湖北汽车工业学院物理实验绪论、测量误差与数据处理ppt课件

1、大 学 物 理 实 验Physics laboratory湖北汽车工业学院物理实验教学示范中心/.课件导航第1章 绪论 引见大学物理实验课的位置、作用和义务、课程内容、物理实验课的根本程序、实验室规那么和考核第2章 误差实际与数据处置 丈量与误差的根本知识、丈量结果的表示和总不确定度的评定、有效数字及其简算法那么以及常用数据处置方法.一、物理实验课的位置、作用和义务二、物理实验课的根本程序三、实验室规那么四、物理实验成果评定第1章 绪 论.一、物理实验课的位置、作用和义务 物理实验课是高等理工科院校正学生进展科学实验根本训练的必修根底课程，是本科生接受系统实验方法

2、和实验技艺训练的开端。独立设课 省级精品课 物理实验课覆盖面广，具有丰富的实验思想、方法、手段，同时能提供综合性很强的根本实验技艺训练，是培育学生科学实验才干、提高科学素质的重要根底。它在培育学生严谨的治学态度、活泼的创新认识、实际联络实践和顺应科技开展的综合运用才干等方面具有其它实际类课程不可替代的作用。. 3、提高科学素养，培育实际联络实践和实事求是的科学作风，严肃仔细的任务态度，自动研讨的探求精神和遵守纪律、团结协作、维护公物的优良品德。 2、培育和提高科学实验才干。 1)独立实验的才干; 2)分析与研讨的才干; 3)实际联络实践的才干; 4)创新才干 本课程的详细义务： 1、掌握物理实

3、验的根本知识，根本方法和根本技艺。.2.实验预习(Preparing for Lab)，写预习报告。预习报告内容(实验报告前半部分内容) ：实验目的(Purpose)；实验原理(Theory) 简明扼要的表达，重要公式、表示图、电路图、光路图 必备原始数据(Raw Data)记录表， 设计数据记录表格！简要的实验步骤(Procedure)；二、物理实验课的根本程序实验仪器 (Apparatus)；1.方案内实验约定(网址:)实验称号(Title)方案外实验不计成果，无需约定，到开放实验室登记即可。.4.撰写实验报告(Lab Report)。实验后课外完成。 实验报

4、告运用一致的物理实验报告纸，篇幅普通不超出两页。 实验报告可在预习报告的根底上紧接着完成以下内容：实验数据(在原始数据记录表根底上重新整理列表)；3.实验操作。在实验室完成时间不少于两学时 。问题讨论Discussion。 教师讲解、操作仪器、察看景象、记录数据、教师审核签字、整理仪器、清扫卫生等。数据处置(Data Analysis)实验结果Results。设计性实验需自行查阅相关资料，补充原理，设计实验方案！仿真实验请上网或到仿真实验室预习，参照真实实验写预习实验报告物理实验报告样本.实验课的程序总结：预习实验操作写预习报告凭预习报告数据经教师检查并签字撰写实验报告整理仪器清扫卫生约定交实

5、验报告+原始实验数据记录表一周内 实验报告上必需标明班级，姓名，实验周次，星期，时段下午或晚上,装订合格、一周内上交到指定位置。 实验报告必需附教师签字的原始实验数据记录表，否那么无效！.三、实验室规那么及实验约定规那么(Regulations)1.凭证件教师不定期抽查；2.无预习或迟到10分钟以旷课处置； 3.迟到一次扣除期末总成果一分；4.实验数据必需经指点教师签字，否那么无效；5.修正或取消约定必需提早3天含周末。6.方案内实验个数不得超出10个 (包括绪论和缺做实验) 。实验课时间：中午：13:2015:50下午：15:5518:25晚上：18:1520:45.四、物理实验成果评定1.

6、单次实验成果平常成果(60%)考核成果抽考)+其它预习*20%+操作*40%+报告*40%2.期末成果.2.2 丈量结果的表示和总不确定度的评定2.1 丈量与误差的根本知识2.3 有效数字及其运算2.4 常用数据处置方法第2章 丈量误差与数据处置.1.丈量measurement1丈量的含义 丈量就是把待测物理量与作为计量单位的同类知量相比较，找出被丈量是单位的多少倍的过程。 1.丈量；2.误 差；3.精细度、正确度与准确度；4.系统误差的处置；5.随机误差的处置。丈量的要素：对象，单位，方法，准确度。2.1 丈量与误差的根本知识.2丈量的分类按方法分类：直接丈量:由仪器或量具直接读出被丈量量值

