1、1,物理实验绪论,中国计量学院物理实验中心2014年2月邱淑霞,2,1. 为什么要上物理实验课2. 物理实验课的要求3. 怎样上好物理实验课4. 数据处理方法5. 测量、误差和不确定度估计,3,1.1 物理实验的作用1.2 物理实验课的目的,1.为什么要上物理实验课,4,1.1 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。,5,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
2、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。,6,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。,7,1.2 物理实验课的目的,学习实验知识培养实验能力提高实验素养,8,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。,9,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
3、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。,10,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。,11,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诸方面得到较为系统、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，经过半年或一年的时间，真正能学有所得。
4、,12,教学目标学生守则以往不及格的情况基础物理实验课总体安排,12,2、物理实验课的要求,13,物理实验课的目标,掌握物理实验的基本知识、基本方法和基本技能。学习用实验方法研究物理规律，加深对物理规律的理解和掌握，并在实验中提高发现问题、分析问题、解决问题的能力。养成无私无畏的敬业精神和实事求是、严谨踏实的科学态度。,13,14,学生在实验前应认真预习实验内容，明确实验目的、要求和步骤，并写好实验预习报告。进实验室后进实验室做实验，其实验者序号必须与仪器组号一一对应！实验时应独立思考，独立操作实验中应注意安全注意爱护仪器设备实验应在规定时间内完成实验报告（含预习报告）必须在48小时内交至求中
5、二楼教师信箱！不然该实验按缺席处理。,14,物理实验课的学生守则,15,以往不及格的情况,报告不交或超期交；有旷课；不参加期末考试；报告太差：如报告内容极少，或主要内容错误率超过2/5；在每个实验项目中成绩最低的次数较多者；旷课和缺交实验报告的学时数累计超过课程总学时数的1/3取消考试资格,15,16,物理实验课总体安排,第1周：讲课绪论1第23周：2个实验第4周：讲课绪论2第517周：实验考试（笔试+操作，原上课时间，具体要求另行通知）更多的信息请登陆本实验中心网站： http:/10.30.30.30/phyews 初始密码为学号,16,17,物理实验成绩评定方法,本学期的学生期末实验总成
6、绩按平时实验60%、考试40%加权评定。其中：针对某些实验项目由于教师评定成绩的尺度有些差异，为使成绩的评定相对公平，对所有学生的物理实验成绩按实验项目和任课教师进行标准分处理。每个实验项目考试的难度有差异，为使成绩的评定相对公平，对所有学生的考试成绩按实验项目和监考教师进行标准分处理。对总评成绩再进行标准分处理。,18,物理实验成绩评定方法,2.每个实验项目成绩评定其中：每次实验成绩，按满分100分进行评分，其中预习20分，操作40分、报告及创新40分。预习马虎、缺项（见预习要求）视情扣除5分至20分。抄袭实验报告者及被抄袭者，按考试作弊处理。违章操作损坏仪器者酌情扣除10至40分。操作能力
7、差和不能完成全部操作内容者扣除10至40分。报告内容不完整等逐项扣分。,19,物理实验成绩评定方法,3.考试试卷的组成部分其中：卷面总分数40分误差理论部分10分实验理论和操作30分4.考试分组电脑随机生成5.考试范围每个学生完成的实验项目,20,因为实验课程的特殊性，不接受请假。如因突发事情（仅指生病），尽快联系管理员，在上课之前取消。不能取消的课程在一周之内联系任课教师补课，需提交相关材料。,缺课的处理方法,21,实验报告交接方法,1.实验完成后48小时内须交报告。若周四、周五上课，下周一之前交。迟交报告并在一周内补交，该实验总成绩降两个等级，其余情况该实验总成绩计为0分。实验报告，自己交
