物理实验绪论

物理实验绪论 • 五邑大学物理实验中心 物理实验绪论 

1.物理实验课的任务和要求 2. 测量误差与数据处理的基本知识 3.关于本课程的几点说明 物理实验绪论 

1.物理实验课的任务和要求 物理学是一门实验科学。物理实验的知识、方法、技能和习惯是高等工程技术人员所必须具备的。 (1) 物理实验课的任务 1) 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，加深对物理学原理的理解。 2) 培养与提高学生的科学实验能力。其中包括： 物理实验绪论 

① 能够自行阅读实验教材或资料，做好实验前的准备； ② 能够借助教材或仪器说明书，正确使用常用仪器； ③ 能够运用物理学理论知识，对实验现象进行初步分析判断； ④ 能够正确记录和处理实验数据、绘制曲线、分析误差原因、说明实验结果、撰写合格的实验报告； ⑤ 能够完成简单的设计性实验。 物理实验绪论 

3) 培养与提高学生的科学实验素养。要求学生具有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、整洁有序的良好习惯、勇于探索的创新精神和遵守纪律、团结协作、爱护公物的优良品德。 (2) 物理实验课程教学基本要求 1) 学习和运用实验原理、方法去研究某些未知现象并进行具体测试，得出某些结论； 2) 进行实验基本技能的训练，熟悉常用仪器的基本原理、结构性能、调整操作、观测、分析与排除故障； 物理实验绪论 

3) 学习数据处理的基本方法，了解实验方法、实验条件、实验环境等对测量结果的影响并能自行进行分析和处理； 4) 培养学生进行科学实验的能力，即如何从测量目的（研究对象）或课题要求出发，依据实验原理，通过某种方法，正确选用仪器和确定测量程序去获得准确的实验结果； 5) 通过实验培养学生严肃认真、实事求是的科学态度和克服困难、坚韧不拔的工作作风，培养良好的实验习惯和遵守纪律、爱护公物的美德。 物理实验绪论 

(3) 怎样做好物理实验 1) 课前预习包括：实验目的、实验原理、实验方法等，绘出数据记录表格。 2) 课堂操作包括：调整仪器装置，观察实验现象，学习排除故障，测读实验数据。 3) 实验报告包括：按照要求做实验报告，进行数据处理与误差分析，有关问题的讨论等。 • 实验报告中须附上原始实验数据 物理实验绪论 

2.测量误差与数据处理的基本知识 (1) 测量的概念所谓测量，就是将被测量的物理量与作为测量单位的标准量进行比较，确定其比值的过程。 1) 直接测量指使用仪器或量具，直接测得（读出）被测量数值的测量，该物理量称为直接测量量。 2) 间接测量指依据直接测量量，通过一定的关系式计算而得到，这种测量称为间接测量，需要通过间接测量求得结果的物理量称为间接测量量。 物理实验绪论 

测量误差简称为“误差”，以表示。误差定义为测量值与真值之差。测量误差简称为“误差”，以表示。误差定义为测量值与真值之差。 (2) 测量误差一个待测物理量的大小，在客观上应该有一个真实的数值，叫做“真值”。物理量的真值通常，用多次测量的算术平均值作为测量的最佳值来代替真值。即： 1) 绝对误差绝对误差是指被测量的测量结果与其最佳值之差，它与被测量具有相同的量纲，表示的是测量值偏离其实际值的大小。 物理实验绪论 

2) 相对误差 相对误差是指某一待测物理量的绝对误差与其测量的最佳值之比，它是没有量纲的，通常写成百分比的形式。 (3) 测量误差的分类 1) 系统误差特点：总是使测量结果向一个方向偏离，它有固定的大小，或是按一定规律变化。系统误差的来源主要有下面几个方面： ① 仪器误差仪器本身不可能制造得无限精密，总是存在着某些缺陷。理论公式的近似性、实验条件达不到要求、测量方法不够完善等。 ② 理论（方法）误差 物理实验绪论 

③ 个人误差 由于实验者本人生理或心理特点所带来的误差 2) 随机误差（又称偶然误差）由于环境有起伏变化和偶然因素的干扰，使测量结果略有差异，因而产生误差，这类误差称为随机误差。特点：测量结果的误差大小和符号都不固定，其值时大时小，其符号时正时负，就某一次测量而言没有一定的规律，但在测量次数很大时，随机误差整体上服从正态分布的统计规律。误差分布函数： 物理实验绪论 

随机误差分布的特点： 分布曲线关于纵轴对称，表明随机误差正值与负值出现的机会均等。 ① 对称性绝对值小的误差出现的概率大，而绝对值大的误差出现的概率小。超过一定数值范围的误差出现的概率趋于零。 ② 单峰性 ③ 有界性当测量次数无穷多时，该随机误差的算术平均值趋向于0。 (4)随机误差的处理 1)测量的平均值： 2)标准偏差：测量列的标准偏差： 物理实验绪论 

