王喜雪

摘要：數(shù)據(jù)處理是物理實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)也是難點(diǎn)。測(cè)量過程中存在誤差，國(guó)際上由不確定度來表示。本文給出了單次直接測(cè)量、多次等精度直接測(cè)量和間接測(cè)量的數(shù)據(jù)處理方法，并對(duì)鉛柱密度的測(cè)量數(shù)據(jù)處理加以說明。

關(guān)鍵詞：物理實(shí)驗(yàn)；數(shù)據(jù)處理；誤差；不確定度

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）02-0251-02

數(shù)據(jù)處理是物理實(shí)驗(yàn)的重要環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)處理必須依據(jù)科學(xué)合理的方法才能得到正確的結(jié)果。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理涉及概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)的知識(shí)，并且在具體的實(shí)驗(yàn)中還得考慮一些實(shí)際情況，所以學(xué)生在理解和掌握實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的知識(shí)時(shí)有一定的困難。以下從單次直接測(cè)量、多次等精度直接測(cè)量和間接測(cè)量三方面討論數(shù)據(jù)處理的方法，并對(duì)鉛柱密度的測(cè)量數(shù)據(jù)處理加以說明。

一、單次直接測(cè)量的數(shù)據(jù)處理

由于實(shí)驗(yàn)條件的限制或?qū)?shí)驗(yàn)結(jié)果要求不高的情況下，測(cè)量某一物理量用儀器直接測(cè)一次就可以了，這就是單次直接測(cè)量，這時(shí)測(cè)量結(jié)果由儀器直接讀出，測(cè)量不確定度由系統(tǒng)誤差給出，一般情況下不考慮實(shí)驗(yàn)方法和環(huán)境因素的影響，只考慮B類不確定，它決定于儀器的準(zhǔn)確度。這是一種簡(jiǎn)化處理方法，但是在測(cè)量次數(shù)N大于7時(shí)，測(cè)量結(jié)果的置信概率仍近似等于68.3%。常見的有以下四種情況：

1.由儀器直接給出，如50分度的游標(biāo)卡尺求值誤差為0.02mm，螺旋測(cè)微器示值誤差為0.004mm。

2.對(duì)某些儀器常取為測(cè)量?jī)x器最小分度值的一半，在某些特殊情況下可取到測(cè)量?jī)x器最小分度值，例如：用最小分度值為1mm的刻度尺測(cè)量某一長(zhǎng)度為30.00cm的物體，則該測(cè)量結(jié)果為30.00cm，測(cè)量不確定度為0.05cm，測(cè)結(jié)果表示為30.00±0.05cm。

3.數(shù)字顯示儀器，最末一位數(shù)字取±1為儀器的誤差，例如頻率計(jì)測(cè)量某信號(hào)頻率為256.2hz，則儀器給出的誤差是0.1hz，測(cè)量不確定度為0.1hz，測(cè)結(jié)果表示為256.2±0.1hz。

4.如電工儀表類儀器，誤差由儀器的準(zhǔn)確度等級(jí)獲得，電學(xué)儀表給出等級(jí)度A，則百分誤差為A%。如等級(jí)度為0.2的電壓表百分誤差是0.2%。

在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，有時(shí)候誤差還要根據(jù)實(shí)際情況來確定，比如在做用拉伸法測(cè)量彈性量的實(shí)驗(yàn)中，用毫米刻度尺測(cè)量鋼絲的長(zhǎng)度時(shí)，長(zhǎng)度的測(cè)量不確定度一般大于0.5 mm，故可以取為1 mm。又如：用秒表測(cè)量一運(yùn)動(dòng)物體的時(shí)間間隔，如果不考慮秒表的系統(tǒng)誤差，則測(cè)量不確定度主要是由啟動(dòng)和制動(dòng)秒表時(shí)人的反應(yīng)速度來決定，一般可估計(jì)啟動(dòng)、制動(dòng)時(shí)各有0.1S的誤差，則此時(shí)測(cè)量不確定度為0.2S。

二、多次等精度直接測(cè)量的數(shù)據(jù)處理

測(cè)量存在誤差，誤差是真值與測(cè)量值之間的差異。實(shí)驗(yàn)中采用多次測(cè)量的方法來減小隨機(jī)誤差，以提高測(cè)量精度。在多次等精度直接測(cè)量的實(shí)驗(yàn)中，用算術(shù)平均值作為測(cè)量結(jié)果的最佳估值，并用不確定度來評(píng)價(jià)測(cè)量結(jié)果。測(cè)量不確定度與統(tǒng)計(jì)學(xué)相關(guān)聯(lián)，分為A類不確定度和B類不確定度，A類不確定度評(píng)價(jià)隨機(jī)誤差，B類不確定度評(píng)價(jià)系統(tǒng)誤差。

綜上所述，在工科物理實(shí)驗(yàn)中對(duì)于不同的測(cè)量所得到的數(shù)據(jù)，應(yīng)該采用不同的數(shù)據(jù)處理方法才能得到正確合理的結(jié)果。

參考文獻(xiàn)：

[1]王武義，徐定杰.誤差原理與數(shù)據(jù)處理[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2001.

[2]吳鋒，王若田.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教程[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

[3]彭建，皮偉，師青梅.物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中的一些問題的探討[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2012，（10）.

[4]余仕成.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的幾個(gè)問題討論[J].武漢化工學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，（1）.

[5]姚萍.普通物理實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)處理[J].黔西南民族師范高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)，2007，（6）.