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基础物理实验基础理论（二） 基础物理实验基础理论（二）主要内容 引 言 如何上好普通物理实验课 第一节 普通物理实验课中常见问题解析 §1-1 有效数字问题 二、中间结果和常数的有效数字 三、不确定度的有效数字 例题：作业，P36，第6题 钢球密度的相对不确定度为 实验结果的完整表示 §1-2 作图法处理数据问题 常见错误与正确做法 常见错误与正确做法 常见错误与正确做法 §1-3 逐差法处理数据问题 §1-4 实验预习中的问题 §1-5 实验操作中问题 §1-6 实验报告中问题 §1-6 实验报告中问题 §1-7 建立经验公式的基本步骤 3、建立数学函数模型 4、求解数学模型中常数 §1-8 仪器极限误差的处理 第二节 物理实验中的基本测量方法 一、比较法 1、 机械放大法 光杠杆应用 3、电子学放大法 三、补偿法 四、模拟法 五、 干涉法 1、 参量换测法 1） 非电量电测技术 3） 常用的非电量电测方法 第三节 处理系统误差的基本知识 研究系统误差的重要性 一、 系统误差的来源和分类 2、 系统误差的分类 二、处理系统误差的一般程序 三、消除、减小系统误差的基本测量方法 2、交换抵消法－－消除可定系统误差 3、替代法－－消除可定系统误差 ５、对称测量法－－线性系统误差 7、差值法－－消除可定系统误差 第四节粗大误差的处理 含有粗大误差的测量值（称为异常值或坏值）必然导致测 量结果的失真，从而使测量结果失去可靠性和使用价值，数据 处理时应设法从测量数据中剔除；测量数据含有随机误差和系 统误差是正常现象，测量值具有一定分散性，不能随意将少数 看起来误差较大的测量值作为异常值剔除。 粗大误差的判别方法分为：物理判别法和统计判别法。 1、物理判别法：在测量过程中，及时分析和研究测量的各环节，若发现某数据不符合物理规律，找出造成粗大误差的原因，并及时予以剔除。 2、统计判别法：在无系统误差的前提下，根据随机误差的统计规律，建立一个统计量，确定该统计量的界限，凡超出这个界限的误差，就不属于随机误差而属于粗大误差。 第五节 如何进行设计性实验 设计性实验是科学研究实验较全面的前期训练，对实验者的要求较高，包括熟悉仪器、具备一定的误差分析和数据处理能力、查阅相关文献和资料的能力等。 设计性实验大体上包括课题调研、制订方案、实验过程、综合分析讨论、实验报告撰写等内容。 实验设计的核心是制定实验方案，一般包括以下几方面的内容： 如何进行设计性实验 1、实验方法的选择根据实验目的，通过查阅资料，收集各种可能的实验方法，画出必要的原理图，推证有关公式，或者根据物理原理，提出新方法。然后，根据能达到的准确度、适用条件、可行性等，进行全面比较，确定一个最佳的实验方法。如测量重力加速度，可以有单摆法、复摆法、自由落体法、气轨法等。 2、测量方法的选择实验方法确定后，为使各物理量的测量误差最小，需要进行误差的来源分析和误差估算，并结合仪器条件，确定合适的测量方法。如用秒表测量单摆周期，可以测量一个周期，但更好的方法是用累加法一次测量多个周期，这可以减小测量的不确定度。 如何进行设计性实验 3、测量仪器的选择与配套原则是在经济方便的前提下，尽量选择测量精度高的仪器，同时还要考虑仪器的实际情况和测量的方法等因素，进行误差的再分配，使仪器的选择与配套趋于合理。 4、测量条件的选择测量条件的选择，要根据仪器的安全和测量误差最小等多种因素综合考虑。 5、数据处理方法的选择选择合理的数据处理方法，以充分利用测量数据，得到最佳测量值。 参考p341-344的设计思想 通过调节一个或几个与被测物理量有已知关系的标准物理量，去补偿被测量物理量的作用，使系统处于补偿或平衡状态，然后通过计算得到被测量的大小。 主要特点：可以消除一些恒定的系统误差。 关键仪器 标准电池 检流计 G 补偿法测电动势 平衡电桥测电阻 关键仪器 标准电阻 检流计 以相似理论为基础，不直接研究所要研究的对象本身，而是模仿实际情况，制造一个与研究对象相似的模型来进行研究。模拟法可分为物理模拟、数学模拟和计算机模拟。 1、物理模拟 人为制造与实际研究对象具有相同的物理本质的物理现象或过程。例如：用“风洞”研究飞机高速飞行时的空气动力学特性。人造太空仓，用于培训航天员。 2、数学模拟 用具有相同的数学规律，但不同物理本质的物理现象模拟待研究的物理现象。例如：用稳流场模拟静电场，用稳恒电流场中的电位分布来模拟研究静电场中的电位分布。 3、计算机模拟 采用计算机模拟实验可以把物理模拟和数学模拟结合起来，更为方便有效。 六、转换测量法 转换测