛模式和竞赛在全国的影响力，已经成为国内高校公认的知名赛事。参赛学校主要是包括北大、清华、中科大等在内的“,985,高校”，竞赛严格控制规模，一般的学校很难有资格参加本赛事。,2012,年，我校有幸获得了参赛资格，首次参加就取得了二等奖的好成绩,(38,个代表队，排名第,15),；,2013,年参赛成绩更进一步，跻身强队行列，参赛,39,个队,排名第,7,。,39,全国物理学术竞赛,比赛时间：,8,月份,准入方式：校内选拔,特别提醒：校内选拔赛报名正在进行中,报名方式：,发邮件至,jypeng,报名时写清自己的姓名、年级、学院、,专业、联系方式（手机）、特长,联 系 人：彭老师,15810672207,40,1,测量与误差,2,有效数字的记录与运算,3,测量结果的不确定度评定,三：测量、误差,41,一,.,测量及其分类,测量,:,是用仪器通过一定的方法，进行实验比较，,以某一计量单位，把待测量定量地表示出来。,用单摆测重力加速度,:,实验中,的测量结果如何评定？,1,测量与误差,42,测量包含着：理论,实验方法,仪器选择,测量,数据处理,结果分析等环节。,测量的分类,直接测量,间接测量,等精度测量,不等精度测量,方法：,测量条件：,43,二,.,误差与偏差,1,、真值与误差,测量值,x,：,通过直接测量或间接测量得到的物,理量的值。,绝对误差：,真值,x,0,:,一个物理量客观存在的量值，与测量所用的理论方法及仪器无关。,44,2,、最佳值与偏差,多次测量的算术平均值,偏差：,对物理量 进行,多次等精度测量,，测量列为,最佳值：,是评价测量值准确与否的客观标准。,相对误差：,45,三、误差的分类与处理,系统误差,随机误差,过失误差,产生的原因和性质,46,1.,随机误差,每次测量结果都不一样：测量误差时大时小，时正时负，但当测量次数足够多时，误差分布服从某种统计规律。,特征：不确定性,统计规律反映了大量偶然事件中所存在的必然性。,预备知识：,概率与分布函数,概率,是对偶然事件发生的可能性大小的量度。,47,例：抛硬币,N,次，,N,A,次正面向上。,N,不大时，不确定；,N,很大时，,正面出现的概率,概率的归一化条件：,在所有可能发生的事件中，各事件出现的概率的总和等于,1,。,48,例,:,某城市人口按身高的分布曲线。（,N,）,O,h,i,f,i,h,人口按身高的分布,人口中身高为,h,h,+,h,的人数为,N,表征事件,x,的量,x,连续变化，事件,x,出现在某一间隔,x,内的概率与这一间隔的位置,x,及间隔的大小,x,有关。,概率分布函数：,f(x),表示事件,x,出现在,x,附近单位间隔内的概率。,49,分布函数,f(h),满足,身高在,hh+dh,范围内的人数：,dN=Nf(h)dh,f(h),h,O,人口按身高的分布,归一化条件,分布函数,f(h),分布,在身高,h,附近,，,单位身高间隔,的人口占总人口的,百分比,。,50,例：用秒表测单摆的周期,T,，将各测量值出现的次数列表如下,:,分布规律,分子速率的分布函数,f(),分子分布在速率,附近单位速率间隔的,分子数占总分子数的,概率,。,可将,h,推广为任意物理量。,统计平均身高：,hh+dh,内的身高都是,h,51,测量值,x,i,1.01 1.02 1.03 1.04 1.05 1.06 1.07 1.08 1.09 1.10,次 数,n,0 2 4 10 14 16 7 5 1 1,n=,60,次,n=,100,次,测量值,x,i,1.01 1.02 1.03 1.04 1.05 1.06 1.07 1.08 1.09 1.10,次 数,n,1 4 7 23 25 20 11 5 2 2,测量值,x,i,1.01 1.02 1.03 1.04 1.05 1.06 1.07 1.08 1.09 1.10,次 数,n,1 1 2 8 8 5 2 2 1,0,n=,30,次,52,单峰性,有界性,对称性,53,54,正态分布函数：,式中：,（,1),处概率密度最大,（,2,）,:,时的测量平均值,（,3,）,:,与 相应的随机误差的分量,55,(4):,正态分布的标准差,小，测量值的离散性小,大，测量值的离散性大,表征测量值的分散性！