物理实验绪论yang市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx

华中科技大学华中科技大学物理试验中心物理试验中心4 4月月第第1 1页页湖北省第二届大学生物理试验创新设计大赛湖北省第二届大学生物理试验创新设计大赛广而告之广而告之欢迎参加欢迎参加*有兴趣同学课以后拷贝有兴趣同学课以后拷贝“详细要求和说明详细要求和说明”第第2 2页页通通 知知5 5、为方便同学们上课，科技楼物业每七天二晚上、为方便同学们上课，科技楼物业每七天二晚上6:006:00，每七天六早晨，每七天六早晨7:307:30、下午、下午1:301:30开放科技楼大厅西门。开放科技楼大厅西门。1 1、班长或学习委员带上班级同学名单（学号和姓名）、班长或学习委员带上班级同学名单（学号和姓名）（包含留学生），于上绪论课后第二天，到（包含留学生），于上绪论课后第二天，到科技楼北楼科技楼北楼117117室室确认同学信息，领取试验卡。确认同学信息，领取试验卡。2 2、在第、在第1212周星期五之前各班班长带周星期五之前各班班长带3030元押金到元押金到科技科技楼北楼楼北楼315315室尤小平老师室尤小平老师处领取汇报柜钥匙。处领取汇报柜钥匙。3 3、各班一定要在、各班一定要在试验课结束一个星期内试验课结束一个星期内，将汇报柜钥，将汇报柜钥匙及试验卡交回到科技楼北楼匙及试验卡交回到科技楼北楼315315室，过期交还者将不室，过期交还者将不退还押金。退还押金。4 4、科技楼北楼科技楼北楼117117室室有试验汇报纸、数据统计纸和有试验汇报纸、数据统计纸和坐标纸，以班级为单位前往购置。坐标纸，以班级为单位前往购置。第第3 3页页第第4 4页页 课课 后后 任任 务务1 1、完成书面作业、完成书面作业练习题第练习题第4 4题题、和第和第7 7 题题 （要求（要求写在试验汇报纸上写在试验汇报纸上）。）。2 2、必须在、必须在第第1212周星期三、四、五周星期三、四、五以班为单位收以班为单位收齐后将作业交到齐后将作业交到科技楼北楼科技楼北楼315315室尤小平老师室尤小平老师处，过期不收。处，过期不收。第第5 5页页第一部分第一部分第二部分第二部分物理试验课须知物理试验课须知物理试验数据处理物理试验数据处理绪论课内容提要绪论课内容提要第第6 6页页一、物理试验课程序一、物理试验课程序二、物理试验课预约二、物理试验课预约三、物理试验中心网站三、物理试验中心网站四、物理试验注意事项四、物理试验注意事项五、物理试验汇报要求五、物理试验汇报要求六、物理试验考评与重修六、物理试验考评与重修物理试验课须知第第7 7页页一、物理试验课程序一、物理试验课程序 1 1、预约试验、预约试验 2 2、预习并撰写预习汇报、预习并撰写预习汇报 3 3、独立完成试验如实统计数据、独立完成试验如实统计数据 4 4、按要求处理数据并完成试验汇报、按要求处理数据并完成试验汇报 5 5、按时将试验汇报交到指定位置、按时将试验汇报交到指定位置第第8 8页页学生学号为不含字母学生学号为不含字母全部数字，全部数字，如如U200811089,U200811089,登登录时用录时用200811089200811089初始密码：初始密码：123456 123456提议第一次登录后立提议第一次登录后立即修改密码，新密码即修改密码，新密码不要含有字母。不要含有字母。科技楼北楼二楼大厅科技楼北楼二楼大厅触摸屏二十四小时可触摸屏二十四小时可使用。使用。IP：218.199.86.171二、物理试验课预约二、物理试验课预约第第9 9页页三、物理试验中心网站物理试验中心网站IP：218.199.86.172第第1010页页四、物理试验注意事项四、物理试验注意事项1、物理试验课、物理试验课56课时，分两个学期进行：课时，分两个学期进行：物理试验（物理试验（1）28课时在春季学期开课，课时在春季学期开课，物理试验（物理试验（2）28课时在秋季学期开课。课时在秋季学期开课。2、每个学期分两段上课，不允许跨段修、每个学期分两段上课，不允许跨段修课和考试。课和考试。