高二物理競賽測量誤差與數(shù)據(jù)處理課件

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物理實驗是研究物質(zhì)運動一般規(guī)律及物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)的科學(xué)，它必須以客觀事實為基礎(chǔ)，必須依靠觀察和實驗。物理學(xué)是一門實驗科學(xué)，無論物理概念的建立還是物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)都必須以嚴(yán)格的科學(xué)實驗為基礎(chǔ)，并通過今后的科學(xué)實驗來證實。

物理實驗在物理學(xué)的發(fā)展過程中起著重要的和直接的作用：物理實驗的重要作用2

實驗可以發(fā)現(xiàn)新事實，實驗結(jié)果可以為物理規(guī)律的建立提供依據(jù)經(jīng)典物理學(xué)（力學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)）規(guī)律是由以往的無數(shù)實驗事實為依據(jù)來總結(jié)出來的。X射線、放射性和電子的發(fā)現(xiàn)等為原子物理學(xué)、核物理學(xué)等的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。盧瑟福從大角度α粒子散射實驗結(jié)果提出了原子核基本模型。3

實驗又是檢驗理論正確與否的重要判據(jù)

理論物理與實驗物理相輔相成。規(guī)律、公式是否正確必須經(jīng)受實踐檢驗。只有經(jīng)受住實驗的檢驗，由實驗所證實，才會得到公認。1905年愛因斯坦的光量子假說總結(jié)了光的微粒說和波動說之間的爭論，能很好地解釋勒納德等人的光電效應(yīng)實驗結(jié)果，但是直到1916年當(dāng)密立根以極其嚴(yán)密的實驗證實了愛因斯坦的光電方程之后，光的粒子性才為人們所接受。電磁場理論的提出與公認假說庫侖定律安培定律高斯定律法拉第定律麥克斯韋在1865年提出電磁場理論麥克斯韋方程組統(tǒng)一了電、磁、光現(xiàn)象,預(yù)言了電磁波的存在并預(yù)見到光也是一種電磁波1879年赫茲實驗發(fā)現(xiàn)了電磁波的存在并證實電磁波的傳播速度是光速電磁場理論才得到公認二十多年后4

物理實驗課程的目的

我們的物理實驗課程不同于一般的探索性的科學(xué)實驗研究，每個實驗題目都經(jīng)過精心設(shè)計、安排，實驗結(jié)果也比較有定論，它是對學(xué)生進行基礎(chǔ)訓(xùn)練的一門重要課程。

它不僅可以加深大家對理論的理解，更重要的是可使同學(xué)獲得基本的實驗知識，在實驗方法和實驗技能諸方面得到較為系統(tǒng)、嚴(yán)格的訓(xùn)練，是大家從事科學(xué)實驗的起步，同時在培養(yǎng)科學(xué)工作者的良好素質(zhì)及科學(xué)世界觀方面，物理實驗課程也起著潛移默化的作用。

希望同學(xué)們能重視這門課程的學(xué)習(xí)，經(jīng)過一年的時間，真正能學(xué)有所得。5測量誤差與數(shù)據(jù)處理第一章1.1測量與誤差1.2隨機誤差的處理1.3測量結(jié)果的表示與不確定度1.4有效數(shù)字及運算規(guī)則1.5實驗數(shù)據(jù)處理基本方法61.1測量與誤差

測量，就是將待測物理量直接或間接地與規(guī)定為標(biāo)準(zhǔn)單位的同類物理量進行比較，得到比值的過程。1.1.1測量

這個比值或倍數(shù)就是待測物理量的測量值，加上相應(yīng)的單位就構(gòu)成一個完整的“物理量”。

即，測量結(jié)果應(yīng)包括數(shù)值和單位。7數(shù)值單位

如：用米尺測量身高

如：用電表測量電流用電橋測量電阻①借助于一定的儀器或量具；②依據(jù)一定的原理或方法；③采用某一標(biāo)準(zhǔn)單位。各物理量的單位采用國際單位制（SI）為基礎(chǔ)的單位8直接測量

指無需對被測的量與其它實測的量進行函數(shù)關(guān)系的輔助計算而可直接得到被測量值的測量。直接測量間接測量測量9間接測量

指利用直接測量的量與被測量之間的已知函數(shù)關(guān)系經(jīng)過計算從而得到被測量值的測量。大量的物理量是靠間接測量得到的直接測量是基礎(chǔ)，間接測量依賴于直接測量10等精度測量定義：指具有同樣精確程度的測量。要求：對某一物理量多次測量中，每次測量的條件相同(儀器、方法、操作者和環(huán)境均不變)。等精度測量得到的一組數(shù)據(jù)稱為測量列例如：2.01s,2.00s,2.02s,……,1.99s11

