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1、实验名称虚拟仿真实验1:长度测量误差配套姓名 学号同组同学（学号）班级20级生物技术实验时间和地点教室 2021626物质有很多属性，有时我们会通过实验的方法获得我们想要了解和应用的属性。人们 在接受一项测量任务时，要根据测量的不确定度来设计实验方案，选择仪器和确定实验环 境。在实验后，通过对不确定度的大小和成因进行分析，找到影响实验精确度的原因并加 以改正。历史上不乏科学家精益求精，通过对不确定度分析不断改进实验而做出重大发现 的例子。例如：1887 年迈克尔和莫雷在美国克利夫兰做的用迈克尔逊干涉仪测量两垂直光 的光速差值这一著名物理实验。为了测到这个差值，他们不断改进仪器，虽然依然没有预
2、期结果，但结果却证明光速在不同惯性系和不同方向上都是相同的，由此否认了以太（绝 对静止参考系）的存在，从而动摇了经典物理学基础，成为了近代物理学的一个发端，在 物理学发展史上占有十分重要的地位。对于直接测量量，我们通过对仪器不断改进就可以获得更接近真值的测量值，但是对 于间接测量量，我们需要测量不止一个物理量。那么，每个独立的直接测量量的不确定度 对最终结果的不确定度有什么影响呢？我们根据什么原理去设计实验方案并选择工具呢？ 例如，测量一个物体的体积，需要测量多个长度的物理量，那么，我们根据不同测量对 象，选择不同的测量仪器的依据是什么呢？是不是每个测量量都用精密仪器就可以获得更 小的体积不确
3、定度呢？答案就在本实验中。本实验的目的一、实验目的1. 通过对几何线度的测量求规则物体的体积。2. 从相对误差的角度考虑，在测量不同大小的长度时需要使用不同规格（量程及分度 值）的长度测量仪器。因此，要求在实验中学会正确选用各种长度测量仪器。3. 学习采用多次测量再求平均值的方法。二、实验平台楚雄师范学院大学物理实验教学中心楚雄师范学院虚拟仿真实验平台拓展实验抛体运动实验模块三. 实验原理一块有孔的长方形金属薄板，设长为L、宽为B、厚度为H,板上有n个直径相等的孔如图1,图1有孔的长方形金属薄板设每个孔的直径为D，则它的体积为MX n-XD(C11)基于体积是间接测量量，而各直接测量量的不确定
4、度都应对体积的不确定度有贡献的 考虑，在此提出不确定度均分定理。根据（C1-1）可求出不确定度传递公式，依据不确定 度均分原理，将测量结果的总不确定度均匀分配到各个分量中，由此分析各个物理量的测 量方法和所应使用的仪器，并指导实验。一般情况下，对测量结果影响较大的物理量应采 用精度较高的仪器，相反，对测量结果影响不大的物理量就不必追求高精度仪器，这样做 比较经济。下面推导体积的相对不确定度公式：AV = BHAL + LHNB + LBAH -H2V 沁 LBHAV JAL、_AB_AH、_/ 兀DAD、 =( )2 + ( )2 + ( )2 + ()2V ( L ) ( B ) ( H )
5、 ( 2LB )四. 实验内容在开始测量之前，将薄板的长、宽、厚度及孔直径的估计值和仪器的B类不确定度填 入表1。根据不确定度均分原理，即各直接测量量相对不确定度数量级接近的原则来确定 长、宽、高和直径的测量工具。由于加工条件的限制，实际上薄板不可能是一个严格的长方体，所以在测定薄板的长 度、宽度和厚度时，应选择不同部位进行多次测量，以求平均值。将一百张纸的长、宽、厚度及孔直径的估计值和仪器的B类不确定度填入表3。根据 不确定度均分原理，即各直接测量量相对不确定度数量级接近的原则来确定长、宽、高和 直径的测量工具。由于测量一张纸的体积时，所提供的仪器精确度不够，采用多数测量以减小误差。这 个测
6、量一百张纸的体积从而测量一张纸的体积。五实验窗口介绍和操作步骤1.实验主窗口介绍Tiin鼻號恤吐B:功能显示桩图 2 误差配套实验主场景图如图 2 实验窗口主界面图所示，界面的右上角的功能显示框：当在普通做实验状态 下，显示实验已经进行的用时、记录数据按钮、结束操作按钮；在考试状态下，显示考试 所剩时间的倒计时、记录数据按钮、结束操作按钮、显示考卷按钮（考试状态下显示）。右上角工具箱：可以打开计算器。右上角帮助和关闭按钮：帮助按钮可以打开帮助文件，关闭按钮功能就是关闭实验。 实验仪器栏：鼠标选中仪器中的仪器，可以查看仪器名称，在提示信息栏可以查看相 应的仪器描述。提示信息栏：显示实验过程中的仪
7、器信息，实验内容信息，仪器功能按钮信息等相关 信息，按Fl键可以获得更多帮助信息。实验内容栏：显示实验名称和实验内容信息（多个实验内容依次列出），当前实验内容 显示为橘黄色，其他实验内容为蓝色；可以通过单击实验内容进行实验内容之间的切换。 切换至新的实验内容后，实验桌上的仪器会重新按照当前实验内容进行初始化。 2.实验操作步骤（1）计算出钢直尺、游标卡尺和螺旋测微器测量带孔薄板不同物理量的B类不确定 度，记录到表格 l 中；(2) 根据B类不确定度，不同的物理量选择合适的仪器经行测量(分别用钢直尺测 长、游标卡尺测宽、螺旋测微器测厚度和钢直尺测孔直径)；(3) 双击场景中带孔薄板，打开带孔薄板
