高二物理竞赛测量误差与数据处理课件

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物理实验是研究物质运动一般规律及物质基本结构的科学，它必须以客观事实为基础，必须依靠观察和实验。物理学是一门实验科学，无论物理概念的建立还是物理规律的发现都必须以严格的科学实验为基础，并通过今后的科学实验来证实。

物理实验在物理学的发展过程中起着重要的和直接的作用：物理实验的重要作用2

实验可以发现新事实，实验结果可以为物理规律的建立提供依据经典物理学（力学、电磁学、光学）规律是由以往的无数实验事实为依据来总结出来的。X射线、放射性和电子的发现等为原子物理学、核物理学等的发展奠定了基础。卢瑟福从大角度α粒子散射实验结果提出了原子核基本模型。3

实验又是检验理论正确与否的重要判据

理论物理与实验物理相辅相成。规律、公式是否正确必须经受实践检验。只有经受住实验的检验，由实验所证实，才会得到公认。1905年爱因斯坦的光量子假说总结了光的微粒说和波动说之间的争论，能很好地解释勒纳德等人的光电效应实验结果，但是直到1916年当密立根以极其严密的实验证实了爱因斯坦的光电方程之后，光的粒子性才为人们所接受。电磁场理论的提出与公认假说库仑定律安培定律高斯定律法拉第定律麦克斯韦在1865年提出电磁场理论麦克斯韦方程组统一了电、磁、光现象,预言了电磁波的存在并预见到光也是一种电磁波1879年赫兹实验发现了电磁波的存在并证实电磁波的传播速度是光速电磁场理论才得到公认二十多年后4

物理实验课程的目的

我们的物理实验课程不同于一般的探索性的科学实验研究，每个实验题目都经过精心设计、安排，实验结果也比较有定论，它是对学生进行基础训练的一门重要课程。

它不仅可以加深大家对理论的理解，更重要的是可使同学获得基本的实验知识，在实验方法和实验技能诸方面得到较为系统、严格的训练，是大家从事科学实验的起步，同时在培养科学工作者的良好素质及科学世界观方面，物理实验课程也起着潜移默化的作用。

希望同学们能重视这门课程的学习，经过一年的时间，真正能学有所得。5测量误差与数据处理第一章1.1测量与误差1.2随机误差的处理1.3测量结果的表示与不确定度1.4有效数字及运算规则1.5实验数据处理基本方法61.1测量与误差

测量，就是将待测物理量直接或间接地与规定为标准单位的同类物理量进行比较，得到比值的过程。1.1.1测量

这个比值或倍数就是待测物理量的测量值，加上相应的单位就构成一个完整的“物理量”。

即，测量结果应包括数值和单位。7数值单位

如：用米尺测量身高

如：用电表测量电流用电桥测量电阻①借助于一定的仪器或量具；②依据一定的原理或方法；③采用某一标准单位。各物理量的单位采用国际单位制（SI）为基础的单位8直接测量

指无需对被测的量与其它实测的量进行函数关系的辅助计算而可直接得到被测量值的测量。直接测量间接测量测量9间接测量

指利用直接测量的量与被测量之间的已知函数关系经过计算从而得到被测量值的测量。大量的物理量是靠间接测量得到的直接测量是基础，间接测量依赖于直接测量10等精度测量定义：指具有同样精确程度的测量。要求：对某一物理量多次测量中，每次测量的条件相同(仪器、方法、操作者和环境均不变)。等精度测量得到的一组数据称为测量列例如：2.01s,2.00s,2.02s,……,1.99s11

尽管每一次测量的结果不同，但无任何理由判断哪一次测量更精确，只能认为它们的测量精度是完全相同的。严格地说，实验中保持完全相同的条件是极端困难的，但当某一条件的变化对测量结果影响不大，甚至可以忽略时，可视为等精度测量。121.1.2误差

误差：测量值与待测量的真值之间的差值。真值：待测量客观存在的值。13真值的分类：①理论真值或定义真值②计量学约定真值③标准仪器相对真值如三角形的三个内角和等于180度。用比被校仪器更高级别的标准仪器的量值作为真值。量程2A,0.5级(1.80A),0.1级(1.802A)由国际计量大会决议约定的值如：基本物理常数中的冰点绝对温度14问题：能否得到待测量的真值？回答：真值是一个理想的概念。真值在任何情况下都无法测出，只能使结果接近真值。任何测量结果都有误差！

我们得到是含有一定误差的近似值。换言之：误差自始置终存在于一切科学实验的测量之中。15①(绝对)误差真值测量值误差的表示方法若误差用△x表示，则由定义可知：反映测量结果偏离真值的大小和方向。对月地距离对某人身高16

相对误差能全面评价测量结果的优劣，比绝对误差更有实际意义。②相对误差根据误差产生的原因和性质的不同①系统误差②随机误差17保持不变或以可预知方式变化的误差分量

①方法误差：实验理论近似或方法不完善

如用伏安法测电阻没有考虑电表内阻的影响。1.系统误差

单摆测重力加速度时取带来的误差等。（1）来源18③环境误差：实验环境、测量条件不合要求

如标准电池是以20℃时的电动势数值作为标称值的，若在30℃条件下使用时，如不加以修正就引入了系统误差。

如仪器刻度不准、零点位置不正确、仪器的水平或铅直未调整、天平不等臂等。

E20＝1.01860V②仪器误差：仪器固有缺陷19④人员误差：操作者生理或心理因素系统误差的特征：确定性如计时的滞后，习惯于斜视读数等

(2)系统误差可分为：已定系统误差未定系统误差20①已定系统误差

指绝对值和符号都已确定、可估算出的系统误差分量。如：初读数值不为“0”

使每次测量的结果都偏小。21②未定系统误差

指实验过程中，以某一规律变化的系统误差，一般只能估计其限值。例：米尺受热膨胀，使测量结果变为:

22(3)系统误差的处理方法②修正实验结果；①完善实验理论；测量值为:

结果为:已知：23③校准实验仪器；④改进实验方法。AVIAIVIRIA=IR+IVIAIRAVGEIVIA=IRV-A法测R补偿法测R24以不可预知的方式变化着的误差分量①环境起伏变化

如气流、温度、湿度、电压以及杂散电磁场的不规则脉动等引起的误差。

2.随机误差

随机误差是由实验中各种因素的微小变动性引起的，主要有：②实验装置的变动性

如仪器精度不高，稳定性差，测量示值变动等。25③判断、读数估计的差异随机误差的特征：偶然性

如观察者感官灵敏度、操作熟练程度以及估计读数的随机性。

这些因素的共同影响使测量结果围绕测量的平均值发生有涨落的变化，这一变化量就是各次测量的随机误差。26如：测单摆摆动50个周期的时间:t1.9898.651.961.98

1.881.97T(s)98.198.8

94.298.4t(s)4321n

除系统误差和随机误差外，还可能发生读数、记录上的错误，仪器损坏、操作不当等造成的错误。错误不是误差。错误与错误数据首先是防止出错,其次要尽早发现错误27精密度：