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物理实验绪论—测量、误差与数据处理 §1 测量的定义和分类 §2 误 差 客观真值——在一定的条件下，任何一个物理量的大小都是客观存在的，都有一个实实在在的、不以人的意志为转移的客观量值称为真值。 真值是一个理想概念，无从得知。 2.误差的分类、性质和处理方法 1) 已定系统误差：指符号和绝对值已经明确确定的误差分量；各测量值相对真值有一个整体的偏离； 仪器误差——仪器本身的缺陷所引起的；例如，仪器零点不准等。 理论误差——由于实验理论和方法不够完善所引起的。 2) 未定系统误差：符号或绝对值未经确定的系统误差分量。如：卡尺或千分尺的示值误差，等。 2.3 随机误差（偶然误差） 定义：在同一量的多次测量中，以不可预知的方式变化的测量误差分量。 增加测量次数n，计算平均值时抵偿效果好； 但并非n越多越好。测量时间、环境变化可能会引入新的误差，测量代价高； 通常取 n=5～10次。 标准偏差 S §3 不确定度 已定系统误差对测量结果的影响可以消除或加以修正； 随机误差和未定系统误差的影响如何描述？ 对测量结果如何评价？ 为确定真值所在范围，引入不确定度的概念。 实验数据的处理方法 列表法； 图解法； 逐差法； 线性回归（最小二乘法）； 加权平均法 实验数据的计算器及计算机处理方法。 y与Δ取齐 抓两头、放中间 例 * * 物理实验中心 物理实验课程简介 一、物理实验课程的地位、作用 培养科学实验的基本素质和能力； 培养分析、解决实际问题的能力。 培养物理思维方式和创新意识； 其他任何课程都无法替代的！ 地位： 作用： 一般物理实验的全过程： 目的 ? 方案 ? 仪器设备 ? 实验操作 数据记录 ? 数据整理 ? 计算 ? 结果分析报告撰写 完整的科学实验过程 二、物理实验课程的特点与要求 特点：1. 单独设课，3(1.5+1.5)学分； 2. 每个实验单独评分（10分）； 3. 总成绩为：实验成绩＋考试成绩 4. 实验考试方式：抽签决定实验内容 5. 实验成绩评定标准：预习、操作、报告 要求：1. 预习、讲解、操作、整理、报告撰写 2. 实验报告的收交、发还 3. 实验地点查询 关于实验规则：按实验课表上课带讲义、算草纸、笔、尺、计算器等常用工具课前预习、按规定在课前答好预习题不得抄袭他人实验结果！遵守实验室规则，注意自己及他人的安全做好原始数据记录（不能用铅笔）教师检查数据并签字后，方能离开实验室课离开实验室以前，应将仪器设备、桌椅、仪器盖布等整理好！ 直接测量—不必测量与被测量有函数关系的 其它量，就能直接得到被测量值的测量。 测量又可以分为直接测量和间接测量。 在国际上规定的基本量中，长度、质量、 时间、温度、电流强度和光强，是可以直接测量的，对这些量称为直接测量。 测量－确定被测对象量值的全部操作过程。 间接测量—通过测量与被测量有函数关系的 其它量，才能得到被测量值的测量。 如：面积、体积、密度等 任何测量： 依据一定的理论和方法 使用一定的仪器 在一定的环境中 由一定的人进行的 实验理论的近似性； 仪器有一定的精度； 实验环境的不稳定性； 人的实验技能和判断能力 测量误差——测量值和客观真值之间的差异称为测量误差。 误差是普遍存在的，可以设法减少误差，但不可能完全消除误差，一般也不能计算误差，但可以确定它的限值，并表示出来。 对于一个没有标明误差的实验结果，有理由怀疑它的真实性。1. 误差的定义： 测量结果 y 客观真值 yt 测量误差 dy ? 系统误差和随机误差 2.1 系统误差 在一定条件下,同一被测量的多次测量过程中,保持恒定或以可预知方式变化的测量误差分量 各测量值相对真值有一个整体的偏离 分类： 系统误差分为：已定系统误差、未定系统误差 处理方法：测量结果＝平均值－已定系统误差 完全消除！ 处理方法：给出未定系统误差的限值 原因：由于人们的感觉器官的问题，对同一目标进行多次测量，其中每次测得的数值不可能完全相同，偏高或偏低，具有随机性。 特点： 多次测量时误差分布满足一定的统计分布规律。分布基本对称，相互具有抵偿性。 随机误差的处理方法： 算术平均值： 算术平均值作为最佳估计值可近似代替真值 可以抵消掉大部分随机误差！ 问题：如何衡量实验结果是否精确 测量1： 50、100、150 测量2： 98、 99、 100 显然： 测量2更精确，但平均值并不能反映这一结果！ 当测量次数n很大时，S?σ S体现了随机误差的分布特征； S大?测得值分散，随机误差分布范围宽，测量精密度低； S小?测得值密集，随机误差分布范围窄，测量精密度高。 1.不确定度： 对被测量的真值所处范围的评价量 （即被测量不确定的程度） 测量结果表示： 误差落在