,表征分布线型的宽窄,56,概率：,置信概率,置信区间,(5),57,58,标准误差,实验标准差,(,贝塞尔法,),表征,n,次有限测量结果的分散程度。,n,有限,是用测量列的平均值 作为真值,x,0,的最佳估计值时，,x,0,与 两者之间的偏离程度。,59,有限次测量的算术平均值 亦为随机变量，算术平均值也服从一定的统计规律分布：,在相同的条件下分别进行两组同样次数的测量，测量结果的算术平均值也会有所不同。,平均值的实验标准差,60,平均值的实验标准差 比任何一次测量的实验标准差,小,增加测量次数,可以减少平均值的实验标准差,提高测量的准确度,.,但是,n10,以后,n,再增加,减小缓慢,因此,在物理实验教学中一般取,n,为,6,10,次,61,测量值的最佳估计值,测量值、算术平均值的分散程度,62,平均值的实验标准差,实验标准差,(,贝塞尔法,),63,（,6,）,t,分布,当测量次数很少时，遵从,t,分布,以后，接近正态分布,峰值低于正态分布，而且上部较窄，下部较宽。,64,2.,系统误差,其误差的大小和符号保持不变或随着测量条件的变化有规律的变化。,系统误差的来源,:,天平不等臂所造成的系统误差,仪器误差,65,转轴与几何中心重合，由于,所以可用弧长反映角,度的大小。,由于偏心，使之用弧长反映角度 时产,生的系统误差。如：,这是由偏心,造成的。,B,A,O,b,66,螺线管为无限长，管壁磁漏可忽略。,如：,由于理论推导中的近似,产生的,系统误差,理论,67,公式,（忽略了空气阻力等）,意大利科学,家伽利略在比,萨斜塔上做的,铁球落地实验。,两个不同重,量的铁球从高,处落下，同时,着地。,说明理,论在一般情况,下都能较准确,地反映物体真,实的运动规律。,68,人为,心理作用，读数（估计）偏大或偏小。,生理因素,听觉,嗅觉,色觉,视觉,对音域（,20HZ-20KHZ,）,的辨别。,对音色的辨别。,69,环境,市电的干扰,输入,光点检流计,接近时，静,电干扰，使,光斑移动等。,70,方法,内接,A,V,V,R,V,A,A,V,I,R,I,V,用,V,作为,V,R,的近似值,时，求,外接,71,系统误差特点,:,表现出恒偏大、恒偏小或周期性的特点,增加测量次数误差不能减少。系统误差只能从方法、理论、仪器等方面的改进与修正来实现。,发现系统误差的方法,系统误差的减小与消除,理论分析法 实验对比法 数据分析法,交换法、替代法、异号法等。,72,精密度、正确度、准确度,精密度,:,反映随机误差大小的程度,;,对测量结果重复性的评价,定性评价测量结果时：,正确度,：,反映系统误差的大小,;,高：测量数据的算术平均值偏离真值较少,测,量的系统误差小,但是：不能确定数据的分散情况,准确度,：反映随机误差与系统误差综合大小的程度,;,高：系统误差和随机误差均小,73,精密度,高,正确度,低,精密度,低,正确度,高,精密度正确度,均低,精密度正确度,均高,74,仪器误差,1.,仪器的示值误差（限）,国家技术标准或检定规程规定的计量器具最大允许误差或允许基本误差，经适当的简化称为仪器误差（限）,，用 表示。它代表在正确使用仪器的条件下，仪器示值与被测量真值之间可能产生的最大误差的绝对值。,仪器误差（限）举例,a:,游标卡尺,，仪器示值误差一律取卡尺分度值。,75,b:,螺旋测微计,，量程在,0,25mm,及,25,50mm,的一级千分尺的仪器示值误差均为,mm,。,c:,天平,的示值误差，本书约定天平标尺分度值的一半为仪器的示值误差。