基础物理实验室地科系2010级 基础物理实验（I）绪论课2011年 09 月20日主讲教师：穆翠玲基础物理实验室实验课辅导教师n穆翠玲， zadeomu2mail.sysu.edu.cn;n方锡岩n实验室：实验中心A区5楼n实验室电话： 0756-3668181n教学资料下载：实验中心网站 http:/211.66.138.185基础物理实验室 主要内容一、课程安排、实验过程及要求 二、实验数据的处理1. 误差、不确定度、有效数字2. 列表、作图3. 数据拟合（最小二乘法）三、实验报告及评分标准基础物理实验室基础物理实验课程内容36学时 实验1. 测量误差与不确定度 实验5. 简易万用表的设计 实验6. 用非平衡电桥研究热敏电阻的温度特性 实验7. 霍尔效应 实验9. 示波器的使用 实验12. 光栅常数与光波波长的测定课程表实验分组名单基础物理实验室实验过程及要求1.预习；2.实验准备； 3.进行实验（约3.5hour）；4.撰写实验报告。基础物理实验室实验过程及要求1. 1. 预习预习n n教材教材, , 录像录像，实验报告模板实验报告模板, , 实验室现场。实验室现场。n n完成实验报告模板中的实验前思考题，实完成实验报告模板中的实验前思考题，实 验步骤。验步骤。n n画画装置图装置图、电路图电路图、光路图光路图、实验内容和、实验内容和 步骤、实验数据记录表格。步骤、实验数据记录表格。n n要求：不带教材也能完成实验。要求：不带教材也能完成实验。n n无预习不得进行实验无预习不得进行实验! !基础物理实验室实验过程及要求2. 实验准备(1) 学生至少 提前5min到实验室。* (2) 迟到30min且无正当理由按旷课论，且该实验成绩按零分计算，不得补做。* (3) 迟到30min若有正当理由（需辅导员或医生签 字的假条），则经教师确认后择日补做。交报告、签到、阅读实验牌、清点设备。教 师检查预习情况，提问。基础物理实验室实验过程及要求3. 进行实验（3.5hour）（1）教师简单讲解操作方法、要求、及安全注意 事项。（2）学生进行实验：观察现象、进行测量、记录 数据。发现伪造数据按零分计。（3） 线路连接完毕后需经教师检查无误方可通电 。（4）实验过程中教师经常巡视，提问，及时纠正学 生操作中的错误。基础物理实验室实验过程及要求（5）学生有问题无法自行解决, 10分钟后应求助教 师，尽快解决，尽量保证在规定时间内完成实验。基础物理实验室 实验过程及要求仪器读数模拟式仪表数字式仪表基础物理实验室实验过程及要求仪器读数n模拟式仪表 （1）估读：最小分度后再估读一位。n 数字式仪表（2）满偏档：多量程表，用读数接近满偏的档。（1）显示的数字不变，记录全部数字。 （2）末几位不断变化，则记录到第一位变化的 数字，之后省略。875968.平均，或大几率基础物理实验室 实验过程及要求 4. 实验完毕（1）先自行检查和核对数据，自认无误后交任课 教师检查、签名。（3）实验时间为4个学时（如14节，约3.5小时） ，按时下课，实验未完成会影响成绩，需认真预习。（2）学生整理实验仪器和桌椅后方可离开实验室。基础物理实验室实验过程及要求5. 撰写实验报告（1）采用教师提供的实验报告模板，打印后填写。（2）数据处理、结果表达、思考题。（3）有教师签名的实验数据必须与实验报告一起缴交。无教师签名的原始数据，该实验记零分。（4）按时缴交报告：交回做实验的房间。基础物理实验室误差与不确定度标准文件：标准文件： 1 1 国家质量技术监督局国家质量技术监督局, , 中华人民共和国国家计量技术规范中华人民共和国国家计量技术规范 JJF1027-91JJF1027-91测量误差及数据处理（试行）测量误差及数据处理（试行）. 1991, . 1991, 中国计量中国计量 出版社出版社: : 北京北京. . 2 2 国家质量技术监督局质量技术监督局, ,中华人民共和国国家计量技术规范中华人民共和国国家计量技术规范 JJF1059-1999JJF1059-1999测量不确定度评定与表示测量不确定度评定与表示. 1999, . 1999, 中国计量出中国计量出 版社版社: : 北京北京. . 3 ISO. Guide to the expression of uncertainty in measurement （corrected and reprinted, 1995)corrected and reprinted, 1995)测量不确测量不确 定度表示指南定度表示指南（GUMGUM）. 1995. 1995.基础物理实验室误差与不确定度第1节 物理量的测量(measure)和实验误差(error) 1. 测量的本质把被测量与标准量进行比较。国际单位（IS），基本单位（7个，m, kg, s, A, K, cd, mol, 注意大小写），导出单位。仪器标定（校准，calibration）,计量局（国家权力机构） 2. 测量的分类（1）直接测量，间接测量。例如：（2）等精度测量，非等精度测量。