不确定度与数据处理课件
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测量不确定度与数据处理课件
样品的不均匀性
对于某些测量对象，其内部不 同部位可能存在差异，这也会 导致测量结果的不确定度增加
。
测量不确定度的评估方法
根据历史数据建立不确定 度评估模型
通过对历史数据进行统计分析 ，可以建立不确定度评估模型 ，用于预测未来测量结果的不 确定度。
利用仪器设备的校准证书
仪器设备的校准证书通常会提 供有关仪器设备的不确定度信 息，可以用于评估测量结果的 不确定度。
数据整理包括对采集到的数据进行清洗、整理和转换等操作，使其满足后续分析的 要求。
制定数据采集计划：根据研究目的和范围，制定详细的数据采集计划，包括数据采 集的方法、时间、人员和预算等。
数据清洗与预处理
数据清洗包括去除重复数据、处 理缺失值、检测并处理异常值等 操作，以提高数据的质量和准确
性。
数据预处理包括对数据进行转换 、标准化和归一化等操作，以消 除数据间的尺度差异和提高数据
不确定度的来源
分析实验过程中可能产生的误差和不确定度的来源，如仪器设备的 精度、环境因素、操作误差等。
不确定度的计算
根据实验数据的分布和误差传递公式，计算实验结果的合成不确定 度和扩展不确定度。
实际生产中的数据处理与不确定度评估
实际生产中的数据处理
对实际生产过程中的数据进行处理和分析，以发现潜在的 质量问题并采取措施进行改进。
根据标准物质进行比较分 析
通过将测量对象与标准物质进 行比较分析，可以估算测量结 果的不确定度。
采用概率统计方法进行评 估
对于某些测量，可以采用概率 统计方法对测量结果的不确定 度进行评估，如通过重复测量 获取平均值和标准差等。
02
数据处理基础
数据采集与整理
明确数据采集的目的和范围：在数据采集前，需要明确研究的目的和数据的需求， 选择合适的数据来源和采集方法。
对于某些测量对象，其内部不 同部位可能存在差异，这也会 导致测量结果的不确定度增加
。
测量不确定度的评估方法
根据历史数据建立不确定 度评估模型
通过对历史数据进行统计分析 ，可以建立不确定度评估模型 ，用于预测未来测量结果的不 确定度。
利用仪器设备的校准证书
仪器设备的校准证书通常会提 供有关仪器设备的不确定度信 息，可以用于评估测量结果的 不确定度。
数据整理包括对采集到的数据进行清洗、整理和转换等操作，使其满足后续分析的 要求。
制定数据采集计划：根据研究目的和范围，制定详细的数据采集计划，包括数据采 集的方法、时间、人员和预算等。
数据清洗与预处理
数据清洗包括去除重复数据、处 理缺失值、检测并处理异常值等 操作，以提高数据的质量和准确
性。
数据预处理包括对数据进行转换 、标准化和归一化等操作，以消 除数据间的尺度差异和提高数据
不确定度的来源
分析实验过程中可能产生的误差和不确定度的来源，如仪器设备的 精度、环境因素、操作误差等。
不确定度的计算
根据实验数据的分布和误差传递公式，计算实验结果的合成不确定 度和扩展不确定度。
实际生产中的数据处理与不确定度评估
实际生产中的数据处理
对实际生产过程中的数据进行处理和分析，以发现潜在的 质量问题并采取措施进行改进。
根据标准物质进行比较分 析
通过将测量对象与标准物质进 行比较分析，可以估算测量结 果的不确定度。
采用概率统计方法进行评 估
对于某些测量，可以采用概率 统计方法对测量结果的不确定 度进行评估，如通过重复测量 获取平均值和标准差等。
02
数据处理基础
数据采集与整理
明确数据采集的目的和范围：在数据采集前，需要明确研究的目的和数据的需求， 选择合适的数据来源和采集方法。
测量不确定度与数据处理ppt
根据各个影响因子（如仪器设备误差、环境条件影响等）的标准不 确定度，通过合成得到合成标准不确定度。
扩展不确定度
在合成标准不确定度的基础上，考虑分布系数或置信因子，计算扩 展不确定度。
03 数据处理基础
数据清洗
数据清洗是数据处理的重要步骤，主要涉及检查数据一致性，处理无效值和缺失 值等。