,d:,电表,的示值误差，量程 准确度等级,%,。,e:,数字式仪表,，误差示值取其末位数最小分度的一个单位。,f:,仪器示值误差或准确度等级未知，可取其最小分度值的一半为示值误差（限）。,g:,电阻箱、电桥等，示值误差用专用公式计算。,76,2.,仪器的标准误差,一般服从均匀分布规律：,仪器的标准误差与仪器误差（限）的关系：,一般,:,77,3.,仪器的灵敏阈,a:,定义,，指足以引起仪器示值可察觉变化的被测量的最小变化值。例，人眼察觉到的指针改变量为,0.2,分度值，,0.2,为指针仪表的灵敏阈。,b:,灵敏阈越小,，仪器的灵敏度越高。,c:,仪器的灵敏阈示值误差限最小分度值。,由于多次使用，仪器的灵敏阈变大，超过仪器示值误差限时，仪器示值误差应由灵敏阈来代替。,78,误差,=,随机误差,+,系统误差,大量一般测量的实践表明：,系统误差分量对测量结果的影响常常显著地大于随机误差分量的影响。,79,三,.,坏值的剔除,继续检验，直到无坏值为止。,检测流程,1,、拉依达准则,（要求,n9),为粗差,为坏值应剔除,.,剔除,(n-1),个数据继续，对,保留。,80,对某物体进行,15,次测量，测值为：,11.42 11.44 11.40 11.43 11.42,11.43 11.40 11.39 11.30 11.43,11.42 11.41 11.39 11.39 11.40,检测是否有坏值。,例,计算,:,81,所以,11.30,为坏值，应剔除。,余下的数据继续检验,：,*,检测情况与测量列构成有关，应,n9,。,*,14,个测量值均满足 条件，无坏值。,82,2,、肖维涅准则,(,要求,n4,次）,为粗差,，,x,i,为坏值,检测流程,为坏值，,剔除。,称为肖维涅系数。,其值与测量次数,n,有关，第,10,页表,1,2,给出了各种测量次数对应的 值。,3,、格拉布斯准则,（较复杂）,83,2.,有效数字的记录与计算,数据左起第一位非零数起,到第一位欠准数止的全部数字。,有效数字,=,准确数字,+,欠准数位,一、有效数字的一般概念,84,有效数字来源,于测量时所用的,仪器。我们的任,务是使测量值尽,可能准确地反映,出它的真实值。,有两个特征：,（,2,）在最小刻度之间可,估计一位,。,欠准位,准确位,（,1,）以刻度为依据可读到,最小刻度,所在位。,85,35,36(cm),1,位置为,35.00cm,不能写成,35cm,。,1,2,位置为,35.40cm,2,3,3,位置介于,35.7-,35.8,之间,最接近真,实位置的值,既不是,35.7,也不是,35.8,而是,35.7-35.8,之间的某值,可以估,计为,35.75.35.76,35.77,，不妨取,35.76,cm,。,估计值只有一位，所以也叫欠准数位或可疑数位。,86,有效数字的特点,（,1,）位数与小数点的位置无关。,35.76cm=0.3576m=0.0003576km,（,2,）,0,的地位,0.0003576 3.005 3.000,都是四位,（,3,）科学计数法,87,二、有效数字的读取,进行直接测量时，由于仪器多种多样，正确读取有效数字的方法大致归纳如下：,1,、一般读数应读到最小分度以下再估一位。,例如，,1/2,，,1/5,，,1/4,，,1/10,等。,2,、有时读数的估计位，就取在最小分度位。,例如，仪器的最小分度值为,0.5,，则,0.1-0.4,0.6-0.9,都是估计的，不必估到下一位。,88,3,、游标类量具，读到卡尺分度值。,多不估读，特殊情况估读到游标分度值的一半。,5,、特殊情况，直读数据的有效数字由仪器的灵敏阈决定,。例如在,“,灵敏电流计研究,”,中，测临界电阻时，调节电阻箱,“,”,，仪器才刚有反应，尽管最小步进为,0.1,电阻值只记录到,“,”,。,4,、数字式仪表及步进读数仪器不需估读。