不确定度(2013-2)

1、华中科技大学华中科技大学物理实验中心物理实验中心物理实验绪论课内容要求物理实验绪论课内容要求1、物理实验课的地位与作用、物理实验课的地位与作用2、物理实验的基本程序、物理实验的基本程序3、误差与不确定度的基本知识、误差与不确定度的基本知识4、测量量的不确定度评估、测量量的不确定度评估5、有效数字与测量数据的预处理、有效数字与测量数据的预处理6、实验数据处理的常用方法、实验数据处理的常用方法7、物理实验课上课须知、物理实验课上课须知通通 知知1 1、班长或学习委员带上、班长或学习委员带上班级同学名单班级同学名单（学（学号和姓名）（包括留学生），于上绪论课后号和姓名）（包括留学生），于上绪论课后的

2、第二天，到科技楼北楼的第二天，到科技楼北楼117117室确认同学信室确认同学信息，领取息，领取实验卡实验卡。2 2、第一段做实验的班级在第、第一段做实验的班级在第3 3周星期五之前周星期五之前各班班长带各班班长带3030元押金到科技楼北楼元押金到科技楼北楼315315室尤室尤小平老师处领取报告柜钥匙。小平老师处领取报告柜钥匙。3 3、各班一定要、各班一定要在实验课结束一个星期内在实验课结束一个星期内，将报告柜钥匙及实验卡交回到科技楼北楼将报告柜钥匙及实验卡交回到科技楼北楼315315室，过期交还者将不退还押金。室，过期交还者将不退还押金。4 4、科技楼北楼、科技楼北楼117117室有实验报告纸

3、、数据记室有实验报告纸、数据记录纸和坐标纸，以班级为单位前去购买。录纸和坐标纸，以班级为单位前去购买。5.5.学生要看预约必读学生要看预约必读 课课 后后 任任 务务1 1、完成书面作业、完成书面作业练习题第练习题第4 4题题、 和第和第7 7 题题 （要求写在（要求写在实验报告纸上实验报告纸上）。）。2 2、必须在第、必须在第3 3周星期三、四、五以班为单位收周星期三、四、五以班为单位收齐后将作业交到齐后将作业交到科技楼北楼科技楼北楼315室尤小平老室尤小平老师处，师处，过期不收。过期不收。 物 理 实 验 课 须 知物 理 实 验 课 须 知一、物理实验课程序一、物理实验课程序 1 1、预

4、约实验、预约实验 2 2、预习并撰写预习报告、预习并撰写预习报告 3 3、独立完成实验如实记录数据独立完成实验如实记录数据 4 4、按要求处理数据并完成实验报告按要求处理数据并完成实验报告 5 5、按时将实验报告交到指定位置按时将实验报告交到指定位置 二、物理实验课预约二、物理实验课预约 IP：218.199.86.171学生学号为不含字母的学生学号为不含字母的全部数字。全部数字。如如U201011089,U201011089,登录时用登录时用201011089201011089 初始密码：初始密码： 123456123456建议第一次登录后立即建议第一次登录后立即修改密码，新密码不要修改密码

5、，新密码不要含有字母含有字母, ,字数不要超过字数不要超过8 8位。位。科技楼北楼二楼大厅触科技楼北楼二楼大厅触摸屏摸屏2424小时可使用。小时可使用。三、物理实验中心网站物理实验中心网站IPIP：218.199.86.172218.199.86.172 四、物理实验注意事项四、物理实验注意事项 1 1、物理实验课、物理实验课5656学时，分两个学期进行：学时，分两个学期进行： 物理实验（物理实验（1 1）2828学时在春季学期开课，学时在春季学期开课， 物理实验（物理实验（2 2）2828学时在秋季学期开课。学时在秋季学期开课。 2 2、每个学期分两段上课，不允许跨段修课和考试。、每个学期分

