物理学实验绪论省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

物理学试验指导书物理学试验指导书绪绪论论第1页误差理论基础与数据处理误差理论基础与数据处理 测量(measurement)：就是将被测量与同类标准（即标准单位）相比较。由此确定被测量是标准量若干倍数，再附上单位，则为测量结果。一、一、测量和误差测量和误差 1、测量和测量分类测量和测量分类第2页测量分类测量分类直接测量（直接测量（directmeasurement)：用基本仪器直接测得对应物理量结果用基本仪器直接测得对应物理量结果。间接测量（间接测量（indirectmeasurement)：是由一个或几个直接测得量经已是由一个或几个直接测得量经已知函数关系计算出被知函数关系计算出被测量量值测量。测量量值测量。（例（例:V=R2H)如：米如：米-公制长度基准公制长度基准.光在真空中光在真空中1s时间内传输距离时间内传输距离1/2997924851m=1650763.73 -氪氪-862p10-5d5能级间跃迁在真空中辐射波长能级间跃迁在真空中辐射波长第3页2、真值和算术平均值、真值和算术平均值真值真值：真值是被测量客观存在实际值。真值是被测量客观存在实际值。算术平均值算术平均值：若对某一被测量测量：若对某一被测量测量n次，测次，测量结果分别为量结果分别为N1、N2、Nn，则算，则算术平均值：术平均值：客观真实值（未知）客观真实值（未知）第4页3、测量误差及分类、测量误差及分类测量误差测量误差：测量数据与真值之间差值。：测量数据与真值之间差值。测量误差测量误差=测量值测量值-真值真值客观真实值（未知）客观真实值（未知）1m=1650763.73 约定真值：世界各国公认几何量和物理量最高基准量值约定真值：世界各国公认几何量和物理量最高基准量值相对真值：标准仪器测得值或用来作为测量标准用标准器值相对真值：标准仪器测得值或用来作为测量标准用标准器值如：米如：米-公制长度基准公制长度基准 -氪氪-862p10-5d5能级间跃迁在真空中辐射波长能级间跃迁在真空中辐射波长理论真值：设计时给定或用数学、物理公式计算出给定值理论真值：设计时给定或用数学、物理公式计算出给定值光在真空中光在真空中1s时间内传输距离时间内传输距离1/299792485第5页 误差分类误差分类：（1 1）系统误差：）系统误差：由仪器本身不准确和测量方法不够完善等引发。由仪器本身不准确和测量方法不够完善等引发。（2）偶然误差：偶然误差：由无法控制、纯属偶然（测量者视觉、听觉）因由无法控制、纯属偶然（测量者视觉、听觉）因素等引发。素等引发。（3）过失误差：由使用仪器方法不妥、试验方法不合理记错数据）过失误差：由使用仪器方法不妥、试验方法不合理记错数据等引发。等引发。第6页系统误差系统误差返回系统误差系统误差第7页电流表外接电流表外接电流表内接电流表内接系统误差系统误差第8页偶然误差偶然误差随机性随机性螺旋测微器测钢丝直径螺旋测微器测钢丝直径特点：特点：偶然误差偶然误差第9页偶然误差系统误差过失误差降低误差方法校正仪器、改进方法等屡次测量预防出现第10页种种类类产生原因产生原因表现规律表现规律降低方法降低方法系系统统误误差差偶偶然然误误差差过过失失误误差差仪器本身不准确仪器本身不准确方法不完善方法不完善环境原因等环境原因等恒偏大或偏恒偏大或偏小小可依据不一样可依据不一样情况加以情况加以校校正，以到达能正，以到达能够忽略程度。够忽略程度。偶然因素：目物对不准、平衡点确定不好、读数不准、外界干扰等。忽大忽小忽大忽小增加测量次数增加测量次数取平均值。取平均值。用仪器方法不正确用仪器方法不正确试验方法不合理试验方法不合理粗心大意粗心大意偏离非常突偏离非常突出出提升试验素养提升试验素养过失误差数据应舍去。过失误差数据应舍去。