物理实验绪论-王志会

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1、12测量与误差测量与误差误差处理误差处理测量结果的测量结果的不确定度表示与评定不确定度表示与评定实验数据的有效数字实验数据的有效数字5.5.实验室常用仪器及其使用实验室常用仪器及其使用 34 密立根在密立根在19231923年获诺贝尔奖时说：年获诺贝尔奖时说： “科学靠两条腿走路，科学靠两条腿走路，一是一是理论，一是实验理论，一是实验。有时一条腿在。有时一条腿在前面，有时另一条腿走在前面。前面，有时另一条腿走在前面。但只有使用两条腿，才能前进。但只有使用两条腿，才能前进。在实验过程中寻找新的关系，上在实验过程中寻找新的关系，上升为理论，然后再在实践中加以升为理论，然后再在实践中加以检验。检验。

2、”实验物理在物理学发展史上的重要性实验物理在物理学发展史上的重要性5 伽利略把实验和逻辑引入物理学伽利略把实验和逻辑引入物理学, ,使物理学最使物理学最终成为一门科学。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。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。盾中发展起来的。很多很多技术科学技术科学是从是从物理学物理学的分支中的分支中独独立出去立出去的的。6以诺贝尔物理学奖为例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

3、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。7物理实验课程的目的和任务物理实验课程的目的和任务! !89能够通过阅读实验教材、查询能够通过阅读实验教材、查询有关资料和思考问题，掌握实验原理及方法、做好实验有关资料和思考问题，掌握实验原理及方法、做好实验前的准备；正确使用仪器及辅助设备、独立完成实验内前的准备；正确使用仪器及辅助设备、独立完成实验内容、撰写合格的实验报告；培养独立实验的能力，逐步容、撰写合格的实验报告；培养独立实验的能力，逐步形成自主实验的基本能力形成自主实验的基本能力；能够融合实验原理、设计思想能够融合实验原理、设计思

4、想、实验方法及相关的理论知识对实验结果进行分析、判、实验方法及相关的理论知识对实验结果进行分析、判断、归纳与综合。掌握通过实验进行物理现象和物理规断、归纳与综合。掌握通过实验进行物理现象和物理规律研究的基本方法，具有初步的分析与研究的能力律研究的基本方法，具有初步的分析与研究的能力；10能够在实验中发现问题、能够在实验中发现问题、分析问题并学习解决问题的科学方法，逐步提高综合运分析问题并学习解决问题的科学方法，逐步提高综合运用所学知识和技能解决实际问题的能力用所学知识和技能解决实际问题的能力；通过实验的学习锻炼，首先要通过实验的学习锻炼，首先要自己自己学会学习学会学习。 能够完成符合规范要求的

5、设计性、综合性内能够完成符合规范要求的设计性、综合性内容的实验，进行初步的具有研究性或创意性内容的实验容的实验，进行初步的具有研究性或创意性内容的实验，激发学习主动性，逐步培养创新能力，激发学习主动性，逐步培养创新能力；1112 物理实验课程不同于一般的探索性的科学物理实验课程不同于一般的探索性的科学实验研究，每个实验研究，每个都经过都经过、安、安排，可使同学排，可使同学基本的实验知识，在实验方基本的实验知识，在实验方法和实验技能诸方面得到较为系统、严格的法和实验技能诸方面得到较为系统、严格的，同时在培养科学工作者的，同时在培养科学工作者的及及方面，物理实验课程也方面，物理实验课程也着着。同学

6、们能这门课程，经过半年或一年时间的，能。13测量结果的测量结果的不确定度表示与评定不确定度表示与评定141516直接测量直接测量间接测量间接测量17等精度测量等精度测量非等精度测量非等精度测量相同条件相同条件” 同一实验者、同一实验者、同一实验仪器、同一实验仪器、同一实验方法、同一实验方法、同一实验环境等同一实验环境等18对一待测物理量，其测量值为对一待测物理量，其测量值为x，真值为，真值为X00100%EXa.a.误差的定义反误差的定义反映测量值偏离真映测量值偏离真实值的大小和方实值的大小和方向向! !b.b.误差只有理论误差只有理论价值（价值（X0不可知不可知）0 xX1911niixxn