具体方法包括但不限于，处理缺失值，如填充缺失值或删除含有缺失值的记录； 处理异常值，如用平均值、中位数或标准差等方法进行平滑处理；数据规范化， 如将数据转换为统一尺度或单位。
测量不确定度与数据处理
目 录
• 引言 • 测量不确定度 • 数据处理基础 • 测量不确定度与数据处理的关系 • 实际应用案例 • 总结与展望
01 引言
主题简介
测量不确定度
测量不确定度是测量结果的可信程度 或可靠性的度量，它反映了测量结果 的不确定性或分散性。
数据处理
数据处理是对数据进行收集、整理、 分析和解释的过程，目的是从数据中 获取有用的信息或知识。
03
提高结果精度。
如何减小测量不确定度对数据处理的影响
优化测量方法和提高测量设备 的精度，可以降低测量不确定 度，从而提高数据处理结果的
可靠性。
通过增加重复测量次数，降低 随机误差的影响，从而减小测 量不确定度对数据处理的影响 。
在数据处理过程中，采用合适 的数学模型和算法，减小误差 传递和累积，提高结果的精度
仪器校准
在仪器校准中，测量不确定度用于评估测量设备的准确性和可靠性。通过对测量设备进行 定期校准，可以确保其性能参数符合要求，从而提高生产效率和产品质量。
过程控制
在过程控制中，测量不确定度用于评估生产过程的稳定性和控制精度。通过实时监测关键 工艺参数的不确定度，可以及时调整工艺参数，确保生产过程的稳定性和产品质量的一致 性。
扩展不确定度
在合成标准不确定度的基础上，考虑分布系数或置信因子，计算扩 展不确定度。
03 数据处理基础
数据清洗
数据清洗是数据处理的重要步骤，主要涉及检查数据一致性，处理无效值和缺失 值等。
具体方法包括但不限于，处理缺失值，如填充缺失值或删除含有缺失值的记录； 处理异常值，如用平均值、中位数或标准差等方法进行平滑处理；数据规范化， 如将数据转换为统一尺度或单位。
测量不确定度与数据处理
目 录
• 引言 • 测量不确定度 • 数据处理基础 • 测量不确定度与数据处理的关系 • 实际应用案例 • 总结与展望
01 引言
主题简介
测量不确定度
测量不确定度是测量结果的可信程度 或可靠性的度量，它反映了测量结果 的不确定性或分散性。
数据处理
数据处理是对数据进行收集、整理、 分析和解释的过程，目的是从数据中 获取有用的信息或知识。
03
提高结果精度。
如何减小测量不确定度对数据处理的影响
优化测量方法和提高测量设备 的精度，可以降低测量不确定 度，从而提高数据处理结果的
可靠性。
通过增加重复测量次数，降低 随机误差的影响，从而减小测 量不确定度对数据处理的影响 。
在数据处理过程中，采用合适 的数学模型和算法，减小误差 传递和累积，提高结果的精度
仪器校准
在仪器校准中，测量不确定度用于评估测量设备的准确性和可靠性。通过对测量设备进行 定期校准，可以确保其性能参数符合要求，从而提高生产效率和产品质量。
过程控制
在过程控制中，测量不确定度用于评估生产过程的稳定性和控制精度。通过实时监测关键 工艺参数的不确定度，可以及时调整工艺参数，确保生产过程的稳定性和产品质量的一致 性。
不确定度与数据处理ppt课件
3）.测量结果与深圳地区重力加速度比较。
精选ppt课件2021
39
实验2.时间测量中随机误差的分布 规律(第一册教材p62-p69)
1.用电子秒表测量电子节拍器的周期，重复测量200组 以上数据。
2.用统计方法研究随机误差分布的规律 ：
根据电子节拍器周期的测量值，作统计直方图，检 验测量值是否符合正态分布
可以相互抵消，从而可以得到最简单的 形式； 3.系数取绝对值； 4.将微分号变为不确定度符号。
精选ppt课件2021
11
不确定度分析的意义
1.不确定度表征测量结果的可靠程度，反 映测量的精确度。 2.根据对测量不确定度的要求设计实验方 案，选择仪器、测量方法等；在实验过程 和实验后，通过对不确定度大小及其成因 的分析，找到影响实验精确度的原因并加 以校正。
第二讲 测量的不确定度与数据处理
（续）
精选ppt课件2021
1
测量的不确定度与数据处理
（一）测量 （二）测量误差 （三）测量的不确定度 （四）数据处理
精选ppt课件2021
2
测量的不确定度
不确定度：
