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1、1,下学期大学物理实验课（2-2），第1周末开始网上预约，第周开始做实验，务必请同学们注意按时预约选做实验。其它通知届时请上网查看。,通 知,开放实验时间和要求 1.开放周次：第3周开始。2.每个实验室每周开放4-6次左右。3.上课时间均安排在下午和晚上。4.最新的（2-2）基本要求注意随时查看系统通知。,2,理学院物理实验中心张亚萍2016年4月12日,大学物理实验基础理论（二）,3,引 言 如何上好大学物理实验课第一节 大学物理实验课中常见问题解析第二节 物理实验中的基本测量方法第三节 处理系统误差的基本知识第四节 粗大误差的处理第五节 如何进行设计性实验,大学物理实验基础理论（二）主要内
2、容,4,1、实验理论和实践的密切结合理论基础，实验方法，技术路线，实施过程，获得结果。2、转变思想观念学习知识，提高能力，培养素质。3、注重实验过程知识的学习、能力的提高、素质的培养都是在一系列过程中获得的。没有过程的结果是没有意义的。4、数据处理是实验的重要组成部分,引 言 如何上好大学物理实验课,转变思想观念，摒弃不良习惯注重实验过程，提高实验能力，培养综合素质,5,1-1 有效数字问题1-2 作图法处理数据问题1-3 逐差法处理数据问题1-4 实验预习问题1-5 实验操作问题1-6 实验报告问题1-7 建立经验公式的基本步骤1-8 仪器极限误差的处理,第一节 大学物理实验课中常见问题解析
3、,6,1-1 有效数字问题,一、测量读数和数据记录的有效数字,2.00cm,1、有刻度或指针的仪表：最小刻度以下再估读一位。正好是整刻度，估读位上记“”。2、数字显示仪表：显示值均为有效数字，不再估读。3、多量程仪表：合理选择量程，充分利用仪器精度，测量读数有效数字位数最多。在保证能够测量出来的情况下，量程尽量小。,目的测量数据是有效数字，如实反映测量仪器的精度。例如：（1）上面尺子正确读数，2.00cm；如果记为2.0cm 尺子的最小刻度是cm；2.000cm 最小刻度是0.1mm,7,二、中间结果和常数的有效数字,例如：（2）右边多量程电压表，正确选择量程200mV，读数106.2mV，四
4、位有效数字；如果选择20mV 无法测出；2V 读数0.106V，三位有效数字；20V 读数0.11V，二位有效数字。,中间结果和常数的有效数字一般比直接测量读数的有效数字多取12位。例如：测量圆的面积，S=r2直接测量r读数：4.5678m，4.5674m，4.5679，4.5679m，4.5676m，五位有效数字；平均值（中间结果）：4.56772m，六-七位有效数字；常数：3.141593，六-七位有效数字。,8,三、不确定度的有效数字,uc=0.5350 uc=0.6；uc=0.112 uc=0.1或0.11ur=1.25%ur=1%或1.2%；ur=12.52%ur=13%,不确定度一
5、般只取一位有效数字，特殊情况可以取两位，但最多不超过两位。不确定度有效数字取舍一般采用1/3修约规则。特殊情况：首位数字是“1”或“2”，否则一般只取一位。,四、实验结果的有效数字实验结果的有效数字由不确定度确定。有效数字的末位与不确定度的末位对齐。,五、单位换算的有效数字单位换算时有效数字的位数保持不变。大数和小数用科学记数法表示。例如：测量结果：1.3m1.3103mm 1300mm测量结果：1300mm1.300 m 1.3m,9,例题：作业，P36，第6题,6.用千分尺（极限误差为0.004mm）测量一钢球直径6次，分别测得结果为：14.256、14.278、14.262、14.263
