高二物理竞赛测量误差与数据处理课件.pptx

《高二物理竞赛测量误差与数据处理课件.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高二物理竞赛测量误差与数据处理课件.pptx（28页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、1 物理实验是研究物质运动一般规律及物质基物理实验是研究物质运动一般规律及物质基本结构的科学，它必须以客观事实为基础，必须本结构的科学，它必须以客观事实为基础，必须依靠观察和实验。物理学是一门实验科学，无论依靠观察和实验。物理学是一门实验科学，无论物理概念的建立还是物理规律的发现都必须以严物理概念的建立还是物理规律的发现都必须以严格的科学实验为基础，并通过今后的科学实验来格的科学实验为基础，并通过今后的科学实验来证实。证实。 物理实验在物理学的发展过程中起着重要的物理实验在物理学的发展过程中起着重要的和直接的作用：和直接的作用：2经典物理学（力学、电磁学、光学）规律经典物理学（力学、电磁学、光

2、学）规律是由以往的无数实验事实为依据来总结出是由以往的无数实验事实为依据来总结出来的。来的。X X射线、放射性和电子的发现等为原子物理射线、放射性和电子的发现等为原子物理学、核物理学等的发展奠定了基础学、核物理学等的发展奠定了基础。卢瑟福从大角度卢瑟福从大角度粒子散射实验结果提出粒子散射实验结果提出了原子核基本模型。了原子核基本模型。3 理论物理与实验物理相辅相成。规律、公式是否正理论物理与实验物理相辅相成。规律、公式是否正确必须经受实践检验。只有经受住实验的检验，由实验确必须经受实践检验。只有经受住实验的检验，由实验所证实，才会得到公认。所证实，才会得到公认。l19051905年爱因斯坦的光

3、量子假说总结了光的微粒说和波动说之间的争论，年爱因斯坦的光量子假说总结了光的微粒说和波动说之间的争论，能很好地解释勒纳德等人的光电效应实验结果，但是直到能很好地解释勒纳德等人的光电效应实验结果，但是直到19161916年当密立年当密立根以极其严密的实验证实了爱因斯坦的光电方程之后，光的粒子性才为根以极其严密的实验证实了爱因斯坦的光电方程之后，光的粒子性才为人们所接受。人们所接受。假说假说库仑定律库仑定律安培定律安培定律高斯定律高斯定律法拉第定律法拉第定律麦克斯韦在麦克斯韦在18651865年提出年提出电磁场理论电磁场理论麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组统一了电、磁、光现象统一了电、磁、光现象, ,

4、预言了电磁波的存在并预预言了电磁波的存在并预见到光也是一种电磁波见到光也是一种电磁波18791879年赫兹实验发现了年赫兹实验发现了电磁波的存在并证实电电磁波的存在并证实电磁波的传播速度是光速磁波的传播速度是光速电磁场理论电磁场理论才得到公认才得到公认二十多年后二十多年后4 我们的物理实验课程不同于一般的探索性的科学实验我们的物理实验课程不同于一般的探索性的科学实验研究，每个实验题目都经过精心设计、安排，实验结果也研究，每个实验题目都经过精心设计、安排，实验结果也比较有定论，它是对学生进行基础训练的一门重要课程。比较有定论，它是对学生进行基础训练的一门重要课程。 它不仅可以加深大家对理论的理解

5、，更重要的是可使它不仅可以加深大家对理论的理解，更重要的是可使同学获得基本的实验知识，在实验方法和实验技能诸方面同学获得基本的实验知识，在实验方法和实验技能诸方面得到较为系统、严格的训练，是大家从事科学实验的起步，得到较为系统、严格的训练，是大家从事科学实验的起步，同时在培养科学工作者的良好素质及科学世界观方面，物同时在培养科学工作者的良好素质及科学世界观方面，物理实验课程也起着潜移默化的作用。理实验课程也起着潜移默化的作用。 希望同学们能重视这门课程的学习，经过一年的时间，希望同学们能重视这门课程的学习，经过一年的时间，真正能学有所得。真正能学有所得。561.1 测量与误差测量与误差 测量测

