大学物理实验数据处理基础知识.ppt

大学物理实验课程绪论 教师：彭莉 2011-11-10 　武汉理工大学物理实验中心 课程的基本程序和要求 数据处理基础知识 一、测量 1、概念 测量就是以确定被测量对象的量值为目的的所有操作。 记录下来的测量结果应该包含测量值的大小和单位，二者缺一不可。 2、测量的分类 按测量方式分：直接测量和间接测量 　直接测量：待测物理量的大小可以从选定好的测量仪器或仪表上直接读出来的测量。相应的待测物理量称为直接测量量。 间接测量：待测物理量需根据直接测量的值，通过一定的函数关系，才能计算出来的测量过程。相应的待测量称为间接测量量。 按测量条件分：等精度测量和不等精度测量 等精度测量：在相同的测量方法和条件下，多次测量同一个物理量。 不等精度测量：在不同的测量方法和条件下，多次测量同一个物理量。 二、误差 2、误差 系统误差 概念：在相同的条件下，多次测量同一物理量时，若误差的大小及符号都保持不变或按一定规律变化，这种误差称为系统误差。 特征：系统误差表现出恒偏大、恒偏小或周期性的特点。增加测量次数系统误差不能减少。 来源：仪器、理论、观测等 处理方法：修正已定系统误差；估计未定系统误差分布范围 　 随机误差 概念 ：在相同条件下，多次测量同一物理量时，若误差的大小和符号都不确定，这种误差称为随机误差。 特征：随机误差的绝对值和符号以不可预知的方式变化，随机误差使测量值围绕某一平均值上下涨落。 来源：环境、观测者等。 处理方法：取多次测量的平均值有利于消减随机误差。 下面的三个靶图，形象地表明随机误差和系统误差的大小 三、误差的估算 定义：测量值 与相同条件下多次测量所得平均值 的差值称为偏差或残差，记为 ，即 四、测量结果的评定 不确定度的数值一般包含几个分量，按不确定度的数值评定方式，可分为 A类不确定度——用统计方法确定的分量 B类不确定度——用其他方法确定的分量 要计算不确定度，首先要求出所有的 A类和B类分量，然后再合成不确定度。 1、直接测量量的A类标准不确定度的计算 A类标准不确定度用一个测量列的算术平均值 的实验标准偏差 表示，记为 ，即 使用此式时，测量次数n应充分多，一般认为n应大于6。 2、直接测量量的B类标准不确定度的计算 如果已知被测量的测量值 分散区间的半宽为a，且落在 至 区间的概率为100%，通过对其分布规律的估计可得出B类标准不确定度u为： 是包含因子，取决于测量值的分布规律。 直接测量量的B类标准不确定度的估算流程图 3、直接测量量的合成标准不确定度 A类和B类不确定度的合成标准不确度 ： 4、间接测量量的不确定度计算 5、扩展不确定度的计算 五、测量结果的表达 数据处理的步骤 数据处理的步骤 六、有效数字及其运算规则 (1)仪器的读数规则 首先读出能够从仪器上直接读出的准确数字，对余下部分再进行估计读数。 (3) 对有效数字的几点说明 单位的变换不能改变有效数字的位数。如 2.327kg=2.327×10-3t=2327g= 2.327×106mg 2、直接测量量的有效数字 (2)数显仪表及有十进步式标度盘的仪表（电阻箱、电桥、电位差计、数字电压表等）一般应直接读取仪表的示值。 (3)米尺、指针式仪表这类的刻度式仪器，应估读到最小分度值的1/10（不能估读到0.1分度下）。 3、中间运算结果的有效位数 1.采用四舍五入法对有效数字进行取舍. 2.加减法: 结果的可疑位与参与运算数据中存疑位数量级最高的对齐. 例如: 2.327+10.8=13.127 2.327+10.8=13.1 3.乘除法: 结果的有效数字的位数与参与运算数据中有效数字位数最少的相同. 例如：2327×108=251316 2327×108=2.51×105 4.π、g等或者在公式中出现的常数可视为无穷多位，使用时所取的位数不少于参与运算数据中位数最少的。 例如：V=πD2/4 =3.142×2.3272÷4 或者 =3.1416×2.3272÷4 七、数据处理的几种基本方法 1、列表法 测电阻伏安特性数据记录表 2、作图法 逐差法就是将2q(q≥2)个测量数据按如下的方式分为前后两组： x1,x2,…xq； xq+1,xq+2