6、、14.258、14.272(mm)，用天平（仪器极限误差为0.06g）测得其质量一次值为11.84g，试求钢球的密度最佳值与不确定度。,（1）直径d的处理 直径的最佳值,中间结果有效数字多取,10,直径不确定度B类分量：,直径合成不确定度：,（2）计算不确定度ud直径不确定度A类分量：,中间结果有效数字可以多取,11,密度的不确定度：,中间结果有效数字可以多取,质量的处理：,实验结果不确定度有效数字一般只取一位,密度的处理：,12,钢球密度的相对不确定度为,钢球密度的测量结果表示为：,13,实验结果的完整表示,实验结果的有效数字由不确定度确定，有效数字的末位与不确定度的末位对齐。,（1）最佳
7、值，（2）合成不确定度，（3）相对不确定度，（4）单位，（5）表达形式正确。,14,常见错误与正确做法,1-2 作图法处理数据问题,（1）不用坐标纸；必须选用相应类型的坐标纸或计算机软件绘图。（2）不写图号和图名；必须注明图号和图名。（3）不画坐标轴；必须画出坐标轴和方向。（4）不标明坐标轴的物理量、单位和分度值；必须标明坐标轴物理量、单位和分度值。,图,1,LI图线,例题：P36，第9题,P1(8.2,8.0),P2(40.0,38.4),15,常见错误与正确做法,（5）不标明测量数据点或标明符号不正确；必须选用明显的标志符号表示数据点，如“、”等，不能用“”。（6）坐标纸大小、坐标轴比例和
8、坐标原点选择不合适；根据测量数据有效数字位数选择坐标纸的大小；适当放大或缩小倍数在10或0.1之内。选择合适坐标轴比例和原点位置，使图线在图纸中央。,16,常见错误与正确做法,（7）连线不正确，随意徒手画；连线必须使用工具，透明的直尺、三角板、曲线板等。变化规律容易判断的曲线平滑连线，曲线不必通过每个实验点，但应均匀分布在曲线两边；难以确定规律的曲线可以用折线连接。校准曲线连线成折线形式，相邻两点连成直线段。,17,常见错误与正确做法,（8）在图线中不标出求直线斜率所取点的标志和坐标值；必须标出求斜率所取点的坐标，有效数字正确。（9）任取一点或两点求斜率；必须取两点求斜率，两点不是任取的；不是
9、测量数据点；在测量范围内，两点尽量远些。（10）求斜率没有必要的计算过程，结果不写单位，有效数字少；要有必要的过程，结果有单位，有效数字位数一般要多于测量数据的。,18,1-3 逐差法处理数据问题,例题：用逐差法处理IL表中的数据，求出I=kL+b的斜率k和截距b。,常见错误与正确做法1.不注意处理数据条件；2.没有或不正确隔项逐差；3.不会求截距。,解：表1 逐差法处理IL数据表,（1）斜率：,自变量也要隔4项逐差,（2）截距：,求截距采用平均值计算，即最小二乘法公式,19,1、实验前必须预习，主要了解实验原理、实验内容、注意事项等。没有预习不允许做实验。2、各实验项目实验仪器图片，见学习网
10、站。3、写出预习报告。内容包括：实验名称、实验目的、实验原理、实验内容和数据记录表格。实验原理要简练、条理清楚，有必要的图表。既不能把书上所有内容都抄下来；也不能只列上公式，让人看了不知所云。4、需要记录的数据都要列表；所有数据记录表必须单独列在一张纸。数据不能随意乱记。数据记录表不能作为数据处理表。5、预习占实验成绩的20。,1-4 实验预习中的问题,20,5、数据记录齐全，格式规范。不能使用铅笔记录数据。修改数据不能乱涂乱抹。正确的修改方法：在要修改的数据中央划一横杠，在空余处重新书写正确的数据。3.25 2.35。修改前后的数据都必须清晰辨认。6、实验数据必须由教师检查签字。交实验报告时
11、必须附有经过教师签字的原始数据。7、实验操作一般占实验成绩的40。8、离开实验室时要整理好实验仪器，摆放规范，打扫卫生。此项内容占实验操作成绩。9、损坏实验仪器用具必须书面说明原因，酌情按规定处理。,1、按时上课，迟到15min以上不准上课。签到，按序号就坐。教师检查预习情况。补做实验需有空位。2、对照实验仪器看书或仪器说明书，熟悉仪器各部分功能，查看指示牌上的说明。在不了解的情况下严禁乱调实验仪器。3、检查实验仪器是否齐全，有无损坏；及时声明。4、亲自动手正确操作仪器，认真观测，如实记录测量结果。遇到问题随时向指导教师提问。特别注意：合理选择仪表量程，用正确有效数字记录数据；用心体会实验思想
