从百度文库的一篇文章摘得,复习大物顺便练习一些标记语言的操作,侵删
约定真值:
物理常数——公认值
更高精度的测量结果——标准值
理论得出的值——理论值
测量值(N)和真值得差:
Δ N = N − A \Delta N=N-A ΔN=N−A
绝对误差和正值的比值:
E = Δ N A = N − A A × 100 % E=\frac{\Delta N}{A}=\frac{N-A}{A} \times 100\% E=AΔN=AN−A×100%
规律确定
(掌握了误差大小与符号的以至于可以修正的,叫可定系统误差;不能叫未定系统误差)
不可预知,服从统计规律
过失导致,测量错误
标准差:
σ = lim k → + ∞ ∑ ( x i − A ) 2 k \sigma=\sqrt{\lim_{k\to+\infty}\frac{\sum(x_i-A)^{2}}{k}} σ=k→+∞limk∑(xi−A)2
用标准偏差来代替
S ( x ) = ∑ ( x i − x ˉ ) 2 k − 1 S(x)=\sqrt{\frac{\sum(x_i-\bar{x})^{2}}{k-1}} S(x)=k−1∑(xi−xˉ)2
正值的估计值(单次测量)和单次结果的标准偏差最佳估计值为:
x i ± S ( x ) ( 置 信 概 率 68.3 % ) x_i\pm S(x) \qquad(置信概率68.3\%) xi±S(x)(置信概率68.3%)
正值的最佳估计值(平均)和单次结果的标准偏差最佳估计值为:
x ˉ ± S ( x ˉ ) \bar{x}\pm S(\bar{x}) xˉ±S(xˉ)
其中,
S ( x ˉ ) = ∑ ( x i − x ˉ ) 2 k ( k − 1 ) S(\bar{x})=\sqrt{\frac{\sum(x_i-\bar{x})^{2}}{k(k-1)}} S(xˉ)=k(k−1)∑(xi−xˉ)2
由国家标准定,最大允许的误差
长度:
游标卡尺取分度值;钢板尺、螺旋测微器按最小分度的一半
指针仪器:
Δ 仪 = a % ⋅ N m ( N m 是 量 程 , a 是 准 确 度 等 级 ) \Delta_仪=a\% \cdot N_m \\ (N_m 是量程,a是准确度等级) Δ仪=a%⋅Nm(Nm是量程,a是准确度等级)
数字式仪表:
Δ 仪 = a % ⋅ N x + b % ⋅ N m ( N x 为 显 示 的 读 数 , a 是 数 字 电 表 的 准 确 度 等 极 , N x 为 仪 表 的 满 度 值 , b 是 误 差 的 绝 对 项 系 数 ) \Delta_仪=a\%\cdot N_x+b\%\cdot N_m\\(N_x为显示的读数,a是数字电表的准确度等极,N_x为仪表的满度值,b是误差的绝对项系数) Δ仪=a%⋅Nx+b%⋅Nm(Nx为显示的读数,a是数字电表的准确度等极,Nx为仪表的满度值,b是误差的绝对项系数)
或
Δ 仪 = a % ⋅ N x + n ( n 为 固 定 项 偏 差 ) \Delta_仪=a\%\cdot N_x+n\\ (n为固定项偏差) Δ仪=a%⋅Nx+n(n为固定项偏差)
电阻箱:
Δ 仪 = ∑ i a i % ⋅ R i + R 0 ( R 0 为 残 余 电 阻 , R i 是 第 i 个 度 盘 的 示 值 , a i 是 各 自 的 准 确 度 等 级 ) \Delta_仪=\sum_{i}a_i\% \cdot R_i+R_0\\ (R_0为残余电阻,R_i是第i个度盘的示值,a_i是各自的准确度等级) Δ仪=i∑ai%⋅Ri+R0(R0为残余电阻,Ri是第i个度盘的示值,ai是各自的准确度等级)
直流电桥:
Δ 仪 = a % ( R x + R 0 10 ) \Delta_仪=a\%\big(R_x+\frac{R_0}{10}\big) Δ仪=a%(Rx+10R0)
直流电位差计
Δ 仪 = a % ( U x + U 0 10 ) \Delta_仪=a\%\big(U_x+\frac{U_0}{10}\big) Δ仪=a%(Ux+10U0)
表征分散性
有两类:
A类不确定度——统计方法得出
B类——非统计方法
S ( x ˉ ) = ∑ i ( x i − x ˉ ) 2 k ( k − 1 ) = x 2 ˉ − x ˉ 2 k − 1 , 其 中 x 2 ˉ = ∑ i x i 2 k S(\bar{x})=\sqrt{\frac{\sum_{i}(x_i-\bar{x})^{2}}{k(k-1)}}=\sqrt{\frac{\bar{x^{2}}-{\bar{x}}^{2}}{k-1}},其中\bar{x^{2}}=\frac{\sum_{i}x_i^{2}}{k} S(xˉ)=k(k−1)∑i(xi−xˉ)2=k−1x2ˉ−xˉ2,其中x2ˉ=k∑ixi2
通常以以下的形式出现:
Δ b \Delta_b Δb
u b = Δ b K , K 为 包 含 因 子 u_b=\frac{\Delta_b}{K},K为包含因子 ub=KΔb,K为包含因子
对正态分布来说,K大概为3
对于均匀分布来说,K=根号三
A 类 不 确 定 度 : u a = ( u a 1 , u a 2 , . . . , u a i , . . . ) B 类 不 确 定 度 : u b = ( u b 1 , u b 2 , . . . , u b i , . . . ) A类不确定度:u_a=(u_{a1},u_{a2},...,u_{ai},...)\\B类不确定度:u_b=(u_{b1},u_{b2},...,u_{bi},...) A类不确定度:ua=(ua1,ua2,...,uai,...)B类不确定度:ub=(ub1,ub2,...,ubi,...)
