大学物理实指导书.doc

绪 论 实验课的目的 学习基础实验方法，仪器和数据处理知识 通过对被测量的定量测量，对被测量及相关的物理过程有明确具体的了解。 锻炼手的操作技能 对实验装置的安装、调整，对计量器具的正确操作，是做好实验的基础. 学习实验的物理思想 每个实验都是一个物理过程，通过此过程将间接测量量转换为若干直接测量量，将难测量的量变换成容易测量的量，将测不准的量转换成比较测得准的量，在这些变换中有丰富的物理思想. 培养思维能力 思维是在观察的基础上，进行分析、综合、判断、推理和提出新思想的认识过程，它对任何工作都十分重要，在实验中是培养思维能力的很好的机会 二．测量与仪器 测量是指用实验方法确定被测对象的量值的实验过程。可分为： 直接测量：被测量和同类单位的标准物或计量器具直接比较，得出被测量量值的测量。 例：一桌子的长度与米尺相比，得出桌子长度为1.28m。 间接测量：由一个或几个直接测得量经已知函数关系计算出被测量量值的测量。 例：测量单摆的摆长l和振动周期T，由已知公式算出重力加速度g。 测量结果给出被测量的量值，包括两部分：数值和单位，一般应给出不确定度。 测量仪器：是指用以直接或间接测出被测量对象量值的所有器具。 由于测量目的的不同，对仪器准确程度的要求也不用。表示仪器的性能有许多指标，其中最基本的是测量范围和准确度指标。一般是在满足测量要求的条件下，尽量选用准确程度低的仪器，减少准确度高的仪器的使用次数，可以减少在反复使用时的损耗，延长使用寿命。 三．测量与误差 真值(a)：不依人的意志为转移的真实大小 误差()：测量值减去真值的差 误差产生的原因：a：测量仪器只能准确到一定程度。 b：观察者操作和读数不能十分准确等。 研究误差的目的：a：尽量减小测量值中影响较大的误差 b：对残存的误差的大小给出某种估计能（估计不确定度） 绝对误差： （注意：绝对误差与误差绝对值不同） 相对误差： 系统误差：测量值随测量条件的改变（换表、增加摆角等）而改变产生的误差。 随机误差：同一条件下，对同一物理量进行重复测量，各次测量值一般不完全相同。是多项偶然因素综合作用的结果，在测量前不能得知测量值将偏大或偏小。 算术平均值： n越大，算术平均值越接近真值，可以用算术平均值作为被测量真值的最佳估值，又当测量值的误差中包含已知的系统误差，这时应当用算术平均值加上修正值为被测量真值的最佳估值。 四．实验标准偏差 具有随机误差的测量值将是分散的，对同一被测量做几次测量，表征测量结果分散性的量S称为实验标准偏差。 S反映了随机误差的分布特征，S大表示测量值分散，随机误差的分布范围宽，n为数据的个数，为测量值，为平均值。 平均值的实验标准偏差： 实验标准偏差的意义： 标准偏差小的测量值，表示分散范围较窄或比较向中间集中，这种表现显示测量值偏离真值的可能性较小，即测量值的可靠性高。 关于测量次数n，一般的原则是：在随机误差较大的测量中要多测几次，一般实验取6-10次为宜。 五．测量不确定度的计算 测量值只能是真值的近似值，测量值与真值之差的可能的范围，即测量的不确定度。 测量不确定度的来源有多个，但在计算方法上只有两类： 一类：A类分量——是用统计学方法计算的分量，是随机误差性质的不确定度。 另一类：B类分量——是用其他方法（非统计方法）评定的分量，是系统误差性质的不确定度。 计算不确定度，常用标准差去表示，称为标准不确定度。 （a）——A类分量（直接测量） （b）——B类分量（直接测量） 其中，为x误差的某一项的误差限，S为标准差，R为与该未定系差分量可能分布有关的常数。 对一个物理量测定之后，要计算测得值的不确定度，由于测得值的来源不止一个，所以，要合成标准不确定度。 （c） 上式中可以是A类评定或B类评定。 对于间接测量，设被测量Y由m个不相关的直接被测量算出，它们的关系为，各的标准不确定度为，则y的合成标准不确定度为： 六．有效数字 （1）仪器上显示的数字均应读出（包括最后一位的估读）并记录。 （2）运算后判断有效数字位数的一般规则： a：测量值的数值的有效数字是到不确定度末位为止。 b：加减运算后的有效数字，加减也算运算后的末位，应当和参加运算各数中，最先出现的可疑位一致。 例： 213.25 16.7 + 0.124 230.074