不确定度
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课后完成实验报告
实验报告包括课前预习内容(实验名称、实验目的、 实验原理、实验仪器和主要操作步骤)和课后报告 (实验数据记录,数据处理和结果分析)两部分。 实验报告及数据记录单写明班号、所在学院及专业、 学号、姓名及上课时间(几周星期几上午/下午), 且必须在实验课的下一周星期一之前按实验名称交到 第二基础实验楼A座三楼走廊相应的报告箱内。
• 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。
2)标准不确定度最多取两位有效数字
3)近真值和不确定度二者的末位必须对齐
4)近真值和不确定度的单位、数量级必须统一
判断下列测量结果的表示是否正确
• 用米尺测量讲桌的长为:L=1.535±0.005 → L=(1.535±0.005)m 单位
• L=(1.5350±0.0150)cm
→ L=(1.535±0.015)cm
• 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。
• 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。
③ 由函数关系推导不确定度的传递公式并计算。
f f f u c N u c x u c y u c z x y z
2 2 2
N = f (x, y, z) = f1(x) · 2(y) · 3(z)时,也可采用 f f
具有单峰性 、对称性、 有界性和补偿性
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。
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)学习物理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
ln f ln f ln f E N u c x u c y u c z x y z
2 2 2
u c N N E N
④ 表达测量结果
N N u c N 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
随机误差
• 随机误差由不可预测的随机因素造成(如 周围环境的干扰等),其误差值的大小和 正负无确定性。当测量次数很多时,随机 误差服从一定的统计规律。
①计算平均值(中间过程多保留一位)
1 D n
1 Di 4.552 4.574 4.5676 mm 5 i 1
n
②计算合成不确定度 A类不确定度: A u
D D S D nn 1
i
2
5 4 B类不确定度:uB=Δ仪=0.005mm
《大学物理实验》理论部分
测量不确定度及数据处理
主讲教师:邹旭敏
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. 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《大学物理实验》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
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)物理学是自然科学的基础;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。
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。
2 2
2 2
2
6.715 0.5645 0.0008 ... 0.0049 cm3 2
2
方法二:先求相对不确定度,再求不确定度。
ln V ln 2 ln D ln h ln 4
ln V 2 ln V 1 , D D h h
例3:测得圆柱体的高h=(6.715±0.005)cm,直径
D=(5.645±0.008)mm,求圆柱体体积V。 解:1)计算 V 的平均值
2 1 1 V D h 3.1416 0.5645 2 6.715 4 4 3 1.6806 cm
2)计算 V 的不确定度 方法一:直接计算
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。
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。
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
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
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。
物理实验选课结果查询方法
周一~周五 8:30-16:30 拨打85990273资询有关老师
4. 物理实验课的教学环节及要求
EL1=0.05/85.07=0.059%,EL2=0.005/3.246=0.15%
因 EL1<EL2,故L1的测量质量较好。
百分偏差
B
x x公 x公
(取两位有效数字) 100%
• 表示测量值偏离公认值的程度。B越小,测量 的准确度越高。
3. 各种测量结果的评定
• 单次测量的结果可以表示为:
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 )。
待测量=(测量值±仪器误差)单位
例1:用20分度的游标卡尺单次测量某物体的长 L,测量值为3.750cm。
此单次测量的结果应写为: L=(3.750±0.005)cm
多次直接测量
• 多次直接测量的结果可以表示为: 待测量 =(平均值±标准不确定度)单位
例2:用最小分度为0.01mm千分尺多次测量某圆柱 体的直径 D,得到数据4.552mm、4.570mm、 4.564mm、4.578mm、4.574mm,写出测量结果。
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:
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
已知h=6.715±0.005cm,D=5.645±0.008mm,求V。
ln V ln V E V uc D uc h D h
4.552 4.5676 2 0.0045 mm
合成不确定度:
2 2 u c D u A u B 0.0045 2 0.005 2 0.0067 mm
③表达测量结果:D =(4.5676±0.0067)mm 或 D =(4.568±0.007)mm
用计算器计算uA
• • • • ON 2ndF ON 数值xi DATA 0 STAT 0 {xi } i
x
• S
1 n x xi n i 1
S
x x
n i 1 i
2
• 2ndF σ
n 1
x x
n i 1 i
2
S uA n n 1
n
B类不确定度
改成 L =(1.54±0.02)cm 对吗? =(1.535±0.02)cm
• L=1.54cm±0.02mm → L=(1.540±0.002) cm
相对不确定度
E
u c x x
100%(取两位有效数字)
• 常用于比较不同测量结果的好坏,测E越小,量 结果质量越好。例: 比较L1=(85.07±0.05)cm与L2=(3.246±0.005)mm 测量结果的优劣。
V h d hD 2 D , D 4 dD 2
V D d D h h 4 dh 4
2
2
已知h=6.715±0.005cm,D=5.645±0.008mm,求V。
V V hD D uc V uc D uc h uc D uc h D h 2 4
• 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:
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。
间接测量
• 已测得数据{xi}、{yi}、{zi},利用函数关 系N=f(x, y, z)求N 。
① 计算并写出各直接测定量的测量结果。
x x u c x 单位,y y u c y
N f x, y , z
单位…
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
② 将各直接测定量的算术平均值代入函数关系计算 N的平均值。