它表示被测量的真值在 的范围内的可能性(概率)，不确定度是指由于测量误差的存在而对被测量的真值不能肯定的程度。 1) 总不确定度的类分量平均值的标准偏差：多次测量可以减小随机误差 (5)直接测量结果的表示和总不确定度的估计测量结果的表达式：总不确定度： ——指用统计的方法计算出的不确定度分量 物理实验绪论 

上面两式中的称为“ 因子”，与测量次数 和置信概率有关，在大学物理实验中，当测量次数时，可近似取为1。这时： 2) 总不确定度的类分量有限次测量：测量列的不确定度：平均值的不确定度： ——指用其他方法计算出的不确定度分量 物理实验绪论 

当测量列的不确定度时，待测量真值的随机误差落在这个区间以外的概率仅为0.3%，因此，称为测量列的极限误差。当测量列的不确定度时，待测量真值的随机误差落在这个区间以外的概率仅为0.3%，因此，称为测量列的极限误差。本课程中，近似地取： 3) 总不确定度的合成： 4) 粗差的判定与剔除 (6) 间接测量结果的表示和总不确定度的估计 1) 间接测量结果的一般表示：即：间接测量量的平均值等于将各直接测量量的平均值带入函数关系式后的结果。 物理实验绪论 

2) 间接测量结果的总不确定度： (8) 测量结果的有效数字 1) 定义：测量结果中，可靠的几位数字加上可疑的一位数字，统称为测量结果的有效数字。 物理实验绪论 

2) 在物理实验中，不确定度的有效数字只取一位。任何测量结果，其数值的最后一位要与不确定度所在的这一位取齐。例如：正确：(3.520 0.004)cm 错误：(3.52 0.004)cm，(3.5200.04)cm 3) 数值很大或很小时，用科学记数法表示。 4) 有效数字的运算法则与有效位数判定： ① 运算结果的有效数字位数只和参加运算的待测量的有效数字位数有关。 ② 不考虑误差时：准确数与准确数运算结果仍为准确数；准确数与可疑数、可疑数与可疑数运算结果为可疑数。运算最终结果保留一位可疑数。 物理实验绪论 

例如：123.3+43.462+8.01=174.8； 63.8 1.2=53 ③ 要考虑误差时：最终结果的有效数字应取至不确定度所在位，由此定出结果的有效位数。 ④ 不确定度的有效位数：最终结果的不确定度一般取一位有效数字；当首位为1，第二位小于4时，也可取两位。最终结果的相对误差>10%时取两位有效数字； <10%时取一位有效数字。 5) 有效数字的取舍原则： ① 对数据运算结果，尾数取舍原则为：“小于五则舍，大于五则入，等于五则把尾数凑成偶数”。 物理实验绪论 

例如：将下列各数取为3位有效数字： 2.534 取为：2.53； 2.5554 取为：2.56； 2.5550 取为：2.56； 2.5450 取为：2.54； ② 对测量不确定度，取舍原则是只入不舍。例如：Δ=0.34 取为：Δ=0.4； (9) 实验数据处理方法 1) 列表法 2) 作图法 3) 逐差法 (10) 误差分析应用举例 物理实验绪论 

[例1] 用米尺测量某一物体的长度 l，所得实验数据如下表所示，试求 l 的平均值和测量不确定度，并写出测量结果的表达式(假定测量误差以随机误差为主)。测量次数 1 2 3 4 5 l (cm) 12.25 12.20 12.19 12.16 12.23 解：这是直接测量问题，可使用绪论中(0-6)式、(0-7)式和(0-13)式计算。 物理实验绪论 

解：这是间接测量问题。环的体积为： 环体积的对数及其偏导数为： 物理实验绪论 

代入(0-19)式得： 物理实验绪论 

因此，环体积为： 测量误差与数据处理的基本知识暂时介绍到这儿。 物理实验绪论 

3.关于本课程的几点说明 • 本课程总课时为60学时，分两个学期开设，其中，绪论3学时，考核6学时，实验51学时(共17个实验，每个实验3学时)。 • 17个实验项目中，验证性实验1个，应用型实验9个，综合型实验5个，设计性实验2个（具体项目见课表）。 • 对学生的要求：遵守学生守则和物理实验中心规章制度；课前预习实验教材并写好预习报告；上课不得迟到早退；认真实验，严禁抄袭实验数据或伪造数据；实验完毕整理好仪器用具。 物理实验绪论 

原始实验数据须交指导教师签字才有效，交实验报告时，须附上已签字的原始数据。数据不得遗失，不得涂改。原始实验数据须交指导教师签字才有效，交实验报告时，须附上已签字的原始数据。数据不得遗失，不得涂改。 • 成绩评定：平时成绩(实验操作+实验报告)占70%，学期末考核占30%。平时成绩中，实验操作与实验报告各占35%。若平时成绩不及格，则学期末总评不及格；若学期末考核不合格，则学期末总评不及格。 物理实验绪论 

再见 物理实验绪论 

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