【正文】 實 驗 講 稿 課 程__力熱實驗_______ 專 業(yè)_ _物理學(xué)_______二○一○ 至二○一一 學(xué)年度 第一 學(xué)期第一部分 實驗基礎(chǔ)知識物理學(xué)是研究物質(zhì)間相互作用及其運動規(guī)律的科學(xué)，物質(zhì)間的相互作用及其運動是用測量的物理量來描述的，因此測量是物理學(xué)中一個很重要的概念?？墒钦f，物理學(xué)是門建立在測量基礎(chǔ)上科學(xué)。那么，什么是測量呢？測量就是利用標準物件對研究對象的某種屬性進行比較從得出量值關(guān)系的過程。被測量某種屬性稱為物理量，被選作標準來確定被測對象量值的器具稱為儀器。在經(jīng)典物理中，人們認為被測物理量始終存在一個與測量者個人意志無關(guān)的數(shù)值，這個數(shù)值叫做測量的真實值。 一 測量與誤差測量是利用測量儀器與被測對象的物理量值進行比較，比較的結(jié)果稱為測量值。但是被測對象的物理量值應(yīng)該存在一個與測量者個人意志無關(guān)的真實存在，這個真實存在叫真實值。真實值和測量值之間有差異，這種差異叫誤差。測量值（）真實值（）=誤差（）因為真實值是不確知的，測量的任務(wù)就是：（1） 找到最接近真實值的最佳估計值。（2） 給出最佳估計值的可靠程度。 誤差的分類：根據(jù)誤差的性質(zhì)，將誤差分為偶然誤差和系統(tǒng)誤差。 偶然誤差：是由于各種偶然因素對實驗者、測量儀器、被測物理量的影響而產(chǎn)生的。偶然誤差的特點是，多次重做同—實驗時，結(jié)果有時偏大，有時偏小，并且偏大和偏小的機會相同。減小偶然誤差的一般方法是多次測量，取其平均值作為測量的真值。設(shè)對某物理量的多次測量結(jié)果為則取 實驗標準差：具有偶然誤差的測量值是隨機的，為了反映測量相對真值的分散性的量稱為實驗標準差，可使用貝塞爾公式來描述 平均值的標準差：測量值是隨機的，則其平均值也必然具有隨機誤差，由于求和時隨機誤差的抵償效應(yīng)，平均值誤差的絕對值較小，它的實驗標準差比小。 標準偏差小的測量值，說明分布狹窄或者較向中間集中，偏離真實值的可能性小，測量可靠性高。系統(tǒng)誤差：系統(tǒng)誤差是由于儀器本身不精確，或?qū)嶒灧椒ù致?，或?qū)嶒炘聿煌晟贫a(chǎn)生的。其特點是，在多次重做同—實驗時，其結(jié)果總是同樣地偏大或偏小，不會出現(xiàn)有幾次偏大而另外幾次偏小的情況。要減小系統(tǒng)誤差，必須校準儀器、改進實驗方法、設(shè)計原理更完善的實驗。當測量值中已經(jīng)包含有系統(tǒng)誤差時，則使用平均值加修正值作為被測量真值的最佳估值。 二 測量的不確定度 物理實驗中用不確定度來衡量測量值與真值之差的可能范圍。根據(jù)測量的具體情況分為： 對于直接測量的物理量，使用平均值的標準偏差作為測量的不確定度。 設(shè)某一項的誤差極限為，標準差，是與分布有關(guān)的常數(shù)。則此時。均勻分布時， 對于間接測量的物理量，測量結(jié)果需有多個直接測量的物理量通過一定的公式得到，而這些直接測量物理量的誤差對于結(jié)果影響是不一樣的，因此需用合成不確定度描述實驗誤差的范圍。設(shè)間接測量的物理量為，由多個直接測量的物理量得出，則 三 有效數(shù)字物理實驗數(shù)據(jù)包括有效數(shù)字和單位，有效數(shù)字由準確值和估計值構(gòu)成。在讀取數(shù)據(jù)的時候，先讀出儀器指示的準確值，然后還需要有一位估計值。需要注意的是，儀器上顯示的數(shù)字都應(yīng)讀出來，小數(shù)點后面最后一位是0是有效的。