大学物理实验绪论实验报告有效数字和数据处理

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1、大学物理实验绪论实验报告有效数字和数据处理第一章 绪论1.2 开课目的开课目的 培养四个能力：培养四个能力： 动手能力、观察分析能力、动手能力、观察分析能力、 综合处理能力、创新能力综合处理能力、创新能力1.1 物理实验的地位和作用物理实验的地位和作用1.3 1.3 实验三个环节实验三个环节预习预习：撰写预习报告。 撰写撰写抄写抄写，应该是阅读教材后的归纳和总结归纳和总结。实验实验：安装和调节实验仪器，观察和分析实验现象，分析 和解决实验难题，正确的读取和记录实验数据。 实验实验测量数据测量数据，不是说会测量数据就掌握了实验。总结总结：先对实验所得数据进行计算（包括误差），再对这些 结果进行分

2、析和讨论。 总结强调对实验结果的分析和讨论强调对实验结果的分析和讨论， 这是能力培养的重点之一能力培养的重点之一。预习： 认真阅读实验教材，明确该实验的目的要求、认真阅读实验教材，明确该实验的目的要求、实验原理、要测量的物理量及测量方法，认真阅实验原理、要测量的物理量及测量方法，认真阅读教材中有关使用仪器的介绍，弄清构造原理，读教材中有关使用仪器的介绍，弄清构造原理，操作方法和注意事项。设计好记录实验数据用的操作方法和注意事项。设计好记录实验数据用的表格。表格。预习报告预习报告 （1 1）. .实验目的实验目的 （2 2）. .实验原理实验原理 （3 3）. .实验步骤及注意事项实验步骤及注意

3、事项实验原理中应画出实验原理中应画出实验原理图实验原理图、电路图电路图或者或者光路图光路图和和必要的文字说明必要的文字说明。 2.2.实验操作：实验操作： 检查预习报告后，进入实验操作。检查预习报告后，进入实验操作。观察实验现象、记录实验数据观察实验现象、记录实验数据。（1 1）. .记录仪器的型号、编号和规格记录仪器的型号、编号和规格 （2 2）. .记录实验数据，做好实验现象的观察记录记录实验数据，做好实验现象的观察记录 3.3.完成实验报告：完成实验报告： （1 1）. .数据处理和结果分析数据处理和结果分析 （2 2）. .实验结果实验结果 （3 3）. .问题讨论问题讨论 预习报告怎

4、么写预习报告怎么写概括性撰写概括性撰写实验数据记录实验数据记录 如实记录实验现象；如实记录实验现象； 实验数据先自行检查；实验数据先自行检查； 实验数据经教师检查签字确认后；实验数据经教师检查签字确认后； 整理仪器，清扫实验室。整理仪器，清扫实验室。总结报告总结报告对测量数据进行对测量数据进行数据整理数据整理，以，以表格、图表格、图形图像、公式等形图像、公式等展示实验结果，并对实展示实验结果，并对实验结果进行验结果进行分析、讨论或评估分析、讨论或评估。 总结报告总结报告展示你的实验数据展示你的实验数据l测量l有效数字的读取l有效数字的运算l有效数字尾数的舍取规则测量就是通过各种实验方式对“被测

5、量”进行赋值1) 直接测量42hdV2) 间接测量测量值测量值 = = 读数值读数值( (有效数字有效数字) + ) + 单位单位有效数字有效数字 = = （多位）（多位）可靠数字可靠数字 （一位）（一位）可疑数字可疑数字测量值的构成测量值的构成mL010100. 00123 340 0是不是有效数字是不是有效数字非零之后所有的数（包括非零之后所有的数（包括0 0）都是有效数字。）都是有效数字。mL010100. 0记录数据时错误的做法： 显示频率：f 记录数据：f50Hz1、分度式（刻度式）仪器、分度式（刻度式）仪器 如米尺、温度计等三类仪器的读数方法三类仪器的读数方法读法：读法：先读仪器能

