直接测量不确定度的计算A类不确定度的计算课件.ppt
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1、实验选课该实验课实行网上选课 :网址:202.207.14.87或从理工学院“实验选课系统”进入首先认真阅读选课必读选课必读,然后把最近的预备实验选完;以后再选其它实验。实验纪律1、实验前必须认真预习,阅读仪器使用说明,网上查看课件,写出预习报告,经教师检查同意后方可进行实验,无预习报告者取消实验资格无预习报告者取消实验资格。 2、迟到超过超过15分钟分钟者教师有权取消其本次实验资格;3、严禁伪造和抄袭数据伪造和抄袭数据,一经发现,取消实验资格。 4、爱护仪器设备,严禁偷窃实验仪器,一经发现,并上报学校给予相应的处分。 5、做完实验,学生应将仪器整理还原,将桌面和凳子收拾整齐,经教师审查测量数
2、据并签字后,方可离开实验室。 6、实验报告应在实验后一周内一周内交实验室信箱。 7、请假必须有院办的假条院办的假条,无故旷课在最后平均成绩里扣1.5分。 一一. .测量测量1.1.测量的含义测量的含义2.2.测量的分类测量的分类二二. .误差误差1. 1. 绝对误差与相对误差绝对误差与相对误差3 3误差的分类误差的分类2 2误差来源误差来源1.1.测量的含义测量的含义 测量就是把待测物理量测量就是把待测物理量与作为计量单位的同类已知与作为计量单位的同类已知量相比较,找出被测量是单量相比较,找出被测量是单位的多少倍的过程。位的多少倍的过程。一一. .测量测量2.2.测量的分类测量的分类按方法分类
3、:按方法分类: 1.1.直接测量直接测量 2.2.间接测量间接测量 先直接测量一些其他相关量,再用物先直接测量一些其他相关量,再用物理公式计算出结果,这称为理公式计算出结果,这称为间接测量间接测量。 用量具或仪表直接读出测量值的,用量具或仪表直接读出测量值的,称为称为直接测量。直接测量。例如:用刻度尺测长度、用电流表测电流等。例如:在测电阻R时,可用电压表直接测电阻两端电压U值、用电流表直接测电阻上通过的电流I值,再用公式R=U/I计算出电阻R值,对电阻的测量就属于间接测量。 2.2.测量的分类测量的分类按条件分类:按条件分类: 1.1.等精度测量等精度测量 2.2.非等精度测量非等精度测量
4、如果对某一物理量重复地测量了多次如果对某一物理量重复地测量了多次,而且每次测量都是在而且每次测量都是在相同条件相同条件下下(同一仪器、同一仪器、同一方法、同一环境、同一观察者同一方法、同一环境、同一观察者)进行的,进行的,这时我们没有根据指出某一次测量比另一这时我们没有根据指出某一次测量比另一次更准确些,认为每次测量都是在相同精次更准确些,认为每次测量都是在相同精度下测得的,这称为度下测得的,这称为等精度测量等精度测量。 如果在多次测量中,其中每次如果在多次测量中,其中每次条件有条件有了变化了变化,那么在条件改变下的测量就是,那么在条件改变下的测量就是非非等精度测量等精度测量。 大学物理实验中
5、的重复测量都认大学物理实验中的重复测量都认为是在相同条件下的等精度测量。为是在相同条件下的等精度测量。 二二. . 误差误差1. 1. 绝对误差与相对误差绝对误差与相对误差3 3误差的分类误差的分类2 2误差来源误差来源1. 1. 绝对误差与相对误差绝对误差与相对误差. .绝对误差绝对误差. .相对误差相对误差100%NEN(iNNN误差)测量值) (真值). .仪器仪器 2. 2. 误差来源误差来源. .方法方法. .环境环境. .人员人员3. 3. 误差的分类误差的分类. .系统误差系统误差特点:特点:确定性确定性. .随机误差随机误差随机性随机性特点:特点:可通过多次测量来减小可通过多次
6、测量来减小可用特定方法来消除可用特定方法来消除替代法抵消法交换法半周期偶数观测法对称观测法一、不确定度的概念一、不确定度的概念二、不确定度的分类二、不确定度的分类三、直接测量不确定度的计算三、直接测量不确定度的计算四、不确定度的传递公式四、不确定度的传递公式 由于误差的存在而被测量值不能确由于误差的存在而被测量值不能确定的程度,是被测量真值在某个量值范定的程度,是被测量真值在某个量值范围内的评定。围内的评定。一、不确定度的概念一、不确定度的概念不确定度用不确定度用S S表示。表示。 误差以一定的概率被包含在量值范误差以一定的概率被包含在量值范围围 中。中。() 真值以一定的概率被包含在量值范真
