1、大学物理实验课程 基础知识（三） 1112冬季学期,实验测量结果应包括：测量值、不确定度、单位。 测量结果中的几位可靠数字加一位可疑数字称为有效数字。 有效数字可靠数字1位可疑数字。 不确定度在结果表示式中只取一位。 测量结果的最后一位和不确定度所在那一位对齐。,用米尺、游标卡尺和千分尺测量同一物体的长度， 可以得到不同位数的有效数字，有效数字的位数越多，测量结果越精确。 直接测量量的有效位数由被测物理量的大小和测量仪器决定的。 间接测量量的有效位数先由运算规则暂定，最后由间接测量量的不确定度所在位确定。,例题：已知则：,数据处理的基本方法 一、列表法1、列表的作用 简单明了，便于看出有关量之
2、间的关 系，便于填写、核对和处理数据。,2、列表的要求： 表序、表格名称。 各物理量的单位和符号必须合乎规定，单位写在标题栏中。 所填数据要正确反映测量结果的有效数字。(各量排列顺序尽量与测量顺序一致） 必要时加以说明。,列表法,表1.不同温度下的金属电阻值,物理量的名称(符号)和单位,有效数字正确,二作图法 （图示法、图解法）1、图示法作物理量间的关系图线。 2、图解法由图线求得待测物理量。作图用铅笔、钢直尺、作图工具 作在专用图纸上,作图规则： 选择合适的作图纸及坐标分度值。要反映出测量值的有效数字 坐标轴。坐标轴为物理参量 标实验点。用“”或“” 连点成线。用光滑的曲线 写明图线特征。从
3、图线上得出的某些参数 写图名。,图纸选择种类直角坐标纸（毫米方格纸）、对数坐标纸、半对数坐标纸、极坐标纸等。物理实验中常用直角坐标纸。尺寸要能够反映测量数据的全部有效数字。10 20 （毫米方格纸）,19.5mm,坐标轴表示物理量及单位。横轴（自变量）斜面的高度h（cm）。纵轴（应变量）下滑的加速a（cm/s2）。原点不一定取（0，0），可取比数据中最小值略小的整齐数。本例可取（1.500、10.00）,图示法,物体下滑加速度a与斜面高度h的关系,标坐标轴、原点用粗实线画坐标轴，用箭头标轴方向，标明坐标轴的名称或符号、单位。,图示法,物体下滑加速度a与斜面高度h的关系,定比例、标标度 比例：每
4、小格（mm）所表示物理量的大小。横轴比例：1mm 0.010cm或0.010cm/mm 纵轴比例：1mm 或标度：按顺序标出坐标轴整分度格上的整数值。,比例可以适当缩小（放大图纸）但不能从图上读出更多的有效位数； 比例可以适当放大（缩小图纸）但不能从图上损失有效数字的位数。 定比例时要注意：保证有效数字：至少每小格（mm）能反映最后一位可靠数字的一单位。 比例只能取1、2、5三个数。,图纸大小 横轴h： 1mm0.010 cm 横轴长度 =250mm纵轴a： 1mm0. 10 cm/s2 纵轴长度 = = 170mm,图示法,物体下滑加速度a与斜面高度h的关系,标出实验点、连线标出实验点标测试
5、点：、等标记，不需标出坐标值。同一条图线只能用相同的标记，若同一图中有几条图线应用不同的标记以示区别。连线 连成光滑的曲线、直线，连线不一定通过所有的实验点，使实验点均匀分布在曲线的两侧。,图示法,图示法,h ( cm ),ah曲线,图名、比例、作图者、日期,2.000 2.500 3.000 3.500 4.000,1.500,15.00,20.00,25.00,10.00,2图解法由图线求得待测量常用例：在直线情况下（y=kx+b)由图求（斜率）K，再求某些待测量值：用作计算的点不能取实验点；两个计算点尽可能远些（实验范围内），以免减少计算结果的有效数字；在图上标出坐标值；计算K（有一定位
6、数、单位）；计算有关物理量。,图解法注意,图名、比例、作图者、日期,图解法,原点,h( cm ),ah图线,(h1,a1),(h2,a2),(单位),作图法可形象、直观地显示出物理量之间的函数关系，也可用来求某些物理参数，因此它是一种重要的数据处理方法。作图时要先整理出数据表格，并要用坐标纸作图。,1.选择合适的坐标分度值，确定坐标纸的大小坐标分度值的选取应能基本反映测量值的准确度或精密度。根据表数据U 轴可选1mm对应于0.10V，I 轴可选1mm对应于0.20mA，并可定坐标纸的大小（略大于坐标范围、数据范围） 约为130mm130mm。,作图步骤：实验数据列表如下. 表1：伏安法测电阻实