6、分辨的可靠数字，先读仪器能分辨的可靠数字，再估计最小分度的下一位。再估计最小分度的下一位。2、定步长仪器定步长仪器 如游标卡、数字显示仪表等读法：读法：最小步长量3、等级仪器、等级仪器 如电压表、电流表等如电压表、电流表等%等级量程仪读法：读法：有效数字中的基本问题有效数字中的基本问题1、有效数字位数越多，测量精度越高cm00.25m25. 0物理量：米米 尺尺： L=5.2 mm 游标卡尺游标卡尺： L=5.22 mm千千 分分 尺尺： L=5.221 mm2、物理量与数学量不相等（0的意义）数学量：2500. 025. 03、有效数字位数与单位变换、小数点位置无关222m/s8 . 9cm

7、/s0 .980m/s800. 9 g如如4、科学记数法m10328.6m6328.076、不确定度约定取一位取一位有效数字， 在取舍时“只入不舍只入不舍”。023. 0g03. 0g04. 0 673. 1x5、测量结果的表示中，尾数要对齐尾数要对齐 xx04. 067. 1x8、自然数与常量，有无穷多位有效数字RD 27、相对不确定度保留1-2位%385. 2xEx%4 . 2xE数值修约规则（按国家标准文件：GB8170-87） 在进行具体的数字运算前，按照一定的规则确定一致的位数，然后舍去某些数字后面多余的尾数后面多余的尾数的过程被称为数字修约数字修约，指导数字修约的具体规则被称为数字

8、修约规则。四舍五入5入入, 舍舍, 尾数凑偶尾数凑偶l例：将下列数字全部修约为四位有效数字例：将下列数字全部修约为四位有效数字l l1）5，600009 入入 599999500019 l3） =578 尾数凑偶尾数凑偶口诀： 4舍6入5凑偶有效数字运算规则有效数字运算规则只保留只保留一位一位可疑数字可疑数字(1)加减运算加减运算533.35523. 31.329 .2931239 .416加减结果的有效数字末位应与参与加减结果的有效数字末位应与参与运算各数据中误差最大的末位对齐运算各数据中误差最大的末位对齐3 .35294(2)乘除运算乘除运算1.1111 1.111111111111+ 1

9、11111.23332123. 111. 11111. 1 乘除结果的有效数字位数和参与运乘除结果的有效数字位数和参与运算各数中有效数字位数最少的相同算各数中有效数字位数最少的相同(3)乘方、立方、开方运算乘方、立方、开方运算有效数字位数与有效数字位数与底数底数的相同的相同24.62889. 72 171.1045.103 一、列表法一、列表法 表表1 不同温度下的金属电阻值不同温度下的金属电阻值 作图法形象、直观地显示出物理量间的函数关系，也可用来作图法形象、直观地显示出物理量间的函数关系，也可用来求某些参数。作图时要先求某些参数。作图时要先整理出数据表格整理出数据表格，并要用，并要用坐标纸

10、作图坐标纸作图。U (V )0.741.522.333.083.664.495.245.986.767.50I (mA)2.004.016.228.209.7512.00 13.99 15.92 18.00 20.01表表1：伏安法测电阻实验数据：伏安法测电阻实验数据1.选择坐标分度值，确定坐标纸大小选择坐标分度值，确定坐标纸大小 坐标分度值的应能坐标分度值的应能基本反映基本反映测量值的准确度或精密度。测量值的准确度或精密度。 U 轴可选轴可选1mmV，I 轴可选轴可选1mmmA； 定坐标纸略大于数据范围（如定坐标纸略大于数据范围（如130mm130mm）。）。作图步骤3.标实验点标实验点 用

11、符号（，）描绘散点，并用不同符合反应不同曲线。 2. 标明坐标轴标明坐标轴 用粗实线画坐标轴，用箭头标轴方向，标坐标轴的名称或符号、单位, 及整分格上的量值。4. 连成图线：连成图线： 把散点连成直线、折线或光滑曲线。折线要求过点，而直线或曲线可以过点，也可以不过点。I (mA)U (V)8.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.000 02.004.006.008.0010.001.003.005.007.009.001.选择坐标分度值，确定坐标纸大小选择坐标分度值，确定坐标纸大小 坐标分度值的应能基本反映测量值的准确度或精密度。 U 轴选1mm

