大学大物实验总结2013.6供期末考试使用.ppt

物理教学实验中心物理教学实验中心大学物理实验总结大学物理实验总结 学到了什么学到了什么学到了什么学到了什么在物理实验的在物理实验的在物理实验的在物理实验的基本知识基本知识基本知识基本知识、基本、基本、基本、基本实验技能实验技能实验技能实验技能和基本和基本和基本和基本方法方法方法方法上受一定的训练。（上受一定的训练。（上受一定的训练。（上受一定的训练。（8 8个注重数据处理个注重数据处理个注重数据处理个注重数据处理 4 4个注个注个注个注重知识拓展重知识拓展重知识拓展重知识拓展 ）要求学生掌握什么要求学生掌握什么要求学生掌握什么要求学生掌握什么在仪器使用、实验技能、测量方法和误差及数在仪器使用、实验技能、测量方法和误差及数在仪器使用、实验技能、测量方法和误差及数在仪器使用、实验技能、测量方法和误差及数据处理等方面达到一定的基本要求据处理等方面达到一定的基本要求据处理等方面达到一定的基本要求据处理等方面达到一定的基本要求 。一、正确读数与正确处理有效数据一、正确读数与正确处理有效数据1.读数读数螺旋测微器螺旋测微器A、读数显微镜、读数显微镜A、迈克尔逊干、迈克尔逊干涉仪涉仪A、游标卡尺、游标卡尺B、分光计、分光计B、电表电表C等等A估读估读 B不估读不估读 C量程量程注意：注意：0在其中的作用和地位在其中的作用和地位（霍（霍 米尺忘记估读）米尺忘记估读）（1 1）单次测量）单次测量 胶片长度、非平衡电桥、伏安特性、表头测量等胶片长度、非平衡电桥、伏安特性、表头测量等极限误差极限误差的取法的取法a.仪器标定的最大允差仪器标定的最大允差（天平）（天平）b.b.估计一个极限误差估计一个极限误差（钢尺弯曲）（钢尺弯曲）两两者者中中取取数数值值较较大大的的作作为为 值。值。根据不同仪器、测量对象、环境条件、仪器灵敏阈等根据不同仪器、测量对象、环境条件、仪器灵敏阈等2.数据处理步骤：数据处理步骤：用不确定度用不确定度评价测量结果评价测量结果给给出出最后测量结果最后测量结果或列表给出或列表给出（如：伏安特性）（如：伏安特性）（a）求测量数据的算术平均值：）求测量数据的算术平均值：（b）修正已知的系）修正已知的系统误统误差，得到差，得到测测量量值值（如螺旋（如螺旋测测微器必微器必须须消除零消除零误误差差 拉拉 正反向取平均正反向取平均）（c）用）用贝贝塞塞尔尔公式公式计计算算标标准差：准差：（2）直接多次测量：）直接多次测量：（d）查表求置信参数）查表求置信参数 A类不确定度类不确定度（评价随机误差）（评价随机误差）P7 表表2置信参量置信参量测量次数测量次数标准偏差标准偏差（e）根据）根据仪仪器器标标定的最大允差定的最大允差确定确定B类类不确定度不确定度（评评价价仪仪器）器）（f）求出求出直接多次测量的合成不确定度直接多次测量的合成不确定度给给出出最后测量结果最后测量结果为计量器具的误差限值为计量器具的误差限值仪器的仪器的误差限误差限（b）电表的级别电表的级别乘乘量程量程0.50.5级电压表级电压表在量程为在量程为15V15V时，仪器误差限为时，仪器误差限为15*0.5%=0.075(V)15*0.5%=0.075(V)量程为量程为75V75V时时,仪器误差限为仪器误差限为75*0.5%=0.375(V)75*0.5%=0.375(V)（a a）仪器仪器铭牌铭牌或或说明书说明书中给出。中给出。（c c）取仪器的最小精度。取仪器的最小精度。