物理实验分组原则市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx

第1页物理试验分组标准物理试验分组标准 每班按学号次序前后平均分成每班按学号次序前后平均分成A、B两组。前八周，单号班两组。前八周，单号班级单周做试验，双号班级双周做试验。第九周开始按试验室安级单周做试验，双号班级双周做试验。第九周开始按试验室安排。每次试验课，各组在不一样试验室做不一样试验。详细试排。每次试验课，各组在不一样试验室做不一样试验。详细试验内容看试验室公布教学安排（张贴在第一试验楼二层橱窗内）验内容看试验室公布教学安排（张贴在第一试验楼二层橱窗内）。物理试验成绩物理试验成绩一个学期全部试验汇报（含绪论作业）分数总和折合一个学期全部试验汇报（含绪论作业）分数总和折合成百分制。成百分制。物物 理理 实实 验验 基基 本本 要要 求求第2页试验汇报成绩试验汇报成绩预习汇报预习汇报试验操作：试验操作：4分分试验汇报：试验汇报：5分分 上课迟到上课迟到20分钟，当日试验取消；若因故不能上课，事分钟，当日试验取消；若因故不能上课，事假凭学院证实、病假凭医院证实，一周内必须及时与老师联假凭学院证实、病假凭医院证实，一周内必须及时与老师联络补做。络补做。课堂纪律课堂纪律1分分第3页试验汇报内容试验汇报内容试验名称试验名称实验目试验仪器试验仪器试验原理（原理图、电路图、试验原理（原理图、电路图、光路图、主要公式）光路图、主要公式）试验内容及步骤试验内容及步骤课堂测量原始数据课堂测量原始数据数据处理（数据表格、绘制图线、待测量数据处理（数据表格、绘制图线、待测量计算、不确定度计算、结果表示式。）计算、不确定度计算、结果表示式。）结果分析结果分析思索题思索题预习汇报预习汇报实实 验验 报报 告告第4页设计性试验设计性试验 设计性试验是一个介乎于基本教学试验与实际科学试验之设计性试验是一个介乎于基本教学试验与实际科学试验之间、含有对科学试验全过程进行初步训练特点教学试验。间、含有对科学试验全过程进行初步训练特点教学试验。做设计试验时，要求学生自行推证相关理论，确定试验方做设计试验时，要求学生自行推证相关理论，确定试验方法，选择配套仪器设备，进行试验实践，最终写出完整试验汇法，选择配套仪器设备，进行试验实践，最终写出完整试验汇报。报。设计性试验关键是设计性试验关键是设计、选择试验方案，并在试验中设计、选择试验方案，并在试验中检验方案正确性与合理性检验方案正确性与合理性。设计普通包含以下几个方面：。设计普通包含以下几个方面：依据研究要求与试验要求，确定所应用原理，选择试验方依据研究要求与试验要求，确定所应用原理，选择试验方法与测量方法，选择测量条件与配套仪器以及对测量数据法与测量方法，选择测量条件与配套仪器以及对测量数据合理处理。合理处理。第5页设计性试设计性试验汇报验汇报预习汇报：依据试验要包括试验原理、预习汇报：依据试验要包括试验原理、试验方案（满足误差要求配套仪器）试验方案（满足误差要求配套仪器）3分分试验操作：试验操作：按照自己设计试验方案按照自己设计试验方案 3分分试验汇报：试验汇报：4分分第6页基本测量和误差计算基本测量和误差计算一、物理量测量一、物理量测量1.测量概念测量概念测量是对自然现象量化认识，取得数量概念。测量是对自然现象量化认识，取得数量概念。（1）真值）真值 被测物理量客观大小被测物理量客观大小 Tx（2）测量值）测量值 用试验伎俩测出来值用试验伎俩测出来值 xi第7页2.测量种类测量种类（1）直接测量）直接测量例：长度例：长度，时间。，时间。（2）间接测量）间接测量例：体积例：体积，功率。，功率。3.测量条件测量条件等精度测量：等精度测量：不等精度测量：不等精度测量：在相同测量条件（相同方法、仪器、人员）在相同测量条件（相同方法、仪器、人员）下测量同一物体。下测量同一物体。不一样测量条件（不一样方法、仪器、人不一样测量条件（不一样方法、仪器、人员）测量同一物体。员）测量同一物体。第8页二、有效数字二、有效数字LL=1.5 cm？01234（cm）L=1.50 cm？用一把最小分度值用一把最小分度值为为1mm直尺测量一长直尺测量一长方体长度方体长度L。