第11页测量误差表示测量误差表示直接测量、间接测量直接测量、间接测量绝对误差绝对误差相对误差、相对偏差相对误差、相对偏差 第12页4、直接测量误差、直接测量误差（1）绝对误差）绝对误差各各次次测测量量值值Ni与与真真值值N之之差差绝绝对对值值叫叫做做各各次次测测量量值值绝绝对对误误差差。因因为为真真值值实实际际不不能能测测得得所所以以惯惯用用平平均值均值N平均平均来代替，即来代替，即:Ni=|NiN平均平均|平均绝对误差平均绝对误差：绝对误差绝对误差(每次每次)：绝对误差绝对误差=测量值测量值-真值真值算术平均值算术平均值：第13页测量结果标准表示式测量结果标准表示式:N=N平均平均N平均平均(单位单位)绝对误差是有单位，且绝对误差普通只取一位绝对误差是有单位，且绝对误差普通只取一位数，对绝对误差下一位只进不舍。数，对绝对误差下一位只进不舍。123平均值平均值测量结果测量结果（cm）0.00380.00310.00350.0035绝对误差绝对误差（cm）0.00030.0004 0.00000.0003(0.0002333)次数次数项目项目第14页（2）单次测量误差）单次测量误差单次测量误差预计为仪器最小分度单次测量误差预计为仪器最小分度1/2。第15页(3)相对误差、相对偏差相对误差、相对偏差相对误差相对误差:相对偏差：相对偏差：第16页绝对误差绝对误差=每次测量值每次测量值算术平均值算术平均值平均绝对误差平均绝对误差=绝对误差平均值绝对误差平均值单次测量单次测量绝对误差绝对误差=最小刻度最小刻度1/2相对误差相对误差=（平均）绝对误差（平均）绝对误差算术平均值（公认值）算术平均值（公认值）例：若测定例：若测定3次结果为：次结果为：0.1201g/L、0.1185g/L、0.1193g/L，求绝对误差和相对误差。，求绝对误差和相对误差。解：平均值解：平均值=(0.1201+0.1193+0.1185)/3=0.1193(g/L)=(0.1201+0.1193+0.1185)/3=0.1193(g/L)绝对误差：绝对误差：0.0008(g/L)0.0008(g/L)、0.0000(g/L)0.0000(g/L)、0.0008(g/L)0.0008(g/L)平均绝对误差平均绝对误差=0.0006(g/L)相对误差相对误差=0.0006/0.1193=0.50%第17页例：质量例：质量G1=50g，误差，误差 1=2g；质量；质量G2=2kg，误差，误差 2=50gE1=100%=100%=4%1G1G1相对误差为相对误差为250E 2=100%=100%=2.5%G2G2相对误差为相对误差为50 2-G2测量效果很好测量效果很好绝对误差：反应测量结果起伏程度。有单位绝对误差：反应测量结果起伏程度。有单位,普通取一位数字普通取一位数字 相对误差：反应测量结果准确度。无单位相对误差：反应测量结果准确度。无单位,普通取两位数字普通取两位数字 （学生试验室（学生试验室4%）第18页5间接测量误差间接测量误差（A、B为直接测量值，为直接测量值，N为间接测量值，为间接测量值，m、n为系数）为系数）N N有误差吗？怎样求？有误差吗？怎样求？有误差吗？怎样求？有误差吗？怎样求？考虑最大可能偏差考虑最大可能偏差第19页间接测量误差运算表间接测量误差运算表运算公式：运算公式：误差传递公式：误差传递公式：（A、B为直接测量值，为直接测量值，N为间接测量值，为间接测量值，m、n为系数。）为系数。）第20页误差传输规律误差传输规律（1）和、差绝对误差，等于各量绝对误差之和；）和、差绝对误差，等于各量绝对误差之和；（2）积、商相对误差，等于各量相对误差之和。）积、商相对误差，等于各量相对误差之和。在推导过程中都是考虑到最大不利（即最大误差）在推导过程中都是考虑到最大不利（即最大误差）情形，所以又叫做情形，所以又叫做最大误差传输规律最大误差传输规律。