大学物理实验课绪论2.ppt

大学物理实验课程绪论 §1 学生须知 §2 物理实验的重要作用 §3 测量误差和不确定度估计的基础知识 §4 实验数据处理基本方法 §2.物理实验的重要作用 物理学是一门建立在实验基础上的科学，物理概念的建立、物理规律的发展、物理理论的形成都必须以严格的科学实验为基础，并通过科学实验来证实。在物理学发展的过程中，从经典物理学到现代物理学，纵观物理学三百多年的发展史，科学发展的每一步都是以实验为先导的。 伽利略的单摆实验和斜面实验为研究力学规律提供了重要依据，库仑通过滑板实验提出了摩擦定律，胡克的弹性实验、玻意耳的空气压缩实验、波雷里的表面张力实验为物理学提供了新事实和新规律。 在电学方面如库仑定律的验证，欧姆定律的建立，奥斯特发现电流的磁效应，法拉第发现电解定律和电磁感应现象等，无一不是通过大量的实验得出来的。 光的干涉、衍射、偏振以及双折射现象也都是首先从实验中发现的。 X射线、放射性和电子这一19世纪末的三大发现也是实验的结果，它们的发现为原子物理学的发展奠定了基础。例如卢瑟福从大角度α粒子散射实验结果证实了原子的有核模型的正确性等等。 实验又是检验理论正确与否的重要判据 §3 测量误差和数据处理的基础知识 §3-1 测量与误差 §3-2 随机误差的处理 §3-3 测量不确定度及其估算 §3-4 有效数字及其运算法则 §3-5 实验数据处理基本方法 §3-1 测 量 与 误 差 物理实验离不开测量。 完整的测量结果应表示为： 以电阻测量为例包括： 测量对象 测量对象的量值 测量的不确定度 测量值的单位 （Y = y ? U表示被测对象的真值落在（y? U ，y ? U ）范围内的概率即被测对象量值在（y? U ，y ? U）范围内包含着一定的真值的可能性 。 测 量 测量可分为直接测量和间接测量 直接测量是直接用仪器或器具测出量值的测量。 间接测量是指依据待测量和某几个直接测得量的函数关系求出量值的测量。 不论是直接测量还是间接测量，按其测量次数又可分为单次测量和多次测量。 单次测量是只进行一次的测量。 多次测量又可分为等精度测量和非等精度测量. 等精度测量的可靠性是相同的，因此只有等精度测量才能进行误差计算。 实验中对同一待测量，用同一仪器或精度相同的仪器在同一条件下进行的多次测量是等精度测量（否则是非等精度测量）。物理实验中凡是要求进行多次测量的均指等精度测量。 任何测量都可能存在误差（测量不可能无限准确)。 测量误差的定义和分类 误差△y＝测量值 y－真值 y可能比真值大、也可能比真值小，因此误差△y可能是正的也可能是负的。在这里所说的真值是不知道的，是一个理想的概念，在实际测量中常用被测量的算数平均值（或标准值）来近似代替真值。 误差的表示方法： 　 绝对误差: △y 相对误差: 误差分类: 根据误差的性质和来源可将误差分为两大类; 　 ——系统误差 ——随机误差(偶然误差) 　　　　 定义 由于偏离了测量规定的条件或测量方法不完善等因素所引入的按某些规律出现的误差。 特点 测量结果向某一确定的方向偏离（即测量结果相对于真值或标准值总是偏大或偏小）或按某一确定的规律变化，所以系统误差也称恒定误差。 产生原因 由于测量仪器、测量方法、测量环境、测量者个人带入的误差。 系统误差分类 ·已定系统误差——恒定系统误差　 如：电表、螺旋测微计的零位误差、 伏安法测电阻电流表内接、外接由于忽略表内阻引起的误差。 消除的方法：调节零点或对零点进行修正。 ·未定系统误差——可变系统误差 如：螺旋测微计制造时的螺纹公差，齿轮、光学分度头中分度盘等安装偏心引起的齿轮齿距误差、分度误差等。 消除的方法： 应从产生误差的根源上寻找原因。它要求测量人员对测量过程中可能产生误差的各个环节进行细致分析，根据具体的测量条件和误差的性质，采取一定的技术措施，选择适当的测量方法使误差在测量过程中相互抵消或补偿。 ●线性系统误差：由于它随某因素t按比例递增或递减，因而对任一量值而言，线性误差依赖t而相对该值具有负对称性。因此，在选取测量点时，注意取关于t的左右对称处，两次读数平均，即可消除线性系统误差。此方法称对称补偿法。如机械式测微仪、光学比长仪等，都以零为中心对称刻度，一般都存在随示值而递增(减）的示值