大学物理实验误差理论教学思考与实践.pdfVIP

工科物理 1998年增刊 大学物理实验误差理论教学思考与实践 王昌贵 冀志江 河〔北建筑工程学院 张家u075024 抽 要 本丈鱿大学物理实脸误差理论教学现状和发展趋势展开了分析论迷，提出了不 确定度是评价实脸结果的科学方法，探讨了知何建立合理的实脸结果评价体系。 关傲词 大学物理 实脸 误差理论 结莱评价 大学物理实验课 “是对高等学校学生进行科学实验训练的一门独立的必修基础课[1]，对 培养学生实验技能和提高解决实际间题能力起着重要作用。误差理论教学是实脸教学的有机 组成部分，贯穿于整个实验过程。长期以来传统教学思想的影响使人们对实验课重视不足，致 使物理实验教学跟不上现代培养学生科学素质的需要。在97年 11月国家教委对我院进行合 格评价中，对物理实验教学非常重视，并提出了很高的要求。在此基础上，我们进行了大力度 的物理实验及误差理论教学的改革。 一 大学物理实验误差理论教学的现状和发展趋势 传统的误差理论是把经典的概率论和数理统计知识与计量实践相结合，用于误差分析而 形成的理论。现在大多数的实验教材尤其是八十年代所出现的教材对m1量误差大多概括为随 机误差、系统误差和粗大误差(或过失误差)三大类。数据处理的原则仍局限于:算术平均误差 原则、随机误差的正态分布定律和平均误差传递定律等原则，虽然也提出了 “不确定度”等概 念，但是并没有在评价实验结果中应用，跟不上计量学和科技各领域的发展与进步。可喜的是 在一些院校从九十年代开始在大学物理实验处理数据的误差理论上有了大的改革和发展 2〔, 3]，对实验误差理论教学的改革起了先导作用。但是就目前的情况而言，各院校的误差处理和 实验结果评价体系仍不统一。 现代误差理论的主要特征和发展动向是:研究对象由单一的正态分布扩展到许多种非正 态分布;误差分析时从绝大多数测量值相互简单的独立情况扩展到非独立情形，进行协方差分 析;误差分类的非绝对化，注重随机性的未定系统误差;实验设计更重视误差理论的指导作用; 名词术语和表达方式正朝着国际标准化的方向发展。随着计量学和科学的发展，物理实验的 误差理论不能停滞不前，而应紧跟科技发展的步伐，体现误差理论的发展动态。 二 “不确定度”是评价实验结果的科学方法 “不确定度”这一概念是随着科技和计I学的发展逐步形成的。直至1981年国际计量委 员会(CIPM)会议上通过了(建议书以CI一1981)实验不确定度的表达)，国际上才开始统一地 应用 不“确定度”来表达实验结果。相应地我国计量科学研究院提出了不确定度应用办法[4] 指出不确定度的评价应按国际计量局 “实验不确定度的规定:建议书INC一1(1980).计算。 不确定度是表征被测量的真值落在某个量值范围内的一个评定。测童值为L,则不确定 度L一a一L+a(里信概率为P=0.683),L一2。一L+2a(P二0.955),L一3。一L+3a(P=0. 工科物理1998年增刊 997)，按INC一1不确定度用标准差表示。测量不确定度一般包括几个分量，按其数值评定方 法，这些分量可归人两类:用统计方法计算的那些分量称为A类分量;用其它方法计算的那些 分盘称为B类分量。A类分最不确定度用估计标准差。及自由度，表征，必要时给出协方差; B类分量不确定度用近似标准差0表征，必要时给出协方差。合成的不确定度的表征值 =‘,/fs十fmj+2分oi S为‘A类分量，份为B类分量，P尸必为任意两分量间的协方差，相关系数内任 一〔1，十I]o 采用不确定度评价实验结果，是实验教学的进步，是现代误差理论的体现。首先，不确定 度能更加科学地表达实验结果。以前的平均误差传递定律，给出的是误差限的传递，对测量误 差的概率问题没有充分体现出来。其次，不确定度的应用有利于学生对误差概念的理解。透 彻理解 “测量误差”概念是教学中的一个难点，每次等精度测量其误差的大小和正负都是随机 性的，引人不确定度概念，就是把概率统计概念直接引人到误差理论的教学中，使学生对 “测量 误差”加深理解。不确定度可理解为一定置信概率的误差限值的绝对值 5〔]。第三，不确定度 的 “A类分量”和 B“类分I”不一定与“随机误差”和 “系统误