,6,、若测值恰为整数，必须补零，直补到可疑位。,89,三,.,有效数字的运算规则,准 准 准,欠 欠 欠,1,加减：与位数最,高者对齐。,2,乘除：一般可与位,数最少者相同。,3,幂运算、对数（指数）、三角函数,(,反,三角）不改变有效数字位数。,90,加、减法,约简,可见，约简不影响计算结果。在加减法运算中，各量可约简到其中位数最高者的下一位，其结果的欠准数位与参与运算各量中位数最高者对齐。,91,乘、除法,在乘除运算之前，各量可先约简到比其中位数最少者多一位。运算结果一般与位数最少者相同，特殊情况比最少者多（少）一位。,多一位的情况,全部欠准时，商所在位即为,为欠准数位。,比位数最少者,少一位的情况。,92,初等函数运算,四位有效数字，经正弦运算后得几位？,问题是在 位上有波动，比如为 ，,对正弦值影响到哪一位，哪一位就应是欠准,数所在位。,根据微分在近似计算中的应用，可知：,第四位为欠准数位。,93,1.,误差的有效数字,一般情况下误差的有效数字取一位，精密测量情况下，误差的有效数字可取二位。,2.,测量结果的有效数字,测量结果最佳值的有效数字的末位与误差首位取齐。,3.,舍入规则：,四舍六入五凑偶,四、舍入法则,94,保留三位有效数字,:,3.5425 3.54,小于五舍去,3.5466 3.55,大于五进位,3.5350 3.54,等于五上位凑偶,3.5450 3.54,等于五上位凑偶,3.54501 3.55,大于五进位,3.54499 3.54,小于五舍去,95,一,.,测量不确定度的基本概念,人,仪器 环境,理论,方法,1,人为误差,2,理论误差,3,方法误差,4,仪器误差,5,环境误差,3,测量结果的不确定度评定,将测量得到的数据整理、计算得出有关结果,并对结果的好坏作出客观地评价。数据处理是整个实验中最后一个,关键环节,。,或多或少地影响着测量的准确度,96,1,、不确定度的定义,测值 与真值 之差的绝对值以一定的概率分布在 之间，即,不确定度,:,表示真值以某种置信概率存在的范围，是测量结果不确定性的度量。,97,2,、不确定度的分量,A,类分量,：,多次重复测量，用统计方法求出的分量。,对于直接测量量：,B,类分量,：,用其它非统计方法估算的分量。,主要因素为仪器误差：,实验中通常取：,98,3,、不确定度的合成,A,类和,B,类不确定度 具有相同的置信概率,4,、测量结果的不确定度表示,或者,1,）不确定度最后结果,取,1,位,且与结论中有效数字最后一位对齐。,2,）相对不确定度可以取,两位,。,99,5,、直接测量量不确定度的评定,多次测量估算步骤,1,）计算：,3,）计算：,等精度,和,4,）,2,）计算：,和,剔除坏值后，重复,2,）,3,）,（已无坏值）,5),最终结果：,100,直接测量量数据处理举例,1.,某长度测,6,次,分别为,29.18 29.19 29.27 29.25 29.26 29.24(cm),m,=0.02cm,取一位,cm,计算,101,不确定度保留,1,位,且与平均值的最后一位对齐,.,取一位,取一位,最后结果：,102,单次测量,当无需、无法多次测量、或仪器精密度差，只测量一次时，,103,三、间接测量量的不确定度评定,间接测量量,N,与直接测量量的函数关系：,直接测量量,的不确定度为,则,N,必具有不确定度,104,1,、间接测量量的最佳值,直接测量量 的,最佳值为,间接测量量的最佳值为：,105,（,1,）先微分,106,（,1,）先取对数再微分,107,不确定度,传递系数,2,、间接测量量不确定度的合成,108,3,、间接测量结果不确定度评定的步骤,1,）、计算,2,）、计算,3,）、计算,4,）、最后结果,109,间接测量量数据处理举例,测得某园柱体质量,M,，直径,D,，高度,H,值如下，计算其密度及不确定度。