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大学物理实验:误差分类的解析

时间:2023-10-30 理论教育 版权反馈
【摘要】:根据误差的性质和产生的原因,误差可分为3类:系统误差、随机误差和过失误差。系统误差的特征是具有一定的规律性。只要测量者采用严肃认真的态度,过失误差是可以避免的。在数据处理中要把含有过失误差的异常数据予以剔除。按国家规定,电气测量指示仪表的准确度等级α分为0.1,0.2,0.5,1.0,1.5,2.5,5.0共7级,在规定条件下使用时,其量程的最大绝对误差为例如,0.5级电压表量程为3V时,

大学物理实验:误差分类的解析

根据误差的性质和产生的原因,误差可分为3类:系统误差随机误差和过失误差。

(1)系统误差

系统误差是指在同一条件(指方法、仪器、环境、人员)下多次测量同一物理量时,结果总是向一个方向偏离,其数值一定或按一定规律变化。系统误差的特征是具有一定的规律性。

系统误差的来源有以下几个方面:

①仪器误差:它是由于仪器本身的缺陷或没有按规定条件使用仪器而造成的误差,如螺旋测微器零点不准,天平不等臂等。

②理论误差:它是由于测量所依据的理论公式本身的近似性,或实验条件不能达到理论公式所规定的要求,或测量方法不当等所引起的误差。如实验中忽略了摩擦、散热、电表的内阻、单摆的周期公式的成立条件等。

③个人误差:它是由于观测者本人生理或心理特点造成的误差,如有人用秒表测时间时,总是使之过快。

④环境误差:它是外界环境性质(如光照、温度、湿度、电磁场等)的影响而产生的误差,如环境温度升高或降低,使测量值按一定规律变化。

产生系统误差的原因通常是可以被发现的,原则上可以通过修正、改进加以排除或减小。分析、排除和修正系统误差要求测量者有丰富的实践经验。这方面的知识和技能通过以后的实验可以逐步地学习和掌握。

(2)随机误差

在相同测量条件下,多次测量同一物理量时,误差的绝对值时大时小,符号时正时负,以不可预期方式变化着的误差称为随机误差,有时也叫偶然误差。

引起随机误差的原因也很多,与仪器精密度和观察者感官灵敏度有关,如无规则的温度变化,气压的起伏,电磁场的干扰,电源电压的波动等。这些因素均可引起测量值的变化。这些因素不可控制又无法预测和消除。

(3)过失误差(www.xing528.com)

由于测量者过失,如实验方法不合理,用错仪器,操作不当,读错数值或记错数据等引起的误差,是一种人为的过失,不属于测量误差。只要测量者采用严肃认真的态度,过失误差是可以避免的。在数据处理中要把含有过失误差的异常数据予以剔除。

2.1.4 仪器的量程、精密度和准确度

测量要通过仪器或量具来完成,所以必须对仪器的量程、精密度、准确度等参数有一定的了解和认识。

1628年,在人们惊恐的注视下,首次下水的新战舰瓦萨号在离港不到1英里就沉没了,导致船上30人死亡。装备有64门黄铜大炮的瓦萨被认为是当时世界上最强大的战舰。1961年被打捞上岸后,专家们对它进行了反复研究,发现它建造得不对称,左舷比右舷厚重,导致这一结果的原因可能是,两边的工人使用了不同的测量系统。考古学家们找到了建造瓦萨号的工匠们所使用的4把尺子。其中两把采用的是瑞典尺,一尺相当于12英尺,而另外两把尺子采用的是阿姆斯特丹尺,相当于11英尺。

1)量程

仪器所能测量的范围。对仪器量程的选择要适当,当被测量值超过仪器的量程时会损坏仪器,这是不允许的。同时也不应一味选择大量程,因为如果仪器的量程比测量值大很多,测量的误差往往会比较大。

2)精密度

仪器所能分辨物理量的最小值。仪器精密度一般与仪器的最小分度值一致,最小分度值越小,仪器的精密度越高。如螺旋测微器(千分尺)的最小分度值为0.01mm,即其分辨率为0.01mm/刻度,或仪器的精密度为100刻度/mm。

3)准确度

仪器本身的准确程度。测量是以仪器为标准进行比较的,要求仪器本身要准确。由于测量的目的不同,对仪器准确程度的要求也不同。按国家规定,电气测量指示仪表的准确度等级α分为0.1,0.2,0.5,1.0,1.5,2.5,5.0共7级,在规定条件下使用时,其量程的最大绝对误差

例如,0.5级电压表量程为3V时,

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