7、的丈量。例如用米尺丈量物体的长度，用天平和砝码丈量物体的质量，用电流表丈量电路中的电流，用量筒丈量液体的体积等都是直接丈量。间接丈量:借助某种函数关系由直接丈量的结果计算出待测物理量值的丈量。直接丈量间接丈量 .按条件分类：等精度丈量非等精度丈量 在整个丈量过程中，假设影响和决议误差大小的全部要素条件一直坚持不变，如由同一个观测者、用同一台仪器、用同样的方法、在同样的环境条件下、同样仔细仔细地对同一物理量作一样次数的丈量，称之为等精度丈量。否那么,就是非等精度丈量。 .相对误差(relative error)：1误差绝对误差(absolute error)：绝对误差=丈量值-真值2.误 差(e

8、rror)任何丈量结果都有误差！ 真值true value：在一定条件下，任何一个物理量都有一个客观存在的、不依人的意志为转移的客观量值，称为真值。 误差error：丈量结果与被丈量真值之间的差值.2误差的分类系统误差、随机误差和过失误差系统误差(systematic error)未定系统误差：大小和符号未确定的系统误差。已定系统误差：大小和符号曾经确定的系统误差。 在同一被丈量的多次丈量过程中，大小和符号坚持恒定或以可预知方式变化的丈量误差分量。.b.实验实际近似或方法不完善；c.实验环境、丈量条件不合要求；系统误差的来源:d.操作者生理或心思要素。a.仪器固有缺陷;系统误差的特征:确定性.

9、 随机误差 在同一被丈量的多次丈量过程中，以不可预知方式变化的丈量误差的分量。 随机误差来源:b.实验安装的变动性；c.判别、读数估计的差别。例：螺旋测微器测钢丝直径随机误差特征：随机性a.环境起伏变化；. 丈量次数足够多时服从正态分布(Normal Distribution ) 随机误差就个体而言是不确定的，但总体服从一定的统计规律。可以经过取平均的方法减小随机误差。随机误差的特性:a.单峰性;b.对称性;c.有界性;d.抵偿性.Sketch of a normal distribution .过失误差(parasitic error) 明显超出规定条件下预期的误差。因丈量者的大意大意所呵斥

10、。错误mistake。防止出现。*精细度(precision) ：表示多次丈量时，丈量值的集中程度，它是丈量值的随机误差大小的量度。*正确度correctness：表示丈量值与真值符合的程度，它是丈量值的系统误差大小的量度。 3、精细度、正确度与准确度 *准确度(accuracy) ：是对丈量数据精细度和正确度的综合评价。表示丈量值与被丈量真值之间的一致程度。准确度又称准确度。 .(A)(B)(C)精细度高正确度低精细度低正确度高准确度高.4.系统误差的处置实验对比法包括实验方法的对比；仪器的对比；改动丈量步骤对比；改动丈量中某些参量的数值：改动实验条件以及换人丈量等方法进展对比。实际分析法包

11、括分析实验所根据的实际公式要求的条件与实践情况有无差别，分析仪器所要求的运用条件能否到达了，等等。数据分析法这种方法的实际根据是随机误差服从一定统计分布规律，假设结果不服从这种规律，那么阐明存在系统误差。在一样条件下得到大量数据时，可用这种方法。(1) 系统误差的发现.(2)系统误差的消除和减小置换法交换法对称观测法异号法半周期偶次观测法(P9-P10).1用算术平均值Mean Value作为最正确值2用规范偏向估计随机误差 Sx表示多次丈量中每次丈量值的分散程度的， Sx值小表示每次丈量值很接近，反之那么比较分散，它随丈量次数n的添加变化很慢。 残差：贝塞尔公式5、随机误差的处置单次丈量的规

12、范偏向(Sample Standard Deviation).平均值的规范偏向(Mean-value Standard Deviation) ： 表示平均值偏离真值的多少，其值小那么更接近真值，大那么远离真值，它的大小随丈量次数n的添加收敛得很快，这也是添加丈量次数可以减小偶尔误差的一个表达。.在 范围内 P=99.7% 3置信概率置信度对于不同的置信度，真值被包含的概率P不同。在 范围内 P=95.4% 只是一个经过数理统计估算的值，表示真值以一定的概率被包含在 范围内，可算出这个概率是68.3%。这个概率称为置信概率(置信度)，用P表示。.例1:用规范米尺测某一物体的长度共10次，其数据如

13、下：试计算算术平均值某次丈量值的规范偏向S算术平均值的规范偏向次数12345678910L(cm)42.3242.3442.3542.3042.3442.3342.3742.3442.3342.35.解：.2.2 丈量结果的表示和总不确定度的评定 1、不确定度的根本概念；2、丈量结果的规范表示；3、总不确定度的评价1不确定度(Uncertainty of Measurement) 不确定度是指由于丈量误差的存在而对被丈量值不能一定的程度，是表征被丈量值所处的量值范围的评价。2不确定度的分类(Types of Uncertainty)A类分量：用统计方法计算的那些分量。B类分量：用其它方法计算的