,110,代入数据,计算密度,111,计算密度,取对数,:,微分,:,112,相对误差,113,绝对误差,测量结果,114,研究在一定范围内的物理过程或运动规律时所进行的测量，称之为组合测量。经正确的处理方法，可得,y=f(x),的具体形式。,四：数据处理,115,一,.,列表法,简单明了，要求数据清晰,不能涂改，单位规范，并加必,要说明。,X,(,物理量,)(,单位,),X,1,X,2,X,n,Y,(,物理量,)(,单位,),Y,1,Y,2,Y,n,116,二,作图法,注意,:1,根据数据的分布范围，合理选择单位长度及坐标轴始末端的数值，并以有效数字的形式标出。,2,将实验点的位置用符号,X,或 等标在图上，用铅笔连成光滑曲线或一条直线，并标出曲线的名称。,117,3,线性关系数据求直线的斜率时,应在直线上选相距较远的两新点,A.B,标明位置及坐标,A(X,1,Y,1,),B(X,2,Y,2,),由此求得斜率。,作图法特点,:,简单明了。,缺点,:,有一定任意性（人为因素），故不能求不确定度。,非线性关系数据可进行曲线改直后再处理,在图纸的明显处写出图线的名称、测试条件、作者姓名和日期。,118,作图法示例伏安法测电阻,伏安特性图线,测试条件：,绘制者：,时间：,119,120,三,.,最小二乘法,是从统计的角度处理数据，并能得到测量结果不确定度的一种方法。,满足线性关系,Y=a+bX,若,最简单的情况,:,121,由于每次测量均有误差，使,在所有误差平方和,为最小的条件下，得到的方程,Y=a+bX,的方法叫最小二乘法。,122,使之满足 的条件，,得出,:,应由,解联立方程得：,123,实验标准差,截距,斜率,测量值,124,称为线性相关系数，作为,Y,与,X,线性相关程度的评价。,相关系数,X,、,y,完全线性相关,X,、,y,不相关,125,本次课要求,1.,在误差基本知识的基础上,学会如何得到真值的最佳估计值,如何估算在随机干扰下所产生误差的大小。,2.,通过分析实验过程各个环节上不确定度因素的存在,对总的不确定度作近似计算。,3.,掌握不同情况下数据处理的方法及特点。,4.,正确建立有效数字的概念。,5.,掌握有效数字的运算规律。,126,本次课作业,教材,P19,五、六,P31,二,P32,三,注意：,作业写在实验报告纸上，不要用作业本！,作业要求写出计算过程，作图题要用坐标纸按图解法的规定作图。,作业成绩为,10,分，合并计入第一次实验的成绩中。,在,第一次上实验课时,将作业交给,当时的实验指导老师,。,127,128,五：本学期教学安排及注意事项,129,一、课程内容（,本学期计划学时,34,学时,）,每位同学必须完成以下内容,:,学时,内容,交报告要求,时间,实验大课,2,次,4,教学安排和数据处理，,有作业,作业第一次实验课上交,3,月,1,日,2,第一阶段总结,4,月,12,日,基础实验,4,个,12,每个,3,学时，,3,必选,1,自选,课后一周,交报告,3-7,周,基本实验,4,个,12,每个,3,学时，题目和时间网选,课后一周,交报告,9-13,周,考核性实验,1,个,4,题目和时间网选,课上交,报告,15,、,16,周,130,具体教学安排：,1,、讲课,I (4,学时，第,1,周周六,),内容：本学期教学安排和误差理论等。,有作业，第一次实验时把作业交给老师。,2,、第一阶段基础实验（,12,学时，,3,7,周完成）,：,内容：物理实验常用仪器的使用。,每个学生做,4,个实验（,3,个必做,1,个自选,），每个,3,学时。,时段上网选。,课后一周,交报告（交实验老师报告箱）。,3,个必做,滑线变阻器特性的研究及测量二极管伏安特性,示波器的使用,分光计的调整和使用,1,个自选（,3,选,1,）,杨氏模量的静态法测量,刚体转动惯量的测量,等厚干涉与读数显微镜的使用,131,4,、基本实验（,12,学时，,9,13,周完成）：,内容：物理实验基本方法。