[醉染正版]医学物理学实验鲍艳 赵元 叶福丽鲍艳 赵元 叶福丽

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医学物理学实验
	曾用价	35.00
	出版社	科学出版社
	版次	0101
	出版时间	2016年02月
	开本	16
	著编译者	鲍艳，赵元，叶福丽   鲍艳,赵元,叶福丽
	页数	176
	ISBN编码	9787030472403

本书根据医用物理学教学大纲的要求，结合高等医药院校深化教学改革的需要，本着实验教学与理论教学相辅相成、相对独立的教学特点，本书在参考了已有的其他同类物理学实验的基础上，保留了一部分基础验证性实验，增加了综合设计性实验。全书精选了基础物理实验和综合设计性实验以及医学物理学实验共 31个。实验理论除了介绍误差与数据处理外，还增加了实验方法论和设计性实验的设计方法的指导，突出物理方法和思想的教学。

目录 总论1
一、医学物理学实验的目的和任务1
二、误差及其来源2
三、有效数字及其处理方法7
四、实验方法论15
五、设计性实验的设计方法17
**篇力学和热学实验20
实验1.1长度测量20
实验1.2用拉脱法测液体的表面张力系数24
实验1.3用落球法测液体的黏度系数27
实验1.4拉伸法测量金属丝的杨氏模量29
实验1.5声速的测量33
实验1.6混合法测量固体的比热容37
实验1.7金属丝膨胀系数的测量4
1实验1.8气体比热容比的测量42
实验1.9多普勒效应综合实验45
实验1.10人耳听阈曲线的测定51
实验1.11三线摆法测转动惯量54
第二篇电学和磁学实验59
实验2.1万用电表的使用59
实验2.2示波器的原理与使用64
实验2.3用李萨如图形测交流电的频率75
实验2.4用板式电位差计测电源电动势77
实验2.5惠斯通电桥测电阻81
实验2.6静电场的描绘83
实验2.7密立根油滴实验91
实验2.8电子束实验95
实验2.9霍尔效应及其应用103
实验2.10电流计的改装与校正108
第三篇光学实验112
实验3.1分光计上的实验112
实验3.2用双棱镜干涉测钠光波长122
实验3.3迈克尔逊干涉仪实验125
实验3.4薄透镜焦距的测定130
实验3.5光具组基点的测定135
实验3.6用牛顿环干涉测透镜曲率半径138
实验3.7自组显微镜和望远镜并测量其放大率142
实验3.8用阿贝折射计测量液体折射率146
实验3.9用旋光仪测液体的旋光率151
实验3.10非正常眼的模拟与矫正155
参考文献159
附录160
附录1国际单位制160
附录2基本物理常数2006年国际推荐值161
附录3在海平面上不同纬度处的重力加速度161
附录420℃时常见固体和液体的密度162
附录5乙醇溶液在各温度下的密度值162
附录6部分液体的黏度系数163
附录7不同温度下蓖麻油的黏度系数163
附录8水在各种温度下的黏度系数和密度值164
附录9在20℃时各种固体的弹性模量164
附录10不同温度下水的表面张力系数165
附录11部分液体与空气接触面的表面张力系数166
附录12空气、水及人体组织中超声波的传播速度166
附录13部分液体和固体的比热容166
附录14部分固体的线膨胀系数(标准大气压下)167
附录1520℃时某些金属和合金的电阻率及其温度系数167
附录16常温下某些物质相对于空气的光的折射率168
附录17常用光源的谱线波长168

总论
一、医学物理学实验的目的和任务
医学物理学是物理学为适应医学的需要而划分出来的，内容由医学所涉及的物理学知识所组成的一门医学应用基础理论学科，是医药学专业的学生必修的一门基础课程。通过这门课程的学习，学生能获得今后在医学实践和医学研究中所必需的物理学知识，同时通过实验教学掌握必需的实验技能，培养应用实验解决和研究问题的能力，培养严谨的科学作风，以便将来应用所学知识和技能去解决医学实践中的实际问题。