8、自己的，不允许代交。教师一人一个信箱，直接投到教师的信箱里（求中二楼）；2.教师收到报告后二周内批改完，在网站上登录实验成绩；3.实验报告在考试之前会返回。,22,学生网上选课须知,下午567节： 13.3015.45 晚上9-11节：18.0020.15,上课时间,23,选课网址,http:/10.30.30.30:8080,24,初始密码：学号,http:/10.30.30.30/phyews,25,使用可连上校园网的任何一台计算机均可上网选课，服务器24小时开通（系统维护时除外）；物理实验中心每个实验室提供计算机，供同学上网查询；希望每位同学时时关注网站的相关通知、个人实验项目成绩和教师
9、留言，如有问题及时与相应教师联系。如发现自己的选课内容被破坏，请立即与系统管理员联系；,26,3、怎样上好物理实验课,3.1 实验前预习（0分） 如何写预习报告？3.2 实验中 3.2.1 签到 3.2.2 操作与记录（0分） 如何做实验记录？3.3 实验后数据处理与实验分析（0分） 如何写实验报告？,27,3.1 预习 (20分),实验报告纸要求,实验题目：班级：姓名:学号:实验日期,28,没有预习报告不可以做实验:预习报告要求： 用实验报告纸， 内容要求如右：为什么要写实验报告？如何做数据表格？,实验目的：实验仪器及用具：实验原理： 含公式及成立条件、电路或光路图实验内容及步骤：注意事项：
10、实验记录： 记下仪器规格型号、画出数据表格,实验前,28,3.1 实验前预习 (20分),29,3.1 实验前预习 (20分),30,例：测量一个圆柱体样品的密度,如何求密度？明确测量量，直接测量量，间接测量量。先测哪个？后测哪个？多次测量还是单次测量？哪些需要列在表格里？测量顺序？物理量名称、单位,3.1 预习 (20分)如何做数据表格？,31,样品的质量M = g。样品的密度室温T = ；湿度 = %。,31,3.1 预习 (20分)如何做数据表格？,例：测量一个圆柱体样品的密度,32,对待实验数据必须严格、慎重、准确、真实,32,3.1 实验前预习 (20分),33,3.2 实验中 3.
11、2.1 签到 3.2.2 操作与记录（0分） 如何做实验记录？,34,3.2.1 签到,35,3.2.1 签到,按照名单对号入座，上课时，要携带证件；一个房间一般有二个实验。进实验室做实验，其实验者序号必须与仪器组号一一对应！,36,3.2.2 操作与记录（40分）,迟到扣5-10分，迟到30分钟以上 则不允许做实验，该次实验成绩为0分。遵守各项制度和学生守则，注意安全。不许带着别人的实验报告在实验室做实验，一经发现，该实验作0分处理。如实、清晰、详尽的记录原始数据，不要随意涂改数据也不要打草稿再誊写上去。按时完成、争取选做。实验完毕，要指导教师确认签字并且整理好实验仪器方能离开实验室。,实验
12、中,36,37,如何使用仪器仪表？,实验中,左端读数为：10.00cm右端读数为：15.25cm估读、有效数字、单位,数字表测量某一电路中的电流,对于数字仪表该如何读数？,37,3.2.2 操作与记录（40分）,38,如何做实验记录？,实验中,实验条件：记录数据或现象时的实验条件实验现象：与预想一致或不一致的各种现象实验数据：清晰、详尽实验中的问题和想法,38,3.2.2 操作与记录（40分）,39,3.3 实验报告（40分）,实验后,如何做数据处理？（第4周详细讨论） （1）有效数字 （2）不确定度评定 （3）最小二乘法 （4）作图,39,40,不仅要正确处理实验所得的数据，注意有效数字与单
13、位，也要解释实验中看到的现象。认真地分析和解释实验结果，得出实验结论。实验结论不是简单的测量结果，它应包括对测量结果的简要评论，与期望值的关系，分析误差的主要原因和改进方法，对测量结果意义的讨论等。“讨论”禁止抄袭。如果可以，请谈一下对本实验的体会和对教师或教材的批评与建议。交取实验报告的时间 完成实验后48小时内将报告交至指定信箱。,实验后,3.3 实验报告（40分）,41,实验后,(1) 有效数字有效数字-从第一个不为0的数开始算起的所有数字。如, 0.35 (2个); 3.54 (3个); 0.003540 (4个); 3.5400 (5个)。,运算规则,41,3.3 实验报告（40分）