7、验数据,作图法处理实验数据,2、标明坐标轴：用粗实线画坐标轴，用箭头标轴方向，标坐标轴的名称或符号、单位,再按顺序标出坐标轴整分格上的量值。,3、标出实验点，用 “ + ”、“ ”、 “ ” 符号表示。,4、连线： 根据标出实验点连成直线或光滑曲线，实验点要均匀分布在所画线的两侧。,标出图线特征： 在图上空白位置标明实验条件或从图上得出的某些参数。如利用所绘直线可给出被测电阻R大小：从所绘直线上相距较远处读取两点 A、B 的坐标就可求出 R 值。,标出图名： 在图线下方或空白位置写出图线的名称及某些必要的说明。,至此一张图才算完成,作图比例：U 轴:1mm0.10VI 轴:1mm0.20mA
8、图名：伏安特性曲线 作图者：xxx,由图上A、B两点可得被测电阻R为：,校正曲线: 折线. 横坐标为被校表读数. 纵坐标为标准表读数减被校表读数.V(mV)V(mV),不当图例1：,应改为：,曲线太粗，不均匀，不光滑,图纸使用不当。实际作图时，坐标原点的读数可以不从零开始。,不当图例2：,横坐标分度选取不当, 以3 cm 代表1 V，使作图和读图都很困难。实际在选择坐标分度值时，应既满足有效数字的要求又便于作图和读图。,改正为：,（三）逐差法（牛顿环实验） （四）曲线改直 （如PV=C）PV图线是曲线，P 图线是直线。 （五）最小二乘法,逐差法,具体: 测量得到的偶数组数据分成前后2组将对应项
9、分别相减最后再求最佳值,最佳值,作图法 简单直观,但随意性大采用逐差法可避免 牛顿环实验,习题（p.50）： 1、3、5、7、8(1)、(3) 、 9、12(1)。作图,作业要求做在实验报告纸上。 作图使用毫米方格纸。 (到F114买方格纸),实验仪器的使用方法,游标卡尺结构 游标卡尺由主尺和副尺（游标尺）组成。 主尺的分度为1mm，游标尺用于读出不足1mm的数值。它有10个分度格、20个分度格、和50个分度格几种。,原理 游标尺上n个分度格长主尺上（n-1）个分度格长。 nb=(n-1)a，（a、b分别为主尺和游标尺的分度格长）， ， 称为游标尺的分度值。,10分度游标尺，分度值为十分之一毫
10、米 20分度游标尺，分度值为二十分之一毫米50分度游标尺，分度值为五十分之一毫米 分度值是仪器所标示的最小分划单位。,读数方法先读出主尺的准确刻度值（以游标尺的零刻线为基准），再找出主尺与游标尺对齐的刻线，把此刻线所在的游标值读出，两数值相加后，得出结果。,10分度游标卡尺（0.1mm）,20分度游标尺（0.05mm）,游标尺,152.60 mm 末位的读数为0、5,读数方法先读出主尺的准确刻度值（以游标尺的零刻线为基准），再找出主尺与游标尺对齐的刻线，把此刻线所在的游标值读出，两数值相加后，得出结果。,读数方法先读出主尺的准确刻度值（以游标尺的零刻线为基准），再找出主尺与游标尺对齐的刻线，把
11、此刻线所在的游标值读出，两数值相加后，得出结果。,对圆形游标，其原理和直形游标相同， 读数方法也相同。,对圆形游标，其原理和直形游标相同， 读数方法也相同。,对圆形游标，其原理和直形游标相同， 读数方法也相同。,螺旋测微器的构造：,A,P,F,T,G,H,K,K,A、固定小砧 P、可动小砧 F 、U型框架 G、固定尺 H、可动尺 K、旋钮（又称微分筒） K微调,螺旋测微计（千分尺）螺旋测微计是比游标尺精度更高的仪器。 结构由微动螺杆、微分筒、棘轮等组成。微分筒转动一周，微动螺杆后退或前进一个螺距。接近待测物时，使用棘轮，以使压力均匀。,微分筒转动一周，微动螺杆后退或前进一个螺距，一个螺距为0.
