天津理工大学物理实验绪论省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

大学物理试验大学物理试验DaXue WuLi ShiYan天天 津津 理理 工工 大大 学学理学院试验中心理学院试验中心理学院试验中心理学院试验中心第1页通知及其重点提醒通知及其重点提醒n物理试验中心网站物理试验中心网站http:/59.67.147.100http:/59.67.147.100，该网站该网站包含课程指导、试验项目名称及代码、各个班级包含课程指导、试验项目名称及代码、各个班级试验循环次序表，上网讲义等等。试验循环次序表，上网讲义等等。n电学元件伏安特征、静电场、万用表制作与校准电学元件伏安特征、静电场、万用表制作与校准需要在网站上下载讲义，并按讲义做好课前预习。需要在网站上下载讲义，并按讲义做好课前预习。n“万用表制作与校准为系列试验万用表制作与校准为系列试验”，组装成本价，组装成本价2020元。各班班长须在教学周第三周周一至周五到元。各班班长须在教学周第三周周一至周五到理学院理学院9 9号楼号楼420 420 统一购置试验汇报纸（每套统一购置试验汇报纸（每套3 3元）元）及上交及上交“万用表制作与校准试验万用表制作与校准试验”成本费（每人成本费（每人2020元），每人共元），每人共2323元，班长收齐。元，班长收齐。n学生不能无故旷课。请假同学，请带好证实材料学生不能无故旷课。请假同学，请带好证实材料在开课周内到各对应试验室补做。在开课周内到各对应试验室补做。第2页绪论绪论一、物理试验主要性一、物理试验主要性二、物理试验课主要教学步骤二、物理试验课主要教学步骤（重点）（重点）三、试验室规则三、试验室规则试验试验数据数据处理处理一、试验不确定度评定一、试验不确定度评定（重点（重点+难点）难点）二、试验数据处理基本方法二、试验数据处理基本方法第3页绪论绪论一、物理试验主要性一、物理试验主要性n1 1、物理试验在物理学研究与发展中、物理试验在物理学研究与发展中作用作用n2 2、物理试验对物理学在其它学科中、物理试验对物理学在其它学科中应用意义应用意义n3 3、物理试验课目标、物理试验课目标 第4页1、物理试验在物理学研究与发展中作用、物理试验在物理学研究与发展中作用从物理学史看物理试验主要性从物理学史看物理试验主要性n经典物理学建立：经典物理学建立：力学（伽里略）力学（伽里略）电磁学（库仑、法拉第、麦克斯韦）电磁学（库仑、法拉第、麦克斯韦）光学（杨氏、菲涅耳）光学（杨氏、菲涅耳）n近代物理学建立：近代物理学建立：三大发觉（三大发觉（X X光、放射性、电子）光、放射性、电子）从宏观到微观从宏观到微观 两朵乌云（黑体辐射、迈莫试验）两朵乌云（黑体辐射、迈莫试验）从经典到近代从经典到近代第5页2 2、物理试验对物理学在其它学科中应用意义、物理试验对物理学在其它学科中应用意义n材料：材料：物性测试、新材料发觉、制备物性测试、新材料发觉、制备n化学：化学：光谱分析、放射性测量、激光分离同位素光谱分析、放射性测量、激光分离同位素n生物：生物：各类显微镜（光学显微镜、电子显微镜、各类显微镜（光学显微镜、电子显微镜、X光光显微镜、原子力显微镜），显微镜、原子力显微镜），DNA操纵、切割、重组以操纵、切割、重组以及双螺旋结构分析及双螺旋结构分析n医学：医学：诊疗诊疗X光、光、CT、核磁共振、超声波治疗核磁共振、超声波治疗放射性、激光、微波、放射性、激光、微波、刀刀结论结论：物理试验是物理学在其它学科中应用桥梁。：物理试验是物理学在其它学科中应用桥梁。第6页3 3、物理试验课目标、物理试验课目标 试验和理论融会贯通试验和理论融会贯通：经过对物理试验现象观察和分析，处理经过对物理试验现象观察和分析，处理试验中碰到问题，从实际应用中加深对理论知识了解。试验中碰到问题，从实际应用中加深对理论知识了解。培养从事科学试验基本技能：培养从事科学试验基本技能：检索和阅读资料，概括出试验检索和阅读资料，概括出试验检索和阅读资料，概括出试验检索和阅读资料，概括出试验原理、学习怎样设计试验方案；正确使用基本试验仪器及设备；掌握基原理、学习怎样设计试验方案；正确使用基本试验仪器及设备；掌握基原理、学习怎样设计试验方案；正确使用基本试验仪器及设备；掌握基原理、学习怎样设计试验方案；正确使用基本试验仪器及设备；掌握基本物理量测量方法和试验操作技能；正确统计和处理数据本物理量测量方法和试验操作技能；正确统计和处理数据本物理量测量方法和试验操作技能；正确统计和处理数据本物理量测量方法和试验操作技能；正确统计和处理数据；对；对；对；对试验结果试验结果试验结果试验结果进行分析和讨论，撰写试验汇报。