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1、大学物理实验绪论测量不确定度概论和测量不确定度概论和 数据处理理论数据处理理论 提要：实验理论是一门课。要强化物理实验绪论中对基本概念的规范性理解，掌握实验中的系统误差的定性分布、测量不确定度的定量评定与分析。在撰写实验报告时尤其需要掌握数据处理的方法，有效位数处理的修约约定。 大学物理实验绪论一、教学目的1. 理解实验教学中的计量技术规范及其数学模型 。 2. 熟悉物理实验教学中对测量仪器的系统误差分 析。 3. 掌握测量结果的不确定度评定与分析。 4. 掌握有效数字的修约约定。5. 了解一些基本仪器的测量知识。 大学物理实验绪论二、教学任务1. 教学任务及目标：正确理解实验的基础理论知识，
2、规范各名词的定 义与条件以及相互之间的数学模型。明确教学实验的知识体系，培养对实验现象的良 好分析能力并提升学生的科学实验素养。 2. 课堂教学的难点：1).不确定度与误差的关联；2).有效数字的位数 修约。 3. 课堂教学任务流：对测量结果表达的详细展开、正确理解与分析。 大学物理实验绪论4. 课堂实验守则与要求：了解实验室的三个守则；然后，明白测量数据 的记录和实验过程中的“五个不”：不用铅笔记 录，对数据不涂、不擦、不改，对不可靠的数用 “划杠”处理（为什么？）。特别要求：直接测量的读数一定要与对应仪器 的测量精度相吻合！即估计位的读数不能漏掉！大学物理实验绪论三、教学内容1） 测量不确
3、定度理论的教学1. 误差= 测量值x - 真值x0；为误差的方向。 2. 实验约定真值（代真值）x0 数学期望= 测量 列平均值。，重复性条件下的多次等精度（等精密度）测 量，测量次数n =1,2,3, 3. 测量偏差（残差）；相对偏差大学物理实验绪论演化式 = 随机产生的偏差 + 系统产生的误差提示：以后常把看成是系统产生的误差类。偏差的平均值（应取绝对值！）4. 标准偏差s (是标准误差的有偏估计)4.1 由随机偏差效应引起的标准偏差模型 4.2 随机偏差的正态分布，其分布函数为f ()，即高斯函数；如图1所示。对标准误差有 ；对标准偏差有 。大学物理实验绪论4.5 不同值值的正态态曲线图
4、线图 （高斯函数）4.3正态分布的概率计算： ，为正态分布曲线的拐点；即在拐点区内的正确测量已占曲线内总测量的68%。同理， =95%；而对 的偏差属粗差，计算中应略去，但不可抹掉。4.4 测量列平均值的标准偏差大学物理实验绪论大学物理实验绪论5. （标准）不确定度u属于随机效应引起的A类不确定度uA，属于系统效应引起的B类不确定度uB，式中，kB可见表1；ins（或仪器 ）可见表2.表2. ins与仪器类型之关系分布类型平均三角正态梯形（0.71）B类包含因子32仪器类 型机械式电子仪表类数字表（或虚拟 表） ins分度/2；或 计量规定xmax c% （准确度等级c分七等 ，分别是0.1,
5、0.2, 0.5;1.0,1.5; 2.5,5.0）最小数显单元表1. B类分布状态与B类包含因子kB，P=1之关系大学物理实验绪论合成不确定度uc，6. 实验结果表达 直接测量 ；间接测量 ，百分误差 ；或相对不确定 。式中，y=f(x)为间接测量中的应变量函数；包含因子kP与概率 和测量次数n有关，kP取t分布的临界值。应变量平均值是各（独立）自变量平均值的函数（ ）；其合成不确定度也 同理（ ）。提示：1. 2. 大学物理实验绪论大学物理实验绪论2 ） 有效数字及其修约 1. 有效数字可靠数与存疑数的组合。存疑数在直接测量中仅只一位。举 例2. 有效位数的科学表达不管大数还是小数，小数点
6、都点在最左位非0数，然后10的 幂次化。举例3. 有效数字的运算及运算法则“+、-”运算，运算结果的位数应与运算数列中存疑位最高的 数一致。举例“、”运算，运算结果的位数应与运算数列中有效位数最少 的数一致。举例4. 有效数字的修约规则 4.1 国家计量计量技术规范JJG1027-91规定（按国家标准文 件：GB8170-87）：4舍6入，逢5看尾数，尾数是0或无数，则 配偶；若尾数不为0，则进1。 4.2 修约法则：4舍6入，逢5配偶。 4.3 民间约定：4舍5入 举例 5. 不确定度之类位数的修约约定选择3判据（因为3的平方高近一个数量级，1/3的平方又 接近低一个数量级），若最左位非0数
7、3,则可保留2位， 第三位4舍5入（选择民间约定是因为此类数据本身就是个 估算值）；若是3，则保留1位，第二位4舍5入。举例大学物理实验绪论6. 测量结果表达的位数修约先按修约约定确定不确定度的位数，然后，将测量列 平均值的尾数与不确定度的尾数对齐；而测量列平均值的 位数修约则按修约规则处理。举例 7. 实验数据的常用处理方法 7.1 表差法 7.2 逐差法（所逐相邻之差须不低于2项） 7.3 作图法（a.必须将测量值的坐标位置用或或标出 。b. 内插值法；内推法0，外推法） 7.4 最小二乘法(LSM法) 7.5 计算机软件处理（如excel, origin）；举例大学物理实验绪论8. 实验
8、报告中的数据处理步骤：1. 依据测量数据列表计算出平均值2. 依据平均值计算出测量列的偏差（或残差）3. 依据偏差计算出测量列的平均值标准偏差4. 依据不确定度传递算出测量结果的合成不确定度5. 写出实验结果的表达（应有包含因子，如有作图要求的还应图解）（单位）大学物理实验绪论9. 实验报告分值评估的大致分布（采用满分10分制）1. 对预习报告中不完善处或尚需要改正的（如原理文字简述、原理公式导出、原理图），约定0.5分。2. 数据记录与处理（于表格中），4.0分；分值主要分布在运算处理中有效位数的正确性、物理量的单位和正确作图。3. 结果表达，1.5分；其中1.0分分布于表达的有效位数正确性和单位，0.5分为相对不确定度或百分误差的正确性。大学物理实验绪论4. 结果分析，2.0分；主要针对形成系统误差的原因及其消减方法的分析。 5. 实验讨论，1.0分；主要讨论对实验目的的完成程度及对本实验的体会与感想。 6. 思考题（对无思考题的应写明无思考题，这表明你是注意到的），1.0分。大学物理实验绪论THE END