14、,42,有效数字 不确定度本身一般只取一（二）个有效数字，测量值的末位有效数字应与不确定度的有效数字对齐。即：测量值的末位有效数字是不确定的。有效数字修约规则： “4舍6入5成双” 小于5舍 大于5入 刚好是5时，若前一位为奇数则入，为偶数则舍。如：计算值为3.54835; 3.65325 若不确定度为0.0003, 则取x=3.5484; 3.6532 若不确定度为0.002, 则取x=3.548； 3.653 若不确定度为0.04, 则取x=3.55; 3.65 若不确定度为0.1, 则取x=3.5; 3.7,实验后,“4”代表小于5“6”代表大于5,3.3 实验报告（40分）,43,为什
15、么使用修约规则？,1. 选取修约规则的原则 对大量数据进行修约后，误差能达到相互抵消，而不导致互相迭加而积累；,2. 修约规则“4舍6入5成双”合理假设最后第二位奇偶几率各半。这样舍去或增加最后第二位的0.5的几率一样。,3.3 实验报告（40分）,44,(2) 不确定度 u(x)的评定 (第4周详细讨论数据处理),实验后,测量结果的表达 1、测量结果的一般表示法： 如：长度为（1.050.02）cm。 2、不确定度的百分比表示法： 如，长度为1.05cm，相对不确定度2% 。 3、测量结果的有效数字表示法(1.05cm),44,不是“测量结果的百分比表示法”而是“不确定度”的“百分比表示法”
16、,3.3 实验报告（40分）,45,正确度、精密度与准确度,真值,统计不确定度uA大,系统不确定度uB大,系统误差大,随机误差大,不必请同学讨论误差和不确定度的概念、异同（因为他们头脑中没有误差的概念） 误差一般是不能计算的，它可正、可负也可能十分接近零；而不确定度总是不为零的正值，是可以具体评定的。 - 所以也不必讨论,3.3 实验报告（40分）,46,不确定度,A类不确定度(多次测量),B 类不确定度,B1 类不确定度 d为仪器的分度值（单次测量）,B2 类不确定度（仪器不确定度）,uB1=d/10（最好）,uB1=d/5 （中等）,uB1=d/2 （较差）,a为仪器的不确定度限值C称为“
17、置信因子”，本基础物理实验课程中大多取,uB1=d （特殊情况，比如数字显示）,46,3.3 实验报告（40分）,47,不确定度的合成,单次测量,多次测量,在长度测量中，长度值是两个位置读数x1和x2之差，其不确定度合成公式为：,47,3.3 实验报告 不确定度的合成,48,一般传递公式，当各直接测量的量相互独立无关时：,加减：,乘方：,几个常用的传递公式,乘除：,48,3.3 实验报告不确定度的传递,49,（3）最小二乘法 若最佳拟合的直线为：y=kx+b，则所测各值 与拟合直线上相应的各估计值之间偏差的平方和为最小，即:,49,3.3 实验报告（40分）,50,实验后,(4)作图、读图,通
18、过作图直线拟合求斜率,50,3.3 实验报告（40分）作图,51,实验后,作图、读图,通过作图直线拟合求斜率,51,3.3 实验报告（40分）作图,52,实验后,作图、读图,通过作图直线拟合求斜率,作图规则?,52,3.3 实验报告（40分）作图,53,选择图纸（采用标准坐标纸）根据自变量因变量选择图纸方向（一般取自变量为横坐标），选择合适比例，图纸上1格所表示的数据量值符合原数据量值变化的1、2、5等数（或它们的十进倍率）,便于读取。画坐标轴、分度线（等间距、勿太密）并标明物理量名称斜体）及单位（正体）。,画数据点（不标数据值，要用端正的“+”或者“”符号来表示）。画直线或曲线，标明特殊点(
19、特殊点所用符号应有别于数据点的符号）及坐标值（计算斜率用的点，曲线的峰、谷等）。写出实验名称、图名、实验者、实验日期。,53,54,如何读图,读某个数据点时有效数字读单一坐标值时有效数字、单位通过作直线求斜率时取点、标出坐标值、计算斜率（单位）,取点三个规则：不能取原始数据点； 尽量远但不超数据范围； 取与X轴刻度线的交点。,54,3.3 实验报告（40分）作图,55,实验名称班级：姓名：学号： 实验时间：实验目的：实验原理： （必要的理论公式及其成立的条件、实验示意图或电路图或光路图）实验仪器：规格型号实验内容： （实验方法、步骤及注意事项）,55,3.3 实验报告（40分）实验报告参考格式,56,实验记录： （必要的实验数据记录表格、 实验仪器的规格型号、实验条件如温度湿度仪器量程等、清晰且详尽的记录数据、观察到的各种与预想一致或不一致的实验现象、实验中的问题和想法等。）数据处理与分析讨论： （写出完整的计算过程、正确地处理数据、注意单位与有效数字、必要的实验关系曲线作图及读图；对观察到的实验现象的分析、针对实验中的问题和想法的分析讨论、根据实验内容作数据的误差分析或不确定度分析）实验结论:,56,3.3 实验报告（40分）实验报告参考格式,57,58,59,60,61,62,63,64,
