大学物理实验 绪论 201209秋.ppt

大学物理实验课程测量误差与数据处理实验 哈尔滨工业大学（威海）大学物理实验室 2012.9 主要内容 §1.物理实验的重要作用 §2.测量误差和不确定度估计的基础知识 §3.怎样上好物理实验课 看到实验现象，进一步加深对所学物理知识的理解。 实验课的内容不局限在理论课中所学的内容，还有 有关现代化的检测和控制技术和与实际工程应用紧 密结合的内容，在实验课中学生可以接触到新仪器、 新技术,掌握先进的实验技能,作出高水平的实验结 果。通过实验课的学习可使同学获得基本的实验知 识，在实验方法和实验技能诸方面得到较为系统、 严格的训练，是从事科学实验的起步，同时培养科 学工作者的良好素质及科学世界观。 §2-1不确定度与测量误差 不确定度与测量误差 以电压测量为例 U = 382.6 ± 0.6 V A = ā ±Δ 表示被测对象的真值落在 （ā??, ā??）（382, 383.2）范围内的概率 很大， ? 的取值与一定的概率相联系。 测 量 测量分为直接测量和间接测量 直接测量：标准量与待测量直接比较得到结果 如长度、重量、电流、温度等 间接测量指利用直接测量的量与被测量之间的已知函数关系经过计算从而得到被测量值的测量。 如钢球的体积 测量误差的定义和分类 误差 dy＝测量值 y －真值 Yt 误差特性：普遍性、误差是小量 由于真值的不可知，误差实际上很难计算 （有时可以用准确度较高的结果作为约定真值来计算误差） 误差的表示方法：绝对误差 dy 相对误差 误差分类：系统误差 随机误差 系统误差 定义：在对同一被测量的多次测量过程中，绝对值和 符号保持恒定或以可预知的方式变化的测量误差的分 量。 产生原因：由于测量仪器、测量方法、环境带入分类及处理方法：①已定系统误差：误差量值是确定的，必须修正 。如时钟、电表、测微计的零位误差；伏安法测电阻表内阻引起的误差。②未定系统误差：要估计出分布范围（大致与 B 类不确定度?B 相当)如：测微计制造时的螺纹公差等。 随机误差 定义：在对同一量的多次重复测量中绝对值和符 号以不可预知方式变化的测量误差分量。 产生原因：实验条件和环境因素无规则的起伏变 化，引起测量值围绕真值发生涨落的变化。 例如：电表轴承的摩擦力变动、螺旋测微计测力在 一定范围内随机变化、操作读数时的视差影响。 特点：①小误差出现的概率比大误差出现的概率大； 　 ②多次测量时分布对称，具有抵偿性——因此取多次测量的平均值有利于消减随机误差。 随机误差的处理 随机误差的处理举例 随机变量的分布 直接测量量不确定度的估算 直接测量量不确定度的简化处理方法 直接测量量不确定度估算过程（小结） 直接测量量不确定度估算举例 间接测量量的不确定度合成 间接测量量的不确定度合成举例 有效数字是指对于被测量有实际意义的数值，应能反映出测量值的精确度。它由可靠数字和存疑数字组成。对于分度式仪器，误差在最小分度的下一位发生，在表示最小分度数字的下一位数字是估读得到的近似数字。例如用最小分度值为1mm的尺测长度为5.63cm，其中5和6是由刻度线准确读出的，称可靠数字。3不是由刻度线准确读出的，是估读的，是存疑数字。而存疑数字再下一位数字无论是几都没有意义了，所以就不要再多写了。 1.直接测量量的读数应反映仪器的精确度 游标类器具（游标卡尺、分光计度盘、大气压计等）读至游标最小分度的整数倍，即不需估读。 1.直接测量量的读数应反映仪器的精确度 指针式仪表及其它器具，读数时估读到仪器最小分度的1/2～1/10，或使估读间隔不大于仪器基本误差限的1/5 ～1/3。 直接读数注意事项 2.中间运算结果的有效位数 末位对齐法，加减运算的结果末位以参与运算的末位位数最高的数为准。 如 11.4+2.56=13.96=14.0 75-10.356=64.64=65 个数相同法，乘除运算结果的有效位数以参与运 算的有效位数最少的数的位数为准，可比其多取一位。 如 4000×9=36000=3.6×104 2.000÷0.99=1.98=2.00 ☆用计算器进行计算时中间结果可不作修约或适当 多取几位（不能任意减少）。 3.测量结果表达式中的有效位数 总不确定度Δ的有效位数，取1 ～2位 首位大于或等于5时，一般取1位。 首位为1、2时，一般取2位。 例 ：估算Δ=0.548mm时，取Δ=0.5mm Δ=1.37 ?时， 取为Δ=1.4? ☆被测量值有效位数的确定 Y＝y±Δ中，被测量