3、要求每个学生在要求时间内选做要求、要求每个学生在要求时间内选做要求个数试验，并提交试验汇报。个数试验，并提交试验汇报。春季学期选做春季学期选做6个试验个试验+绪论作业），绪论作业），秋季学期选做秋季学期选做7个试验。个试验。第第1111页页5、每次课每次课4 4课时（课时（3 3小时），不允许迟到、小时），不允许迟到、旷课或早退旷课或早退 。4 、先预约后试验，预约后、先预约后试验，预约后要经常看预约要经常看预约网上通知网上通知。相关试验事项都将在网上通知，不在对各个班单独相关试验事项都将在网上通知，不在对各个班单独通知。通知。迟到一次从总成绩中扣迟到一次从总成绩中扣0.50.5分，迟到分，迟到3030分钟以上，分钟以上，计算机自动做旷课论处，并从总成绩中扣计算机自动做旷课论处，并从总成绩中扣3 3分。分。第第1212页页6、课前应按要求课前应按要求写好试验预习汇报写好试验预习汇报，上试验，上试验课时不带试验预习汇报，不允许做试验。课时不带试验预习汇报，不允许做试验。7、试验时试验时刷卡签到刷卡签到，不刷卡者以迟到论处，不刷卡者以迟到论处。8、若有事不能做试验，可若有事不能做试验，可提前一天以上在网提前一天以上在网上撤消试验上撤消试验，也可当日到教室找任课教师，也可当日到教室找任课教师请请假假，请假不扣分。，请假不扣分。9、旷课或请假后，应尽快重新预约。旷课或请假后，应尽快重新预约。第第1313页页10、试验时试验时按试验设备号坐定按试验设备号坐定，不要乱动别组，不要乱动别组仪器设备，严格按照操作规程操作仪器仪器设备，严格按照操作规程操作仪器。11、完成试验后，预习汇报和统计初稿都应完成试验后，预习汇报和统计初稿都应交指导教师检验并签字。交指导教师检验并签字。12、每个同学应每个同学应独立完成试验独立完成试验，认真观察试，认真观察试验现象，实事求是统计数据（验现象，实事求是统计数据（不允许用铅笔不允许用铅笔统计数据统计数据），不允许剽窃、造假、涂改原始），不允许剽窃、造假、涂改原始数据。数据。13、离开试验室前，关闭电源开关，并应整离开试验室前，关闭电源开关，并应整理好所用仪器，做好清洁卫生。理好所用仪器，做好清洁卫生。第第1414页页14、试验汇报连同数据统计纸应在完成试验下试验汇报连同数据统计纸应在完成试验下一周内交到相关试验室汇报柜内。一周内交到相关试验室汇报柜内。第第1515页页交试验交试验汇报时汇报时注意找注意找准柜子准柜子第第1616页页这是老师发改过试验汇报、同时也是这是老师发改过试验汇报、同时也是课代表领回试验汇报地方。课代表领回试验汇报地方。信息不完信息不完整试验汇整试验汇报报第第1717页页15、转系、转专业学生应及时到科技楼北楼转系、转专业学生应及时到科技楼北楼117117更新个人信息，方便准确发送成绩更新个人信息，方便准确发送成绩。1、信息齐全、格式规范。、信息齐全、格式规范。2、字体工整、洁净整齐。、字体工整、洁净整齐。3、表述正确、层次清楚。、表述正确、层次清楚。4、图表合理、讨论认真。、图表合理、讨论认真。五、物理试验汇报及数据统计要求五、物理试验汇报及数据统计要求第第1818页页指发汇报柜号指发汇报柜号每个班一个号每个班一个号填写预约时系填写预约时系统所给编号统所给编号试验课前需要试验课前需要完成部分完成部分试验课后需要试验课后需要完成部分完成部分第第1919页页第第2020页页六、物理试验考评与重修六、物理试验考评与重修1、成绩评定：、成绩评定：平时平时70%+考试考试30%平时：平时：课堂操作课堂操作50%+试验汇报试验汇报50%2、考试方式：、考试方式：闭卷闭卷 笔试考试（笔试考试（120分钟）分钟）3、考试范围：、考试范围：绪论与所选试验绪论与所选试验4、考试时间与地点：由学校教务处通知、考试时间与地点：由学校教务处通知5、物理试验不及格、物理试验不及格只有重修，没有补考只有重修，没有补考6、不及格者按学期跟下一年级从头重修、不及格者按学期跟下一年级从头重修 物理试验（物理试验（1）不及格者在春季重修）不及格者在春季重修 物理试验（物理试验（2）不及格者在秋季重修）不及格者在秋季重修第第2121页页春季学期试验项目春季学期试验项目1 