进行分析和讨论，撰写试验汇报。进行分析和讨论，撰写试验汇报。进行分析和讨论，撰写试验汇报。对学生进行全方面素质培养：对学生进行全方面素质培养：培养学生实事求是科学态度、培养学生实事求是科学态度、培养学生实事求是科学态度、培养学生实事求是科学态度、严谨踏实工作作风；培养学生勇于探索、坚韧不拔钻研精神；培养学生严谨踏实工作作风；培养学生勇于探索、坚韧不拔钻研精神；培养学生严谨踏实工作作风；培养学生勇于探索、坚韧不拔钻研精神；培养学生严谨踏实工作作风；培养学生勇于探索、坚韧不拔钻研精神；培养学生恪守纪律、团结协作、爱护公物优良品德恪守纪律、团结协作、爱护公物优良品德恪守纪律、团结协作、爱护公物优良品德恪守纪律、团结协作、爱护公物优良品德。第7页绪论绪论二、物理试验课主要教学步骤二、物理试验课主要教学步骤n1、试验预习试验预习试验预习试验预习(2(2(2(2分分分分)n2、试验操作与统计试验操作与统计试验操作与统计试验操作与统计(4(4(4(4分分分分)n3、数据处理及试验汇报数据处理及试验汇报数据处理及试验汇报数据处理及试验汇报(4(4(4(4分分分分)姓名：姓名：专业：专业：年级：年级：班：（写学号）班：（写学号）组：组：日期：日期：（写试验课时间，（写试验课时间，比如：周一比如：周一1、2节）节）评阅人评阅人：（：（任课教师署名）任课教师署名）第8页1、实验预习（2分）没有预习不可以做实验。每迟到10分钟扣0.5分，迟到30分钟以上，则不允许做实验，该次实验成绩为0分，缺做实验项目同学本学期实验当零分纪录。实验报告要求：用实验报告纸，预习报告要求如下:明确实验目怎么写实验原理？照书抄还是仅仅写几个公式而已？如何做数据表格？试验名称：试验目标：试验原理：（包含公式及其成立条件、电路或光路图）试验内容及步骤：试验统计：（画出数据表格）试验前试验前第9页试验中试验中试验统计：（在预习时画出空白数据表格，试验时填充）（试验中要记下试验条件、试验现象以及试验中问题或想法等等）试验仪器：（写出规格与型号）2 2、试验操作与统计（、试验操作与统计（4 4分）分）恪守各项制度和学生守则，注恪守各项制度和学生守则，注 意安全意安全 胆大心细、严厉认真胆大心细、严厉认真 如实统计、清楚详尽如实统计、清楚详尽 注意及时统计试验中发觉问注意及时统计试验中发觉问 题和对问题想法题和对问题想法 养成统计原始数据习惯，不养成统计原始数据习惯，不 要随意涂改数据要随意涂改数据 统计试验仪器规格与型号统计试验仪器规格与型号 试验完成，要指导教师确认签试验完成，要指导教师确认签 字而且整理好试验仪器方能离字而且整理好试验仪器方能离 开试验室开试验室第10页v认真地分析和解释试验结果，得出认真地分析和解释试验结果，得出试验结论。试验结论。v不但要处理试验所得数据，也要解不但要处理试验所得数据，也要解释试验中看到现象。释试验中看到现象。v试验结果不是简单测量结果，它应试验结果不是简单测量结果，它应包含对测量结果简明评论，与期望包含对测量结果简明评论，与期望值关系，分析误差主要原因和改进值关系，分析误差主要原因和改进方法，对测量结果意义讨论等。方法，对测量结果意义讨论等。“讨论讨论”不要相互剽窃。不要相互剽窃。v谈一下对本试验体会和对教师或教谈一下对本试验体会和对教师或教材批评与提议材批评与提议。试验后试验后数据处理：数据处理：试验现象分析：试验现象分析：试验结果：试验结果：试验讨论与提议：试验讨论与提议：3 3、数据处理及试验汇报（、数据处理及试验汇报（4 4分）分）注：交汇报时要将原始数据纸一起交上来！第11页 绪论绪论三、试验室规则三、试验室规则*学生进入试验室须带上预习汇报，经指导教师检验同意方学生进入试验室须带上预习汇报，经指导教师检验同意方学生进入试验室须带上预习汇报，经指导教师检验同意方学生进入试验室须带上预习汇报，经指导教师检验同意方可开始试验可开始试验可开始试验可开始试验；*保持试验环境平静和整齐；保持试验环境平静和整齐；保持试验环境平静和整齐；保持试验环境平静和整齐；*仪器设备使用应严格按照要求操作；试验中，仪器设备仪器设备使用应严格按照要求操作；试验中，仪器设备仪器设备使用应严格按照要求操作；试验中，仪器设备仪器设备使用应严格按照要求操作；试验中，仪器设备使用不妥损坏者应赔偿；工具用完后应放回原处。