1、物理化学实验物理化学实验绪论绪论 1 目的和要求目的和要求 化学是建立在实验基础上的科学化学是建立在实验基础上的科学,要学好化学要学好化学,对实验却不对实验却不给以应有重视给以应有重视,不认真地动手作实验不认真地动手作实验,是决学不好化学的是决学不好化学的.物化实验同无机、有机实验一样，是一门基础实验课物化实验同无机、有机实验一样，是一门基础实验课,物物理化学实验的目的主要有三点理化学实验的目的主要有三点.一、实验目的一、实验目的1.掌握基本方法、技能掌握基本方法、技能2.锻炼能力、培养科学态度锻炼能力、培养科学态度 能力：观察现象,正确记录、处理数据，分析实验结果.态度:严肃认真、一丝不苟的
2、态度.3.验证物化原理，巩固加深对其理解验证物化原理，巩固加深对其理解 怎样达到上述的目的?提出如下要求：二、要求二、要求1.实验前实验前1).预习预习 预习内容：本实验的目的（实验原理、实验方法，仪器，要测量与记录的数据、仪器构造、操作步骤，思考题.）2).写预习报告写预习报告 扼要写出实验的目的、步骤，画出原始数据记录表.例如：蔗糖水解反应速率常数的测定一、实验原理（要简洁，扼要，不能抄书）612661262112212OHCOHCOHOHC蔗糖(A)右旋葡萄糖 右旋果糖 左旋水过量，此反应可视为一级反应AAkCdtdC积分式：0lnlnAACktClnCA对t作图是一条直线，斜率的负值即
3、k一级反应的特点：k的单位为时间-1，不含浓度单位达到一定转化率所需时间与反应物的初浓度无关xkt11ln1即：积分式：0lnlnAACktC问题：如何测定不同t时的蔗糖浓度CA?2、为什么可以用蒸馏水校正旋光仪的零点？若不进行校正，对结果是否有影响？3、一级反应有那些特点？为什么配制蔗糖溶液可以用上皿天平称量？4、如何判断一旋光物质是右旋还是左旋？二、要求二、要求2.实验过程实验过程1).预习报告经审阅后，核对仪器、试剂等预习报告经审阅后，核对仪器、试剂等.如有缺损，应及时报告老师.2).按操作规程进行按操作规程进行 不准随意改动、乱调试仪器.3).真实记录数据真实记录数据 完全、准确、整齐
4、、清楚地作记录.养成良好的实验记录习惯.二、要求二、要求4).交老师审查数据，签字交老师审查数据，签字5).实验结束工作实验结束工作,打扫卫生（班长负责安排）打扫卫生（班长负责安排）6).如有坏损如有坏损,及时报告，半价赔偿及时报告，半价赔偿二、要求二、要求3.实验后实验后1).认真写实验报告认真写实验报告 实验报告内容:目的、原理(扼要地归纳写出）、实验数据、结果处理、作图（要规范）、讨论（或思考题）.在实验数据表格上方注明实验日期、气压、室温.2）.数据处理数据处理三三.评分标准评分标准预习预习:10分分;实验操作实验操作:30分分;数据数据:10分；分；报告报告:20分分.考试考试：30
5、分分 注意事项1、每次实验前必须带着做好的预习实验报告，提 前十分钟进入实验室。实验过程中要保持肃静，不要打闹，保证安全。2、在教师指导下，认真做好实验，经教师签字后 方可离开实验室。3、离开实验室前，必须洗刷、整理好所用仪器，关闭水电。实验一实验一 液体饱和蒸气压的测定液体饱和蒸气压的测定 实验二实验二 凝固点降低凝固点降低实验三实验三 双液系图双液系图 实验四实验四 K K不稳常数测定不稳常数测定实验五实验五 金属相图金属相图实验六实验六 电导法测难溶盐的溶解度电导法测难溶盐的溶解度 实验七实验七 液相平衡液相平衡 实验八实验八 溶解热测定溶解热测定 本学期实验内容本学期实验内容2 误差误
6、差 由于测量时外界条件的影响,仪器的优劣及感觉器官的限制.实验测得的数据只能到达一定的准确度，即实验测得的值与真实值之间存在一个差值测量误差.在真值不知道的情况下,如何确定测量结果是否可靠,如何表示测量结果的可靠值和它的可靠程度，如何进一步寻找实验发生误差的根源，如何使测量结果足够准确等,这些问题正是本节所要讨论的内容.一一.误差的分类误差的分类1.系统误差系统误差 测量结果恒偏大或恒偏小,误差值或是不变,或是按一定的规律而变,其数值总可设法加以确定.产生原因产生原因:1).仪器误差仪器误差:仪器构造不完善，如天平两臂不等、温度计、移液管、滴定管的刻度不准等.消除方法消除方法:校正之校正之一一