由于测量误差的存在，测量结果必然存在不 确定成份，如何用科学、合理的方法对实验结 果评价。 -----对测量结果不确定程度的评定。
间接测量方法：间接测量量的不确定度
精选ppt课件2021
4
一 、直接测量量的不确定度
1、直接测量量A类不确定度的估计
平均值
1 n
N n i1 N i
测量列的标准差 (贝塞尔公式)
N
n
(Ni N )2
i 1
n 1
测量列平均值的标准差 ，A类标准不确定度
uA
计量基础知识-不确定度评定和数据处理64页PPT
计量基础知识-不确定度评定 和数据处理
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
45、法律的制定是为了保证每一个人 自由发 挥自己 的才能 ，而不 是为了 束缚他 的才能 。—— 罗伯斯 庇尔
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
Hale Waihona Puke xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
45、法律的制定是为了保证每一个人 自由发 挥自己 的才能 ，而不 是为了 束缚他 的才能 。—— 罗伯斯 庇尔
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
Hale Waihona Puke xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
大学物理实验测量不确定度及数据处理基础知识中国地质大学课件
饼图
展示整体的构成比例，适用于 显示各部分在整体中的占比。
EXCEL软件在数据处理中的应 用
EXCEL软件功能强大，是数据处理中不可或缺的工具。它能轻松处理各种类型 的数据，并可创建图表进行数据可视化。
EXCEL拥有丰富的公式和函数库，可用于数据分析和计算。它还提供了数据透 视表和数据透视图，方便用户进行数据探索和分析。
视觉美观和易读性
图表的颜色、字体和布局要和谐 统一，避免过多的装饰，保证图 表的清晰易读。
常用的数据绘图类型
折线图
显示数据随时间或其他变量的 变化趋势，适用于展示数据变 化的趋势和规律。
柱状图
用于比较不同类别的数据，适 合显示各类别之间的差异和大 小。
散点图
显示两个变量之间关系，用于 探索数据之间的关联性和趋势 。
结论和思考题
1 1. 总结
本次课程学习了物理实验测量 的不确定度及数据处理的基本 知识，掌握了常见误差类型、 误差估计方法和数据处理技巧 ，为今后开展物理实验打下了 基础。
2 2. 思考
在实际实验中，如何更有效地 控制误差，提高测量结果的准 确度？
3 3. 探索
除了本课程所涉及的知识，还 有哪些测量不确定度及数据处 理方法可以学习？
重复测量法
对同一物理量进行多次测量，然后计算平均值和标准偏差来估计误差。
间接测量误差估计
间接测量是指通过已知物理量之间的关系来计算未知物理量，例如用速度和时 间计算距离。
误差传播公式
通过误差传播公式，可以将已知物理量的误差传播到计算结果中，从而估计间 接测量结果的误差。
重复测量误差估计
重复测量
1
多次测量同一个物理量，得到一组数据。
数据绘图的基本要求
大学物理实验绪论(不确定度)总结课件
数据：
直径 D (mm)
12
四、 间接测量结果及不确定度的计算 设间接测量的函数关系式为： N＝f (x ，y ，z……)，
其中x ，y ，z为相互独立的直接测量量， N为 间接测量量 。
设x, y, z，的不确定度分别为△x 、 △y 、 △z ， 它们必然影响间接测量结果，使N也有相应的 不确定度△N
改为N= (2.80±0.08) ×104cm
改为N= (10.7±0.2) cm
N= (10.651±0. 12) cm 改为N= (10.6±0.2) cm
29
例：用米尺测长方形边长，测得以下数据： (单位： cm) a=1.99; 2.02; 2.01; 2.00; 1.97; 2.00 b=5.57; 5.59; 5.55; 5.49; 5.48; 5.54 求：长方形面积S.