7、值以一定的概率被包含在量值范围围 中。中。() ()NNA A类不确定度:类不确定度: 由观测数列用统计分析方法评定由观测数列用统计分析方法评定的不确定度称的不确定度称A A类不确定度。类不确定度。 二、不确定度的分类二、不确定度的分类 可以通过统计方法来计算可以通过统计方法来计算( (如随机如随机误差误差) )。 由观测数列以外的其他信息用非由观测数列以外的其他信息用非统计分析方法评定的不确定度称统计分析方法评定的不确定度称B B类类不确定度。不确定度。 B B类不确定度:类不确定度: 不能用统计方法只能用其他方法不能用统计方法只能用其他方法估算估算( (如仪器误差如仪器误差) )。三、直接
8、测量不确定度的计算三、直接测量不确定度的计算A A类不确定度的计算:类不确定度的计算:) 1()()(2nnxxxSixA测量结果写成:)(xSxxA当测量次数很少时,将乘以一个t因子作为修正后的不确定度。 (P =68.3(P =68.3) )n234567t0.683l.841.321.201.141.111.09t t 因子表因子表( (表中表中n n表示测量次数表示测量次数) )n89101520t0.6831.081.071.061.041.03l今后测量次数大于或等于今后测量次数大于或等于5 5次的次的t t因子均取为因子均取为1 1 K是一个系数,视误差限的概率分布而定,可以计算
9、,若为正态分布K=3,若为均匀分布, 若为三角分布 。B2B2类不确定度的估计类不确定度的估计: :2/BSK 3K6K 通常级别较高的仪器可视为正态分布,级别较低的仪器可视为均匀分布。 在我们物理实验中若不能确定在我们物理实验中若不能确定的分的分布,可视为是均匀分布。布,可视为是均匀分布。3K仪器误差 的确定:仪A.由仪器的准确度表示B.由仪器的准确度级别来计算%电表的最大误差级别电表的满量程C.未给出仪器误差时连续可读仪器:非连续可读仪器:最小分度/2最小分度仪器误差限(仪器误差限( )举例)举例仪a:a:游标卡尺,仪器示值误差一律取卡尺分度游标卡尺,仪器示值误差一律取卡尺分度值。值。b:
10、b:螺旋测微计,量程在螺旋测微计,量程在0 025mm25mm及及252550mm50mm的一级千分尺的仪器示值误差均为的一级千分尺的仪器示值误差均为 mmmm。004. 0mc:c:天平的示值误差,本书约定天平标尺分度天平的示值误差,本书约定天平标尺分度值的一半为仪器的示值误差。值的一半为仪器的示值误差。md:d:电表的示值误差,电表的示值误差, 量程量程 准确度等准确度等级级% %。e:e:数字式仪表,误差示值取其末位数最小分数字式仪表,误差示值取其末位数最小分度的一个单位。度的一个单位。f:f:仪器示值误差或准确度等级未知,可取其仪器示值误差或准确度等级未知,可取其最小分度值的一半为示值
11、误差(限)。最小分度值的一半为示值误差(限)。g:g:电阻箱、电桥等,示值误差用专用公式计电阻箱、电桥等,示值误差用专用公式计算。算。 对于单次测量得到的数据,无统计可言,这种测量造成的不确定度也是一种B类不确定度,称为B类测量不确定度,记作 1BS单次测量不确定度单次测量不确定度 对于 可以取为最小分度 的1/10、1/5、1/2或更大,这需要视具体情况而定。例如:在透镜成像实验中,由于视觉的分辨率较差,因此B类不确定度可取为最小分度值 。1BSee在本课程中,无特别说明时均在本课程中,无特别说明时均 。5/eAS1BS当为单次测量时,上式中应换为合成不确定度合成不确定度S SA类不确定度分
12、量B类不确定度分量222BASSSAS2BS用用5050分度游标卡尺测一圆环的宽度,其数据如下:分度游标卡尺测一圆环的宽度,其数据如下:由于是多次测量,存在由于是多次测量,存在A A类不确定度:类不确定度:任何直接测量都存在任何直接测量都存在B B类不确定度:类不确定度:22222()()0.00290.00120.00314()0.003()BASSmSmcmcm合成不确定度合成不确定度: :m=15.272; 15.276; 15.268; 15.274; 15.270; 15.274; 15.268; 15.274; 15.272cm .求合成不确定度。求合成不确定度。解解: 例例:92
13、1()()0.002830.0029()(1)iiAmmSmcmn n330.0020.001160.0012( )SB2(m)仪cm四、不确定度的传递公式四、不确定度的传递公式设N为待测物理量,X、Y、Z为直接测量量( , , .)Nf x y z222222.NxyzfffSSSSxyz22222lnlnln.NxyzSfffSSSNxyz(间接测量的不确定度由传递公式计算)2 ()NN单位3 ()NN单位683. 0P954. 0P997. 0P五、测量结果表达式:五、测量结果表达式:()NN单位一、有效数字的一般概念一、有效数字的一般概念二、有效数字位数的确定二、有效数字位数的确定三、