7、.误差的分类误差的分类2).试剂误差：试剂误差：所用试剂纯度不够，杂质存在有时会给结果带来极大的影响.消除方法：提纯之消除方法：提纯之3).个人误差个人误差:由实验者个人的习惯和特点所引起，如记录某一信号的时间总是滞后，对颜色感觉不灵敏，滴定等当点总是偏高或偏低等。消除方法：换人消除方法：换人一一.误差的分类误差的分类4).方法误差：方法误差：实验方法有缺点或采用了近似的计算公式。如由理想气体方程式测量蒸汽的分子量时,由于实际气体对理想气体的偏差，测得的分子量总是较实际分子量为大.消除方法消除方法:换方法、公式换方法、公式 从而保证由不同的人、仪器、方法,得到相符的数据.RTMWnRTPV一一
8、.误差的分类误差的分类2.偶然误差：偶然误差：相同条件测定同一物理量，测量结果在某一数值上无规则变动，误差符号、数值时大时小,服从正态分布规律.以多次重复测量的数据作图,以横坐标表示偶然误差,以纵坐标表示各个偶然误差出现的次数N,可得如下曲线:（误差的正态分布曲线）正态分布正态分布在物理化学实验中，来自同一总体的大量的分析数据符合正态分布规律12x0 x测量值的测量值的正态分布正态分布随即误差随即误差正态分布正态分布同一总体的测定值和随机误差具有相同的分布规律。正负误差出现的几率相等小误差出现的几率大；大误差出现的几率小。222)(xe21f(x)y一一.误差的分类误差的分类可见,1).偶然误
9、差的绝对值不会超过一定的界限。2).绝对值小的误差比绝对值大的误差出现的机会多.3).绝对值相同的正、负误差出现的机会相同.产生原因:由难以控制的偶然原因造成,如测量时环境温度、气压的微小波动、仪器性能的微小变化等.消除方法消除方法:多次测量，取平均值多次测量，取平均值3.过失误差过失误差:实验者犯了不应犯的错误而产生的误差.如看错刻度，记错数据，这种误差应尽力避免.绝对误差与相对误差绝对误差与相对误差:a.绝对误差绝对误差观测值与真实值之差.绝对误差=观测值真值 b.相对误差相对误差误差在真实值中所占百分数.绝对误差的表示单位与被测者是相同的，而相对误差是无因次的.因此不同物理量的相对误差可
10、以相互比较.这样,无论是比较各种测量的精密度或是决定测量结果的准确度，采用相对误差更为方便.%100真值绝对误差相对误差二二.误差表示法误差表示法1.算术平均值算术平均值 、:测量值测量值;n:测量次数测量次数 在实际工作中,由于真实值不知道，所以通常进行多次重复测量,求得的算术平均值作为最后的分析结果.2.平均误差平均误差（德尔塔）德尔塔）i=1,2,3,n其中：其中：nxxxXn.211x2xidn1xxdxxdxxdnn,.,2211二二.误差表示法误差表示法 为测量值与平均值 的偏差.指出：误差和偏差具不同的含义.误差:测量结果与真实值之差;偏差:测量值与平均值之差.前者以真实值为标准
11、，后者以平均值为标准.由于任何物质的“真实值”无法准确知道，一般所知道到的“真实值”,其实是采用各种方法进行多次平行测量所得到的相对正确的“平均值”.用这种平均值代替真实值计算误差，得到的结果依然是偏差.所以在实际工作中，有时不严格区分误差和偏差.idx二二.误差表示法误差表示法3.标准误差标准误差(或均方根误差或均方根误差)（西格马（西格马）平均误差的优点：计算方便；缺点：可能会把质量不高的测量掩盖住.标准误差的优点：对一组测量中的较大误差或较小误差感觉敏感;缺点:计算较复杂.12ndi222212)(.)()(xxxxxxdni二二.误差表示法误差表示法 用标准误差表示精密度要比用平均误差
