物理实验基础

绪论 2

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姚红英

办公室：物理楼 341 室电话： 55665467

Email ： yaohy@fudan.edu.cn具体信息请查阅网站上教师或助教通讯录

信箱： 2

物理实验基础课总体安排第 1 周：讲课——第一章（ 1 ）、第二章第 2 周：讲课—— 第一章（ 2 ）、（ 3 ）第 3 － 16 周： 7 组实验（ 14 个）第 17 周：考试（笔试）

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• 对第一次课两个习题的进一步讲解或对实验数据处理相关内容的答疑解惑

• 加深对有效数字概念的理解

• 作图的意义？及作图时常见的错误

例题 1 ：测量圆柱体的密度 用电子天平测得一个圆柱体的质量 M=80.36g ；电子天平的最小指示值为 0.01g ；不确定度限值为 0.02g 。用钢尺测量该圆柱体的高度 H ＝ H2 － H1 ，其中， H1 ＝ 4.00cm ， H2 ＝19.32cm ；钢尺的分度值为 0.1cm ，估读 1/5 分度；不确定度限值为 0.01cm 。用游标卡尺测量该圆柱体的直径 D （数据如下表所示）；游标卡尺的分度值为 0.002cm ；不确定度限值为0.002cm 。

试根据上述数据，计算该圆柱体的密度及其不确定度。

D/cm2.014 2.018 2.016 2.020 2.018

2.018 2.020 2.022 2.016 2.020

分析：对质量的测量：

g015.0g3

02.001.0))(())(()(2

222

21

MuMuMu BB

cm32.15cm)00.432.19(12 HHH

cm029.0cm3

01.002.02)()(2)(2

222

21

HuHuHu BB

cm0184.210

1 10

1

i

iDD

cm00078.0 )110(10

)()(

10

1

2

i

i

A

DDDu

cm0014.0cm3

002.0)00078.0())(())(()(2

222

2

DuDuDu BA

圆柱体高度：

圆柱体的直径的平均值：

3322 cmg639.1

cmg

32.15)0184.2(1416.3

36.8044

HD

M

V

M

222)()(

2)()(

H

Hu

D

Du

M

Muu

2 2 2

0.015 0.0014 0.0292

80.36 2.0184 15.32

33 cmg004.0

cmg639.1%24.0

)()(

u

u

33

3 mkg10)004.0639.1(

cmg)004.0639.1()( u

实验结果：

材料的密度 ：

例 2 ：最小二乘法应用举例巳知某铜棒的电阻与温度关系为： 。实验测得 7组数据（见表 1 ）如下：试用最小二乘法求出参量 R0 、 以及它们的不确定度。

tRRt 0

t / ℃ 19.10 25.10 30.10 36.00 40.00 45.10 50.10

Rt / 76.30 77.80 79.95 80.80 82.35 83.90 85.10

分析：此例中只有两个待定的参量 R0 和，为得到它们的最佳系数，所需要的数据有 n, , , ， 和 六个累加数，为此在没有常用的科学型计算器时，通过列表计算的方式来进行，这对提高计算速度将会有极大的帮助 ( 参见表 2) ，并使工作有条理并不易出错。

ix iy 2ix 2

iy ii yx

表 1 电阻与温度

例 2 ：表 2 最小二乘法计算列表

例 2 ：根据表 2 中所求得的数据，代入公式可得 ：

02

20060.8 245.5 566.00 7 1472.60.28788 /

9340.8 (245.5) 7 5115.35k C

0

566.00 245.50.28788 70.76078

7 7R b

2 2 2 2

1

1 1[ ( ) ] [ ( ) ]

i i i i

i i i i

x y x ynr

x x y yn n

相关系数：

说明：电阻 Rt 与温度 t 的线性关系良好，所以取 R0 的有效数字与 R对齐，即： R0 ＝ 70.76 ；又因为 t7 － t1 = 31.0 ℃， R7 － R1 = 8.80 ，取 k 有效数字为以上两个差值中较少的位数 3 位，则 k = 0.288/C 。由此可以得到电阻与温度的相关关系为：

70.76 0.288tR t

2 2

245.5 566.0020060.8

7 0.998(245.5) (566.00)

[9340.8 ] [(45826 )]7 7

例 2 ：表 2 续 最小二乘法计算列表

)(xfy

iy

例 2 ：计算 k 和 b 的不确定度：由公式计算，可得：

2 42845 100.239( )

2 7 2t

iy RS S

n

0

2 22

0.2390.239 0.03699 0.0088( / )