②乘除法 结果的有效数字位数与诸数中有效数字位数最少者 相同。
③乘方，开方 结果的有效数字位数与自变量的有效数字位数相同。
④对数
(1)自然对数的有效数字位数与真数的有效数字位 数相同。
例： Ln5.374=1.682
20
(2)以10为底的对数，其尾数的有效数字 位数与真数的有效数字位数相同。 例： Lg15.0=1. 176
7
(2)多次测量 N趋于无穷时， 服从正态分布, 而进行有限次测量，一般服从t分布(学生分布)。
大学物理实验中n 的次数一般不大于10次 , 在5＜n≤10时，作△A＝Sx近似，置信概率p为0.95 或更大。所以作为简化计算， 可直接把Sx 的值当作 测量结果的总不确定度的A类分量△A。
若n不在此范围或要求更高，用公 式(6)
⑤常数,π,e 等有效数字位数可认为是无限的。但一 般取比运算各数中有效数字位数最多的还多一位。
直径 D (mm)
12
四、 间接测量结果及不确定度的计算 设间接测量的函数关系式为： N＝f (x ，y ，z……)，
其中x ，y ，z为相互独立的直接测量量， N为 间接测量量 。
设x, y, z，的不确定度分别为△x 、 △y 、 △z ， 它们必然影响间接测量结果，使N也有相应的 不确定度△N
改为N= (2.80±0.08) ×104cm
改为N= (10.7±0.2) cm
N= (10.651±0. 12) cm 改为N= (10.6±0.2) cm
29
例：用米尺测长方形边长，测得以下数据： (单位： cm) a=1.99; 2.02; 2.01; 2.00; 1.97; 2.00 b=5.57; 5.59; 5.55; 5.49; 5.48; 5.54 求：长方形面积S.
②乘除法 结果的有效数字位数与诸数中有效数字位数最少者 相同。
③乘方，开方 结果的有效数字位数与自变量的有效数字位数相同。
④对数
(1)自然对数的有效数字位数与真数的有效数字位 数相同。
例： Ln5.374=1.682
20
(2)以10为底的对数，其尾数的有效数字 位数与真数的有效数字位数相同。 例： Lg15.0=1. 176
7
(2)多次测量 N趋于无穷时， 服从正态分布, 而进行有限次测量，一般服从t分布(学生分布)。
大学物理实验中n 的次数一般不大于10次 , 在5＜n≤10时，作△A＝Sx近似，置信概率p为0.95 或更大。所以作为简化计算， 可直接把Sx 的值当作 测量结果的总不确定度的A类分量△A。
若n不在此范围或要求更高，用公 式(6)
⑤常数,π,e 等有效数字位数可认为是无限的。但一 般取比运算各数中有效数字位数最多的还多一位。
测量的不确定度及数据处理ppt课件
例如：用天平测量物体质量，当天平不等臂时，测出物 体质量总是偏大或偏小；当我们的手表走的很慢时，测出 每一天的时间总是小于24小时；仪器零点未校正；温度引 起阻值的变化。
第三页，编辑于星期五：十三点 二十六分。
l 系统误差的消除： 由于系统误差主要是由于仪器不完善，方法（或理论）
不完善、环境影响而产生，在实验过程中要不断积累经验， 认真分析系统误差产生的原因，采取适当的措施来消除。
系统误差不能通过多次测量取平均值的方式来减小或消 除，但它可归结为一个或几个因素的函数，并可用解析公式、
曲线或列表的方式表示，这些曲线或表格称为误差修正曲线或 误差修正表，。通过这种方法可研究出系统误差的变化规律， 最终达到修正或消除系统误差的目的。
第四页，编辑于星期五：十三点 二十六分。
2、 随机误差
量的真值是不可测得的。
第一页，编辑于星期五：十三点 二十六分。
4、 误差：测量值和真值之间总会存在或多或少的 偏差，这种偏差就称为测量值的误差。 设被测量的 真值为 X,测量值为x,则测量误差为 △=x－X , 我 所测得的一切数据都毫无例外地包含一定的误差， 因而误差存在于一切测量之中。
5、测量的任务是： （1）设法使测量值中的误差减到最小。 （2）求出在测量条件下被测量的最近真值。 （3）估计最近真值的可靠程度。
