大学物理实验有效数字和不确定度ppt四川大学物理系描述

x x
n 1
2
• 2ndF σ

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2
S uA n n 1
n
B类不确定度
• B类不确定度一般是由系统效应导致，它的来源 较多。完整、准确地评定B类不确定度是一项复 杂的工作。对于一些简单有实验，仪器允许的极 限误差是B类不确定度的主要来源，即uB=D仪。
课前预习——实验能否取得主动的关键
课前认真阅读实验教材，填写实验报告中的实验名 称、目的、原理、步骤及内容、仪器等项目，并根 据实验内容按列表法记录数据的要求在原始数据记 录单绘制原始数据记录表格。 进实验室签到时必须携带课前写好的预习材料。
课堂实际操作
按老师要求完成实验，测量数据用钢笔或圆珠笔填 写在原始数据记录表格中（注意有效数字位数）。 测量完成后，保持仪器的测量状态，根据实验原理 核对数据，数据不合理时应重新测量。时间允许时 应进行数据处理，测量无误，且时间超过规定课时 的2/3时，可将数据交指导老师检查、签字。 签字后，应整理实验仪器、打扫卫生。
物理实验分两学期完成： • 第一学期为基础实验，由 “测量不确定度 及数据处理”和七个实验组成；
• 第二学期几十个实验分一般实验、独立完 成实验和综合设计实验，可根据兴趣和所 在学院的学分要求选择。
4. 物理实验课的教学环节及要求
物理实验课由课前预习、课堂实际操作、课后完成 实验报告三个基本教学环节组成。
例如：用米尺同讲桌的长进行比较，这一过程就 称为测量，比值1.255m就是测量数据。
测量的分类
• 按测量次数分为单次测量和多次测量 • 按测量方法分为直接测量和间接测量
– 通过测量钢球直径D（直接测量）来计算钢球 体积V=πD3/6（间接测量）
• 按测量条件分为重复性测量和复现性测量
2. 误差
• 误差——测量结果N与客观存在的真值N0之间的 差异ΔN（=N-N0 ）。
• 真值——待测量在被观测时所具有的真实大小， 数据处理时只能用约定真值（近真值）来代替。
• 误差分析目的是将误差的影响减小到最低程度， 估计未能消除的误差，提高测量结果可信度。 • 误差按其性质和产生原因可分为系统误差和随机 误差。
系统误差
• 系统误差的大小和方向保持恒定或者按一 定的规律变化，它来源于：
• 报告发下后要妥善保管，以备期末核对成绩。
二、测量与误差
1. 测量的概念及分类 2. 误差的定义及分类
1. 测量
• 物理实验通过再现物体的运动形态来探索物理量 之间的相互关系，从而验证理论或发现规律。 • 物理实验分定性实验和定量实验两种。
• 测量——在一定条件下将待测量与同类标准量进 行比较得出结果的过程。将比值的大小和单位记 录下来就是测量数据。
1 x xi n i 1
A类不确定度：
n
uA S x

x x
n i i 1
2
nn 1
用计算器计算uA
• • • • ON 2ndF ON 数值xi DATA 0 STAT 0 {xi } i
x
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1 n x xi n i 1
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S
《大学物理实验》
有效数字和不确定度
本期内容
1. 物理实验的课程设置
2. 与测量和误差相关的基础知识
3. 测量结果的不确定度与评定 4. 有效数字的概念及运算法则 5. 常用的数据处理方法
一、绪论
1. 开设《物理实验》的必要性 2. 《大学物理实验》的教学任务
3. 本中心物理实验课程的设置
4. 物理实验课的教学环节及要求
x x uc x


单位
测量结果的书写原则
x x uc x


单位
• 书写测量结果时应注意： 1)近真值、标准不确定度、单位三者缺一不可
5. 本中心物理实验课的考核办法
• 所做实验的平均分为本学期的成绩。 • 实验报告必须在实验课后下一周星期一之前交。
• 上课时必须向老师提交预习材料，携带坐标纸、 计算器等数据处理工具。
• 实验必须按时，迟到15分钟取消本次实验资格。 • 实验必须在规定的时间内完成，不得编造数据、 抄袭他人数据或报告，不得无故缺席。
• 未标注时，仪器误差的估计方法：连续分度的仪 器，仪器误差为最小刻度的一半；游标类仪器或 数字表，仪器误差通常取最小刻度。
2. 测量结果的评定
• 合成的标准不确定度 ：
u c x
2 uA
2 uB
S
2
x D
2 仪
• 测量结果可以表示为：
待测量=（近真值±标准不确定度）单位
– 仪器误差 – 理论误差 – 观测误差
l 1 2 T 2 1 sin g 4
• 系统误差又分
– 已定系统误差，如千分尺的零差 – 未定系统误差，如给定级别的电表
三、测量结果的不确定度与评定
• 不确定度的概念及其估算方法 • 测量结果的表达 • 各种测量结果的评定
1. 不确定度的概念及估算方法
• 测量的可能误差范围称为不确定度。它是对测 量质量的重要表征，表明了测量结果的可疑程 度。不确定度越小，测量结果可信度越高。 • 估算不确定度时，将各种来源的不确定度分为 A类（用统计方法计算）和B类（用非统计方法 计算）两类。
A类不确定度的估算
• 多次测量某物理量，得 {x1，x2，…，xn}。测量 次数n充分多时，结果服从一定的统计规律—— 普通物理实验中的多次测量可视为正态分布。这 时的测量结果为：
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2. 《大学物理实验》的教学任务
大学物理实验课是本科学生接受科学实验基础能力 培养和训练的基础课，其主要任务是： 1）学习物理实验的基本知识、基本方法，培养和 训练基本技能； 2）学习实验方法和技能在科学研究和工程技术中 初步应用，了解物理学与现代技术的联系；
3）培养创新意识和科学实验素养。
3. 本中心物理实验课程的设置
5. 本中心《大学物理实验》的考核办法
1. 开设《大学物理实验》的必要性
1）物理是自然科学的基础；物理学是一门实验科 学，物理实验在物理学的产生、发展和应用过程中 起着重要作用。 ----电磁相互作用的发现（从实验中发现规律） ----电磁波理论的确立（由实验证实理论） 2）物理实验中涉及的一些实验知识、方法和技能 是其他科学实验的基础。