在伏安法测电阻实验中均为单次测量在伏安法测电阻实验中均为单次测量（表头测量精度低，（表头测量精度低，没必要多次测量）没必要多次测量）若若说明：间接测量量为幂指数 其不确定度的简便式为：例：例：某一长度某一长度N=a+b+c-2d,其中其中 a=50.00+0.08cm b=4.05+0.05 cm c=12.63+0.05cm d=1.003+0.005cm 试表达出试表达出N的测量结果。的测量结果。解：解：例：例：用一级螺旋测微计测一个小钢球的直径，测得数据如下用一级螺旋测微计测一个小钢球的直径，测得数据如下 d（mm）9.345 9.344 9.343 9.348 9.347 9.343 螺旋测微计的初始读数为螺旋测微计的初始读数为0，试求小钢球的体积？，试求小钢球的体积？解：解：1.计计算小算小钢钢球的直径的平均球的直径的平均值值：2.2.求得直径的标准偏差求得直径的标准偏差 S=0.0021mm6.6.所所以以小小钢钢球球的的直直径径结结果果表表达达式式为为4.4.一级螺旋测微计的仪器最大允差一级螺旋测微计的仪器最大允差5.5.用方和根合成，得直径的总不确定度用方和根合成，得直径的总不确定度 3.3.n=6 时，取时，取 ，则，则计算小钢球的体积：计算小钢球的体积：小钢球体积测量结果为小钢球体积测量结果为：代入不确定度合成公式（表代入不确定度合成公式（表3 3）例例2 2：用游标尺测量一空心圆柱体尺寸，测得其外径为用游标尺测量一空心圆柱体尺寸，测得其外径为D D2 2=3.300cm内径为内径为D D1 1=1.504cm ，高为，高为h=4.810cm。试计算其体积？。试计算其体积？解：游标卡尺的最大允差为解：游标卡尺的最大允差为 故，空心圆柱体的外径为故，空心圆柱体的外径为 内径为内径为 高度为高度为 方法一：方法一：1.1.空心圆柱体的体积为：空心圆柱体的体积为：2.2.计算出空心圆柱体的体积的最佳估计值计算出空心圆柱体的体积的最佳估计值3.3.根据公式根据公式计算出计算出4.4.写出结果表达式：写出结果表达式：方法二：方法二：1.1.空心圆柱体的体积为两个圆柱体的体积之差空心圆柱体的体积为两个圆柱体的体积之差 ：2.2.计算出空心圆柱体的体积的最佳估计值计算出空心圆柱体的体积的最佳估计值:3.3.分别计算分别计算V V1 1 和和 V V2 2的不确定度，再根据方和根合的不确定度，再根据方和根合成方式计算总体积的成方式计算总体积的V V的不确定度的不确定度U UV V：4.4.写出结果表达式：写出结果表达式：3.有效数字的运算规则有效数字的运算规则a、最终结果只保留一位存疑数字最终结果只保留一位存疑数字，中间过程可多保留，中间过程可多保留一位，其后的数字按一位，其后的数字按“四舍六入五凑偶四舍六入五凑偶”的法则处理。的法则处理。b、两个量相两个量相加加（或相（或相减减）与存疑数字最早出现位对齐与存疑数字最早出现位对齐c、几个量相几个量相乘乘（或相（或相除除）的积（或商）的积（或商）与有效数字最少的相同与有效数字最少的相同d、一个数的一个数的乘方乘方、开方开方 原来几位就几位原来几位就几位e、计算器计算器定函数位数定函数位数 自变量最后一位加减自变量最后一位加减1定定f、公式中的某些公式中的某些常数的取值常数的取值 比有效数字最小的多一位比有效数字最小的多一位计算器计算器定函数位数的简要方法：定函数位数的简要方法：设对某测量值设对某测量值x取一函数（正弦、正切、自然对数、取一函数（正弦、正切、自然对数、常用对数等），而常用对数等），而x有效位数已知，则可通过改变有效位数已知，则可通过改变x的末的末位数的一个单位，并观察函数值的变化，以决定原来函位数的一个单位，并观察函数值的变化，以决定原来函数值的位数。