由于系统误差主要是由于仪器不完善，方法（或理论）不完善、环境影响而产生，在实验过程中要不断积累经验，认真分析系统误差产生的原 因，采取适当的措施来消除。
l 随机误差的消除： 当我们的手表走的很慢时，测出每一天的时间总是小于24小时；
设被测量的真值为 X,测量值为x,则测量误差为 △=x－X , 我们所测得的一切数据都毫无例外地包含一定的误差，因而误差存在于一切测量之中。
第三页，编辑于星期五：十三点 二十六分。
l 系统误差的消除： 由于系统误差主要是由于仪器不完善，方法（或理论）
不完善、环境影响而产生，在实验过程中要不断积累经验， 认真分析系统误差产生的原因，采取适当的措施来消除。
系统误差不能通过多次测量取平均值的方式来减小或消 除，但它可归结为一个或几个因素的函数，并可用解析公式、
曲线或列表的方式表示，这些曲线或表格称为误差修正曲线或 误差修正表，。通过这种方法可研究出系统误差的变化规律， 最终达到修正或消除系统误差的目的。
第四页，编辑于星期五：十三点 二十六分。
2、 随机误差
量的真值是不可测得的。
第一页，编辑于星期五：十三点 二十六分。
4、 误差：测量值和真值之间总会存在或多或少的 偏差，这种偏差就称为测量值的误差。 设被测量的 真值为 X,测量值为x,则测量误差为 △=x－X , 我 所测得的一切数据都毫无例外地包含一定的误差， 因而误差存在于一切测量之中。
5、测量的任务是： （1）设法使测量值中的误差减到最小。 （2）求出在测量条件下被测量的最近真值。 （3）估计最近真值的可靠程度。
由于系统误差主要是由于仪器不完善，方法（或理论）不完善、环境影响而产生，在实验过程中要不断积累经验，认真分析系统误差产生的原 因，采取适当的措施来消除。
l 随机误差的消除： 当我们的手表走的很慢时，测出每一天的时间总是小于24小时；
设被测量的真值为 X,测量值为x,则测量误差为 △=x－X , 我们所测得的一切数据都毫无例外地包含一定的误差，因而误差存在于一切测量之中。
计量基础知识-不确定度和数据处理
X U
X
U
置信区间
X U
2
第六章 测量不确定度的表示与评定
第一节 测量不确定评定的一般要求
一、测量不确定度评定步骤
1、确定被测量和测量方法 测量方法包括测量原理、测量仪器及其使用条件、测量 程序、数据处理程序等。 2、分析并列出对测量结果有明显影响的不确定的来源 3、建立满足测量不确定度评定所需的数学模型 建立数学模型也称为测量模型化，即建立被测量和所有 影响量之间的函数关系。数学模型中应包括所有对测量 不确定度有影响的输入量。 Y=f(X1,X2,…，Xn) Xi 为输入量，Y为输出量。
8
关于数学模型
(1) 数学模型是测量不确定度评定的依据，但是数学模 型或者说是测量模型可能与计算公式不一致。 (2) 数学模型不是唯一的。如果采用不同的测量方法和 测量程序，就可能有不同的测量模型。 (3) 数学模型可以很复杂，也可以很简单。 (4) 理论上数学模型可由测量原理导出，但实际却不一 定都能做到，有时甚至根本无法写出数学模型。 这时可以先把对Y有影响的Xi找到，xi对y的影响可以 表示为yxi，数学模型可以写为：
j 1 i 1
x j ) / m(n 1)
s ( x) s p ( i si ) / i
2 i 1
m
14
二、
标准不确定度的B类评定
用非统计方法进行评定 用估计的标准偏差表征 B类标准不确定度分量评定的步骤：
1.判断被测量可能值的区间（-a，a）; 2.确定区间半宽度a； 3.假设被测量在区间内的概率分布; 4. 估计置信因子k
4第Leabharlann 节测量不确定评定的一般要求
一、测量不确定度评定步骤
5、确定对应于各输入量的标准不确定度分量ui (y)
X
U
置信区间
X U
2
第六章 测量不确定度的表示与评定
第一节 测量不确定评定的一般要求
一、测量不确定度评定步骤
1、确定被测量和测量方法 测量方法包括测量原理、测量仪器及其使用条件、测量 程序、数据处理程序等。 2、分析并列出对测量结果有明显影响的不确定的来源 3、建立满足测量不确定度评定所需的数学模型 建立数学模型也称为测量模型化，即建立被测量和所有 影响量之间的函数关系。数学模型中应包括所有对测量 不确定度有影响的输入量。 Y=f(X1,X2,…，Xn) Xi 为输入量，Y为输出量。