物理实验是物理学研究的基本方法，物理学规律的发现和理论的建立，都必须以严格的物理实验为基础。通过实验和观察，我们能够深入掌握物理学规律性，同时也检验理论的正确性。因为实验课有许多教学方面的要求是理论课所不能替代的，所以物理实验课程的任务，不能简单地看成重复某些物理现象和验证书本里某些物理定律，把实验课程变成理论课的附属品。我们有必要正确认识实验课的地位和作用。
物理学实验的目的和任务：①通过实验观察和分析物理现象，巩固和加深对物理现象及规律的认识，提高对理论学习的理解能力。②学会正确使用常用物理仪器，熟悉仪器的性能；学会对基本物理量的测量，掌握物理实验的方法，提高实验技能。③培养严肃认真、细致谨慎、实事求是的科学态度和遵守纪律的优良品德。
学好这门课程不仅要下工夫，还要掌握一定的学习方法。要做好每个实验，就必须认真做好预习、操作、报告这三个主要环节，这三个环节的具体任务和要求如下。
1.预习这是能否顺利进行实验的关键，实验前必须做好预习。要求做到：①详细阅读有关实验内容，明确实验目的，弄懂实验原理，掌握实验方法；②对实验仪器的性能和使用方法有初步认识，避免盲目操作，损坏仪器；③根据实验要求，拟定实验方案和步骤，设计好记录数据的表格。
2.操作通过实验操作，对物理现象进行观察和研究，掌握实际知识，加强对理论的理解，提高实验技能。要求做到：①遵守实验室规章制度和秩序；②操作前要先认识和熟悉实验仪器，认真检查和了解仪器的性能和使用方法，做到正确使用；③按照实验步骤进行操作，要有条不紊；④将测量数据认真地填写在预习时已准备好的记录表格上，计算出必要的结果；⑤实验完毕，整理实验仪器，保持实验室的清洁卫生。
3.报告实验报告是进行实验的*终总结。要认真细致地对实验数据进行整理和计算，在对结果加以分析总结的基础上，写出清楚而简明的实验报告。实验报告要求有如下几方面的内容：①实验题目；②实验目的；③实验器材；④简明的实验原理；⑤简要的步骤；⑥填入表格的测量数据并计算实验结果；⑦记录实验时的环境条件，如室温、气压等；⑧结果的分析，有的结果还要绘出曲线；⑨计算误差，讨论总结、回答相关的问题。
二、误差及其来源
(一)测量的误差及产生误差的来源
1.测量及误差的定义物理实验不仅对物理变化过程要作定性的观察，而且还要对某些物理量进行定量的测量。所谓测量实际上就是被测量与被定义为标准的同一物理量的单位量进行比较，并确定其比值的过程，所得的倍数就是该未知量的测量值。
根据获取测量数据途径的不同，测量方法可分为直接测量和间接测量；按照数据测量条件的不同可分为等精度测量和不等精度测量。
直接测量是指可以直接从测量仪器(或量具)上读出其数值的测量。例如，用米尺测量长度，用秒表测量时间等就属于这一类。间接测量是依靠直接测量的结果，再经过一定的函数关系计算出被测量的数值，这种测量称为间接测量。例如，要测量圆柱体的体积，首先要测量其直径和高度，然后再用公式计算才能得出体积的数值，大多数测量都属于这一类。
等精度测量是指在测量仪器、测量方法、测量人员及测量环境均不变的情况下对同一物理量进行重复测量，所得到的每个测量值都有相同的精度，或者说具有相同的可信赖程度。在本书中所涉及的测量数据均为等精度的情况。不等精度测量就是各次测量数据的精度是不同的。造成不等精度的原因可能是测量条件和环境的变化、测量仪器的更换、测量人员的变动等。对等精度测量与不等精度测量的数据在处理方法上有所不同。