使用不妥损坏者应赔偿；工具用完后应放回原处。使用不妥损坏者应赔偿；工具用完后应放回原处。使用不妥损坏者应赔偿；工具用完后应放回原处。*试验完成，经教师确认测量数据正确并签字后，学生应将试验完成，经教师确认测量数据正确并签字后，学生应将试验完成，经教师确认测量数据正确并签字后，学生应将试验完成，经教师确认测量数据正确并签字后，学生应将仪器整理还原，将台面和附近试验区收拾整齐，经教师检验仪器整理还原，将台面和附近试验区收拾整齐，经教师检验仪器整理还原，将台面和附近试验区收拾整齐，经教师检验仪器整理还原，将台面和附近试验区收拾整齐，经教师检验仪器还原情况后方可离开试验室；仪器还原情况后方可离开试验室；仪器还原情况后方可离开试验室；仪器还原情况后方可离开试验室；*试验汇报应在试验后一周内交到试验室指定地点。试验汇报应在试验后一周内交到试验室指定地点。试验汇报应在试验后一周内交到试验室指定地点。试验汇报应在试验后一周内交到试验室指定地点。*使用电源前，务必经过教师检验线路无误后方可接通电源。使用电源前，务必经过教师检验线路无误后方可接通电源。使用电源前，务必经过教师检验线路无误后方可接通电源。使用电源前，务必经过教师检验线路无误后方可接通电源。第12页试验数据处理试验数据处理第一节第一节 试验不确定度评定试验不确定度评定一、一、测量及测量分类测量及测量分类二、试验误差分析二、试验误差分析三、不确定度评定意义三、不确定度评定意义四、不确定度分类四、不确定度分类五、标准不确定度评定五、标准不确定度评定六、标准不确定度合成与传递六、标准不确定度合成与传递七、不确定度表示七、不确定度表示八、试验数据有效位数确实定八、试验数据有效位数确实定第13页一一.测量及测量分类测量及测量分类1.测量测量测量测量测量者采取某种测量方法用某种测量仪器将待测量与标准量进行比较过程。（质量、长度、体积）数字表测量某一电路中电流数字表测量某一电路中电流1、若数字表有稳定输出：、若数字表有稳定输出：3.888A2、若数字表输出不稳定呢？若数字表输出不稳定呢？用毫米刻度尺测量某物体长度用毫米刻度尺测量某物体长度左端读数为：左端读数为：10.00cm右端读数为：右端读数为：15.25cm第14页一一.测量及测量分类测量及测量分类2.测量分类测量分类测量分为测量分为直接测量和间接测量直接测量和间接测量直接测量直接测量指无需对被测量与其它实测量进行函数关系辅助计算而可直指无需对被测量与其它实测量进行函数关系辅助计算而可直接得到被测量值测量接得到被测量值测量(用测量仪器或仪表直接读出测量值为直接测量用测量仪器或仪表直接读出测量值为直接测量用测量仪器或仪表直接读出测量值为直接测量用测量仪器或仪表直接读出测量值为直接测量)；间接测量间接测量指利用直接测量量与被测量之间已知函数关系经过计算从而指利用直接测量量与被测量之间已知函数关系经过计算从而得到被测量值测量得到被测量值测量(将若干个直接测量值代入与之相关函数式求出测量将若干个直接测量值代入与之相关函数式求出测量将若干个直接测量值代入与之相关函数式求出测量将若干个直接测量值代入与之相关函数式求出测量值为间接测量值为间接测量值为间接测量值为间接测量)。测量值测量值=读数值（有效数字）读数值（有效数字）+单位单位任何测量都可能存在误差（测量不可能无限准确任何测量都可能存在误差（测量不可能无限准确)。第15页【注注】对某一物理量进行屡次重复测量，每次测量条件对某一物理量进行屡次重复测量，每次测量条件都相同测量为都相同测量为等精度测量等精度测量；对某一对某一物理量进行屡次测量，每次测量条件完全物理量进行屡次测量，每次测量条件完全不一样或部分不一样测量为不一样或部分不一样测量为非等精度测量非等精度测量。试验中，保持测量条件不变试验中，保持测量条件不变（等精度等精度）屡次测量屡次测量是极其困难，不过，当某一条件改变对结果影响不大是极其困难，不过，当某一条件改变对结果影响不大时，仍可视为是等精度测量。等精度测量处理数据比时，仍可视为是等精度测量。等精度测量处理数据比较简单，所以绝大多数测量都是等精度测量。较简单，所以绝大多数测量都是等精度测量。第16页二二、试验误差分析试验误差分析 1、测量误差测量误差真值真值是待测物理量客观存在真实数值。是待测物理量客观存在真实数值。测量误差测量误差测量结果与客观存在真值之间差值。测量结果与客观存在真值之间差值。