8
关于数学模型
(1) 数学模型是测量不确定度评定的依据，但是数学模 型或者说是测量模型可能与计算公式不一致。 (2) 数学模型不是唯一的。如果采用不同的测量方法和 测量程序，就可能有不同的测量模型。 (3) 数学模型可以很复杂，也可以很简单。 (4) 理论上数学模型可由测量原理导出，但实际却不一 定都能做到，有时甚至根本无法写出数学模型。 这时可以先把对Y有影响的Xi找到，xi对y的影响可以 表示为yxi，数学模型可以写为：
j 1 i 1
x j ) / m(n 1)
s ( x) s p ( i si ) / i
2 i 1
m
14
二、
标准不确定度的B类评定
用非统计方法进行评定 用估计的标准偏差表征 B类标准不确定度分量评定的步骤：
1.判断被测量可能值的区间（-a，a）; 2.确定区间半宽度a； 3.假设被测量在区间内的概率分布; 4. 估计置信因子k
4第Leabharlann 节测量不确定评定的一般要求
一、测量不确定度评定步骤
5、确定对应于各输入量的标准不确定度分量ui (y)
测量不确定度及数据处理ppt课件
注意：绝对误差不是误差的绝对值 如测g 单摆 三线摆 气垫导轨
ms-2 9.782 9.795
9.811
误差存在于一切实验过程中，并因主观因素的影响， 客观条件的干扰及实验技术不同而不同。
15
讨论误差目的
对自己的实验结果进行评定，即置信度，置信度越 高，测量越准确。
分析测量中产生误差原因，找寻减小误差的方向， 采取措施尽可能减小误差。如合理设计实验、选择 仪器、采用一些测量方法（如比较法、复称法）、 修正公式、调节仪器等，都是为了减小测量误差。
《大学物理实验》
1
讲授内容
1.物理实验的课程设置及考核办法 2.与测量和误差相关的基础知识 3.有效数字的概念及运算法则 4.测量结果的评定 5.常用的数据处理方法
2
绪论
一.为什么开设《大学物理实验》课 物理学本身是一门实验科学
密立根：科学是在用理论和实验两只脚前进 的 如电磁相互作用的发现，电磁波理论的确立 物理实验中应用到的实验知识、方法和技能是 其他科学实验的基础。
计算平均值、不确定度，写出最后的测量结果，作图。 注意：数据计算要求写出中间过程，作图必须用坐标纸 ⑧结果分析 一定要有实验的结论和对实验结果的讨论、分析、建议 或完成思考题。
10
五.成绩考核办法
学期成绩为本期全部实验报告成绩的平均； 实验报告成绩按预习、操作、报告20：30：50综合计算； 实验必须准时。迟到1分钟扣1分，15分钟以上则取消本次实验资格，
研究性实验
5
四.三个教学环节及基本要求
三个教学环节: 1.课前预习—实验能否取得主动的关
键。 2.课堂实验。 3.课后报告—实验的总结。
6
课前预习
ms-2 9.782 9.795
9.811
误差存在于一切实验过程中，并因主观因素的影响， 客观条件的干扰及实验技术不同而不同。
15
讨论误差目的
对自己的实验结果进行评定，即置信度，置信度越 高，测量越准确。
分析测量中产生误差原因，找寻减小误差的方向， 采取措施尽可能减小误差。如合理设计实验、选择 仪器、采用一些测量方法（如比较法、复称法）、 修正公式、调节仪器等，都是为了减小测量误差。
《大学物理实验》
1
讲授内容
1.物理实验的课程设置及考核办法 2.与测量和误差相关的基础知识 3.有效数字的概念及运算法则 4.测量结果的评定 5.常用的数据处理方法
2
绪论
一.为什么开设《大学物理实验》课 物理学本身是一门实验科学
密立根：科学是在用理论和实验两只脚前进 的 如电磁相互作用的发现，电磁波理论的确立 物理实验中应用到的实验知识、方法和技能是 其他科学实验的基础。
计算平均值、不确定度，写出最后的测量结果，作图。 注意：数据计算要求写出中间过程，作图必须用坐标纸 ⑧结果分析 一定要有实验的结论和对实验结果的讨论、分析、建议 或完成思考题。
10
五.成绩考核办法