如果相互独立,合成的不确定度为:
u = u a × u a T + u b × u b T = ∑ i u a i 2 + ∑ j u b j 2 u=\sqrt{u_a\times {u_a}^{T}+u_b\times {u_b}^{T}}=\sqrt{\sum_{i}{u_{ai}}^{2}+\sum_{j}{u_{bj}}^{2}} u=ua×uaT+ub×ubT=i∑uai2+j∑ubj2
F = f ( x 1 , x 2 , . . . , x n ) , u ( F ) = ∑ i u i 2 = ∑ i ( ∂ f ∂ x i ) 2 u 2 ( x i ) F=f(x_1,x_2,...,x_n),\\ u(F)=\sqrt{\sum_{i}{u_i}^{2}}=\sqrt{\sum_{i}\Big(\frac{\partial f}{\partial x_i}\Big)^{2}u^{2}(x_i)} F=f(x1,x2,...,xn),u(F)=i∑ui2=i∑(∂xi∂f)2u2(xi)
特殊情况
u ( F ) F = ∑ i [ ∂ l n f ∂ x i u ( x i ) ] 2 \frac{u(F)}{F}=\sqrt{\sum_{i}\Big[\frac{\partial lnf}{\partial x_i}u(x_i)\Big]^{2}} Fu(F)=i∑[∂xi∂lnfu(xi)]2
如:
F = A x p y q z r . . . u ( F ) F = [ p u ( x ) x ] 2 + [ q u ( q ) q ] 2 + [ r u ( z ) z ] 2 + . . . F=Ax^{p}y^{q}z^{r}...\\ \frac{u(F)}{F}=\sqrt{\Big[\frac{pu(x)}{x}\Big]^{2}+\Big[\frac{qu(q)}{q}\Big]^{2}+\Big[\frac{ru(z)}{z}\Big]^{2}+...} F=Axpyqzr...Fu(F)=[xpu(x)]2+[qqu(q)]2+[zru(z)]2+...
X ± u ( X ) = ( _ _ ± _ _ ) 单 位 X\pm u(X)=(\_\_\pm\_\_)单位 X±u(X)=(__±__)单位
注意:u(X)只保留一位有效数字;测量结果X与不确定度小数位对齐
进 行 了 n 次 不 等 精 度 测 量 , n 次 测 量 结 果 为 : x 1 ± u ( x 1 ) , x 2 ± u ( x 2 ) , . . . , x n ± u ( x n ) , 最 佳 观 测 值 x ˉ 由 ∂ ∂ x ∑ i ( x − x i u ( x i ) ) 2 = 0 给 出 x ˉ = ∑ i x i u 2 ( x i ) ∑ i 1 u 2 ( x i ) , u ( x ) = 1 ∑ i 1 u 2 ( x i ) 进行了n次不等精度测量,n次测量结果为:\\x_1\pm u(x_1),x_2\pm u(x_2),...,x_n\pm u(x_n),\\最佳观测值\bar{x}由\frac{\partial}{\partial x}\sum_{i}\Big(\frac{x-x_i}{u(x_i)}\Big)^{2}=0给出\\ \bar{x}=\frac{\sum_{i} \frac{x_i}{u^{2}(x_i)}}{\sum_{i} \frac{1}{u^{2}(x_i)}},u(x)=\frac{1}{\sum_{i} \frac{1}{u^{2}(x_i)}} 进行了n次不等精度测量,n次测量结果为:x1±u(x1),x2±u(x2),...,xn±u(xn),最佳观测值xˉ由∂x∂i∑(u(xi)x−xi)2=0给出xˉ=∑iu2(xi)1∑iu2(xi)xi,u(x)=∑iu2(xi)11
加 减 法 : 最 末 一 位 位 数 最 高 的 为 准 , 并 对 其 N = A + B − C − D , 则 u ( N ) = u 2 ( A ) + u 2 ( B ) + u 2 ( C ) + u 2 ( D ) 加减法:\\ 最末一位位数最高的为准,并对其\\ N=A+B-C-D,\\ 则u(N)=\sqrt{u^{2}(A)+u^{2}(B)+u^{2}(C)+u^{2}(D)} 加减法:最末一位位数最高的为准,并对其N=A+B−C−D,则u(N)=u2(A)+u2(B)+u2(C)+u2(D)
