文档介绍：绪论
一、物理实验课
物理实验课是学生进行科学实验的一门基础课,是大学生入学后受到系统实验方法和技能训练的开端。
物理实验课是用实验的方法研究物理现象的本质和规律。
任务:⑴培养与提高学生的物理实验技能,学习物理实验知识,加深对物理学原理的理解。
⑵培养与提高学生的科学实验能力。
⑶培养学生理论联系实际、实事求是的科学态度。
二、主要教学环节
⑴认真阅读实验讲义
⑵写出预习报告
预习报告的主要内容:实验名称、目的、原理、实验内容、数据记录表格及预习思考题等。
根据操作规程正确调试好仪器,观察实验现象,准确测量实验数据。
写实验报告用实验报告纸,内容包括:实验名称、目的、仪器、原理、实验内容、数据处理、思考题等。
第一章测量误差与数据处理基本知识
第一节测量与测量误差
一、测量及分类
1. 测量:在一定条件下,利用仪器,通过实验的方法,把被测量与作为计量单位的标准量相比较的过程。或者说,测量就是测定待测量和标准计量单位的倍数关系。
任何一种测量结果,其物理量都是由数值(倍数)和单位构成。
2. 测量分类
直接测量:用仪器直接读出测量值的测量。
例如:用刻度尺测长度;用电流表测电流等。
间接测量:根据直接测量所得到的数据,利用一定的物理公式,通过运算,计算出结果。
例如,直接测出单摆的长度L和周期T,应用公式,计算出重力加速度g。
二、误差及表示方法
1. 真值A:物理量的客观存在值。
由于仪器准确度、测量方法、环境影响等条件的限制,任何实际测量总得不到真值。
2. 误差:测量值x与真值A的差异称为测量误差,简称误差。
(1–1–1)
误差存在于一切测量中。
3. 误差表示:误差表示形式有绝对误差和相对误差之分。
绝对误差δ:表示测量结果x与真值A之间的差值以一定的可能性(概率)出现的范围,即真值以一定可能性出现在x- δ至x+ δ区间内。
相对误差 100%:表示绝对误差在整个物理量中所占的百分比,又称百分误差。
4. 测量结果的标准表示形式
根据误差产生的原因和性质,误差可分为系统误差和偶然误差。
单位(1 –1 –2)
100% (1 –1 –3)
第二节系统误差与偶然误差
一、系统误差
1. 系统误差:在同一条件下,多次测量同一物理量时,误差的大小和符号始终保持不变,或在条件改变时,误差的大小和符号按一定规律变化,这类误差叫系统误差。
系统误差的特点:有规律性。
2. 系统误差的来源
⑴由于测量仪器不完善、精度不够高或安装调试不当对实验的影响。有时也称仪器误差。
例如:刻度不准、零点不对、应该水平放置的仪器没有放水平等。
⑵由于实验原理或实验方法不完善对实验的影响。有时也称理论误差。
例如:计算公式的近似或忽略一些其他因素的影响等。
⑶由于外界环境的变化对实验的影响。有时也称环境误差。
例如:温度、压力、电磁场等发生变化对测量的影响。
⑷由于测量者生理或心理因素,缺乏经验对实验的影响。有时也称观测误差。
例如:斜视读数、颜色辩别能力差等。
3. 系统误差的消除
⑴消除产生的原因。对测量过程及测量装置进行分析和研究,找出可能产生系统误差的原因,并采取相应措施使系统误差减小和消除。
⑵对测量结果加以修正。如在计算公式中加修正项等。
⑶采用适当的测量方法。如天平两臂不等长,可采用复称法称衡。
二、偶然误差
1. 偶然误差(也称随机误差):在相同条件下,对同一物理量进行多次重复测量,即使系统误差减小到最小程度,测量值仍会出现一些难以预料和无法控制的起伏,而且测量误差的绝对值和符号也随机地变化,这类误差称为偶然误差。
偶然误差的特点:随机性。
2. 偶然误差的来源:主要来源于人们视觉、听觉和触觉能力的限制以及实验环境偶然因素的干扰。例如:温度、湿度的变化、电源电压的起伏,气流波动及振动等因素的影响。
另有一种粗大误差,在数据处理时应予剔除。
3. 偶然误差的正态分布(亦称高斯分布)
⑴遵从正态分布的偶然误差的四个特征
①单峰性:绝对值小的误差出现的可能性(概率)大,大误差出现的可能性小。
②对称性:大小相等的正负误差出现的机会均等,对称分布于真值的两侧。
③有界性:非常大的正负误差出现的可能性几乎为零。
④抵偿性:当测量次数非常多时,正负误差相互抵消,误差的代数和趋向于零。
⑵正态分布曲线
正态分布的特征可用曲线形象描述
图中横坐标为误差δ,纵坐标为误差的概率密度分布函数ƒ(δ)。根据误差理论
+d
f()
(a) 偶然误差的正态分布曲线
f()
(a) 对 f() 的影响