实验1： 基本量度 （课本实验1）.pptVIP

實驗1: 基本量度 (課本實驗1) 目的: 學習多種基本量測儀器使用及實驗數據分析方法 實驗: 1. 密度測量 r = M/V 体積 V (長度 L, 半徑 r): 利用直尺, 游標尺(calipers), 測微器(micrometer) (附錄A操作手冊) 質量 M: 利用粗天平,精密分析天平 (附錄B) [保護儀器] 2. 球面曲率半徑測量 r = h/2 + s2/6h 曲度 h: 利用球徑計(spherometer) (附錄C) 足距 s: 利用游標尺 3. 輻射量測量 x = n/Dt (單位時間輻射粒子數/a, b, g射線) 輻射源: 低劑量, 長半衰期 [注意: 輻射安全] 輻射量 x: 利用蓋革計數器(Geiger counter) [注意安全: 高壓電源] (1-1) 實驗數據分析: A: 實驗物理量數據(data)記錄 (例)用簡單直尺測量長度 L 第一次量: L1 = 22.1 mm [三位有效數字, 最後一位估計] [單位]: 使用國際公制(SI: Systeme Internationale) 長度: m (米/公尺/meter), 1 mm = 1 x 10-3 m (毫米/millimeter) 質量: kg (千克/公斤/kilogram), l kg = 1 x 103 g 時間: s (秒/second) [儀器精確度(precision)]: 決定有效數位(significant figures) 直 尺: 0.1 mm = 100 mm [最小精確刻度為 1 mm, 下一位為估計值] 游標尺: 0.01 mm = 10 mm 測微器: 0.001 mm = 1 mm (micrometer) [G: 109, M: 106, k: 103, c: 10-2, m: 10-3, m = 10-6, n = 10-9] (1-2) B: 實驗誤差(experimental errors) 1. 系統誤差(systematic error) --儀器: 需校正儀器、不同的儀器、不同的方法 --環境: 需控制環境(溫度, 濕度, 壓力, 電磁場….) --人為: 確實瞭解原理及步驟 2. 統計/隨機誤差(statistical/random error) --多次測量、測量不同的位置、並用統計方法處理數據 C. 實驗數據統計分析 1. 誤差 物理量n次測量: x1, x2, ……, xn (例) 直尺量16次(Li: i = 1-16): 21.7 mm x 1, 21.8 mm x 4, 21.9 mm x 5, 22.0 mm x 3, 22.1 mm x 2, 22.3 mm x 1. [平均值](mean, average value)(算術平均) x = (x1 + x2 + …… + xn)/n = Sixi /n (例) L = 21.93 mm [16次多次測量, 實驗準確度(accuracy)可到 0.01mm, 估計到小數點二位] (1-3) [偏差](deviation): di = xi - x [標準差](standard deviation): s = (Sidi2 /n)1/2 但次數n不大時, 誤差較大, 修正為 s = [Sidi2 /(n - 1)]1/2 (不準度uncertainty/相對於準確度accuracy) x = x ? s or x = x ? s/x (%) (例) L = L ? s = 21.93 ? 0.16 mm = 21.93 mm ? 0.73% [平均標準差](standard deviation of the mean) 如果作 N 組 n 個測量, 有 N 個平均值, 總平均值之標準差(平均標準差) 但如 N = 1, 平均標準差為 s(x) = s/?n = {Sidi2 /[n(n-1)]}1/2 x = x ? s(x) = x ? s(x)/x (% or ppm/part per million) (例) 如 N = 1, n = 16 L = L ? s(L) = 21.93 ? 0