12、5mm，微分筒一周分为50格，每一小格为0.01mm。 仪器误差：,测量物体前，先转动棘轮，使卡口合拢。,转动棘轮,卡口合拢,卡口合拢时，听到“嗒嗒”声后，读出初读数。,螺旋测微器的读数原理：,0,1,2,固定刻度： 每刻度为1毫米,可动刻度每转1周，可动小砧就沿轴线直进（或退）0.5毫米，若旋转n个最小分度（包括估读分度），则l=0.01n毫米。,可动刻度：50等分主尺上的0.5毫米，每等分为0.01毫米,测量读数=固定刻度+半刻度+可动刻度（+估读位）,半刻度,3,固定刻度：0,是否超过半刻度？不太清楚。,看可动刻度：说明已经超过半刻度线,L= 0 + 0.5 + 0.006 = 0.50
13、6 mm,螺旋测微器的读数练习：,0,0,固定刻度：0,是否超过半刻度？不太清楚。,可动刻度： 49.6 说明没有超过半刻度线,L= 0 + 0 + 0.496 = 0.496 mm,螺旋测微器的读数练习：,0 1,读出下列测量结果：,1.405,0,7、请你读出下列测量结果：,0.903,0,读出下列测量结果：,0.502,L0=0.000mm,0,初读数：,初读数,初读数为负L00.006mm,初读数为正L00.005mm,待测物体长度末读数初读数L= L末L0,L10.001mm0.001mm10.000mm,基本调整技术简介,零位调整：实验前需要检查及校正仪器的零位 水平、铅直调整 逐
14、次各半逼近调整 共轴调整：分粗调和细调 消除视差,直流,交流,常用电表性能标志,0.5,电表级别（分7个级别）,水平型,直立型,交直流两用表,电表等级的含义：,等级为1.0的电流表的含义： 用该表测出的数值可能包含的最大误差，是该数值所在量程最大数值的 如：一个量程为30mA的1.0级电流表，它测得的任一数值上包含的最大可能误差均为：,使用电表应注意以下几点：,（1）选择合适的量程 （2）注意电表的极性 （3）电表在电路中的联接 （4）注意电表的性能标志 （5）注意视差 （6）正确读数,电表的读数方法 电表一般都为多量程， （实验中用到的C31A、C31V电表的量程为：7.5mA、15mA、3
15、0mA、75mA，3V、7.5V、15V，） 其量程可由使用者根据被测量的大小来选择，读数必须换算。,电表读数,例：在相同量程下测量下列两个量，由于表面示值大小不同，引起的相对误差不同。,相对误差小,相对误差大,用电表测量物理量时，应适当选择量程，使表面示值尽量大些，一般应在三分之二以上。,电流表外接,电流表内接,电阻箱,面板图,实物图,电阻箱的规格：1.总电阻：即最大电阻（上图99999.9）2.额定功率：使用电阻箱时，不得超过其额定功率或最大电流。（一般电阻箱的额定功率0.25W)3.电阻箱的等级：根据其误差的大小分为若干个等级，一般分为0.02，0.05，0.1，0.2等，它表示电阻值相
16、对误差的百分数。例如0.1级当电阻为662 时，其误差为6620.10.7 ,变阻器：变阻器的用途是控制电路中的电流和电压。,变阻器的规格： 1.全电阻：两固定端间的电阻。 2.额定电流：即变阻器所允许通过的最大电流。,变阻器在电路中有两种用法：制流电路：任何一固定端 与滑动端串联接 在电路中，另一端 空着不用。分压电路：变阻器的两个固定端 分别与电源的两极 相联，滑动端和 一个固定端联接到 用电部分。,电学实验的操作规程,准备： 根据电路图放置仪器。 联线： 从电源正极出发沿主回路按顺序进行，其次为支路。 检查： 自己复查，无误后接通电源。 实验： 实验中途调换仪器，改变接线时都要先切断电源
17、。仪器不正常工作时也要先切断电源。 整理： 数据通过签字后，切断电源后将所有仪器 放回原处，再离开实验室。,实验室常用的光学仪器的主要元件： 透镜、反射镜、棱镜、光栅等。 常用的助视仪器： 目镜、望远镜、显微镜。 常用的光源： 热辐射光源、气体放电光源、激光光源。,光学实验的操作规程,使用光学元件时要轻拿、轻放，勿使元件碰撞，避免损坏。 任何时候都不能用手触及光学表面。 不要对着光学元件说话。 光学面有沾污时，不要用手擦试，必要时可用镜头纸轻拭干净。 光学仪器中的机械部分，很多都经过精密加工。要根据操作规程操作。,每一个实验要求掌握：,实验仪器的基本工作原理。 实验的过程和现象观察。 实验仪器
18、的调整。,例题讲解,1.,不确定度 传递公式,2,注意：令x-y=A，x+y=B的运算是错误的，因为A、B不是独立变量。,3.,4用0.5级量程为7.5V的电压表一次测量测得的电压值为7.465V，试用不确定度表示电压的测量结果： 解：,例：测得金属垫片的外径 内径 厚度求金属垫片的体积 解： 求垫片体积平均值 推导不确定度合成公式 求相对不确定度 测量结果表示,注意：实验报告上数据处理不要以这种形式出现,数据处理：给出公式代入数据计算结果。,报告格式与要求预习报告（写专用实验预习报告纸上）,实验名称 1.测量电路图（光路图） 2.原始数据记录表格 3.预习思考题,注意：做实验时必须有预习报告
19、,实验报告格式,实验名称 实验目的： 实验原理：原理简述、公式、电路图或光路图。 实验仪器：主要仪器的名称、型号。 实验内容：主要操作内容。 数据记录表格和处理：公式代入数据计算 实验结果：,请在报告右上角 注明下次实验的 名称和房间号,切记：要在网上预约选实验课，每人选4个实验。第 49 周到F楼实验室上课。第10 周操作考试（地点：F楼实验室）。 气垫 F602 电桥 F602 焦距 F304 分光计 F304 电位差计 F105 粘滞系数 F105 静电场 F102 霍尔法测磁场 F101 牛顿环 F204 示波器 F206 转动惯量 F408 空气比热容 F406 实验中心网址：http:/ 有疑问请到F114咨询。,
