物理实验误差分析省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件.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,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢,李林风,Lilinfeng_760315,大学物理实验,绪论,第1页,大学物理试验课任务与目标,（,一）经过对试验现象观察，分析和对物理量测量，加深对物理学原理了解。,（二）培养和提升治学能力和工作能力。,（1）自行阅读教材，归纳关键点，做好工作前准备；,（2）借助教材或仪器说明书正确使用仪器；,（3）利用物理学理论对试验现象进行分析；,（4）正确统计和处理试验数据，撰写合格汇报；,绪论,第2页,（三）培养科学精神，提升科学素养，逐步具备理论联络实际和实事求是科学作风，严厉认真工作态度。,（四）培养和提升学生科学试验能力，其中包含：自学能力动手操作能力综合分析能力科技写作能力设计能力,绪论,第3页,三、上课时间按单双周进行，上课地点二试验楼五楼。,二、,每班按课表排定时间，按试验循环表上课。,下一次课开始做试验,。,一、试验课程,总课时50课时，分两学期完成，每学期做8个试验，每次试验三课时。一次误差理论。,物理试验课程教学安排,第4页,物理试验基本程序与要求,1.试验课前预习,（十分主要）,(1)预习讲义中与本试验相关全部内容。,(2)写出预习汇报（试验题目、目标、原理、主要计算公式、原理简图）,准备原始试验数据统计表格。,3.课堂试验操作,(1)上课需带试验讲义、笔、尺、计算器等。,2.提前五分钟进入试验室，按组号入座，不要私自动手，以免造成仪器损坏或发生事故,。,第5页,(2)仪器安装调试后经教师检验无误后方可进行试验操作。,(4)试验后请将使用仪器整理好，归回原处。经教师允许后方可离开试验室。,（3）操作完成应主动请教师审核试验统计并签字。,不经教师签字统计无效,。,(5)课后按要求完成试验汇报,并在下次试验时交来。,绪论,第6页,试验测量误差理论以数据处理方法,绪论,一、测量与误差基本概念 二、测量结果不确定度评定三、有效数字及其运算,四、结果表示,五、试验数据处理惯用方法,第7页,一.测量与误差基本概念,1,.,测量定义与分类,分类,直接测量,：,能够用测量仪器或仪表直接读出测量值测量。,间接测量：,依据待测量和某几个直接测量值函数关系求出，这么测量称为间接测量。,测量:,就是经过物理试验方法，把被测量与作为标准同类单位量进行比较过程。,测量,是物理试验基础。,长度、质量、温度等。,体积、密度、,粘度等。,第8页,2.真值、算术平均值,真值,:某物理量在一定客观条件下真实大小。,（,真值是个理想概念，普通不可能准确知道。）,算术平均值：,屡次测量算术平均值可作为真值最正确近似值,第9页,3.误差、偏差,误差,：被测物理量测量值与真值之差,偏差,：被测物理量测量值与算术平均值之差,4.误差分类,由测量产生原因与性质可分为系统误差和随机误差,第10页,系统误差：,在同一条件下屡次测量同一物理量时，其结果符号和大小按一定规律改变误差,起源,仪器误差,方法误差,环境误差,人为误差,特点,：,倾向性、方向性（或者都偏大或者都偏小）,消除方法,：,改进、修正、矫正。,产生原因：,仪器，理论推导，试验方法，操作，环境等。,第11页,随机误差：,在消除或修正系统误差之后，测量结果仍会出现一些无规律起伏。这种绝对值和符号随机改变误差，称为随机误差,起源,主观方面,测量仪器方面,环境方面,特点：,随机性（忽大忽小，忽正忽负，没有规律），但当测量次数比较多时服从统计规律。最常见就是正态分布高斯分布）。,消除方法：,屡次测量取平均值,第12页,随测量次数增加,偶然（随机）误差遵从统计规律,其分布函数：,小,大,x：,表示测量误差（测量值与真值之差）,:,能够表示测量值偏离真值大小程度，被称为标准误差,f（x）,：,表示测量误差x出现概率,第13页,当6,n10时，服从t分布，,最正确预计值,样本标准偏差：,绪论,当n趋于无穷大，服从正态分布，其中标准误差：,第14页,二.