物理实验报告案例分析.docx
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物理实验报告案例分析.docx
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物理实验报告案例分析
物理实验报告案例分析
一、测量工具的读数
①关于有效数字:
带有一位不可靠数字的近似数字,叫做有效数字.这里特别要注意两点:
(1)首先注意,有效数字是指近似数字而言的,准确数字(如1小时有60分)是无所谓有效数字的.
(2)只允许在末尾带有一位不可靠数字,不是数据的位数越多越好。
对于有刻度的基本仪器,都有一个读数问题,除了必须使视线垂直于刻度表面读数之外,一般规则是:
首先读出仪器刻度的分度值,然后读出测量值的准确部分,最后再进行估读(通常情况下,应在仪器准确位的下一位进行估读,估读数字在物理实验中近似地反映这一位大小的信息,同时也陪衬出前一位数字的可靠性).有些电表(如欧姆表)读数时,应将从刻度盘直接读出的读数乘以倍率,才是真正的测量值.有些多量程电表(如安培表、伏特表)的刻度盘上有不同的刻度线,读数前必须作出正确的辨认.以防止犯张冠李戴的错误.
刻度尺、秒表、弹簧秤、温度表、电流表、电压表有一个共同特点是刻度分布均匀.使用以上仪器时,用“[准确格数+估读格数]×每格的精确值”,最后安照有效数字运算法则得到具体数据。
②基本仪器的读数举例
A.电表读数
【例1】正确读出右图两表中的读数
(1)接0~3V量程时读数为 V,接0~15V量程时读数为 V
答案:
2.16;10.8。
(2)接0~3A量程时读数为 A,
接0~0.6A量程时读数为 A
答案:
0.79;0.16。
B.弹簧秤的读数
【例2】弹簧秤的示意图,该弹簧秤的量程为 N,测量值应为 N。
答案:
50;27。
C.秒表的读数
【例3】指出右图中秒表的读数 。
D.游标卡尺的读数
(1)10分度的游标卡尺.读数时先从主尺上读出厘米数和毫米数,然后用游标读出0.1毫米位的数值:
游标的第几条刻线跟主尺上某一条刻线对齐,0.1毫米位就读几.其读数准确到0.1mm.
【例4】如图是一个游标卡尺.则图中a、b、c分别叫做 、 、 .
图中有一个小型气缸,欲测量其所用材料的体积V,需要测量:
①高度H、②深度h、③外径D、④内径d,应该分别用游标卡尺的哪一部分?
(用字母表示) 、 、 、 。
(3)在测量外径时,游标卡尺的尺面应该跟气缸底面垂直还是平行?
答案:
内测量爪、外测量爪、深度尺。
b、c、b、a;平行。
(2)20分度的游标卡尺.读数时先从主尺上读出厘米数和毫米数,然后用游标读出毫米以下的数值:
游标的第几条刻线跟主尺上某一条刻线对齐,毫米以下的读数就是几乘0.05毫米.其读数准确到0.05mm
【例5】指出图中游标卡尺的读数 mm。
答案:
1.095
(3)50分度的游标卡尺.这种卡尺的刻度是特殊的,游标上的刻度值,就是毫米以下部分的读数.这种卡尺的读数可以准确到0.02mm.
【例6】指出图中游标卡尺的读数 mm.
答案:
1.178
要注意:
游标卡尺都是根据刻度线对齐来读数的,所以都不要求估读下一位数字.
E.螺旋测微器
【例7】右图是千分尺的示意图,
(1)图中所标的各部分依次叫做:
① ,② ,③
④ ,⑤ ,⑥ 。
(2)在测量时,当②快要接触被测物体时要停止使用 ,改用 ,目的是既可以 ,又能 。
(3)千分尺中精密螺纹的螺距为 mm,其可动刻度分为50等分,每一小格表示 mm
答案:
测砧、测微螺杆、固定刻度、可动刻度、旋钮、微调旋钮。
⑤、⑥。
保护仪器、保证测量结果准确。
【例8】用螺旋测微器测量长度时,可以精确到 m,读数应该读到 mm.读出下列四种情况下的测量结果
答案:
10-5、10-3;3.139×10-3、5.042、11.630、5.485×10-1
F.天平的读数
【例9】已知天平两臂的长均为L0=15cm,游码从0到1000mg刻度间的总长度为l=25cm,那么
(1)游码的质量应该为_ g.
(2)某次测量时,将被测物体放在天平左盘内,在右盘内放有16g游码移到如图位置时天平恰好平衡,被测物体的质量为 g.