1、示波器调整和使用、示波器调整和使用 地点：科技楼北地点：科技楼北2 2、多功效摆设计与研究、多功效摆设计与研究 地点：科技楼北地点：科技楼北3 3、分光计调整与折射率测定、分光计调整与折射率测定 地点：科技楼北地点：科技楼北4 4、密立根油滴试验（、密立根油滴试验（第二册讲义第二册讲义）地点：科技楼北地点：科技楼北5 5、超声声速测量超声声速测量 地点：科技楼北地点：科技楼北6 6、电子元件伏安特征测量电子元件伏安特征测量 地点：科技楼北地点：科技楼北7 7、直流电桥及其应用直流电桥及其应用 地点：科技楼北地点：科技楼北8 8、霍尔效应与应用设计、霍尔效应与应用设计 地点：东七楼地点：东七楼因为设备更新，因为设备更新，5 5、6 6、7 7三个试验与书上有差异，请同三个试验与书上有差异，请同学们参看网上电子讲义。学们参看网上电子讲义。IP:218.199.86.171/bbsIP:218.199.86.171/bbs第第2222页页物理试验数据处理物理试验数据处理u给出待测量（其值或关系）给出待测量（其值或关系）u不确定度计算不确定度计算u结果表示结果表示u数据处理举例数据处理举例u整理数据整理数据第第2323页页一、整理数据一、整理数据第第2424页页二、给出待测量（其值或关系）二、给出待测量（其值或关系）得出待测量几个方法得出待测量几个方法(普通用于直接测量量）普通用于直接测量量）2、列表法列表法3、图示法图示法4、用最小二乘法求经验公式用最小二乘法求经验公式5、逐差法逐差法（要求自变量是等间隔改变而函要求自变量是等间隔改变而函数关系为线性数关系为线性）1、算术平均法算术平均法第第2525页页对于间接测量量呢？对于间接测量量呢？比如对于电流密度比如对于电流密度*要求有要求有公式公式*要有中间过程要有中间过程，先写计算式，再代入数据，先写计算式，再代入数据第第2626页页1 1、不确定度基本不确定度基本概念概念三、不确定度三、不确定度(uncertainty)(uncertainty)计算计算用标准偏差表示测量不确定度用标准偏差表示测量不确定度。测量不确定度：测量不确定度：标准不确定度标准不确定度u ：是对被测量真值所处量值范围评定，反应对是对被测量真值所处量值范围评定，反应对被测量值被测量值不能必定程度不能必定程度。第第2727页页2、标准偏差标准偏差测量列测量列 x1，x2，x3，x4 ，xn上述概率为上述概率为置信概率置信概率（普通用（普通用P表示）表示），对应区间叫，对应区间叫置信区间置信区间 物理量值位于物理量值位于 区间区间 概率为概率为68.3%，当当时，时，比如比如位于位于 区间概率为区间概率为95.4%。最正确值，最正确值，期望值期望值离散离散程度程度统计统计意义意义：李耀清李耀清 试验数据处理试验数据处理 P12P12、P44P44第第2828页页 标准不确定度分量，标准不确定度分量，由观察列统计分析评定。又称为由观察列统计分析评定。又称为统计不确定度统计不确定度。当当时时，意意义义 ：当：当测测量次数量次数 时时物理量落在区物理量落在区间间 内概率内概率为为68.3%68.3%当当n为有限时为有限时t tp 大于大于1，与测量次数与测量次数 n 相关相关,也与也与 P P 相关。相关。tp 与与 n 及及 P 关系关系 34567890.954.303.182.782.572.452.372.311.96npA A 类标准不确定度分量类标准不确定度分量 ：3、直接测量量标准不确定度直接测量量标准不确定度第第2929页页 标准不确定度标准不确定度分量，由不一样于分量，由不一样于A A类分量其它方法确定。又称类分量其它方法确定。又称非统计不确定度。非统计不确定度。