大学物理实验-杨光2015剖析.ppt

培养与提高科学实验素养：要求学生具有理论联系实际和实事求是的科学作风，严肃认真的工作态度，主动研究的探索精神以及遵守纪律、团结协作和爱护公物的优良品德。 测 量 与 误 差 一、测量与单位 1 .测 量 以确定被测量对象量值为目的的操作称作测量（或计量）。 测量的过程就是把被测物理量与选作计量单位的同类物理量进行比较的过程。选作计量单位的标准必须是国际公认的、唯一的、稳定不变的。 物理量的测量值由数值和单位两部分组成 2.直接测量与间接测量 直接测量：可以用测量仪器或仪表直接读出测量量值的测量 。 如：长度、时间、质量、温度、电流等 直接测量是测量的基础。 间接测量：依据待测量量与若干个直接测量值的函数关系确定待测量量值的测量。 如：体积、速度、动量、流量、电阻等 一个物理量是直接测量量，还是间接测量量，是由测量方法决定的。 二、误差与误差的表示 1、误差 误差 = 测量值 – 真值 由于测量对象的变化、测量方法的不完善、测量装置的精度所限、周围测量环境的波动和测量人员因素的影响等原因，导致测量结果与真值的不一致?测量的结果都存在误差，而误差自始至终存在于一切科学实验和测量过程中。 2、误差的分类 按性质可分为随机误差、系统误差和粗大误差三类。 系统误差：测量误差的分量，在同一被测量的多次测量过程中，保持不变或以可预知方式变化的误差。（具有确定性的规律） 随机误差：测量误差的分量，在同一被测量的多次测量过程中，以不可预知的方式变化的误差。（随机变化，服从统计规律） 粗大误差：由于观测者未正确地使用仪器、观察错误或记录错数据等不正常情况下引起的误差。粗大误差应当被剔除。 四、误差理论在实验中的应用 1、实验仪器的选择 根据对实验误差的要求，应用误差等分原理，选定合乎需要的准确度的仪器。 2、实验条件的确定 按某量的误差可减至最小的原则来确定实验条件。 3、指导实验中抓好关键量的测量 根据各量对实验结果误差贡献的大小来决定把主要精力集中于导致误差大的物理量的测量工作上。 4、评价实验结果，提出改进方向 实验完成之后，都应进行误差的计算，否则就无法评价实验结果的可靠程度，通过误差计算可以看出哪个量的误差对结果影响最大，这就是要提高实验水平或提高可靠程度的主攻方向。 测量不确定度的评定 在我国，测量不确定度是建立在误差理论基础上的新概念。长期以来，国内外对数据处理以及测量结果不确定的概念、符号和表达式均存在不同程度的分歧和混乱，甚至相互矛盾，影响了国际交流和各种计量成果的相互利用。 1970年后国内外许多学者开始用“不确定度”取代“误差”来表征测量结果的质量。自1980年国际计量局作出《实验不确定度的规定建议书INC-1（1980）》，到1993年由七个国际权威机构联合批准实行由ISO公布了《测量不确定度表达指南》，1996年中国计量科学研究院以指南为依据制定了我国的《测量不确定度规范》。 一、不确定度基本概念 测量不确定度：测量不确定度是与测量结果相关联的一个参数，用以表征合理赋予被测量值的分散性。一个完整的测量 结果，不仅要表示其量值大小，还必须指出其测量不确定度，以表明该测量结果的可依赖程度。 测量结果=测量结果的估计值±不确定度 测量不确定度反映了由于测量误差的存在而对被测量值不能肯定的程度，是对被测量真值所处的量值范围的评定。 按其数值的评定方法分类 A类标准不确定度uA：由观测列统计分析评定的不确定度，又称为统计不确定度。 B类标准不确定度uB：由不同于观测列统计分析评定的不确定度，又称为非统计不确定度。 合成标准不确定度：受几个不确定度分量影响的测量结果的标准不确定度，它分量的方差或协方差相加得出的标准不确定度。测量结果y 的合成标准不确定度记为uc (y)，也可简写为uc 或u(y) 。 相对合成标准不确定度ur ：合成标准不确定度的相对值。 y可以是测量值、算术平均值、公认值或理论值 总不确定度（扩展不确定度）：将合成标准不确定度乘以一个范围因子k所得到的不确定度。 二、直接测量不确定度的（简化）评定 1、计算算术平均值 对物理量X做 n 次等精度直接测量，得到一个包含n个测量值x1 ，x2 ， x3 ，…，xn的一个测量列，测量结果的算术平均值： （2）标准误差、置信区间、置信概率 标准误差 3、B类不确定度评定 B类不确定度分量有多项，如读数估计误差、仪器误差等，一般服从不同的概率分布。在大学物理实验中，主要考虑仪器误差，仪器误差多服从均匀分布。