(3)请在图中画出在调节天平横梁水平时游码应该处在的位置.
解:
将游码从左端0刻度移到右端1000mg所引起的力矩变化相当于在右盘加1g砝码所起的力矩变化.设游码质量为m(g),有mgL=mgL0,可求得m=0.6g.所以答案为:
(1)0.6g
(2)16.56(3)应将游码移到左端0刻度处,其左端跟0刻线对齐。
G.多用表的读数
【例10】使用多用表测量时示意图如图
(1)当指针位置如图中灰三角箭头所示,则测量的是 ,测量结果为 .
(2)当指针位置如图中白三角箭头所示,则测量的是 ,测量结果为 。
(3)当指针位置如图中黑三角箭头所示,则测量的是 ,测量结果为 。
(4)当指针位置如图中黑三角箭头所示,正确操作后发现指针的偏转角很小,那么接下来的操作步骤应该依次为:
① ,② ,③ .测量结束后应将选择开关拨到④ 或者 .(5)无论用多用电表进行何种(直流)测量,电流都应该从 表笔经 插孔流人电表.在使用欧姆挡测量时,多用电表内部的电池的正极将跟表的面板上的 插孔相连.
答案:
(1)这时测量的是直流电流,量程为10mA,应该用满刻度为10的刻度线读数.由于不是10分度,在读出3.2以后,不应该再向下估读,所以测量结果为3.2mA.
(2)这时测量的是直流电压,量程为50V,应该用标满刻度为50的刻度线读数.由于是10分度,在读出16V后,还应该估读下一位,结果为16.0V。
(3)这时测量的是电阻,倍率为×100,按表盘最上方的刻度读数,结果为3.4×103Ω.(4)测电阻时指针偏转角度小,说明倍率太小了,所以应该增大倍率,操作步骤是①改用欧姆挡×1kΩ倍率,②重新调零,③测量并读数,④OFF,交变电压最高档.(5)电流应从红表笔经“+”插孔流入电表.内部电池的正极跟“-”插孔相连.
H.电阻箱的读数
【例11】指出右图中电阻箱的读数为 。
③测量结果的有效数字表示规定
测量结果的有效数字位数应根据和标准偏差最后一位对齐的原则确定,标准偏差一般取一位有效数字,最多取二位。
如:
=92.54mm,σf=0.32mm,
则R=(
±σf)=(92.5±0.3)mm
如:
=92.54mm,σf=0.35mm,
则R=(
±σf)=(92.54±0.35)mm
如:
=92.54mm,σf=3.2mm,
则R=(
±σf)=(93±3)mm
如:
=92mm,σf=0.3mm,
则R=(
±σf)=(93.0±0.3)mm
如:
=92.54mm,σf=12.35mm,
则R=(
±σf)=(93±12)mm
二、实验误差
1.真值——物理量在一定条件下的、客观的真正大小,称为真值。
一般在该物理量符号右下方加0表示,如C0、F0、R0等。
2.物理量的表示——在表示一个物理量时,必须同时给出数值大小和单位,两者缺一不可。
3.物理量的单位——各物理量的单位采用国际单位制(SI)为基础单位。
4.直接测量和间接测量——直接测量就是将待测量与预先定好的仪器、量具直接进行比较,读出其量值的大小;间接测量是指有许多物理量,不能直接用仪器和量具测得,而是通过对些相关物理量的直接测量,再根据相应的公式计算得出待测量的大小。
5.测量误差——测量值x与真值a之差称为测量误差,用符号ε表示。
ε=x—a
(1)
6.最佳估计值——最接近于真值的估计值,称为最佳估计值
。
7.误差(残差)——测量值xi和最佳估计值
之差。
vi=xi—
(2)
8.系统误差——在同一条件下(指测量方法、仪器、环境和观察者保持不变),对同一物理量进行多次测量时,误差的符号和绝对值保持不变或按某一规律变化,该误差称为系统误差。
9.偶然误差——在同一条件下多次测量同一物理量时,测量值彼此之间有少许差异,而且变化不定,并在除去系统误差后仍然存在。
这种绝对值和符号随机变化的误差称为偶然误差或随机误差。
10.算术平均值——测量结果的“最佳估计值”
