大学物理实验[.ppt

1、大学物理实验期末讲评主讲：郑乔 2003.12.,本学期物理实验课程要达到的基本要求：（1）对实验测得的数据会正确计算测量结果及其不确定度。（2）正确使用已用过的仪器、掌握已学的实验方法、能正确处理实验数据和正确解释实验中出现的现象。,根据以上要求，本次讲评内容1、本学期实验中存在的问题2、本学期实验技术总结3、仿真实验软件的使用方法,说明两点：1）绝对不确定度ux取一位有效数字，相对不确定度E取两位有效数字。2） 意义：在 范围内出现真值的概率是68.3%。,一、本学期实验中存在的问题（一）、测量结果的计算a.直接测量量：在相同条件下多次测量x，其测量结果计算： 不确定度：结果表示：,解（1

2、）修正零点误差： ,添入上表。（注：也可先求出 ，再减掉零点读数得： ）（2）直径的算术平均值 (计算器算出：2.11775mm)（3）A类不确定度计算：,例1：用千分尺对一小球直径测量8次，测量结果见下表D，千分尺的零点读数为0.008mm，试处理这组数据并给出测量结果。,（4）B类分量：（注意有效数字位数且中间值可多取一位）（5）计算测量结果的不确定度：（6）结果表示：（注意：结果的最后一位有效数字一定落在不确定度所在位。）错误： D=(2.11775 0.00599)mm,b.间接测量量：与直接测量量的函数关系：测量值计算：(注：不相同条件下的测量，按直接测量量的方式处理。如劈尖、电位差

3、校表等）不确定度计算：,例2、分光仪实验中测三棱镜的折射率直接测量量A、min与间接测量量n的函数关系式：n的不确定度 un 必须由传递公式求解！即：其中：,注意：umin和uA将角度化为弧度再计算。,例3、牛顿环及劈尖实验直接测量量与间接测量量的函数关系：R的不确定度uR由传递公式计算：注意这里把 作为直接测量量来处理，且取um-n=0.2,劈尖：直接测量量n、L、与间接测量量e的函数关系：,按间接测量量处理（在相同条件下重复测量）,（1）对测量结果有两种计算方法：当作直接测量量处理（在不同的条件下测量时）,（2）测量结果的不确定度ue按传递公式求解，即其中： 、 只取B类分量。 取0.2（

4、条纹宽度对准）例4、教材的P19P21例题13，认真看！,注意：直接测量量的处理强调的是：数值计算！即：用测量值计算平均值； 用A类和B类不确定度的方和根合成 计算测量值的不确定度间接测量量的处理强调的是：数学计算！即：用直接测量量的函数关系式算平均 值； 用传递公式算不确定度。,（二）、测量结果的表示首先谈谈有效数字的记录及运算问题a、有效数字的定义及其位数b、直接测量量有效数字读取c、间接测量量有效数字的运算举例：例1、确定下列有效数字位数：3.5350；0.003；0.00123；8.70410-3；3.000；例2、某物体的长度恰为12mm (1) 米尺测量，读取：12.0mm(2)用

5、50分度的卡尺，读取：12.00mm(3)用千分尺，读取：12.000mm,例3、计算圆柱体密度的有效数字如何确定？答：首先利用不确定度传递公式计算（取一位有效数字），由此可知道测量值在哪一位上出现可疑。此位就是测量值有效数字的截止位。然后，利用密度计算公式由计算器计算值（注意利用 决定其最后一位所在位）。例如：计算的 =0.00007g/mm3；由计算器计算的=8.32961410-3g/mm3正确结果应该写成（先将 的表示形式与的表示形式统一，即： =0.00007g/mm3=0.0710-3g/mm3) =8.3310-3g/mm3 （或 =8.33961410-3g/mm3=0.008

6、329614g/mm3）,因此，=8.3310-3g/mm3（正确）错误的写法：正确的结果表示：,错误有三处：值的有效数字位数错了。最后一位应与 所在位对齐。即：8.00103kg/m3,例4、测量结果的正确表示：（按有效数字的规则：数值的最后一位一定是不确定度所在位，绝对不确定度取一位有效数字，相对不确定度取两位有效数字）以下结果表示为什么错？1） kg/m3 E =0.003,书写形式不对。正确写法： (8.000.07)103kg/m3相对不确定度E应保留二位有效数字且应写成百分数形式。即：E=0.32%,2） kg/m3 E=0.32365,错误有三处： 的有效数字位数错了。应取一位即