显然，一个物理量测量数值与测量误差相关，它能够反应测显然，一个物理量测量数值与测量误差相关，它能够反应测量仪器精度。所以，测量数值位数必须要按照一定标准书写，被量仪器精度。所以，测量数值位数必须要按照一定标准书写，被称为有效数字。称为有效数字。1.00 cm1.000 cm1.0000cm米尺米尺游标卡尺游标卡尺螺旋测微计螺旋测微计第9页1.有效数字定义有效数字定义 物理量测量值最终一位数应该是测量数值开始估读（存疑）物理量测量值最终一位数应该是测量数值开始估读（存疑）那一位数，即测量开始有误差那一位数，不能随意增减。有效那一位数，即测量开始有误差那一位数，不能随意增减。有效数字最终一位是误差所在位。数字最终一位是误差所在位。L0123（cm）例例1.L=1.85 cm最小分度值最小分度值1mmL0123（cm）例例2.L=1.8 cm最小分度值最小分度值5mm估读到最小分度估读到最小分度110估读到最小分度估读到最小分度15第10页2.有效数字表示方法有效数字表示方法例例1.数字数字00200.000有几位有效数字？有几位有效数字？（A）八）八；（B）五）五；（C）三）三；（D）六）六。（1）数字前面数字前面“0”不表示有效数字，但数字中间和后面不表示有效数字，但数字中间和后面“0”均为有效。均为有效。（3）有效数字位数与物理量单位选取无关。有效数字位数与物理量单位选取无关。例例3.L=12 m=1200 cm =1 mm （科学表示式）（科学表示式）例例2.以下数字有几位有效数字？以下数字有几位有效数字？（A）12.3mm；（B）1.23cm；（C）0.0123 m。三三三三五五三三（2）有效数字位数与小数点无关有效数字位数与小数点无关第11页3.有效数字运算规则有效数字运算规则 当测量量不确定度未知时，测量数值运算遵当测量量不确定度未知时，测量数值运算遵照固定运算规则。照固定运算规则。（1）加减运算）加减运算 加减计算结果有效数字存疑位与参加运算有效加减计算结果有效数字存疑位与参加运算有效数字中最高存疑位对齐。数字中最高存疑位对齐。例例1.10.1 1.20 1.55111.3010.11.2011.3 1.5511.55111.39.7499.7第12页（2）乘除运算）乘除运算 乘除运算结果有效数字位数与参加运算中最少有乘除运算结果有效数字位数与参加运算中最少有效数字位数对齐。效数字位数对齐。例例2.2.03.00 6.02525 6252525 6.3102（3）三角函数运算）三角函数运算 运算结果有效数字位数与三角函数中角度有运算结果有效数字位数与三角函数中角度有效数字位数相同。效数字位数相同。例例3第13页（4）对数和指数运算）对数和指数运算 对数和指数运算结果有效数字位数与底数有效对数和指数运算结果有效数字位数与底数有效数字位数相同。数字位数相同。例例3 x=56.7,lnx=4.04例例4 x=9.14,ex=1.03104x=52,ex=401022第14页（5）常数有效数字）常数有效数字 在运算中包括到常数，其有效数字标准上能够取无在运算中包括到常数，其有效数字标准上能够取无限多位，通常情况下比参加运算数值中有效数字位数最限多位，通常情况下比参加运算数值中有效数字位数最多多一位即可，或者能够无须考虑其有效数字。多多一位即可，或者能够无须考虑其有效数字。例例5有效数字修约规则：有效数字修约规则：四舍五入四舍五入或（或（四舍六入五凑偶四舍六入五凑偶）。）。第15页二、测量平均值二、测量平均值（1）单次测量）单次测量（2）屡次测量）屡次测量测量结果最正确值测量结果最正确值算术平均值算术平均值1.直接测量直接测量n 次等精度测量：次等精度测量：x1 xi xn第16页（1）单次测量）单次测量2.间接测量间接测量例：用电流表（例：用电流表（I）和电压表（）和电压表（U）测电阻）测电阻R。第17页例：测量铝圆柱体密度例：测量铝圆柱体密度dhM螺旋测微计测量圆柱体直径螺旋测微计测量圆柱体直径d上上1、d上上2、d中中3、d中中4、d下下5、d下下6游标卡尺测量圆柱体高游标卡尺测量圆柱体高h1、h2、h3、h4、h5、h6（2）屡次测量）屡次测量天平测量铝柱质量天平测量铝柱质量M1、M2、M3第18页圆柱体密度平均值圆柱体密度平均值不等精度测量不等精度测量圆柱体密度平均值正确计算方法圆柱体密度平均值正确计算方法第19页三、测量误差三、测量误差2.