大学基础物理实验绪论

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1、《大学基础物理实验》绪论主讲人：张春玲南开大学基础物理实验中心zhangchl@nankai.edu.cn§1普通物理实验的意义、目的§2测量的基本概念及读数规则有效数字及其运算法则§3测量不确定度§4实验数据处理方法§1物理实验的意义、目的物理学是实验科学归纳法演绎法实验可以发现新事实，实验结果可以为物理规律的建立提供依据实验又是检验理论正确与否的重要判据普通物理实验课的目的物理实验课程≠一般的探索性的科学试验每个实验题目都经过精心设计、安排，实验结果也比较有定论，但它是对学生进行基础训练的一门重要课程。加深大家对理论的理解使同学获得基本的实验知识，在实验方法和实验技能诸方面得

2、到较为系统、严格的训练，是大学里从事科学实验的起步在培养科学工作者的良好素质及科学世界观方面，物理实验课程也起着潜移默化的作用。§2测量的基本概念及读数规则物理量的表示方法：一般一个数值乘以测量单位所表示的特定量的大小用数值和单位表示其大小，还要考虑其方向（如力、速度等）通过实验测得的量（除个别无单位常数外）用数值、单位和测量不确定度三者来表示，有的还要注明方向。§2.1测量基本概念定义---将预定的标准与未知量进行定量比较的过程和结果。测量过程中必须满足两个必要条件(1)预定的标准必须是精确的已知量，并为人们所公认；(2)用以进行这种定量比较的仪器设备和程序必须能被证明是正确的

3、。测量五要素---观测者、测量对象、测量仪器、测量方法及测量条件1.直接测量将待测量与基准或标准直接进行比对，从而直接读出待测量是标准单位的多少倍。单次测量---根据需要或可能多次测量相同条件：观测者、所用仪器、测量原理和方法及外部环境等宏观条件相同不同条件2.间接测量利用它与另外一些可直接测出的物理量之间的函数关系间接求取,例如：§2.2读数规则仪器的可读度取决于采用模拟显示的仪表和观测者。1．线性刻度的仪器仪表，估读至其分度值的十分之几。2．下列几种类型的仪器仪表，一般不进行或不可能估读：非线性刻度的仪器仪表一般不要求估读，如欧姆表。不确定度与分度值非常接近的仪器，进一步估计

4、其读数将无实际意义，如游标卡尺。示值产生跳变的仪表(不连续式的)，读数时不可能进行估计。例如：数字显示仪表、机械停表等。读数规则的重要性：仪器、仪表读数的末位即是读数误差所在位，它将直接关系到对测量不确定度的估计。49.86mm5.737mm§2.3有效数字及其运算法则一.有效数字：正确有效地表示测量和运算结果的数字1.有效数字的组成准确（可靠）数字＋一位欠准（可疑）数字有效数字的位数---从第一位非零数字算起数字的个数9.3mm两位有效数字0.0093m两位有效数字01cmX2.与有效数字有关的几个问题(1)测量结果的有效数字最终将取决于测量不确定度的大小，应遵从与测量不确定度

5、末位取齐的原则。测量不确定度取一位时，用以表示测量结果的数字均为有效数字两位，测量结果的末位数字称为参考数字（安全数字）(2)科学计数法---其中A在任何情况下均可准确地表出测量结果的有效数字位数，其数量级必须是个位数；用以表示测量结果的数量级。(3)常数2,1/2,,π及e等的有效数字位数是无限的。4位有效数字二.有效数字的运算法则1．尾数舍入规则小于五舍，大于五入，等于五时则把尾数凑成偶数。4.1868取4位有效数字1.63501、1.63500、1.64500取3位有效数字2．有效数字的四则运算法则加减法：结果的尾数与末位最高的那个数据的尾数对齐“尾数取齐”4.18738.

6、21+161.2-1.32＝1.64198.1一个四位有效数字减去一个四位有效数字结果是几位有效数字？9999-1000=89999999-9000=9999999-9900=999999-9990=9二.有效数字的运算法则1．尾数舍入规则小于五舍，大于五入，等于五时则把尾数凑成偶数。2．有效数字的四则运算法则加减法：结果的尾数与末位最高的那个数据的尾数对齐“尾数取齐”乘除法：结果比有效数字最少的多取一位“多取一位”562.3×1.21/232.2＝2.930算术平均值的有效数字：“多取一位”,最后与测量不确定度的尾数取齐一切近似常数（如等）与测得值一起运算时，为了减小计算误差，

7、一般应比测得值至少多取1～2位数字。在进行大量繁复运算（如用最小二乘原理进行方的回归）时，在运算过程中，为了不失去原有精度就应尽可能地多保留一些位数。§3测量不确定度测量不确定度是正确表示实验测得量的需要。为协调国际工商业测量误差表达的一致性，1992年国际计量局、国际电工委员会、国际标准化组织和国际法制计量组织四大权威计量组织与国际临床医学联合会等七个国际组织协调一致，制定了协调的、具有国际指导性的《测量不确定度表达指南（GUM）》（“导则”）。此“指南”的一些基本概念是国际、