8、大视图测量量操作界面如图3(a)；(4) 点击“长度测量”按钮，选择钢直尺测量如图3(b)；(5) 点击“宽度测量”按钮，选择游标卡尺测量如图3(c)；(6) 点击“厚度测量”按钮，选择螺旋测微器测量如图3(d)；(7) 点击“孔径测量”按钮，选择钢直尺测量如图3(e)；(8) 计算出钢直尺、游标卡尺和螺旋测微器测量100张纸不同物理量的B类不确定 度，记录到表格3 中；(9) 根据 B 类不确定度，不同的物理量选择合适的仪器进行测量(分别用钢直尺测长 和宽、螺旋测微器测厚度)；(10) 双击场景中的纸张，打开纸张大视图，如图3(f)；(11) 点击“长度测量”按钮，选择钢直尺测量，如图3(g
9、)；(12) 点击“宽度测量”按钮，选择钢直尺测量，如图3(h)；(13) 点击“厚度测量”按钮，选择螺旋测微器测量，如图3(i)；(14) 记录测量数据，完成所有数据处理；04 *7 I-AB?:ni图3测量操作界面ytM sbess吊去IW1 V：lgF亠h *：:-jWUr2Mhi*A IF. 咬 rtffi: t. *rU4h 4i*j piRc_4A3 r i in-l- JU UAnsuhmiMWJ I -Mum ；-diHC “ ?M1 F a,MAu1HhrT?*iPWMSHHBppillnvBs Q.U Iu-lTI Fh. 1*0 HrW: *t比：u 1AM- dCM3l
10、lnul. n.?l. C44A.U: irL.:.1皿JT43 丫r】fj, :/戸斗.弔ii i的btW广匹U TOMMlMSnfctm-图4数据表格视图六.数据记录及处理1.测量带孔薄板的体积（带孔薄板的参数：L=14.00cm、B=3.80cm、H=0.20cm、D=0.7cm）根据参数计算B类不确定度(A /L)2 仪.(A /B)2(A /H)2nnDA /(2LB)2仪钢直尺八=0.2mm 仪0.000002040.0000280.010.00000427游标卡尺A 彳仪=0.02 mm0.00000002040.000000280.00010.0000000427千分尺A 仪=
11、0.004mm0.0000000008160.0000000110.0000040.00000000171（1） 选择测量带孔薄板长度的仪器（A：钢直尺B：游标卡尺C：千分尺）：A（2） 选择测量带孔薄板宽度的仪器（A:钢直尺B:游标卡尺C:千分尺）：B（3）选择测量带孔薄板厚度的仪器（A:钢直尺B:游标卡尺C:千分尺）:C（4） 选择测量带孔薄板孔径的仪器（A:钢直尺B:游标卡尺C:千分尺A_计算公式：u = A / XB 仪S =：z (xi -x)2x 丫 n(n -1)（5）将测量的长，宽，厚，孔径记录在表格中：测量次数123456x/mm标差SxbAbL (mm)139.8139.8
12、140.0139.9140.0139.9139.90.0820.0820.090B(mm)38.0238.0038.0438.0238.0638.0438.030.0190.2210.021H(mm)2.022.002.042.022.062.022.030.0190.0190.021D(mm)7.88.07.98.18.07.980.1081.3040.118带孔薄板的体积V（mm3）10632.4体积的相对不确定度 V/V0.011体积的不确定度 V（mm3）63.21带孔薄板体积的表达式V土 AV:67b = 2 + U 2 = Z S 2 + 工 U 2xijn兀DoAV = BHo
13、+ LHo + LBo HLBH2V 沁 LBHAVJo、/O、/O、/n兀Do、V( L )( B)( H)( 2 LB)2测量一张纸的体积(一百张纸的参数：L=24.00cm、B=17.0cm、H=0.75cm)(1)根据参数计算下列B类不确定度(A ,/L)2 仪，(A /B)2 仪/(A仪/H )2細占口 八=0.2mm钢直尺仪0.000000690.00000140.00071游标卡尺A仪=-02 mm0.00000000690.00000140.00071千分尺A仪=0.004mm0.00000000030.0000000060.00000028(6) 选择测量100张纸长度的仪器
14、(A:钢直尺B:游标卡尺C:千分尺)：A(7) 选择测量100张纸宽度的仪器(A:钢直尺B:游标卡尺C:千分尺)_A(8) 选择测量100张纸厚度的仪器(A:钢直尺B:游标卡尺C:千分尺):C(9) 测得的100张纸的长、宽和厚度记录到实验数据表格中：测量次数123456X/mm标准差SOAOL(mm)240.5239.0239.5240.5239.5240.0239.80.610.610.668B(mm)170.5169.6169.5170.3169.7169.7169.90.380.380.416H(mm)76678870.820.820.8981张纸的体积(mm3)306000.00体积的相对不确定度