第21页例：=+第22页练习题练习题*指出以下各量有效数为数指出以下各量有效数为数:4.20g;3.0010-2ms;0.005mA;16.04mm*单位换算单位换算:20cm=mm=m第23页练习题练习题*指出以下各量有效数为数指出以下各量有效数为数:4.20g;3.0010-2ms;0.005mA;16.04mm*单位换算单位换算:20cm=2.0102mm=0.20103mm=0.20m=2.010-1m第24页二、有效数字测量读数：？（请同学回答）测量读数：？（请同学回答）第25页精密度精密度：仪器最小刻度。：仪器最小刻度。(图上两尺精密度图上两尺精密度:1cm、0.1cm）7.37.47.57.6有效数字有效数字：准确数字：准确数字（若干位若干位）、欠准数字（）、欠准数字（只有一位只有一位）7.447.457.467.47cm（测量读数能反应所用仪器精密度）（测量读数能反应所用仪器精密度）第26页A、有效数字位数多少，是有效数字位数多少，是由被测量大小和测量仪器由被测量大小和测量仪器精密度精密度所决定，不能随意所决定，不能随意增减。增减。B、有效数字位数，不因单位转换而增减，即不随小、有效数字位数，不因单位转换而增减，即不随小数点位置改变而增减。数点位置改变而增减。3.5mm有效数字特点：有效数字特点：哪个正确？哪个正确？读数：读数：7.3、7.44（刚好在刻度（刚好在刻度7时读时读7.0、7.00）第27页有效数字运算规则为有效数字运算规则为：1、尾尾数数对对齐齐：几几个个数数相相加加减减时时，结结果果中中小小数数点点后后位位数数与与参参加运算各数中小数点后位数最少一致。加运算各数中小数点后位数最少一致。2、位数对齐位数对齐：几个数相乘除时，最终结果有效数字位数和：几个数相乘除时，最终结果有效数字位数和各量中有效数字位数最少者相同。各量中有效数字位数最少者相同。3、舍入规则舍入规则：“4舍舍6入，逢入，逢5凑双凑双”：从第二位欠准数字：从第二位欠准数字起拟舍入部分数如小于起拟舍入部分数如小于“5”则舍，大于则舍，大于“5”则进则进1。“凑偶法凑偶法”：对于等于：对于等于“5”数则分两种情况处理：如第一位欠数则分两种情况处理：如第一位欠准数字为奇数，则进准数字为奇数，则进“1”；如第一位欠准数字为偶数，则舍去。；如第一位欠准数字为偶数，则舍去。例：例：198.8+584+24.70=807.50808例：例：3.252.5=8.0258.0199.8+584+24.70=808.50199.8+583+24.70=807.50808第28页三数据处理三数据处理1、列表法列表法：惯用，比较简明。惯用，比较简明。2、图示法图示法：比较直观。：比较直观。（1）将测量数据按一定规律列表）将测量数据按一定规律列表（2）选择适当坐标纸。横坐标）选择适当坐标纸。横坐标自变量，纵坐标自变量，纵坐标因变量。因变量。（3）坐标原点不一定和变量零点一致。例：若变量）坐标原点不一定和变量零点一致。例：若变量x改变范围改变范围从从ab，则坐标原点取在则坐标原点取在a点附近即可。点附近即可。123平均值平均值测量结果测量结果（cm）0.00380.00310.00350.0035绝对误差绝对误差（cm）0.00030.00040.00000.0003次数次数项目项目第29页（3）、坐标轴分度要适当，坐标纸一小格最好表示被测量）、坐标轴分度要适当，坐标纸一小格最好表示被测量最终一位一个单位或二个单位。最终一位一个单位或二个单位。（4）、不一样曲线描点时用不一样符号以示区分。）、不一样曲线描点时用不一样符号以示区分。第30页时间（s）051015温度（0C）5060708050501015607080温度时间第31页时间（s）051015温度（0C）5060708050501015607080温度时间第32页实验报告内容:1、实验题目；2、实验目，实验器材，实验原理；3、实验步骤；4、测量数据记录和处理；5、结论和分析。试验汇报成绩：试验汇报成绩：A-1分；分；B-0.8分分;C-0.6分分;D-0.4分分试验考评形式及成绩试验考评形式及成绩第33页第34页第35页