物理实验-绪论-误差分析_课件.pdf

最新版整理ppt绪论大学物理实验课的任务与目的(一)通过对实验现象的观察，分析和对物理 量的测量，加深对物理学原理的理解。(二)培养和提高治学能力和工作能力。(1)自行阅读教材，归纳要点，做好工作前 的准备；(2)借助教材或仪器说明书正确使用仪器；(3)运用物理学理论对实验现象进行分析；(4)正确记录和处理实验数据，撰写合格的报告;最新版整理ppt2绪论（三）培养科学精神，提高科学素养，逐步具 备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。（四）培养和提高学生的科学实验能力，其中 包括：自学能力动手操作能力综合分析 能力科技写作能力设计能力最新版整理ppt3物理实验课程教学安用 一、实验课程总学时50学时，分两学期完 成，每学期做8个实验，每次实验三学时。一次 误差理论。二、每班按课表排定时间，按实验循环表 上课。下一次课开始做实验。三、上课时间按单双周进行，上课地点 二实验楼五楼。最新版整理ppt4物理实验基本程序与要求1.实验课前预习(十分重要)(1)预习讲义中与本实验相关的全部内容。(2)写出预习报告(实验题目、目的、原理、主 要计算公式、原理简图)，准备原始实验数据记 录表格。2.提前五分钟进入实验室，按组号入座，不要 擅自动手，以免造成仪器损坏或发生事故。3.课堂实验操作(1)上课需带实验讲义、笔、尺、计算器等。最新版整理ppt5.绪论(2)仪器安装调试后经教师检查无误后方可进 行实验操作。(3)操作完毕应主动请教师审核实验记录并 签字。不经教师签字的记录无效(4)实验后请将使用的仪器整理好，归回原处。经教师允许后方可离开实验室。(5)课后按要求完成实验报告，并在下次实验时交 来。最新版整理ppt6绪论实验测量误差理论以 数据处理方法一、测量与误差的基本概念 二、测量结果不确定度评定 三、有效数字及其运算四、结果表示五、实验数据处理常用方法最新版整理ppt7测量与误差的基本概念1.测量的定义与分类测量：就是通过物理实验的方法，把被测量 与作为标准的同类单位量进行比较的过程。双!I量是物理实验的基础。分类Y直接测量：可以用测量仪器或仪表直接读出测量值的测量。“长度、质量、温度等。间接测量：依据待测量和某几个直接测量值的函 数关系求出，这样的测量称为间接测量。篇积、密度、粘度等。取新版整理ppt82.真值、算术平均值真值：某物理量在一定客观条件下真实大小。（真值是个理想的概念，一般不可能准确知道。）算术平均值：多次测量的算术平均值可作为真值的最佳近似值最新版整理ppt93.误差、偏差误差：被测物理量的测量值与真值之差偏差：被测物理量的测量值与算术平均值之差4.误差的分类由测量产生的原因与性质可分为系统误差和随机误差最新版整理ppt10系统误差:在同一条件下多次测 量同一物理量时，其 结果的符号和大小按 一定规律变化的误差r仪器误差 w方法误差 环境误差 I人为误差产生原因：仪器，理论推导，实验方法，操作，环境等。特点：倾向性、方向性（或者都偏大或者都偏小）消除方法：改进、修正、矫正。最新版整理ppt11随机误差:在消除或修正系统误差之后，测量 结果仍会出现一些无规律的起伏。这种绝对值和符号随机变化的误差,称为随机误差r主观方面，星测量仪器方面 L环境方面特点：随机性（忽大忽小，忽正忽负，没有规律），但 当测量次数比较多时服从统计规律。最常见的就是正态 分布（高斯分布）。消除方法：多次测量取平均值最新版整理pm12随测量次数的增加，偶然（随机）误差遵从统计规律,其分布函数：Ax：表示测量误差（测量值与真值之 差）f（AX）表示测量误差AX出现的概率。:可以表示测量值偏离真值大小的程度,被称为标准误差-0 oAx最新版整理ppt13绪论当n趋于无穷大，服从正态分布，其中标准误差:测量结果的不确定度评定（一）、不确定度的概念（二）、不确定度的分类（三）、直接测量量的不确定度评定步骤（四）、间接测量量的不确定度评定步骤震最新版整理ppt（一）、不确定度的概念1、为什么要引入不确定度?