14、直接测量有效数字的确定三、直接测量有效数字的确定 如何读数如何读数四、间接测量量有效数字的确定四、间接测量量有效数字的确定 有效数字的运算法则有效数字的运算法则五、在处理有效数字时几点注意五、在处理有效数字时几点注意一、有效数字的一般概念一、有效数字的一般概念定义:在测量结果的数字表示中,由若干位可靠数字加一位可疑数字,便组成了有效数字。 L1= L2=3.4 3.45 6 二、有效数字位数的确定二、有效数字位数的确定2.002.00 10104 4 12.04cm (4位)20.60m22.00A0.0123dm(4位)(3位)(3位)(3位)三、直接测量有效数字的确定三、直接测量有效数字的
15、确定 如何读数如何读数读数的一般规则: 读至仪器误差所在的位置读至仪器误差所在的位置(1)用米尺测长度: 0.1mm例例:(2)用0.1级量程为100mA电流表测电流: 1000.1%=0.1mA,读至0.01mA四、间接测量量有效数字的确定四、间接测量量有效数字的确定 有效数字的运算法则有效数字的运算法则1.加减法62.1.2573463.62.54)1.2363.734运算后的有效数字,取运算后的有效数字,取到最靠前出现可疑数的到最靠前出现可疑数的那一位。那一位。尾数对齐尾数对齐:结果应保留的小数位数与诸量中小数小数位数位数最少的一个相同。2.乘除法3.2621.513.215)6.160
16、5192620.8563.乘方与开方22100100 1010010.0运算后的有效数字,取运算后的有效数字,取到最靠前出现可疑数的到最靠前出现可疑数的那一位。那一位。位数取齐位数取齐:诸量相乘除,结果的有效数字位数,一般与各个量中有效数字有效数字位数最少的一个相同。(1)对数函数 y=lnx, y=logx计算结果尾数尾数的位数取得与真数真数的位数相同;(2)指数函数 y=ax 结果的有效数字,可与指数的小数点小数点后的位数后的位数相同;(3)三角函数按角度的有效位数角度的有效位数来定;(4)常数的有效位数可以认为是无限的,运算中应多取多取1 1位位;4、某些常见函数运算的有效位数 当进行加
17、减乘除混合运算时,应按加减规则、乘除规则和函数运算规则逐步计逐步计算算,最后得到计算结果。5、混合运算规则6、不确定度和测量结果的修约规则(1)不确定度尾数采用采取“全入”方法 3.53483.53 3.54513.54 3.53503.540.00480.005 0.0410.05(2)测量值尾数采用“四舍、六入、五凑偶”。(1)在实验中,测量分量不确定度取2位有效数字;最终结果的不确定度保留1位有效数字,截断时采取“全入”方法;(2)最终结果写成: (单位)(P=68.3)的形式,结果和不确定度的末位对齐,截断采取“4舍6入5凑偶”方法;)(xSxx五、在处理有效数字时几点注意:五、在处理
18、有效数字时几点注意:)(xSxx(3)数据处理过程中,如果没要求不确定度,按运算规则处理,即中间数据要保留2位存疑数字,即比运算规则多取即比运算规则多取1 1位,最终结果保位,最终结果保留留1 1位存疑数字位存疑数字;(4)常数、e等的位数可与参加运算的量中有效数字位数最多的位数相同或多取几位。常用数据处理方法常用数据处理方法1.列表法2.作图法3.数学方法(逐差法、最小二乘法等) 数据处理是一个对数据进行加工的过程。常用的数据处理方法有以下三类:例:用读书显微镜测量圆环直径测量圆环直径D仪器:读数显微镜 ins=0.004mm测量次序i左读数/mm右读数/mm直径Di/mm112.76418
19、.7625.998210.84316.8385.995311.98717.9785.996411.58817.5845.996512.34618.3385.992611.01517.0105.994712.34118.3355.994直径平均值D/mm5.995标题:说明表标题:说明表格内容格内容附加说明:实附加说明:实验仪器、条件验仪器、条件等等各个栏目标明各个栏目标明名称和单位名称和单位原始数据原始数据注意数据纪录注意数据纪录的顺序的顺序计算的中间结计算的中间结果数据果数据例题:伏安法测电阻实验数据表优点:能形象直观地显示物理量之间优点:能形象直观地显示物理量之间的函数关系的函数关系8.0
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