6、两段上课，不允许跨段修课和考试。 3 3、要求每个学生在规定时间内选做、要求每个学生在规定时间内选做规定个数规定个数的实验的实验，并提交实验报告。，并提交实验报告。 春季学期选做春季学期选做6 6个实验个实验+ +绪论作业绪论作业），）， 秋季学期选做秋季学期选做7 7个实验。个实验。 4 4、物理实验采用先预约后实验的方式上课，预约后、物理实验采用先预约后实验的方式上课，预约后要经常要经常看预约网上的通知看预约网上的通知。有关物理实验的事项都。有关物理实验的事项都将在网上通知，不再对各个班单独通知。将在网上通知，不再对各个班单独通知。5 5、每次课每次课4 4学时（学时（3 3小时），不允许

7、迟到、旷课或早小时），不允许迟到、旷课或早退退 。 迟到迟到3030分钟以内，一次从总成绩中扣分钟以内，一次从总成绩中扣0.50.5分，分，迟到迟到3030分钟以上，计算机自动做旷课论处，不再允分钟以上，计算机自动做旷课论处，不再允许学生做实验，许学生做实验，旷课旷课一次从总成绩中扣一次从总成绩中扣3 3分。分。6 6、课前应按要求写好实验课前应按要求写好实验预习报告预习报告，上实验课时，上实验课时不不带带实验预习报告者，从操作分中扣实验预习报告者，从操作分中扣3030分。分。7 7、实验时刷卡签到，并确认信息是否正确，不刷卡实验时刷卡签到，并确认信息是否正确，不刷卡者以迟到论处。者以迟到论处

8、。8 8、若有事不能做实验，提前一天同学们自己可以若有事不能做实验，提前一天同学们自己可以在在网上撤销实验，当天有网上撤销实验，当天有急事急事不能做实验，可到教室不能做实验，可到教室找任课教师找任课教师请假请假，请假不扣分。，请假不扣分。9 9、旷课或请假后，同学应尽快重新预约。旷课或请假后，同学应尽快重新预约。物理实验物理实验的仪器套数是有限的，同学们要合理的安排自己的的仪器套数是有限的，同学们要合理的安排自己的实验，实验，不要轻易请假和旷课不要轻易请假和旷课。 10 10、实验时按实验设备号坐定，不要乱动别实验时按实验设备号坐定，不要乱动别组的仪器设备，严格按照操作规程操作仪器。组的仪器设

9、备，严格按照操作规程操作仪器。1111、完成实验后，预习报告和记录草稿都应、完成实验后，预习报告和记录草稿都应交指导教师检查并交指导教师检查并签字签字。1212、每个同学应独立完成实验，认真观察实、每个同学应独立完成实验，认真观察实验现象，实事求是记录数据，不允许抄袭、验现象，实事求是记录数据，不允许抄袭、造假、涂改原始数据。造假、涂改原始数据。1313、离开实验室前，关闭电源开关，并应整、离开实验室前，关闭电源开关，并应整理好所用仪器，做好清洁卫生。理好所用仪器，做好清洁卫生。1414、实验报告、实验报告连同数据记录草稿纸连同数据记录草稿纸应在完成应在完成实验的下实验的下一周内一周内交到交到

10、有关实验室有关实验室的报告柜内。的报告柜内。1515、发现自己的信息不对或转发现自己的信息不对或转专业专业要更改信要更改信息，请到科技楼北楼息，请到科技楼北楼117室登记，进行信息更室登记，进行信息更改。改。五、物理实验报告要求五、物理实验报告要求 1 1、信息齐全、格式规范。、信息齐全、格式规范。2 2、字体工整、干净整洁。、字体工整、干净整洁。3 3、表述正确、层次清楚。、表述正确、层次清楚。4 4、图表合理、讨论认真。、图表合理、讨论认真。指发报告柜号指发报告柜号每个班一个号每个班一个号填写预约时系统填写预约时系统所给的编号所给的编号实验课前需要完实验课前需要完成的部分成的部分实验课后需