误差估算误差估算（2）试验平均值标准差）试验平均值标准差1.误差分类误差分类（1）随机误差：随机性，抵偿性，服从统计规律。）随机误差：随机性，抵偿性，服从统计规律。（2）系统误差（仪器、状态、环境、理论、测量者）：）系统误差（仪器、状态、环境、理论、测量者）：随机性，抵偿性，不服从统计规律。随机性，抵偿性，不服从统计规律。（1）绝对误差）绝对误差 这说明对某一物理量进行屡次测量，区间（这说明对某一物理量进行屡次测量，区间（）包含真值包含真值Tx概率为概率为68.3.第20页四、不确定度四、不确定度 测量目标是确定被测量值或获取测量结果。不测量目标是确定被测量值或获取测量结果。不确定度（确定度（U）就是对测量结果质量定量表征。它表示）就是对测量结果质量定量表征。它表示因为测量误差存在而对测量值不能确定程度。不确因为测量误差存在而对测量值不能确定程度。不确定度反应了可能存在误差分布范围。测量结果可用定度反应了可能存在误差分布范围。测量结果可用性很大程度上取决于其不确定度大小，不确定度越性很大程度上取决于其不确定度大小，不确定度越小，测量结果可信度越高。小，测量结果可信度越高。第21页依据评定方法不确定度分为两类依据评定方法不确定度分为两类：A类类（A）和和B类类（B）。）。A类不确定度类不确定度是（重复是（重复测量量时）用）用统计方法方法计算分量。算分量。1.不确定度分类不确定度分类B类不确定度类不确定度是用其它方法（非是用其它方法（非统计方法）方法）计算分量。算分量。第22页2.不确定度计算不确定度计算（t与与n相关，可相关，可查表得）查表得）（inst普通取普通取计量器具量器具仪器器误差）差）合成不确定度合成不确定度方和根合成方和根合成 A和和 B相对不确定度相对不确定度不确定度（不确定度（U）有效数字取一位。）有效数字取一位。第23页（1）直接测量不确定度）直接测量不确定度假如是单次测量假如是单次测量测量结果表示式测量结果表示式注意：结果表示式只是表示式，不能计算成一个数值。注意：结果表示式只是表示式，不能计算成一个数值。第24页例例1.用用1级螺旋测位计测量钢丝直径级螺旋测位计测量钢丝直径d，测量数据如表，测量数据如表1。螺旋。螺旋测微计示值误差测微计示值误差0.004mm。求：（。求：（1）直径平均值；（）直径平均值；（2）不）不确定度；（确定度；（3）结果表示式。）结果表示式。表表1测量次数测量次数d/mm1234567890.294 0.300 0.303 0.295 0.298 0.293 0.292 0.300 0.305（1）（2）（3）第25页假如对直径假如对直径d测量是单次测量测量是单次测量 d1=0.294mm，则，则（1）（2）（3）第26页（2）间接测量不确定度）间接测量不确定度x1、x2、xn为彼此独立直接测量量，每个量不确定度（为彼此独立直接测量量，每个量不确定度（Ui i）均可计算，则）均可计算，则y y值不确定度为值不确定度为相对不确定度相对不确定度第27页例例2.用单摆测重力加速度用单摆测重力加速度 。其中。其中 l 为摆长，为摆长，t为为摆动摆动n次时间。次时间。测量统计：测量统计：钢卷尺单次测量摆线长：钢卷尺单次测量摆线长：l=0.9722mld游标卡尺单次测量摆球直径：游标卡尺单次测量摆球直径：d=1.266cm。示值误。示值误差差0.05mm。秒表测量每摆动秒表测量每摆动n=50次时间次时间t，重复测量，重复测量4次。秒表示值误差次。秒表示值误差0.02s。表表1测量次数测量次数t/s123499.3299.3599.2699.22第28页（1）重力加速度平均值）重力加速度平均值第29页（2）不确定度计算）不确定度计算因为因为l、d均均为单次次测量，量，A0。对于直接测量量对于直接测量量第30页时间时间t为屡次测量为屡次测量第31页第32页相对不确定度相对不确定度第33页 当物理量计算表示式为积商函数时，能够首先计算相当物理量计算表示式为积商函数时，能够首先计算相对不确定度，再求确定度较为简单。对不确定度，再求确定度较为简单。