12、好，因为单次测量的误差平方之后，较大的误差更显著地反映出来，这就更能说明数据的分散程度.例:两批数据,各次测量的偏差为(1)+0.3,0.2,0.4,+0.2,+0.1,+0.4,0.0,0.3,+0.2,0.3;1=0.24(2)0.0,+0.1,0.7,+0.2,0.1,0.2,+0.5,0.2,+0.3,+0.1;2 0.24二二.误差表示法误差表示法 两批数据的平均误差均为0.24,单显然，第二批数据较分散，其中有两个较大的偏差。可见，用平均误差反映不出这两批数据的好坏.用标准误差来表示，就无此弊病.=0.26 ;=0.3312二二.误差表示法误差表示法4.可疑值的舍弃可疑值的舍弃 在
13、测量中,常可发现有个别数据很分散,如保留它,则计算出的误差将很大,初学者多倾向于舍弃这些数据,企图获得数据较好的重复性.这种任意舍弃不合心意的数据是不科学的.除非有充分的理由,证明某一坏数据的测得,是由于实验中的过失,才可以将其舍弃.若无充分的理由,则只有根据误差理论决定数据的取舍.现举例介绍一种简单的判断法.二二.误差表示法误差表示法设一组数据设一组数据 中中,可疑可疑.则则1).略去略去2).求各测量值的平均值和平均误差求各测量值的平均值和平均误差.54321aaaaa、1a1a45432aaaaxxaxaxaxadni5432411二二.误差表示法误差表示法3).求可疑值与平均值的偏差求
14、可疑值与平均值的偏差.4).若若 时时,则则 弃之弃之.因这种观测值存在的概率大约只有千分之一.xad14d1a二二.误差表示法误差表示法5.有效数字有效数字 例:一滴定管的读数为32.47,其意义为十位数为3,个位数为2,十分位上为4,百分位上为7.从滴定管上刻度看,我们知道要读到千分位是不可能的,因刻度只刻到十分位,百分之一已为估计值.故在末位上,上下可能有正、负一个单位的出入.这末一位数可认为不准确的或可疑的,而其前边各数所代表的数值,则为准确测量的.二二.误差表示法误差表示法 在记录某一数量时在记录某一数量时,只应保留一位不准确数字只应保留一位不准确数字,其余数其余数均为准确数字均为准
15、确数字,我们称此时所记的数字为有效数字我们称此时所记的数字为有效数字.1).表示法表示法a.误差一般一位有效数字误差一般一位有效数字,多不超过两位多不超过两位.b.测量数与误差的末位数对齐测量数与误差的末位数对齐:122.840.12 cm.c.用指数表示有效数字用指数表示有效数字.二二.误差表示法误差表示法2).运算法运算法a.四舍五入舍去多余数.b.加减时,各数值小数点后所取的位数与其中最少者相同.c.当数值的首数8时,可多算一位有效数字.如9.12在运算中可看成4位有效数字.d.乘除时,各项的有效数位数不大于其中有效数字最低者.e.复杂计算中的中间各步,可保留各数值位数较上述规则多一位,
16、但最后结果仍只保留其应有位数.3 数据的处理数据的处理 实验结果的表示法主要有三种:列表法、作图法、方程式法.仅介绍作图法.用作图法表示实验数据,能清楚地显示出数据的特点.如极大、极小、转折点、周期性、数量上的变化速率等重要性质.还可用图形作切线、求面积,对数据作进一步的处理，用处极广.一一.作图要点作图要点1.坐标纸坐标纸2.坐标轴坐标轴 自变量:横轴 ;因变量:纵轴 .3.坐标比例尺选择坐标比例尺选择1)能表示全部有效数字能表示全部有效数字 这样做可使得从图上读出的各物理量的精密度与测量时的精密度一致.22zkpz自变量2z因变量2p一一.作图要点作图要点2).方便易读方便易读 图纸每小格
17、所对应的数值应便于迅速简便的读数,便 于计算.轴上1 cm 表量1、2、适宜,表3、7、9、小数,则不妥.3).合理布局合理布局 如无特殊需要（如直线外推求截矩),不用把坐标的原点作为变量的零点，充分利用图纸全部面积.在坐标轴上注明该轴所代表的变量的名称、单位.一一.作图要点作图要点4.代表点代表点 测得的各数据在图上的点,叫代表点.代表点除了要表示测得数据的正确数值外,还要表示它的精密度.代表点常以、等符号表示.考虑实际情况,我们统一规定，今后作图中一律以“”来表示.一一.作图要点作图要点5.曲线曲线 作出代表点后,用曲线板或曲线尺作出尽可能接近于诸实验点的曲线.曲线应光滑均匀,细而清晰.曲
