大学物理实验讲义.doc

大学物理实验讲义(非物理专业使用)物理与电子科学系普通物理教研室2006年9月前言物理学是一门以实验为基础的科学,物理学的基本定律,如牛顿运动定律、动量守恒定律、库仑定律、法拉第电磁感应定律等,都是在大量实验的基础上总结出来的,因此,实验是研究和学习物理的重要方法。一、物理实验课的目的通过观察物理现象、模拟物理过程、测量物理量、探讨物理技术。使学习者:了解科学实验的基本组成和实验程序,掌握物理实验的基础知识。通过实验全过程(预习、操作、写实验报告)的训练,培养实验设计的基本能力、提出问题、分析和解决问题的能力、知识的应用能力、报告的撰写能力。养成严肃认真的实验作风(遵守纪律、实事求是、一丝不苟、科学分析、认真细致)。二、作好实验的三个步骤及要求1、预习:上课操作实验之前要明确实验目的,清楚实验内容、实验原理、仪器的工作原理和仪器的正确使用方法,并准备好实验所需测量数据原始记录表格2、实验操作:在充分掌握仪器正确使用的前提下,利用仪器观察物理现象和测量实验数据,同时分析实验数据是否正确。实验中要做到动手和动脑同时进行,及时发现问题并分析解决。(1)按上课时间提前5—10分钟进入实验室,进实验室时要交上次实验的实验报告,将本次实验的预录表格交老师检查。操作时要带教材和辅导资料。(2)进入实验室按指定位置坐好,检查仪器情况并记录仪器编号。整个实验过程中不能动用或调换非本组的仪器,不能随意走动,不能讲话影响他人,每组单独完成实验操作,并且每人都能够单独完成实验。(3)操作要认真仔细,特别要注意仪器的正确使用和使用中的注意事项,若操作不当损坏器材和仪器严重磨损要按规定赔偿。(4)认真记录好原始数据,并对测量的数据认真分析,操作结束后将用钢笔整理好的数据交给教师签字。同时抽查操作过程。(5)整理好仪器、搞好本组卫生、经教师检查允许后方可离开实验室。3、实验报告实验报告要写在专用的物理实验报告册上,其中利用数据的作图要作在坐标纸上。实验报告的主要内容有【1】实验题目:【2】实验目的:【3】实验仪器:实验仪器的型号【4】实验原理:要清楚又简明,配合图形(电路图光路图)说明,复杂的装置图不画。设计性实验的设计过程写在实验原理中。【5】内容与步骤,内容按实验讲义的要求,操作步骤根据内容自己整理。【6】数据处理:实验结果有定性说明的结果和定量表示的结果。定量表示的结果要按规定表示。【7】讨论:包括问题讨论、思考题、体会、建议等等。三、实验成绩的评定第一部分物理实验基础知识第一节有效数字及运算一、有效数字的定义:所有可靠数字和一位可疑数字构成有效数字。物理实验中,所有数据的表示都最好采用科学记数法。特别要注意:1、原始数据必须记录成有效数字,因为直接测量值位数的多少不仅与该物理量的大小有关,还与测量仪器的精度有关。2、测量的结果表示必须写成有效数字。二、有效数字的运算规定1、可疑数与任何数运算,其结果是可疑数字。规定2、准确数与准确数运算,其结果是准确数。规定3、除误差规定外,尾数采用“四舍六入五凑偶”规则1、加减运算,和或差的可疑数位与参加运算各量中最先出现的可疑数位一致。规则2、乘除运算,积或商的有效位数与参加运算各量中有效数字位数最少的相同。说明:物理实验中有效数字的运算要按运算规则进行。但是在计算过程中(非结果表示中),绝对偏差和绝对不确定度的有效数字应该多保留1位(取两位),以免造成偏差放大和不确定度的保守估计。第二节测量与误差的基本概念一、测量及分类(一)、测量的定义:待测物理量与标准物理量的比较。倍数为待测量大小,单位与标准物理量相同。测量的四要素:测量对象、测量方法、测量单位、测量精度。(二)、测量的分类按结果获得方法分:直接测量和间接测量。由仪器或量具直接读出被测量量值的测量。例如用米尺测量物体的长度,用天平和砝码测量物体的质量,用电流表测量电路中的电流,用量筒测量液体的体积等都是直接测量间接测量:借助某种函数关系由直接测量的结果计算出的物理量。多数测量是间接测量。例例如,圆柱体密度可通过测量圆柱体的直径D,高度h,质量m,再根据公式计算得到其ρ密度。2、按测量条件分:等精度测量和不等精度测量。区别方法,看测量条件(测量者、仪器、方法、环境)是否发生变化。实验中严格的等精度测量是非常困难的,根据实际情况,条件变化可忽略时,可视为等精度测量。物理实验中测量结果的讨论只限于等精度测量。3、按测量次数分:单次测量和多次测量。二、误差及分类(一)、真值的定义:物理量客观实在的大小,用0表示。真值的大小无法得到。(二)、误差的定义:测量值与真值之差。用表示,=-0。误差有大小、方向、单位。=-0表示形式为误差的绝对表示形式,误差的相对表示形式为。(误差的大小无法得到,所以在实际测量中定义偏差,用偏差对测量数据进行分析。)测量误差