数值的位数。例：例：g、测量测量结果结果的有效数字表示的有效数字表示（1）结果的最后一位与不确定度的位数对齐，而舍结果的最后一位与不确定度的位数对齐，而舍去其它多余的数字。去其它多余的数字。（2）测量结果的不确定度，一般只保留一位有效数测量结果的不确定度，一般只保留一位有效数字，其余的取舍采用逢一进一的原则。字，其余的取舍采用逢一进一的原则。4.数据处理的基本方法数据处理的基本方法a、列表法、列表法 好处：有条不紊、简明醒目，好处：有条不紊、简明醒目，有助于表示出物理量之间的关系有助于表示出物理量之间的关系b、图示法、图示法 注意：表明横纵坐标物理量名称及单位注意：表明横纵坐标物理量名称及单位 描点描点 连线原则尽可能让测量值均匀分布在线的两侧连线原则尽可能让测量值均匀分布在线的两侧 横向纵向长度比例合适横向纵向长度比例合适 c、图解法、图解法 斜率（导热系数、非平衡电桥）斜率（导热系数、非平衡电桥）截距（非平衡电桥）截距（非平衡电桥）内插法（动态杨氏模量）等内插法（动态杨氏模量）等d、逐差法、逐差法 偶数个数据偶数个数据 拉伸法测杨氏模量拉伸法测杨氏模量例例：用用量量程程为为750mV，满满偏偏150150格格，0.5级级的的指指针针式式电电压压表表测测量量某某元元件件两两端电压，测得的数据如下端电压，测得的数据如下,试给出结果。试给出结果。1234567V（格）2.520.548.675.2110.5132.5145.6 解：解：设电压表已校准，已定系统误差为设电压表已校准，已定系统误差为0。单单次次测测量量 0.5级的电压表的最大允差为级的电压表的最大允差为不确定度不确定度 测量的电压测量的电压值值V（格）（格）2.520.548.675.2110.5132.5145.6原始读数原始读数有效数运算有效数运算正确结果正确结果错误结果错误结果V（mV）12.5102.5 243.0376.0552.5 662.5 728.0V（mV）12 102243376 552.5 662.5 728.0V（mV）12 102243376 552 662 728由于不确定度都一样，没必要每个都写由于不确定度都一样，没必要每个都写UU，于是采用列表法。，于是采用列表法。二、实验方法的掌握二、实验方法的掌握（几乎包括了一切实验方法）（几乎包括了一切实验方法）1、比较法、比较法a、直接比较法（使用最多）、直接比较法（使用最多）b、间接比较法（间接测量）、间接比较法（间接测量）2、放大法、放大法a、累计放大法：、累计放大法：b、机械放大法、机械放大法C、电磁放大法、电磁放大法D、光学放大法、光学放大法直读法：直读法：米尺测长度米尺测长度、电流（电压）表测量、秒表、电流（电压）表测量、秒表 零示法：零示法：直流电桥、非平衡电桥直流电桥、非平衡电桥加载和卸载：加载和卸载：拉伸法测杨氏模量正反取平均值拉伸法测杨氏模量正反取平均值 双游标测量：双游标测量：分光计（消除偏心差）分光计（消除偏心差）交换法：交换法：直流电桥换臂测量直流电桥换臂测量迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪100个条纹个条纹螺旋测微器、读数显微镜、迈螺旋测微器、读数显微镜、迈很多电子仪器都有电磁放大很多电子仪器都有电磁放大霍尔元件中有放大器、示波管有霍尔元件中有放大器、示波管有Y轴增益轴增益光杠杆，迈克尔孙光杠杆，迈克尔孙3、转换法、转换法a、参量换测法、参量换测法b、能量换测法、能量换测法（现代传感器许多都是换成电学量测量）（现代传感器许多都是换成电学量测量）4、光学实验方法、光学实验方法热电换测：导热系数、非平衡电桥热电换测：导热系数、非平衡电桥压电换测：动力学共振法测杨氏模量压电换测：动力学共振法测杨氏模量光电换测：光电效应光电换测：光电效应磁电换测磁电换测：霍尔效应：霍尔效应间接测量间接测量干涉法：迈克尔孙干涉干涉法：迈克尔孙干涉衍射法：光栅衍射（分光计）衍射法：光栅衍射（分光计）光谱法：分光计光谱法：分光计光测法：拉伸法光测法：拉伸法 