6、量，就是将待测物理量直接或间，就是将待测物理量直接或间接地与规定为接地与规定为标准单位标准单位的的同类同类物理量进物理量进行比较，得到比值的过程行比较，得到比值的过程 。1.1.1 测量测量 这个比值或倍数就是待测物理量的这个比值或倍数就是待测物理量的测量值，加上相应的单位就构成一个完测量值，加上相应的单位就构成一个完整的整的“物理量物理量”。 即，测量结果应包括即，测量结果应包括数值数值和和单位单位。7m.781H781.H数值数值单位单位 如：用米尺测量身高如：用米尺测量身高8 .123R 如：如：用电表测量电流用电表测量电流mA0 .10I用电桥测量电阻用电桥测量电阻借助于一定的仪器或量

7、具；借助于一定的仪器或量具；依据一定的原理或方法；依据一定的原理或方法；采用某一标准单位。采用某一标准单位。8直接测量直接测量 指无需对被测的量与其它实测的量指无需对被测的量与其它实测的量进行函数关系的辅助计算而可直接得到进行函数关系的辅助计算而可直接得到被测量值的测量。被测量值的测量。m.781Hkgm0 .68直接测量直接测量间接测量间接测量测量测量ST88.129baSIURhrm、2间接测量间接测量 指利用直接测量的量与被测量之间指利用直接测量的量与被测量之间的已知函数关系经过计算从而得到被测的已知函数关系经过计算从而得到被测量值的测量。量值的测量。大量的物理量是靠间接测量得到的大量的

8、物理量是靠间接测量得到的直接测量是基础，间接测量依赖于直接测量直接测量是基础，间接测量依赖于直接测量10nxxxx,321等精度测量等精度测量定义定义：指具有同样精确程度的测量。：指具有同样精确程度的测量。要求要求：对某一物理量多次测量中，每次：对某一物理量多次测量中，每次测量的条件相同测量的条件相同( (仪器、方法、操作者仪器、方法、操作者和环境均不变和环境均不变) )。等精度测量得到的一组数据等精度测量得到的一组数据称为称为测量列测量列例如：例如：2.01s, 2.00s, 2.02s,1.99s11 尽管每一次测量的结果不同，但尽管每一次测量的结果不同，但无任何理由判断哪一次测量更精确，

9、无任何理由判断哪一次测量更精确，只能认为它们的测量精度是完全相同只能认为它们的测量精度是完全相同的。的。严格地说，实验中保持完全相同严格地说，实验中保持完全相同的条件是极端困难的，但当某一条件的条件是极端困难的，但当某一条件的变化对测量结果影响不大，甚至可的变化对测量结果影响不大，甚至可以忽略时，可视为等精度测量。以忽略时，可视为等精度测量。121.1.2 误差误差 误差误差：测量值与待测量的真：测量值与待测量的真值之间的差值值之间的差值。真值真值：待测量客观存在的：待测量客观存在的值。值。13真值的分类：真值的分类：理论真值或定义真值理论真值或定义真值计量学约定真值计量学约定真值标准仪器相对

10、真值标准仪器相对真值如三角形的三个内角和等于如三角形的三个内角和等于180度。度。k15.2730 T用比被校仪器更高级别的标准仪器的量值作用比被校仪器更高级别的标准仪器的量值作为真值。为真值。量程量程2A, 0.5级级(1.80A), 0.1级级(1.802A)由国际计量大会决议约定的值由国际计量大会决议约定的值如：基本物理常数中的冰点绝对温度如：基本物理常数中的冰点绝对温度14问题问题：能否得到待测量的真值？：能否得到待测量的真值？回答回答：真值是一个理想的概念。：真值是一个理想的概念。真值在任何情况下都无法测真值在任何情况下都无法测出，只能使结果接近真值。出，只能使结果接近真值。任何测量