11、要完实验课后需要完成的部分成的部分六、物理实验考核与重修六、物理实验考核与重修1 1、成绩评定：平时、成绩评定：平时70%70%+ +考试考试30%30% 平时：课堂操作平时：课堂操作50%+50%+实验报告实验报告50%50%2 2、考试方式：、考试方式：闭卷闭卷笔试考试（笔试考试（120120分钟）分钟）3 3、考试范围：绪论与所选实验、考试范围：绪论与所选实验4 4、考试时间与地点：由学校教务处通知、考试时间与地点：由学校教务处通知5 5、物理实验、物理实验不及格只有重修不及格只有重修，没有补考，没有补考6 6、不及格者按学期跟下一年级从头重修、不及格者按学期跟下一年级从头重修 物理实验

12、（物理实验（1 1）不及格者在春季重修）不及格者在春季重修 物理实验（物理实验（2 2）不及格者在秋季重修）不及格者在秋季重修实验名称实验名称实验讲义实验讲义实验室实验室实验房间实验房间1示波器的调节和使用示波器的调节和使用第一册第一册科技楼北楼111、1132多功能摆的设计与研究多功能摆的设计与研究第一册第一册科技楼北楼205、2103分光计的调整与折射率测定分光计的调整与折射率测定第一册第一册科技楼北楼203、2044密立根油滴实验密立根油滴实验第二册第二册科技楼北楼218、2205超声声速的测量超声声速的测量第一册第一册科技楼北楼116、1206电子元件伏安特性的测量电子元件伏安特性的测

13、量第一册第一册科技楼北楼110、1127直流电桥及其应用直流电桥及其应用第一册第一册科技楼北楼104、1058霍尔效应与应用设计霍尔效应与应用设计第一册第一册科技楼北楼211、214春季学期实验项目春季学期实验项目由于设备更新，由于设备更新，5 5、6 6、7 7三个实验与书三个实验与书上有些差别，为了方便同学们写预习报告和上有些差别，为了方便同学们写预习报告和实验，在网上挂有电子版讲义。实验，在网上挂有电子版讲义。I IP:218.199.86.171/bbsP:218.199.86.171/bbs实验目的培养学生设计实验方案的能力 组装实验系统的能力观察实验现象的能力分析实验数据的能力表述

14、实验结果的能力主要来源 ：仪器误差 ： (如仪器未校零，不适当安装与 操作）实验原理（方法）误差：（如理论模型， 测量方法不理想，实验条件不同于标准条件） 个人误差与环境误差例：伏安法测电阻，电流表内阻带来的误差 原式 修正式VIR已定系统误差未定系统误差符号和绝对值已经确定的系统误差符号和绝对值未经确定的系统误差（可消除、修正或降低影响）IVR IRIVR（可估计其误差限）随机误差：随机误差：n相同条件下多次测量同一量时以不可预知的方式变化的误差，总体服从一定的 统计规律，可以用统计方法估算。其特点是随机性，服从统计规律。n主要来源：环境不规律变动，外界振动，系统零件不稳定。n xx,Y()

15、-+正态分布22221)(ey n服从统计规律，可以用统计方法估算。niixnx11)1(21nnxxnii标准差标准差： 由于观测者未正确地使用仪器、观察错误或记录错数据等不正常情况下引起的误差。应将其剔除。 = 2.72710.0003（ g/cm） （=0.683） Auuyyuur)(yUUprniixnx11112nnxxnuniiAnn,AAuxuxnApAutU 9191iibb42.369 mm n tpp3 34 45 56 67 78 89 90.680.681.321.321201201.141.141.111.111.091.091.081.081.071.070.95

16、0.954.304.303.183.182.782.782.572.572.452.452.372.372.312.3191219369.42iix 0.064mm9064.0nubA0.021mmn9，查表得 AutU68. 068. 0=1.070.0210.022 mmP=0.95，tp = 2.31AutU95. 095. 0=2.310.0210.048 mmP=0.68，tp = 1.07仪uuB3仪pkCkp仪 2) 2)用仪器误差用仪器误差仪仪代替仪器不确定度代替仪器不确定度仪uuB22)(BAuuxu2295. 02295. 095. 0)()()(仪ABAutuutxU)9