12、、方法、技术、技巧的精妙之处。,1-5 实验操作中问题,21,1、实验报告是科技写作的一部分，训练用科技语言进行科技写作。如科技论文、科研项目申请书、科研项目实验报告、科研项目总结报告等。实事求是，严禁抄袭。2、实验报告必须使用实验报告纸书写，订好后方可上交。3、实验报告内容：实验名称、实验目的、实验原理、实验内容、数据记录和处理、实验结论、实验讨论。（1）实验原理要简练、条理清楚，有必要的图表。既不能把书上所有内容都抄下来；也不能只列上公式，让人看了不知所云。（2）数据记录和处理要列表，有必要计算过程过程，条理清晰。（3）平均值和不确定度A类分量使用计算器上的统计功能计算。（4）所有表和图要
13、按顺序编号，图表规范，并写出名称。（5）一般最终实验结果要给出完整的表达形式，标明实验条件。（6）问题分析和讨论。4、数据记录表不能作为数据处理表。但教师签字的数据记录表必须与实验报告订在一起交。5、实验报告一般占实验成绩的40。,1-6 实验报告中问题,22,6、实验结果完整表示的常见错误和正确形式（以测量杨氏模量实验结果表示为例）（1）E=(1.780.1582）1011N/m2；u r=8.9%E=(1.780.16）1011N/m2；u r=9%E=(1.80.2）1011N/m2；u r=9%（2）E=(1.840.02）1011N/m2；u r=1.04%E=(1.840.02）1
14、011N/m2；u r=1%（3）E=1.9591011N/m2；u r=2.7%E=(1.960.06）1011N/m2；u r=3%（4）E=(1.71910112.1109）N/m2；u r=1%E=(1.720.02）1011N/m2；u r=1%,1-6 实验报告中问题,7、实验结果完整表示的物理意义（以测量杨氏模量实验结果表示为例）E=(1.960.06）1011N/m2；u r=3%测量值的分散性和可信赖的程度，真值可能出现在(1.96-0.06，1.96+0.06）1011N/m2的可能性是68.3。,23,用实验方法建立物理量之间的关系式称为经验公式。通过实验总结物理规律，寻
15、求相关物理量之间的经验公式是物理实验基础训练的内容之一，由此可以加强对实验技能和数据处理的训练。以研究甘油粘滞系数与温度t的关系为例说明建立经验公式的基本步骤和主要过程。1、测量数据,1-7 建立经验公式的基本步骤,2、作测量数据（t,）关系图线在直角坐标纸上画出测量数据点，并连线成平滑曲线。,24,根据曲线形状近似为一条指数曲线，设经验公式的数学函数模型为指数函数的一般形式：=aebt,3、建立数学函数模型,4、求解数学模型中常数为了计算上式中的未知常数a和b，需进行必要的变换，变换后将曲线改为一条直线。为此，两边取对数，则有 Ln=bt+Lna令Y=Ln，A=Lna，则得 Y=bt+A再作
16、Y和t的关系曲线，是一条较好的直线，说明选择的数学函数模型合适。,25,Ln=bt+Lna Y=bt+A根据图解法或最小二乘法可以求出：b=0.0851;A=8.801进一步求得：a=6642.9,4、求解数学模型中常数,5、写出经验公式表达式甘油粘滞系数与温度t的关系式为=6642.9e 0.0859t(PaS)其中温度t的单位为。实际工作中，测量数据很多，建立数学模型及求解未知常数都用计算机。计算机根据所建数学模型进行曲线拟合和相关分析，判断经验公式的正确性。,26,、查教材P13表1-2-1，列出了部分常用仪器的仪器误差。、查阅该仪器说明书或使用指南，查出仪器误差。、无法查阅说明书或使用