7、：0.08103kg/m3.且值的有效数字位数错了。最后一位应与 所在位对齐。即： 8.00103kg/m3,书写形式不对。正确写法： (8.000.07)103kg/m3相对不确定度E应保留二位有效数字且应写成百分数形式。即：E=0.32%,（三）、作图处理数据问题（实验作图不是示意图，而是用图来表达实验中得到的物理量间的关系，同时，还要反映出测量的准确程度。所以必须满足一定的作图要求。）注意：描点可用“+、”符号表示数据点。连线要纵观所有数据点的变化趋势，充分尊重实验事实，不要人为地往理论上靠。所连的线不一定要通过所有的数据点，而要在线的两测数据点均衡分布。,1、气轨实验，部分同学作图如下

8、：错误作图（连线通过所有点，斜率截距未标出）正确作图：,V,x,V,x,2、静电场模拟实验作图；,（错误：电极处有电力线、分压器均匀分压但部分同学没有取全数据，使无法通过电力线疏密反映电场强弱、只画等势线不画电力线或所画电力线不与等势线垂直等）,二、实验操作基本要求（正确使用已用过的仪器。教材第四章有相应介绍）仅列举几点：力学：游标卡尺、千分尺、读数显微镜、天平、气轨、光电计时器、光杠杆、刚体转动仪等要用心体会它们是如何提高测量精度的。如：游标卡尺、千分尺，在米尺基础上通过机械放大提高了测量精度；光杠杆通过光放大对微小长度测量提高了测量精度；气轨、光电计时通过克服客观条件的不如意来提高了测量精

9、度等。,电学：万用表、滑线变阻器、电阻箱、双刀双掷开关（控压、换向）、电源（粗、细调）、检流计、示波器、电桥、电位差计等掌握它们的基本使用方法及电路形式如：使用万用表测电流、电压、电阻需要注意的问题；使用稳压电源粗、细调问题；几个典型电路（分压、限流、双刀开关、电桥、电位差典型电路）；,光学：分光仪、读数显微镜、望远镜等掌握显微镜、望远镜基本光路（均是二次成像，都是由物镜和目镜组成，但目的不同。原因何在？）,原子中电子磁矩以玻尔磁子 为单位，其中me为电子质量；原子核磁矩的单位为核磁子 ， mp为质子质量。 me 与mp 相差近两千倍！如何测到原子核磁矩？,三、实验技术小结实验技术是实验的精髓

10、，不仅通过它可以获得实验结果，而且有的实验技术会给人以美的享受！如核磁共振技术,核磁共振1946年，美国科学家发现：原子核由于具有磁矩，它们可以在磁场中旋转。磁场的强度和方向决定原子核旋转的频率和方向。在磁场中旋转的原子核有一个特点，即可以吸收频率与其旋转频率相同的电磁波，使原子核的能量增加，当原子核恢复原状时，就会把多余的能量以电磁波的形式释放出来。这一现象如同拉小提琴时琴弓和琴弦的共振一样，因而被称为核磁共振。,我们的实验中也有这样令人赞叹的技术，要学会体会。会让你终身受惠的。1、牛顿环测曲率半径，由理论推导可得：由于实验中无法准确确定圆环中心，如何在实验中避开对中心的确定或对半径rk测量

11、？（测直径也需要圆心，如何办？）,2、示波器荧屏如何显示稳定的波形？构成简单而稳定的示波图形的条件是纵向电压频率与横偏电压频率的比值是整数，即：这一点光靠人工是不够的。待测频率越高，问题越突出。“整步”解决了此问题。3、气垫导轨测滑块运动速度实际测的速度：而速度的定义：,通过极限法（外延法）获得速度的测量！（需要条件：前档光板必须固定）4、电桥电路的应用（开关电路可进行自动控制）5、分光仪调节中使用平面镜做调节的辅助工具。,四、期末考试复习1、教材：前四章应该认真读！2、自己做过的实验要总结3、书中30页、41页练习题自己做做（参考答案在实验室网页上可下载）4、实验室网页上有各实验报告的参考答案、实验中的一些问题讨论、以前的实验考试卷及练习题答案。请浏览。,