間接測量的物理量的有效數(shù)字，與物理量的運算關(guān)系有關(guān)：1. 實驗后計算不確定度，根據(jù)不確定度確定結(jié)果的有效數(shù)字。2. 不計算不確定度，則有效數(shù)字按下面的規(guī)則決定：（1）加減運算 加減運算的最末位，以精度最差得數(shù)據(jù)位準。（2）乘除運算后的有效數(shù)字，先進行乘除運算，取有效數(shù)字最少的為準。（3）三角函數(shù)、對數(shù)的值的有效數(shù)字，有比較和，取到第一位不同的數(shù)，例如： ，查表知 四 數(shù)據(jù)處理根據(jù)實驗數(shù)據(jù)并不能直接反映出物理規(guī)律，需要對數(shù)據(jù)進行處理，根據(jù)結(jié)果得出結(jié)論，進一步總結(jié)規(guī)律。對于已知物理量之間函數(shù)關(guān)系的，可以根據(jù)已知的關(guān)系求出測量的結(jié)果。但是在科學(xué)研究中，各物理量之間的關(guān)系式未知的，此時可用繪圖法尋找規(guī)律。為了使描繪出的圖形更好的反映出各物理量的相互關(guān)系來，繪圖時需注意幾個問題：（1） 圖線紙有直角坐標紙、極坐標紙和對數(shù)坐標紙，常用直角坐標紙。（2） 坐標的橫軸為自變量，縱軸為因變量。（3） 坐標原點不一定和變量的原點一致。（4） 兩坐標的分度值可以不同，但是需要注明。（5） 兩軸所使用的長度應(yīng)差不多。 五 實驗報告 實驗報告是一次實驗的總結(jié)，實驗報告應(yīng)包括下列內(nèi)容： 實驗名稱： 一 實驗?zāi)康? 二 實驗器材 三 實驗原理 四 實驗內(nèi)容（實驗步驟） 五 實驗數(shù)據(jù)記錄、處理、結(jié)果及誤差分析 六 相關(guān)問題第二部分 基礎(chǔ)性實驗實驗一 長度測量一、實驗?zāi)康?、游標卡尺、螺旋測微器幾種常用測量長度儀器的使用方法。，并能正確地表示測量結(jié)果。二、實驗儀器 米尺、游標卡尺、螺旋測微器、被測物 三、實驗原理 （一）、米尺 米尺的最小刻度值為1mm，用米尺測量物體的長度時，可以估測到十分之一毫米，但是最后一位是估計的。（二）、游標卡尺 游標卡尺簡稱卡尺，是一種比較精確的常用測量長度的量具，~。游標卡尺主要由主尺和可以沿主尺滑動的游標尺（副尺）組成。 主尺的最小分度為1mm，游標尺上刻有游標，利用游標可以把主尺上的估讀數(shù)值準確地測量出來，從而提高了測量的精確度。以10分度游標為例。圖12為測量精確到分格的游標(稱作10分游標)的原理圖。（三）、螺旋測微器 螺旋測微器又稱千分尺，是比游標卡尺更精密的測長儀器，準確度可在 之間。常用于測量細絲和小球的直徑以及薄片的厚度等。使用螺旋測微器應(yīng)注意以下幾個問題：，并對測量數(shù)據(jù)作零點修正。，切忌直接轉(zhuǎn)動測微螺桿和微分筒，而應(yīng)輕輕轉(zhuǎn)動棘輪旋柄。 ，以免因熱脹而損壞螺紋。三、實驗內(nèi)容 用游標卡尺測量鐵塊的長寬高，計算其體積；以及燒杯的內(nèi)徑外徑和深度。 用千分尺測量細金屬絲的半徑。四、數(shù)據(jù)記錄鐵塊的測量次數(shù) 物理量長a（mm）寬b（mm）高c（mm）1234鐵塊的測量次數(shù) 物理量內(nèi)徑R（mm）外徑r（mm）深度h（mm）1234銅絲的測量次數(shù) 物理量直徑d（mm）1234五、問題討論 ，可以成為一游標尺碼？ ？如果某一螺旋測微器的零點讀數(shù)為+，則測量值應(yīng)修定為多少？實驗二 用單擺測量重力加速度 一、