大学物理实验不确定度_精品文档.ppt

1、1,一、测量不确定度的基本概念 1.不确定度的定义,2.不确定度的分量,二、直接测量量的不确定度评定 1.不确定度估算,2.直接测量量的结果表示,三、间接测量量的不确定度评定,1、间接测量量的不确定度的定义 2、不确定度的传递,4 测量结果的不确定度评定,2,一.测量不确定度的基本概念,一个测量过程存在诸多环节,用框图表示为:,1 人为误差2 理论误差3 方法误差4 仪器误差5 环境误差,每个环节都或多或少地影响着测量的准确度。,3,一、测量不确定度的基本概念1.不确定度的定义 由于误差的存在，使得测量结果具有一定程度的不确定性。所以，对某一物理量进行测量，我们只能知道测量值N与真值N0 之差

2、的绝对值以一定概率分布在某一数值u范围内，用公式表示为：,其中u值可以通过一定的方法进行估算，称为不确定度。,（置信概率为P）,4,（置信概率为P）,测量的不确定度也可以理解为测量误差可能出现的范围，标示着测量结果的可靠程度。如果不确定度越大，则测量结果可靠性差，应用价值低，反之，则测量结果的可靠性好，应用价值大。,由于真值的不可知，误差一般是不能计算的，它可正、可负也可能十分接近零；而不确定度总是不为零的正值，是可以具体评定的。,5,2、不确定度的分量,A类分量：多次重复测量，用统计方法 求出的分量。,对于直接测量量：,B类分量：用其它非统计方法估算的分量,主要因素为仪器误差：,实验中通常取

3、：,6,将测量得到的数据整理、计算得出有关结果,并对结果的好坏作出客观地评价。数据处理是整个实验中一个关键环节。,二.直接测量结果的不确定度评定,7,1、合成不确定度,各不确定度相互独立,2、测量结果的不确定度表示,相对不确定度,扩展不确定度,8,注意,1.不确定度一般取1位有效数字。2.测量结果的有效数字位数由不确定度来确定。测量结果的最后一位应与不确定度的最后一位对齐，后面的数按“四舍六入五凑偶”的法则取舍。例3.相对不确定度可以取两位。4.不确定度截取剩余尾数一律采取进位法处理,9,返回,1.,2.,3.,10,3、直接测量量不确定度评定的步骤,（1）修正可定系统误差,对等精度测量列 经

4、如下运算：,（2）计算,11,（4）剔除坏值后，重复步骤2、3,（3）计算 s(x),（5）计算（已无坏值）,（6）计算,（7）,12,（8）最终结果：,13,直接测量量数据处理举例,1.某长度测6次,分别为29.18 29.19 29.27 29.25 29.26 29.24(cm)m=0.02cm,cm,计算,14,不确定度保留1位,且与平均值的最后一位对齐.,取一位,取一位,15,当无需、无法多次测量、或仪器精密度差，只测量一次时，,16,间接测量量不确定度定义：设间接测量量N与直接测量量x、y、z的函数关系为：N=f(x,y,z,.)其中：直接测量量x、y、z的不确定度分别是：则，间接

5、测量量N的不确定度 是由直接测量量的不确定度 传递而来。,三.间接测量量的不确定度评定,17,传递的意义来自数学中的微分概念,以微小量代替微元，得：,不确定度与微小量之间的关系：,18,当x，y，z相互独立时，有,19,例：求y=3C-4D的不确定度,解：dy=3(dC)-4(dD),b.函数关系为积商形式时：,20,对于以乘、除运算为主的函数,21,例：,解：,22,1、间接测量量的最佳值,直接测量量 的 最佳值为,间接测量量的最佳值为：,23,2、间接测量量不确定度的合成,当直接测量量x、y、z彼此独立时，间接测量量N的不确定度 为各直接测量量不确定度 的“均方根”。即不确定度的传递公式：

6、,24,其中：称为不确定度传递系数。,说明：求“方和根”时要保证各项是独立的。如果出现多个 项，要先合并同类项，再求“方和根”。,以上两式是完全等价的。一般以加减运算为主 的函数，先用第一式求，再用第二式求。而对以乘除运算为主的函数，则先用第二式求 出，再用 求。这样计算比较 简便。,25,3、间接测量结果不确定度评定的步骤,1、计算,2、计算,3、计算,26,间接测量量数据处理举例,测得某园柱体质量M，直径D，高度H值如下，计算其密度及不确定度。,27,代入数据,计算密度,28,计算不确定度对取对数 ln=ln4ln Mln2lnDlnH,将微分换为不确定度，并进行方和根合成,29,相对不确

7、定度,30,合成不确定度,测量结果,31,物理实验课程的基本要求,32,1.实验课前预习(1)预习讲义中与本实验相关的全部内容。(2)写出预习报告（实验题目、目的、原理、主要计算公式、原理简图）,准备原始实验 数据记录表格。上课时指导老师检查记分。,物理实验基本程序和要求,33,(3)仪器安装调试后经教师检查无误后方可进 行实验操作。(4)注意观察实验现象，认真记录测量数据，将数据填入原始实验数据记录表格,数据须 经指导老师检查及签字。（评定成绩依据）(5)实验后请将使用的仪器整理好，归回原处。经教师允许后方可离开实验室。,2.课堂实验操作(1)上课需带实验讲义、笔、尺等。(2)必须在了解仪器的工作原理、使用方法、注意事项的基础上，方可进行实验。,34,3.课后按要求完成实验报告,（原始数据整理到实验报告上，进行数据处理并回答问题)，在下次上课前将实验报告交来。,35,实验报告规格,1)实验题目、实验目的；2)实验原理，主要公式和必要光路、电路或示意图；3)实验步骤，要求简明扼要；4)原始数据记录，包括主要仪器名称、规格、编号；5)数据处理、作图、误差分析。要保留计算过程，以便检查；6)结论。要写清楚，不要淹没在处理数据的过程中；7)讨论、分析和心得体会。,36,物理实验课教学过程,