17、指南的，按所使用仪器最小分度的一半，作为仪器误差来处理。1mm的米尺，仪0.5mm。,1-8 仪器极限误差的处理,例如：用0.1级标准电阻箱提供0.1的电阻，仪器误差。查阅旧教材36页，电阻箱的仪器误差表示为：,0.1级：a=0.1；b=0.2；m所使用旋钮的个数。,合理选用电阻接线柱,27,一、比较法二、放大法三、补偿法四、模拟法五、干涉法六、转换测量法,第二节 物理实验中的基本测量方法,现代物理实验离不开定量的测量和计算。,测量内容非常广泛，测量方法及其分类方法也多种多样。,下面主要介绍测量的基本思想方法。,28,1、直接比较法：被测量的未知量直接与已知的标准量进行比较，得到未知量的大小。
18、如：用米尺测长度。2、间接比较法：利用物理量之间的某种函数关系进行间接比较。如：替代法测电阻，利用利萨如图形测量电信号频率等。,一、比较法,二、放大法放大测量目的，提高微小量的测量精度。1、机械放大法利用机械部件之间的几何关系，放大测量量。特点是，结构简单，性能可靠。实例：螺旋测微原理。,97.00cm,29,2、光学放大法利用几何光学原理放大待测量的方法。（1）通过光学仪器形成放大的像，观察测量。如放大镜、显微镜、望远镜。（2）利用光学装置将待测量进行间接放大测量。例如：光杠杆装置。（测量钢材杨氏模量实验）,1、机械放大法,应用：螺旋测微计、读数显微镜、迈克尔逊干涉仪等读数机构。另外，螺旋测
19、微原理。机械杠杆、指针式仪表中的指针也利用了机械放大。,30,光杠杆应用,光杠杆放大原理也应用于灵敏电流计和冲击电流中。,光点反射式灵敏电流计,冲击电流计,31,3、电子学放大法,通过电子线路将微弱的电信号进行放大，普遍应用于各种电子仪器、仪表中。,4、累积(累加)放大法把相等的微小量累积后进行测量，累积值除以累积倍数得到微小量。特点：方法简单易行。使用累积放大法累积N次后，由仪器极限误差仪引起的不确定度B类分量减小为原来的1/N。,应用：用秒表测量单摆周期,扭摆法测量五天摆动周期(转动惯量)。测量光栅常数d（用光栅测量单色光的波长）。测量弹簧振子的周期(气轨弹簧振子)。,32,通过调节一个或
20、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。,三、补偿法,33,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。,四、模拟法,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，
21、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。,34,六、转换测量法转换测量法是根据物理量之间的各种效应和函数关系利用变换原理进行测量的方法。高精度、宽量程、快速、自动化、遥感测量的发展与转换测量密切相关。,五、干涉法,利用相干波（光波、声波）产生干涉来测量有关的物理量。应用：测量长度、角度、波长、折射率、检测光学元件质量等。例如：光栅衍射测量波长，劈尖干涉测量微小长度，驻波法测量声速等。,劈尖干涉测量细丝直径d=Ln/2,35,2、能量换测法能量换测法是利用一种运动形式转换成另一种运动形式时物理量之间的对
22、应关系进行测量的方法。普遍应用的是非电磁运动和电磁运动之间的转换非电量电测。非电量电测的特点：测量精度高、反应速度快、能自动连续测量、便于远距离传输等，易于实现测量仪器的自动化和智能化。,1、参量换测法,物理效应多种多样，转换测量各不相同。转换测量法大致可以分为两大类：参量换测法和能量换测法（非电量电测法）。,参量换测法几乎贯彻于整个物理实验领域中。利用各参量的变换关系及其变化规律测量某一物理量。例如：拉伸法测量钢丝的杨氏模量E。根据应力F/S和应变L/L成线性变换的规律，L/LE(F/S)，将杨氏模量E的测量转换为对应力F/S和应变L/L的测量。,36,2）传感器非电量电测的基础传感器。传感