测量结果不确定度评定,（一）、不确定度概念,（三）、直接测量量不确定度评定步骤,（四）、间接测量量不确定度评定步骤,（二）、不确定度分类,第15页,1、为何要引入不确定度？,误差概念不足,普通来说，真值是无法得到，误差是测量值与真值之差，所以也就无法得到。我们只能经过一定方法对测量误差进行预计。,（一）、不确定度概念,2、不确定度,含义：,所谓测量不确定度，是指因为测量误差存在而对测量值不能必定程度。实际上是对测量真值在某个量值范围一个评定。,表征测量结果含有分散性一个参数。,第16页,（二）、不确定度分类,不确定度两类分量,（,1）A类评定不确定度,A,：统计方法得到。,这类不确定度被认为是服从正态分布规律。,绪论,第17页,（2）类 非统计不确定度,是指用非统计方法求出或评定不确定度,对类不确定度预计作简化处理，只讨论因仪器不准对应不确定度。仪器不准确程度主要用仪器误差来表示，即：,（3）合成不确定度,第18页,补充,常见仪器示值误差大小,1.米尺,2.卡尺,3.千分尺,4.天平,5.温度计,6.数显仪器,7.电表类仪器,绪论,第19页,（三）、直接测量量不确定度评定步骤,（3）计算测量列样本标准偏差,（1）修正测量数据中可定系统误差；,（2）计算测量列算术平均值作为测量结果最正确值,（4）样本标准偏差作为不确定度类分量,（5）计算不确定度类分量,（6）求合成不确定度,（7）写出最终止果表示,第20页,例：用米尺测量一物体长度，测量了六次，其测量值分别是：,l,=51.37；51.35；51.34；51.39；51.34；51.38；(单位cm）。,试计算合成不确定度，并写出测量结果解：,1）修正测量数据中可定系统误差（如零点修正，本题不用）,2）计算 l最正确值;,3)计算类不确定度:,第21页,4)类不确定度:,5）合成不确定度：,6）测量结果：,第22页,(三)、间接测量量不确定度评定步骤,间接测量量,直接测量量,为间接测量量最正确值。,1.间接测量量最正确值,第23页,2.不确定度传递,以微小量代替微元，得：,不确定度与微小量之间关系：,第24页,如,：,和差形式函数,f,，测量结果,N,标准不确定度为：,当x，y，z相互独立时，有,第25页,对于以乘、除运算为主函数,以微小量替换微元,第26页,函数表示式,合成标准不确定度公式,相对不确定度,第27页,例：,已知质量m=（213.04,0.,05）g，铜圆柱体，用0125mm、分度值为0.02mm游标卡尺测量其高度h六次；用一级025mm千分尺测量其直径D也是六次，其测值列入下表（仪器零点示值均为零），求铜密度。,次数,1,2,3,4,5,6,高度h/mm,80.38,80.37,80.36,80.38,80.36,80.37,直径D/mm,19.465,19.466,19.465,19.464,19.467,19.466,第28页,解：铜圆柱体密度：,（1）,高度h最正确值及不确定度：,游标卡尺仪器误差：,第29页,（2）直径D最正确值及不确定度：,千分尺仪器误差：,所以：,第30页,（4）密度不确定度：,（3）密度算术平均值：,第31页,所以得：,（5）密度测量最终结果为：,第32页,三.有效数字及其运算,（一）有效数字,有效数字=可靠数字+可疑数字,有效数字定义,正确而有效地表示测量和试验结果数字，称为有效数字。它由,可靠,若干位,数字加上,可疑,一位,数字组成。,或者说从左端第一个非零数字到右端最终一位全部数字均为有效数字。,第33页,（1）,有效数字位数与小数点位置无关。变换单位时，有效数位不变,2.有效数字特点,如：,59.6mm=5.96cm=0.0596m,（2）,当“0”不是表示小数点位置时（0在数字中间或数字后面），为有效数字，所以数据最终“0”不能随便加上，也不能随便减去。,如：,3.0cm,?,应记为3.00cm,第34页,（3）,常数不用取有效数字，但在计算时常数所取位数不应少于其它数值有效数位。,（4）为了表示方便，尤其是对较大或较小数值，惯用科学记数法表示。