第34页百分误差百分误差平均值理论值平均值理论值理论值理论值100有效数字位数确定，基本要求是抓两头，放中间。抓好原始试验数据和最终结果表示两个步骤；中间运算能够抓好原始试验数据和最终结果表示两个步骤；中间运算能够多取几位。多取几位。第35页五、试验数据处理基本方法五、试验数据处理基本方法 数据处理是指从取得数据开始，直到得出结果为止加数据处理是指从取得数据开始，直到得出结果为止加工过程，它包含对数据统计、整理、计算分析等。工过程，它包含对数据统计、整理、计算分析等。1.列表法列表法 把测量原始数据按一定次序用表格一一对应列出，以反把测量原始数据按一定次序用表格一一对应列出，以反应物理量间关系。表格形式以方便清楚为标准。应物理量间关系。表格形式以方便清楚为标准。表格内容：表格内容：表格名称表格名称、物理量名称、物理量名称、单位单位、数据（有效数字）数据（有效数字）。第36页测定电阻温度系数测定电阻温度系数测量次数测量次数T（oC）R（）130.040.30240.040.39350.040.51460.040.60570.040.71680.040.78表表1测量次数测量次数T（oC）R（）130.040.30240.040.39350.040.51460.040.60570.040.71680.040.78表表2 在测定电阻温度系数试验中，温度在测定电阻温度系数试验中，温度T值是试验者主观确值是试验者主观确定（自变量），电阻值是由温度决定（因变量）。所以表定（自变量），电阻值是由温度决定（因变量）。所以表1愈加合理。愈加合理。第37页2.作图法作图法 利用测量数据在坐标纸（直角、对数利用测量数据在坐标纸（直角、对数）上，绘制符合）上，绘制符合某个物理规律曲线，并利用曲线计算一些物理量。某个物理规律曲线，并利用曲线计算一些物理量。作图要求作图要求：图名称，坐标系（坐标轴三要素）图名称，坐标系（坐标轴三要素），坐标分度值要，坐标分度值要适当，能完整准确地表示数据有效数字。试验数据在坐适当，能完整准确地表示数据有效数字。试验数据在坐标系中用标系中用“”表示。表示。测量数据均会有误差，所以不是全部试验数据都必测量数据均会有误差，所以不是全部试验数据都必落在曲线上，绘制曲线是趋势线，测量数据应分布在曲落在曲线上，绘制曲线是趋势线，测量数据应分布在曲线两侧。线两侧。第38页例例1.光电效应测普朗克常数光电效应测普朗克常数滤色片频率与遏止电压数据表滤色片频率与遏止电压数据表U0（V）8.227.416.885.495.202.021.530.940.781.41第39页U/V1.003.002.00O 1014/Hz1.002.003.004.005.006.007.008.009.00A（5.801014，1.00）B（7.701014，1.80）遏制电压与入射光频率（遏制电压与入射光频率（U0）曲线曲线第40页3.逐差法逐差法 将偶数个测量数据将偶数个测量数据x1、x2、xi x2i 按次序分为数量按次序分为数量相等前后两组相等前后两组x1、x2、xi、xi+1、xi+2、x2i，两组，两组相同位置数据相减得相同位置数据相减得xi，最，最终求得数据平均求得数据平均值。这种数据种数据处理理方法称方法称为逐差法。逐差法。例例2 静态法测金属丝杨氏弹性模量静态法测金属丝杨氏弹性模量金属丝形变采取等增量测量。砝码重量以金属丝形变采取等增量测量。砝码重量以1kg递增递增（减），并统计对应标尺读数（减），并统计对应标尺读数 xi，是对应相同是对应相同F平均值。平均值。第41页x（cm）19.8x129.839.849.859.8x2x3x4x569.8x6x1,x2,x3x4,x5,x6对应对应19.8N伸长量。伸长量。优点：优点：1.可消除零点误差；可消除零点误差；2.使用了全部测量数据，有利于使用了全部测量数据，有利于减小误差。减小误差。第42页4.直线拟合（最小二乘法）直线拟合（最小二乘法）直线拟合是一个以最小二乘法为基础试验数据处理方法。直线拟合是一个以最小二乘法为基础试验数据处理方法。第43页作业作业教材：教材：P2223 习题习题 1，2，3，4（1）（）（3）（）（5）（）（6），），6，8（1）（）（2）。第44页