测量误差测量误差=测量结果测量结果-真值真值在在测测量量过过程程中中，测测量量仪仪器器不不可可能能是是完完全全准准确确，测测量量所所依依据据理理论论公公式式所所要要求求条条件件也也无无法法绝绝对对确确保保，再再加加上上测测量量技技术术、环环境境条条件件等等各各种种原原因因限限制制，测测量量不不可可能能是是无无限限准准确确，所所以以真真值值是是理理想想概概念念，普普通通无无从从得得知知，普普通通不不能能计计算算误误差差。只只在在少少数数情况下，用准确度高实际值来作约定真值，才能计算误差。情况下，用准确度高实际值来作约定真值，才能计算误差。第17页2 2、误差表示方法、误差表示方法测测测测量量量量误误误误差差差差反反反反应应应应了了了了测测测测量量量量结结结结果果果果准准准准确确确确程程程程度度度度，可可可可用用用用绝绝绝绝对对对对误误误误差差差差或者相对误差表示：或者相对误差表示：或者相对误差表示：或者相对误差表示：绝对误差绝对误差绝对误差绝对误差()=测量结果测量结果测量结果测量结果-被测量真值被测量真值被测量真值被测量真值 相对误差相对误差相对误差相对误差(E E E E)=()=()=()=(绝对误差绝对误差绝对误差绝对误差/被测量真值被测量真值被测量真值被测量真值)100%100%式式式式中中中中绝绝绝绝对对对对误误误误差差差差表表表表示示示示测测测测量量量量结结结结果果果果偏偏偏偏离离离离真真真真值值值值大大大大小小小小和和和和方方方方向向向向，即即即即表表表表示示示示某某某某一一一一次次次次测测测测量量量量结结结结果果果果优优优优劣劣劣劣；相相相相对对对对误误误误差差差差则则则则能能能能够够够够比比比比较较较较不不不不一一一一样样样样测测测测量结果优劣度量结果优劣度量结果优劣度量结果优劣度二二、试验误差分析试验误差分析第18页【例例】测量物体长度测量物体长度L，所得结果为：所得结果为：第19页a.系统误差系统误差系统误差系统误差定义：在对同一被测量屡次测量过程中，绝对值和符号保持恒定或定义：在对同一被测量屡次测量过程中，绝对值和符号保持恒定或以可预知方式改变测量误差分量。以可预知方式改变测量误差分量。产生原因产生原因：因为测量仪器、测量方法、环境带入：因为测量仪器、测量方法、环境带入分类及处理方法分类及处理方法：已定系统误差：已定系统误差：必须修正必须修正电表、螺旋测微计零位误差；电表、螺旋测微计零位误差；测电压、电流因为忽略表内阻引发误差。测电压、电流因为忽略表内阻引发误差。未定系统误差：未定系统误差：要预计出分布范围要预计出分布范围（大致与（大致与B类不确定度类不确定度uB相当）相当）如：螺旋测微计制造时螺纹公差等如：螺旋测微计制造时螺纹公差等3、误差分类误差分类系统误差有时是系统误差有时是定值定值，有些是，有些是积累性积累性，还有些是，还有些是周期性改变周期性改变。所以系统误差出现是有规律。所以系统误差出现是有规律。第20页3、误差分类误差分类b.随机误差随机误差 随随随随机机机机误误误误差差差差定定义义：在在对对同同一一量量屡屡次次重重复复测测量量中中绝绝对对值值和和符符号号以以不不可可预预知知方式改变测量误差分量。方式改变测量误差分量。产产生生原原因因：试试验验条条件件和和环环境境原原因因无无规规则则起起伏伏改改变变，引引发发测测量量值值围围绕绕真真值值发生涨落改变。比如：发生涨落改变。比如：电电表表轴轴承承摩摩擦擦力力变变动动、螺螺旋旋测测微微计计测测力力在在一一定定范范围围内内随随机机改改变变、操操作读数时视差影响。作读数时视差影响。特点特点：小误差出现概率比大误差出现概率大；小误差出现概率比大误差出现概率大；屡次测量时分布对称，含有抵偿性屡次测量时分布对称，含有抵偿性所以所以取屡次测量平均值取屡次测量平均值有利于消减随机误差。有利于消减随机误差。第21页随机变量分布随机变量分布正态分布正态分布：大量相对独立原因共同作用下得到随机变量服从正态分布。：大量相对独立原因共同作用下得到随机变量服从正态分布。物物理试验中屡次独立测量得到数据普通能够近似看作服从正态分布。理试验中屡次独立测量得到数据普通能够近似看作服从正态分布。以误差以误差x为横坐标，以误差出现概率密度为横坐标，以误差出现概率密度P(x)为纵坐标，则屡次测量为纵坐标，则屡次测量结果随机误差概率密度可用下列图所表示正态分布曲线表示结果随机误差概率密度可用下列图所表示正态分布曲线表示0+max-maxxP(x)+第22页随机误差特点随机误差特点:1.1.