刑事技术专业基础实验大学物理实验指导.doc
《刑事技术专业基础实验大学物理实验指导.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《刑事技术专业基础实验大学物理实验指导.doc(26页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、实验1 测量误差分析和实验数据解决一 实验目的1. 掌握螺旋测微器和游标卡尺的读数方法2. 练习数据记录和计算不拟定度(实验数据的解决)二 实验原理(参见附录)三 实验器材卷尺,螺旋测微器(千分尺),游标卡尺,被测物(钢珠、细绳、书本等)四 实验内容1. 选择适当的仪器对被测物进行多次测量,如:用游标卡尺测量圆管的内、外径,并记录数据2. 对记录的数据进行解决,计算误差和不拟定度 注意事项1. 爱惜实验仪器和用品,越精密的仪器越有细心保护2. 为了防止读错数,在用游标卡尺测量前先用卷尺测一下;用螺旋测微器测量前先用游标卡尺测一下。五 实验作业完毕实验报告附录误 差1. 真值与测量值任何一个测量
2、量在一定条件下客观存在的,当能被完善的拟定并能排除所有测量上的缺陷时,通过测量所得的量值称为该量的真值。但是,一个物理量的完善定义极其困难,人们也不能完全排除测量中的所有缺陷。因而,真值是一个比较抽象和抱负的概念,一般来说不也许知道。物理实验课中所测量物理量的真值常采用公认值、理论值或较高准确度一起的测量或多次测量的平均值近似地代替真值。这些值叫做“约定真值”。例如三角形内角之和恒为180度。通过实验各种实验所得到的量值称为测量值。涉及单次测量值:若只能进行一次测量,如变化过程中的测量,或没有必要进行多次测量;对测量结果的准确度规定不高,有足够的把握;仪器的准确度不高或多次测量结果相同。这时就
3、用单次测得值近似地表达被测量的真值。算术平均值:对多次等精度反复测量,用所有测量值的算术平均值来替代真值,由数理记录理论可以证明,算术平均值是被测量真值的最佳估计值。2误差的定义每个测量值都有一定的近似性,它们与真值之间总会有或多或少的差异,这种差异在数值上的表达称为测量误差,简称误差。误差自始至终存在于一切科学实验和测量过程之中,测量结果都存在误差,这就是误差公理。误差按表达方式分为绝对误差和相对误差。(1) 绝对误差 (2-2-1)式中x表达误差,x表达测量值,x0表达真值。绝对误差不是误差的绝对值!绝对误差可正可负,具有与被测量相同的量纲和单位,它表达测量值偏离真值的限度。由于真值一般是
4、得不到的,因此误差也无法计算。实际测量中是用多次测量的算术平均值来代替真值,测量值与算术平均值之差称为偏差,又称残差,亦用x表达,即 (2-2-2) (2) 相对误差:相对误差是绝对误差与被测量真值之比。由于真值不能拟定,事实上常用约定真值来代替。相对误差是一个无单位的无名数,常用百分数表达: (2-2-3) 3. 误差的类型及解决方法测量中误差按其产生的条件可归纳为:系统误差、随机误差和粗大误差三类。(1) 系统误差在相同条件下(指方法、仪器、环境、人员)多次反复测量同一量时,误差的大小和符号(正、负)均保持不变或按某一拟定的规律变化,这类误差称为系统误差,它的特性是拟定性。系统误差分为可定
5、系统误差和未定系统误差。可定系统误差:在测量中大小、正负可拟定的误差。测值中应消除掉该误差。例如米尺零刻线被磨损或弯曲,若不注意,会产生零点不为零的可定系统误差。因此测量时应当避开零刻度线,用中间的某整刻度线作为测量的起始点,再读出被测物的终止点,两点相减就避开了零点不准的可定系统误差。再如千分尺(亦称螺旋测微器)零点不为零,测量时应先记下零点值d0,再测量被测量值的大小d1,两者相减(d2-d0)的结果就消除了千分尺d0的可定系统误差;未定系统误差:测量中只能拟定大小,不能拟定正负的误差(如仪器不拟定度产生的测量误差),将其合成到测量结果的不拟定度中。例如千分尺的示值误差、数字毫秒计的不拟定
6、度、分光计的不拟定度、电表的精度(即准确度等级)等产生的测量误差都是未定系统误差。 系统误差产生的来源由仪器不拟定度产生的系统误差:即仪器自身缺陷、校正不完善或没有按规定条件使用而产生的误差。例如,仪器刻度不准、刻度盘和指针安装偏心、米尺弯曲、天平两臂不等长等等;由测量公式产生的系统误差:测量公式自身的近似性或没有满足理论公式所规定的实际条件而产生的误差。例如,单摆周期公式的成立条件是摆角小于5度,用这个近似公式计算T时,计算自身就带来了误差;又如用伏安法测量电阻时,忽略了电表内阻的影响等;由测量环境产生的系统误差:在测量过程中,因周边温度、湿度、气压、振动、电磁场等环境条件发生有规律的变化引