误差概念的局限性一般来说，真值是无法得到的，误差是测量值与真值之差，所以也就无法得到。我们只能通过一定的方法对测量误差进 行估计。2、不确定度含义：所谓测量不确定度，是指由于测量误差的存在而对测量 值不能肯定的程度。实际上是对测量的真值在某个量值范围的 一个评定。表征测量结果具有分散性的一个参数。最新版整理ppt16绪论(二)、不确定度的分类不确定度的两类分量(1)A类评定不确定度A：统计方法得到的。这类不确 定度被认为是服从正态分布规律的。k _X兀 f)2i=Lk1最新版整理ppt17(2)B类非统计不确定度是指用非统计方法求出或评定的不确定度对B类不确定度的估计作简化处理，只讨论因仪器不准 对应的不确定度。仪器不准确的程度主要用仪器误差来 表示，即：(3)合成不确定度最新版整理ppt18绪论补充常见仪器的示值误差的大小1.米尺冬2.卡尺4=00 加3.千分尺4=000/4.4=00且5.6.数显仪器温度计A=属小显出7.电表类仪器 最新版也理ppt19三)、直接测量量的不确定度评定步骤(1)修正测量数据中的可定系统误差；(2)计算测量列的算术平均值作为测量结果的最佳值计算测量列的样本标准偏差(4)(5)(6)(7)样本标准偏差作为不确定度A类分量 Q计算不确定度的B类分量 求合成不确定度写出最终结果表示d义x=x UrS=8x100最新版整理pptx20例：用米尺测量一物体长度，测量了六次，其测量值分别是:7=51.37；51.35；51.34；51.39；51.34；51.38；（单位cm）。试计算合成不确定度，并写出测量结果。解卜1）修正测量数据中可定系统误差（如零点修正，本题不用）2）计算I的最佳值；4)5)B类不确定度:合成不确定度6)测量结果Y最新版整理ppt22（三）、间接测量量的不确定度评定步骤L间接测量量的最佳值为间接测量量的最佳值。最新版整理ppt232.不确定度的传递不确定度与微小量N间的关系:Ux=|Ay|Uy以微小量代替微元，得:最新版整理ppt24U式30当x,y,z相互独立时，有如：和差形式函数测量结果可的标准不确定度为:最新版整理ppt25对于以乘、除运算为主的函数函数表达式A t.7合成标准不确定度公 式相对不确定度N ax+by N=axbyq=xi o 防N=xy _V 7_r 7_N=cl21N=ExN=xEN=-Ex n最新版整理ppt27例：已知质量m=(213.040.05)g,的铜圆柱体，用。125mm、分度值为0.02mm的游标卡尺测量其高度h六次；用一级025mm千分尺测量其直径D也是六次，其测值列入下表(仪 器零点示值均为零)，求铜的密度。次数123456身度 h/mm803880.3780.3680.3880.3680.37直径D/mm19.46519.46619.46519.46419.46719.466最新版整理ppt28解：铜圆柱体的密度:(2)直径D的最佳值及不确定度:千分尺的仪器误差:因此:最新版整理ppt(3)密度的算术平均值:因此得:最新版整理ppt32有效数字及其运算（一）有效数字1.有效数字定义2.正确而有效地表示测量和实验结果的数字，称为有效数字。它由可靠的若干位数字 加上可疑的一位数字构成的。或者说从左端第一个非零数字到右端最后一位的所有 数字均为有效数字。有效数字=可靠数字+可疑数字最新版整理ppt332.有效数字的特点(1)有效数字的位数与小数点的位置无关。变换单位时，有效数位不变如：59.6mm=5.96cm=0.0596m(2)当“0”不是表示小数点位置时(0在数字中间或数字后 面)，为有效数字，因此数据最后的“0”不能随便加上，也 不能随便减去。