设对某物理量测量了n次(等精度测量),其值分别为x1x2¨¨¨xn,这n个测量结果称为一个测量列,则其.算术平均值为:
=(X1+X2+X3¨¨¨Xn)/n(3)
11.绝对误差——被测物理量的客观大小称为真值,记为x0。
用实验手段测量出来的值为测量结果称为测量值,记为xi。
δ=xi一X0(4)
12.相对误差——Ex=(δ/μ0)×100%(5)
13.偏差△xi——在多次测量中,测量列内任意一个测量值Xi与测量列的算术平均值
的差称为偏差,即
△xi=Xi-
(6)
式中
。
偏差可正可负,可大可小。
14.平均值的标准偏差σ
——在进行有限的n次测量中,可得一最佳值
,
也是一个随机变量,它随n的增减而变化,显然它比单次测量值可靠。
可证明平均值的标准偏差
为:
(7)
15.仪器误差限△仪——仪器误差限或最大允许误差是指在正确使用仪器的条件下,测量结果和被测量的真值之间可能产生的最大误差,用△仪表示。
对照国际标准及我国制定的相应的计量器具的检定标准和规定。
考虑物理实验教学的要求,下面作简略的介绍或约定。
在长度测量类中,最基本的测量工具是直尺,游标卡尺,螺旋测微器。
在基础物理实验中,除具体实验另有说明外(如游标卡尺、螺旋测微器),我们约定:
这些测长工具的仪器误差限按其最小分度值的1/5估算。
在质量测量类中,主要工具是天平。
天平的测量误差应包括示值变动性误差、分度值误差和砝码误差等。
单杠杆天平按精度分为十级,砝码的精度分为五等,一定精度级别的天平要配用等级相当的砝码。
在简单实验中,我们约定:
取天平的最小分度值作为仪器误差限。
在时间测量类中,停表是物理实验中常用的计时仪表。
在本课程中,对较短时间的测量,我们约定:
取停表的最小分度值作为仪器误差限。
在温度测量类中,常用的测量仪器包括水银温度计、热电偶和电阻温度计等。
在本课程中,我们约定:
水银温度计的仪器误差限按其最小分度值的一半估算。
在电学测量类中,电学仪器按国家标准大多是根据准确度大小划分其等级,其基本误差限可以通过准确度等级的有关公式给出。
对电磁仪表,如指针式电流、电压表
△仪=α%·Am(7)
式中Am是电表的量程,α是以百分数表示的准确度等级,电表精度分为5.0,2.5,1.5,1.0,0.5,0.2,0.1七个级别。
对直流电阻器(包括标准电阻,电阻箱),准确度等级分为0.0005,0.001,0.002,0.005,0.01,0.02,0.05,0.1,0.2,0.5十个级别。
实验室使用的电阻箱,其优点是阻值可调,但接触电阻和接触电阻的变化要比固定的标准电阻大。
一般按不同度盘分别给出准确度级别,同时给出残余电阻(即各度盘开关取零时,连接点的电阻)值。
本实验简化处理为:
△仪=αi%·R(8)
仪器的标准误差用△仪标表示,它与误差分布有关。
16.不确定度
(1)不确定度的定义——测量不确定度是指由于测量误差的存在而对被测量值不能确定的程度,它是测量质量的表述,表征合理地赋予被测量之值的分散性,与测量结果相联系的参数。
它不同于测量误差,测量误差是被测量的真值与测量量值之差,而不确定度则是误差可能数值(或数值可能范围)的测度。
在物理实验中进行着大量的测量,测量结果的质量如何,要用不确定度来说明。
在相同置信概率的条件下,不确定度愈小,其测量质量愈高,使用价值也愈高;反之,不确定度愈大,其测量质量愈低,使用价值也愈低。
(2)不确定度的分类——测量不确定度的大小表征测量结果的可信程度。
按其数值的来源和评定方法,不确定度可分为统计不确定度UA和非统计不确定度UB两类分量。
(1)A类不确定度分量UA
由观测列的统计分析评定的不确定度,也称统计不确定度,它的分量用符号UA表示。
在实际测量时,一般只能进行有限次测量,这时测量误差不完全服从正态分布规律,而是服从称之为t分布(又称学生分布)的规律。
这种情况下,对测量误差的估计,就要在贝塞尔公式的基础上再乘以一个因子。