23、器是根据物理效应按一定规律将非电量转换为电量的器件或装置。按工作原理，常用传感器可分为7大类。(1)电阻式传感器：被测物理量转换为电阻值的变化。(2)电容式传感器：各种被测参数转换成电容。(3)电感式传感器：被测量转换为线圈的自感或互感的变化。(4)压电式传感器：机械能转换为电能。(5)磁电式传感器：被测量转换成电动势，有磁电感应式和霍尔式。(6)热电式传感器：吸收被测物体的热能转换成电能，如热电偶。(7)光电式传感器：光信号转换成电信号，如光电管、光电池。,1）非电量电测技术,由于计算机的普遍应用和电信号易于放大、处理、存储及远距离传输等特点，从而形成了非电量电测技术，其基本组成为,37,（
24、1）热电转换（非平衡电桥实验）热学量转换成电学量。例如：热电偶测温度、热敏电阻测温度。（2）压电转换（声速测量实验）声波或超声波信号转换为电信号。例如：麦克风，从声信号到电信号；水下声纳装置，从声（或超声）信号到电信号。（3）光电转换（光电效应实验，气轨实验）光学量转化为电学量，应用极广，与日常生活关系密切。例如：摄像机，将影像转换为电信号，并存储在磁带上；红外人体接近开关、光电池、光敏二极管等。特点：非接触、高可靠性、高精度、反应快。（4）磁电转换（测量金属线胀系数实验）利用半导体霍尔效应进行磁学量与电学量的转换测量。例如：霍尔元件与磁针结合构成开关装置；直流无刷电机。,3）常用的非电量电测
25、方法,在物理实验中，各种基本测量方法应用广泛，相互联系，相互渗透，综合使用。,38,第三节 处理系统误差的基本知识,一、系统误差的来源和分类 二、处理系统误差的一般程序 三、减小或消除系统误差的基本测量方法,任何测量都存在误差。误差由随机误差和系统误差两部分组成。因此，为了提高测量精度，在减少随机误差的同时，还要考虑减少或消除系统误差。在同一测量条件下，多次测量同一量时，误差的绝对值和符号保持恒定；或在条件改变时按某一确定规律变化的误差称为系统误差。减小随机误差影响的方法是多次测量取算数平均值。本节主要介绍处理系统误差的一些基本知识。,39,、随机误差的基本处理方法是统计方法。基本前提是完全排
26、除了系统误差的影响，认为误差的出现纯粹是随机的。因此，实际测量过程中，必须最大限度地减少或消除系统误差的影响。,研究系统误差的重要性,2、系统误差与随机误差的不同。尽管系统误差有确定的规律，但往往隐藏于测量数据中不易被发现，不能依懒概率统计办法来消除或减弱系统误差的影响。对于系统误差的处理，一般是属于技术上的问题，没有通用的办法，只能具体问题具体分析、处理。处理的是否得当，很大程度上取决于观测者的经验、学识和技巧。,3、在某些实际测量中，系统误差的数值远大于随机误差的数值，起主要作用。,40,一、系统误差的来源和分类,、系统误差来源(1)、测量装置方面的因素。零件加工及安装；装置没有达到安装要
27、求或条件；仪器本身的不准确。如：圆环摆测重力加速度，圆环上的挖槽和指针会影响整个圆环的质心不在圆环的圆心上。(2)、环境因素。温度、大气压、湿度、地磁场、静电场等。(3)、测量方法及理论上因素。采用近似的测量方法，如用伏安法测电阻(内、外接法)；测量瞬时速度。(4)、人员方面的因素。测量者的个人因素(经验、技巧及个人的“偏性”)。例如：测物体的高度、运动的时间等，由于测量者的性格(慢性、急性)，会给测量结果带来了一定的偏差，最后造成误差。,41,2、系统误差的分类,）定值系统误差与变值系统误差从系统误差的特性来分，可分为定值系统误差和变值系统误差两大类。(1)、定值(已定）系统误差：在整个测量
28、过程中，误差的大小和符号保持不变。例如：砝码的误差，零点误差，电表内阻，刻度不均匀等。(2)、变值（未定）系统误差：在测量条件变化时，误差按一定规律变化。按不同变化规律又细分为：线性变化，非线性变化，周期性变化，复杂规律变化。,42,二、处理系统误差的一般程序,2）可（已）定系统误差与未定系统误差：按对系统误差的掌握程度来分，可分为已定系统误差和未定系统误差两大类。(1)、已定系统误差：在实验过程中，能够确定大小和正负，可以进行修正和消除。如零点误差。(2)、未定系统误差：在实验过程中，不能够确定大小和正负。在数据处理常用估计误差限的方法评价其对测量结果的影响。如仪器极限误差。,系统误差的处理