误差绝对值不会超出某一最大误差绝对值不会超出某一最大maxmax含有有界性含有有界性;2.;2.绝对值绝对值小误差出现概率大小误差出现概率大,而绝对值大误差出现概率小而绝对值大误差出现概率小含有含有单蜂性单蜂性;3.;3.绝对值相同正、负误差出现概率相等绝对值相同正、负误差出现概率相等含有对成含有对成性性;4.;4.误差算术平均值伴随测量次数无限增加而趋于零误差算术平均值伴随测量次数无限增加而趋于零具具有抵偿性。有抵偿性。由上可见由上可见,随机误差虽因不可预知而无法防止，但却能够通随机误差虽因不可预知而无法防止，但却能够通过屡次测量，利用其统计规律而到达相互抵偿过屡次测量，利用其统计规律而到达相互抵偿,因而能找到真值因而能找到真值最正确近似值。最正确近似值。在评定测量结果优劣时，通常把随机误差小评为精密在评定测量结果优劣时，通常把随机误差小评为精密度高，把系统误差小评为准确度高，而把这两种误差都小度高，把系统误差小评为准确度高，而把这两种误差都小评为准确度高。评为准确度高。第23页 二二、试验误差分析试验误差分析4、误差起源误差起源*测测测测量量量量仪仪仪仪器器器器及及及及标标标标准准准准量量量量问问问问题题题题：在在许许多多情情况况下下，测测量量仪仪器器上上刻刻度度（或或数数字字显显示示）代代表表了了标标准准值值，如如米米尺尺、温温度度计计等等。不不过过这这种种“标标准准量量”也也并并非非真真正正标标准准，它它与与真真正正标标准准必必有有差差距距。比比如如，米米尺尺两两端端会会有有磨磨损损、刻刻度度不不均均匀匀性性或不够准确、在不一样温度下米尺本身长度有改变等或不够准确、在不一样温度下米尺本身长度有改变等。*测测测测量量量量方方方方法法法法问问问问题题题题：采采取取不不一一样样测测量量方方法法或或测测量量方方法法近近似似往往往往会会得得到到不不一样测量结果。一样测量结果。【例例】为了测量重力加速度，用单摆和用自由落体方法测量出结果也会不一样为了测量重力加速度，用单摆和用自由落体方法测量出结果也会不一样。伏伏安安法法测测电电阻阻时时没没有有考考虑虑电电表表内内阻阻；单单摆摆测测重重力力加加速速度度时时没没有有考考虑虑空空气气阻力等。阻力等。第24页二二、试验误差分析试验误差分析4、误差起源误差起源*测量者问题：不一样测量者估计值会有所不一样。这与测量者位置、熟练程度及仪器所处环境状况等有关。因为测量者判断力和经验不一样，试验最正确时机和条件难以把握而引入误差疲劳造成或精力不集中而把数据读错或统计错。*公式近似问题：这部分误差来源于理论公式近似。【例】牛顿环测透镜曲率半径R2=(R-d)2+r2=R2-2Rd+d2+r2因Rd，故可略去d2项而得r2=2Rd第25页三、不确定度评定意义三、不确定度评定意义不不不不确确确确定定定定度度度度概概概概念念念念：不不不不确确确确定定定定度度度度是是是是指指指指因因因因为为为为测测测测量量量量误误误误差差差差存存存存在在在在而而而而对对对对测测测测量量量量值值值值不能必定不能必定不能必定不能必定程度，是表征被测量真值所处程度，是表征被测量真值所处程度，是表征被测量真值所处程度，是表征被测量真值所处量值范围量值范围量值范围量值范围评定。评定。评定。评定。在在在在测测测测量量量量方方方方法法法法正正正正确确确确情情情情况况况况下下下下，不不不不确确确确定定定定度度度度愈愈愈愈小小小小，表表表表示示示示测测测测量量量量结结结结果果果果愈愈愈愈可可可可靠靠靠靠。反反反反之之之之，不不不不确确确确定定定定度度度度愈愈愈愈大大大大，测测测测量量量量质质质质量量量量愈愈愈愈低低低低，它它它它可可可可靠靠靠靠性性性性愈愈愈愈差差差差，使用价值就愈低使用价值就愈低使用价值就愈低使用价值就愈低。不不不不确确确确定定定定度度度度与与与与误误误误差差差差关关关关系系系系：不不不不确确确确定定定定度度度度和和和和误误误误差差差差是是是是两两两两个个个个不不不不一一一一样样样样概概概概念念念念，前前前前者者者者是是是是在在在在后后后后者者者者理理理理论论论论基基基基础础础础上上上上发发发发展展展展起起起起来来来来，它它它它们们们们都都都都是是是是因因因因为为为为测测测测量量量量过过过过程程程程不不不不完完完完善善善善性性性性引引引引发发发发。误误误误差差差差用用用用于于于于定定定定性性性性地地地地描描描描述述述述理理理理论论论论和和和和概概概概念念念念场场场场所所所所。