在普物实验中,测量次数n一般小于10。
当n<10时,UA≈σ
。
(2)B类不确定度分量UB
是指由非统计方法估计出的不确定度。
它主要是由仪器误差引起的,与仪器的误差限有关。
实验室常用仪器的误差或误差限值,是生产厂家参照国家标准规定的计量仪表、器具的准确度等级或允许误差范围给出,或由实验室结合具体测量方法和条件简化而约定。
一般在P=68.3%的置信系数C取3、31/2、61/2
UB=△仪/C
对B类不确定度可以简化为:
UB=△仪/31/2
或:
UB≈△仪
(3)不确定的合成
总不确定U的计算:
三、误差的传递
1.四则运算中的误差传递
(1)和、差运算结果的绝对误差等于个直接测得量的绝对误差之和。
若:
x=A+B,则:
⊿x=⊿A+⊿B
(2)积、商运算结果的相对误差等于直接测得量的相对误差之和。
若:
x=AB或A/B,则:
⊿x=⊿A+⊿B⊿x/x=⊿A/A+⊿B/B
2.乘方:
若y=xn,则:
⊿y/y=n⊿x/x
若y=x1/n,则:
⊿y/y=⊿x/(nx)
3.对数:
y=lnx,则:
⊿y=⊿x/x
4.三角函数:
(1)正弦:
y=sinx,则:
⊿y=⊿xcosx
(2)余弦:
y=cosx,则:
⊿y=⊿xsinx
(3)正切:
y=tanx,则:
⊿y=⊿xsec2x
实验报告范例一:
对蜡烛及其燃烧的探究
实验目的:
对蜡烛在点燃前、点燃时和熄灭后的三个阶段进行细致的观察,学会完整地观察物质的变化过程及其现象。
实验用品:
一支新蜡烛、火柴、一支干净烧杯、水、水槽、澄清的石灰水、一把小刀。
实验步骤与方法:
1.观察蜡烛的颜色、形状、状态、硬度;嗅其气味。
现象:
蜡烛是白色、较软的圆柱状固体,无气味,由白色的棉线和石蜡组成。
2.用小刀切下一块石蜡,放入水槽,观察其在水中的现象。
现象:
石蜡漂浮在水面上,不溶于水。
结论:
石蜡是一种密度比水小,不溶于水的固体。
3.点燃蜡烛,观察其变化及其火焰和其各层温度的比较。
现象:
石蜡受热时熔化、蜡烛燃烧时发光、冒黑烟、放热。
烛焰分三层:
外焰、内焰、焰心,外焰温度最高,焰心最低。
结论:
石蜡受热会熔化,燃烧时形成炭黑。
4.干燥的烧杯罩在烛焰上方,观察烧杯壁上的现象片刻,取下烧杯,倒入少量石灰水。
振荡,观察其现象。
现象:
干燥的烧杯壁上出现了许多小水珠。
取下烧杯后迅速倒入澄清石灰水,振荡,石灰水变得浑浊。
结论:
蜡烛燃烧时产生了水和能使石灰水变浑浊的二氧化碳两种物质。
5.熄灭蜡烛,观察其现象,用火柴点燃刚熄灭时的白烟,观察有什么现象发生。
现象:
熔化的石蜡逐渐凝固,白色棉线烛心变黑,易碎。
用火柴点燃刚熄灭时的白烟,蜡烛会重新燃烧。
结论:
石蜡遇冷凝固,燃烧时产生炭黑,棉线炭化,白烟由细小的石蜡颗粒构成,有可燃性。
实验结论:
蜡烛在空气中能够燃烧,在燃烧过程中和过程后能产生许多新的物质。
问题和建议:
蜡烛为什么能够燃烧?
蜡烛在什么样的条件下才能燃烧?
像这样物质燃烧后产生新物质的变化是化学变化还是物理变化?
实验报告范例二:
实验:
测定金属的电阻率
一、实验目的:
学会用伏安法测量电阻的阻值,测定金属的电阻率。
二、实验原理:
用刻度尺测一段金属导线的长度L,用螺旋测微器测导线的直径d,用伏安法测导线的电阻R,根据电阻定律,金属的电阻率ρ=RS/L=πd2R/4L
三、实验器材:
①金属丝②千分尺③安培表④伏特表⑤(3伏)电源⑥(20Ω)滑动变阻器⑦电键一个⑧导线几根
【点拨】被测金属丝要选用电阻率大的材料,如铁铬铝合金、镍铬合金等或300瓦电炉丝经细心理直后代用,直径0.4毫米左右,电阻5~10欧之间为宜,在此前提下,电源选3伏直流电源,安培表选00.6安量程,伏特表选03伏档,滑动变阻器选020欧。
四、实验步骤
(1)用螺旋测微器三次测量导线不同位置的直径取平均值D求出其横截面积S=πD2/4.