7、起的误差。如在25时标定的标准电阻在30环境下使用等;由操作人员产生的系统误差:操作者坏习惯或生理、心理等因素导致的误差。例如用米尺测长,读数为斜视读出;用秒表计时,掐表速度较慢等。图 2-2-2 正态分布曲线(2) 随机误差在测量时,即使消除了系统误差,在相同条件下多次反复测量同一量时,各次测得值仍会有些差异,其误差的大小和符号没有拟定的变化规律。但如大量增长测量次数,其总体(多次测量得到的所有测量值)服从一定的记录规律,这类误差称为随机误差,它的特性是偶尔性。随机误差也是测量过程中不可避免的,来自于许多难以控制的不拟定的随机因素。这些随机因素有空气的流动,温度的起伏,电压的波动,不规则的微
8、小振动,杂散电磁场的干扰,以及实验者感觉器官的分辨能力、灵敏限度和仪器的稳定性等等。增长测量次数可减小其影响。假设系统误差已经消除,且被测量自身又是稳定的,在相同条件下,对同一物理量进行大量次数的反复测量,可以发现随机误差服从记录规律即高斯分布,又称正态分布,其分布曲线如图2-2-2所示,称为标准差(标准误差),是随机误差x的分布函数f(x)的特性量。其表达式为:为了记录随机误差的概率分布,将概率密度函数在以下区间积分,得到随机误差在相应区间的概率值分别为: 由上式可以看出,随机误差落在3之外的概率仅为0.3%,是正常情况下不应当出现的小概率事件,因此将3定为误差极限,即:Xi|3|时为坏值,
9、不是误差。高斯方程中的标准差是理论值,当时,才趋于高斯分布。在实际测量中,只能进行有限次测量,实验中,先用贝赛尔(Bessle)公式计算测量列的标准偏差平均值的标准差 平均值也是个随机变量,服从正态分布。假如对某被测量x进行多组多次等精度测量,每组测量列的平均值为1、2等不尽相同,只是随机误差已很小。由最小二乘法可证明,平均值是真值的最佳估计值,因此实验中只需对被测量进行1组等精度测量。其平均值的标准差: (3) 粗大误差明显地歪曲了测量结果的异常误差称为粗大误差。它是由于没有觉察到实验条件的突变,仪器在非正常状态下工作,无意识的不对的的操作等因素导致的。具有粗大误差的测量值称为可疑值,或异常
10、值、坏值。在没有充足依据时,绝不能按主观意愿容易地去除,应当按照一定的记录准则慎重地予以剔除。在测量中,若一组等精度测量值中的某值与其它值相差很大,在解决这类数据时不能计算在内,应予以剔除,具体做法是求出和,作区间则测量列中数据不在此区间内的值都是坏值,应剔除掉,这种方法称为3法则。2-3 不拟定度根据国际计量局(BIPM)关于“实验不拟定度的规定建议书INC-1(1980)”的精神,采用不拟定度来评价测量结果的质量及可信赖限度。不拟定度是说明测量结果的一个参数,用于表征合理赋予被测量值的分散性。测量不拟定度是指由于测量误差的存在而对被测量值不能肯定的限度,它是被测量的真值在某个量值范围的一个
11、评估。或者说测量不拟定度表达测量误差也许出现的范围,它的大小反映了测量结果可信赖限度的高低,不拟定度小的测量结果可信赖限度高。不拟定度越小,测量结果与真值越靠近,测量质量越高。反之,不拟定度越大,测量结果与真值越远离,测量质量越低。1. 不拟定度的定义不拟定度包含了各种不同来源的误差对测量结果的影响,各分量的估算又反映了这部分误差所服从的分布规律。它不再将测量误差分为系统误差和随机误差,而是把可修正的系统误差修正以后,将余下的所有误差分为可以用概率记录方法计算的A类评估和用其他非记录方法估算的B类评估。 若各分量彼此独立,将A类和B类评估按“方和根”的方法合成得到合成不拟定度。不拟定度与给定的
12、置信概率相联系,并且可以求出它的拟定值。不拟定度用符号X表达。它由两部分组成:A类分量和B类分量。表达式: (2-3-1) 相对不拟定度: (2-3-2)2. A类不拟定度的评估A类不拟定度用概率记录的方法来评估。记为。在相同的测量条件下,n次等精度独立反复测量值为 其最佳为算术平均值:实验标准偏差的估计用贝塞尔公式:平均值的实验标准偏差的估计为: (2-3-3)不拟定度的A类评估就用表达,即3. B类不拟定度的评估测量中凡是不符合记录规律的不拟定度称为B类不拟定度, 记为。实际工作和生活中,绝大多数测量度是一次测量,对一般有刻度的量具和仪表,估计误差在最小分度的1/101/5,通常小于仪器的
