北京工业大学物理实验中心 http:/wlsyzx.bjut.edu.cn普通物理实验课程绪论北京工业大学物理实验中心北京工业大学物理实验中心http:/wlsyzx.bjut.edu.cn原安娟原安娟 yuananjuanbjut.edu.cnyuananjuanbjut.edu.cn北京工业大学物理实验中心 http:/wlsyzx.bjut.edu.cn物理实验课的基本程序和要求 1.实验课前预习 (1)预习讲义中与本实验相关的全部内容。 (2)写出预习报告（实验题目、目的、仪器 、原理、主要计算公式、原理简图）,准备 原始实验数据记录表格。 北京工业大学物理实验中心 http:/wlsyzx.bjut.edu.cn2.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。 (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 入实验记录表格,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,并在规定的时间交任课老 师。北京工业大学物理实验中心 http:/wlsyzx.bjut.edu.cn大学物理实验课分两学期完成上课时间: 34节 9：5512：1056节 13：0015：15 本学期实验成绩的构成：平时分72分+ 考试分28分； 平时分72分 = 绪论15分 + 绪论2-长度实 验分5分 + 6次实验分（48分）+期末上 交报告4分。北京工业大学物理实验中心 http:/wlsyzx.bjut.edu.cnD21 1102410326 10020023 知行楼3层327房间D22 1102412733 1102420119 知行楼4层426房间D23 1102422034 1104610110 知行楼4层412房间D24 1104611134 知行楼3层312房间上课时间：第二周周四（3月1日）上午09：55-12：10上课内容：绪论2（长度的测量（4.1，P48） ）北京工业大学物理实验中心 http:/wlsyzx.bjut.edu.cnD25 1102000129 知行楼3层327房间D26 1102003038 1102110318 知行楼4层426房间D27 1102111935 1102120110 知行楼4层412房间D28 1102121135 知行楼3层312房间上课时间：第二周周四（3月1日）下午13：00-15：15上课内容：绪论2（长度的测量（4.1，P48） ）北京工业大学物理实验中心 http:/wlsyzx.bjut.edu.cn第2、3周上课时间到知行楼329房间（张兵老师）买 报告纸，以原来的自然班为单位，每位同学交3.5元 /10份，请班长或科代表提前把钱收齐。 绪论课作业用数学作业纸，其它实验用物理实验报告纸。 绪论课作业：p22-23：1、3（1）、3（2）、7、8， 每题3分，总计15分。绪论课作业由各实验班任课老师批改并记录成绩（交给下次上课的老师）。北京工业大学物理实验中心 http:/wlsyzx.bjut.edu.cn 为什么要上物理实验课 测量和误差 不确定度 测量结果的表述规范 有效数字 数据处理的基本方法 主要内容北京工业大学物理实验中心 http:/wlsyzx.bjut.edu.cn为什么要上物理实验课为什么要上物理实验课物理实验的作用物理实验的作用物理实验课的目的物理实验课的目的北京工业大学物理实验中心 http:/wlsyzx.bjut.edu.cn物理实验的作用物理实验的作用物理学是研究物质运动一般规律及物质 基本结构的科学，是自然科学的基础学科, 是学习其它自然科学和工程技术的基础。物理学是一门实验科学，物理实验 在物理学的产生、发展和应用过程中起着 重要作用。北京工业大学物理实验中心 http:/wlsyzx.bjut.edu.cn 伽利略把实验和逻辑引入物理学,使物理 学最终成为一门科学。 经典物理学规律是从实验事实中总结出 来的。 近代物理学是从实验事实与经典物理学 的矛盾中发展起来的。 很多技术科学是从物理学的分支中独立 出去的。北京工业大学物理实验中心 http:/wlsyzx.bjut.edu.cn以诺贝尔物理学奖为例： 80%以上的诺贝尔物理学奖给了实验物理 学家。 20%的奖中很多是实验和理论物 理学家分享的。 实验成果可以很快得奖，而理论成果要 经过至少两个实验的检验。 有的建立在共同实验基础上的成果可以 连续几次获奖。北京工业大学物理实验中心 http:/wlsyzx.bjut.edu.cn 1997：发明了用激光冷却和俘获原子的方法 Steven Chu Cohen-Tannoudji William D. Phillips 1998：量子霍耳效应，电子能够形成新型粒子 Robert B. Laughlin Horst L. Stormer Daniel C. Tsui北京工业大学物理实验中心 http:/wlsyzx.bjut.edu.cn 2001：玻色-爱因斯坦凝聚Eric A. Cornell Wolfgang Ketterle Carl E. Wieman北京工业大学物理实验中心 http:/wlsyzx.bjut.edu.cn 2010年诺贝尔物理学奖：英国科学家在二 维空间材料石墨烯方面的开创性实验而获 奖。 