(2)将金属丝两端固定在接线柱上悬空挂直,用毫米刻度米尺测量接入电路的金属丝长度L,测三次,求出平均值L。
(3)根据所选测量仪器和选择电路的原则画好电路图1,然后依电路图按顺序给实物连线并将滑动变阻器的阻值调到最大。
点拨:
为避免接线交叉和正负极性接错,接线顺序应遵循:
电源正极→电键(断开状态)→滑动变阻器→用电器→安培表正极→安培表负极→电源负极,最后将伏特表并接在待测电路的两端,即先接干路,后接支路。
(4)检查线路无误后闭合电键,调节滑动变阻器读出几组I、U值,分别计算电阻R再求平均值,设计表格把多次测量的D、L、U、I记下来。
【点拨】测量时通过金属丝的电流应控制在1.00A以下,本实验由于安培表量程0~0.60A,每次通电时间应尽量短(以能读取电表数据为准),读数完毕立即断开电键S,防止温度升高使金属丝长度和电阻率发生明显变化。
计算时,务必算出每次的电阻值再求平均值,不能先分别求电压U和电流I的平均值,再由欧姆定律得平均值,否则会带来较大计算误差。
五、实验记录
测量次数
1
2
3
平均值
导线长
/m
导线直径
/m
导线的横截面积S=(公式)=(代入数据)=m2
测量次数
1
2
3
电阻平均值
电压U/V
电流I/A
电阻R/Ω
所测金属的电阻率ρ=(公式)=(代入数据)=Ωm
【注意事项】
(1)测量金属导线的直径时要用螺旋测微器,直接测量的结果要估读下一位数字。
(2)金属导线的电阻和电流表的内阻相差不很大,因此在用伏安法测电阻时应采用电流表的外接法,开始实验时滑动变阻器在电路中的阻值应调至最大,实验过程中通过金属导线的电流不宜过大,以防止温度升高电阻率发生变化。
【点拨】
(1):
为了减少电阻的计算误差,可以作U-I图象求出电阻的平均值
【点拨】
(2):
经验表明,引起实验误差的原因可能是:
①采用外接法则由于伏特表的分流影响,造成电阻测量值偏大,若误用内接法则安培表分压影响更大。
②仪表量程太大且读数不准
③计算未遵从有效数字运算法则
实验中易混淆的是:
R=U/I和R=ρL/S两个定律,这两个定律都是实验定律,但前者是研究电阻与电流、电压两者之间关系;后者是研究导体本身的性质即电阻与材料、长度、截面积三者之间关系,与所在的电路因素或是否接入电路无关,注意R=U/I中,电阻与U、I无关;R=ρL/S中,电阻率与L和S无关,使用这两式时ρ是不变的。
易错的是:
测量电路(内、外接法)、控制电路(限流式和分压式)、量程的选择及有效数字、电阻R平均值的计算等。
易忘的是:
金属丝未接入电路就测量其长度,用千分尺测直径D前未查零误差、测D时未按三个不同位置测量取平均值。
六、实验结论
由实验表中数据计算得出,待测金属丝的电阻率平均值。
实验报告范例三:
实验利用单摆测量重力加速度
一、实验目的
利用单摆测重力加速度;
二、实验仪器
单摆实验装置一套,米尺,数字毫秒计
三、实验原理
(一)、如果在一固定点上悬挂一根不能伸长、无质量的线,并在线的末端悬一质量为m的质点,这就构成了一个单摆。
我们知道单摆的幅角θ很小时,单摆的振动周期T和摆长L有如下关系:
由于悬线有质量,实验中用小球或圆柱等的质心代替质点,所以以上单摆实际上并不存在,因此实验要求小球或圆柱的质量要远大于悬线的质量,而它的半径或高要远小于悬线的长度,这样质心才能代替质点,并可用
(1)式进行计算。
但此时必须将悬挂点到质心的距离作为摆长。
若L固定,测出T即可求出g。
四、实验内容和步骤
1、测量摆长L
2、测量单摆周期
摆角应小于5度,记录30个周期的时间t,重复10次。
3、计算重力加速度及不确定度
五、数据记录及处理
L=0.9880m
表1单摆周期实验数据
次序
t(s)
次序
t(s)
1
60.08
6
60.16
2
60.20
7
60.13
3
60.17
8
60.24
4
60.18
9
60.23
5
60.14
10
60.17
;
;无坏值
六、注意事项
实验过程中条件要保持稳定,使摆角的幅角小些,并尽量保持一定,使单摆周期一定。
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