通常也可取通常也可取B 类标准不确定度分量类标准不确定度分量 ：B类标准不确定度可表示为：类标准不确定度可表示为：第第3030页页总标准不确定度总标准不确定度当当时时当当时时在单次测量中在单次测量中相对不确定度相对不确定度第第3131页页4、间接测量量标准不确定度间接测量量标准不确定度y 标准不确定度传递公式标准不确定度传递公式：各直接测量量标准不确定度分别为：各直接测量量标准不确定度分别为：第第3232页页y 相对标准不确定度传递公式相对标准不确定度传递公式：和和被称为不确定度被称为不确定度传递系数传递系数 第第3333页页间接测量量传递公式推导举例间接测量量传递公式推导举例和差形式函数可直接和差形式函数可直接求标准不确定度求标准不确定度第第3434页页积商形式函数可先求积商形式函数可先求相对标准不确定度相对标准不确定度例例2:2:待测电流密度待测电流密度j j 第第3535页页四、结果表示四、结果表示（单位单位）当待测物理量有公认当待测物理量有公认标准值或理论值标准值或理论值时，其测时，其测量不确定度可表示为量不确定度可表示为：此时结果表示为此时结果表示为:（单位单位）第第3636页页L=4.2530.8510.851L=4.20.8结果表述中不确定度只能取结果表述中不确定度只能取1 1位有效数字，位有效数字，相对不确定度取相对不确定度取1 1到到2 2位有效数字，测量值有位有效数字，测量值有效数字尾数与不确定度尾数应对齐效数字尾数与不确定度尾数应对齐第第3737页页有效数字及相关要求有效数字及相关要求有效数字有效数字 由测量（计算）结果中准确数字由测量（计算）结果中准确数字和最终一位可疑数字组成和最终一位可疑数字组成 有效数位有效数位 有效数字位数（决定于仪器精度有效数字位数（决定于仪器精度及被测量量大小）及被测量量大小）0.00340.0034（二位有效数字）（二位有效数字）0.003400.00340（三位有效数字）（三位有效数字）试验测量中试验测量中统计数据必须是有效数字统计数据必须是有效数字，有效数，有效数位直接反应测量准确度，不能随意取舍。位直接反应测量准确度，不能随意取舍。第第3838页页 保留三位保留三位有效数字有效数字a=37.24 a=37.2 =37.250 =37.2 c=37.15 c=37.2 运算结果应符合有效数字运算法则运算结果应符合有效数字运算法则多出存疑数字按要求法则取舍多出存疑数字按要求法则取舍拟舍弃数字不等于拟舍弃数字不等于5 5时，大于时，大于5 5则进，小于则进，小于5 5则舍。则舍。拟舍弃数字等于拟舍弃数字等于5 5时，欲保留数字末位是奇数则进，时，欲保留数字末位是奇数则进，是偶数则舍是偶数则舍。有效数字与小数点位置和单位无关，改变单位时有效数字与小数点位置和单位无关，改变单位时有效数位不变有效数位不变第第3939页页五、结果分析五、结果分析第第4040页页仪器：千分尺千分尺 仪器误差0.004mm 电流表电流表 量程15mA 精度0.5级D/mm0.5080.5100.5070.5090.5090.511导体直径I=14.04 I=14.04 A A列表给出列表给出列表给出列表给出测量数据测量数据测量数据测量数据六、数六、数 据据 处处 理理 举举 例例第第4141页页直接测量量值及其不确定度直接测量量值及其不确定度第第4242页页结果表述：结果表述：END间接测量量值及其不确定度间接测量量值及其不确定度结果分析：略结果分析：略结果分析：略结果分析：略第第4343页页 列表法列表法温度温度 t(C)20.025.030.035.040.045.0电电阻阻R R()21981869153012671034890T273.2+t(K)293.2298.2303.2308.2313.2318.2110-3/T(1/K)3.4113.3533.2983.2453.1933.1431nRT7.6957.5337.3337.1446.9416.790半导体热敏电阻电阻与温度关系半导体热敏电阻电阻与温度关系 表名表名物理量及单位物理量及单位测量数据（有效数字）测量数据（有效数字）线性线性回归回归第第4444页页 作图法作图法作图规则作图规则1 1、选取坐标纸、选取坐标纸2 2、定坐标轴、定坐标轴 横轴横轴-自变量自变量 纵轴纵轴-因变量因变量 （用粗实线）（用粗实线）3 3、标注物理量名及、标注物理量名及单位单位4 4、坐标分度、坐标分度便于读数便于读数与测量仪器最与测量仪器最 小刻度对应小刻度对应 5 5、描点连线、描点连线6 6、标注图名、标注图名 