,每人选做,4,个实验，每个,3,学时，时段题目自选。,课后一周,交报告。,5,、考核性实验：,4,学时,第,15,、,16,周进行，时间为,4,学时,，开卷，有附加数据处理题，,当堂交报告,。,3,、讲课,II(2,学时,),内容：第,1,阶段实验小结，第,2,阶段实验介绍。,计划,4,月,12,日,地点同第一次大课,。,132,二、本学期实验时间表,(,表格中数字为周次,共分,3,阶段,),基础实验,基本实验,考核性实验,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,节日放假按学校调课实际安排，请特别关注选课网上通知，以免错过实验。,物理实验课程为开放式教学，在实验室开放的时间内学生可以自选上课时间和实验内容，按要求完成教学内容。,133,实验上课时间：,每周共,12,个时段,(,红色部分,),。,英语实验自愿选择，计入总学时。,周一,周二,周三,周四,周五,第,1,时段,1:20-3:50,英语,第,2,时段,4:20-6:50,第,3,时段,7:10-9:40,134,考试阶段上课时间：,每周共,10,个时段,(,红色部分,),周一,周二,周三,周四,周五,第,1,时段,1:20-4:40,第,2,时段,5:30-8:50,135,示范中心网址：,202.205.99.149:8080/,点击：物理实验教务系统,136,直接进入教务系统网站,：,选课网址：,211.71.70.120/Default.aspx,从这里登录选实验,137,从这里下载课件、查看各种通知,大课课件、下次讲课时间、放假调课通知、开放实验室通知、未交报告学生名单等信息会及时发布在选课网站,“,通知查看,”,栏，请经常浏览。,138,特别提示！,大学物理实验选课系统要求浏览器为兼容,IE7,模式，,IE7,以后的版本进入选课系统后，没有下拉菜单，请做如下操作：,启动,IE,浏览器按,F12,键将,选为,IE7.,139,选课注意事项,第一阶段（基础实验）选课时间：,3,月,2,日中午,12:00,选课开始，可选定,第一阶段的,4,个实验（顺序不分先后，注意必做,3,个和自选,1,个，每周只能做,1,个实验）。,初始选课密码为学号，,注意修改,！,实验选定后可在网上自行调整（可退、可选），但,不能退两天之内的实验,，特殊原因需持医院证明或学院教学科签字盖章的证明，到,7308,魏老师处办理。,140,选课注意事项,选课后,记清,自己所选的,实验名称和时间段,，做好预习，按时上课。原则上不允许无故耽误实验。特殊原因未做实验者可联系原任课教师补做，但成绩,按,7,折计,。,平时实验选课问题咨询：,周二、四下午,2:00-5:00 7308,房间 魏老师（电话：,51688483-15,）,第二、三阶段实验选课时间第二次大课时通知。,物理实验中心新近开发了,手机版选课系统,，本学期为试用阶段，方法和注意事项如下。,141,手机版物理实验教务系统（学生用户）使用说明（试用）,1,、登录大学物理实验教务系统,在,“,通知查看,”,中下载相关软件至用户电脑,传入用户手机执行,2,、手机版只能利用校园,wifi,登录，目前不支持,3G,、,GPRS,登录。,3,、支持,Android,（安卓）,2.3,以上版本。,142,上课注意事项,上课不要迟到，迟到,10,分钟,不能做实验！,上课前须填写好,报告中的预习部分,，否则不能做实验。,实验中如遇到问题及时与任课教师联系，不要随意更换仪器！实验结束后一定要让,教师签字,！合格后,整理仪器,，经教师同意后方可离开实验室。,每个实验做完,一周,后应及时交报告，以免影响成绩。,每一阶段实验结束一周后,在网站上会公布未交报告的学生名单，请注意查看。,如有问题,及时与任课教师联系解决。,