大学物理实验—误差处理.ppt

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,北方民族大学物理实验中心,Fundamental physics experiment,1,大学物理实验,北方民族大学物理实验中心,Fundamental physics experiment,2,误差处理,一,.,处理系统误差的一般知识,1,、发现系统误差的方法,2,、系统误差的减小与消除,理论分析法 实验对比法 数据分析法,误差根源：减小、消除,实验技巧：交换法、替代法、异号法等。,随机误差在实验过程中是不可避免亦不可消除的，其对任一次测量结果的影响具有随机性的特点。但在多次测量中表现出确定的规律即,统计规律,。依此可用来对随机误差的影响程度作出客观的评价。,二,.,随机误差及分布,1,、标准误差与标准偏差,标准误差（标准差,),：,实验标准（偏）差贝塞尔法,测量次数,n,为有限次时用其计算直接测量量的实验标准差。,2,、平均值的实验标准差,有限次测量的算术平均值 亦为随机变量，其实验标准差为：,是用测量列的平均值 作为真,值 的最佳估计值时，与 两,者之间的偏离程度。,平均值的实验标准差 比任何一次测量的实验标准差,小,增加测量次数,可以减少平均值的实验标准差,提高测量的准确度,.,但是,n10,以后,n,再增加,减小缓慢,因此,在物理实验教学中一般取,n,为,6,10,次,s,0,5,10,n,15,0,5,10,15,s,n,测量次数对 的影响,3,、随机误差的正态分布规律：,例，用秒表测单摆的周期,T,，将各测量值出现的次数列表如下。,测量值,x,i,1.01 1.02 1.03 1.04 1.05 1.06 1.07 1.08 1.09 1.10,次 数,n,1 1 2 8 8 5 2 2 1,0,图,3,统计直方图,n=,30,次,测量值,x,i,1.01 1.02 1.03 1.04 1.05 1.06 1.07 1.08 1.09 1.10,次 数,n,0 2 4 10 14 16 7 5 1 1,n=,60,次,图,3,统计直方图,测量值 次数,x,i,n,1.01 1,1.02 4,1.03 7,1.04 23,1.05 25,1.06 20,1.07 11,1.08 5,1.09 2,1.10 2,n=,100,次,图,3,统计直方图,随着测量次数增多，统计显示出如下规律。在,1.05,附近，测量值出现的次数最多，表现为,单峰性,。与,1.05,相差越多，测量值出现的次数越少，表现为,有界性,。偏大的数 据与偏小的数据基本相等表现为,对 称性,。大部分数据存在于确定的范围内，该范围可评价随机误差的大小。,在数理统计上,描述具有单峰、有界、对称的统计函数,.,叫,正态分布函数,。常用来解释随机量测量过程中的随机行为与规律,.,在测量次数趋于无穷时，有：,12,特点：,单峰性,对称性,有界性,无限多次测量服从正态分布,标准误差,拐点,13,标准误差的物理意义,若测量的标准误差,很,小，则测得值的离散性小，重复测量所得的结果相互接近，,测量的精密度高,；,如果,很大，误差分布的范围就较宽，说明测得值的离散性大，,测量的精密度低,。,14,4,、置信区间和置信概率,置信概率,置信区间,标准差 所表示的统计意义,对物理量,x,任做一次测量时，测量误差,落在,-,到,+,之间的可能性为,68.3%,，,落在,-2,到,+2,之间的可能性为,95.5%,，,而落在,-3,到,+3,之间的可能性为,99.7%,。,三,.,坏值的剔除,继续检验，直到无坏值为止。,检测流程,1,、拉依达准则,（要求,n9),为粗差,为坏值应剔除,.,剔除,(n-1),个数据继续，对,保留。,对某物体进行,15,次测量，测值为：,11.42 11.44 11.40 11.43 11.42,11.43 11.40 11.39 11.30 11.43,11.42 11.41 11.39 11.39 11.40,检测是否有坏值。,例,计算,:,所以,11.30,为坏值，应剔除。,余下的数据继续检验：,*,检测情况与测量列构成有关，应,n9,。,*,14,个测量值均满足 条件，无坏值。,2,、肖维涅准则,(,要求,n4,次）,为粗差,，,x,i,为坏值,检测流程,为坏值，,剔除。,称为肖维涅系数。,其值与测量次数,n,有关，第,10,页表,1,2,给出了各种测量次数对应的 值。,3,、格拉布斯准则,（较复杂）,21,小结,2:,一,.,处理系统误差的一般知识,1,、发现系统误差的方法,理论分析法、实验对比法、数据分析法,2,、系统误差的减小与消除,交换法、替代法、异号法等,二,.,随机误差及分布,1,、标准误差与标准偏差,2,、平均值的实验标准差,22,3,、随机误差的正态分布规律：,在数理统计上,描述具有单峰、有界、对称的统计函数,.,叫,正态分布函数,。常用来解释随机量测量过程中的随机行为与规律,.,4,、置信区间和置信概率,三,.,坏值的剔除,1,、拉依达准则（要求,n9),2,、肖维涅准则,(,要求,n4,次）,四,.,仪器误差,1.,仪器的示值误差（限）,国家技术标准或检定规程规定的计量器具最大允许误差或允许基本误差，经适当的简化称为仪器误差（限），用 表示。,它表示在正确使用仪器的条件下，仪器,示值,与,被测量真值,之间可能产生的最大误差的绝对值。,24,一般写在仪器的标牌上或说明书中。,a,游标卡尺,一般测量范围在,300mm,以下的游标卡尺取其,分度值,为仪器的示值误差限,25,b,螺旋测微计,按国家标准（,GB1216-75,）规定，量程为,25mm,的一级千分尺的示值误差为,0.004mm,。,螺旋测微计,使用前必须检查,初读数,。,C:,天平,的示值误差，本书约定天平标尺分度值的一半为仪器的示值误差。,d:,电表的示值误差,量程,准确度等级,%,e:,数字式仪表，误差示值取其末位数最小分度的一个单位。,f:,仪器示值误差或准确度等级未知，可取其最小分度值的一半为示值误差（限）。,g:,电阻箱、电桥等，示值误差用专用公式计算。,27,仪器名称,量 程,分度值,仪器误差,钢直尺,0300mm,1mm,0.1mm,钢卷尺,01000mm,1mm,0.5mm,游标卡尺,0300mm,0.02,0.05mm,分度值,螺旋测微计,0100mm,0.01mm,0.004mm,物理天平,1000g,100mg,50mg,水银温度计,-30300,1,0.2,0.1,分度值,读数显微镜,0.01mm,0.004mm,数字式电表,最末一位的一个单位,指针式电表,0.1,0.2,0.5,1.0,1.5,2.5,5.0,量程,a%,2.,仪器的标准误差,均匀分布规律,一般仪器误差的概率密度函数遵从如图所示的均匀分布规律。在,范围内，误差出现的概率相同，在 区间外出现的概率为零。均匀误差的概率密度函数为,仪器的标准误差与仪器误差（限）的关系：,3.,仪器的灵敏阈,a:,定义，指足以引起仪器示值可察觉变化的被测量的最小变化值。例，人眼察觉到的指针改变量为,0.2,分度值，,0.2,为指针仪表的灵敏阈。,b:,灵敏阈越小，仪器的灵敏度越高。,c:,仪器的灵敏阈示值误差限最小分度值。由于多次使用，仪器的灵敏阈变大，超过仪器示值误差限时，仪器示值误差应由灵敏阈来代替。,