测量的目的就是力图得到真值。所谓真值，就是反映物质自身各种各样特性的物理量所具有的客观真实数值。严格来讲，由于仪器精密度、测量方法、测量程序、实验环境、实验者的观察力等，都不可能完美无缺，尽管对同一物理量经过多次测量，所得的结果也只能达到一定限度的准确程度，因此真值是不可能准确测得的。通常将在相同条件下进行多次重复测量的算术平均值作为测量的*佳值或近似值；当测量次数无限增加时，算术平均值将无限接近于真值，然而我们不能对同一物理量进行无限多次测量，因此常把有限次测量的算术平均值看作真值。
每个测量值Ai与真值A之间的差称为误差(亦称绝度误差)ΔA，记作ΔA=Ai-A。
2.误差的来源与分类由于测量值不可能与真值完全相同，所以误差总是存在的。根据误差的性质及产生原因可分为系统误差、偶然误差和过失误差。
(1)系统误差：系统误差或称恒定误差，是指在相同的观测条件下，对某一量进行一系列的观测，如果出现的误差在符号和数值上都相同，或按一定的规律变化，这种误差称为系统误差。
系统误差的来源有以下几个方面：
1)仪器误差。这是由于仪器本身的缺陷或没有按规定条件使用仪器而造成的。如仪器的零点不准，仪器未调整好，外界环境(光线、温度、湿度、电磁场等)对测量仪器的影响等所产生的误差。
2)理论误差(方法误差)。这是由于测量所依据的理论公式本身的近似性，或实验条件不能达到理论公式所规定的要求，或者是实验方法本身不完善所带来的误差。例如，热学实验中没有考虑散热所导致的热量损失，伏安法测电阻时没有考虑电表内阻对实验结果的影响等。
3)个人误差。这是由于观测者个人感官和运动器官的反应或习惯不同而产生的误差，它因人而异，并与观测者当时的精神状态有关。
由这些因素产生的系统误差总是偏大或偏小，其特征是偏离的确定性，增加测量次数也不能有所改善。但如果根据其产生原因分别加以校正，例如，对仪器修正，改进测量方法，对影响实验的有关因素加以周密考虑等，可尽量减小系统误差。
(2)偶然误差：偶然误差亦称随机误差，是由一些无法控制的偶然因素所引起的误差。其特征是时而偏大，时而偏小，时正时负，方向不确定，其发生纯属偶然，受或然率支配。减少偶然误差的方法是对同一物理量进行多次重复测量。在多次测量中，随机误差满足一定的统计规律，大多数情况下，它的分布具有抵偿性和分散性。
(3)过失误差(粗大误差)：这是人为的误差，如实验者粗心大意、实验方法不当、使用仪器不准确、读错数据等。因此，实验者只要有严肃认真的态度，实事求是和一丝不苟的科学作风，过失误差是可以避免的。
(二)测量误差和结果的表示
1.直接测量的误差和结果的表示在实验中，常常由于某种原因而对一个物理量只进行一次直接的测量，这时测量值的误差可根据实际情况进行合理的具体的估算，通常可按仪器上标明的仪器误差作为单次测量的误差。如果没有注明，也可取仪器*小刻度的一半作为单次测量的误差。
为了减小偶然误差，在可能的情况下，总是采用多次测量的算术平均值作为真值来计算误差。设某一物理量在相同条件下进行k次测量，各次测量结果分别为A1，A2，A3，.，Ak，则它们的算术平均值为
这个算术平均值被认为是测量值的真值。测量值与真值之间的差称为绝对误差。我们用算术平均值作为测量值可以在一定程度上减小随机误差的影响，但只有测量次数n.￥时，平均值才等于随机变量分布的期望值。测量值的误差常用下面几种方法表示：
(1)算术平均误差：各次测量值Ai与算术平均值A的差ΔAi的值分别为ΔA1=A1-A，我们把算术平均误差定义为：
因为它是以绝对误差的绝对值表示测量值的误差，故ΔA又称为平均绝对误差，它表明被测物理量平均值的误差范围，也就是说，被测物理量的值在A+ΔA和A-ΔA之间，因而测量结果应表示为A.ΔA。
(2)标准误差：各次测量值的绝对误差DAi=Ai-A的平方的平均值然后开方，这样得到的结果称为标准误差，即
标准误差s直接体现了随机误差的分布特点，σ大表示测得的值很分散，随机误差分布范围宽，则测量的精密度低；σ小表示测得的值很密集，随机误差的分布范围窄，测量精密度高。故标准误差是反映测量的精密度高低的，在正式的误差分析和计算中，标准误差常作为偶然误差大小的量度。被测物理量的结果可表示为A.σ。