学期成绩为本期全部实验报告成绩的平均； 实验报告成绩按预习、操作、报告20：30：50综合计算； 实验必须准时。迟到1分钟扣1分，15分钟以上则取消本次实验资格，
研究性实验
5
四.三个教学环节及基本要求
三个教学环节: 1.课前预习—实验能否取得主动的关
键。 2.课堂实验。 3.课后报告—实验的总结。
6
课前预习
实验测量不确定度与数据处理D类课件
类
23
普 物 但实验测量中，次数有限所以测量值不满足正态 实 分布，而是遵循t分布。 验 绪 论
tvp x x x tvp x
因此为达到同样的置信水平，应把测量偏差范
围扩大，乘上一个t因子，即：
t 实验测量不确定度与数据处理_D
vp
x类
24
普
物 实
三种概率下的不同自由度v的tvp值(v=n-1)
测量：包括测量工具、测量方法。
例如：物理量—质量(m)—天平
实验测量不确定度与数据处理_D 类
在物理学发展史上，对物理现象、状态或过程的各种量的 准确测量，是实验物理的关键工作。
测量也是发现新规律、证明新理论、研究新材料、发明 新装置的实践基础。
测量是用实验方法获得量的量值的过程。量值一般是由 一个数乘以计量单位所表示的特定量的大小。
0.95 2.31 2.26 2.15 2.09 1.96
0.99 3.36 3实.验2测5量不确2定.度9与8数据处2理._8D6 2.58
类
25
普
物 所以直接测量量不确定度A类评定为：
实 验 绪 论
uA
tvp
x
tvp
x
n
对于不同的置信概率P，具不有同的A类不确定度
（2）B类评定（uB）
1）不确定度是正态分布或近似高斯分布
uB
仪 3
当在[-uB，uB]内的置信概率为68.3%
uB 仪 当在[-uB，uB]内的置信概率为99.7%
实验测量不确定度与数据处理_D
类
26
普 物
2）测量值在[a-，a+]的概率为1，在此范围外为
实 0，且测量值在[a-，a+]范围内均匀分布
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间接测量量不确定度的 算术合成
1.对函数求全微分（对加减法）， 或先取对数再求全微分（对乘除法）； 2.合并同一分量的系数，合并时，有的项可以相
互抵消，从而可以得到最简单的形式； 3.系数取绝对值； 4.将微分号变为不确定度符号。
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不确定度分析的意义
1.不确定度表征测量结果的可靠程度，反 映测量的精确度。 2.根据对测量不确定度的要求设计实验方 案，选择仪器、测量方法等；在实验过程 和实验后，通过对不确定度大小及其成因 的分析，找到影响实验精确度的原因并加 以校正。
•长度为130mm 与130.0mm代表不同的测量精度。
•2)对于不能连续读数的仪器，读到仪器最小分度值。 如，游标类仪器，数字式仪表等。
1、直接测量量A类不确定度的估计
平均值
测量列的标准差 (贝塞尔公式)
测量列平均值的标准差 ，A类标准不确定度
N
1 n
n i 1
Ni
N
n
(Ni N )2
i 1
n 1
uA
N
n
n
(Ni N)2
i1
n(n 1)
待测物理量(平均值 或真值）处在
NuA,NuA 置信区间的置信概率为68.3%
置信区间的置信概 N2uA,N2uA 率为95.4%
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不确定度均分原理
在间接测量中，按均分原理，将测量结果的 总不确定度均匀分配到各个分量中，由此分析各 物理量的测量方法和使用的仪器，指导实验。
一般而言，这样做比较经济合理，对测量结果影 响较大的物理量，应采用精确度较高的仪器，而 对测量结果影响不大的物理量，就不必追求高精 度仪器。
y
f
(
x
、
1
x2
x n )
dy
f x1
d x1
f x2
dx2
f xn
dxn
dy y
lu f x1
d x1
lu f x2
dx2
luf xn
dxn
y
f x1
x1
f x2
x2
f xn
xn
y y
luf x1
x1
lu f x2
x2
......