如:3.0cm?3应记为3.00cm最新版整理ppt34(3)常数不用取有效数字，但在计算时常数所取的位数 不应少于其他数值的有效数位。(4)为了表示方便，特别是对较大或较小的数值，常用 科学记数法表示。(二)直接测量量的有效数字1.一般读数应读到最小分度以下再估一位；2.有时读数的估计位，就取在最小分度位；3.游标类量具只读到游标分度值，一般不估读；4.数字式仪表及步进读数仪器不需要进行估读，仪器所 显示的未位就是欠准数字；最新版整理ppt35读数举例:0.919 KQ最新版整理ppt36（三）间接测量量的有效数字运算(1)加减运算时，“尾数取齐”。例如：278.3 26.65+)12,531-)3.925280.831 22.725(2)乘除运算时，“位数取齐”。例如：5.348 X 20.5=110 37643217=173最新版整理ppt37(3)乘方、开方运算，其结果的有效数字位数与被乘方、开方数的有效数字位数相同。例如：(4)三角函数、对数、指数函数运算结果的有效数字的取位 一般与其变量的位数相同。(5)测量结果的有效数字位数的确定：由不确定度决定有效数字的数位。其最后一位要与不确定 度所在的那一位取齐，多余的位数按尾数修约规则进行取舍。四舍六入五凑偶”将下列数据保留三位有效数字：3.54499 3.54 3.5466-3.553.5450 3.54 3.5350一 3.54最新版整理ppt 38四.结果表示将有效数字的定义和不确定度只取一位结合 起来，就能确定测量结果数值了，方法是：任何 测量结果，其数值的最后一位必须与不确定度所 在的那一位数对齐。即测量结果最后的有效数位,完全取决于不确定度所在的那位数，后面多余者 按规则取舍。d=d 2（单位Q吟最新版整理ppt39例如:五.实验数据处理常用方法（一）列表法（二）作图法（图示法；图解法）（三）逐差法最新版整理ppt411.列表法列表法示例1:伏安法测电阻数据记录次数12345电流I(A)0.0820.0940.1310.1700.210电压U(V)0.871.001.401.80230电流I和电压U均为直接测量量；电流I的单位：A；电压U的单位：V；按有效数字规则记录数据。最新版整理ppt422.作图法(1).选取坐标分度。横轴-自变量纵轴-因变量原则：不损失有效数字。以12小格代表最后一位准确数字。(2).描坐标轴,标整分度值(3).描实验点。(-X 等)最新版整理ppt43(4),连线。连成光滑的曲线、直线，连线不一定通过所有的实验点,使实验点均匀分布在曲线的两侧。(5),取点计算。(斜率，截距等)所取点的标注应与实验点有区别。计算斜率、截距时不能用实验点。！(6),曲线标注。川医协17队上匕上上ppv电压(V)11.321.230.439.650.1电流(mA)0.821.752.883.794.905.04.03.02.01.0电流I(mA)(48.0,4.70)(10.0,0.60)10.020.030.040.050.0最新版整理ppt电压V(v)452.逐差法例：杨氏模量实验（钢丝不断地增加等负荷情况下，测定其伸长量Ax的平均值）逐差法取平均：8测量序号:测量值：逐差伸长量：7X7逐差伸长量的定义（分两组）：AXi=Xi+4Xi逐差法具有充分寿州隧据，减小误差的优点46实验注意事项迟到15分钟，取消实验资格。请假要有有效的假条。严肃处 理中途退场、冒名顶替或伪造实验数据者。学生进入实验室后将预习报告放于桌子上以备教师检查，再 检查本实验仪器是否齐全、完好，如果发现问题及时报告。实验过程中发现仪器损坏，要报告教师。实验中若发现问题应及时向教师请教。要用钢笔或圆珠笔记录原始数据，不能用铅笔。决不允许伪 造实验数据注意老师的具体实验要求，部分实验要求当堂交实验报告。实验完毕后，将实验数据交教师审查签字，再将实验仪器整 理还原。每次实验后必须打扫实验室。最新版整理ppt47