(3)相对误差：绝对误差可用来估计测量的误差范围，但不能反映测量的准确程度，究竟这个误差是在多大的测量值内产生的呢？因此我们将平均绝对误差ΔA与测量的算术平均值A的比值
称为平均相对误差，用来定量表示测量精确度。相对误差还可用百分数表示，称为百分误差，写成。
此外，我们常遇到一些已经有公认值或理论值的测量，这时求百分误差可用公认值或理论值代替A，而DA则是我们所得的测量值与公认值或理论值之差的绝对值。
2.间接测量误差和结果表示在物理实验中，大多数是间接测量，是由多个直接测量值通过一定公式计算得出*后结果的，因此，直接测量的误差必然对间接测量的误差有所
影响，这可用相应的误差传递公式来进行计算。设A，B为直接测量值，可表示为，而设N为其间接测量值，则表示为，是由代入计算公式所求得的。
(1)和的误差：若N=+B，则
于是其算术平均值为
考虑到在*不利的情况下可能产生的*大误差，于是得到和的平均绝对误差为
其相对误差则为
(2)差的误差：若N=-B，则
于是其算术平均值为
同理，差的平均绝对误差为
其相对误差为
由此可见，和差运算中的平均绝对误差等于直接测量值的平均绝对误差之和。
(3)积的误差：若N=.，则
于是其算术平均值为
略去二级小量D.ADB，同前理由，得到积的平均绝对误差为
其相对误差为
由此其平均绝对误差还可以表示为
略去二级小量ΔΔBΔB2，于是其算术平均值为
和
其平均绝对误差为
其相对误差为
由此平均绝对误差还可以表示为
由此可见，乘除运算中的相对误差，等于直接测量值的相对误差之和。
(5)次方与根：由乘除法的相对误差公式，容易证明：
若；若，则。
上述各种运算，可推广到任意直接测量值的情况。从以上结论可看到，当间接测量值的计算式中只含加减运算时，先计算绝对误差，后计算相对误差较为方便；当计算式中含有乘、除、乘方或开方运算时，先计算相对误差，后计算绝对误差较为方便。
其他函数的误差传递公式，我们不一一证明了，下面仅列出一些常用公式，以备查阅。详见表1常用误差计算公式。
表1常用的误差传递公式
函数表达式绝对误差ND相对误差
续表
函数表达式绝对误差ND相对误差
(k为常数)
(三)测量的准确度
反映测量结果与真值接近程度的量，称为准确度。它和误差大小相对应。误差大则准确度低，误差小则准确度高。准确度是一个综合指标。按国家标准《测量误差及数据处理技术规范(报审稿)，1990》规定，可细分为：①精密度，反映随机误差的大小；②正确度，反映系统误差的大小，③准确度，反映随机误差和系统误差合成后的大小，即综合误差的大小。
以打靶为例，其成绩由枪的校准程度、射击者状态和周围环境所决定。子弹中靶的情况有三种，如图1(a)～(c)所示。图1(a)反映随机误差大而系统误差小，精密度低而正确度高；图1(b)反映随机误差小而系统误差大，精密度高而正确度低；图1(c)反映随机误差和系统误差均小，即综合误差小，准确度高。
图1子弹中靶的情况
由此可见，对于具体的测量，精密度高的正确度不一定高，正确度高的精密度不一定高，只有两者都高才能保证准确度高。
(四)测量的不确定度
在国际计量局1980年提出的《实验不确定度的说明建议书》中，建议使用不确定度来评定测量和实验结果。我国1992年正式颁布的《计量技术规范？测量误差及数据处理》中规定采用不确定度作为基准研究、测量和实验工作中的误差数字指标的名称。显然，在物理实验中，也应使用不确定度来评价实验结果。
在记录物理测量的结果时，不但要写明计量单位，而且还要给出测量质量的某些指标，

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