盡管每一次測量的結(jié)果不同，但無任何理由判斷哪一次測量更精確，只能認為它們的測量精度是完全相同的。嚴(yán)格地說，實驗中保持完全相同的條件是極端困難的，但當(dāng)某一條件的變化對測量結(jié)果影響不大，甚至可以忽略時，可視為等精度測量。121.1.2誤差

誤差：測量值與待測量的真值之間的差值。真值：待測量客觀存在的值。13真值的分類：①理論真值或定義真值②計量學(xué)約定真值③標(biāo)準(zhǔn)儀器相對真值如三角形的三個內(nèi)角和等于180度。用比被校儀器更高級別的標(biāo)準(zhǔn)儀器的量值作為真值。量程2A,0.5級(1.80A),0.1級(1.802A)由國際計量大會決議約定的值如：基本物理常數(shù)中的冰點絕對溫度14問題：能否得到待測量的真值？回答：真值是一個理想的概念。真值在任何情況下都無法測出，只能使結(jié)果接近真值。任何測量結(jié)果都有誤差！

我們得到是含有一定誤差的近似值。換言之：誤差自始置終存在于一切科學(xué)實驗的測量之中。15①(絕對)誤差真值測量值誤差的表示方法若誤差用△x表示，則由定義可知：反映測量結(jié)果偏離真值的大小和方向。對月地距離對某人身高16

相對誤差能全面評價測量結(jié)果的優(yōu)劣，比絕對誤差更有實際意義。②相對誤差根據(jù)誤差產(chǎn)生的原因和性質(zhì)的不同①系統(tǒng)誤差②隨機誤差17保持不變或以可預(yù)知方式變化的誤差分量

①方法誤差：實驗理論近似或方法不完善

如用伏安法測電阻沒有考慮電表內(nèi)阻的影響。1.系統(tǒng)誤差

單擺測重力加速度時取帶來的誤差等。（1）來源18③環(huán)境誤差：實驗環(huán)境、測量條件不合要求

如標(biāo)準(zhǔn)電池是以20℃時的電動勢數(shù)值作為標(biāo)稱值的，若在30℃條件下使用時，如不加以修正就引入了系統(tǒng)誤差。

如儀器刻度不準(zhǔn)、零點位置不正確、儀器的水平或鉛直未調(diào)整、天平不等臂等。

E20＝1.01860V②儀器誤差：儀器固有缺陷19④人員誤差：操作者生理或心理因素系統(tǒng)誤差的特征：確定性如計時的滯后，習(xí)慣于斜視讀數(shù)等

(2)系統(tǒng)誤差可分為：已定系統(tǒng)誤差未定系統(tǒng)誤差20①已定系統(tǒng)誤差

指絕對值和符號都已確定、可估算出的系統(tǒng)誤差分量。如：初讀數(shù)值不為“0”

使每次測量的結(jié)果都偏小。21②未定系統(tǒng)誤差

指實驗過程中，以某一規(guī)律變化的系統(tǒng)誤差，一般只能估計其限值。例：米尺受熱膨脹，使測量結(jié)果變?yōu)?

22(3)系統(tǒng)誤差的處理方法②修正實驗結(jié)果；①完善實驗理論；測量值為:

結(jié)果為:已知：23③校準(zhǔn)實驗儀器；④改進實驗方法。AVIAIVIRIA=IR+IVIAIRAVGEIVIA=IRV-A法測R補償法測R24以不可預(yù)知的方式變化著的誤差分量①環(huán)境起伏變化

如氣流、溫度、濕度、電壓以及雜散電磁場的不規(guī)則脈動等引起的誤差。

2.隨機誤差

隨機誤差是由實驗中各種因素的微小變動性引起的，主要有：②實驗裝置的變動性

如儀器精度不高，穩(wěn)定性差，測量示值變動等。25③判斷、讀數(shù)估計的差異隨機誤差的特征：偶然性

如觀察者感官靈敏度、操作熟練程度以及估計讀數(shù)的隨機性。

這些因素的共同影響使測量結(jié)果圍繞測量的平均值發(fā)生有漲落的變化，這一變化量就是各次測量的隨機誤差。26如：測單擺擺動50個周期的時間:t1.9898.651.961.98

1.881.97T(s)98.198.8

94.298.4t(s)4321n

除系統(tǒng)誤差和隨機誤差外，還可能發(fā)生讀數(shù)、記錄上的錯誤，儀器損壞、操作不當(dāng)?shù)仍斐傻腻e誤。錯誤不是誤差。錯誤與錯誤數(shù)據(jù)首先是防止出錯,其次要盡早發(fā)現(xiàn)錯誤27精密度：