13、最大允差。所以通常用表达一次测量结果的B类不拟定度,测量值与客观值(所谓的真值)的误差在内的置信概率为100%。事实上,仪器的误差在范围内是按一定概率分布的。在相同条件下大批量生产的产品,其质量指标一般服从正态分布。目前人们对很多仪器的质量标准在最大允差范围内的分布性质有不同的说法,对某些分布性质还不清楚,很多文献独把它们简化成均匀分布来解决。即不拟定度的B类评估表达为:。4.仪器的不拟定度 仪器是一种产品,作为一个结果,它的不可靠量值应当是不拟定度。在测量中产生未定系统误差,该误差大多服从均匀分布,如图2-3-1所示,即误差大小和符号的概率均相等。仪器不拟定度合成到测量结果的不拟定度中为B类
14、分量: 仪器不拟定度的获得: (1)由仪器或说明书中给出; (2)由仪器的准确度等级得:仪器准确度等级量程/100仪器的准确度等级由高到低排列为: 0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0级,共七个等级(0.1、0.2属正态分布,X仪器/3;其余均为均匀分布, X仪器/)。(3)估计:对连续读数的仪器 仪器1/2分度值对非连续读数的仪器 仪器分度值对数字式仪表仪器取末位1或2注:分度值就是仪器最小测量单位的量值。如米尺的分度值是1mm,JJY分光计的分度值是1。5合成不拟定度若A类不拟定度和B类不拟定度互相独立,且在同一置信水平,则可合成为总的不拟定度。测量结果和不拟定度的拟定多
15、次测量 一般选取测量次数n6,以便于满足S,简化标准差的计算。数据解决前应当消除掉可定系统误差和剔除掉粗大误差,再进行下面的分析计算:测量结果: 不拟定度: 举例例4:用一级千分尺(0.004mm )对一钢丝直径d进行六次测量,测量值见下表。千分尺的零位读数为0.008mm,规定进行数据解决、写出测量结果。I123456d(mm)2.1252.1312.1212.1272.1242.126解: 测量数据及解决如表2-4-2 表2-4-2 数据解决I123456d(mm)2.1252.1312.1212.1272.1242.126(0)(mm)2.126(mm)-0.0010.005-0.005
16、0.001-0.0020消除可定系统误差后的平均值:(0)d02.134mmA类分量测量列的标准差: 0.0033mm (n6) 30.01mm,经检查测量列中无坏值平均值的标准差:0.001mm XA0.001mmB类分量仪器不拟定度:0.004mm XB/ 不拟定度: d0.002mm;相对不拟定度0.094%测量结果 d2.1340.002mm (P0.683) 0.094% 游标卡尺的使用游标卡尺是一种比较精密的量具,在测量中用得最多。通常用来测量精度较高的工件,它可测量工件的外直线尺寸、宽度和高度,有的还可用来测量槽的深度。假如按游标的刻度值来分,游标卡尺又分0.1、0.05、0.0
17、2mm三种。图1 游标卡尺1游标卡尺的刻线原理与读数方法以刻度值0.02mm的精密游标卡尺为例(图1),这种游标卡尺由带固定卡脚的主尺和带活动卡脚的副尺(游标)组成。在副尺上有副尺固定螺钉。主尺上的刻度以mm为单位,每10格分别标以1、2、3、等,以表达10、20、30、mm。这种游标卡尺的副尺刻度是把主尺刻 度49mm的长度,分为50等份,即每格为:mm主尺和副尺的刻度每格相差:1-0.98=0.02mm即测量精度为0.02mm。假如用这种游标卡尺测量工件,测量前,主尺与副尺的0线是对齐的,测量时,副尺相对主 尺向右移动,若副尺的第1格正好与主尺的第1格对齐,则工件的厚度为0.02mm。同理
18、,测量0.06mm或0.08mm 厚度的工件时,应当是副尺的第3格正好与主尺的第3格对齐或副尺的第4格正好与主尺的第4格对齐。读数方法,可分三步;1) 根据副尺零线以左的主尺上的最近刻度读出整毫米数;2)根据副尺零线以右与主尺上的刻度对准的刻线数乘上0.02读出小数;3)将上面整数和小数两部分加起来,即为总尺寸。图2 0.02mm游标卡尺的读数方法如图2所示,副尺0线所对主尺前面的刻度64mm,副尺0 线后的第9条线与主尺的一条刻线对齐。副尺0 线后的第9条线表达:0.02 X9= 0.18 mm所以被测工件的尺寸为:64+0.18=64.18 mm2游标卡尺的使用与注意事项 (1)游标卡尺的
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 刑事 技术 专业 基础 实验 大学物理 指导
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【w****g】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【w****g】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。