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求解数据处理和误差分析的一道例题

2022-01-11 11:13来源:m.sf1369.com作者:宇宇

误差是测量测得的量值减去参考量值。测得的量值简称测得值,代表测量结果的量值。所谓参考量值,一般由量的真值或约定量值来表示。 对于测量而言,人们往往把一个量在被观测时,其本身所具有的真实大小认为是被测量的真值。实际上,它是一个理想的概念。因为只有“当某量被完善地确定并能排除所有测量上的缺陷时,通过测量所得到的量值”才是量的真值。从测量的角度来说,难以做到这一点。因此,一般说来,真值不可能确切获知。

一个量的观测值或计算值与其真实值之差,特指统计误差,即一个量在测量、计算或观察过程中由于某些错误或通常由于某些不可控制的因素的影响而造成的变化偏离标准值或规定值的数量 。

数学上称测定的数值或其他近似值与真值的差为误差。[2]

误差

初中物理学教材规定,误差是指在测量长度、时间以及其他物理量时,受所用仪器和测量方法的限制,测量值与真实值之间产生的差别。[3-4] 

设被测量的真值(真正的大小)为a,测得值为x,误差为ε,则:

x-a=ε

误差与错误不同,错误是可以避免的,而误差是不可能避免的。从实验的原理,实验所用的仪器及仪器的调整,到对物理量的每次测量,都不可避免地存在误差,并贯穿于整个实验始终。

测量值与真值之差异称为误差。

测量时,由于各种因素会造成少许的误差,这些因素必须去了解,并有效的解决,方可使整个测量过程中误差减至最少。测量时,造成误差的主要有系统误差和随机误差,而系统误差有下列情况:视差、刻度误差、磨耗误差、接触力误差、挠曲误差、余弦误差、阿贝(Abbe) 误差、热变形误差等。系统误差的大小在测量过程中是不变的,可以用计算或实验方法求得,即是可以预测,并且可以修正或调整使其减少。这些因素归纳成五大类,详细内容叙述如下。

根据误差产生的原因及性质可分为系统误差与偶然误差两类。[2] 

系统误差

系统误差又称可测误差,它是由分析操作过程中的某些经常发生的原因造成的。

主要来源有以下几个方面:

①仪器误差:是由使用的仪器本身不够精密所造成的

②方法误差:是有分析方法本身造成的

③试剂误差:是由所用蒸馏水含有杂质或使用的试剂不纯造成的

④操作误差:是由操作人员掌握分析操作的条件不成熟、个人观察器官不敏锐和固有的习惯造成的

⑤主观误差:是由操作人员主观原因,如观察判断能力的缺陷或不良习惯造成的

偶然误差

在相同条件下,对同一物理量进行多次测量,由于各种偶然因素,会出现测量值时而偏大,时而偏小的误差现象,这种类型的误差叫做偶然误差。

产生偶然误差的原因很多,例如读数时,视线的位置不正确,测量点的位置不准确,实验仪器由于环境温度、湿度、电源电压不稳定、振动等因素的影响而产生微小变化等等。这些因素的影响一般是微小的,而且难以确定某个因素产生的具体影响的大小,因此偶然误差难以找出原因加以排除。

但是实验表明,大量次数的测量所得到的一系列数据的偶然误差都服从一定的统计规律,这些规律有:

(1)绝对值相等的正的与负的误差出现机会相同;

(2)绝对值小的误差比绝对值大的误差出现的机会多;

(3)误差不会超出一定的范围。

实验结果还表明,在确定的测量条件下,对同一物理量进行多次测量,并且用它的算术平均值作为该物理量的测量结果,能够比较好地减少偶然误差。

希望我能帮助你解疑释惑。

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