物理竞赛实验手册.ppt

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1、中学生物理竞赛实验基本知识（1879－1955）2005国际物理年（1905－2005）结束放影§1－2测量与误差§1－1物理实验课的基本程序和要求§1－3系统误差§1－4偶然误差§1－5实验中的错误与错误数据§1－6测量结果的不确定度§1－7有效数字§1－8数据处理的基本方法目录7415141192330在实验前必须预习，弄清实验原理和内容，并对测量仪器和测量方法有所了解。在此环节，重点解决三个问题：结束放影实验过程的三个环节（一）实验预习→预习报告（二）实验操作→实验数据（三）撰写报告→实验报告§1－1物理实验课的基本程序和要求目录（1）做什么（这个实验最终要达到什么目

2、的)；(2)根据什么去做（实验课题的理论依据和实验方法）；（3）怎么做（实验方案、条件、步骤和实验关键要领）(1,2)（1）正确安装、调试与使用仪器；（2）仔细观察物理现象，正确测量物理量；（3）正确记录实验条件和原始实验数据。几点说明（1）“三先三后”原则：先观察后测量，先练习后测量，先粗测后细测。（2）实验数据须教师审阅、认可；（3）实验结束后，整理好仪器与用具。实验操作结束放影目录（1）实验项目（2）实验目的（3）仪器用具（4）实验原理（5）实验内容（6）数据处理与分析（7）实验结果的讨论与误差分析结束放影目录实验报告(1、2）2.真值与误差测量误差＝测量值－真值§1

3、－2测量与误差结束放影1.测量1)直接测量2)间接测量h=25.96mm测量值包括两部分：数值和单位。目录1）系统误差2）偶然误差（随机误差）3）粗大误差（测量错误）结束放影4.误差的分类3.测量的任务1）给出被测量真值的最佳估计值；2）尽量减少测量中的误差，对残存误差的大小给出估计值；3）给出真值最佳估计值的可靠程度的估计。目录§1－3系统误差1.系统误差的特点：误差的绝对值和符号（正负）总保持不变或总按某一特定的规律变化。2.系统误差的产生原因：1）实验原理和实验方法不完善。结束放影a)应用单摆周期公式求重力加速度。b)伏安法测量电阻目录结束放影3.研究系统误差的目的：

4、（1）探索系统误差的来源，设计实验方案消除或削减该项误差；（2）估计残存系统误差的可能的范围。2）仪器结构不完善3）未按规定条件使用仪器。4）环境条件的改变。5）测量者生理、心理因素的影响。目录1）单峰性;2）对称性;3）有界性;4）抵偿性。§1－4偶然误差1.偶然误差的特点：误差的时大时小，时正时负，以一种不可预测的方式随机地变化。结束放影目录2.偶然误差的统计规律（正态分布）服从正态分布（高斯分布）的偶然误差的特征：3.测量结果的最佳值－－算术平均值4.多次测量的偶然误差估计测量列的标准偏差算术平均值的标准偏差结束放影实验中一般取：6≤n≤10标准偏差N所表示的意义是

5、：任作一次测量，测量值误差落到－N到＋N之间的可能性为68.3％.目录结束放影标准误差所表示的统计意义对物理量A任做一次测量时，测量误差落在-到+之间的可能性为68.3%，落在-2到+2之间的可能性为95.5%，而落在-3到+3之间的可能性为99.7%.目录§1－5实验中的错误与错误数据数据分析是发现错误的重要方法例如测量单摆摆动50个周期的时间t＝50T：98.4s；96.7s；97.7s.T≈2s98.4-96.7=1.7s;97.7-96.7=1.0s误差在半个周期以上。这显然是测量错误。结束放影*（2.肖维涅准则，3.罗布斯判据）1.剔除错误数据拉依

6、达准则（准则）目录§1－6测量结果的不确定度所谓不确定度，可简单理解为测量值不确定的程度，是对测量误差大小取值的测度。它合理地说明了测量值的分散程度和真值所在范围的可靠程度。不确定度亦可理解为，一定置信概率下误差限的绝对值。测量不确定度是测量质量的指标，是对测量结果残存误差的评估。结束放影1.什么是不确定度测量结果Y代表待测物理量，N为该物理量的测量值，N是一个恒正的量，代表测量值N不确定的程度。目录结束放影2.测量结果的含义e为极限不确定度。表示真值一定在[N-e,N+e]中.为测量列算术平均值的标准误差.物理实验中的物理量的三要素数值单位不确定度目录结束放影3.不确定

7、度的估计方法（1）相同条件下多次测量情况1）对直接测量结果不确定度的估计测量结果的最佳值－－算术平均值测量列的标准不确定度算术平均值的标准不确定度（A类分量）测量结果报道目录结束放影*标准不确定度（B类分量）*合成标准不确定度(2)单次测量的误差估计（取B类分量）为极限不确定度。e的取法一般有两种：一种是取仪器出厂时的允差；另一种是根据仪器结构、环境条件、测量对象、测量者本人感官灵敏度作估计（两者取一即可）目录结束放影1）对间接测量结果不确定度的估计测量圆柱体体积高度误差引起体积误差直径误差引起体积误差相对误差相对