14、那些分量。1、不确定度的根本概念.A类.B类.B类.恣意一次丈量的A类不确定度分量平均值的A类不确定度分量P=0.68P=0.68.B 类分量：K：置信因数，与误差分布特性有关。3合成不确定度(combined uncertainty)P=0.684总不确定度(total uncertainty) 希望置信度高一些，那么需求在合成不确定度前乘一因子而得到总不确定度。5相对不确定度(relative uncertainty).其中 为近真值(most likely true value)为总不确定度为相对不确定度为置信概率 假设有规范值公认值或实际值)，可计算百分差2、丈量结果的规范表示.1单次

15、直接丈量总不确定度的评价当A类分量远小于B类分量时a.标出准确度级别的仪表：3、总不确定度的评价简化处置b.非延续可读仪器有游标的量具或数字仪表= 最小步进值 c.延续读数的量具=最小分度的一半 .0.5级电流表.电压表0.1级.*数字秒表(digital stopwatch)(最小分度0.01s): * 20分度游标卡尺(vernier caliper)(最小分度0.05mm).*米尺(meter stick)(最小分度为1mm)*读数显微镜(microscope)(最小分度为0.01mm).*千分尺(micrometer caliper) ：.2多次直接丈量总不确定度的评价其中：仪为仪器误

16、差，确定方法同单次直接丈量。是单次丈量不是平均值！的规范偏向假设 A、B两类分量都只需一个；且记住!.(3) 间接丈量的不确定度,不确定度的传送 (propagation of uncertainty) 设间接丈量量N与直接丈量量x，y，z之间的函数关系为：N 的最近真值:N 的不确定度的计算：.如函数关系为积商方式先计算EN较简单。如函数关系为和差方式，先计算N较简单。.常见函数的传送公式关系式传送公式.1、有效数字概念2、有效数字的简算法那么3、丈量结果数字取舍规那么总结2.3 有效数字及其运算.例：用米尺丈量物体的长度 L1= L2=3.4 3.45 6 5 6 3.4 3.4.有效数字

17、= 假设干位可靠数字 + 一或两位可疑数字L1=3.44cm L2=3.45cm L3=3.46cm 1、有效数字(Significant Figures) 概念.关于有效数字的几点阐明：1有效数字的位数 ：从第一个非零的数字到最后一个数字的个数。如： 2常数、无理数的有效数字位数可以为是无限多，运算时比参与运算中有效数字位数最少的多一位。3单位换算时，有效数字的位数不变。都是4位有效数字。数据过大或过小时，可以用科学记数法scientific notation .2、 有效数字简算法那么只保管一位(最多二位)可疑数字(1)加减 诸数加减时，其结果的可疑数字的位置与诸数中可疑数字最靠前的最大的

18、一致。9.2931239.416-.(2)乘除1.1111 1.111111111111+ 111111.233321 乘除结果的有效数字位数和参与运算各数中有效数字位数最少的一样.(3)乘方、立方、开方有效数字位数与底数的一样.(4)函数运算.(5)常数.3、丈量结果数字取舍规那么总结 不确定度普通取一位有效数字，且仅当首位为1或2时取二位,多余数字的采取：“只进不舍，隔零不进 的原那么。 运算结果(丈量值)的末位数应与不确定度的末位数对齐，尾数采用 “四舍六入五凑偶 34.45434.4534.45634.4634.44534.4434.45534.46如：如：.例2：丈量某正方形的边长是

19、：试计算其周长和面积。解：仪器误差0.05cm.例3：丈量某圆柱体所得数据如下：直径：，高度：质量：知各量的置信度均为95%，试计算其密度及相应的不确定度。解：.1、列表法2.4 常用数据处置方法2、作图法3、逐差法4、最小二乘法数据必需列表作图必需用图纸.特点：简明醒目。1各栏目均应有阐明物理量的称号和单位 3假设是丈量函数关系的数据表，那么应按自变量由小到大或有大到小的顺序陈列，以便于处置和判别。 2栏目顺序有理，数据简明齐全。4必要时附加阐明。1、列表法. 表1.不同温度下的金属电阻值n1234567t/C10.526.038.351.062.875.585.7R/10.42310.89

20、211.20111.58612.02512.34412.670物理量的称号(符号)和单位有效数字正确.2、作图法(1)选择图纸多用毫米坐标纸(1725cm)(2)曲线改直斜率截距(3)确定坐标比例与标度曲线特点：关系直观；便于变换；.比例选取原那么： 坐标轴的最小分度(1mm)对应实验数据的最后一位准确数位R=12.340.10/cm 便于读数“1:1、“1:2、“1:5、“1:0.1、“1:10如 0.10/cm 或 0.50/cm0.300/cm“1:3、“1:7、“1:9.因变量自变量标度起点终点.(4)数据点 的标出+(5)曲线描画电阻R随温度 t变化曲线图名比例T5430445 Mr.W作者(6)注讲解明.(7)直线图解法求待定常数B(83.5,12.60)+电阻R随温度 t变化曲线T5130445 Mr.WA(13.0,10.50).伏安法电阻丈量数据如下表：序号123