物理量名物理量名单位单位光滑曲线光滑曲线测点均分曲线两侧测点均分曲线两侧图名图名正确分度正确分度0 0202030030040405050606070701010第第4545页页作图法处理试验数据n错误作图实例n修改n(nm)1.6500500.0700.01.67001.66001.70001.69001.6800600.0400.0玻璃材料色散曲线图玻璃材料色散曲线图图图1n(nm)1.6500500.0700.01.67001.66001.70001.69001.6800600.0400.0玻璃材料色散曲线图玻璃材料色散曲线图第第4646页页作图法处理试验数据n错误作图实例图图2I(mA)U(V)0 02.008.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.001.003.00电学元件伏安特征曲线电学元件伏安特征曲线横轴坐标分度选取横轴坐标分度选取横轴坐标分度选取横轴坐标分度选取不妥。不妥。不妥。不妥。横轴以横轴以横轴以横轴以3 cm3 cm3 cm3 cm 代代代代表表表表1 1 1 1 V V V V，使作图和读图都使作图和读图都使作图和读图都使作图和读图都很困难。实际在选择坐标很困难。实际在选择坐标很困难。实际在选择坐标很困难。实际在选择坐标分度值时，应既满足有效分度值时，应既满足有效分度值时，应既满足有效分度值时，应既满足有效数字要求又便于作图和读数字要求又便于作图和读数字要求又便于作图和读数字要求又便于作图和读图，图，图，图，普通以普通以普通以普通以1 1 1 1 mm mm mm mm 代表代表代表代表量值是量值是量值是量值是10101010整数次幂或整数次幂或整数次幂或整数次幂或是其是其是其是其2 2 2 2倍或倍或倍或倍或5 5 5 5倍。倍。倍。倍。I(mA)U(V)o o1.002.003.004.008.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.00电学元件伏安特征曲线电学元件伏安特征曲线更正为：更正为：第第4747页页定容气体压强温度曲线定容气体压强温度曲线1.1.60000.80000.4000图图3P(105Pa)t()60.00140.00100.00o120.0080.0040.0020.00图纸使用不妥。图纸使用不妥。图纸使用不妥。图纸使用不妥。实际作图时，实际作图时，实际作图时，实际作图时，坐标原点读数坐标原点读数坐标原点读数坐标原点读数能够不从零开能够不从零开能够不从零开能够不从零开始始始始。定容气体压强温度曲线定容气体压强温度曲线1.00001.15001.1.10001.0500 P(105Pa)50.0090.0070.0020.0080.0060.0040.0030.00t()更正为：更正为：第第4848页页x、y之间线性程度，或者最之间线性程度，或者最小二乘法应用是否适当，依小二乘法应用是否适当，依据据相关系数相关系数r来判断来判断设设已知已知测量测量列列 x1，x2，x3，xn；y1，y2，y3，yn，且初步判断且初步判断x、y呈线性关系，求出呈线性关系，求出 x、y 之间数学之间数学关系式。关系式。则有则有第第4949页页0 0 x xy y假如用最小二乘法处理这么数假如用最小二乘法处理这么数据，非常不适当，相关系数会据，非常不适当，相关系数会很小。很小。第第5050页页测量测量I I（cm)cm)：168,170,165,175,170,169,177,167,170,172测量测量II(cm)II(cm)：170.3,170.5,170.1,170.8,170.5,170.6,171.0,170.9,170.5,169.8标准偏差标准偏差现要测量某人高度现要测量某人高度L L，测量情况以下，测量情况以下第第5151页页在声速测量试验中，测得驻波波腹位置分别为在声速测量试验中，测得驻波波腹位置分别为(单单位为位为mm)：l1l2l3l4l5l6l7l8mm13.8221.6629.5637.2845.0252.8660.7068.46逐差法得逐差法得:算术平均法得算术平均法得第第5252页页