,（二）直接测量量有效数字,1.普通读数应读到最小分度以下再估一位;,2.有时读数预计位，就取在最小分度位；,3.游标类量具只读到游标分度值，普通不估读；,4.数字式仪表及步进读数仪器不需要进行估读，仪器所 显示未位就是欠准数字；,第35页,cm,1,2,3,读数举例：,读数,L,=25.6（mm）,2.02cm,0.919 K,第36页,（三）间接测量量有效数字运算,（1）加减运算 时，“尾数取齐”。,278.,3,+)12.,5,31,_,280.,831,26.6,5,)3.92,5,_,22.7,25,(2)乘除运算时,“位数取齐”。,比如:,比如:,5.34,8,20.,5,=11,0,3764,3,21,7,=17,3,第37页,（3）乘方、开方运算，其结果有效数字位数与被乘方、,开方数有效数字位数相同。比如：,（,4,）三角函数、对数、,指数函数运算结果有效数字取位,普通与其变量位数相同。,（5）测量结果有效数字位数确实定：,由不确定度决定有效数字数位。其最终一位要与不确定度所在那一位取齐，多出位数按尾数修约规则进行取舍。,“四舍六入五凑偶”,将以下数据保留三位有效数字：,3.5,4,499,3.5466,3.5,4,50,3.5350,3.5,4,3.5,5,3.5,4,3.5,4,第38页,四.结果表示,将有效数字定义和不确定度只取一位结合起来，就能确定测量结果数值了，方法是：任何测量结果，其数值最终一位必须与不确定度所在那一位数对齐。即测量结果最终有效数位，完全取决于不确定度所在那位数，后面多出者按规则取舍,。,第39页,比如：,测量某物理量d=0.5002(,单位,)，估算不确定度,（单位）,测量结果：,第40页,五.,试验数据处理惯用方法,（一）列表法,（二）作图法（图示法；图解法）,（三）逐差法,第41页,1.列表法,列表法示例1:伏安法测电阻数据统计,次 数,1,2,3,4,5,电流I,（A）,0.082,0.094,0.131,0.170,0.210,电压U（V）,0.87,1.00,1.40,1.80,2.30,电流I和电压U均为直接测量量；,电流I单位：A；电压U单位：V；,按有效数字规则统计数据。,第42页,2.作图法,(1).选取坐标分度。,横轴自变量,纵轴因变量,标准：不损失有效数字。,以12小格代表最,后一位准确数字。,(2).描坐标轴,标整分度值,（3）.描试验点。（等),第43页,（4）.连线。,连成光滑曲线、直线，连线不一定经过全部试验点，,使试验点均匀分布在曲线两侧。,（5）.取点计算。（斜率，截距等）,所取点标注应与试验点有区分。,计算斜率、截距时不能用试验点。！,（6）.曲线标注。,电压（v),11.3,21.2,30.4,39.6,50.1,电流(mA),0.82,1.75,2.88,3.79,4.90,第44页,0,10.0,20.0,30.0,40.0,50.0,电压V(v),电流I(mA),1.0,2.0,3.0,4.0,5.0,(10.0,0.60),(48.0,4.70),4.5v,第45页,2.逐差法,例：杨氏模量试验（钢丝不停地增加等负荷情况下，测定其伸长量,x,平均值）,逐差法取平均：,测量序号,：1 2 3 4 5 6 7 8,测量值：,x,1,x,2,x,3,x,4,x5,x,6,x,7,x,8,逐差伸长量：,x,1,x,2,x,3,x,4,逐差伸长量定义（分两组）：,x,i,=x,i+4,-x,i,逐差法含有充分利用数据，减小误差优点,第46页,试验注意事项,迟到15分钟，取消试验资格。请假要有有效假条。严厉处理中途退场、冒名顶替或伪造试验数据者。,学生进入试验室后将预习汇报放于桌子上以备教师检验，再检验本试验仪器是否齐全、完好，假如发觉问题及时汇报。试验过程中发觉仪器损坏，要汇报教师。,试验中若发觉问题应及时向教师请教。,要用钢笔或圆珠笔统计原始数据，不能用铅笔。决不允许伪造试验数据,注意老师详细试验要求，部分试验要求当堂交试验汇报。,试验完成后，将试验数据交教师审查签字，再将试验仪器整理还原。每次试验后必须清扫试验室。,第47页,今天的课程结束,谢谢！,第48页,