2011年诺贝尔物理学奖 :通过观测遥远超新 星发现宇宙的加速膨胀 北京工业大学物理实验中心 http:/wlsyzx.bjut.edu.cn物理实验课的目的物理实验课的目的 学习实验知识学习实验知识 培养实验能力培养实验能力 提高实验素养提高实验素养北京工业大学物理实验中心 http:/wlsyzx.bjut.edu.cn学习实验知识学习实验知识通过对实验现象的观察、分析和对物理量的测量，学习物理实验知识和设计思想，掌握和理解物理理论。北京工业大学物理实验中心 http:/wlsyzx.bjut.edu.cn培养实验能力培养实验能力 借助教材或仪器说明书正确使用常用 仪器； 运用物理学理论对实验现象进行初步 的分析判断； 正确记录和处理实验数据，绘制实验 曲线，说明实验结果，撰写合格的实 验报告； 能够根据实验目的和仪器设计出合理 的实验。北京工业大学物理实验中心 http:/wlsyzx.bjut.edu.cn提高实验素养提高实验素养 培养理论联系实际和实事求是的科学作 风； 严肃认真的工作态度； 主动研究和创新的探索精神； 遵守纪律、团结协作和爱护公共财产的 优良品德。北京工业大学物理实验中心 http:/wlsyzx.bjut.edu.cn物理实验课程不同于一般的探索性的科 学实验研究，每个实验题目都经过精心设计 、安排，可使同学获得基本的实验知识，在 实验方法和实验技能等方面得到较为系统、 严格的训练，是大学里从事科学实验的起步 ，同时在培养科学工作者的良好素质及科学 世界观方面，物理实验课程也起着潜移默化 的作用。希望同学们能重视这门课程的学习，经 过一年时间的学习，真正做到学有所得。北京工业大学物理实验中心 http:/wlsyzx.bjut.edu.cn测量：把被测量和体现计量单位的标准量进行比较，从而确定被测量的值。测量的结果应包括数值、单位以及结果可信 赖的程度（用不确定度来表示）。第1节 测量和误差一、测量北京工业大学物理实验中心 http:/wlsyzx.bjut.edu.cn 在人类的发展历史上，不同时期，不同 的国家，乃至不同的地区，同一种物理 量有着许多不同的计量单位。如长度单 位就分别有码、英尺、市尺和米等。为 了便于国际交流，国际计量大会于1960 年确定了国际单位制（SI），它规定了 以米、千克、秒、安培、开尔文、摩尔 、坎德拉作为基本单位，其他物理量（ 如力、能量、电压、磁感应强度等）均 作为这些基本单位的导出单位。北京工业大学物理实验中心 http:/wlsyzx.bjut.edu.cn测量的分类测量的分类按方法分类：按条件分类： 直接测量 间接测量 非等精度测量 等精度测量数值单位北京工业大学物理实验中心 http:/wlsyzx.bjut.edu.cn二、误差任何测量结果都有误差！ 1、真值：待测量客观存在的值(绝对)误差：真值测量值相对误差: :北京工业大学物理实验中心 http:/wlsyzx.bjut.edu.cn. 相对误差常用百分比表示。它表示绝对 误差在整个物理量中所占的比重，它是 无单位的一个纯数，所以既可以评价量 值不同的同类物理量的测量，也可以评 价不同物理量的测量，从而判断它们之 间优劣。如果待测量有理论值或公认值 ，也可用百分差来表示测量的好坏。即:北京工业大学物理实验中心 http:/wlsyzx.bjut.edu.cn误差 分类 按其特征和表现形式分为系统误差 和随机误差。等精度条件下，对同一物理进行多次测量 ，某一次测量的误差其大小和符号以不可 预知的方式变化的误差。误差的分类误差的分类等精度条件下，对同一物理量进行多次 测量，误差的数值与符号保持不变，或 以可预知的的方式变化的误差。系统 误差 随机 误差 北京工业大学物理实验中心 http:/wlsyzx.bjut.edu.cn天平不等臂所造 成的误差。单摆的周期公式： 成立的条件之一是摆角趋于零；而在实验中，摆角为零的条件是不能实现的。仪器理论系统误差：例如：仪器结构的不完善，理论公式的 近似性，环境条件的改变。（不能通过增加测量次数使其减小）北京工业大学物理实验中心 http:/wlsyzx.bjut.edu.cn随机误差的特点：单个测量误差表现为不可预知的随 机性，但测量次数足够大时，便可以发现这些测量值 呈现出一定的规律性-统计规律性，即它们服从某种 概率分布。l误差 = 系统误差+随机误差随机误差：如仪器性能和测量者感官分辨力的统 计涨落，环境条件（如温度、湿度、气压、气流 、微震等）的微小波动等。 例如：电表轴承的摩擦力变动 螺旋测微计测力在一定范围内随机变化 操作读数时的视差影响北京工业大学物理实验中心 http:/wlsyzx.bjut.edu.cn第2节 不确定度不确定度：测量值作为被测量真值的估计值可能存 在的一个分布范围，并在这个分布范围内以一定的概 率（如P=95%）包含被测量真值。测量结果 yx (P=95%) x是测量值；是测量不确定度；P是包含真值的 概率。表示测量的精确度A类不确定度和B类不确定度。北京工业大学物理实验中心 http:/wlsyzx.bjut.edu.cn2.1 随机误差的统计处理方法实验和统计理论都证明，当重复测量实验和统计理论都证明，当重复测量 次数足够多时，随机误差服从或接近次数足够多时，随机误差服从或接近 正态分布（或称高斯分布）规律。正态分布（或称高斯分布）规律。北京工业大学物理实验中心 http:/wlsyzx.bjut.edu.cn