12、对应于0.20V，I 轴选1mm对应于0.40mA； 定坐标纸略大于数据范围（如130mm130mm）。15.925.98 5.标出图线特征标出图线特征 在图上空白位置标明在图上空白位置标明实验条件或从图上得出的实验条件或从图上得出的某些参数。如右图求电阻某些参数。如右图求电阻 R 值。值。I (mA)U (V)8.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.000 02.004.006.008.0010.001.003.005.007.009.00电阻伏安特性曲线电阻伏安特性曲线6.标出图名标出图名 在图线下方或空白在图线下方或空白位置写出图线的名称及

13、位置写出图线的名称及某些必要的说明。某些必要的说明。A(1.00,2.76)B(7.00,18.58)由图上由图上A、B两点可得被测电阻两点可得被测电阻R为为：)k(379. 076. 258.1800. 100. 7ABABIIUUR至此一张图才算完成至此一张图才算完成作者：某某作者：某某不当图例展示不当图例展示：n(nm)1.6500500.0700.01.67001.66001.70001.69001.6800600.0400.0玻璃材料色散曲线图玻璃材料色散曲线图图图1曲线太粗，不曲线太粗，不光滑、散点分光滑、散点分布不均匀布不均匀。n(nm)1.6500500.0700.01.670

14、01.66001.70001.69001.6800600.0400.0玻璃材料色散曲线图玻璃材料色散曲线图改正为改正为：图图2I (mA)U (V)0 02.008.004.0020.0016.0012.0018.0014.0010.006.002.001.003.00电学元件伏安特性曲线电学元件伏安特性曲线横轴坐标分度选取横轴坐标分度选取不当。不当。横轴以3cm (15格) 代表1V（1格=0.06666.），使作图和读图都很困难。一般以1格代表 1 1,2,5,2,5，而非3,7,9。I (mA)U (V)o o1.002.003.004.008.004.0020.0016.0012.00

15、18.0014.0010.006.002.00电学元件伏安特性曲线电学元件伏安特性曲线改正为：改正为：计算机作图的例子计算机作图的例子 )(71)()()(7118782312xxxxxxxxx 三、逐差法三、逐差法)()()()(44148372615xxxxxxxxx 等间隔地测量等间隔地测量线性连续变化的物线性连续变化的物理量，求其间隔平理量，求其间隔平均值。均值。设此两物理量x、y 满足线性关系y=a+bx通过实验测量得到一组数据 （xi，yi） i=1，2，3.问题1：通过测量数据如何得出直线方程（a,b）？经验公式经验公式：把最佳的直线方程最佳的直线方程称为经验公式。数据拟合数据拟

16、合：把求解经验公式的过程求解经验公式的过程称为数据拟合。问题2：怎么样才是最佳的直线方程（a,b） ？iiibxaymin12nii数学思想数学思想001212niiniiba001111121naxbyxaxbyxniiniininiiniii 22xxxyyxb222xxyxxxya散点间线性相关程度如何？散点间线性相关程度如何？相关系数相关系数 |r|1，线性关系好；，线性关系好； |r|0，无线性关系，无线性关系， 拟合无意义。拟合无意义。物理实验中一般要求物理实验中一般要求r达到达到以上以上 。)(2222yyxxyxxyr11r列表法计算列表法计算a,b,ra,b,r32. 0222xxyxxxya8 .3422xxxyyxb95. 0)(2222yyxxyxxyr a、b、r 的具体求解方法：的具体求解方法： 1. 用计算机用计算机Excel 程序程序; 2. 用计算机用计算机Origin软件或软件或Matlab软件软件; 3. 可以根据实际情况自己编程。可以根据实际情况自己编程。 Thank You !