基础物理实验室精密度准确度误差的概念及分类（1）绝对误差和相对误差绝对误差（absolute error）：X =|XA|相对误差（ relative error ）：E =X / A （2）系统误统误 差、偶然误误差、粗大误误 差系统误差(system error)准确度（accuracy)偶然误差（occasional error， random error)精密度(precision)粗大误差（gross error) （3）精确度的概念已不采用。X AxP(x )基础物理实验室误差的概念及分类（3） 直接测量量和间接测量量的误差直接测测量量的误误差： 偶然误误差计计算方法。间间接测测量量的误误差： 由误误差传递传递 公式计计算 。例：重力加速度 g = 42 l / T 2直接测测量量： l ， T 间间接测测量量： g基础物理实验室第2节 偶然误差的分布规律及处理1. 偶然误差分布规律高斯分布 (正态分布)(标准误差)x0.5= x-X(单单次 测测量误误差）Xf(x)1A用有限次测量来估计无限次测量的分布性质（n6）基础物理实验室 实际测量时误差的计算平均值：n =15时误差：n6时误时误 差：结结果：误误差只取1位，小数点后位数需对齐对齐 。 例： 234.560.02m （结结果有5位有效数字）基础物理实验室误差计算几个要注意的问题n位数：误差最终结果只取一位，中间计算过程可任意取多位。n进位：只入不舍，19均进位例： 2.0 2 , 2.12.9 3n偶然误差可能出现很小甚至等于零的情况，或只 作一次测量，无法用上述方法评估误差大小，必 须考虑不确定度。基础物理实验室A类不确定度SA：统计方法，测量误差，偶然误差， 标准误差B类不确定度SB ：非统计方法，仪器不确定度仪器不确定度SB 最小刻度 / （平均分布）标准不确定度 S扩展不确定度：N= tp S (tp由自由度和置信概率查表） 测量结果： Y =N N （写出置信概率，默认0.95）测量结果的不确定度 （第3章，p2433）基础物理实验室 有 效 数 字n概念（不确定度的另一种表达方式） 测量结果的有效数字应由测量误差决定。对于一个数，从它左边第一个非零数字开始 到最右边的数字称为有效数字。例：234.560.02m 五位有效数字123 三位0.0123 三位123.00 五位 小数点后的“0”有意义，不能随意增减。 有效数字末位即误差位。基础物理实验室有效数字n测量值的末位应与误差位对齐。错误错误 ：123.560.1, 123.560.001正确：123.560.01, n有效数字的位数不会因单位的变换而改变。错误：1234km=1234000000mm, 正确：1234km=1.234106 mmn科学记数法。用科学记数法改写测量结果不能改变有效数字。例：0.0000001234mm=1.23410 -7mm基础物理实验室有效数字运算法则n加、减；n乘、除；n乘方、开方；n取对对数；n指数运算；n三角函数；n若计算误差，则中间计算过程中，有效 数字不用修约，适合计算机处理数据)！基础物理实验室尾数舍入法则n测量值最终结果尾数舍入法则：四舍六入五凑双尾数小于5时舍去，大于5时前一位进1尾数等于5则把末位凑成偶数。0, 1-4, 5, 6-9例：12.3412.3，12.3612.412.3512.4，12.4512.4n误误差最终结终结 果尾数舍入法则：只入不舍只保留一位有效数字，只入不舍，不夸大测测量精度。例： 2.0 2 , 2.12.9 3基础物理实验室第2章 物理实验数据的处理列表法 作图法（实验曲线、理论曲线） 误差或不确定度处理 经验公式（线性回归分析、最小二乘法 ）基础物理实验室实验曲线实验曲线n（1）坐标轴(原点 、零点）n（2）分度值n（3）物理量/单位n（4）实验点n（5）实验曲线n （光滑）n（6）曲线名称n（7）实验参数n（8）姓名，时间n（9）图题及编号基础物理实验室 非线性坐标轴基础物理实验室y = a + b x最 小 二 乘 法基础物理实验室n解决方程组，得到拟合参数：n 定义相关系数。越接近于1，实验结果的数 据越接近线性分布，否则应考虑用其他形式的 函数去拟合。基础物理实验室数据的相互关系明显偏离线性时，考虑以下 两种处理方法：n 通过变量代换把关系变成线性；g = 42 l / T 2 ，l T 非线线性， l T 2 线线性。 n 直接用计算机拟合。n目的：建立经验公式，发现规律。基础物理实验室a n+1a1b1c1c 2 = a 2 + b 2 c 12 = a 12 + b 12 c 22 = a 22 + b 22 a2b2c2b n+1c n+1 ?基础物理实验室实验报告（1）实验报告模板，填写空缺的部分，原理部分可 以不打印。 （2）纸张不足自行打印实验报告纸。 （3）所有纸张编号。基础物理实验室成绩评定1.考勤2.预习3.实验操作4.实验报告5.期末不考核，每个实验都相 当于一次测验基础物理实验室祝全体同学祝全体同学 学习愉快学习愉快! !基础物理实验室基础物理实验室基础物理实验室电路图电路图基础物理实验室光路图光路图基础物理实验室基础物理实验室基础物理实验室基础物理实验室基础物理实验室基础物理实验室作图法作图法基础物理实验室 作图法作图法