( ) (245.5)9340.8

7

yk

ii

SS S C

xx

n

0

29340.8

0.0088 0.32( )7

ib R k

xS S S

n

CC 00 /)009.0288.0(/)009.02879.0(

故：

70.8 0.288tR t 则：

0 (70.76 0.32) (70.8 0.3)R

在伏安法测电阻的实验中，同学根据测得的数据及作图如下：I / uA 100 200 300 400 500

内接法 U1 / mV 142 270 430 576 710

外接法 U2 / mV 106 220 312 420 560

这幅图中存在什么问题呢？

。  1. 掌握物理实验的基本知识、基本方法和基本技能

2. 学习用实验方法研究物理规律，加深对物理规律的理解和掌握，并在实验中提高发现问题、分析问题、解决问题的能力。

3. 养成无私无畏的敬业精神和实事求是、严谨踏实的科学态度

普通物理实验课的要求

对待实验数据，必须严格、慎重、准确、真实。

吴健雄的学生鲁比和罗斯塔做错了衰变实验，遗恨终生。

2005 年刊载于《科学》杂志上的黄禹锡论文数据属于故意伪造，克隆的 11 个干细胞至少有 9 个是伪造的。

贝尔实验室的简 ·舍恩，至少在 16篇论文中捏造或篡改了实验数据 ，被中止雇佣关系，将其开除。

复旦大学物理教学实验中心关于必须严肃诚实对待实验数据的

三 项 规 定（ 1997 年 12 月经复旦大学教务处批准实行）

  1. 实验的评分标准不应以实验结果与期望值的差别为准；而应以学生的实验知识、实验能力、实验态度等各方面的综合表现为准。 2. 实验数据的记录不准用铅笔。数据测错或写错后可以划去重写，并注明原因；但不可用涂改液或硬橡皮等方法把原数据抹去。实验中改过的数据应由老师认可；其余实验数据不准任意修改。 3. 若发现在实验中或实验考核中有篡改、抄袭、伪造数据等舞弊行为，由任课老师或监考教师提供证据并由有关领导确认后，视情节轻重，分别处以本实验成绩 0 分、本循环实验（ 2次实验的总分） 0 分、或本学期实验课 0 分；并参照有关规定给予行政处分。

物理教学实验中心学生守则

 

1.   进实验室后应保持室内安静。严禁吸烟，不准食物，不得随地吐痰和乱丢纸屑，保持室内整洁。

2.   实验时应独立思考，独立操作，如实记录各种实验数据和现象。实验数据的记录不准用铅笔，数据测错或写错后可以划去重写，并注明原因；但不可用涂改液或硬橡皮等把原始数据抹去。实验中改过的数据应由教师认可；其余实验数据不准任意修改。  

3. 实验中应注意安全。未经教师许可，不准擅自开启电源。有毒、易燃、易腐蚀的化学药品及液氮、激光器等有可能造成危害的物品，须在教师指导下正确使用。如发生事故，应立即切断电源，并迅速向指导教师如实报告。

4.    实验应在规定时间内完成。实验结束后，要把仪器设备、工具、元件等按原样整理好，并经指导教师检查后方可离开实验室。

5.    实验课不得无故缺席。病假、事假以盖有该学生所在系图章的请假条为准。事先请假的，补做实验的分数照常；事后补假的，补做实验的分数按 80% 计入成绩。请假但未补做的，该实验 0 分。无故缺席，以旷课论处，该实验 0 分。实验报告要在实验完成 48 小时以内交至指定信箱，迟交报告按 80%记录实验成绩，若实验结束 2 周后仍未交报告，则取消该实验报告的成绩。

如何做普物实验如何做普物实验 一、预习（ 2 分）二、操作与记录（ 4 分）三、数据处理与实验分析（ 4 分）

..

姓名：

专业：

年级：

班：（写学号）组：（实验课时间，比如

周三 3 、 4节）

日期：

评阅人：（教师签名）

 一． 预习（ 2 分）没有预习不可以做实验

迟到 10 分钟扣 0.5 分，迟到 30 分钟以上，则不允许做实验，该次实验成绩为 0分。

..

实验前

实验名称

实验目的：

实验原理：

实验内容及步骤：

实验记录：画出数据表格

实验目的：

实验原理：公式及其成立的条件、电路或光路图

实验内容及步骤：

实验记录：画出数据表格

预习报告要求 :

测量次数n

直径D/cm

长度左端h1/cm

长度右端h2/cm

长度h=h2-h1/cm

1

2

3

4

5平均值

例：测量一个圆柱体样品的直径

样品的质量 M= g 。室温 T= ℃ ；湿度 = % 。

hD

M2

4

关于制表

三点注意

二、 操作与记录（ 4分）

如实记录、清晰详尽 记数据和现象，和与设想不一致的内容 养成记录原始数据的习惯，不要 打草稿再誊写上去 实验仪器的规格与型号 实验完毕，要教师签字，再整理好实验仪器

..

实验中实验记录：

（预习时空白的数据表格，实验时填充）

（要记下实验的条件、实验现象以及实验中的问题或想法等等）

实验仪器：（写出规格与型号）

 

.叁 实验报告（ 4 分）

1 、数据处理 2 、实验现象分析3 、实验结果 - 对测量结果的简要评论

- 分析误差的主要原因和改进方法 - 对测量结果意义的讨论等

4 、实验讨论

..

实验后数据处理：

实验现象分析：

实验结果：

实验讨论与建议：

上课时间 08:55 – 11:10

第四循环： 光华楼西辅楼 802室

补充实验 3 RLC 电路的串联谐振 －－必做

实验 5 － 11 圆线圈和亥姆霍兹线圈的磁场－－选做

补充实验 4 锑化铟磁电阻传感器的特性测量－－选做

48 小时内交报告：星期五交到2 号信箱

谢谢！谢谢！