7、iivxx算术平均值算术平均值 假定对某一被测物理量进行了假定对某一被测物理量进行了n次测量，其测量列为次测量，其测量列为 xi (i =1, 2，n) 用用作为作为最佳估计值最佳估计值, ,即即近真值近真值。 n n为无穷大时，为无穷大时，算术平均值等于真值。20误差误差具有确定性具有确定性具有随机性具有随机性2122232412mm mRR测标12341(+V)4IBV VVH取、 ，V25 设在设在相同条件相同条件下，对某一被测物理量下，对某一被测物理量直接直接进行进行多次多次重复性重复性测量测量，得到包含，得到包含n n个测量值个测量值x x1 1、x x2 2、.x.xn n的一个测

8、量列，用的一个测量列，用X X0 0表示被测物理量的真值。表示被测物理量的真值。 211()1nxiisxxn贝塞尔公式贝塞尔公式2011lim()ninisxXn总体标准偏差总体标准偏差 s s只有理论上的价值只有理论上的价值 实际中用实际中用“贝塞尔法贝塞尔法”估算标准（偏）差估算标准（偏）差n n有限，有限，X X0 0 不可知不可知用此式计算直接测量用此式计算直接测量量的实验标准偏差！量的实验标准偏差！26与不确定度与不确定度u u的的A A类分量相对应类分量相对应211()(1)nxixissxxn nnxs被测物理量的真值落在被测物理量的真值落在 区间内的概率为区间内的概率为68.

9、3%68.3%,xxxsxs()in pxxxGs若满足：则：则：x xi i为高度为高度异常数据异常数据，且予以，且予以剔除剔除。()n pG 格拉布斯系数n 测量次数p 置信水平(1- ) 其中：G(n,p)：从成正维书P11表1-3查或坏值或粗差或坏值或粗差27 ( )f为测量误差概率密度的分布函数22212sfesS为标准偏差00()x XX为测量误差， 为真值0( )fd12 s280( )fd12 sS小小S大大表示测得值很密集，随机误差分布范围窄，测量的精密度高；表示测得值很分散，随机误差分布范围宽，测量的精密度低。29 这个概率叫这个概率叫，也，也称为称为。对应的区间叫。对应的

10、区间叫。 0.683ssPfdss0( )f,ss任意一次测量值的测量误差落入区间任意一次测量值的测量误差落入区间 的概率的概率:30 22220.954,ssPfdss 33330.997,ssPfdss扩大置信区间，可增加置信概率扩大置信区间，可增加置信概率31=3sC仪仪仪大学物理实验课程约定大学物理实验课程约定3C 32025，2550mm测量范围, 取0.004mm。%mXXa ( %)ssRK aRb R .量程量程准确度等级指标准确度等级指标% %3334 35 (cm) 36 (cm) 11223335.7 35准确位准确位（1 1）以刻度为依据可以刻度为依据可读到读到最小刻度

11、最小刻度所在位。所在位。（2 2）在最小刻度之间可在最小刻度之间可估计估计1 1位位欠准位欠准位L=4.2?cm36（1 1）有效数字与小数点的位置无关；）有效数字与小数点的位置无关； 35.76cm = 0.3576m = 0.0003576km（2 2）0 0 的地位；的地位；0.0003576、1234.576 10.576 10.627 10336hj s（3 3）科学计数法。）科学计数法。3.005、3.000 都是都是4 4位有效数字位有效数字37按国家标准文件：按国家标准文件： （ GB8170-87GB8170-87） 四舍六入五凑偶规则四舍六入五凑偶规则38要求将数据要求将数