乘 除 法 以 有 效 位 数 最 少 的 为 准 , 结 果 的 有 效 数 字 个 数 与 这 个 相 同 N = A ⋅ B ⋅ C D , 则 u ( N ) N = [ u ( A ) A ] 2 + [ u ( A ) A ] 2 + [ u ( B ) B ] 2 + [ u ( C ) C ] 2 + [ u ( D ) D ] 2 乘除法\\ 以有效位数最少的为准,结果的有效数字个数与这个相同\\ N=\frac{A \cdot B \cdot C}{D},\\ 则\frac{u(N)}{N}=\sqrt{\Big[\frac{u(A)}{A}\Big]^{2}+\Big[\frac{u(A)}{A}\Big]^{2}+\Big[\frac{u(B)}{B}\Big]^{2}+\Big[\frac{u(C)}{C}\Big]^{2}+\Big[\frac{u(D)}{D}\Big]^{2}} 乘除法以有效位数最少的为准,结果的有效数字个数与这个相同N=DA⋅B⋅C,则Nu(N)=[Au(A)]2+[Au(A)]2+[Bu(B)]2+[Cu(C)]2+[Du(D)]2
混合四则运算则分开逐一进行
特殊函数:
取 Δ x = 0.01 , 看 Δ y 在 那 个 量 级 ( 比 如 1.63 × 1 0 − 4 ) 则 可 疑 数 字 发 生 在 小 数 点 后 4 位 取\Delta x=0.01,看\Delta y在那个量级(比如1.63\times 10^{-4})则可疑数字发生在小数点后4位 取Δx=0.01,看Δy在那个量级(比如1.63×10−4)则可疑数字发生在小数点后4位
标题栏注明物理量的名称、符号和单位
记录原始数据
简单处理结果和函数关系
参数和说明
要求:
若存在一条最佳拟合曲线,残差的平方和取最小值
因变量有误差,自变量误差做准确值处理
设直线为:
y = a + b x y=a+bx y=a+bx
实验测得数据为
( x 1 , y 1 ) , ( x 2 , y 2 ) , . . . ( x k , y k ) (x_1,y_1),(x_2,y_2),...(x_k,y_k) (x1,y1),(x2,y2),...(xk,yk)
则有
{ a = ∑ x i ∑ y i − k ∑ x i y i ( ∑ x i ) 2 − k ∑ x i 2 = x ˉ ⋅ y ˉ − x y ˉ x ˉ 2 − x 2 ˉ b = ∑ x i y i ∑ y i − ∑ y i y x i 2 ( ∑ x i ) 2 − k ∑ x i 2 = y ˉ − b x ˉ 其 中 , x ˉ = 1 k ∑ i x i , y ˉ = 1 k ∑ i y i , x 2 ˉ = 1 k ∑ i x i 2 , x y ˉ = 1 k ∑ i x i ⋅ y i , \left\{ \begin{matrix} a= \frac{\sum x_i\sum y_i-k\sum x_i y_i}{(\sum x_i)^{2}-k\sum {x_i}^{2}}=\frac{\bar{x}\cdot\bar{y}-\bar{xy}}{\bar{x}^{2}-\bar{x^{2}}} \\ b= \frac{\sum x_i y_i\sum y_i-\sum y_i y_{{x_i}^{2}}}{(\sum x_i)^{2}-k\sum {x_i}^{2}}=\bar y-b\bar x\\ \end{matrix} \right. \\其中,\bar{x}=\frac{1}{k}\sum_{i}x_i,\bar{y}=\frac{1}{k}\sum_{i}y_i,\bar{x^{2}}=\frac{1}{k}\sum_{i}{x_i}^{2},\bar{xy}=\frac{1}{k}\sum_{i}x_i\cdot y_i, {a=(∑xi)2−k∑xi2∑xi∑yi−k∑xiyi=xˉ2−x2ˉxˉ⋅yˉ−xyˉb=(∑xi)2−k∑xi2∑xiyi∑yi−∑yiyxi2=yˉ−bxˉ其中,xˉ=k1i∑xi,yˉ=k1i∑yi,x2ˉ=k1i∑xi2,xyˉ=k1i∑xi⋅yi,
相 关 系 数 r : r = x y ˉ − x ˉ ⋅ y ˉ ( x 2 ˉ − x ˉ 2 ) ( y 2 ˉ − y ˉ 2 ) 相关系数r:\\ r=\frac{\bar{xy}-\bar{x}\cdot\bar{y}}{\sqrt{(\bar{x^{2}}-{\bar{x}}^{2})(\bar{y^{2}}-{\bar{y}}^{2})}} 相关系数r:r=(x2ˉ−xˉ2)(y2ˉ−yˉ2)xyˉ−xˉ⋅yˉ