18、线不必通过所有各点,但各点在曲线两旁之分布,在数量上应近似相等.作图技术的好坏也将影响到实验结果的准确性.6.写图名写图名 每个图应有简明的标题.二二.直线的斜率直线的斜率(m)、截矩截矩(b)1221xxyym2.三 误差分析 一切物理量的测定，可分为直接测量和间接测量两种。直接表示所求结果的测量称为直接测量，如用天平称量物质的质量，用量筒测量液体的体积等。若所求结果为数个测量值以某种公式计算而得，则这种测量称为间接测量。在间接测量中，每个直接测量值的准确度都会影响最后结果的准确性。通过误差分析，我们可以查明直接测量的误差对结果的影响情况，从而找出误差的主要来源，以便于选择适当的实验方法，合
19、理配置仪器；寻求测量的有利条件。仪器的精密度 仪器的精确度仪器的精确度 误差分析限于对结果的最大可能误差的估计，因而误差分析限于对结果的最大可能误差的估计，因而对各直接测量的量只要预先知道其最大误差范围就够了对各直接测量的量只要预先知道其最大误差范围就够了。当系统误差已经校正，而操作控制又足够精密时，通。当系统误差已经校正，而操作控制又足够精密时，通常可以用仪器读数精密度来表示测量误差范围。常可以用仪器读数精密度来表示测量误差范围。如果没有精度表示，对于大多数仪器来说，最小刻如果没有精度表示，对于大多数仪器来说，最小刻度的度的1/51/5可以看作其精密度，如玻璃温度计、液柱式压可以看作其精密度
20、，如玻璃温度计、液柱式压力（压差）计等。力（压差）计等。误差传递误差传递误差传递(1)(1)平均误差与相对平均误差的传递平均误差与相对平均误差的传递设有物理量设有物理量N N，由直接测量值由直接测量值u u1 1,u,u2 2,.u,.un n决定：决定：N=f(uN=f(u1 1,u,u2 2,.u,.un n)（）（）直接测量值的平均误差为：直接测量值的平均误差为：u u1 1,u u2 2,.,.u un n，那那么么N N可求得。可求得。（）（）nuunuuuuduuNduuNduuNdN.,2.,21.,1213132)(.)()(误差传递 用各自变量的平均误差用各自变量的平均误差u
21、ui i代替代替dudui i,并考虑最不利的并考虑最不利的情况下，直接测量的误差不能抵消，从而引起误差的累情况下，直接测量的误差不能抵消，从而引起误差的累积，故取绝对值。上式变为：积，故取绝对值。上式变为：（）（）nnuuNuuNuuNN.2211（）式（）式两边取对数，再求微分得两边取对数，再求微分得：（）（）nnuuNuuNuuNfNN.12211误差传递运用上式可以讨论直接测量值与结果的不同函数关系时运用上式可以讨论直接测量值与结果的不同函数关系时，误差的传递的计算。，误差的传递的计算。加、减法：加、减法：N=uN=u1 1u u2 2u u3 3.（）（）.321321uuuuuuN
22、N乘、除法：乘、除法：N=uN=u1 1.u.u2 2或或N=uN=u1 1/u/u2 2（）（）2211uuuuNN误差传递乘方、开方：乘方、开方：N=uN=un nuunNN（）（）(2)(2)间接测量结果的标准误差估计间接测量结果的标准误差估计设函数为设函数为u=f(u=f(,.).),式中式中,的标准误差分别是的标准误差分别是，.，则则u u的标准误差应为：的标准误差应为：误差传递（）212222.uuu4 总结：总结：1、目的、目的 2、要求、要求 3、误差来源分类、误差来源分类 4、误差表示、误差表示 5、误差传递分析、误差传递分析 6、改进实验方案和方法、改进实验方案和方法The EndThe End