29、是一个比较复杂的问题，需要具体问题具体分析。总的原则：尽可能减小或消除。一般处理程序为：1、检验判别系统误差的存在。2、分析造成误差的原因，并在测量前尽量减小或消除。3、测量过程中采取一定方法和技术尽量消除或减小系统误差的影响。4、采用修正法消除。如零点修正，公式修正，曲线修正等。5、估计残余系统误差的数值范围误差限，与随机误差类似处理来评价测量结果。,43,三、消除、减小系统误差的基本测量方法,1、零示法消除可定系统误差零示法就是在测量过程中，使被测量的作用效应与已知量的作用效应互相抵消，最后使总的效应减到零。误差主要取决于标准器的误差，零示器必须有足够的灵敏度。,电桥测量电阻,44,2、交
30、换抵消法消除可定系统误差,相互交换某些测量条件如被测物体位置等，使产生系统误差的原因对测量结果产生相反的影响，从而抵消了系统误差。例如：不等臂天平测质量m，若单测一次，则由于两臂不等(l1l2)会造成系统误差。采用复称法，交换砝码P和被测物体m位置再测一次，取两次测量值的几何平均值，可以消除因两臂不等而造成的系统误差。,45,3、替代法消除可定系统误差,在其他测量条件不变的情况下，用一个较为标准的已知量代替被测量，以达到消除系统误差的目的。例如：改装电表实验中测表头内阻，就是用电阻箱替代表头测量的。在用天平测质量时，可先测待测量，然后用标准砝码代替待测量。,4、导号法消除可定系统误差改变测量中
31、的某些条件如测量方向，使两次测量结果中误差的符号相反，取其平均值就可以消除其系统误差。例如：用灵敏电流计测量小电流、用冲击电流计测电量等，可以改变光点的偏转方向，消除电流计的系统误差。,46,、对称测量法线性系统误差,对称测量法是消除线性变化系统误差的一种有效方法。在通常情况下，线性系统误差的特点是测量所产生系统误差的大小与测量时间(或测量次数)成线性关系，若选择某时刻为中点，则对称此点的系统误差的算术平均值都相等。,6、半周期法周期性系统误差周期性系统误差通常可以表示为周期函数，可以相隔半个周期偶次测量，取读数的平均值，即可消除。周期性系统误差的一般表示为：=asin。设=1时，1=asin
32、1；当=1+时，2=asin1=1平均值1 2=0,47,7、差值法消除可定系统误差,在起始点不明确的情况下，用差值法比较容易消除系统误差。如杨氏模量的测量等。F1k(L10LL0)；F2k(L20 L L0)；F2F1k(L20L10),8、引导系统误差随机化的方法消除可定系统误差在可能的条件下，引导系统误差的符号、绝对值发生随机变化，以便在多次测量求平均值时，有可能把系统误差抵消或部分消除。例如：米尺测某一长度时，用不同的刻度位置去测量该长度的值，可消除因米尺刻度不均匀带来的系统误差。,小 结实验中，无论采用何种方法，也不论进行多少次测量，都不可能将系统误差完全消除，总有一部分系统误差存在
33、。因此在实际测量中，只能把系统误差减弱到某种程度，致使它们对测量结果的影响小到可以忽略不计，这样可认为该系统误差已被消除。,48,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
34、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。,49,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：,50,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
35、。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。,51,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,