17、5.0(p2268. 02268. 068. 0)3()()(仪ABAutuutxU)68.0(p)(xUxxP 单次单次测量的不确定度用测量的不确定度用B B类标准不类标准不确定度确定度( ( u uB B ) )来评定来评定。 仪BBBAcuuuuu2220nxxx,.,21测量列：类不确定度类不确定度类不确定度类不确定度niixnx11期望值：112nnxxnuniiACkuuupBB仪仪仪22)(BAcuuxu合成不确定度：)68. 0()3()()95. 0()()(2268. 068. 02295. 095. 0putxUputxUAA仪仪扩展不确定度：）（单位）结果表述：pxUx

18、xP)(mjxxxx,21 ),(21mjxxxxfy )(),.(),(21mxUxUxU)()(2122jmjjxUxfyU)(ln)(2122jmjjrxUxfyUixf和ixfln称为不确定度的传递系数 yyUUr)(求解标准不确定度传递公式的求解标准不确定度传递公式的步骤：步骤：1。对于和差函数，可直接对函数全微分，。对于和差函数，可直接对函数全微分，对于商积函数先取对数再求全微分；对于商积函数先取对数再求全微分；2。合并同一分量的系数，合并时有的项。合并同一分量的系数，合并时有的项可以相互抵消，得到最简单的形式；可以相互抵消，得到最简单的形式； 3。系数取绝对值，将微分符号改为不确

19、。系数取绝对值，将微分符号改为不确定度符号，求平方和，开根号。定度符号，求平方和，开根号。 dzdxdNZXN22)()(4)()()(4)(22222zUxUNUzUxUNU24dIjddddIIjdjIndInIInInInj12124)()2()()1()()()2()()1()(222222222dUdIUIjUdUdIUIjUrr lUlAlAUlAAlAUdllAldAlAAlAAdAlAldlAdAfdfInAInlAInInfAlAfr2222222222222222222222)(2)(224)(42)(yUyy).,(21mxxxfy 其中 当待测物理量有当待测物理量有公认

20、标准值或理论公认标准值或理论值时，其相对不确定度可表示为值时，其相对不确定度可表示为：%100理论值理论值测量值ru有效数字及有关规定有效数字有效数字 由测量（计算）结果中准确数字和最后一位可疑数字构成 有效数位有效数位 有效数字的位数（决定于仪器精度及被测量量的大小） 0.0034（二位有效数字） 0.00340（三位有效数字） 12.0mm(可能是米尺测出的） 12.000mm（可能是千分尺测出的） nmmmm271050. 31050. 3000350. 0运算结果应符合有效数字运算法则运算结果应符合有效数字运算法则多余存疑数字按规定法则取舍多余存疑数字按规定法则取舍拟舍弃数字不等于拟舍

21、弃数字不等于5时，大于时，大于5则进，小于则进，小于5则则舍。拟舍弃数字等于舍。拟舍弃数字等于5时，欲保留数字末位是奇时，欲保留数字末位是奇数则进，是偶数则舍。数则进，是偶数则舍。 a=37.24 a=37.2 =37.250 =37.2 c=37.15 c=37.2 结果表述中不确定度一般取结果表述中不确定度一般取1位有效数字，相对位有效数字，相对不确定度取不确定度取1到到2位有效数字，测量值有效数字位有效数字，测量值有效数字尾数与不确定度尾数应对齐（特例）尾数与不确定度尾数应对齐（特例）)(20056000gm)(10)02. 060. 5(4gm 列表法温度温度 t ( C )20.025.030.035.040.045.0电阻电阻R R ( )21981869153012671034890T273.2+t(K)293.2298.2303.2308.2313.2318.2110-3/T(1/K)3.4113.3533.2983.2453.1933.1431nRT7.6957.5337.3337.1446.9416.79半导体热敏电阻的电阻与温度的关系半导体热敏电阻的电阻与温度的关系 作图法作图规则作图规则1 1、选取坐标纸、选取坐标纸2 2、定坐标轴、定坐标轴v