∣ r ∣ = 1 , 全 部 过 实 验 点 ∣ r ∣ ≈ 1 , 线 性 关 系 强 烈 r > 0 , 自 变 量 随 着 因 变 量 增 加 r < 0 , 自 变 量 随 着 因 变 量 减 小 r ≈ 0 , 无 线 性 关 系 , 拟 合 直 线 为 与 x 轴 平 行 直 线 |r|=1,全部过实验点\\ |r|\approx1,线性关系强烈\\ r>0,自变量随着因变量增加\\ r<0,自变量随着因变量减小\\ r\approx0,无线性关系,拟合直线为与x轴平行直线 ∣r∣=1,全部过实验点∣r∣≈1,线性关系强烈r>0,自变量随着因变量增加r<0,自变量随着因变量减小r≈0,无线性关系,拟合直线为与x轴平行直线
y i y_i yi的不确定度估计
S ( y ) = ∑ i [ y i − ( a + b x i ) ] 2 k − 2 S(y)=\sqrt{\frac{\sum_{i}[y_i-(a+bx_i)]^{2}}{k-2}} S(y)=k−2∑i[yi−(a+bxi)]2
a、b的标准差为
s ( a ) = s ( y ) x 2 ˉ k ( x 2 ˉ − x ˉ 2 ) s(a)=s(y)\sqrt{\frac{\bar{x^{2}}}{k(\bar{x^2}-\bar{x}^2)}} s(a)=s(y)k(x2ˉ−xˉ2)x2ˉ
s ( b ) = s ( y ) 1 k ( x 2 ˉ − x ˉ 2 ) s(b)=s(y)\sqrt{\frac{1}{k(\bar{x^2}-\bar{x}^2)}} s(b)=s(y)k(x2ˉ−xˉ2)1
若a,b,r算出,
s ( a ) = x 2 ˉ ⋅ s ( b ) s(a)=\sqrt{\bar{x^2}}\cdot s(b) s(a)=x2ˉ⋅s(b)
s ( b ) = b 1 k − 2 ( 1 r 2 − 1 ) s(b)=b\sqrt{\frac{1}{k-2}(\frac{1}{r^2}-1)} s(b)=bk−21(r21−1)
存在关系
y = a + b x y=a+bx y=a+bx
已测得
( x 1 , y 1 ) , ( x 2 , y 2 ) , . . . , ( x k , y k ) (x_1,y_1),(x_2,y_2),...,(x_k,y_k) (x1,y1),(x2,y2),...,(xk,yk)
k = 2 n k=2n k=2n分组
{ x 1 , . . . , x n x n + 1 , . . . , x 2 n ; { y 1 , . . . , y n y n + 1 , . . . , y 2 n b 1 = y n + 1 − y 1 x n + 1 − x 1 , . . . , b n = y 2 n − y n x 2 n − x n 取 b ˉ = 1 n ∑ i b i a ˉ = 1 k ( ∑ y i − b ˉ ∑ x i ) s ( b ) = ∑ i ( b i − b ˉ ) 2 n ( n − 1 ) \left\{ \begin{matrix} x_1,...,x_n \\ x_{n+1},...,x_{2n} \end{matrix} \right.; \left\{ \begin{matrix} y_1,...,y_n \\ y_{n+1},...,y_{2n} \end{matrix} \right. b_1=\frac{y_{n+1}-y_1}{x_{n+1}-x_1},...,b_n=\frac{y_{2n}-y_n}{x_{2n}-x_n}\\ 取\bar b =\frac{1}{n}\sum_{i}b_i\\ \bar a=\frac{1}{k}(\sum y_i-\bar b\sum x_i)\\ s(b)=\sqrt{\frac {\sum_{i}(b_i-\bar b)^2}{n(n-1)}} {x1,...,xnxn+1,...,x2n;{y1,...,ynyn+1,...,y2nb1=xn+1−x1yn+1−y1,...,bn=x2n−xny2n−yn取bˉ=n1i∑biaˉ=k1(∑yi−bˉ∑xi)s(b)=n(n−1)∑i(bi−bˉ)2
设 k = 2 n − 1 设k=2n-1 设k=2n−1,其他同上