不不不不确确确确定定定定度度度度用于给出详细数值或进行定量运算分析场所。用于给出详细数值或进行定量运算分析场所。用于给出详细数值或进行定量运算分析场所。用于给出详细数值或进行定量运算分析场所。第26页四、不确定度分类四、不确定度分类1 1、不不确确定定度度评评定定:19921992年年年年，国国国国际际际际标标标标准准准准化化化化组组组组织织织织（ISOISO）公公公公布布布布了了了了测测测测量量量量不不不不确确确确定定定定度度度度表表表表示示示示指指指指南南南南，为为为为世世世世界界界界各各各各国国国国不不不不确确确确定定定定度度度度统统统统一一一一奠奠奠奠定定定定了了了了基基基基础础础础。19931993年年年年ISOISO和和和和国国国国际际际际理理理理论论论论与与与与应应应应用用用用物物物物理理理理联联联联合合合合会会会会（IUPAPIUPAP）等七个国际权威组织又联合公布了指南修订版。等七个国际权威组织又联合公布了指南修订版。等七个国际权威组织又联合公布了指南修订版。等七个国际权威组织又联合公布了指南修订版。2 2、不不确确定定度度定定义义:不不不不确确确确定定定定度度度度是是是是表表表表征征征征测测测测量量量量结结结结果果果果含含含含有有有有分分分分散散散散性性性性一一一一个个个个参参参参数数数数。它它它它是是是是被被被被测测测测量量量量真真真真值值值值在在在在某某某某个个个个量量量量值值值值范范范范围围围围内内内内一一一一个个个个评评评评定定定定。标标标标准准准准不不不不确确确确定定定定度度度度是是是是指指指指以以以以“标标标标准准准准偏偏偏偏差差差差”表表表表示示示示测测测测量量量量不不不不确确确确定定定定度度度度预预预预计计计计值值值值，简简简简称称称称不确定度不确定度不确定度不确定度，记为，记为，记为，记为u。第27页四、不确定度分类四、不确定度分类3.标准不确定度分类标准不确定度分类*在在在在同同同同一一一一条条条条件件件件下下下下屡屡屡屡次次次次测测测测量量量量，即即即即由由由由一一一一系系系系列列列列观观观观察察察察结结结结果果果果统统统统计计计计分分分分析析析析来来来来评评评评定不确定度，简称定不确定度，简称定不确定度，简称定不确定度，简称A A类不确定度，常记为类不确定度，常记为类不确定度，常记为类不确定度，常记为uA。*由由由由非非非非统统统统计计计计分分分分析析析析评评评评定定定定不不不不确确确确定定定定度度度度，简简简简称称称称B B类类类类不不不不确确确确定定定定度度度度，常常常常记记记记为为为为u uB B。*由由由由测测测测量量量量值值值值A A类类类类与与与与B B类类类类不不不不确确确确定定定定度度度度按按按按一一一一定定定定规规规规则则则则算算算算出出出出测测测测量量量量结结结结果果果果标标标标准准准准不不不不确定度，简称合成不确定度确定度，简称合成不确定度确定度，简称合成不确定度确定度，简称合成不确定度u u。第28页五、标准不确定度评定五、标准不确定度评定1.1.A类不确定度类不确定度屡次重复测量时与随机误差相关分量屡次重复测量时与随机误差相关分量2.B类不确定度类不确定度与与未定系统误差相关未定系统误差相关分量分量第29页五、标准不确定度评定五、标准不确定度评定1.A类不确定度类不确定度在相同条件下，对某物理量在相同条件下，对某物理量在相同条件下，对某物理量在相同条件下，对某物理量x x作次作次作次作次n n次次独立独立独立独立测量，得到值测量列为测量，得到值测量列为测量，得到值测量列为测量，得到值测量列为x1，x2，x3，xn ，于是于是于是于是平均值为平均值为平均值为平均值为（1）平均值为测量结果最正确值，它不确定度为平均值为测量结果最正确值，它不确定度为平均值为测量结果最正确值，它不确定度为平均值为测量结果最正确值，它不确定度为（2）第30页【t因子因子】(2)(2)式式式式中中中中，t称称称称为为为为“t因因因因子子子子”，它它它它与与与与测测测测量量量量次次次次数数数数和和和和“置置置置信信信信概概概概率率率率”相相相相关关关关（所所所所谓谓谓谓“置置置置信信信信概概概概率率率率”是是是是指指指指真真真真值值值值落落落落在在在在 范范范范围围围围内内内内概概概概率率率率）。