lu f xn
xn
问题：为了满足测量精度需求，需测多少个周期的时间？使得
2 T T
0.5%
（注意：测量时间的误差主要由人为计时滞后引起的，约0.2s）
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单摆
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秒表
18
检验实验结果是否达到设计要求 用不确定度传递公式计算
T 2 l g
g
4 2l
2
T
Ug g
Ul l
2
2 T
U
T
N3uA,N3uA 置信区间的置信概率为99.7%
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5
2、直接测量量B类 标准不确定度：
uB 仪 / C
U0.68 (tpuA)2(B/c)2
，（估
1 3
仪）
Bபைடு நூலகம் 估2+仪2
uB
B c
，（估
1 3
仪）
U 0.95(t0.95uA)2(kpB/c)2
，（估
1 3
仪）
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6
二 、间接测量量的不确定度 ——间接测量量的不确定度传递与合成
第二讲 测量的不确定度与数据处理 （续）
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1
测量的不确定度与数据处理
• （一）测量 • （二）测量误差 • （三）测量的不确定度 • （四）数据处理
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2
测量的不确定度
• 不确定度： • 由于测量误差的存在，测量结果必然存在不
确定成份，如何用科学、合理的方法对实验结 果评价。 -----对测量结果不确定程度的评定。 1） 对测量结果可信赖程度的评定。 2） 对被测量量的真值或平均值在以一定概率 所处量值范围的评定。(置信区间，置信概率）
• 测量结果的有效数字：测量结果中可靠的几位 数加有误差的一位数
• 测量结果的有效数字反映了测量精确程度,例如， 146.56mm、 146.6mm
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有效数字的处理原则
（1）直接测量量：测量结果的有效数字与测量仪器 的最小分度值密切相关，读数规则：
1)对于能连续读数仪器，必须估读到最小分度值的 下一位：例如，用米尺测长度：130.5mm，130.0mm
3.测量结果与深圳地区重力加速度比较。
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• 假设摆长：约70.00cm • 摆球直径：约2.00cm • 摆动周期：1.700s
• 米尺精度△米≈0.05cm, • 卡尺精度△卡≈0.002cm, • 千分尺精度△千≈0.001cm;
• 秒表精度△秒≈0.01s;根据统计分析,实验人员开 或停秒表反应时间为0.1s左右,所以实验人员开, 停秒表总的反应时间近似为△人≈0.2s.
dy
f x1
dx1
f x2
dx2
…+
f xn
dxn
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7
直接 、
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8
不确定度的算术合成
仅用于设计，不用于数据处理！
• 在很多情况下，只需粗略估计不确定度的大小， 可采用较为保守的算术合成法。
• 此时合成的不确定度常称作为:
•
“最大不确定度”
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间接测量量不确定度的 算术合成
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3
• 测量不确定度:由于测量方法和误差来源不同， 不确定度也有不同种类和不同的评定方法：
• 直接测量方法：直接测量量的不确定度 A类不确定度：用统计方法处理随机误差 B类不确定度：用非统计方法处理系统误差
• 间接测量方法：间接测量量的不确定度
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4
一 、直接测量量的不确定度
2
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四.有效数字与数据处理
• 1.有效数字及运算规则 • 2.测量结果的有效数字 • 3.常用数据处理方法 • 1）实验数据的列表法、图示法与图解法 • 2）用逐差法处理数据 • 3）用最小二乘法处理数据
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1.有效数字及运算规则
有效数字
• 有效数字由几位可靠数字与最后一位可疑数字 组成。例如,146.6mm
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例:单摆测重力加速度的设计性实验
（ 大学物理实验教材，p126)
• 实验原理
T 2 l g
g 1% g
• 实验内容
1. 用不确定度均分原理，根据测量精度要求，自行设计 实验方案，测量重力加速度。
2.对重力加速度g的测量结果进行误差分析和数据处理，
检验实验结果是否达到设计要求。
• 要求细丝直径、摆球直径，周期各测6次`
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实验原理
线的质量<<小球的质量 球的直径<<线的长度
忽略：空气阻力、浮力 线的伸长 近似：小摆角作简谐振动
无质量细线系 一质点
O
l l1 d / 2
l1
周期
T 2 l g
摆长
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d
A
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不确定度均分原理设计单摆装置 和测量条件