11、结果都有误差！任何测量结果都有误差！ 我们得到是含有一定误差的近似值。我们得到是含有一定误差的近似值。换言之：误差自始置终存在于一切科学换言之：误差自始置终存在于一切科学实验的测量之中。实验的测量之中。15( (绝对绝对) )误差误差0 xxx真值真值测量值测量值误差的表示方法误差的表示方法若误差用若误差用x表示，则由定义可知：表示，则由定义可知：反映测量结果偏离真值的大小和方向。反映测量结果偏离真值的大小和方向。对月地距离对月地距离对某人身高对某人身高m5.2x16 相对误差能全面评价测量结果的优相对误差能全面评价测量结果的优劣，比绝对误差更有实际意义。劣，比绝对误差更有实际意义。相对误差相

12、对误差%1000 xxE根据误差产生的原因和性质的不同根据误差产生的原因和性质的不同系统误差系统误差随机误差随机误差17保持不变或以可预知方式变化的误差分量保持不变或以可预知方式变化的误差分量 方法误差：实验理论近似或方法不方法误差：实验理论近似或方法不完善完善 如用伏安法测电阻没有考虑电表内阻如用伏安法测电阻没有考虑电表内阻的影响。的影响。1. 系统误差系统误差 单摆测重力加速度时取单摆测重力加速度时取 带来带来的误差等的误差等 。sin（1 1）来源）来源18 环境误差：实验环境、测量条环境误差：实验环境、测量条件不合要求件不合要求 如如标准电池标准电池是以是以2020时的时的电动势数值电

13、动势数值 作为标称值的，作为标称值的，若在若在3030条件下使用时，如不条件下使用时，如不加以修正就引入了系统误差加以修正就引入了系统误差。20E 如仪器刻度不准、零点位置不正确、仪如仪器刻度不准、零点位置不正确、仪器的水平或铅直未调整、天平不等臂等。器的水平或铅直未调整、天平不等臂等。 仪器误差：仪器固有缺陷仪器误差：仪器固有缺陷19人员误差：操作者生理或心理因素人员误差：操作者生理或心理因素系统误差的特征：确定性系统误差的特征：确定性如计时的滞后，习惯于斜视读数等如计时的滞后，习惯于斜视读数等 2021)1(0tLL22mm460. 2xmm475. 2)015. 0(460. 2xxxm

14、m015. 0 x2324以不可预知的方式变化着的误差分量以不可预知的方式变化着的误差分量 环境起伏变化环境起伏变化 如气流、温度、湿度、电压以及杂散如气流、温度、湿度、电压以及杂散电磁场的不规则脉动等引起的误差。电磁场的不规则脉动等引起的误差。 2. 随机误差随机误差 随机误差是由实验中各种因素的微随机误差是由实验中各种因素的微小变动性引起的，主要有：小变动性引起的，主要有：实验装置的变动性实验装置的变动性 如仪器精度不高，稳定性差，测量示如仪器精度不高，稳定性差，测量示值变动等值变动等。25判断、读数估计的差异判断、读数估计的差异随机误差的特征：偶然性随机误差的特征：偶然性 如观察者感官灵

15、敏度、操作熟练程度如观察者感官灵敏度、操作熟练程度以及估计读数的随机性。以及估计读数的随机性。 这些因素的共同影响使测量结果围绕这些因素的共同影响使测量结果围绕测量的平均值发生有涨落的变化，这一变测量的平均值发生有涨落的变化，这一变化量就是各次测量的随机误差。化量就是各次测量的随机误差。26 除系统误差和随机误差外，还可能发生读除系统误差和随机误差外，还可能发生读数、记录上的错误，仪器损坏、操作不当等数、记录上的错误，仪器损坏、操作不当等造成的错误。造成的错误。错误不是误差。错误不是误差。27精密度：精密度：仪器能分辨的最小值仪器能分辨的最小值螺旋测微计最小分度值螺旋测微计最小分度值 0.01mmTW-1物理天平物理天平 1000g UJ36a电位差计电位差计 230mV通常用精密度来反映测量结果中误差大小的程通常用精密度来反映测量结果中误差大小的程度。误差小的精度高，误差大的精度低。度。误差小的精度高，误差大的精度低。1.1.3 仪器量程仪器量程 精密度精密度 准确度准确度量程：量程：仪器测量的范围仪器测量的范围28准确度：准确度：仪器本身的准确程度仪器本身的准确程度%a度等级准量程仪确05525101502010.,.,.,.,.,.,.a 电气仪表：电气仪表：