*t因因因因子子子子数数数数值值值值能能能能够够够够依依依依据据据据测测测测量量量量次次次次数数数数和和和和置置置置信信信信概概概概率率率率查查查查表表表表得得得得到到到到，当当当当测测测测量量量量次次次次数数数数较较较较少少少少或或或或置置置置信信信信概概概概率率率率较较较较高高高高时时时时，t1；当当当当测测测测量量量量次次次次数数数数n10且且且且置置置置信信信信概概概概率率率率为为为为68.3时时时时，；在在在在普普普普通通通通物物物物理理理理试试试试验验验验教教教教学学学学中中中中，为为为为了了了了简简简简便便便便，普普普普通通通通取取取取t=1。第31页五、标准不确定度评定五、标准不确定度评定2.B类不确定度类不确定度若若若若对对对对某某某某物物物物理理理理量量量量进进进进行行行行单单单单次次次次测测测测量量量量，那那那那么么么么B B类类类类不不不不确确确确定定定定度度度度由由由由测测测测量不确定度量不确定度量不确定度量不确定度u uB B1 1和仪器不确定度和仪器不确定度和仪器不确定度和仪器不确定度u uB B2 2两部分组成两部分组成两部分组成两部分组成。1 1 1 1、测量不确定度、测量不确定度、测量不确定度、测量不确定度u uB B1 1 测测测测量量量量不不不不确确确确定定定定度度度度u uB B1 1是是是是由由由由估估估估读读读读引引引引发发发发，通通通通常常常常取取取取仪仪仪仪器器器器分分分分度度度度值值值值d d1/2，特殊情况下可取，特殊情况下可取，特殊情况下可取，特殊情况下可取u uB B1 1=d d d d。第32页1 1、测量不确定度、测量不确定度uB1【例例】用用用用分分分分度度度度值值值值为为为为1 1mmmm米米米米尺尺尺尺测测测测物物物物体体体体长长长长度度度度时时时时，在在在在很很很很好好好好地地地地消消消消除除除除视视视视差差差差情情情情况下，测量不确定度可取仪器分度值况下，测量不确定度可取仪器分度值况下，测量不确定度可取仪器分度值况下，测量不确定度可取仪器分度值1/21/2，即，即，即，即 uB1（x）=（1/21/2）1mm1mm=0.5mm；在在在在示示示示波波波波器器器器上上上上测测测测电电电电压压压压时时时时，假假假假如如如如荧荧荧荧光光光光线线线线条条条条较较较较宽宽宽宽、且且且且有有有有微微微微小小小小抖抖抖抖动动动动，则则则则测测测测量量量量不不不不确确确确定定定定度度度度也也也也可可可可取取取取仪仪仪仪器器器器分分分分度度度度值值值值1/2，若若若若仪仪仪仪器器器器分分分分度度度度值值值值为为为为0.2V，那么测量不确定那么测量不确定那么测量不确定那么测量不确定度为度为度为度为 uB1（x）=（1/2）0.2V=0.1V；用观察远处物体成像方法粗测透镜用观察远处物体成像方法粗测透镜用观察远处物体成像方法粗测透镜用观察远处物体成像方法粗测透镜焦距，所用钢尺分度值焦距，所用钢尺分度值焦距，所用钢尺分度值焦距，所用钢尺分度值为为为为1mm，此时测量不确此时测量不确此时测量不确此时测量不确定度定度定度定度uB1(x)可取可取可取可取1mm，甚至能够更大。甚至能够更大。甚至能够更大。甚至能够更大。第33页仪器不确定度仪器不确定度仪器不确定度仪器不确定度uB2由仪器本身特征所决定，定义为由仪器本身特征所决定，定义为由仪器本身特征所决定，定义为由仪器本身特征所决定，定义为uB2(x x)=)=a a/c c（3）其其其其中中中中,a是是是是仪仪仪仪器器器器说说说说明明明明书书书书上上上上所所所所标标标标明明明明“最最最最大大大大误误误误差差差差”或或或或“不不不不确确确确定定定定度度度度限限限限值值值值”，c是是是是一一一一个个个个与与与与仪仪仪仪器器器器不不不不确确确确定定定定度度度度uB2(x x)概概概概率率率率分分分分布布布布特特特特征征征征相相相相关关关关常数，称为常数，称为常数，称为常数，称为“置信因子置信因子置信因子置信因子”。仪仪仪仪器器器器不不不不确确确确定定定定度度度度 uB2(x x)概概概概率率率率分分分分布布布布通通通通常常常常有有有有正正正正态态态态分分分分布布布布、均均均均匀匀匀匀分布、三角形分布以及反正弦分布、两点分布等。分布、三角形分布以及反正弦分布、两点分布等。分布、三角形分布以及反正弦分布、两点分布等。分布、三角形分布以及反正弦分布、两点分布等。2 2、仪器不确定度、仪器不确定度uB2第34页【注注】*对对对对于于于于正正正正态态态态分分分分布布布布、均均均均匀匀匀匀分分分分布布布布和和和和三三三三角角角角形形形形分分分分布布布布，置置置置信信信信因因因因子子子子分分分分别别别别取取取取和和和和 。