2012春季大学物理实验讲义

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1、目录物理实验基础知识11.1物理实验11.2测量21.3测量误差41.4测量结果的不确定度131.5测量结果不确定度估算及表示151.6有效数字181.7列表和作图211.8逐差法241.9最小二乘法26实验报告要求29实验1浮力与体积密度的测定31实验2薄透镜焦距的测定34实验3电子示波器的使用40实验4金属材料弹性研究53实验5RLC电路特性的研究（1）58实验6光的偏振现象研究（1）67实验7电路元件伏安特性研究70实验8用牛顿环法测透镜曲率半径73实验9验证转动定律80实验10声波合成研究85实验11磁场描

2、绘90实验12分光仪的调整及棱镜折射率的测定99.107.第一章物理实验基础知识1.1物理实验一、科学实验科学实验是人们根据一定的研究目的，运用一定的科学仪器，创设有利条件，人为地控制研究对象及其运动过程，以便暴露它们在自然发生的条件下无法暴露的特性，通过观察、测量等手段研究其本质规律的科学实践活动。二、科学实验系统结构一般来讲，实验系统结构如图1-1所示。图1-1实验系统结构图三、科学实验的基本特性1.对研究对象和实验过程的人为可控制性2.实验结果的可重复性四、物理实验在物理学发展中的作用1.发现新事物和探索新规

3、律2.验证理论3.测定物理常数4.开拓应用研究五、物理教学实验1.基本特点(1)一般是典型的科学发展中的重要实验(2)有比较完备的实验器材与参考资料2.基本功能(1)培养学生的科学实验能力(2)提供理论联系实际的学习环境(3)培养实事求是的科学素质.107.3.基本实验类型(1)测定性实验(2)验证性实验(3)探究性实验4.物理教学实验程序(1)预习(2)实验操作(3)书写实验报告1.2测量一、直接测量与间接测量（按测量过程分类）测量：用一定的工具或仪器，通过一定的方法，直接或间接地与被测对象进行比较，求出比值的过

4、程。测量所得的值(数据)应包括数值(大小)和单位。两者缺一不可!直接测量把待测的物理量直接地与标准单位的同类物理量进行比较。例如：用米尺测长度，用天平称衡质量，用秒表测时间，用电表测电压、电流，用温度计测温度等。(L，m，t，v，I,T)相应的物理量称为直接测得量。间接测量是计算由一个或几个直接测量量组成的函数的数值。例如：当用单摆测定重力加速度g时，用米尺测量单摆的摆长度l，用停表测定单摆的摆动周期T，然后通过函数式：的计算得到。这里g是间接测量量，l,T是直接测量量。大量的物理量是通过间接测量得到的。二、等精度

5、测量与不等精度测量(按测量条件分类)对某一物理量进行多次测量，而且每次测量的条件相同(如同一观察者，同一组仪器，同一测量方法和同样的环境条件下测试等等)，测得的数据为X1,X2,…，Xn,称为等精度测量。在所有的测量条件中，只要有一个发生变化，这时所进行的测量就是不等精度测量。严格地说，在实验过程中保持测量条件完全相同的多次测量是极其困难的，但当某一条件的变化对结果的影响不大，甚至可以忽略时，仍可将此种测量视为等精度测量。一般情况下除了特别指明外，都作为等精度测量来讨论。物理实验中大多采用等精度测量。三、测量仪器的

6、量程、精密度和准确度测量是通过一定的仪器或量具来完成的，每一种类的仪器都有一定的使用条件、范围和方法。因此，熟悉仪器的性能，掌握仪器的使用方法和准确的读数是完成实验的必要条件。为此，在测量前必须对仪器有足够的了解。(1)量程：仪器的测量范围称为仪器的量程，如：天平的最大称量为1.107.000g,则其量程为1000g；电位差计的测量范围是0→170mV，则其量程为170mV等等。不容许在超量程下使用仪器，否则会损坏仪器。(2)精密度：仪器的精密度是指仪器所能分辨物理量的最小值。如测量长度时米尺(最小分度值为1mm)

7、，游标卡尺(分度值为1／50mm)，螺旋千分尺(分度值0.01mm)的精密度是不同的。仪器的精密度与仪器的最小分度值一致，此值愈小，仪器的精密度愈高。(3)准确度：用仪器的准确度级别来标志。例如：某电压表的表面上标有0.5字样的就是该电压表的准确度级别是0.5级。一般仪器(测量用具)分度值取为准确度数值的1／2～2倍，有的仪器则完全相等，如游标卡尺，分度值为0.02mm时，其准确度数值也为0.02mm。四、测量值的确定1．直接测量值的确定——算术平均值如果对一物理量进行多次测量。例如对物理量X等精度测量，得到一系列

8、X1,X2,…，Xn数值，在测量没有错误及符合统计规律的情况下，可以用算术平均值表示测量的最佳值，即(1.1)可以证明，当测量次数无限多时，算术平均值将无限接近真值。对于有限次测量，平均值会随着测量次数的不同而有所改变，也会因不同范围的测量数据而稍有差别。2.间接测量值的确定对于间接测量值w=f(x,y,…)，它由直接测量值（x,y,…）所确定。当多次测量时