物理实验..docVIP

绪 论 近代物理实验是一门综合性技术较强的专业基础课，它在整个大学物理实验过程中具有承上启下的作用（指在普通物理实验和物理专业实验之间）。近代物理实验的内容主要选取在近代物理学发展史上起过重要作用的著名实验（例如，获得诺贝尔物理学奖的Zeeman效应，NucleaR magnetic Resonance 等）以及在实验方法和实验技术上具有代表性的实验（如FRanck-HeRtz实验、激光全息技术等）。所以说近代物理实验是物理类专业一门必修的专业基础课。 本课程的教学要求： 1．课前必须进行预习。通过阅读实验讲义和查阅有关参考资料，明白实验原理和方法以及该实验在物理学发展史上所起的作用。在此基础上写出预习报告。指导教师要通过提问等方式检查学生预习情况。 2．为了培养学生用实验方法研究物理现象与规律的能力，在教师的指导下让学生确定实验方案并进行独立操作。教师视学生的实验态度，动手能力，实验数据等情况，给出评语。 3．每做完一个实验，都要认真、全面地写出实验报告。在报告中要突出实验方法和实验技巧的描述，并对实验数据进行认真处理，对实验结果进行全面分析。指导教师根据预习、操作及实验报告三方面情况进行成绩考核。 实验数据的处理与不确定度评定 在普通物理实验中，已经学习和使用了实验误差的基本知识和数据处理的基本方法。在近代物理实验中，在实验误差分析、不确定度评定与数据处理上应有进一步的要求： 第一，要求用概率论的观点，讨论A类不确定度的评定及其对测量结果的影响； 第二，要以误差理论作指导，讨论B类不确定度的评定及其对测量结果的影响； 第三，综合误差分析，对测量结果的总不确定度做出正确评定，或者根据不确定度要求，正确选择测量仪器和测量方法。 §１ A类不确定度的处理 A类不确定度是可以用统计方法获得的不确定度。处理A类不确定度问题主要是应用统计理论，对测量数据的离散性或重复性做出定量的描述。我们主要讨论统计分布中的正态分布规律。 一、随机误差的正态分布规律 假设系统不存在固定的偏差，在一般的实验条件下，如果导致偏差的原因很多，而又不能肯定某一种因素起主要作用时，随机误差将由许多微小的、独立的、不可分解的因素决定。在这种情况下，统计理论与实验事实证明此时的随机误差将服从正态分布（或高斯分布）。 服从正态分布的随机误差具有以下三个特点： (1) 单峰性：绝对值小的误差出现的概率比绝对值大的误差出现的概率大； (2) 对称性：绝对值相同的正负误差出现的概率相同； (3) 有界性：超过一定范围的误差出现的概率趋近于零。 设某次测量的误差落在(到 ( + d( 区间的概率为p(()，则此概率p(()必定是误差大小的函数，设此函数为f (()，则将有（以下所谈误差均指随机误差） (1) 若区间取为（(1，(2），则某次测量的误差落在此区间内的概率为 (2) 函数f (() 称为随机误差的概率密度。以下讨论函数f (()的形式。 假设在同一条件下对某一物理量进行n次独立的测量，得到n个测得值x1，x2，…，xn，又设该物理量的真值为a，各测得值的误差分别为(1，(2，…，(n，则 (3) 各测得值的误差落在，，……，区间的概率，根据(1)式可表示为： (4) 在n次测量中，各误差恰好分别落在上述各区间的概率P，按照概率的乘法定理，应为 (5) 在多次测量中，最可能出现的误差的分布，应当为P取极大值时的分布。将式(5)两侧取对数，并对a微分后，按极大值条件，取其导数为0，得 (6) 又将式(3)对a微分，可得 (7) 将式(7)代入式(6)，并改写成为 (8) 从随机误差的特点(2)可知，当测定次数时，有