假假假假如如如如仪仪仪仪器器器器说说说说明明明明书书书书上上上上只只只只给给给给出出出出不不不不确确确确定定定定度度度度限限限限值值值值（即即即即最最最最大大大大误误误误差差差差），却却却却没没没没相相相相关关关关于于于于不不不不确确确确定定定定度度度度概概概概率率率率分分分分布布布布信信信信息息息息，则则则则普通可用均匀分布处理，即普通可用均匀分布处理，即普通可用均匀分布处理，即普通可用均匀分布处理，即。*有些仪器说明书没有直接给出其不确定度限值有些仪器说明书没有直接给出其不确定度限值有些仪器说明书没有直接给出其不确定度限值有些仪器说明书没有直接给出其不确定度限值a，但给出，但给出，但给出，但给出了仪器准确度等级，则其不确定度限值了仪器准确度等级，则其不确定度限值了仪器准确度等级，则其不确定度限值了仪器准确度等级，则其不确定度限值a需经计算才能得到。需经计算才能得到。需经计算才能得到。需经计算才能得到。2 2、仪器不确定度、仪器不确定度uB2第35页六、标准不确定度合成与传递六、标准不确定度合成与传递1.1.合成合成*在在在在相相相相同同同同条条条条件件件件下下下下，对对对对进进进进行行行行屡屡屡屡次次次次测测测测量量量量时时时时，待待待待测测测测量量量量标标标标准准准准不不不不确确确确定定定定度度度度由由由由A类不确定度和仪器不确定度类不确定度和仪器不确定度类不确定度和仪器不确定度类不确定度和仪器不确定度uB2合成而得，即合成而得，即合成而得，即合成而得，即 其中，其中，其中，其中，uB2(x)值值值值依据对应概率分布进行估算。依据对应概率分布进行估算。依据对应概率分布进行估算。依据对应概率分布进行估算。第36页*待测量待测量待测量待测量 x 为为为为单次测量单次测量单次测量单次测量值时，有值时，有值时，有值时，有u(x)待测量标准不确定度；待测量标准不确定度；待测量标准不确定度；待测量标准不确定度；uB1(x)测量不确定度；测量不确定度；测量不确定度；测量不确定度；uB2(x)仪器不确定度。仪器不确定度。仪器不确定度。仪器不确定度。六、标准不确定度合成与传递六、标准不确定度合成与传递1.1.合成合成第37页若若,且各且各xi相互独立相互独立,则测量则测量结果结果y标准不确定度标准不确定度u(y)传递公式为传递公式为六、标准不确定度合成与传递六、标准不确定度合成与传递2.间接测量结果误差传递间接测量结果误差传递第38页*若若若若，则测量结果，则测量结果，则测量结果，则测量结果 y y 标准不确度标准不确度标准不确度标准不确度若若若若 则则则则 六、标准不确定度合成与传递六、标准不确定度合成与传递2.间接测量结果误差传递间接测量结果误差传递第39页若若u(x)表表示示是是待待测测量量真真值值在在一一定定置置信信概概率率下下可可能能存存在范围，则测量结果在范围，则测量结果x表示为表示为 xu(x)或或x1+【例】L L=(1.050.02)mm=1.05(12=(1.050.02)mm=1.05(12)mm)mm七、不确定度表示七、不确定度表示第40页八、实验数据有效位数确定在在试试验验中中我我们们所所测测被被测测量量都都是是含含有有误误差差数数值值，对对这这些些数数值值不不能能任任意意取取舍舍，应应反反应应出出测测量量值值准准确确度度。所所以以在在统统计计数数据据、计计算算以以及及书书写写测测量量结结果果时时，应应依依据据测测量量误误差差或或试试验验结果不确定度来定出终究应取几位有效位数。结果不确定度来定出终究应取几位有效位数。一一组组数数字字，只只有有最最末末一一位位是是可可疑疑（即即有有误误差差），而而其其余数字均为准确，则这组数字称为余数字均为准确，则这组数字称为有效数字有效数字。【例例例例】x=0.0035 两位有效数字两位有效数字 x=3.500 四位有效数字四位有效数字 x=3.5 两位有效数字两位有效数字第41页1.1.直接测量量（原始数据）读数应反直接测量量（原始数据）读数应反应仪器准确度应仪器准确度游标类器具游标类器具（游标卡尺、分游标卡尺、分光计度盘、大气光计度盘、大气压计等压计等）读至游）读至游标最小分度整数标最小分度整数倍，即不需估读。倍，即不需估读。第42页1.1.直接测量量（原始数据）读数应反直接测量量（原始数据）读数应反应仪器准确度应仪器准确度数显仪表及有数显仪表及有十进步式标度十进步式标度盘仪表盘仪表（电阻箱、电阻箱