三、实验技能的培养三、实验技能的培养主要体现在仪器的调整与操作操作过程中主要体现在仪器的调整与操作操作过程中1.零位调整零位调整仪器使用前检查和校正仪器的零位仪器使用前检查和校正仪器的零位电表、天平电表、天平不能调零时必须修正（螺旋测微器）不能调零时必须修正（螺旋测微器）2.水平、铅直调整水平、铅直调整3.光路共轴调整光路共轴调整（光学实验）（光学实验）水准仪水准仪 气泡气泡 拉伸法拉伸法垂线垂线 自准法自准法 粗调粗调 细调细调迈、分、拉迈、分、拉4.消视差调节消视差调节目镜目镜 如：分光计中望远镜、读数显微镜如：分光计中望远镜、读数显微镜 分划线与运动方向平行或垂直分划线与运动方向平行或垂直电表：针、像重合电表：针、像重合5.逐次逼近调节逐次逼近调节分光计分光计 各半调节法各半调节法直流电桥检流计直流电桥检流计6.恢复仪器初态恢复仪器初态仪器正式调整前的状态仪器正式调整前的状态 分光计、迈克尔孙干涉仪的螺丝初始位置分光计、迈克尔孙干涉仪的螺丝初始位置电学仪器螺丝逆时针调到头：如电源使用电学仪器螺丝逆时针调到头：如电源使用7.先定性后定量原则先定性后定量原则（伏安特性）（伏安特性）8.回路接线法回路接线法（所有电学实验）直流电桥、非平衡电桥、伏安特性（所有电学实验）直流电桥、非平衡电桥、伏安特性9.避免空程误差避免空程误差 读数显微镜、迈、分光计读数显微镜、迈、分光计四、实验考核四、实验考核60%：涉及具体到每一个实验的问答题（主要是实验：涉及具体到每一个实验的问答题（主要是实验 的预习题、思考题、实验原理等）的预习题、思考题、实验原理等）1、考试时间：、考试时间：6月月16日日(星期日星期日)下午下午 2:30-4:002、考试方法：笔试、考试方法：笔试3、考试内容：、考试内容：40%：主要是有效数据的处理、不确定度的计算和实验：主要是有效数据的处理、不确定度的计算和实验 方法等绪论课和总结课涉及的理论知识方法等绪论课和总结课涉及的理论知识学生实验总成绩学生实验总成绩实实验验总总成成绩绩 平时成绩平时成绩（占总成绩（占总成绩70%70%）考试成绩考试成绩（占总绩的（占总绩的30%30%）实验预习、操作：教师在实验实验预习、操作：教师在实验时给出，占平时成绩的时给出，占平时成绩的50%50%。实验报告：教师在批改实验报实验报告：教师在批改实验报告后给出，占平时成绩的告后给出，占平时成绩的50%50%。实验总成绩不及格者需重修实验总成绩不及格者需重修“大学物理实验大学物理实验”课课程。程。做实验、缺交实验报告以及考试成绩做实验、缺交实验报告以及考试成绩低于低于4040分总成绩不及格。分总成绩不及格。4、复习准备：、复习准备：缺做实验、缺交实验报告以及考试成绩缺做实验、缺交实验报告以及考试成绩低于低于4040分总成绩不及格。请同学上网查一下。分总成绩不及格。请同学上网查一下。请各班班长收三套实验报告交实验室华老师处请各班班长收三套实验报告交实验室华老师处5、几点提示：、几点提示：闭卷考试，要全面复习闭卷考试，要全面复习考试时间一个半小时考试时间一个半小时