物理实验中系统误差的限制和消除

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1、物理实验中系统误差的限制和消除摘要：物理实验中由于系统误差引起测量值的不准确,造成测量值与理论值的偏差，它对测量结果有时会带来严重影响。通过分析系统误差的来源和系统误差的检验方法,提出限制和消除系统误差的方法，为优化测量方法和提高测量精度奠定了良好基础，提高物理实验效果。物理学是一门实验科学。首先，物理学中已知的成熟的理论都有严格的实验基础，或者说都能用实验进行验证。另外，通过实验，人们将不断发现新的问题，从而促进理论的进一步发展。在大学物理实验中，学生实验得出的数据往往存在一定的误差，造成理论与实际存在一定的偏差。影响测量的准确性有诸多因素，其中一个不可忽视的因素是系统

2、带来的误差，那么，如何在实验中限制或消除系统误差呢？下面针对处理系统误差问题的思想方法作概要的介绍，以期在平时的实验训练中，结合具体实验的分析研究来提高这方面的能力。1.系统误差的来源系统误差是指在同一条件下，多次测量同一物理量时，误差的大小和符号均保持不变，或当条件改变时，按某一确定的已知规律而变化的误差。系统误差的特征是它的确定性，亦即实验条件一确定，系统误差就获得了一个客观上的确定值，一旦实验条件变化，那么系统误差也是按一种确定规律变化。系统误差来自以下几方面：1.1仪器误差所谓仪器误差，是指测量时由于所用的测量仪器、仪表不准确所引起的基本误差。仪器本身的精度有限，

3、如仪器零点位未调好，引进零点位误差；指示的数值不正确，如温度计的刻度不准确，天平砝码不准，仪器系统本身的问题等等。1.2环境误差当测量仪器偏离了规定条件使用时，如受环境的温度、电源电压、频率、波形、外界电磁场等发生变化的影响，都会使测量产生误差。1.3方法误差这种测量误差是由于测量方法不完善及所依据的理论不严密所产生的，凡是在测量结果的表示式中没有得到反映，而在实际测量中又起作用的一些因素所引起的误差，都称为方法误差。例如：测量设备的绝缘漏电、寄生电势，引线与接触电阻的压降，仪器在测量过程中吸收被测电路中的功率等。1.4个人误差这是由实验者的分辨能力、感觉器官的不完善和生

4、理变化、反应速度和固有习惯等引起的误差。例如：记录读数始终偏大或偏小；记录信号时超前或滞后。2.系统误差的发现从系统误差的来源可知，它主要由测量仪器装置、环境、方法和人身等方面，但通过什么方法途径和方法可以判断系统误差的存在及其大小呢？2.1实验对比法用两种或多种不同的实验方法去测量同一物理量，看在偶然误差范围内结果是否一样，即对比实验方法。用不同的仪器测量同一物理量，观察在偶然误差范围内结果是否一致，即对比测量仪器。或改变实验条件，或改变实验中某些参量的数值，或换人测量等方法加以比较。2.2理论分析法2．2．1分析实验所依据的理论公式所要求的条件在实验中是否满足。例如，

5、单摆法测重力加速度时要求摆动的角度很小（θく5º）是否做到。分析仪器所要求的使用条件是否达到等。2．2．2采用x2检验法X2检验法适用于任何理论分布规律的检验。其步骤为：第一步，在测量列出的取值范围内取r—1个实数，将取值范围按数值的大小顺序划分成r个区间。令r一1个实数为一∞

6、式中r为区间数，Ei为第i个区间的理论频数：Ei=NPi第三步，选定显著水平α．，计算自由度u=r-s-1，查x2分布表得到x21-α。第四步，比较x2与x21-α的值，若x2>x21-α,则我们可以认定实验数据中含有系统误差；若x2

7、皮罗一威尔克的ain系数表，找出对应于n值的各ain值。第三步，计算统计量。上式分子中，当n为偶数时为,当n为奇数时为。[1]第四步，选取信度α，查W(n，α)表，若W≤W(n，α)则表示测量值不服从正态分布，即检验结果与要求不符，便可认定实验数据中含有系统误差。3.限制和消除系统误差的方法3.1消除产生系统误差的根源。在测量之前，要求测量者对可能产生系统误差的环节作仔细的分析，从产生根源上加以消除，例如，若系统误差来自仪器不准确或使用不当，则应该把仪器校准并按规定的使用条件去使用；若理论公式只是近似的，则应在计算时加以修正；